Die Dauerwelle und die Redoxchemie von Cystein-Cystin oder der Friseur als Proteinchemiker

Bedeutung der AS Cystein Anteil von Cystein im Gesamtprotein Woll-Keratin 11 bis 17 % Weizen-Vollkornmehl 2,3 % Schweinefleich 1,2 %

Haaraufbau Keratin als Protein  Creative Commons Attribution 4.0 International license

Wasserlöslichkeit Cystein AS-Anion Zwitterion AS-Kation Isoelektrischer Punkt: 5,2 dort ist die Wasserlöslichkeit am schlechtesten Bei pH 7: Gut wasserlöslich:  280 g·l−1 (20 °C)  Als Hydrochlorid (AS-Kation) noch besser löslich 650g/l

Zwischenmolekulare Wechselwirkungen Die Disulfidbrücke als stärkste Zwischenmolekulare Bindung ist für die Haarstabilität verantwortlich.

Bildung von Cystin

Wasserlöslichkeit Cystin Sehr schlecht löslich Mit Natronlauge gut löslich

Nachweis des Cysteins Natriumnitroprussid (Dinatriumpenta-cyanonitrosyoferrat (II)) gibt mit Sulfid-Ionen sofort einen violetten Farbkomplex, der über grün nach braun umschlägt. „Acetonreagenz“ Als Verreibung nicht mehr

Oxidation von Cystein im Experiment Oxidation mit mit Iod (I zu I-) Oxidation mit schwefelsaurem KMnO4 (MnO4- zu Mn2+) Oxidation mit Molybdatophosphorsäure Redoxchemie von Cystein und Cystin – zum Verständnis der Bedeutung dieser Aminosäuren in der Haarkosmetik Volker Wiskamp und Miena Habibzai, Darmstadt

Oxidationszahlen des Schwefels

Oxidation von Cystin im Experiment Oxidation gelingt nur mit schwefelsaurem KMnO4 – Lsg. (MnO4- zu MnO2) Cystin besitzt ein geringeres reduzierendes Potential

Nachweis des Cystins Cystin wird durch konzentrierte Wasserstoffperoxid-Lösung zum Sulfat oxidiert. Eisen(III)chlorid wirkt als Katalysator

Stabilisierung des Haarkreatins Schematische Darstellungen der verschiedenen Bindungen innerhalb der Helices des Haarkeratins; magenta: Wasserstoffbrücken, grün: Ionenbindungen „Salzbrücken“, orange: Disulfidbrücken. http://daten.didaktikchemie.uni-bayreuth.de/umat/haare/haare_chemie.htm

Der Friseur als Proteinchemiker Wasserwelle (Wasserstoffbrücken ) Heißwelle mit dem Lockenstab (Salzbrücken) Dauerwelle Disulfidbrücken werden gespalten und nach der Formgebung wieder hergestellt (Clark und Speakman im Jahr 1932)

Dauerwelle: Wellmittel Wellmittel: Reduktive Spaltung der Disulfidbrücken Ammoniumthioglykolat Thioglykolsäure Mercaptoessigsäure Die Wellmittellösungen enthalten 1 – 11% Thioglycolsäure als Ammoniumsalz mit einem Überschuss an Ammoniakwasser, sie reagieren basisch. Heute liegt der pH-Wert bei 8 – 8,5 (bei den ersten Mitteln bei 9,5) Etwa 20 % der Disulfidbrücken sollen gespalten werden.

Reduktive Spaltung im Experiment Thioglycolsäure zu unangenehm Reduktive Spaltung von Cystin durch reduzierenden Wasserstoff Darstellung des Wasserstoffs aus Natronlauge und Aluminium Nachweis des Cysteins mit Nitroprussid-Natrium („Aceton-Reagenz“)

Fixierung Unter Fixierung versteht der Friseur die oxidative Wiederherstellung der Disulfid-brücken. Erfolgt mit einer 1 – 2 % Lösung von Wasserstoffperoxid (aber auch Natrium-bromatlösungen werden verwendet) Im Experiment kann dies mit einer Lösung von Cystein gezeigt werden. Die Lösung wird durch das gebildete Cystin trübe. https://www.friseur-fragen.de/wissen/basic/dauerwelle/reduktion-und-fixierung

Ablauf Befeuchten der Haare Einwickeln Auftragen des Wellmittels, wird oft durch Wärme unterstützt Auswaschen des Wellmittels Auftragung des Fixierungsmittels Nachbehandlung auftragen http://www.beauty.at/hair/facts/Was-passiert-bei-der-Dauerwelle.html

Warum hält die Dauerwelle nicht auf Dauer Dauerwelle hält nur etwa ½ Jahr Geht wieder in den energetisch günstigsten Zustand zurück

Zusammenfassender Versuch http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/2/vlu/schwefel/sulfide.vlu/Page/vsc/de/ch/2/oc/stoffklassen/systematik_funktionelle_gruppen/schwefel_phosphor_borverbindungen/schwefel/sulfide/disulfide.vscml/Supplement/1.html

Cystein – Cystin Redoxchemie in der Schule Violett Bottle Zutropfen von Fe3+: Blaufärbung Cystein reduziert Fe3+ zu Fe2+: Farblos Reoxidation von Fe2+ zu Fe3+ durch Luftsauerstoff: Schütteln führt zur Blaufärbung Sobald das Cystein aufgebraucht ist, wird die Lösung nicht mehr entfärbt!

Stimmt's / Stimmt’s?: Haare im Brötchen Es klingt unglaublich, aber bis vor einigen Jahren musste der deutsche Verbraucher tatsächlich befürchten, dass sein knuspriges Frühstücksbrötchen Stoffe enthielt, die aus asiatischem Menschenhaar gewonnen wurden (eine Boulevardzeitung überhöhte das einmal zu den "Schamhaaren thailändischer Prostituierter"). Genauer gesagt, ging es um das so genannte Cystein, eine Aminosäure, die den Teig geschmeidiger macht - es hat also nichts mit dem Aroma zu tun. Etwa ein Gramm Cystein ist in 100 Kilogramm Mehl enthalten. … Ganz sicher können die europäischen Brot-, Brötchen- und Keksesser seit dem 1. April dieses Jahres sein: Da trat nämlich eine EU-Richtlinie in Kraft, in der es zum Cystein ausdrücklich heißt: "Menschliches Haar darf nicht als Ausgangsmaterial für diese Substanz verwendet werden." Jetzt kann die Backzutat allenfalls noch aus Schweineborsten stammen. Christoph Drösser http://www.zeit.de/2001/20/200120_stimmts_haare_im.xml

Experimental - Literatur Proske, Wolfgang, Supplement 7 http://www.fachreferent-chemie.de/mnu-bremerhaven-2017/ Peter Pfeifer: Die Aminosäure L-Cystein. Repräsentant für einen praxisorientierten Chemieunterricht. Naturwissenschaften im Unterricht. Chemie, 14 (2003) 75, S. 4-8

Rund um die Dauerwelle http://www.lehrer.at/html/kosmetik/pdf/OS-BIO-HAAR-A3.pdf https://chemiezauber.de/inhalt/q1/proteine-2/wolle/539-struktur-und-eigenschaften.html https://www.friseur-fragen.de/wissen/basic/dauerwelle/reduktion-und-fixierung http://www.beauty.at/hair/facts/Was-passiert-bei-der-Dauerwelle.html