Benzo(a)pyren

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Strukturformel
Allgemeines
Name	Benzo[a]pyren {abgekürzt: B(a)p}
Andere Namen	1,2-Benzpyren Benzo[a]chrysen
Summenformel	C20H12
Kurzbeschreibung	gelbliche[1], vom Geruch her aromatische Substanz
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 50-32-8 ECHA-InfoCard Vorlage:Wikidata-Einbindung PubChem 2336 DrugBank Vorlage:Wikidata-Einbindung Wikidata [[:d:Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 865: attempt to index field 'wikibase' (a nil value)|Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 865: attempt to index field 'wikibase' (a nil value)]]
Eigenschaften
Molare Masse	252,32 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,28 g·cm−3 (20 °C)[1]
Schmelzpunkt	180 °C[1]
Siedepunkt	495,5 °C[1]
Löslichkeit	praktisch unlöslich in Wasser, löslich in organischen Lösungsmitteln[2]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [3] Gefahr H- und P-Sätze H: 350​‐​340​‐​360FD​‐​317​‐​410 P: 201​‐​273​‐​280​‐​308+313​‐​501 [4]
MAK	nicht eingestuft, da Verdacht auf krebserzeugende Wirkung[1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Benzo[a]pyren (1,2-Benzpyren) ist ein polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoff. Die veraltete Bezeichnung für diese chemische Verbindung lautet 3,4-Benzpyren (IUPAC- Name Benzo[a]chrysen).

Vorkommen und Entstehung

Benzo[a]pyren kommt im Steinkohlenteer vor. Zudem entsteht es bei der unvollständigen Verbrennung von organischen Stoffen und ist infolge dessen weit verbreitet. So findet man es in Auto- und Industrieabgasen. Während des Rauchens von Zigaretten wird es bei ungefähr 300 °C in der Tabakbrennzone gebildet, aber auch beim Rösten von Kaffeebohnen entstehen geringe Mengen (0,3 bis 0,5 µg·kg⁻¹).^[5]

In Grillprodukten, die über Holzkohle oder Kiefernzapfen zubereitet wurden, lässt sich Benzo[a]pyren nachweisen. Spuren von Benzo[a]pyren kommen im Boden, in Gemüse und Getreide vor.

Gewinnung und Darstellung

Benzo[a]pyren lässt sich aus Kohlenteer und anderen Teeren durch Extraktion gewinnen. Eine frühe im Jahre 1935 beschriebene Synthesevariante startet mit einer Friedel-Crafts-Acylierung von Pyren mit Bernsteinsäureanhydrid. Die resultierende Pyrenoylpropionsäure wird mittels Zink zur Pyrenylbuttersäure reduziert und anschließend in Gegenwart von Zinntetrachlorid cyclisiert. Das Zwischenprodukt Ketotetrahydrobenzopyren wird dann wieder mittels Zink zum Tetrahydrobenzopyren reduziert. Die Bildung des Benzo[a]pyren erfolgt dann durch eine Dehydrierung mittels Schwefel oder Selen.^[6] Eine neuere dreistufige Synthese geht von der 2-Naphthylboronsäure aus, welche im ersten Schritt in einer Suzuki-Reaktion mit 2-Brombenzol-1,3-dicarbaldehyd gekuppelt wird. Die Aldehydfunktionen des Kupplungsproduktes werden im zweiten Schritt in einer Wittig-Reaktion mit Methoxymethylentriphenylphosphin umgesetzt. Die Cyclisierung zur Zielverbindung erfolgt dann mittels Methansulfonsäure.^[7]

Struktur

Das Benzo[a]pyren-Molekül gehört zu den pentanuklearen, d. h. aus fünf Benzol-Ringen bestehenden polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen. Die Ringe sind über ihre Kanten miteinander verbunden (anelliert). Das Molekül besitzt, wie Benzol aufgrund des delokalisierten π-Elektronensystems, aromatischen Charakter.

Eigenschaften

Benzo[a]pyren ist ein gelber, kristalliner Feststoff, der entweder in Form von Plättchen mit einer Dichte von 1,282 g·cm⁻³ oder als Nadeln (Dichte 1,351 g·cm⁻³) vorliegt. Benzo[a]pyren schmilzt bei 179 °C und siedet bei 495 °C. Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach August entsprechend lg(P) = −A/T+B (P in Pa, T in K) mit A = 4989 und B = 11,59 im Temperaturbereich von 70 °C bis 180 °C.^[8] In Wasser und Alkoholen ist es un- bzw. gering löslich. In aromatischen Kohlenwasserstoffen löst es sich hingegen gut, in Benzol z.B. unter violetter Fluoreszenz.

Sicherheitshinweise

Benzo[a]pyren hat einen TRK-Wert von 0,002 mg/m³. Der K_OC-Wert beträgt 4.500.000 l/kg (Sediment) und der log K_OW-Wert 6,15.

Karzinogen

Metabolismus von Benzo[a]pyren zum kanzerogenen Benzo[a]pyren-7,8-Dihydroxy-9,10-Epoxid.

Benzo[a]pyren ist eine der am längsten bekannten und untersuchten krebserregenden (karzinogenen) Substanzen. Das Risiko, dass Zigarettenrauch Lungenkrebs hervorruft, wird zu einem großen Teil auf Benzo[a]pyren zurückgeführt. Benzo[a]pyren gilt auch als die Ursache des so genannten Schornsteinfegerkrebses, ein Tumor der Hodenhaut, der sich vor allem durch den Reiz des Rußes entwickelt, in dem Benzo[a]pyren enthalten ist. Benzo[a]pyren selbst ist dabei nicht giftig, wird allerdings im Körper durch Monooxygenasen aus der Cytochrom-P450-Familie (Subtypen CYP1A1 und CYP1B1) zunächst zu Benzo[a]pyren-7,8-Epoxid umgewandelt. Nach der Hydrolyse der Epoxid-Gruppe durch eine Epoxid-Hydrolase, wird das entstandene 7,8-Dihydroxybenzo[a]pyren in Position 9 erneut epoxidiert, und so zum kanzerogenen Benzo[a]pyren-7,8-Dihydroxy-9,10-Epoxid umgesetzt.^[9] Dessen Epoxid-Gruppe reagiert chemisch mit DNA (genauer gesagt an Guanin) und beeinträchtigt so die Struktur der DNA, was Zellteilungen verhindern oder Mutationen begünstigen kann.^[10]

Ökologie

Es gilt als Prototyp der polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe. In der Bestimmung der Umweltbelastung durch diese Stoffgruppe wird meist Benzo[a]pyren als Referenz verwendet. Benzo[a]pyren wird nach seinem Gefährdungspotential als giftig und umweltgefährlich bezeichnet.

Nachweis

Benzo[a]pyren kann man mit Hilfe von Fluoreszenzspektroskopie nachweisen. Aus Gemischen mit anderen Verbindungen kann es durch Dünnschichtchromatographie oder HPLC isoliert werden.

Einzelnachweise