Protocatechusäure

Titelbild:  tsunikpavlo@gmail.com / DepositPhotos

Protocatechusäure

Strukturformel
Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes:
Allgemeines
Name Protocatechusäure
Andere Namen
  • Protokatechusäure
  • 3,4-Dihydroxybenzoesäure
Summenformel C7H6O4
CAS-Nummer 99-50-3
PubChem 72
Kurzbeschreibung

hellbrauner Feststoff[1]

Eigenschaften
Molare Masse 154,12 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Schmelzpunkt

202–204 °C (Zersetzung)[1]

pKs-Wert

4,48 (25 °C)[2]

Löslichkeit

schlecht in Wasser (20 g·l−1 bei 20 °C)[1]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [3]
07 – Achtung

Achtung

H- und P-Sätze H: 315-319-335
P: 261-​305+351+338 [3]
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [4][5]
Gesundheitsschädlich
Gesundheits-
schädlich
(Xn)
R- und S-Sätze R: 22
S: 22-45
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.
Vorlage:Infobox Chemikalie/Summenformelsuche vorhanden

Protocatechusäure (3,4-Dihydroxybenzoesäure) ist eine aromatische Verbindung, die sich sowohl von der Benzoesäure als auch vom Brenzcatechin (1,2-Dihydroxybenzol) ableitet. Die Struktur besteht aus einem Benzolring mit einer angefügten Carboxygruppe (–COOH) und zwei Hydroxygruppen (–OH) als Substituenten. Sie gehört zur Gruppe der Dihydroxybenzoesäuren, ist in freier Form in den Früchten des Japanischen Sternanis' (Illicium religiosum) enthalten und entsteht bei der Alkalischmelze zahlreicher Naturstoffe, z. B. aus Catechinen, aus verschiedenen Harzen, dem Farbstoff Maklurin und mehreren Anthocyanen.

Vorkommen

Protocatechusäure kommt in essbaren Gemüse, Obst und Nüssen vor, beispielsweise in Oliven, Naturreis und Pekannüssen.[6] Es wurde auch im Tee und Wein gefunden, bei letzteren in Mengen bis zu 12 mg·kg−1 nachgewiesen.[7]

Darstellung

Chemische Synthese

Synthetisch stellt man Protocatechusäure aus p-Hydroxybenzoesäure dar; man führt diese in m-Chlor-p-hydroxybenzoesäure über und erhitzt letztere mit Ätzkali unter Druck.

Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes:

Die Carboxylierung mit einer Kolbe-Schmitt-Reaktion durch Erhitzen von Brenzcatechin mit Ammoniumcarbonat im geschlossenen Rohr liefert nur schlechte Ausbeuten, in wäßriger Lösung findet keine Reaktion statt.[8]

Eine weitere Synthese geht vom Vanillin aus, und führt über die Demethylierung der Vanillinsäure bzw. ihres Kaliumsalzes zur Protocatechusäure:[9]

Herstellung von Protocatechusäure aus Vanillin
Herstellung von Protocatechusäure aus Vanillin

Beim Erhitzen von Piperonlysäure mit Salzsäure oder Iodwasserstoffsäure entsteht ebenfalls Protocatechusäure.[10][11] Als Nebenprodukt wird Formaldehyd gebildet.

Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes:

Biosynthese

Protocatechualdehyd kann enzymatisch zur Protocatechusäure oxidiert werden.[12]

Eigenschaften

Protocatechusäure und schmilzt bei etwa 202–204 °C[1] und zersetzt sich dabei durch Decarboxylierung zu Brenzcatechin und Kohlenstoffdioxid. Ihre wässrige Lösung wird auf Zusatz von Eisenchlorid blaugrün. Diese Farbe schlägt nach Zugabe von wenig Soda oder Ammoniak erst nach violett, dann in rot um. Protocatechusäure wirkt stark reduzierend.

Reaktionen

Mit elementarem Brom bildet sich bei Raumtemperatur 5-Bromprotocatechusäure[13], die beim Schmelzen mit Kaliumcarbonat zur Gallussäure umgewandelt wird.[14]

Bromierung von Protocatechusäure und weitere Umsetzung zur Gallussäure

Wird die Bromierung bei 100 °C durchgeführt, entsteht unter Abspaltung von Kohlendioxid Tetrabrombrenzcatechin.[13]

Bromierung von Protocatechusäure unter Bildung von Tetrabrombrenzcatechin

Physiologische Bedeutung

Die Wirkung von Protocatechusäure auf lebende Zellen ist momentan Gegenstand der Forschung und wird noch kontrovers diskutiert. So wurde gezeigt, dass es ein potentes Antioxidationsmittel mit einer etwa 10-mal stärkeren Wirkung als α-Tocopherol ist.[15] In hohen Dosen jedoch, bei beispielsweise 10 mM, kann es aber auch oxidativen Stress in Zellkulturen induzieren.[16]

Gegenüber Krebszellen zeigt Protocatechusäure verschiedene Effekte. In menschlichen Magenkrebszellen (Zellen eines Magenadenokarzinoms) und andere Tumorzellen des Verdauungstraktes induziert es die Apoptose und wirkt daher im Sinne eines Krebsmittels.[6] Es liegen aber auch Studiendaten vor, die auf einen gegenteiligen Effekt von Protocatechusäure hinweisen. So induziert es die Zellteilung in neuralen Stammzellen und blockiert dort die Apoptose.[17] Auch in Hautkrebszellen der Maus wurde dies beobachtet. Wenn dort chemisch durch 12-O-Tetradecanoylphorbol-13-acetat Krebsezellen induziert wurden, konnte Protocatechusäure die Tumorbildung sogar noch verstärken.[15] Wenn man in vitro maligne Zelllinien der menschlichen Unterkieferspeicheldrüse erzeugt, konnte Protocatechusäure diese Krebszellen nicht abtöten.[16]

Literatur

  • Paul Karrer: Lehrbuch der organischen Chemie. 10. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1948, S. 569.

Einzelnachweise

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 Datenblatt Protocatechusäure bei Merck, abgerufen am 3. Juni 2007.
  2. ↑ D'Ans-Lax: Taschenbuch für Chemiker und Physiker, 3. Auflage, Band 1, Springer-Verlag, Berlin-Göttingen-Heidelberg 1967 (ChemieOnline – pKb- und pKs-Werte).
  3. ↑ 3,0 3,1 Datenblatt 3,4-Dihydroxybenzoic acid bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 22. April 2011.
  4. ↑ Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Zubereitungen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.
  5. ↑ Datenblatt Protocatechusäure bei Carl Roth, abgerufen am 3. Juni 2007.
  6. ↑ 6,0 6,1 Lin, HH., Chen, JH., Huang, CC., Wang, CJ.: Apoptotic effect of 3,4-dihydroxybenzoic acid on human gastric carcinoma cells involving JNK/p38 MAPK signaling activation.. In: Int J Cancer.. 120, Nr. 11, Juni 2007, S. 2306–2316. doi:10.1002/ijc.22571. PMID 17304508.
  7. ↑ Fachbereichsarbeit "Phenolische Verbindungen im Wein – Einfluss auf Aroma und Farbe", E. Taufratzhofer, BRG Mödling 2002. S. 32.
  8. ↑ S. v. Kostanecki: "Zur Einführung der Carboxylgruppe in die Phenole", in: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft, 1885, 18, S. 3202–3206. Volltext
  9. ↑ Irwin A. Pearl: Protocatechuic acid. In: Organic Syntheses. Coll. Vol. 3, p. 745; PDF.
  10. ↑ A. H. Parijs: "The opening of the dihydroxymethylene ring" in Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas 1930, 49(1). S. 33 - 44. doi:DOI: 10.1002/recl.19300490104
  11. ↑ R. Fittig, I. Remsen: "Untersuchungen über die Constitution des Piperins und seiner Spaltungsproducte Piperinsäure und Piperidin" in Justus Liebigs Annalen der Chemie 1873, 168(1), S. 93 - 98. doi:10.1002/jlac.18731680110
  12. ↑ Georgios I. Panoutsopoulos, Christine Beedham: „Enzymatic Oxidation of Vanillin, Isovanillin and Protocatechuic Aldehyde with Freshly Prepared Guinea Pig Liver Slices“, in: Cell. Physiol. Biochem., 2005, 15 (1–4), S. 89–98; PMID 15665519; PDF.
  13. ↑ 13,0 13,1 J. Stenhouse: „Action of Bromine on Protocatechuic Acid, Gallic Acid and Tannion“, in: The chemical news, 1874, 29, S. 95 (eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
  14. ↑ Textbook of Chemistry Volltext
  15. ↑ 15,0 15,1 Nakamura, Y. et al.: A simple phenolic antioxidant protocatechuic acid enhances tumor promotion and oxidative stress in female ICR mouse skin: dose-and timing-dependent enhancement and involvement of bioactivation by tyrosinase. In: Carcinogenesis. 21, Nr. 10, Oktober 2000, S. 1899–1907. doi:10.1093/carcin/21.10.1899. PMID 11023549.
  16. ↑ 16,0 16,1 Babich, H., Sedletcaia, A. und Kenigsberg, B.: In vitro cytotoxicity of protocatechuic acid to cultured human cells from oral tissue: involvement in oxidative stress. In: Pharmacol. Toxicol.. 91, Nr. 5, November 2002, S. 245–253. doi:10.1034/j.1600-0773.2002.910505.x. PMID 12570031.
  17. ↑ Guan, S. et al.: Protocatechuic acid promotes cell proliferation and reduces basal apoptosis in cultured neural stem cells. In: Toxicology in vitro : an international journal published in association with BIBRA. 23, Nr. 2, März 2009, S. 201–208. doi:10.1016/j.tiv.2008.11.008. PMID 19095056.

Weblinks

Siehe auch