Brenzcatechin
Brenzcatechin (1,2-Dihydroxybenzol) ist eine aromatische organische Verbindung. Sie bildet farblose, bei Kontakt mit Luft oder Licht braune, leicht phenolartig riechende, bittersüß schmeckende Kristalle und ist giftig. Brenzcatechin kommt in der Natur häufig vor, so z. B. in Zwiebeln. Verwendet wird Brenzcatechin in der organischen Synthese, in der Fototechnik, als Antioxidations- und Desinfektionsmittel sowie als Ausgangsstoff zur Herstellung von Pestiziden, Farbstoffen, Riechstoffen und Arzneimitteln.
Die Molekularstruktur ist durch zwei benachbarte, sich in ortho-Position befindende Hydroxygruppen am Benzolring charakterisiert. Die englische Bezeichnung ist Catechol (Kurzform von Pyrocatechol), nach IUPAC wird es auch 1,2-Dihydroxybenzen oder Benzen-1,2-diol genannt.
Außer Brenzcatechin (1,2-Dihydroxybenzol) existieren zwei weitere stellungsisomere Formen, nämlich das Resorcin (1,3-Dihydroxybenzol) und das Hydrochinon (1,4-Dihydroxybenzol).
Geschichte
Der Trivialname der chemischen Verbindung geht auf die Gerber-Akazie (Acacia catechu) zurück. Aus deren Pflanzensaft, der Catechin enthält, wurde sie erstmals 1839 vom deutschen Chemiker Hugo Reinsch durch trockene Destillation, sogenanntes Brenzen (altertümliche Bezeichnung für Pyrolyse), isoliert.<ref name="Reinsch">H. Reinsch: Einige Bemerkungen über Catechu in Repertorium für die Pharmacie 68 (1839) 49–58.</ref> 1841 wurde die Substanz von den deutschen Chemikern Heinrich Wackenroder und Constantin Zwenger unabhängig voneinander beschrieben.<ref name="Wackenroder">H. Wackenroder: Eigenschaften der Catechusäure in Ann. Chem. Pharm. 37 (1841) 306–320.</ref><ref name="Zwenger">C. Zwenger: Ueber Catechin in Ann. Chem. Pharm. 37 (1841) 320–336.</ref> August Kekulé charakterisierte die Verbindung 1867 als das Diol des Benzols.<ref name="Kekulé">A. Kekulé: Ueber die Sulfosäuren des Phenols in Zeitschrift für Chemie NF 3 (1867) 641–646.</ref> Außerdem waren für Brenzcatechin die Bezeichnungen Pyrocatechin und Pyrocatechol geläufig.<ref name="Soukup_org">Rolf Werner Soukup: Chemiegeschichtliche Daten organischer Substanzen, Version 2020, S. 32–33 pdf.</ref>
Vorkommen
Brenzcatechin ist im Pflanzenreich verbreitet und kommt unter anderem in Zwiebeln, Anadenanthera peregrina, der Gemeinen Wegwarte, Grapefruitpflanzen, Erdbeeren (Fragaria spp), Virginischem Tabak, Olivenbäumen, Oregano, Guaraná, Avocadopflanzen, Portulak, Pterocarpus marsupium, dem Kakaobaum und Gewürzvanille vor.<ref name="Dr.Dukes 51202" /> Es kann durch Pyrolyse (Brenzreaktion) natürlicher Rohstoffe wie Holz, Kohle und Lignin erhalten werden. Es ist mehrheitlich in Baumharz und Buchenholzteer enthalten. Früher wurde es auch aus den Schwelwässern der Braunkohle gewonnen.<ref name="Hans">Hans R. Schweizer: Künstliche Organische Farbstoffe und Ihre Zwischenprodukte. Springer-Verlag, 13. März 2013, ISBN 978-3-642-87245-7, S. 142.</ref>
Außerdem ist Brenzcatechin in signifikanten Mengen auch in Tabakrauch zu finden (je nach Marke 20–500 µg pro Zigarette).<ref>Vorlage:Literatur</ref><ref>Vorlage:Literatur</ref> Dort wird Brenzcatechin auch eine Mitwirkung an der tumorpromovierenden Wirkung des Tabakrauchs zugewiesen. Als mögliche Mechanismen wurden unter anderen die Translokation der PKC und die Bildung von 8-Hydroxydesoxyguanosin vorgeschlagen.<ref>Vorlage:Literatur</ref><ref>Vorlage:Literatur</ref>
Gewinnung und Darstellung
Brenzcatechin lässt sich mit Hilfe einer Alkalischmelze<ref>Alkalischmelze auf spektrum.de, abgerufen am 1. August 2016.</ref> von o-Chlorphenol oder o-Phenolsulfonsäure darstellen.
Auch durch Hydrolyse von 2-Chlorphenol mit Natronlauge bei höherer Temperatur in Gegenwart von Kupfersulfat, auch in Gegenwart von Bariumhydroxid und Kupfer(I)-chlorid<ref name="Hans" /> oder durch den oxidativen Abbau von Salicylaldehyd mit Wasserstoffperoxid und Natronlauge (Dakin-Reaktion).<ref>Brenzcatechin auf spektrum.de, abgerufen am 1. August 2016.</ref>
Eigenschaften
Physikalische Eigenschaften
Brenzcatechin bildet farblose Kristalle, die bei 105 °C schmelzen.<ref name="Rai">Rai, U.S.; Mandal, K.D.: Chemistry of organic eutectics and 1:1 addition compound: p-phenylenediamine-catechol system in Thermochim. Acta 138 (1989) 219.</ref> Die Schmelzenthalpie wurde mit 22,87 kJ·mol−1 bestimmt.<ref name="Verevkin">Verevkin, S.P.; Kozlova, S.A.: Diydroxybenzenes: Catechol, resorcinol, and hydroquinone in Thermochim. Acta 471 (2008) 33–42, Vorlage:DOI.</ref> Der Siedepunkt unter Normaldruck liegt bei 245 °C.<ref>CRC Handbook of Data on Organic Compounds, 2nd Edition, Weast, R.C and Grasselli, J.G., ed(s)., CRC Press, Inc., Boca Raton, FL, 1989, 1.</ref> Die Standardverdampfungsenthalpie beträgt 71,9 kJ·mol−1.<ref name="Verevkin" /> Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach Antoine entsprechend log10(P) = A−(B/(T+C)) (P in bar, T in K) mit A = 5,5033, B = 2713,153 und C = −23,96 im Temperaturbereich von 391,7 bis 518,7 K.<ref Name="Terres">von Terres, E.; Gebert, F.; Hulsemann, H.; Petereit, H.; Toepsch, H.; Ruppert, W.: Zur Kenntnis der physikalisch-chemischen Grundlagen der Gewinnung und Zerlegung der Phenolfraktionen von Steinkohlenteer und Braunkohlenschwelteer. IV. Mitteilung Die Dampfdrücke von Phenol und Phenolderivaten in Brennst.-Chem. 36 (1955) 272–274.</ref>
Chemische Eigenschaften
An der Luft und bei Lichteinfall wird es instabil und oxidiert zu 1,2-Benzochinon (Autoxidation).
Die wässrige Lösung ist farblos, wird aber bei pH-Werten über 7 in Gegenwart von Sauerstoff schnell durch Oxidation braun. In neutraler Lösung ergibt die Kombination mit Eisen(III)-chlorid eine Grünfärbung. Diese Reaktion kann zur Unterscheidung der Dihydroxybenzole dienen: Resorcin gibt eine violette Färbung, Hydrochinon eine Blaufärbung, die nach kurzer Zeit wieder verschwindet, da das Hydrochinon vom Eisen(III)-chlorid zum p-Benzochinon oxidiert wird, das keine Farbreaktion zeigt.<ref>Uni Regensburg: Versuchsanleitung zum Nachweis von Dihydroxybenzolen (Peter Keusch).</ref> Mit Blei(II)-acetat bildet sich dagegen ein farbloser Niederschlag. Eine blaugrüne Färbung gibt die Reaktion von Brenzcatechin mit „Vanadinschwefelsäure“ → Mandelin-Reagenz.<ref>K. F. Mandelin, St. Petersburg: Über Vanadinschwefelsäure, ein neues Reagens für Alkoloide. E. Wienecke, 1883.</ref><ref name="SCHOMACKER">Joseph Schomacker: Beitrag zum forensisch-chemischen Nachweise des Resorcin und Brenzcatechin im Thierkörper (PDF; 1,3 MB), Dissertation, 1886, Universität Dorpat.</ref> Ebenfalls eine blaugrüne Färbung gibt die Reaktion mit Chlorkalk.<ref name="SCHOMACKER" />
Verwendung
Die Verwendungsmöglichkeiten von Brenzcatechin liegen in der Fototechnik als Entwickler. Zum Einsatz kommt es als Antioxidations- und Desinfektionsmittel. In der organischen Synthese spielt es eine Rolle als Ausgangsmaterial für Farbstoffe, Riechstoffe und Arzneimittel sowie als Schutzgruppe für Carbonylverbindungen. Etwa 50 % des synthetischen hergestellten Brenzcatechins wird zur Herstellung von Pestiziden verwendet, wobei der Rest als Vorstufe zu Chemikalien zur Herstellung von Parfüms und Arzneimitteln dient.<ref>Helmut Fiegel u. a.: Phenol Derivatives. In: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 15. Juni 2000, Vorlage:DOI.</ref>
Das Hydroborierungsmittel Catecholboran ist ein Derivat von Brenzcatechin. Methylierungen ergeben Guajacol (Monomethylether) und Veratrol (Dimethylether):<ref>Vorlage:Literatur</ref>
Nachweis
Zum qualitativ-analytischen Nachweis entsteht bei der Bromierung mit Kaliumbromid und Brom<ref>Autorengemeinschaft: Organikum. 19. Auflage. Johann Ambrosius Barth, Leipzig / Berlin / Heidelberg 1993, ISBN 3-335-00343-8, S. 331.</ref> das Tetrabromderivat mit einem Schmelzpunkt von 192 °C.<ref>Autorengemeinschaft: Organikum. 19. Auflage. Johann Ambrosius Barth, Leipzig / Berlin / Heidelberg 1993, ISBN 3-335-00343-8, S. 653.</ref>
Sicherheitshinweise
Brenzcatechin reizt Augen, Haut und Atemwege. Es ist giftig bei Berührung mit der Haut und beim Verschlucken. Brenzcatechin ist giftig für Wasserorganismen und daher als umweltgefährlich in Wassergefährdungsklasse 2 eingestuft.<ref name="GESTIS" /> Auf Vorschlag der französischen Chemikalienbehörde wurde 2015 und 2016 die chemikalienrechtliche Einstufung von Brenzcatechin überarbeitet. Der Ausschuss für Risikobewertung (RAC) der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA) hat am 16. September 2016 die Einstufung für Brenzcatechin wie folgt entschieden: Brenzcatechin wird als krebserzeugend Carc 1B, Muta 2 sowie Acute Tox 3 für orale und dermale Gabe eingestuft. Die Warnhinweise wurden festgelegt auf H301 und H311 (giftig bei Verschlucken und Hautkontakt), sowie H341 (möglicherweise mutagen) und H350 (krebserregend). Die Einstufungen als hautreizend Kategorie 2 und augenreizend Kategorie 2 wurden mit den entsprechenden Warnhinweisen H315 und H319 beibehalten.<ref>RAC-Entscheidung vom 16. September 2016.</ref>
Metabolismus und Toxikologie
Wie andere Dihydroxybenzene auch, wird Brenzcatechin im Gastrointestinaltrakt absorbiert und im Urin frei, als Monosulfat (Sulfatierung) oder als Monoglucuronid (Glucuronidierung) ausgeschieden.<ref>Vorlage:Literatur</ref> Im Metabolismus entsteht als Zwischenprodukt (neben dem Sulfat und Glucuronid) hauptsächlich 1,2-Benzochinon, untergeordnet auch Hydroxyhydrochinon.<ref name=":0">Vorlage:Literatur</ref> Außerdem kann es in Einzelfällen zu einer Kontaktdermatitis führen.<ref>Some fumigants, the herbicides 2,4-D and 2,4,5-T, chlorinated dibenzodioxins and miscellaneous industrial chemicals. In: IARC monographs on the evaluation of the carcinogenic risk of chemicals to man. Band 15, August 1977, S. 1–354, PMID 330387 (Review).</ref> In bestimmten Zelllinien induzierte Brenzcatechin die Apoptose von Zellen.<ref>J. L. Moran, D. Siegel, X. M. Sun, D. Ross: Induction of apoptosis by benzene metabolites in HL60 and CD34+ human bone marrow progenitor cells. In: Molecular pharmacology. Band 50, Nummer 3, September 1996, S. 610–615, PMID 8794901.</ref> In Erythrozyten kann es Hämolyse verursachen.<ref>B. Bukowska, S. Kowalska: Phenol and catechol induce prehemolytic and hemolytic changes in human erythrocytes. In: Toxicology Letters. Band 152, Nummer 1, August 2004, S. 73–84, Vorlage:DOI, PMID 15294349.</ref>
Auf einer molekularen Ebene wird vermutet, dass Brenzcatechin die Chinone und Radikale bildet<ref>Vorlage:Literatur</ref> und in Kombination mit dem Verbrauch von Antioxidanzien wie Glutathion insgesamt ein Absinken der antioxidativen Kapazität verursacht und so zu oxidativem Stress führt.<ref>U. Stenius, M. Warholm, A. Rannug, S. Walles, I. Lundberg, J. Högberg: The role of GSH depletion and toxicity in hydroquinone-induced development of enzyme-altered foci. In: Carcinogenesis. Band 10, Nummer 3, März 1989, S. 593–599, Vorlage:DOI, PMID 2564322.</ref> Dieser könnte ursächlich für die Induktion von DNA-Schäden sein.<ref>Vorlage:Literatur</ref> Außerdem kann Catechol mit Cysteinresten interagieren und so eventuell zur Aggregation von Proteinen oder zur Bildung von Disulfidbrücken führen.<ref>Vorlage:Literatur</ref>
Abgeleitete Verbindungen
Vom Brenzcatechin und seinen Methylethern Guajacol und Veratrol leiten sich formal zahlreiche Naturstoffe ab, darunter das bekannte Vanillin.
Einzelnachweise
<references> <ref name="Dr.Dukes 51202">Vorlage:DrDukesDB</ref> </references>