Lactone

Verschiedene Lactone, von links nach rechts: βべーた-, γがんま-, δでるた- und εいぷしろん-Lacton

Das makrocyclische Lacton Erythromycin A ist ein Arzneistoff und wird von Bakterien der Gattung Streptomyces gebildet. Der große Lactonring ist links abgebildet.

Als Lactone bezeichnet man in der organischen Chemie heterocyclische Verbindungen, die innerhalb eines ringförmigen Moleküls oder Molekülteils eine Esterbindung, d. h. eine Sauerstoffbrücke, enthalten und direkt am selben Kohlenstoffatom eine Carbonylgruppe aufweisen. Es handelt sich um intramolekulare, cyclische Ester von Hydroxycarbonsäuren.

Nomenklatur

Griechische Buchstaben geben die Stellung bzw. Position der Hydroxygruppe relativ zur Carboxygruppe in der formal zugrundeliegenden Hydroxycarbonsäure an: Das der Carboxygruppe benachbarte C-Atom wird als αあるふぁ-ständig, das nächste als βべーた-ständig usw. bezeichnet.

Lactone werden auch durch Anhängen der Endung -olid an den Namen des entsprechenden Kohlenwasserstoffes benannt, die Position des am Ringschluss beteiligten C-Atoms wird als Ziffer angegeben: z. B. Propan-3-olid = βべーた-Propiolacton.

Vorkommen

Pfirsiche enthalten – wie andere Früchte – Lactone mit typischem Fruchtgeruch.

Lactone sind eine bedeutende Gruppe unter den Aromastoffen. In der Natur kommen hauptsächlich γがんま- und δでるた-Lactone mit unverzweigten Seitenketten vor, wobei γがんま-Lactone häufiger in pflanzlichen und δでるた-Lactone häufiger in tierischen Produkten auftreten. Die meisten natürlich vorkommenden Lactone haben eine gerade Anzahl an Kohlenstoffatomen. Als Aromastoffe sind besonders Lactone mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen relevant. Lactone mit weniger als 10 Kohlenstoffatomen riechen kokosartig, wohingegen solche mit mehr als 10 Kohlenstoffatomen pfirsichartig riechen.

Beispielsweise findet man in Aprikosen, Nektarinen und Pfirsichen eine Vielzahl von γがんま-Lactonen mit sechs bis zwölf Kohlenstoffatomen (wie etwa γがんま-Decalacton, vergl. Decalactone) sowie δでるた-Lactone mit acht bis zwölf Kohlenstoffatomen (wie etwa δでるた-Decalacton), die entweder kokosartig, fruchtig-pfirsichartig oder fruchtig-fettig riechen.

Das im Whisky vorkommende (3S,4S)-Quercuslacton

Eine weitere Gruppe von Lactonen, die als Aromastoffe bedeutend sind, sind die „Whiskylactone“, die in Whisky, Sherry und Brandy vorkommen; sie gehören zu den Quercuslactonen.

Ein Beispiel für das Vorkommen von Lactonen in tierischen Produkten ist das δでるた-Decalacton, das im Milchfett vorkommt. Es ist ein wichtiger Aromastoff für Milchprodukte wie H-Milch, Käse und insbesondere Butter, der eine süße Note hervorruft.

Weitere natürlich vorkommende Lactone sind etwa die pflanzlichen Cardenolide, die ein ungesättigtes γがんま-Lacton an einem Steroidgerüst enthalten, die ebenfalls pflanzlichen Furanolactone (z. B. Salvinorine und Limonoide). Laktone mit vielen Ringgliedern heißen Makrolide, zu denen auch wichtige Antibiotika gehören. Ochratoxine sind Schimmelpilzgifte; ihr Lactonring hat sechs Atome.

Herstellung

Während αあるふぁ-Lactone, deren einfachster Vertreter das Acetolacton ist, nur als instabile Zwischenprodukte bekannt und βべーた-Lactone (Vierringe) nur unter speziellen Bedingungen darstellbar sind, sind die γがんま- und die δでるた-Lactone (Fünf- bzw. Sechsringe) leicht erhältliche stabile heterocyclische Verbindungen. γがんま-Lactone entstehen durch Eindampfen verdünnter wässriger Lösungen der entsprechenden γがんま-Hydroxycarbonsäuren. αあるふぁ-Hydroxycarbonsäuren bilden im Gegensatz dazu beim Eindampfen Oligomere und bei weiterem Erhitzen Lactide. Liegen die Carboxygruppe und die Hydroxygruppe weiter auseinander, werden die Lactone ebenfalls schnell unbeständig. Zu den bekanntesten εいぷしろん-Lactonen gehört εいぷしろん-Caprolacton, ein Lacton der Capronsäure. Aus εいぷしろん-Caprolacton lassen sich Polyester herstellen. Die Copolymerisation von εいぷしろん-Caprolacton mit Milchsäure führt zu Polyestern, die biologisch abbaubar sind.

Schematisches Beispiel einer Lactonbildung; die Bildung von γがんま-Butyrolacton aus γがんま-Hydroxybuttersäure durch Wasserabspaltung:

Eine weitere Methode, Lactone herzustellen, ist die Baeyer-Villiger-Oxidation. Dabei werden cyclische Ketone mit Peroxycarbonsäuren unter Ringerweiterung oxidiert. Die Baeyer-Villiger-Oxidation von Cyclohexanon liefert das industriell in beträchtlichen Mengen hergestellte εいぷしろん-Caprolacton, ein Ausgangsprodukt für die Herstellung von Polyestern und Polyethern.

Erhitztes oder fermentiertes sowie biotransformiertes Rizinusöl ist die Quelle verschiedener Lactone.

Historisches

Als Entdecker der Stoffgrupe der Lactone gilt Rudolph Fittig. Er schlug 1880 den Namen „Lactone“ dafür vor. Bei den Beispielen für Lactone nannte er unter anderem das Cumarin und das Phthalid (diese beiden haben auch einen Benzolring und sind daher Aromaten) und das Santonin.

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  Cumarin (o-Cumarsäurelacton)
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  Phthalid (im Selleriearoma)
• 
  Santonin (wirkt gegen Spulwürmer)

Verwandte Verbindungen

Wie die Lactone, für die die Esterbindung –CO–O– charakteristisch ist, haben die folgenden Verbindungen ebenfalls ringförmige (cyclische) Moleküle oder Molekülteile:

• Lactame, mit einer Amidbindung –CO–NH– im Ring
• Lactime sind Tautomere zu den Lactamen, mit einer Gruppe –COH=N– im Ring
• Thiolactone enthalten die Gruppe –S–CO– im Ring, und damit ein Schwefelatom benachbart zu –CO–
• Lactide sind cyclische Diester, sie haben zwei Esterbindungen –CO–O– in einem Ring
• Lactole sind cyclische Halbacetale, d. h. sie haben die Gruppe –O–C(OH)H–

Lactame und Thiolactone enthalten wie Lactone eine Carbonylgruppe (mit Doppelbindung C=O), Lactime und Lactole enthalten eine organische Hydroxygruppe C–OH.

αあるふぁ-Peroxylactone sind Wirkstoffe in der Biolumineszenz des Leuchtkäfers (Luciferine, entdeckt vom 1937 geborene Chemiker Waldemar Adam).