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Isovanillin

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Vorlage:Infobox Chemikalie

Isovanillin (3-Hydroxy-4-methoxybenzaldehyd) ist eine organische chemische Verbindung mit der Summenformel C8H8O3. Es ist ein Derivat des Benzaldehyds mit einer zusätzlichen Hydroxy- und einer Methoxygruppe. Isovanillin ist ein nahezu geruchloses Isomer zum Vanillin, von dem es sich nur durch die Stellung der Methoxygruppe unterscheidet. Es dient als Synthesebaustein und findet vor allem im Pharma-, Kosmetik-, Agrar- und Nahrungsmittelbereich Verwendung.

Geschichte und Vorkommen

Datei:Manihot esculenta dsc07325.jpg
Maniok-Wurzelknollen nach der Ernte

Isovanillin wurde 1882 von Rudolf Wegscheider isoliert und charakterisiert.<ref name="MONATSHEFTE_1882">Rudolf Wegscheider: "Über Isovanillin", in: Monatshefte für Chemie, 1882, 3 (1), S. 789–795 (Vorlage:DOI).</ref> Es kommt u. a. in Mondia whitei<ref name="Mondia_2000">Neil A. Koorbanally, Dulcie A. Mulholland, Neil R. Crouch: "Isolation of Isovanillin from Aromatic Roots of the Medicinal African Liane, Mondia whitei", in: Journal of Herbs, Spices & Medicinal Plants, 2000, 7 (3), S. 37–43 (Vorlage:DOI).</ref><ref name="Mondia_2001">Kavaka W. Mukonyi, Isaiah O. Ndiege: "2-Hydroxy-4-methoxybenzaldehyde: Aromatic Taste Modifying Compound from Mondia whytei Skeels", in: Bull. Chem. Soc. Ethiop., 2001, 15 (2), S. 137–141 (PDF).</ref> und Maniok<ref name="Cassava">Bo Yi, Lifei Hu, Wenli Mei, Kaibing Zhou, Hui Wang, Ying Luo, Xiaoyi Wei, Haofu Dai: "Antioxidant Phenolic Compounds of Cassava (Manihot esculenta) from Hainan", in: Molecules, 2010, 16, S. 10157–10167 (Vorlage:DOI; PDF).</ref> vor.

Gewinnung und Darstellung

Natürliche Quellen

Die Isolierung von Isovanillin geschieht entweder durch Extraktion mit verschiedenen Lösungsmitteln aber auch durch Wasserdampfdestillation aus getrockneten Wurzeln der Mondia whitei.<ref name="Mondia_2000"/><ref name="Mondia_2001"/><ref name="Patent DE102009046126">Vorlage:Patent</ref>

Technische Synthesen

Zur Darstellung sind zahlreiche Verfahren bekannt:<ref name="Patent DE69507676T2">Vorlage:Patent</ref>

  • Piperonal (3,4-(Methylendioxy)-benzaldehyd) wird mit Natriummethanolat in Gegenwart von Kupfer(I)-chlorid in Dimethylformamid umgesetzt.<ref>N. Yu. Baratov, V. I. Vinogradova, M. S. Yunusov (Inst. Khim. Rastit. Veshchestv, Tashkent, USSR): "Reaction of 3,4-methylenedioxybenzaldehydes with sodium methoxide", in: Zh. Org. Khim., 1991, 27 (7), S. 1578–1579.</ref>
  • Veratrumaldehyd (3,4-Dimethoxybenzaldehyd) kann durch selektive Demethylierung mit Methionin in Methansulfonsäure zu Isovanillin umgesetzt werden.<ref>Nobutaka Fujii, Hiroshi Irie, Haruaki Yajima: "Regioselective Cleavage of Aromatic Methyl Ethers by Methanesulphonic Acid in the Presence of Methionine", in: J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 1977, 20, S. 2288–2288 (Vorlage:DOI).</ref> Die Reaktionszeiten sind lang und die Selektivität ist nicht sehr hoch.
  • Eine selektive O-Methylierung von Protocatechualdehyd (3,4-Dihydroxybenzaldehyd) durch Methyliodid in Gegenwart von Natriumhydrid in Dimethylsulfoxid führt zu einer Ausbeute von etwa 65 % Isovanillin.<ref>Satinder V. Kessar, Yash P. Gupta, Taj Mohammed, (Miss) Manju Goyal, Kewal K. Sawal: "Regioselective Mono-O-alkylation of some Pyrocatechoxide Dianions", in: J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1983, 7, S. 400–401 (Vorlage:DOI).</ref>
  • Eine Formylierung von Guajacol (o-Methoxyphenol), welches als Acetat geschützt ist, erfolgt mit Dichlormethoxymethan in Gegenwart von Titantetrachlorid in Dichlormethan. Der 3-Acetoxy-4-methoxybenzaldehyd wird anschließend mit NaOH hydrolysiert.<ref>Maria Luisa Scarpati, Armandodoriano Bianco, Livia Mascitelli, Pietro Passacantilli: "Selective Formylation of Diphenols", in: Synth. Commun., 1990, 20 (17), S. 2565–2572 (Vorlage:DOI).</ref>
  • Isovanillin lässt sich in guter Ausbeute erhalten, indem man bei einem 3-Alkoxy-4-methoxybenzaldehyd mittels einer starken Säure selektiv in 3-Stellung die Alkylgruppe abspaltet, wobei die Alkoxygruppe mindestens zwei Kohlenstoffatome enthält. Hierzu eignet sich u. a. Ethylvanillin (1), welches mit Dimethylsulfat zum 3-Ethoxy-4-methoxybenzaldehyd (2) methyliert wird. Anschließend wird mit Schwefelsäure selektiv der Ethylether gespalten.<ref name="Patent DE69507676T2"/>
Darstellung von Isovanillin (3) mittels Ethylvanillin (1); letzteres wird mit DMS zu 3-Ethoxy-4-methoxybenzaldehyd (2) methyliert und mit konz. Schwefelsäure selektiv hydrolysiert.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Isovanillin bildet schwach gelbliche glasglänzende Säulen<ref name="MONATSHEFTE_1882"/>, schmilzt bei 113–115 °C<ref name="Sigma" /> und siedet bei 179 °C bei Unterdruck (15 mmHg; ≈ 20 hPa)<ref name="Sigma" />. Es ist in heißem Wasser leicht, in kaltem kaum löslich; hingegen ist es leicht löslich in Chloroform, Ethanol, Ether, Methanol und Eisessig.<ref name="MONATSHEFTE_1882"/> Es kristallisiert im monoklinen Kristallsystem in der Vorlage:Raumgruppe mit den Gitterparametern a = 851,7 pm, b = 1338,0 pm, c = 639,0 pm, β = 97,21° und vier Formeleinheiten pro Elementarzelle.<ref>Fujiko Iwasaki: "The Crystal Structure of 3-Hydroxy-4-methoxybenzaldehyde (Isovanillin)", in: Chemistry Letters, 1973, 2 (3), S. 227–228 (Vorlage:DOI; PDF).</ref>

Chemische Eigenschaften

Isovanillin leitet sich strukturell sowohl vom Benzaldehyd als auch vom Guajacol (2-Methoxyphenol) ab. Es unterscheidet sich als Isomer vom Vanillin durch die Stellung der Methoxygruppe. Anstatt an Position 3 ist diese hier an Position 4 vorzufinden. Hydroxy- und Methoxygruppe tauschen im Vergleich zum Vanillin die Plätze. Im Gegensatz zum Vanillin ist es nahezu geruchlos.<ref>Toru Egawa, Akiyo Kameyama, Hiroshi Takeuchi: "Structural determination of vanillin, isovanillin and ethylvanillin by means of gas electron diffraction and theoretical calculations", in: Journal of Molecular Structure, 2006, 794 (1–3), S. 92–102 (Vorlage:DOI; PDF).</ref><ref>Riechstofflexikon: Vanillin.</ref>

Struktur von Isovanillin Struktur von Vanillin
Isovanillin Vanillin

Es bildet mit einer wässrigen Lösung von Eisen(III)-chlorid jedoch keine Färbung.<ref name="MONATSHEFTE_1882"/> Der pKs-Wert der phenolischen OH-Gruppe beträgt 8,89 (25 °C).<ref name="CRC"/> Dieser Wert ist gegenüber dem Phenol mit 9,99<ref name="CRC"/> niedriger; die elektronenziehende Aldehydgruppe erhöht durch ihren −M-Effekt die OH-Acidität; die phenolische OH-Bindung wird zunehmend polarisiert.

Biologische Eigenschaften

Isovanillin ist ein selektiver Inhibitor der Aldehydoxidase. Es ist kein Substrat dieses Enzyms und wird von der Aldehyddehydrogenase zu Isovanillinsäure metabolisiert.<ref>Georgios I. Panoutsopoulos, Christine Beedham: Enzymatic oxidation of phthalazine with guinea pig liver aldehyde oxidase and liver slices: inhibition by isovanillin. In: Acta Biochimica Polonica, 2004, 51 (4), S. 943–951 (PMID 15625566; PDF).</ref><ref>Georgios I. Panoutsopoulos, Demetrios Kouretas, Christine Beedham: Contribution of Aldehyde Oxidase, Xanthine Oxidase, and Aldehyde Dehydrogenase on the Oxidation of Aromatic Aldehydes. In: Chemical Research in Toxicology, 2004, 17 (10), S. 1368–1376 (Vorlage:DOI; PMID 15487898).</ref><ref>Georgios I. Panoutsopoulos: Phenylacetaldehyde oxidation by freshly prepared and cryopreserved guinea pig liver slices: the role of aldehyde oxidase. In: International Journal of Toxicology, 2005, 24 (2), S. 103–109 (Vorlage:DOI; PMID 16036769).</ref><ref>Georgios I. Panoutsopoulos, Christine Beedham: Metabolism of isovanillin by aldehyde oxidase, xanthine oxidase, aldehyde dehydrogenase and liver slices. In: Pharmacology, 2005, 73 (4), S. 199–208 (Vorlage:DOI; PMID 15627845).</ref><ref name="Panoutsopoulos"/>

Strukturelle Verwandte

Isovanillylalkohol (3-Hydroxy-4-methoxybenzylalkohol) entsteht durch Reduktion von Isovanillin. Isovanillinsäure (3-Hydroxy-4-methoxybenzoesäure) entsteht durch Oxidation, z. B. auf enzymatischen Weg.<ref name="Panoutsopoulos">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).</ref>

Struktur von Isovanillylalkohol Struktur von Isovanillin Struktur von Isovanillinsäure
Isovanillylalkohol Isovanillin Isovanillinsäure

Isoethylvanillin (3-Hydroxy-4-ethoxybenzaldehyd) ist ein struktureller Verwandter und unterscheidet sich vom Isovanillin, indem man die Methylgruppe gegen eine Ethylgruppe austauscht. Die Strukturanalogie entspricht der zwischen Vanillin und Ethylvanillin.

iso-Acetovanillon (3-Hydroxy-4-methoxyacetophenon) ist gleichfalls ein struktureller Verwandter und unterscheidet sich vom Isovanillin, indem man die Formylgruppe (Aldehydgruppe) gegen eine Acetylgruppe austauscht. Die Strukturanalogie entspricht der zwischen Vanillin und Acetovanillon.

Struktur von Isoethylvanillin Struktur von Isovanillin Struktur von iso-Acetovanillon
Isoethylvanillin Isovanillin iso-Acetovanillon

Verwendung

Isovanillin dient als Synthesebaustein vor allem im Pharma-, Kosmetik-, Agrar- und Nahrungsmittelbereich.<ref name="Patent DE69507676T2"/><ref>Keng-Shiang Huang, Eng-Chi Wang: "Synthesis of Substituted Indenes from Isovanillin via Claisen Rearrangement and Ring-closing Metathesis", in: Journal of the Chinese Chemical Society, 2004, 51, S. 383–391 (doi:10.1002/jccs.200400060).</ref><ref>Sie-Rong Li, Chung-Jung Shu, Liang-Yeu Chen, Hsing-Ming Chen, Po-Yuan Chen, Eng-Chi Wang: "Synthesis of substituted 2-aroyl-3-methylchromen-4-ones from isovanillin via 2-aroyl-3-methylchroman intermediates", in: Tetrahedron, 2009, 65 (42), S. 8702–8707 (doi:10.1016/j.tet.2009.08.043).</ref><ref>Roger M. Davey, N. Patrick J. Stamford: "Catalytic enamines from dialkylamide-dialkylacetals", in: Tetrahedron Letters, 2012, 53 (20), S. 2537–2539 (doi:10.1016/j.tetlet.2012.03.028).</ref>

Einzelnachweise

<references/>

Literatur

Weblinks

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