Säure-Base-ReaktionenBearbeiten
Lösungen von Bisulfit werden in der Regel durch Behandlung von Schwefeldioxid mit einer wässrigen Base hergestellt:
SO2 + OH- → HSO3-
HSO3- ist die konjugierte Base der schwefligen Säure (H2SO3), die in der wässrigen Phase nicht existiert. Ein Gleichgewicht, das mit dem spektroskopischen Nachweis viel besser übereinstimmt, ist:
SO2 + H2O ⇌ HSO3- + H+
HSO3- ist eine schwache Säure mit einem pKa-Wert von 6,97. Seine konjugierte Base ist das Sulfit-Ion, SO32-:
HSO3- ⇌ SO32- + H+
Dehydratisierung/HydratisierungsgleichgewichteBearbeiten
Der Versuch, die gewöhnlichen Salze von Bisulfit zu isolieren, führt zur Dehydratisierung des Anions mit Bildung von Metabisulfit (S
2O2-
5), auch bekannt als Disulfit:
2 HSO3- ⇌ S2O52- + H2O
Aufgrund dieses Gleichgewichts können wasserfreie Natrium- und Kaliumsalze von Bisulfit nicht erhalten werden. Es gibt jedoch einige Berichte über wasserfreie Bisulfite mit großen Gegenionen.
RedoxreaktionenBearbeiten
Bisulfit ist ein gutes Reduktionsmittel, insbesondere für die Sauerstoffwäsche:
2 HSO3- + O2 → 2 SO42- + 2 H+
Seine reduzierenden Eigenschaften werden genutzt, um Gold aus Harnsäure (in Königswasser gelöstes Gold) auszufällen und sechswertiges Chrom zu dreiwertigem Chrom zu reduzieren. Bei der Chlorierung von Wasser wird Natriumbisulfit verwendet, um das restliche „Chlor“ zu reduzieren, das sich negativ auf das Leben im Wasser auswirken kann.
Organische SyntheseBearbeiten
In der organischen Chemie ist „Natriumbisulfit“ ein Routinereagenz, aber seine Zusammensetzung ist nicht genau bekannt. Natriumbisulfit wird austauschbar mit Natriummetabisulfit verwendet, das als Feststoff Na2S2O5 ist, sich aber in eine Lösung von Na+HSO3- auflöst.
Bisulfit bildet Addukte mit Aldehyd und mit bestimmten cyclischen Ketonen zu α-Hydroxysulfonsäuren. Diese Reaktion ist nützlich für die Reinigung von Aldehyden. Die Bisulfit-Addukte fallen als Feststoffe aus der Lösung aus. Die Reaktion kann in einer Base umgekehrt werden. Beispiele für solche Verfahren werden für Benzaldehyd, 2-Tetralon, Citral, den Ethylester der Brenztraubensäure und Glyoxal beschrieben. Bei der Ringexpansionsreaktion von Cyclohexanon mit Diazald soll die Bisulfitreaktion eine Unterscheidung zwischen dem primären Reaktionsprodukt Cycloheptanon und der Hauptverunreinigung Cyclooctanon ermöglichen.
Eine weitere Verwendung von Bisulfit in der organischen Chemie ist als mildes Reduktionsmittel, z. B. zur Entfernung von Spuren oder überschüssigen Mengen von Chlor, Brom, Jod, Hypochloritsalzen, Osmatestern, Chromtrioxid und Kaliumpermanganat. Natriumbisulfit ist ein Entfärbungsmittel in Reinigungsverfahren, weil es stark gefärbte Oxidationsmittel, konjugierte Alkene und Carbonylverbindungen reduziert.
Bisulfit ist auch der Hauptbestandteil in der Bucherer-Reaktion. Bei dieser Reaktion wird eine aromatische Hydroxylgruppe in die entsprechende Amingruppe umgewandelt. Es handelt sich um eine reversible Reaktion. Der erste Schritt in dieser Reaktion ist eine Additionsreaktion von Natriumbisulfit an eine aromatische Doppelbindung. Die Bucherer-Carbazol-Synthese ist eine verwandte organische Reaktion, die Natriumbisulfit als Reagenz verwendet.
Bisulfit-DNA-SequenzierungBearbeiten
Natriumbisulfit wird bei der Analyse des Methylierungsstatus von Cytosinen in der DNA verwendet.
Bei dieser Technik desaminiert Natriumbisulfit Cytosin zu Uracil, beeinträchtigt aber nicht 5-Methylcytosin, eine methylierte Form von Cytosin mit einer an Kohlenstoff 5 gebundenen Methylgruppe.
Wenn die mit Bisulfit behandelte DNA mittels Polymerase-Kettenreaktion amplifiziert wird, wird das Uracil als Thymin und die methylierten Cytosine als Cytosin amplifiziert. Mit Hilfe von DNA-Sequenzierungstechniken wird dann die Sequenz der mit Bisulfit behandelten DNA gelesen. Diejenigen Cytosine, die nach der Sequenzierung als Cytosine gelesen werden, stellen methylierte Cytosine dar, während diejenigen, die als Thymine gelesen werden, unmethylierte Cytosine in der genomischen DNA darstellen.