Isovanillin

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.

Strukturformel
Allgemeines
Name	Isovanillin
Andere Namen	3-Hydroxy-4-methoxybenzaldehyd 3-Hydroxyanisaldehyd
Summenformel	C8H8O3
Kurzbeschreibung	schwach gelbliche glasglänzende Säulen[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 621-59-0 EG-Nummer 210-694-9 ECHA-InfoCard 100.009.724 PubChem 12127 ChemSpider 11629 Wikidata Q412986
Eigenschaften
Molare Masse	152,15 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Schmelzpunkt	113–115 °C[2]
Siedepunkt	179 °C (15 mmHg; ≈ 20 hPa)[2]
pKS-Wert	8,89 (25 °C)[3]
Löslichkeit	in heißem Wasser leicht, in kaltem kaum löslich; sehr leicht löslich in Chloroform, leicht in Ethanol, Ether, Methanol und Eisessig[1]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[2] Achtung H- und P-Sätze H: 315​‐​319​‐​335 P: 261​‐​305+351+338[2]
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Geschichte und Vorkommen

Maniok-Wurzelknollen nach der Ernte

Isovanillin wurde 1882 von Rudolf Wegscheider isoliert und charakterisiert.^[1] Es kommt u. a. in Mondia whitei^[4][5] und Maniok^[6] 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.^[4][5][7]

Technische Synthesen

Zur Darstellung sind zahlreiche Verfahren bekannt:^[8]

• Piperonal (3,4-(Methylendioxy)-benzaldehyd) wird mit Natriummethanolat in Gegenwart von Kupfer(I)-chlorid in Dimethylformamid umgesetzt.^[9]
• Veratrumaldehyd (3,4-Dimethoxybenzaldehyd) kann durch selektive Demethylierung mit Methionin in Methansulfonsäure zu Isovanillin umgesetzt werden.^[10] 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.^[11]
• 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.^[12]
• 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.^[8]

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Isovanillin bildet schwach gelbliche glasglänzende Säulen^[1], schmilzt bei 113–115 °C^[2] und siedet bei 179 °C bei Unterdruck (15 mmHg; ≈ 20 hPa)^[2]. Es ist in heißem Wasser leicht, in kaltem kaum löslich; hingegen ist es leicht löslich in Chloroform, Ethanol, Ether, Methanol und Eisessig.^[1] Es kristallisiert im monoklinen Kristallsystem in der Raumgruppe P2₁/a (Raumgruppen-Nr. 14, Stellung 3)Vorlage:Raumgruppe/14.3 mit den Gitterparametern a = 851,7 pm, b = 1338,0 pm, c = 639,0 pm, β = 97,21° und vier Formeleinheiten pro Elementarzelle.^[13]

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.^[14][15]

Isovanillin	Vanillin

Es bildet mit einer wässrigen Lösung von Eisen(III)-chlorid jedoch keine Färbung.^[1] Der pK_s-Wert der phenolischen OH-Gruppe beträgt 8,89 (25 °C).^[3] Dieser Wert ist gegenüber dem Phenol mit 9,99^[3] 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.^{[16][17][18][19][20]}

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.^[20]

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.

Isoethylvanillin	Isovanillin	iso-Acetovanillon

Verwendung

Isovanillin dient als Synthesebaustein vor allem im Pharma-, Kosmetik-, Agrar- und Nahrungsmittelbereich.^{[8][21][22][23]}