Allantoin

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Strukturformel
Strukturformel von Allantoin
Allgemeines
Name Allantoin
Andere Namen
  • N-(2,5-Dioxo-4-imidazolidinyl)-harnstoff
  • Glyoxylsäurediureid
  • 5-Ureido-hydantoin
  • ALLANTOIN(INCI)[1]
Summenformel C4H6N4O3
Kurzbeschreibung

farbloser Feststoff[2]

Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 97-59-6
EG-Nummer 202-592-8
ECHA-InfoCard 100.002.358
PubChem 204
ChemSpider 199
DrugBank DB11100
Wikidata Q409804
Eigenschaften
Molare Masse 158,12 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

~1,7 g·cm−3[2]

Schmelzpunkt

225–236°C(Zersetzung)[2]

pKS-Wert

8,96 (25 °C)[3]

Löslichkeit

schlecht in Wasser (5,7 g·l−1bei 25 °C), fast unlöslich in Ethanol[2]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[4]
Gefahrensymbol

Achtung

H- und P-Sätze H:302
P:keine P-Sätze[4]
Soweit möglich und gebräuchlich, werdenSI-Einheitenverwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten beiStandardbedingungen(0 °C, 1000 hPa).

DasAllantoinist bei verschiedenen Tierarten, vor allem bei Säugetieren, neben derHarnsäureein primäres Endprodukt des Abbaus vonNukleinsäuren,speziell vonPurinbasen.[5]

Geschichte

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Das Allantoin wurde um das Jahr 1800 von Buniva undLouis-Nicolas Vauquelinin der Körperflüssigkeit, welche dieAllantoisvon Kühen ausfüllt, entdeckt und hat davon seinen Namen.[6]Später wurde die Verbindung aus dem Harn junger Kälber isoliert und vonFriedrich Wöhler,in Kooperation mitJustus Liebig,untersucht.[7]Diese Forscher erkannten erstmals den Zusammenhang mit derHarnsäure,aus der sie Allantoin durch Oxidation mit Bleidioxid erhielten.

Oxidativer Abbau von Harnsäure zu Allantoin (Wöhler)

Vorkommen

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Allantoin ist ein in manchen heimischen Pflanzen (besonders imBeinwell) enthaltener Wirkstoff. Vor allem inSchwarzwurzel,aber auch in Weizenkeimlingen, Sojakeimlingen, Reis, Blumenkohl, grünen Bohnen und derRosskastanielässt sich Allantoin finden. Die Larven vonLucilia sericata(Goldfliegenart) werden als Mittel der Wundheilung genutzt, da sie sehr spezifischnekrotischesGewebe fressen und große Mengen von Allantoin abgeben.

Allantoin als Mineral

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Im ehemaligen Bergwerk „Rowley “(englischRowley Mine) mit Cu-Pb-Au-Ag-Mo-V-Baryt-Flussspat-Vererzung[8]etwa 20 km nordwestlich vonThebaimMaricopa Countydes US-Bundesstaates Arizona wurde Allantoin erstmals als natürlicheMineralbildungentdeckt. Außer seinerTyplokalitätsind allerdings bisher keine weiteren Fundorte für natürlich gebildeten Allantoin dokumentiert.[9]

Die Analyse und Erstbeschreibung erfolgte durch Anthony R. Kampf, Aaron J. Celestian, Barbara P. Nash und Joe Marty, die dem neu entdeckten Mineral keinen Eigennamen gaben, sondern es nach der bereits bekannten chemischen Verbindung benannten.[10]

2020 sandte das Mineralogenteam um Kampf seine Untersuchungsergebnisse und den gewählten Namen zur Prüfung an dieInternational Mineralogical Association(interne Eingangs-Nr. der IMA: 2020-004a), die Allantoin als eigenständige Mineralart anerkannte. Die Anerkennung wurde imNewsletter 56der IMA Commission on New Minerals, Nomenclature and Classification (CNMNC) bestätigt.[10]

DasTypmaterialdes Minerals wird in der Mineralogischen Sammlung desLos Angeles County Museum of Natural History(LACMNH) inLos Angelesunter der Katalog-Nr.74491aufbewahrt.[11][12]

Eine mineralogische Klassifizierung in einer der bekanntenMineral-Systematikenist bisher nicht bekannt. Aufgrund seiner Verwandtschaft mitHarnstoff(bekannt als MineralUrea) wird er jedoch voraussichtlich wie dieser in der Mineralklasse derOrganischen Verbindungeneingeordnet werden.

Synthese

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Synthetisch kann Allantoin durch Erhitzen vonGlyoxylsäuremit Harnstoff auf 100 °C erhalten werden.[13]Anstelle von Glyoxylsäure kann industriellDichloressigsäureeingesetzt werden.[14]Auch die Herstellung aus Harnsäure wurde optimiert: Als Oxidationsmittel wird Kaliumpermanganat in alkalischer Lösung (Natronlauge) verwendet.[15]

Synthese von Allantoin aus Glyoxylsäure und Harnstoff

Abbau

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In der Natur wird Allantoin zu Allantoinsäure (Allantoat) abgebaut. InBakterienwieEscherichia coliwird diese Reaktion von demEnzymAllantoinase (AllB,UniProt:P77671) katalysiert. Die Allantoinsäure wird dann von dem Enzym Allantoinsäure-amidohydrolase (AllC, Uniprot P77425) in Ureidoglyzin konvertiert, welches dann durch AllE (Uniprot: P7571) in Ureidoglykolat verwandelt wird. Letzteres ist das Substrat für die Enzyme AllA (Uniprot: P77731) für die Umwandlung inGlyoxylatbzw. für AllD (Uniprot: P77555) für die Umwandlung in Oxalo-Harnsäure.

Eigenschaften

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DieKristallstrukturvon Allantoin wurde bereits 2011 durch Baojun Xu, Changkeun Sung und Byunghee Han am synthetisch hergestellten Analogon entschlüsselt. Demnach kristallisiert die Verbindung C4H6N4O3in der monoklinenRaumgruppeP21/c(Raumgruppen-Nr. 14)Vorlage:Raumgruppe/14mit denGitterparameterna= =8,0004(6)Å;b= 5,1487(4) Å;c= 14,7501(10) Å und β = 92,9080(10)° sowie vierFormeleinheitenproElementarzelle.[16]DieDichtevon Allantoin beträgt 1,71 g/cm³ bei 22 °C.[17]

Die von Xu, Sung und Han synthetisch erzeugten, farblosen bis weißen Allantoin-Kristallewaren von prismatischerGestaltund hatten eine Länge von nur wenigen zehntel Millimetern.[16]

Verwendung

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Allantoin wird in der Kosmetik in Hautcremes, Duschgels, Sonnenschutzmitteln, Rasierwässern, in Zahncreme und in Mitteln gegen übermäßige Schweißabsonderung (Hyperhidrose) und Hautirritationen eingesetzt. Es bewirkt die Beschleunigung des Zellaufbaus, der Zellbildung oder der Zellregeneration und beruhigt die Haut. Auch die Heilung schwer heilender Wunden wird unterstützt, jedoch besitzt Allantoin keineantiseptischenEigenschaften.[5]

Beinwellsalbe galt in der Naturheilkunde lange als die beste Wundheilsalbe. Sie wurde durch einen Fettauszug der frischenBeinwellwurzelmittels Schweineschmalz hergestellt. Der Wirkstoff ist temperaturbeständig, jedoch empfindlich gegen Berührung mit Metallen, die eine katalytische Zersetzung bewirken können. Daher sollten Zubereitungen mit Allantoin nicht in Metallgefäßen gelagert werden.

Einzelnachweise

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  1. ↑Eintrag zuALLANTOINin derCosIng-Datenbankder EU-Kommission, abgerufen am 11. August 2020.
  2. ↑abcdDatenblattAllantoinbeiMerck,abgerufen am 4. November 2007.
  3. ↑W. M. Haynes (Hrsg.):CRC Handbook of Chemistry and Physics.97. Auflage. (Internet-Version: 2016), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL,Dissociation Constants of Organic Acids and Bases,S. 5-88.
  4. ↑abDatenblattAllantoin, ≥98.0% (N)beiSigma-Aldrich,abgerufen am 13. Mai 2017 (PDF).
  5. ↑abEintrag zuAllantoin.In:Römpp Online.Georg Thieme Verlag, abgerufen am 3. November 2011.
  6. ↑Buniva und Vauquelin, Annales de Chimie, Serie 1, Band 33, 269–275 (1800); zitiert nachBeilsteins Handbuch der Organischen Chemie,Hauptwerk, Band 25, S. 474c sowie Partington, A History of Chemistry, Vol 4, S. 333.
  7. ↑F. Wöhler, J. Liebig, Annalen der Pharmazie, 26, 241–336 (1838).
  8. ↑Rowley Mine.In:MineralienatlasLexikon.Geolitho Stiftung,abgerufen am 23. Mai 2021.
  9. ↑Fundortliste für beimMineralienatlasund beiMindat,abgerufen am 7. August 2022.
  10. ↑abRitsuro Miyawaki, Frédéric Hatert, Marco Pasero, Stuart J. Mills:IMA Commission on New Minerals, Nomenclature and Classification (CNMNC) Newsletter 56.In:Mineralogical Magazine.Band84,2020,S.627,doi:10.1180/mgm.2020.60(englisch,rruff.info[PDF;160kB;abgerufen am 23. Mai 2021]).
  11. ↑Catalogue of Type Mineral Specimens – A.(PDF 357 kB) Commission on Museums (IMA), 9. Februar 2021,abgerufen am 23. Mai 2021.
  12. ↑Catalogue of Type Mineral Specimens – Depositories.(PDF 311 kB) Commission on Museums (IMA), 18. Dezember 2010,abgerufen am 23. Mai 2021.
  13. ↑Grimaux, Comptes rendues des Seances de l'Academie des Sciences, Bd. 83, 63; Annales de Chimie, Serie 5, Bd. 11, 390; zitiert nach Beilsteins Handbuch der Organischen Chemie, Hauptwerk, Bd. 25, 474.
  14. ↑C. N. Zellner, J. R. Stevens, U.S. Patent 2158098 (1939) für Merck & Co.; Chemical Abstracts 33, 6350 (1939).
  15. ↑W. W. Hartman, E. W. Moffett, J. B. Dickey:AllantoinIn:Organic Syntheses.13, 1933, S. 1,doi:10.15227/orgsyn.013.0001;Coll. Vol. 2, 1943, S. 21–23 (PDF).
  16. ↑abBaojun Xu, Changkeun Sung, Byunghee Han:Crystal structure characterization of natural allantoin from edible lichen Umbilicaria esculenta.In:Crystals.Band1,2011,S.128–135,doi:10.3390/cryst1030128(englisch,rruff.info[PDF;606kB;abgerufen am 23. Mai 2021] Achtung! In der Quelle wird fälschlicherweise mg/m³ als Einheit für die Dichte angegeben (Tippfehler)).
  17. ↑Freiwillige Sicherheitsinformation in Anlehnung an das Sicherheitsdatenblattformat gemäß Verordnung (EG) Nr. 1907/2006 (REACH) – Allantoin.Carl Roth, 6. Mai 2019, archiviert vomOriginal(nicht mehr online verfügbar) am27. Januar 2022;abgerufen am 27. Januar 2022.
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