Studien Ober Pflanzenkolloide XLI. Zur Kenntnis des Isolichenins.

\ ;on hi. S a m e r

Nach Versuchen yon K. M o r e l und M. P e r p a r .

Aus dem Chemischen lnstitut der K6nig-Ale• in Laibach [Ljubljana], Jugoslawien.)

(Mit 4 Figuren.)

I.

Aus dcm isl~mdischen Moos (Cctraria islandica) 15.gt sich mit he igem

Wasscr eine in der K~tlte gelat inierende Subs tanz ext rahiercn , welchc

sich mi',: dod blau ffirbtZ). Die charakter i s t i schc Jod fa rbe k o m m t indes

nur einem in re la t iv kleiner Menge 2) vorhandenen leichter 16slichen An-

teil zu, welchen man als l s o l i c h e n i n bezcichnet ha t (im Gegensatz zu

dcm als Lichenin benann ten Gros der Gallerte}.

Mit Rt icksicht auf die Jodfarbe , (tie Spa l tba rke i t ,nit Diastase und

den Drehungswinkel des t l yd ro ly sa t e s wurde das Isolichenin als eine

St 5.rkcform angesprochen, und tI . P r i n g s h c i m sah darin ein Analogon

der aus den StS.rkek4?rnern der Phanerogamen isolierbaren , ,Amylose"2) a.

Zur Dars te l lung des Isoliehenins ging W. K u s e n a c k .a} folgender- rllat3ell vor.

,,1 kg islandisches Moos wurde mit der zehnfachen Menge siedenden Wassers ausgelaugt und heiB filtriert. Aus dem Filtrat ttockt bei 24stiindigem Stehen im Eisschrank die Hauptmenge des Lichenins gallertartig aus und wird durch Zentrifugieren yon der L6sung getrennt. Durch dreimaliges Ausfrieren in einer K/iltemischung gelang es, die letzten Reste des Lichenins, welches dabei in eine unl6sliche Form iibergeht, durch Filtration zu entfernen." Die im Vakuum bei 50 o bis auf 50 cm a eingeengte Isolichenin-L6sung wurde 24 Stunden durch Pergamentpapier dialysiert und hierauf mit Alkohol als eine gelblich weil~e Masse gefS.llt. Zur Reinigung wurde es in der KS.Ire in ver- diinnter SalzsS.ure gel6st und wiederum mit Alkohol gefiillt4). Man erhiilt es

J) B e r z e l i u s , Schweiggers J. 7,342 (1813): Ann. chim. Phys. 90,277 (1~514). z) W. K u s e n a c k erhielt aus 1 kg Moos 8 g lsolichenin, vgl. H. P r i n g s -

h e l m , Ber. Dtsch. Chem. Ges 5"2, 1594 (1924). a) H. P r i n g s h e i m , Z. physiol. Chem. 144, 241 (1925). ~) H 6 n i g u. S c h u b e r t , Mh. Chem. 8, 452 (1887).

356 I ~ O L L O I D - B E I H E F T E BAND 41, H E F T 8~1o

schlieBlich als ein rein weifles Pulver, welches mit absolutem Alkohol ge- waschen und im Vakuumexsikkator fiber Schwefels/iure getrocknet wurde.

Das Pr~tparat lieferte mit Jodjodkal ium eine BlaufS~rbung, reduzierte

F e h l i n g s c h e L6sung nicht. Es enthielt 0,3 Proz. Asche, in welcher das

SOa, Ca- und K-Ion naehgewiesen wurden. Die spezifische Drehung be-

t rug in Wasser a~ ~=- 189,40 . Es wurde sowohl yon K a h l b a u m s e h c r

Diastase, als auch yon Emulsin hydrolysiert . Bei der ersteren beob-

achtete W. K u s e n a c k eine 100prozentige, beim Emulsin eine 49prozen-

tige Hydrolyse (auf Maltose bezogen); das Hydrolysa t ha t te die spezi-

fische Drehung a~ ~ = 137,4 ~ wXhrend die Maltose ein a D = 1380 besitzt.

Be{ einer sp~tteren Untersuehung gab H. P r i n g s h e i m das spezi-

fische Drehungsverm6gen des Isolichenins zu a o = 1880 an und betonte,

daft die Jodfarbe bei Gegenwart yon wenig Jod 1) blau, bei JodiiberschuB aber braun sei.

Das nach P r i n g s h e i m- K u s e n a c k erhaltene Isolichenin ist nicht

einheitlichS)a). Aus einer hei/3en, wiisserig-alkalischen LSsung desselben

fiillt durch F e h l i n g s c h e L6sung ein kupferhaltiger Niederschlag (A),

nach Entfernen desselben schl/~gt Alkohol einen weiteren Substanz-

anteil nieder (B), wg~hrend ein Tell auch in Wasser-Alkohol noch in L6-

sung bleibt (C). Die Frakt ion A gibt - - durch L6sen in HC1 und Fallen mit Alkohol

gereinigt - - keine Jodfarbe, sie ist im warmen Wasser leicht, im kalten

weniger 16slich, ihr Drehungsverm6gen betrltgt a D = 880; bei der Hy- drolyse mit 5prozentiger Salzs~ture erhg.lt man Mannose, Galaktose und

Glukose.

Die gereinigte Frakt ion B f~trbt sich mit Jod sehr schwach blau, sic

ist im kalten Wasser ziemlich leicht 16slich, ihr Drehungsverm6gen be-

trXgt a D = 148~ die S~turehydrolyse ftihrt im wesentlichen zu Glukose.

Wenn aber auch ein Teil des als Isolichenin bezeichneten Moos-

extraktes andere Hydro lysenprodukte liefert, als die StXrke, wird doch

auch die Gegenwart von ,,St~irke" im isl~indischen Moos yon P. K a r r e r

als m6glich zugegeben.

Das Auffinden eines Analogons der , ,Amylosen" w/~re nicht nur bio-

logisch interessant, sondern auch theoretisch sehr wichtig, da yon einem rigorosen Vergleich der , ,Amylosen" mit einer , ,FIeehtenst~rke" eine

wesentliche Vertiefung unserer Kenntnis der St~rke zu erhoffen ware.

Von diesem Gesichtspunkte aus nahmen wit das S tudium des Isoliche-

~) H. P r i n g s h e i m , Z. physiol. Chem. 144, 241 (1925}. =) P. K a r r e r u. B. Joos , Z. physiol. Chem. 141, 311 (1924). a) p. Kar re r , Z. physiol. Chem. 148, 62 (1925).

SAMEC, STUDIEN OBER PFLANZENKOLLOIDE XLI 357

nins wieder auf; hierbei sollte vor allem eine weitere Fraktionierung des Produktes und eine physiko-chemische Charakterisierung der Fraktionen versucht werden, wobei in erster Linie jene Merkmale herausgegriffen

werden, welche ffir die ,,Amylosen" besonders charakteristisch sind. Die organisch-chemische Seite des Problems ist ja durch H. P r i n g s h e i m und P. K a r r e r ftirs erste soweit aufgekl~rt worden, dab man im besten

Falle in dem 15sungsstabilen Anteil des Isolichenins ein St~rkeanalogon zu erwarten h~itte.

II.

Wir stellten das Ausgangsmaterial nach der Vorschrift von W. K u - s e n a c k her, nur wurde das Moos vor der Extraktion mit der zehnfachen Mengc 2prozentiger Pottaschel6sung fiber Nacht stehen gelassen und das Karbonat mit destilliertem Wasser weggewaschenZ). Nach dem Ent- fernen des Lichenins wurde die Isolichenin-L6sung in Faltendialysatoren aus Pergament gegen destilliertes Wasser dialysiert. Nach 5 Tagen zeigte die Leitf~higkeit keinen grSBeren Abfall mehr. Nun wurde die L6sung im Vakuum bei 40--50 o C auf 2- -3 Proz. Trockengehalt eingeengt. Wit

erhielten so eine hellgelb-braune, etwas trfibe Stamml6sung, welche wir unter Toluol aufbewahr ten . Dieses Sol wurde einerseits mit Alkohol wechselndcr Konzentration, anderseits durch Elektrodialyse fraktioniert.

Wit mischten je 3 em 3 Sol und 3 cm a Alkohol und variierten hierbei di.e Konzentration des Isolichenins, die Endkonzentrationen des Alko- hols und die Sedimentationszeit. Nach bestimmten Zeiten zentrifugier- ten wit die Mischung, ermittelten den Trockengehalt der tibrig bleiben- den L6sung und aus diesem den durch Alkohol geii~llten Anteil. Einige

Resultate sind aus Fig. 1 und 9 ersichtlich.

.___..dc, z~. 801

~o~ oo / - . . . . _ S =

i "/// /"

2~! ,~" / :, z ,oi ////i//" / i-Lichenin 1,9 ?o +Alkohol 95?0 . ~ , : J 0 ~ Jo J~ ~'o2 ~231uoder:t

Fig. 1.

z) Vgl. Ber. Dtsch. chem. Ges. 89, 401 (1906) (A. Ulander u. B. Tollens).

358 KOLLOID - BEIHEFTE BAND 41, HEFT 8--10

__ e Y45~ gO] ~ = _,=-.2~ =. _-~=-- _ 7--- - - - "E- - . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .---.-~ 7 0 X

, _ ~ - - I - . _._------------ . . . . . . . . . . c 63,37. 7d /--- . / / i - - - ~ _ t - - ' ~ - - . . . . . . . - # s a s z

;/C.TY <4 , 1 / /

/ / I /

~: ~"ill [-Lichenin 2,4 % + A l k o h o l 98?0 "

Fig. 2.

P a r t i e l l e F l o c k u n g des I s o l i c h e n i n s m i t A l k o h o l .

Beim Alkoholgehalt yon 48 Proz. fallen nach 7- -10 Tagen etwa 30 Proz. ,

. . . . . . 57 . . . . etwa 60- -70 Proz. ,

. . . . . . 63--71 Proz. fallen etwa 80--90 Proz. der geISsten Substanz.

Sowokl dus Ausgangsprodukt als auch die ;tus dem jeweiligen A1-

koholkoagulum erhaltenen L6sungen entmisehen sieh bei der Elektro-

dialyse 1) zwischen Pe rgamentmembranen : es f~tllt eiae braune, floekige

Masse aus, das Sol ist Mar und gelb. Unter Ausnutzung dieser Tatsachen fLihrten wit nachstehende Frakt ionierung durch.

lsolichenin 2,83proz. L6sung

Elektrodialyse ~ " Alkohol 48 l~roz.

Sol Get Koagulum LSsung

LSsen, Elektro- dialyse

Sol 1 Gel~

Koagulum, LSsen, Elektro-

dialyse

Alkohol 72 Proz.

L6sung

Alkohol 84 Proz.

Koagulum, LSsung LSsen, Elektro-

dialyse

Soia Gel3 z) Dreizellenapparat, 150 V Gleichstrom; es wurde t~iglich bei dreimaligem

Wasserwechsel bis zur Konstanz der elektrischen Leitf~higkeit des gut durch- gemischten Zelleninhaltes dialysiert.

S A M E C , S T U D I E N 0 B E R P F L A N Z E N K O L L O I D E X L I 359

Die e inze lnen F r a k t i o n e n c h a r a k t e r i s i e r t e n wir d u r c h fo lgende Mes-

sungen :

1. J o d f a r b e bei wen ig J o d u n d Jodf ibe r schuf l ,

2. aD, 3. r e l a t i v e R e i b u n g ,

4. o smot i s ches V e r h a l t e n im K o l l o d i u m o s m o m e t c r ,

5. e l ek t r i s che Le i t f~h igke i t ,

6. G e h a l t an SiO~, SO 4 u n d P20~.

Die U b e r s i e h t der R e s u l t a t e e n t h a l t e n die fo lgenden Tabe l l en .

T a b e l l e I. I s o l i e h e n i n 2 , 8 p r o z e n t i g , a b w e c h s e l n d m i t A l k o -

h o l g e f X l l t u n d e l e k t r o d i a l y s i e r t .

Die Aus- scheidung

erfolgte a u s

Sol

Gel

i

Konzen-! tration

der ! LSsung I

Proz.

Jodfarbe

i

0,54 kupferrot I

O s m o s e

!Durch M ge- ~/h i Kol- schiitzt

c~ D bei h lodium nach der 25~ in perme- van t'

mm i abler Hoff- / Anteil I schen 'lin Proz.[ Formel

179,1 1,61 41 : 31,8 16 815

96,5 1,32 42 : 23,1 17 447

145,9 1,65 51 16,9 12 230

blaul) 0'45 i blau-griin

z= o i blau-violett ~ Sol 1 0,33 blau-gri in

o ~ schwach v io le t t O ~ ~ Sol 2 0,46 gri in-braun 118,8 1,64 68,5 " 23,7 10065 < t ' -

d:~ 0 ! I

= c. Sol 3 0,17 schwach violett 67,6 1,35 32 i 2,1 9 490

o blan o ~ i 26,0 12 611 .~ m Gel1 0,45 blau- grfin

0,19

0 , 1 5 !

Ge]~

-g ,z , .~ O o ~ Gel~

1,46 55

blau blau-griin 91,4 i 1,14 35

schwaeh griin i gelb - - 1,12 34

18,3

4,8

8 881

8 716

1) Die erste Angabe bezieht sich auf die Farbe mit wenig Jod, die zweite auf die Farbe bei JodiibersehuB.

360 K O L L O I D - B E I H E F T E B A N D 4 1 , H E F T 8 - - 1 0

Das nach K u s e n a c k hergestell te Isolichenin erweist sich ailch bei dieser Arbeitsweise als heterogen. Wir sehen, dab sich mit zunehmender LSslichkeit in Alkohol die Jodfarbe abschw~icht, dab die spezifische Drehung sowie die relative Reibung abnehmen und daft aueh die Teil- chengrSBe sinkt. Diejenigen Anteile, welche bei der Elektrodialyse ab- geschieden werden (Gel,_a) fSxben sich mit Jod intensiver als die nicht koagulablen, sic zeigen die ftir die Amylosen charakter is t ische Jodfarbe : blau, bei Jodiiberschufi grtin.

So groge kolloidchemische Untersehiede, wie sie die So!- und Gel- phase bei Stgrke zeigen, I inden wir im lsolichenin nicht. Wohl aber sind die Substanzen dieser beiden Phasen durch die elektrische Leitf~thigkeit und durch den Chemismus der anorganisehen Begleitionen differenziert.

I T a b e l l e II .

i Die Konzen-! Spezi- 100 g Trockensubstanz enthalten

fische FS.llung tration Leit- Gramm Gramm-Mole �9 10 5 erfolgte , in f/ihig-

mit Proz. keit : K-10 ~ S iO2 SO~ P2Os H2SiOai H~SO4!H3PO 4

Ausgangs.i . . . . . . . -. -_!~ 15sung 2,17 55,3 3,13 0,814 0,175 5215 i 1017 246

i Sol 0,20 8,3 0,80 0,30 0,041 1356~ 375 56

Wasser i Gel 0,78 44,8 1,22 0,58 0,142 2069 725 194

Sol1 0,13 4 , 7 0 , 2 5 0,30 0,020 410 375 27 Alkohol

48 Proz. Gel1 0,68 29,1 1,51 : 0,34 0,075 2520 437 100

Alkohol Sol~i 0,21 3,2 0,51 0,34 0,015 850 425 21

72 Proz. Gel2 0,51 16,6 1,24 0,25 0 ,065 2070 i 318 92 l

Alkohol i i 84 Proz. S~ 0,08 2,4 0,06 ? i 0,016 100 ! ? 22

! ! I i

I Alkohol i

> 8 4 Proz. 0,85 1,9 0,96 0 , 1 5 0,029 1600 190 41

Das Isolichenin enth~tlt nicht unbedeutende Mengen Phosphorsgure, Sehwefelsaure und Kieselsgure, und zwar in ~thnlich resistenter Bindung, wie die Phosphors/*ure in St~irke oder die Schwefels~,ure im Agar auf-

SAMEC, STUD1EN 0BER PFLANZENKOLLOIDE XLI 361

tritt. Die jeweils resultierenden Solphasen erweisen sich wesentlich/irmer

an Kiesels~ure und an Phosphors~ure als die korrespondierenden Gel-

phasen, nur bei Sehwefels~iure finden wir keine gr6geren Verteilungs-

unterschiede. Diesem verschiedenen Chemismus entsprechen begreif-

Echerweise Unterschiede in der elektrisehen Leitf/~higkeit der beiden Phasen.

III .

Wir wissen, daft die Phosphors~ure, welehe in der StS.rke in einer

nicht entfernbaren Form vorliegt, durch Erhitzen der St/irkelSsung unter

Druck aus dem Stg~rkeverband gelOst wird und als anorganisches Phos-

phat abdialysiert werden kann. Dieselbe Erscheinung konnten wir auch

am Isoliehenin beobachten.

T a b e l l e Ili . G e l b i l d e n d e I s o l i c h e n i n f r a k t i o n 0 , 4 5 p r o z e n t i g 1) "~.erschie-

den l ange auf 120 0 e r h i t z t .

Elektrische Leitf/ihigkeit der etektro- dialysierten L6sung K.10 ~ . . . . .

Relative Reibung tit I a . . . . . . . Mit Alkohol der Endkonzentration

48 Proz. f/illbarer Anteil . . . . . . SiO 2 in Proz. der Troekensubstanz . P205 in Proz. der Trockensubstanz . SO a in Proz. der Trockensubstanz..

Dauer des Erhitzens in Minuten

1 0 3 0 60 90

27,8 24,9 22,2 19,35 1,383 1,269 1,215 1,165

! 120

17,0 1,135

23,9 20,0 17,7 : 13,70 12,9 1,207 0,95 0,90 0,92 0,75 0,140 0,106 0,080 0,060 0,047 0,25 0 ,106 0,177 0,060 0,136

Wir fS.11ten die Isolicheninl6sung mit Alkohol (Endkonzentration

72 Proz.) und zerlegten die wS.sserige LSsung des Koagulums durch Elek-

trodialyse. Das hierbei entfallende Gel, welches die phosphorreichen An- teilc des Isoliehenins enth/ilt, wurde in Wasser gelSst und verschieden lange im Autoklaven in einem Reinnickeltopf auf 1200 erhitzt. Die L6-

sung wurde bis zur konstanten elektrisehen Leitf~ihigkeit elektrodialy- siert (4 Tage) und aut3er dieser noch die relative Reibung, die F~tllbarkeit

durch Alkohol, sowie der Gehalt an KieseMiure, Phosphor- und Sehwe- fels~ure bestimmt.

~) W/ihrend des Kochens und der Elektrodialyse erfahren die L6sungen. kleine Konzentrations~inderungen. Vor Ausfiihrung der Messung wurden sie durch vorsichtiges Eindampfen im Vakuum wieder genau auf die Anfangs- konzentration gebracht.

362 KOLLOID-BEIHEFTE BAND 41, HEFT 8--1o

Die erhaltencn Werte zcigen vOllig analoge \'erS.nderungen, wic wir sic seinerzeit beim Druckkochen der St~.rkelSsungen beobachtet haben. (Tabelle l I I Fig. 3 trod 4.)

,dei]fJthiq]~elt

.zo

o,a

I o.o~ !

~, ,o~

o z 2 '~ �9 8 3lur~othrz DO uar des s ~ =~

Fig. 3. Die Ver~inderung der Kartoffelst~irke beim Erhitzen auf 120 o.

\Vir sehcn, dat3 symbat mit dem l~"bergang der PhosphorsS.urc in dia- lysablc Form die inhere Reibung, die F~illbarkeit durch Alkohol sowie die clcktrische Lcitf~ihigkeit abnehmen. 1)

IX'. kTnsere Versuche sttitzen die Ansicht, dab zwischen dem Isolichenin

und der St~irkc gewissc Analogicn bestehen. Wcim schon fri~her die Jod- farbe, (lie optische Drchung, die cnzymatische Spaltbarkeit und die Itv- drolyscnproduktc in diesem Sinnc gcdeutet wurdcn, so kOnnen wir auch manche kolloidchcmische .~hnlichkcit angebvn. Die eine spezielle Bc- hauptung aber, dat3 das Isolichcnin mit der Amylosenfraktion dcr St~irkc besondcrs vcrwandt w/ire, mtissen wir verneincn, l)ifferenzen findcn wit schon in der Jodfarbe, und geradc diese ist ein schr e m p i i n d l i c h c r Indi- kator ffir dic cinzclnen Zustandsformcn der Stf.rkesubstanzen. Die Amy- loscn f~rben sich mit wcnig Jod rein dunkelblau, mit Jod0berschut~ gr~in ;

x) Die LeitfS.higkeitsangaben Iiir Kartoffelstiirke beziehen sich auf die nicht dialysierten LSsungen, die tiir das Isolichenin auf elektrodialysierte.

I

6c

SAMEC, STUDIEN UBER PFLANZENKOLLOIDE XLI ~6~

beim Isolichenin linden wir diese Jodfarben nur an einzelnen Gelfrak-

tionen, wghrend die Sole eine violette oder gar kupferrote FArbung geben.

Der Verteilungsgrad der Amylosen ist kein sehr feiner. Ihre Teilehen- gr6t3e schwankt - - wie dies neuerdings aueh mittels Ultrazentrifuge be-

st~ttigt women ist:) - - in der Gr6Benordnung M ~ 100000, das Isoliche-

nin zeigt aber eine Verteilung von M ~ 10000, wS.re also analog etwa mit

ein er F o u a r d schen St~rke. Besonders stark fallen die elektrochemisehen

d e l l f d b i q h e i t

o r "/2 7 I"A z 5?utxieu b a v e T o/es [rA,Tzer2s

Fig. 4. Die Ver~nderung der Isolicheninl6sung beim Erhitzen auf 120 o.

Differenzen ins Gewicht. W i r finden im Isolichenin neben Phosphors/iure

grofle Mengen Kiesels~iure und Schwefels~ure, welche natarlich das elek-

trische Verhalten wesentlich verS.ndern. Die Isolicheninsole leiten den

elektrischen Strom gut, sie enthalten reichlich aktive H-Ionen und ent-

mischen sich bei der Elektrodialyse, was alles an den Amylosen nicht be-

obachtet werden konnte. Sofern dernnach das Polysaecharid selbst als

a) O. Lamm, Kolloid-Z. 69, 44 (1934).

3~4 KOLLOID-BEIHEFTE BAND 41, HEFT 8--1o

identisch mit dem St~rkepolysacch~.rid anzusehen ist, wtirde sich emp- fehlen, das Isolichenin als eine St~rjkeart for sich zu betrachten, welche ahnlich komplex aufgebaut ist, wie etwa unsere bekannten Handels- st~rken mit der Komplikation, dab bei diesem auch die Schwefelsaure

nnd die Kiesels~ture eine bestimmende Rolle spielen.

Zusammenfassung. Das aus Cetraria islandica dargestellte Isolichenin wurde durch par-

tielle Alkoholf~llung und durch Elektrodialyse in verschiedene Fraktio-

nen zerlegt und dieselben gesondert untersucht. Die Fraktionen unter- scheiden sich voneinander in der Jodfarbe, dem optischen Drehungs- verm/Sgen und im Verteilungsgrad. Mit dem Polysaccharid lest verbun-

den erscheinen die Phosphors~ure, SchwefelsRure und Kiesels~ture, welche das elektrochemische Verhalten wesentlich beeinflussen. Durch Erhitzen der Isolicheninl6sungen unter Druck treten die SchwefelsS.ure und die Phosphorsgure in dialysabler Form auf, wobei die elektrische Leitf~higkeit, innere Reibung und Alkoholfgllbarkeit abnehmen. Im allgemeinen erscheint das Isolichenin physikochemisch analog den be- kannten St{irkearten und nicht etwa der Amylosenfraktion derselben.