Furocumarine

Struktur

Die Furocumarine leiten sich strukturell von Cumarin durch Anellierung mit einem Furanring ab. Cumarin besitzt vier Bindungen (c, f, g und h) über die eine Anellierung eines Furanrings möglich ist und ein Furanring lässt sich über seine Bindung zwischen C2 und C3 in zwei unterschiedlichen Orientierungen mit jeder dieser Bindungen verknüpfen. Daraus ergeben sich im Prinzip 8 Grundtypen der Furocumarine, von denen vor allem die vier Stammverbindungen Furo[3,2-g]cumarin (Psoralen) 6, Furo[2,3-h]cumarin (Angelicin) 3, Furo[2,3-f]cumarin (Allopsoralen)^{[S 1]} 7 und Furo[3,2-c]cumarin^{[S 2]} 1 bzw. deren Derivate natürlich vorkommen.^[1]

Struktur der 8 möglichen Furocumarine

Beim Psoralen-Typ ist der Furanring mit g-Bindung des Cumarins verknüpft, wobei sich eine lineare Anordnung der drei Ringe ergibt und beim Angelicin-Typ ist der Furanring mit der h-Bindung des Cumarins verknüpft, so dass sich eine gewinkelte Anordnung der drei Ringe ergibt. In beiden Fällen ist das Sauerstoffatom des Furanrings an C7 des Cumarins gebunden, was auf die Biosynthese beider Furocumarine ausgehend von Umbelliferon (7-Hydroxycumarin) zurückgeht.^[2]

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Biosynthese

Die Biosynthese von Psoralen und Angelicin erfolgt ausgehend von Umbelliferon (7-Hydroxycumarin) in analogen Schritten. Der erste Schritt ist die Isoprenylierung con C6, bei der Biosynthese von Psoralen unter Bildung von Demethylsuberosin bzw. von C8 bei der Biosynthese von Angelicin unter Bildung von Osthenol. Anschließend erfolgt Ringschluss zu (+)-Marmesin bzw. (+)-Columbianetin und danach die Bildung der C–C-Doppelbindung des Furanrings durch oxidative Eliminierung unter Bildung von Aceton und Wasser.^[2]

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Eigenschaften

Wie die meisten α,β-ungesättigten Carbonylverbindungen sind Furocumarine sehr reaktiv. Unter Einwirkung von Sonnenlicht (UVA- und UVB-Strahlung) werden Furocumarine photoaktiviert. Prominentes Beispiel ist der giftige Saft des Riesen-Bärenklaus (Herkulesstaude). Die darin enthaltenen Furocumarine schädigen den menschlichen Organismus auf zweierlei Weise:

Photosensibilisierend/Phototoxisch: Gelangen Furocumarine auf die Haut und werden anschließend dem Sonnenlicht (UV-Strahlung) ausgesetzt, kommt es je nach Schwere zu verbrennungsähnlichen Symptomen (Hautrötung, Schwellung, Blasenbildung, Läsionen, Photopigmentierung, Narbenbildung).^[3]^[4] Siehe auch Berloque-Dermatitis, Photodermatitis.
Krebserregend: Furocumarine gehen unter UV-Einwirkung kovalente Bindungen mit den Pyrimidinbasen der DNA ein, vernetzen so die DNA-Doppelstränge irreversibel miteinander (DNA-Vernetzung) und wirken dadurch krebserregend.^[5]^[6]^[7]

In der Medizin werden Furocumarine wie Bergapten, Trioxsalen, Xanthotoxin oder Trimethylpsoralen zur Behandlung von Psoriasis im Rahmen der Phototherapie und Photochemotherapie eingesetzt.^[4]

Psoralen-Typ
Bild
Name	Psoralen	Bergapten	Xanthotoxin	Isopimpinellin	Imperatorin
R¹	H	OCH₃	H	OCH₃	H
R²	H	H	OCH₃	OCH₃	O–CH₂–CH=C(CH₃)₂
CAS-Nummer	66-97-7	484-20-8	298-81-7	482-27-9	482-44-0
PubChem	6199	2355	4114	68079	10212
Summenformel	C₁₁H₆O₃	C₁₂H₈O₄	C₁₂H₈O₄	C₁₃H₁₀O₅	C₁₆H₁₄O₄
Molare Masse	186,16 g·mol⁻¹	216,19 g·mol⁻¹	216,19 g·mol⁻¹	246,21 g·mol⁻¹	270,28 g·mol⁻¹

Angelicin-Typ
Bild
Name	Angelicin	Pimpinellin	Isobergapten	Sphondin
R¹	H	OCH₃	H	OCH₃
R²	H	OCH₃	OCH₃	H
CAS-Nummer	523-50-2	131-12-4	482-48-4	483-66-9
PubChem	10658	4825	68082	108104
Summenformel	C₁₁H₆O₃	C₁₃H₁₀O₅	C₁₂H₈O₄	C₁₂H₈O₄
Molare Masse	186,16 g·mol⁻¹	246,21 g·mol⁻¹	216,19 g·mol⁻¹	216,19 g·mol⁻¹

Vorkommen in der Natur

Zusammenfassung

Kontext

Furocumarine vom Psoralen- und Angelicin-Typ kommen in der Natur hauptsächlich in den Pflanzenfamilien Rautengewächse, Doldenblütler, Hülsenfrüchtler und Maulbeergewächse vor. Am häufigsten treten sie in den Rautengewächsen, z. B. in den Zitruspflanzen und den Doldenblütlern, z. B. in den Gattungen Bärenklau und Engelwurzen auf. Bekannte Beispiele sind die Vorkommen in der Grapefruit und im Riesen-Bärenklau.

Aus der Gefransten Raute (Ruta chalepensis) wurden erstmals unter anderem Chalepensin^{[S 3]} und Chalepin^{[S 4]} isoliert, die eine Isoprenylierung von C3 des 2-Pyronrings des Psoralen-Ringsystems aufweisen.^[9]^[10]

Die Furocumarine vom Psoralen-Typ sind stärker verbreitet als die vom Angelicin-Typ. Furocumarine vom Angelicin-Typ kommen in den unten genannten Furocumarin-haltigen Pflanzen, die in der menschlichen Ernährung eine Rolle spielen, insbesondere in der Pastinake vor.^[11]