Aus dem Institut fiir organische Chemie der Bulgarischen Akademie der Wissenschaften, Sofia (Direktor: Prof. B. KURTEV)

Vergleichende Untersuchungen iiber die Autoxydation von Methyloleat und olsaure

A. POPOV, J. SLAVCEVA und N. JANISHLIEVA

DK 547.261'392.4:541.128.24 Olsaure-methylester Autoxydation

Anhand der Peroxidzahlen und mit Hilfe der Dtinnschicht-Chromatographie werden Bildung und Zersetzung der Peroxide der blslure und des Methyloleats untersucht und der Charakter der verschiedenen Typen von Peroxidprodukten diskutiert. Es wird festgestellt, daO die freie &Sure die Autoxydation des Esters beschleunigt. Die Per- oxidtypen, gebildet von der Oxydation der blsaure, unterscheiden sich nicht von denen des Methylesters oder der Gemische. Hinsichtlich der relativen Geschwindigkeit der Bildung der Hydroperoxide der blsaure und des Methylesters besteht Ubereinstimmung.

Die Autoxydation der Lipide - in mehrfacher Richtung von Interesse, sowohl in theore- tischer und in praktischer Hinsicht als auch im Hinblick auf die Beeinflussung des biologischen Wertes der lipidhaltigen Lebensmittel - verlauft nach den heute giiltigen Vorstellungen in den ersten Phasen nach folgendem Schema:

* RH + O2 R -I- Hzo2 Entstehen der Kette R H + 0 2 -+k +OOH k + 0, +RO, } Fortsetzung der Kette RO, + RH + ROOH + R. ROOH -+ RO. + OH abgewandelte Verzweigung der Kette

Die verhstnismaillig stabilen Primarprodukte sind die Hydroperoxide. Es schlieOen sich sekundare ZerfaUs- und Umsetzungsreaktionen an den peroxidischen Verbindungen unter Bil- dung von Hydroxyl-, Carbonyl- und Epoxyverbindungen, Sauren, polymeren Produkten u. a. an [I]. Wtihrend der ersten Phase der Autoxydation bilden sich in meist geringerer Menge auch andere, im Schema nicht beriicksichtigte Peroxidverbindungen, namlich Dialkyl-, cyc- lische und polymere Peroxide [2-4].

Die Autoxydationsprozesse werden in ihrer Geschwindigkeit und Richtung bekanntlich von gewissen Stoffen stark beeinfluDt [5 ] : Inhibitoren oder Antioxydantien, Prooxydantien. So haben wir frtiher [6] festgestellt, daB die Autoxydationsprodukte des Carotins die Oxydation in den Endetappen beschleunigen; die sekundkren Produkte bei der Autoxydation des Sonnenblumenols [I] wirken sich in gleicher Richtung aus. Analoge Beobachtungen hat man iibrigens bei der Autoxydation von manchen Kohlenwasserstoffen in fltissiger Phase ge- macht [7]. Bei unseren Untersuchungen iiber die Autoxydation des Sonnenblumenols [I] wurde auch der EinfluB von gewissen Komponenten des nichtglyceridischen Komplexes iiber- priift. Dabei wurde festgestellt, daO freie Fettsauren dadurch beschleunigend wirken, da5 sie einmal die Induktionsperiode [8] verkiirzen, zum andern den Fortgang der Reaktion beein- flussen. Wir erklarten dies mit der Bildung eines Zwischenkomplexes (Hydroperoxid-Saure),

176 POPOV / SLAVCEVA / JANISKLIEVA

wodurch der Zerfall des Hydroperoxids zu Radikalen erleichtert und als Folge davon die Aut- oxydation beschleunigt werden. Eine solche Wirkung freier Fettsauren auf die Geschwindigkeit der Autoxydation ist vor allem aus 2 Griinden von Interesse, denn erstens entstehen bei der Autoxydation freie Fettsauren; zweitens sind die freien Fettsauren natiirliche Begleitstoffe der Fette.

Die Versuche iiber die prooxydative Wirkung freier Fettsauren sind rnit Sonnenblumeniil durchgefiihrt worden, also rnit einem ziemlich komplizierten Lipidsystem. Wir hielten es fur zweckmaBig, analoge Studien an einem einfachen, gut iiberblickbaren Modell vorzunehmen und wahlten dafiir die Autoxydation von reinem Methyloleat in Gegenwart von freier Olsaurr ; dies gab die Moglichkeit, den Charakter der anfallenden Produkte zu hestimmen. Die Autoxy- dationsprozesse hahen wir anhand der Peroxide verfolgt; sie wurden rnit Hilfe der Diinn- schicht-Chromatographie auf Silikagel nachgewiesen.

Exfierimenteller Tei l A usgarigsstoffe

aus Olivenol [g] dargestellt; Olsaure: JZ 89,4; n:ooc &saure und Methyloleat. Beide Praparate wurden nach dem von uns entwickelten Verfahren

1,4582; Methylester: JZ 856; nfooc 1,4522.

Methyloleat-Lllsuure. Die Gemische enthalten 2, 10 bzw. 50% freie Saure. Autoxydation. Die Oxydation wurde in 8 g der Substrate durch Einblasen von Sauerstoff

mit einer Geschwindigkeit von 80 ml/min in Glasrohrchen hei Temperaturen von 50, 60, 80, IOO und I 15 OC bewerkstelligt ; in geeigneten Zeitabschnitten wurden Proben zur Ermittlung der Peroxidzahl und zur Entwicklung der Diinnschicht-Chromatogramme entnommen.

Peroxidzahl. Die Peroxidzahlen wurden jodometrisch nach WHEELER [IO] bestimmt und in yo Jod ausgedriickt.

Diinnschicht-Chromatographie. Das Chromatographieren erfolgte auf Platten 20 x 20 cm mit Kieselgel G (MERCK) ; Schichtdicke 0,25 mm; es wurde auch die Technik von MATHIAS benutzt.

Als bewegliche Phasen wurden - nach Priifung verschiedener Systeme von Losungsmitteln - zur Trennung der Peroxide des Methyloleats und der Gemische rnit z und 10% Olsaure das System Hexan: Benzol: Athylather = 2 0 : 2 0 : 5 , zur Trennung der Peroxide der Olsaiure untl des Gemisches Saure-Ester I : I das System Hexan : Athy1ather:Eisessig = go : 10 : I als am besten geeignet herangezogen.

Der Nachweis der Peroxide erfolgte durch Behandlung der Chromatogramme unmittelbar nach Entwicklung rnit 5 yoiger waDriger Kaliumjodidlosung und I min nachher rnit 5 %iger Starkelosung in I yoiger Losung von Essigsaure. Die Lipidflecke wurden mit Joddampfen gefarbt.

Methylierung der Reaktionsprodukte. Oxydlerte Olsaure und Gemische wurden rnit Diazo- methan methyliert [II].

Ergebnisse zlnd Diskzlssion

Die Kurven gemail3 Abb. I veranschaulichen den Prozess der Peroxidbildung bei der Oxydation von Methyloleat, Olsaure und ihren Gemischen. Der starke EinfluB der Gegenwart von freier Saure ist eindeutig ersichtlich ; rnit Erhohung der Menge aus freier Saure fallt die maximale Peroxidzahl ab. Dies 1aBt sich durch die wesentliche Beschleunigung der Zersetzung der Peroxide in Gegen- wart von Sauren erklaren. Anderseits zeigen die kinetischen Kurven, daB bei Erhohung des Sauregehalts eine Verschiebung der maximalen Peroxidzahlen in Richtung der kurzeren Reaktionszeit erfolgt. Was die Peroxidbildung wahrend der Oxydation des Methyloleats bei 60, 80, IOO bzw. 115 "C anlangt, so haben wir festgestellt, da13 die maximale Peroxidzahl von der Temperatur weniger

Autoxydation von Methyloleat und &anre 177

beeinfluDt wird im Gegensatz zum Verhalten des in Abb. 2 wiedergegebenen Sonnenblumenols [12] ; dies ist wahrscheinlich auf die hohere Ungesattigtheit dieses Oles zuriickzufiihren.

Bildung und Zerfall der Peroxide sind rnit Hilfe der Diinnschicht-Chromato- graphie untersucht worden. Das bei roo "C oxydierte Methyloleat liefert 6 Flecke (Abb. 3) von Peroxidverbindungen rnit Rf-Werten von A = 0,60-0,65; B = 0,50-0,55; C = 0,35-0,40; D = 0,zo-0,25; E = 0,05-OJO; F = 0,oo-0,05.

L?niprofurpL' Abb. I Abb. 2

&lure; 3 = Methyloleat mit 2% blsiiure; 4 = Methyloleat rnit 10% &lure; 5 = Methyloleat rnit 50% &awe; 6 = Olsaure allein

Abb. 2. Abhiingigkeit der maximalen Peroxidzahl von der Temperatur der Oxydation. I = Methyloleat; 2 = raffiniertes Sonnenblumenol

Densitometrische Bestimmungen zeigen, da13 zu Beginn der Oxydation des Me- thyloleats (Peroxidzahl 0~10-0,60) die Peroxide der Flecke A rund 90% ihrer Gesamtmenge ausmachen. Mit dem Voranschreiten der Oxydation steigt der relative Anteil der Flecke C und D an. In den fortgeschrittenen Stadien macht A nur noch etwa 10% der Gesamtmenge der Peroxide aus. Der Fleck A stellt das Hydroperoxid des Methyloleats dar, wie in folgender Weise nachgewiesen worden ist. Eine Probe des oxydierten Methyloleats, in Benzol gelost und an- schliel3end rnit einer wasserigen LBsung von Natriumcarbonat extrahiert, wird mit Wasser gewaschen und dann getrocknet. Anhand der Dunnschicht-Chroma- tographie wird das Fehlen des Fleckes A festgestellt. Der waBrige Alkaliauszug

Abb. I. Bildung von Peroxiden bei 100 O C aus I = Methyloleat; z = Methyloleat rnit 1%

I78

ff4 46-

45- 4 4 - @ 42

Staff ar

POPOV 1 SLAVCEVA / J ANISHLIEVA

@ O 0 0 @ c:l

0 0 Q

- 0 0 @ -

-

Abb. 4. Chromatographisches Spek- 0 O F : trum von bei 60 OC oxydiertem @ 0 . Methyloleat 0 0

b

Abb. 3. Chromatographisches Spektrum von bei IOO OC oxy- diertem Methyloleat rnit folgen-

den Peroxidzahlen:

I = 0,5; 2 = I O , ~ ; 3 = 22,3; 4 = 26,3; 5 = 24.5; 6 = 13,g.

A

B

C

D

E

F

f 2 3 4 5 6

wird nach dem Ansauern rnit Benzol extrahiert ; dieser Extrakt liefert nur einen Peroxidfleck rnit Rf = 0,60-0,65.

Die mit Joddampfen entwickelten Chromatogramme zeigen neben den Hydro- peroxidflecken auch solche rnit den Rf-Werten = O , ~ O -045 (des nichtoxydier- ten Methyloleats) und 0,75 -o,80. Mit Hilfe von Testsubstanzen wird ermittelt, daB dies aller Wahrscheinlichkeit nach auf Epoxyverbindungen zuruckzufuhren ist; der Fleck erscheint schon zu Beginn der Oxydation und wird wahrend des ganzen Prozesses beobachtet.

Was die Art der Peroxidverbindungen des bei unterschiedlichen Temperaturen autoxydierten Methyloleats anlangt, so zeigt sich (Abb. 4 u. 5) , daS sich wahrend des Prozesses gleiche Typen von Peroxiden bilden.

Bei der Oxydation von olsaure treten nach Abb. 6, Nr. 3, ebenfalls einige Typen von Peroxiden auf. Im Vergleich rnit dem oxydierten Methyloleat haben diese Flecke aber niedrigere Rf-Werte; dies wird auf die freie Carboxylpppe

POZ

25 301 20 I

Autoxydation von Methyloleat und &lure 179

Abb. 5. Chromatographisches Spek- trum von bei IOO O C oxydiertem

Methyloleat

POI f

_q 81 ;; ; E3 c: :: : Sfarf O d O d

6 r

zuriickgefuhrt. Nach dem Methylieren mit Diazomethan werden gleiche Peroxid- produkte mit den Rf-Werten wie bei dem oxydierten Methyloleat (Abb. 6, Nr. I) erhalten .

Im Chromatogramm des oxydierten Gemisches aus Methyoleat und Olsaiure manifestieren sich dieselben Typen von Flecken wie bei den individuellen Ver- bindungen (Abb. 6, Nr. 2). Die Peroxidflecke der freien Saure verdecken jedoch manche Flecke der Peroxide des Methyloleats. Nach dem Methylieren der oxy- dierten Gemische treten nur die Flecke des oxydierten Methyloleats in Er- scheinung.

Zur uberpriifung, ob die Peroxide des Methyloleats und der freien Olsaure nebeneinander selektiv gebildet werden, haben wir folgende Versuche durch- gefuhrt : Methyloleat, Olsaure und ihr aquimolekulares Gemisch werden bei 50 "C bis zur Peroxidzahl von etwa 8 autoxydiert. Anhand der Chromatogramme

Abb. 6. Diinnschicht-Chromatogramme von I = Methyl- oleat; z = Gemisch von MethyloIeat und &lure;

3 = dlsaure; samtliche Proben bis Peroxidzahl ca. 8,o autoxydiert

$ 2 3

180 POPOV/sLAVCEVA / JANIsHLIEVA

der oxydierten Proben und der Densistometrogramme haben wir festgestellt , da13 bei der Oxydation des Gemisches die Flecke der Hydroperoxide der Olsaure und des Methylesters gleiche Flachen haben; daraus durfte zu schlieDen sein, daW sich die Bildung der Hydroperoxide bei beiden Verbindungen gleichrangig ne- beneinander vollzieht. Die summarische Flache der beiden Hydroperoxid-Flecke (Abb. 6, Nr. 2 ) im oxydierten Gemisch ist gleich der Flache des Hydroperoxid- fleckes des Methylesters (Abb. 6, Nr. I) und derjenigen der oxydierten Olsaure (Abb. 6, Nr. 3).

Xus den durchgefuhrten Untersuchungen konnen folgende Schliisse gezogen werden : I) Die freie Olsaure beschleunigt die Autoxydation des Esters. 2) Die Peroxidtypen bei der Autoxydation der Olsaure unterscheiden sich nicht

von denjenigen bei der Autoxydation ihres Methylesters oder der Gemische. 3) Die Bildung von Hydroperoxiden der Olsaure und des Methylesters verlauft

mit der gleichen relativen Geschwindigkeit.

S u m m a r y

A. POPOV, J. SLAVCEVA, N. JANISHLIEVA : Comparative Study on the Autoxidation of Oleic Acid and Methyl Oleate

The accumulation and the degradation of the peroxides are followed by determination of the peroxide value and by TLC during autoxidation of the above compounds and their model mixtures. The character of the different types of peroxide products is discussed. I t is establish- ed that the free oleic acid accelerates the ester oxidation. The peroxide types, formed by the oxidation of the oleic acid alone, are not different from those, obtained when methyloleate or its mixtures with the acid are oxidised. The relative rates of formation of the hydroper- oxides of oleic acid and of methyloleate are equal.

P e a ~ o ~ e A. I'IonoB, IOn. Cnassesa, H H. FFHnmnnesa: CpaBHnTenbHbIe Hccnexo-

HocpegcTBoiw onpenenemxx nepoKncHoro wicna H T O H K O C J ~ O ~ H O ~ xpoMaTorpa@mi H a cnnmarene m r npocnennnn npoueccbI HaKonnemrr EI pacnana nepewicefi. Am- KyTnpyeTcrr xapaHTep paan~l'f~b~x T E ~ ~ O B nepoKncHbIx IIPOAYKTOB, IcoTopbie o6pa-

HoBaR mcnoTa ycKopfieT aBToomicneHHe cnoxHoro 34kipa: T H ~ H nepemcea, 06- paayrownxcrr npn oKmneHm OnemoBoZt KHCJIOTH, H e paanmamcfi OT BTMX, nong- Y e H H b i x n p ~ omcnemm ee CsxoxHoro MeTkinoBoro 341~1pa nnn ee cMecei c HHM: OT-

BaHkiR no aBTOOKEICJIeHHI0 OneHHOBOfi KHCJIOTbI EI ee CJIO?KHOrO MeTHJIOBOrO 3@Hpa

3YH)TCH npH 8BTOOKIICJleHHH MOnWIbHbIX CHCTeM. YCTaHOBJIeHO, 9TO CBO6OnHaR 03IeM-

HOCHTeJIbHaB CKOPOCTb 06pa30BaHMX r H U p O I I e p H H C e ~ CJIOWHOI'O MeTElJIOBOrO 3@Eipa O u H a H T a Xe.

OJreMHOBOfi KHCJIOTbI Ei ee

L i t e r a t u r

[I] POPOV, A., u. N. JANISHLIEVA. Nahrung, 11, 645 (1967). [2] RIECHE, A., Fette, Seifen, Anstrichmittel 60, 637 (1958). [3] POICORN+, J., Riv. ital. Sostanze grasse 38, 384 (1961). [4] KARTHA, A. R. S., Indian J. Chem. 2, 118 (1964). [5] EMANUEL, N. M., E. T. DENISSOV u. S. K. MAISUS: Kettenreaktionen bei der Oxydation

der Kohlenwasserstoffe in fliissiger Phase (russ.), Moskau 1965.

Autoxydation von Methyloleat und 6lsaure 181

[6] POPOV, A., u. N. JANISHLIEVA, C. R. Acad bulg. Sci. 20, 321 (1967). [7] PRIVALOVA, L. G., S. K. Marsus u. E. T. DENISSOV, Zhurn. Phys. Khirnii 39, 1965 (1965). [S] POPOV, A., u. I. MICEV, Rev. franp. Corps gras 13, 621 (1966). [9] POPOV, A., N. JANISHLIEVA u. J. SLAVCEVA, Vopr. mediz. Khimii, im Druck.

[IO] DGF-Einheitsmethoden, C-VI (57). [II] Organic Reactions, Bd. 111; New York 1954. [IZ] POPOV, A., I. MICEV u. N. JANISHLIEVA, Rev. franp. Corps gras 14, 75 (1967).

Prof. Dr. A. POPOV, J . SLAVCEVA und N. JANISHLIEVA, Institut for organische Chemie der Bulgarischen Akademie der Wissenschaften, Sofia; Sofia 13, Bulgarien.

Eingegangen 24. 8. 1967.