Publikationsrepositorium - Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Durch den Uranbergbau entstanden in Sachsen und Thüringen eine Vielzahl von Gruben, Abfallhalden und Absetzanlagen, aus denen beispielsweise über Sickerwasser das Schwermetall in die Umwelt gelangen konnte. Böden wurden kontaminiert und das Actinoid kann von Pflanzen aufgenommen werden. Um Erkenntnisse über die Migration und Wirkung des Urans gewinnen zu können, ist es notwendig die Wechselwirkung mit einzelnen Pflanzenstoffen zu untersuchen.
Im Mittelpunkt dieser Arbeit stand die Untersuchung von in vitro-Wechselwirkungen des in Pflanzen weitverbreiteten Flavonoids Quercetin mit Uranverbindungen. Insbesondere sollte überprüft werden, ob eine Reduktion des Uranyl zu Uran(IV) stattfindet. Im Allgemeinen besitzt vierwertiges Uran gegenüber dem sechswertigen Uran eine sehr geringe Löslichkeit, dies führt zu einer Immobilisierung des Urans.
Zur Charakterisierung des Reduktionsvermögens wurde das Redoxpotential des Polyphenols in Abhängigkeit vom pH-Wert in dem für die nachfolgenden Versuche verwendeten Lösungsmittel (50 % Methanol) bestimmt. Hierbei wurde ein linearer Zusammenhang zwischen pH 3,3 und 8,3 festgestellt: E = (-69 ± 3) mV * pH + (616 ± 7) mV bestimmt gegen Silber-Silberchlorid-Elektrode. Somit weist Quercetin bei steigendem pH-Wert ein zunehmendes Reduktionsvermögen auf.
Es erfolgte zudem die Bestimmung der Stabilitätskonstante des Komplexes zwischen Uran(IV) und Quercetin bei einem pH-Wert von 5,8 in 50 % Methanol im carbonatfreien System unter Inertgasbedingungen (Modellkomplexierung). Die Stabilitätskonstante wurde mittels UV/Vis-Spektroskopie zu log10β1:3:1 = 20,36 ± 0,18 bestimmt. Durch diese starke Komplexbildung wird auch die Löslichkeit der sonst schwerer löslichen Uran(IV)-Spezies erhöht. Dieser Komplex ist zudem stabiler als der Uranyl-Quercetin-Komplex (log10β1:3:1 = 13,8 [1]). Dies bedeutet, dass durch die Komplexbildung eine Erhöhung des Redoxpotentials des Redoxpaares U(VI)│U(IV) vorliegt und somit bei der Koordination des Uranyls mit Quercetin eine Reduktion des Metall-Ions leichter möglich ist.
Es galt weiterhin zu prüfen, ob ein Redoxprozess zwischen Quercetin und Uranyl in vitro bei pH 5,8 bzw. pH 7,0 in 50 % Methanol unter Inertgasbedingungen stattfindet. Eine Reduktion des Uranyl-Ions führt zur Bildung von Uran(IV), der stabilsten reduzierten Oxidationsstufe des Urans. Vierwertiges Uran konnte mittels laserinduzierter photoakustischer Spektroskopie (LIPAS), durch die Komplexbildung mit Arsenazo III bzw. durch die Extraktion mit 2-Thenoyltrifluoraceton (TTA) nachgewiesen werden. Es wurde mithilfe der genannten Methoden bestimmt, dass der Umsatz von Uranyl zu Uran(IV) durch das Reduktionsmittel Quercetin im Prozentbereich liegt.

[1] Viehweger, K. & Geipel, G. (2009) Report FZD-511 p. 41