Brenzcatechin (1,2-Dihydroxybenzol) ist ein zweiwertiges Phenol. Es besitzt zwei benachbarte, sich in sogenannter ortho-Position befindende Hydroxygruppen an einem Benzolring.

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 und Vorkommen

Der Trivialname der chemischen Verbindung geht auf die Gerber-Akazie (Acacia catechu) zurück. Aus deren Pflanzensaft, der Catechin enthält, wurde sie erstmals 1839 von dem Chemiker K. Reinsch durch trockene Destillation, sogenanntes Brenzen (altertümliche Bezeichnung für Pyrolyse), isoliert. Außerdem sind für Brenzcatechin die Bezeichnungen Pyrocatechin und Pyrocatechol geläufig.

Brenzcatechin ist im Pflanzenreich verbreitet und 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.

Außerdem ist Brenzcatechin in signifikanten Mengen auch in Tabakrauch zu finden (je nach Marke 20–500 µg pro Zigarette). 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-Hydroxydeoxyguanosin vorgeschlagen.

Gewinnung und Darstellung

Brenzcatechin lässt sich mit Hilfe einer Alkalischmelze 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 oder durch den oxidativen Abbau von Salicylaldehyd mit Wasserstoffperoxid und Natronlauge (Dakin-Reaktion). Ebenso ist eine Etherspaltung von Guajacol mit Bromwasserstoff möglich.

Eigenschaften

Brenzcatechin bildet farblose Kristalle, die mit Wasserdampf leicht flüchtig sind. 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. Mit Blei(II)-acetat bildet sich dagegen ein farbloser Niederschlag. Eine blaugrüne Färbung gibt die Reaktion von Brenzcatechin mit „Vanadinschwefelsäure“ → Mandelin-Reagenz. Ebenfalls eine blaugrüne Färbung gibt die Reaktion mit Chlorkalk. Brenzcatechin ist ein starkes Reduktionsmittel, das Fehlingsche Lösung, Benedicts Reagenz und ammoniakalische Silbernitratlösung zu reduzieren vermag.

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.

Das Hydroborierungsmittel Catecholboran ist ein Derivat von Brenzcatechin. Methylierungen ergeben Guajacol (Monomethylether) und Veratrol (Dimethylether):

Naturstoffe

Vom Brenzcatechin und seinen Methylethern Guajacol und Veratrol leiten sich zahlreiche Naturstoffe ab, darunter das bekannte Vanillin. Die vorgenannten drei Basisverbindungen entstehen durch Decarboxylierung aus den entsprechenden Säuren: z. B. Veratrol aus Veratrumsäure. Veratrumaldehyd wird wiederum aus Veratrol mittels Vilsmeier-Formylierung dargestellt.

	–CH₂OH	–CHO	–COOH
Brenzcatechin	Protocatechualkohol	Protocatechualdehyd	Protocatechusäure
Guajacol	Vanillylalkohol	Vanillin	Vanillinsäure
Guajacol	Isovanillylalkohol	Isovanillin	Isovanillinsäure
Veratrol	Veratrylalkohol	Veratrumaldehyd	Veratrumsäure

Nachweis

Zum qualitativ-analytischen Nachweis entsteht bei der Bromierung mit Kaliumbromid und Brom das Tetrabromderivat mit einem Schmelzpunkt von 192 °C.

Sicherheitshinweise

Die Dihydroxybenzole reizen Augen, Haut und Atemwege. Sie sind gesundheitsschädlich bei Berührung mit der Haut und beim Verschlucken. Brenzcatechin ist giftig für Wasserorganismen und daher als umweltgefährlich in Wassergefährdungsklasse 2 eingestuft. 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, H311, H341 und H350. Die Einstufungen als Skin Irrit 2 und Eye Irrit 2 wurden mit den entsprechenden Warnhinweisen H315 und H319 beibehalten. Diese Einstufung des RAC muss noch von der EU-Kommission in geltendes Recht umgesetzt werden, aber sie stellt mit der Veröffentlichung den Stand des Wissens dar, der von Unternehmen und Behörden berücksichtigt werden muss.

Toxikologie

Wie andere Dihydroxybenzene auch, wird Catechol im Gastrointestinaltrakt absorbiert und im Urin frei, als Monosulfat oder als Monoglucorinid ausgeschieden. Außerdem wurde eine Absorption durch die Haut beobachtet. Im Metabolismus entstehen als Zwischenprodukte unter anderen 1,4-Benzochinon, Trihydroxybenzene, aber auch bestimmte Semichinone.

Bei einer Aufnahme von Catechol durch die Haut sind die beobachteten Symptome ähnlich zu denen einer Phenolvergiftung. Außerdem kam es in Einzelfällen zu einer Kontaktdermatitis. In bestimmten Zelllinien induzierte Catechol die Apoptose von Zellen. In Erythrozyten kann Catechol Hämolyse verursachen.

Auf einer molekularen Ebene wird vermutet, dass Catechol durch die Bildung von Quinone und anderen Radikalen, in Kombination mit einer Depletion von Antioxidanzien, wie Glutathion, insgesamt ein Absinken der antioxidativen Kapazität verursacht und so zu oxidativem Stress führt. Dieser könnte ursächlich für die Induktion von DNA-Schäden sein. Außerdem kann Catechol mit Cysteinresten interagieren und so eventuell zur Aggregation von Proteinen oder zur Bildung von Disulfidbrücken führen.