Ferulasäure (1135-24-6) Physikalische und chemische Eigenschaften
Ferulasäure
Ein natürlich vorkommendes Derivat der Zimtsäure und phenolischer Antioxidans, das häufig in kosmetischen, nutraceutical- und pharmazeutischen Formulierungs- und F&E-Anwendungen eingesetzt wird.
| CAS-Nummer | 1135-24-6 |
| Familie | Derivate der Zimtsäure |
| Übliche Form | Pulver oder kristalliner Feststoff |
| Übliche Qualitäten | EP, Food Grade, USP |
Ferulasäure ist eine hydroxy-methoxy substituierte Zimtsäure, klassifizierbar als Hydroxycinnamat (eine ungesättigte aromatische Carbonsäure). Strukturell handelt es sich um (E)-3-(4-Hydroxy-3-methoxyphenyl)prop-2-ensäure: einen para-hydroxy- und meta-methoxy-substituierten Phenylring, konjugiert mit einer trans-Propenoic-Säure-Seitenkette. Das konjugierte aromatische/vinylic System und die phenolische Hydroxylgruppe verleihen ein delokalisiertes π-System und einen Chromophor, der oberhalb von 290 nm absorbiert; die Carbonsäure liefert ein einzelnes saures Proton mit mäßiger Acidität für eine aromatische Säure. Das Molekül kann sowohl Wasserstoffbrücken-donor (phenolische OH- und Carboxyl-OH-Gruppe) als auch mehrere Wasserstoffbrücken-acceptor Wechselwirkungen (Carbonyl, Ether-Sauerstoff, phenolischer Sauerstoff) eingehen, was intermolekulare Assoziationen und Salzbildung fördert.
Das Säure-Base-Verhalten wird vom Carboxylgruppen dominiert: \(\mathrm{p}K_a = 4.58\), so liegt die Ferulasäure bei neutralem und physiologischem pH überwiegend als deprotoniertes Anion vor, was die wässrige Löslichkeit erhöht und die passive Membranpartitionierung gegenüber der neutralen Form reduziert. Log-Partition-Daten weisen auf moderate Lipophilie hin (log Kow ≈ 1,51, XLogP ≈ 1,5) und eine topologische polare Oberfläche (TPSA) von 66,8 Å^2, was mit einem amphipathischen Profil übereinstimmt, das eine vernünftige Löslichkeit in polaren organischen Lösungsmitteln und begrenzte Partitionierung in unpolare Phasen ermöglicht. Das konjugierte Vinyl-Aryl-System sowie die phenolische Einheit sind anfällig für Oxidation und photochemische Reaktionen; das Molekül besitzt jedoch keine hydrolysierbaren Ester- oder labilen Heteroatom-gebundenen Funktionen, die unter typischen Umweltbedingungen leicht hydrolysiert werden würden.
Ferulasäure ist in pflanzlicher Biomasse weit verbreitet und wird industriell als Antioxidans und Konservierungsmittel verwendet; zudem ist sie ein häufiger Ausgangsstoff für biokatalytische Umwandlungen zu wertvollen Aromaten (z.B. Umwandlung zu Vanillin) und wird in Lebensmitteln, Kosmetika und analytischen Anwendungen eingesetzt.
Häufige kommerzielle Qualitäten, die für diesen Stoff gemeldet werden, sind: EP, Food Grade, USP.
Grundlegende physikalische Eigenschaften
Dichte
Für diese Eigenschaft liegen in den aktuellen Daten keine experimentell ermittelten Werte vor.
Schmelzpunkt
Gemeldeter Schmelzbereich für den dominanten trans-Isomer: 168 - 171 \(\,^\circ\mathrm{C}\). Eine orthorhombische kristalline Form (Nadeln, aus Wasser gezüchtet) wurde mit einem Schmelzpunkt von 174 \(\,^\circ\mathrm{C}\) beschrieben.
Siedepunkt
Für diese Eigenschaft liegen in den aktuellen Daten keine experimentell ermittelten Werte vor.
Dampfdruck
Gemeldeter Dampfdruck: \(0.00000269\,\mathrm{mmHg}\).
Flammpunkt
Für diese Eigenschaft liegen in den aktuellen Daten keine experimentell ermittelten Werte vor.
Chemische Eigenschaften
Löslichkeit und Phasenverhalten
Der trans-Isomer liegt als Feststoff (beigefarbenes Pulver) vor, während der cis-Isomer als gelbliche Flüssigkeit beschrieben wird. Das Löslichkeitsverhalten (trans-Form) ist lösungsmittelabhängig: löslich in heißem Wasser, Alkohol und Ethylacetat; mäßig löslich in Diethylether; schwer löslich in Petroleumether und Benzol. Die Carbonsäure bildet leicht Salze (z.B. Natriumferulat), die die wässrige Löslichkeit erheblich erhöhen. Die Verbindung zeigt UV-Absorptionsmaxima in Alkohol bei ca. 236 und 322 nm (trans-Form) bzw. ca. 316 nm für den cis-Isomer, was mit dem konjugierten Cinnamat-Chromophor übereinstimmt.
Reaktivität und Stabilität
Ferulasäure ist unter typischen Umgebungsbedingungen chemisch stabil, kann jedoch Redoxreaktionen an der phenolischen Position und der konjugierten Doppelbindung eingehen. Die phenolische OH-Gruppe ist eine Stelle für Konjugationsreaktionen (z.B. Glucuronidierung, Sulfatierung in biologischen Systemen) und die Methoxygruppe kann unter oxidativen oder enzymatischen Bedingungen demethyliert werden. Der Chromophor (Absorption >290 nm) macht die Verbindung lichtempfindlich gegenüber direkter Photolyse; in der Dampfphase reagiert die Substanz mit atmosphärischen Hydroxylradikalen im Bereich von etwa Stunden. Hydrolyse wird nicht als signifikanter abiotischer Abbauweg erwartet, da das Molekül keine hydrolysierbaren funktionellen Gruppen besitzt. Im Feststoffzustand nimmt das Molekül an mehreren Wasserstoffbrücken-Motiven teil, einschließlich berichteter C–H···O-Wechselwirkungen im Kristallgitter, welche die Kristallpackung und Stabilität beeinflussen.
Thermodynamische Daten
Standardenthalpien und Wärmekapazität
Für diese Eigenschaft liegen in den aktuellen Daten keine experimentell ermittelten Werte vor.
Molekulare Parameter
Molekulargewicht und Formel
Molekularformel: C10H10O4.
Molekulargewicht: \(194.18\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\).
Exakte/monoisotopische Masse: 194.05790880.
Weitere berechnete Deskriptoren: Anzahl der schweren Atome 14; formale Ladung 0; Komplexität 224; Anzahl der Isotopatome 0.
SMILES: CO C1=C(C=CC(=C1)/C=C/C(=O)O)O
InChI: InChI=1S/C10H10O4/c1-14-9-6-7(2-4-8(9)11)3-5-10(12)13/h2-6,11H,1H3,(H,12,13)/b5-3+
InChIKey: KSEBMYQBYZTDHS-HWKANZROSA-N
(Bitte SMILES-/InChI-Formatierungen nicht verändern; diese dienen als Strukturidentifikatoren.)
LogP und Polarität
Gemeldete Werte für log Kow/logP: log Kow = 1,51; XLogP = 1,5. Topologische polare Oberfläche (TPSA): 66,8. Anzahl der Wasserstoffbrücken-Donoren = 2; Anzahl der Wasserstoffbrücken-Akzeptoren = 4; Anzahl der rotierbaren Bindungen = 3. Diese Parameter weisen auf eine moderate Polarität mit erhaltener Kapazität zur Wasserstoffbindung hin; in Kombination mit \(\mathrm{p}K_a = 4.58\) führt die anionische Form bei neutralem pH zu erhöhter Wasseraffinität und verringerter lipophiler Membranpartitionierung.
Strukturelle Merkmale
Ferulasäure ist ein (E)-konfiguriertes Derivat der Zimtsäure mit einer 4-Hydroxy- und 3-Methoxy-Substitutionsmuster am aromatischen Ring (ein Guaiacyl-Motiv). Die trans-(E)-Konfiguration über der Propenoic-Doppelbindung ist der definierte stereochemische Zustand der häufig vorkommenden kristallinen Form. Das Molekül unterstützt intramolekulare Resonanz zwischen dem aromatischen Ring und dem konjugierten Vinyl-Carboxyl-System, was das Carboxylatanion bei Deprotonierung stabilisiert. Kristallstrukturdaten berichten Raumgruppe P 1 21/n 1 mit Einheitszellenparametern: a = 4.58870 \(\text{Å}\), b = 16.7619 \(\text{Å}\), c = 11.7853 \(\text{Å}\); \(\alpha = 90^\circ\), \(\beta = 91.8520^\circ\), \(\gamma = 90^\circ\); Z = 4, Z' = 1; Restfaktor 0,045. Ladungsdichte- und Beugungsanalysen zeigen multiple intermolekulare Wasserstoffbrücken-Motive einschließlich trifurkierter C–H···O-Wechselwirkungen, welche zur Packungsstabilität beitragen.
Identifikatoren und Synonyme
Registernummern und Codes
CAS: 1135-24-6
Weitere Registrierungs- und Datenbankidentifikatoren (wie berichtet): EC-Nummern 214-490-0; 208-679-7; 805-535-0.
UNII: AVM951ZWST
ChEBI: CHEBI:193350
ChEMBL: CHEMBL32749
DrugBank: DB07767
KEGG: C01494
InChIKey: KSEBMYQBYZTDHS-HWKANZROSA-N
Synonyme und Strukturbezeichnungen
Gängige Synonyme, die in Lieferanten- und Nomenklaturlisten vorkommen, umfassen: Ferulasäure; trans‑Ferulasäure; (E)-Ferulasäure; 4‑Hydroxy-3‑methoxycinnamische Säure; 3‑(4‑Hydroxy-3‑methoxyphenyl)acrylsäure; Konifersäure; (E)-3-(4‑Hydroxy-3‑methoxyphenyl)prop‑2‑ensäure; trans‑4‑Hydroxy-3‑methoxycinnamat. Es existieren mehrere Einreicher- und Referenzsynonyme, die Salze, Isomere und Formulierungsnamen widerspiegeln.
Industrielle und kommerzielle Anwendungen
Repräsentative Verwendungen und Branchen
Ferulasäure ist weit verbreitet in pflanzlichem Material und wird industriell als Antioxidans und Konservierungsmittel eingesetzt (insbesondere zur Begrenzung der Lipidperoxidation in Lebensmittelmatrices). Sie findet Anwendung in Lebensmittel- und Aromastoffformulierungen, kosmetischen und Körperpflegeprodukten als antioxidativer/antimikrobieller Wirkstoff sowie als analytischer Referenzstandard. Im pharmazeutischen und traditionellen Medizinbereich wird Natriumferulat (das Natriumsalz) regional als kardiovaskuläres/zerebrovaskuläres Mittel verwendet; Ferulasäurederivate werden zudem auf antioxidative und radioprotektive Eigenschaften untersucht. Darüber hinaus dient Ferulasäure als erneuerbarer aromatischer Ausgangsstoff und als Vorläufer in synthetischen und biokatalytischen Syntheserouten zu höherwertigen Aromaten (beispielsweise zur Umwandlung in Vanillin) und ist Bestandteil mancher MALDI-Matrixformulierungen.
Rolle bei Synthese oder Formulierungen
Ferulasäure wird industriell aus lignocellulosehaltigen Quellen (z. B. Reiskleiepitch) oder synthetisch hergestellt (zum Beispiel durch Knoevenagel-Kondensationen von Vanillin-Derivaten und Malonsäure). In chemischen und biokatalytischen Transformationen durchläuft sie typische Reaktionen von Hydroxycinnamaten: nicht-oxidative Decarboxylierung, O-Demethylierung, Seitenkettenreduktion und enzymatische Konjugation. Ihre Fähigkeit, wasserlösliche Salze zu bilden (z. B. Natriumferulat), wird in Formulierungen genutzt, um die wässerige Kompatibilität zu erhöhen. Bei der Formulierungsentwicklung sind ihre antioxidative Kapazität und der UV-absorbierende Chromophor die wichtigsten funktionellen Eigenschaften.
Sicherheits- und Handhabungsübersicht
Akute und berufliche Toxizität
Ferulasäure ist mit Haut- und Augenreizungen assoziiert und kann bei Exposition respiratorische Reizungen verursachen. Zusammengefasste Einstufungsinformationen nennen Gefahrenhinweise einschließlich Hautreizung (H315), schwere Augenreizung (H319) und spezifische Zielorgan-Reizung (Atemwege) (H335); Sensibilisierung (Haut) wurde ebenfalls in gemeldeten Einstufungen vermerkt (H317). Tiertoxikologische Auszüge berichten über zentrale Nervensystemeffekte bei hochdosierten intraperitonealen Studien (beobachtete Effekte bei Dosen mit LD50-Werten, die als > \(350\,\mathrm{mg}\,\mathrm{kg}^{-1}\) intraperitoneal bei Mäusen angegeben sind). Wichtigste berufsbedingte Expositionswege sind das Einatmen von Staub/Aerosol und Hautkontakt. Für die Notfallbehandlung bei Exposition gelten Standard-Erste-Hilfe-Maßnahmen (kontaminierte Kleidung entfernen, Augen und Haut mit Wasser spülen, an frische Luft bringen, ärztliche Behandlung aufsuchen); bei Einnahme sollte kein Erbrechen ohne fachliche Anleitung herbeigeführt werden.
Für detaillierte Angaben zu Gefahren, Transport und Vorschriften sollten Anwender das produktspezifische Safety Data Sheet (SDS) und lokale gesetzliche Bestimmungen konsultieren.
Lagerungs- und Handhabungshinweise
Ferulasäure ist mit geeigneten arbeitshygienischen Maßnahmen zu handhaben: Verwendung von Lokalabsaugung zur Staub- und Aerosolkontrolle sowie Minimierung von Haut- und Augenkontakt durch den Einsatz chemikalienbeständiger Handschuhe und Spritzschutzbrillen oder Gesichtsschutz. Atemschutz ist zu verwenden, wenn die Konzentrationen in der Luft voraussichtlich die beruflichen Expositionsgrenzwerte überschreiten oder in schlecht belüfteten Bereichen. Lagerung in einem kühlen, trockenen, gut belüfteten Bereich in dicht verschlossenen Behältern, geschützt vor starken Oxidationsmitteln und direkter Sonneneinstrahlung, um Photodegradation zu begrenzen; Trennung von inkompatiblen Stoffen gemäß gängiger Labor-/Industriepraxis. Abfallmaterial ist gemäß geltenden Umwelt- und Vorschriftenvorgaben zu entsorgen. Für detaillierte Angaben zu Gefahren, Transport und Vorschriften sollten Anwender das produktspezifische Safety Data Sheet (SDS) und lokale gesetzliche Bestimmungen konsultieren.
