Diallyldisulfid (DADS), eine chemische Verbindung aus der Gruppe der organischen Disulfide, ist eine übelriechende gelbliche Flüssigkeit, die in Wasser unlöslich ist. Es entsteht bei der Zersetzung von Allicin, welches beim Anschneiden von Knoblauch und anderen Pflanzen aus der Familie der Lauchgewächse (Alliaceae) freigesetzt wird. Dem Diallyldisulfid sind viele der gesundheitsfördernden Wirkungen des Knoblauchs zuzuschreiben, aber auch die allergieauslösende Wirkung. Stark verdünnt wird es als Aromastoff in der Lebensmittelindustrie verwendet.
Geschichte Im Jahr 1844 fand Theodor Wertheim die Anwesenheit der von ihm benannten Allylgruppe und von Schwefel in Knoblauchöl, das er durch Wasserdampfdestillation direkt aus Knoblauch erhielt. Aber erst 1892 konnte Friedrich Wilhelm Semmler das Diallyldisulfid als eine der Komponenten des Öls identifizieren. Die Vorstufe Allicin wurde 1944 von Chester J. Cavallito und John Hays Bailey als übelriechende, leichtzersetzliche gelbe Flüssigkeit entdeckt.Chester J. Cavallito, John Hays Bailey: Allicin, the Antibacterial Principle of Allium sativum. I. Isolation, Physical Properties and Antibacterial Action. In: Journal of the American Chemical Society. 66, 1944, S. 1950, . 1947 fanden Arthur Stoll und Ewald Seebeck, dass DADS und Allicin durch das Enzym Alliinase in situ aus Cysteinderivaten produziert werden.Arthur Stoll, Ewald Seebeck: Chemical Investigations on Alliin, the Specific Principle of Garlic. In: Advanced Enzymology. 11, 1951, S. 377–400, .
Vorkommen Diallyldisulfid entsteht durch Zersetzung aus Allicin, welches bei der Verletzung von Zellen der Lauchgewächse (besonders Knoblauch, Zwiebel und Porree) mithilfe des Enzyms Alliinase aus Alliin freigesetzt wird. Der höchste Gehalt an DADS konnte bei der Wasserdampfdestillation von Knoblauchknollen festgestellt werden; hier macht DADS etwa ein Viertel der schwefelhaltigen Fraktion aus, die etwa zwei Gewichtsprozent in der Pflanze einnimmt. Aber auch die Blätter des Knoblauchs sind eine Quelle für die Substanz; deren Öl, das etwa 0,06 Prozent des ungetrockneten Pflanzenmaterials ausmacht, enthält etwa ein Drittel Diallyldisulfid.L. D. Lawson et al.: Identification and HPLC Quantitation of the Sulfides and Dialk(en)yl Thiosulfinates in Commercial Garlic Products. In: Planta Med. 57/- (1991), S. 363–370, doi:10.1055/s-2006-960119.A. E. Edrois, H. M. Fadel: Investigation of the volatile aroma components of garlic leaves essential oil. Possibility of utilization to enrich garlic bulb oil. European Food Research and Technology. 214/2 (2002), S. 105–107, doi:10.1007/s00217-001-0429-2.
Gewinnung und Darstellung Diallyldisulfid kann großtechnisch aus Natriumdisulfid und Allylchlorid oder -bromid bei Temperaturen zwischen 40 und 60 °C unter Inertgas dargestellt werden, wobei das Natriumdisulfid in situ aus Natriumsulfid und Schwefel erzeugt wird. Die Reaktion verläuft exotherm und eine Ausbeute von 88 Prozent des theoretisch Möglichen wurde erreicht. links|500px
In kleineren Mengen kann die Synthese an der Luft auch katalytisch mithilfe von Tetrabutylammoniumbromid (TBAB) aus denselben Ausgangsmaterialien erfolgen; die Ausbeute beträgt hier bis zu 82 Prozent.Yuan Xin-ke et al.: Synthesis, characterization and bioactivity evaluation of diallyl disulfide. J. of Central South University of Technology. 13/5 (2006), S. 515–518, doi:10.1007/s11771-006-0079-4.
Sowohl bei der Synthese als auch bei der Extraktion aus Pflanzenmaterial ist das Hauptproblem für die Reindarstellung die Verunreinigung mit Diallylpolysulfiden. Da das Gemisch schwer zu trennen ist, ist im Handel üblicherweise nur 80%iges Diallyldisulfid zu bekommen. Dieses kann durch Destillation bei Unterdruck aufgereinigt werden, bei sorgfältiger Arbeit erhält man eine klare (nicht gelbliche) Flüssigkeit mit charakteristischem Knoblauchgeruch.
Die Reduktion von Allicin zu Diallyldisulfid findet besonders schnell im Reinzustand oberhalb 37 °C statt. In wässrigen Lösungen bei einem pH-Wert zwischen 1,2 und 7,5 waren nach fünf Stunden bei dieser Temperatur erst 10 Prozent des Allicin umgesetzt. Im Blut sind bereits nach fünf Minuten nur noch Spuren von Allicin nachweisbar.F. Freeman und Y. Kodera: Garlic Chemistry: Stability of S-2-Propenyl-2-Propene-1-sulfinothioate (Allicin) in Blood, Solvents, and Simulated Physiological Fluids. J Agric Food Chem. 43 (1995), S. 2332–2338, doi:10.1021/jf00057a004.
Eigenschaften Physikalische Eigenschaften DADS riecht intensiv nach Knoblauch mit einer metallischen Note. Die klare gelbliche Flüssigkeit siedet bei 138–139 °C (gilt für die 80-prozentige Rohsubstanz), hat ihren Flammpunkt bei 50 °C, eine Dichte von etwa 1,0 g/ml und weist einen Dampfdruck von 1 mm Hg bei 20 °C auf. Die gute Fettlöslichkeit und die Unlöslichkeit in Wasser erklärt sich durch die fehlende Polarität des Moleküls.
Chemische Reaktionen 300px|mini|Chemische Reaktionen ausgehend von Diallyldisulfid Siehe Abbildung rechts: Diallyldisulfid kann zu Allicin oxidiert werden, aus dem es durch Dissoziation entsteht. Katalytische Reaktion zu Diallylpolysulfiden. Addition an Alkylhalogenide führt zu 1-Alkylthio-3-allylthio-1-propenen und 1,3-di(alkylthio)propenen.Amosova S. V. et al.: Synthesis of 1-alkylthio-3-allylthio-1-propenes by the reaction of diallyl disulfide with allyl halides in the alkali-metal hydroxide-DMSO superbasic system. J. Org. Chem. USSR (Engl. Transl.) 22/5 (1986), S. 957–963, doi:10.1002/chin.198636161 (Abstract). DADS ist möglicher Teilnehmer an Rutheniumkomplex-katalysierten Cyclisierungsreaktionen, die zu schwefelhaltigen Hetero-Polycyclen führen.Kondo T. et al.: Ruthenium Complex-Catalyzed Novel Addition-Cyclization Reaction of Allylic Disulfides with 2-Norbornenes. Nippon Kagakkai Koen Yokoshu. 76/2 (1999), S. 922 ff. Abstract.
Verwendung DADS kann als Ausgangspunkt zur Synthese höherer Diallylpolysulfide verwendet werden; es wird dazu mit Eisenchlorid/Kupferchlorid katalysiert. Ebenso dient es als Ausgangsprodukt zur Neusynthese von Allicin; da dieses unstabil ist, wird es kurz vor der Verwendung (zum Beispiel für die Ajoensynthese) erzeugt. Die Nahrungsmittelindustrie benutzt DADS zur Verbesserung des Geschmacks von Fleisch, Gemüse und Früchten.
Biologische Bedeutung Der Wirkungsbereich von Diallyldisulfid in biologischen Systemen umfasst mehrere Gebiete, wobei in geringster Konzentration zunächst ein spezieller Ionenkanal aktiviert wird, was beim Menschen für den charakteristischen Geruch und Geschmack des Stoffes sorgt. Innerhalb der Zellen sind Eingriffe in das Entgiftungssystem die hauptsächlichen Reaktionen. Außerdem gibt es Hinweise auf spezifische Wirkungsmechanismen innerhalb von Krebszellen.
Bei Verzehr entsteht im Magen teilweise Schwefelwasserstoff. Gleichzeitig wird Diallyldisulfid in der Leber zu anderen biologisch wirksamen Substanzen verstoffwechselt, unter anderem zu Allylmethylsulfoxid (AMSO), Allylmethylsulfon (AMSO(2)) und Allylmethylsulfid (AMS), und es wird zu Allicin zurückoxidiert. Das Abbauprodukt AMS ist dasjenige, das für den späteren Gehalt von Aceton im Atem und damit einen Teil des Mundgeruchs sorgt. Teilweise (bis 3 Stunden nach Verzehr) ist es aber auch DADS selbst, das im Atem wahrnehmbar ist.E. Germain et al.: In vivo metabolism of diallyl disulphide in the rat: identification of two new metabolites. In: Xenobiotica 32/12 (2002), S. 1127–1138, PMID 12593760.E. Germain et al.: Hepatic metabolism of diallyl disulphide in rat and man. In: Xenobiotica 33/12 (2003), S. 1185–1199, PMID 14742141.D. L. Lawson und Z. J. Wang: Allicin and allicin-derived garlic compounds increase breath acetone through allyl methyl sulfide: use in measuring allicin bioavailability. J Agric Food Chem. 53/6 (2005), S. 1974–1983, PMID 15769123.Atta ur Raman: Studies in Natural Products Chemistry. Bioactive Natural Products, Part D. Elsevier Science, 2000, ISBN 0-444-50606-3, S. 466 ff.
Geruch und Geschmack Die Ursache für das unangenehme Geruchsempfinden und die geschmackliche Schärfe, die von vielen Lebewesen bei der Anwesenheit von DADS wahrgenommen werden, ist TRPA1. Dieser Ionenkanal ist entwicklungsbiologisch bedeutsam und bereits bei Pilzen zu finden. Die Lauchgewächse haben offensichtlich bereits früh auf die Wirkung des Diallyldisulfid auf TRPA1 selektiert, um sich vor Invasivfeinden wie Pilzen und später Fraßfeinden wie Tieren zu schützen.D. M. Bautista et al.: Pungent products from garlic activate the sensory ion channel TRPA1. Proc Natl Acad Sci U S A. 102/34 (2005), S. 12248–12252, doi:10.1073/pnas.0505356102 (freier Volltext).A. G. Hile et al.: Aversion of European starlings (Sturnus vulgaris) to garlic oil treated granules: Garlic oil as an avian repellent. J Agric Food Chem. 52/8 (2004), S. 2192–2196, PMID 15080619.
Umgekehrt lässt sich der Knoblauchgeschmack und -geruch von Nahrungsmittelzubereitungen durch das Hinzufügen spezieller Nahrungsmittel wie Kiwi, Spinat, Petersilie, Basilikum, Speisepilze und insbesondere Kuhmilch, rohe Hühnereier, gekochter Reis und Serum-Albumin vom Rind neutralisieren. Die Reaktion betrifft dabei das Diallyldisulfid und ist im Fall von Spinat und Spargel enzymatisch.O. Negishi et al.: Effects of food materials on removal of Allium-specific volatile sulfur compounds. J Agric Food Chem. 50/13 (2002), S. 3856–3861, PMID 12059171.
Entgiftung und Vergiftung Aus den Eingriffen in das Zellentgiftungssystem leiten sich viele der Wirkungen von Diallyldisulfid, insbesondere die antimikrobielle, die mutationshemmende, die krebsverhindernde und -hemmende Wirkung, und der Schutz vor Herz-Kreislauf-Erkrankungen ab.
Der Hauptangriffspunkt von Diallyldisulfid ist der ‚Phase II‘ genannte Teil des Entgiftungsmechanismus der Zelle.
Besonders erwähnenswert ist dabei die Rolle bei der Entgiftung mithilfe des GSH/GST-Systems: DADS erhöht signifikant die Produktion des Enzyms Glutathion-S-Transferase (GST) in Zellen. Dieses vermittelt normalerweise die Bindung von Glutathion (GSH) an elektrophile Giftstoffe in der Zelle. Knoblauch unterstützt daher einerseits zum Beispiel die Entgiftungsfunktion von Leberzellen in vitro und schützt Nervenzellen vor oxidativem Stress in vitro. Gleichzeitig reagiert DADS direkt und dosisabhängig mit GSH (zu Allylglutathionsulfid), was in Zellen, die größeren Mengen DADS ausgesetzt sind, dazu führt, dass nun genau umgekehrt vermehrt reaktive Sauerstoffspezies entstehen, die ultimativ den Zelltod zur Folge haben (sogenannter oxidativer Stress). Hohe Dosen DADS können also zum Beispiel bei Nervenzellen von Mäusen in vitro die Schutzwirkung zunichtemachen und das Gegenteil bewirken.C. W. Tsai et al.: Garlic organosulfur compounds upregulate the expression of the pi class of glutathione S-transferase in rat primary hepatocytes. J Nutr. 135/11 (2005), S. 2560–2565, PMID 16251611.C. C. Wu et al.: Differential effects of garlic oil and its three major organosulfur components on the hepatic detoxification system in rats. J Agric Food Chem. 50/2 (2002), S. 378–383, PMID 11782211.T. Fukao et al.: The effects of allyl sulfides on the induction of phase II detoxification enzymes and liver injury by carbon tetrachloride. Food Chem Toxicol. 42/5 (2004), S. 743–749, PMID 15046820.K. M. Lemar et al.: Diallyl disulphide depletes glutathione in Candida albicans: oxidative stress-mediated cell death studied by two-photon microscopy. Yeast. 24/8 (2007), S. 695–706, PMID 17534841.Y. Hu et al.: Glutathione- and thioredoxin-related enzymes are modulated by sulfur-containing chemopreventive agents. Biol Chem. 388/10 (2007), S. 1069–1081, PMID 17937621.S. H. Koh et al.: Protective effect of diallyl disulfide on oxidative stress-injured neuronally differentiated PC12 cells. Brain Res Mol Brain Res. 133/2 (2005), S. 176–186, PMID 15710234.Kim J. G. et al.: Differential effects of diallyl disulfide on neuronal cells depend on its concentration. In: Toxicology. 211/1-2 (2005), S. 86–96, PMID 15863251.