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 u. a. 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 mini|links|Aprikosen enthalten natürlicherweise Protocatechusäure Protocatechusäure kommt in essbarem Gemüse, Obst und Nüssen vor, beispielsweise in Oliven, Naturreis und Pekannüssen. Sie kommt auch in der Borstigen Taigawurzel, Ginkgo, Aprikosen, Mönchspfeffer, den Blättern des Gewürznelkenbaum, und Brennnesseln vor.
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.
rahmenlos|hochkant=2.5|zentriert|Herstellung von Protocatechusäure aus Piperonylsäure
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.S. v. Kostanecki: Zur Einführung der Carboxylgruppe in die Phenole. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 18, 1885, S. 3202–3206 ().
Eine weitere Synthese geht vom Vanillin aus und führt über die Demethylierung der Vanillinsäure bzw. ihres Kaliumsalzes zur Protocatechusäure:
rahmenlos|hochkant=2.5|zentriert|Herstellung von Protocatechusäure aus Vanillin
Beim Erhitzen von Piperonylsäure mit Salzsäure oder Iodwasserstoffsäure entsteht ebenfalls Protocatechusäure.A. H. Parijs: The opening of the dihydroxymethylene ring. In: Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas. 49, Nr. 1, 1930, S. 33–44, doi:10.1002/recl.19300490104R. Fittig, I. Remsen: Untersuchungen über die Constitution des Piperins und seiner Spaltungsproducte Piperinsäure und Piperidin. In: Justus Liebigs Annalen der Chemie. Band 168, Nr. 1, 1873, S. 93–98, doi:10.1002/jlac.18731680110 Als Nebenprodukt werden äquimolare Mengen Formaldehyd abgespalten.
rahmenlos|hochkant=2.4|zentriert|Herstellung von Protocatechusäure aus Piperonylsäure
Biosynthese Protocatechualdehyd kann enzymatisch zur Protocatechusäure oxidiert werden.Georgios I. Panoutsopoulos, Christine Beedham: Enzymatic Oxidation of Vanillin, Isovanillin and Protocatechuic Aldehyde with Freshly Prepared Guinea Pig Liver Slices. In: Cell Physiol Biochem. Band 15, Nr. 1–4, 2005, S. 89–98. PMID 15665519; (PDF)
Eigenschaften Protocatechusäure und schmilzt bei etwa 202–204 °C und zersetzt sich dabei durch Decarboxylierung zu Brenzcatechin und Kohlenstoffdioxid. Ihre wässrige Lösung wird nach Zusatz von Eisen(III)-chlorid grün (Eisenchloridtest). Diese Farbe schlägt nach Zugabe von wenig Soda erst nach blau, dann nach rot um.Georg Malin: Notiz über eine neue Bildungsweise der Protocatechusäure. In: Justus Liebigs Annalen der Chemie. Band 152, Nr. 1, 1869, S. 109–111, . Protocatechusäure wirkt stark reduzierend.
Reaktionen Mit elementarem Brom bildet sich bei Raumtemperatur 5-BromprotocatechusäureJ. Stenhouse: Action of Bromine on Protocatechuic Acid, Gallic Acid and Tannion. In: The chemical news. Band 29, 1874, S. 95 ()., die beim Schmelzen mit Kaliumcarbonat zur Gallussäure umgewandelt wird.Textbook of Chemistry (Volltext)
rahmenlos|hochkant=2.3|zentriert|Bromierung von Protocatechusäure und weitere Umsetzung zur Gallussäure
Wird die Bromierung bei 100 °C durchgeführt, entsteht unter Abspaltung von Kohlendioxid Tetrabrombrenzcatechin.
rahmenlos|hochkant=1.5|zentriert|Bromierung von Protocatechusäure unter Bildung von Tetrabrombrenzcatechin
Analytik Zur qualitativen und quantitativen Bestimmung kann nach adäquater Probenvorbereitung die Kopplung der UPLC mit der Massenspektrometrie und auch die HPTLC eingesetzt werden.F. Ma, X. Gong, X. Zhou, Y. Zhao, M. Li: An UHPLC-MS/MS method for simultaneous quantification of gallic acid and protocatechuic acid in rat plasma after oral administration of Polygonum capitatum extract and its application to pharmacokinetics. In: J Ethnopharmacol. Band 162, 13. Mar 2015, S. 377–383. PMID 25557034.Y. Tao, X. Xu, J. Yan, B. Cai: A sensitive UPLC-MS/MS method for simultaneous determination of polyphenols in rat plasma: Application to a pharmacokinetic study of dispensing granules and standard decoction of Cinnamomum cassia twigs. In: Biomed Chromatogr. Band 33, Nr. 7, Jul 2019, S. e4534. PMID 30874318.A. Balkrishna, M. Tomer, M. Joshi, S. Gujral, R. Kumar Mishra, J. Srivastava, A. Varshney: Standardization and validation of phytometabolites by UHPLC and high-performance thin layer chromatography for rapid quality assessment of ancient ayurvedic medicine. In: Mahayograj Guggul. J Sep Sci. Band 45, Nr. 10, Mai 2022, S. 1616–1635. PMID 35152549.
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. In hohen Dosen jedoch, bei beispielsweise 10 mM, kann es aber auch oxidativen Stress in Zellkulturen induzieren.
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. 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. Auch in Hautkrebszellen der Maus wurde dies beobachtet. Wenn dort chemisch durch 12-O-Tetradecanoylphorbol-13-acetat Krebszellen induziert wurden, konnte Protocatechusäure die Tumorbildung sogar noch verstärken. Wenn man in vitro maligne Zelllinien der menschlichen Unterkieferspeicheldrüse erzeugt, konnte Protocatechusäure diese Krebszellen nicht abtöten.
Literatur Paul Karrer: Lehrbuch der organischen Chemie. 10. Auflage. Georg Thieme, Stuttgart 1948, S. 569. Deutsche Chemische Gesellschaft: Beilsteins Handbuch der Organischen Chemie. Bd. 10, 4. Auflage, Springer, 1927: (Syst.Nr. 1105) H 389, EI 187, EII 260
Weblinks Untersuchung der antiviralen Aktivität (PDF-Datei; 527 kB)
Einzelnachweise
Kategorie:Hydroxybenzoesäure Kategorie:Brenzcatechin Kategorie:Aromastoff (EU)