Organikum Organisch-chemisches Grundpraktikum
Organikum Organisch-chemisches Grundpraktikum
Organikum Organisch-chemisches Grundpraktikum
Erfolgreiche ePaper selbst erstellen
Machen Sie aus Ihren PDF Publikationen ein blätterbares Flipbook mit unserer einzigartigen Google optimierten e-Paper Software.
<strong>Organikum</strong><br />
<strong>Organisch</strong>-<strong>chemisches</strong> <strong>Grundpraktikum</strong><br />
Von<br />
Heinz G. O. Becker<br />
Werner Berger<br />
Günter Domschke<br />
Egon Fanghänel<br />
Jürgen Faust<br />
Mechthild Fischer<br />
Frithjof Gentz<br />
Karl Gewald<br />
Reiner Gluch<br />
Roland Mayer<br />
Klaus Müller<br />
Dietrich Pavel<br />
Hermann Schmidt<br />
Karl Schollberg<br />
Klaus Schwetlick<br />
Erika Seiler<br />
Günter Zeppenfeld<br />
21., neu bearbeitete und erweiterte Auflage<br />
Von<br />
Heinz G. O. Becker<br />
Rainer Beckert<br />
Günter Domschke<br />
Egon Fanghänel<br />
)WILEY-VCH<br />
WolfD.Habicher<br />
Peter Metz<br />
Dietrich Pavel<br />
Klaus Schwetlick<br />
Weinheim • New York • Chichester • Brisbane • Singapore • Toronto
Anschrift des Korrespondenzautors:<br />
Prof. Dr. Klaus Schwetlick<br />
Canalettostraße 32b<br />
D-01307 Dresden<br />
Die Maßnahmen zur Ersten Hilfe im Labor wurden zusammengestellt von Dr. med. Klaus Frach.<br />
Das vorliegende Werk wurde sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren und Verlag für die<br />
Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie für eventuelle Druckfehler keine Haftung.<br />
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme<br />
Ein Titeldatensatz für diese Publikation ist bei Der Deutschen Bibliothek erhältlich<br />
ISBN 3-527-29985-8<br />
© WILEY-VCH Verlag GmbH, D-69469 Weinheim (Federal Republic of Germany), 2001<br />
Gedruckt auf säurefreiem Papier.<br />
Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches<br />
darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form - durch Photokopie, Mikroverfilmung<br />
oder irgendein anderes Verfahren - reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von<br />
Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen oder übersetzt werden. Die Wiedergabe<br />
von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu<br />
der Annahme, daß diese von jedermann frei benutzt werden dürfen. Vielmehr kann es sich auch dann um<br />
eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschützte Kennzeichen handeln, wenn sie nicht<br />
eigens als solche markiert sind.<br />
All rights reserved (including those of translation into other languages). No part of this book may be reproduced<br />
in any form - by photoprinting, microfilm, or any other means - nor transmitted or translated into a<br />
machine language without written permission from the publishers. Registered names, trademarks, etc. used<br />
in this book, even when not specificaliy marked äs such are not to be considered unprotected by law.<br />
Satz: Kühn & Weyh, D-79111 Freiburg<br />
Druck und Verarbeitung: Fortuna Druck GmbH, D-76503 Baden-Baden<br />
Printed in the Federal Republic of Germany.
Vorwort zur einundzwanzigsten Auflage<br />
Ein Rezensent schrieb freundlich über die zwanzigste Auflage des <strong>Organikum</strong>s: „es ist so frisch<br />
und aktuell wie je zuvor, wurde sukzessive erneuert und weiter verbessert, so daß es auch heute<br />
noch nicht nur für die Ausbildung der Chemie-Studenten ein unverzichtbares Lehrbuch, sondern<br />
auch für den in der Praxis arbeitenden Chemiker ein wichtiges Nachschlagewerk ist."<br />
Die nun vorliegende einundzwanzigste Auflage wurde wiederum in mehreren Teilen überarbeitet<br />
und ergänzt.<br />
Neu aufgenommen haben wir allgemeine Arbeitsvorschriften für die Chlorierung von Benzaldoximen<br />
mit Af-Chlorsuccinimid, die Darstellung von Alkylthiocyanaten, die Herstellung von<br />
Aryliodiden aus Diazoniumsalzen und für eine Reihe palladiumkatalysierter Reaktionen, die<br />
Wacker-Oxidation, die Heck-Reaktion und die Sonogashira-Reaktion, sowie ein neues Kapitel<br />
über metallvermittelte Substitutionen an Aromaten. Überarbeitet und auf den neuesten Stand<br />
gebracht wurden auch die technischen Bezüge.<br />
Wir danken allen Lesern und Fachkollegen, die durch wertvolle Hinweise und Anregungen<br />
zur Verbesserung des Buches beigetragen haben, besonders Herrn Prof. Dr. Claus Rüger für<br />
seine umfangreiche Kompilation zur aktuellen Arzneimittelsynthese.<br />
Dresden, im Frühjahr 2000 Die Autoren
Anmerkung des Scanners<br />
Folgende Veränderungen wurden an dem Buch vorgenommen:<br />
Innen- und Außenseite des Einbands wurden entfernt<br />
Diejenigen Seiten des Buches, die dem Titelblatt vorangehen, wurden entfernt. Dies betrifft<br />
hauptsächlich:<br />
"Maßnahmen zur Ersten Hilfe im Labor" (2 Seiten)<br />
"Erfolgreiche Lehrbücher von WILEY-VCH" (1 Seite)<br />
Diejenigen Seiten des Buches, die dem Register folgen, wurden entfernt. Dies betrifft<br />
hauptsächlich:<br />
"Hinweise auf besondere Gefahren (R-Sätze)" (2 Seiten)<br />
Die Beilage "Tabelle A. 180: IR-, UV-, NMR- und MS-spektroskopische Daten wichtiger<br />
Strukturelemente organischer Verbindungen" wurde aufgrund des Überformats entfernt.<br />
"Erratum: <strong>Organikum</strong>, 21. Auflage" wurde entfernt. Die fehlerhaften Strukturformeln wurden an<br />
ihrer Stelle im Text korrigiert.<br />
Um die Dateigröße in einem annehmbaren Rahmen zu halten, wurde die Farbe blau zu schwarz<br />
konvertiert. Elemente, die in blauer Farbe gedruckt waren, heben sich daher nicht mehr von<br />
schwarz gedruckten Elementen ab.<br />
Es wurden keine weiteren Veränderungen beabsichtigt.
Inhalt<br />
A Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Inhalt VII<br />
1. Hilfsmittel und Methoden zur Durchführung organisch-chemischer Reaktionen . l<br />
1.1. Glassorten und-Verbindungen l<br />
1.2. Arbeitsgefäße 3<br />
1.3. Kühler 3<br />
1.4. Standardapparaturen für organisch-chemische Reaktionen 5<br />
1.5. Rühren und Schütteln 8<br />
1.5.1. Rührertypen 8<br />
1.5.2. Führungen und Abdichtungen 9<br />
1.5.3. Antrieb 10<br />
1.5.4. Schütteln 11<br />
1.6. Dosieren und Einleiten von Gasen 11<br />
1.7. Heizen und Kühlen 14<br />
1.7.1. Wärmequellen, Wärmeübertragung, Wärmebäder 14<br />
1.7.2. Erhitzen brennbarer Flüssigkeiten 15<br />
1.7.3. Kühlmittel 16<br />
1.8. Arbeiten unter Druck 17<br />
1.8.1. Bombenrohre 17<br />
1.8.2. Autoklaven 18<br />
1.8.3. Druckgasflaschen 19<br />
1.9. Arbeiten unter vermindertem Druck 21<br />
1.9.1. Vakuumerzeugung 21<br />
1.9.2. Vakuummessung 22<br />
1.9.3. Arbeiten unter Vakuum 23<br />
1.10. Trocknen 24<br />
1.10.1. Trocknen von Gasen 25<br />
1.10.2. Trocknen von Flüssigkeiten 26<br />
1.10.3. Trocknen von Feststoffen 27<br />
1.10.4. Gebräuchliche Trockenmittel 29<br />
1.11 Arbeiten im Mikromaßstab 29<br />
2. Trennverfahren 33<br />
2.1. Filtrieren und Zentrifugieren 33<br />
2.2. Kristallisieren 36<br />
2.2.1. Wahl des Lösungsmittels 36<br />
2.2.2. Umkristallisieren 37<br />
2.2.3. Kristallisation aus der Schmelze 37
VIII Inhalt<br />
2.3. Destillation und Rektifikation 38<br />
2.3.1. Abhängigkeit der Siedetemperatur vom Druck 39<br />
2.3.2. Einfache Destillation 39<br />
2.3.2.1. Physikalische Grundlagen des Trennvorgangs . . . . 39<br />
2.3.2.2. Durchführung einer einfachen Destillation 41<br />
2.3.2.3. Abdestillieren von Lösungsmitteln 45<br />
2.3.2.4. Kurzwegdestillation. Kugelrohrdestillation 46<br />
2.3.3. Rektifikation 46<br />
2.3.3.1. Physikalische Grundlagen der Rektifikation 47<br />
2.3.3.2. Durchführung der Rektifikation 50<br />
2.3.4. Wasserdampfdestillation 54<br />
2.3.5. Azeotrope Destillation 56<br />
2.4. Sublimation 57<br />
2.5. Extraktion und Verteilung 58<br />
2.5.1. Extraktion von Feststoffen 59<br />
2.5.1.1. Einmalige einfache Extraktion 59<br />
2.5.1.2. Wiederholte einfache Extraktion 59<br />
2.5.2. Extraktion von Flüssigkeiten 60<br />
2.5.2.1. Ausschütteln von Lösungen bzw. Suspensionen . . . . 60<br />
2.5.2.2. Perforation 61<br />
2.5.3. Multiplikative Verteilung 62<br />
2.6. Adsorption 63<br />
2.6.1. Entfärben von Lösungen 64<br />
2.7. Chromatographie 65<br />
2.7.1. Dünnschichtchromatographie 67<br />
2.7.2. Säulenflüssigchromatographie 70<br />
2.7.3. Hochdruckflüssigchromatographie 72<br />
2.7.4. Gaschromatographie 74<br />
3. Bestimmung physikalischer Eigenschaften organischer Verbindungen.... 77<br />
3.1. Schmelztemperatur 77<br />
3.1.1. Bestimmung der Schmelztemperatur in der Kapillare . . . . 78<br />
3.1.2. Mikroschmelztemperaturbestimmung auf dem Heiztisch . . . 79<br />
3.2. Siedetemperatur 80<br />
3.3. Refraktometrie . 81<br />
3.4. Polarimetrie 82<br />
3.5. Optische Spektroskopie 83<br />
3.5.1. UV-VIS-Spektroskopie 85<br />
3.5.2. Infrarotspektroskopie 90<br />
3.6. Kernmagnetische Resonanzspektroskopie 98<br />
3.6.1. iH-NMR-Spektroskopie 100<br />
3.6.2. 13 C-NMR-Spektroskopie 105<br />
3.7. Massenspektroskopie 112<br />
3.8. Hinweise zur Strukturaufklärung mit Hilfe spektroskopischer Methoden . 118<br />
3.9. Röntgen-Strukturanalyse 119<br />
4. Aufbewahrung von Chemikalien, Entsorgung gefährlicher Abfälle 120<br />
4.1. Aufbewahrung von Chemikalien 120<br />
4.2. Abfälle und ihre Entsorgung 122
Inhalt IX<br />
5 Die erste Ausrüstung 123<br />
6. Literaturhinweise 124<br />
B <strong>Organisch</strong>-chemische Literatur. Protokollführung<br />
1. Originalliteratur 129<br />
1.1. Fachzeitschriften 129<br />
1.2. Patentschriften 130<br />
2. Zusammenfassungen und Übersichten 131<br />
3. Referierende Literatur 133<br />
3.1. Beilsteins Handbuch der <strong>Organisch</strong>en Chemie 133<br />
3.2. Referateorgane 134<br />
3.3. Schnellreferatedienste 135<br />
4. Tabellenbücher 135<br />
5. Nomenklaturrichtlinien 136<br />
6. Durchführung einer Recherche 138<br />
6.1. Recherche über eine definierte chemische Verbindung 138<br />
6.1.1. Vollständige Literaturrecherche 138<br />
6.1.2. Suche nach einer günstigen Darstellungsmöglichkeit 139<br />
6.2. Recherche über Verbindungsklassen 139<br />
6.3. Computergestützte Recherche 140<br />
6.3.1. Suche nach chemischen Verbindungen und ihrer Synthese.... 142<br />
6.3.2. Struktur-Recherchen 144<br />
6.3.3. Recherche von chemischen Reaktionen 144<br />
7. Protokollführung 145<br />
8. Literaturhinweise 145<br />
C Einige allgemeine Grundlagen<br />
1. Klassifizierung organisch-chemischer Reaktionen 147<br />
2. Energieänderungen bei chemischen Reaktionen 148<br />
3. Zum zeitlichen Ablauf organisch-chemischer Reaktionen 152<br />
3.1. Folgereaktionen 152<br />
3.2. Konkurrenzreaktionen 153<br />
3.3. Einfluß von Lösungsmitteln auf die Reaktivität 154<br />
3.4. Katalyse 155<br />
4. Säure-Base-Reaktionen 156
X Inhalt<br />
5. Einflüsse von Substituenten auf die Elektronendichteverteilung und<br />
die Reaktivität organischer Moleküle 159<br />
5.1. Polare Effekte von Substituenten 159<br />
5.2. Quantitative Behandlung von polaren Substituenteneffekten.<br />
Hammett-Gleichung 163<br />
5.3. Sterische Effekte 165<br />
6. Zur störungstheoretischen Behandlung der chemischen Reaktivität . . . . 166<br />
7. Stereoisomerie 169<br />
7.1. Konformation 169<br />
7.2. cis-trans-Isomene 172<br />
7.3. Chiralität und Stereoisomerie 173<br />
7.3.1. Enantiomerie 173<br />
7.3.2. Diastereomerie 175<br />
7.3.3. Synthese chiraler Verbindungen 176<br />
7.3.3.1. Racematspaltung 177<br />
7.3.3.2. Stereoselektive Synthese 178<br />
8. Syntheseplanung 180<br />
8.1. Retrosynthese 180<br />
8.2. Schutzgruppen 182<br />
9. Literaturhinweise 183<br />
D <strong>Organisch</strong>-präparativer Teil<br />
Zur Benutzung der Arbeitsvorschriften und Tabellen 186<br />
1. Radikalische Substitution 188<br />
1.1. Erzeugung und Stabilität von Radikalen 189<br />
1.2. Reaktionen und Lebensdauer von Radikalen. Radikalkettenreaktionen . 191<br />
1.3. Reaktivität und Selektivität bei radikalischen Substitutionen 193<br />
1.4. Radikalische Halogenierungen 197<br />
1.4.1. Chlorierung 197<br />
Photochlorierung von Alkylaromaten 198 - Chlorierung von<br />
Kohlenwasserstoffen mit Sulfurylchlorid 200 - Chlorierung von<br />
Benzaldoximen mit 7V-Chlor-succinimid 201<br />
l .4.2. Bromierung 203<br />
Photobromierung von Alkylaromaten 203 - Bromierungen<br />
mit Af-Brom-succinimid 205<br />
1.5. Peroxygenierung 206<br />
Hydroperoxide aus Kohlenwasserstoffen 207<br />
1.6. Weitere radikalische Substitutionsreaktionen 208<br />
1.7. Literaturhinweise 210<br />
2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom 211<br />
2.1. Allgemeiner Verlauf und Mechanismus der Reaktion 211<br />
2.1.1. Monomolekulare nucleophile Substitution(SNl) 213<br />
2.1.2. Bimolekulare nucleophile Substitution (SN2) 214
Inhalt XI<br />
2.2. Faktoren, die den Verlauf nucleophiler Substitutionen beeinflussen . . . 215<br />
2.2.1. Reaktivität des Substrats RX 215<br />
2.2.2. Nucleophilie von Reagenzien 219<br />
2.3. Zur Regioselektivität ambifunktioneller Nucleophile 222<br />
2.4. Reaktionsbedingungen nucleophiler Substitutionen<br />
mit anionischen Nucleophilen 223<br />
2.4.1. Möglichkeiten der Reaktionsführung 223<br />
2.4.2. Phasentransferkatalyse 224<br />
2.5. Nucleophile Substitution an Alkoholen und Ethern 226<br />
2.5.1. Ersatz der Hydroxylgruppe in Alkoholen durch anorganische<br />
Säurereste 227<br />
Veresterung von Alkoholen mit Bromwasserstoffsäure 228 -<br />
lodalkane aus Alkoholen, lod und rotem Phosphor 230<br />
2.5.2. Saure Veretherung von Alkoholen. Etherspaltung 232<br />
2.6. Nucleophile Substitution an Alkylhalogeniden, Alkylsulfaten<br />
und Alkylsulfonaten 234<br />
2.6.1. Hydrolyse 234<br />
Hydrolyse von Benzylidendihalogeniden in konzentrierter<br />
Schwefelsäure 236<br />
2.6.2. Synthese von Ethern aus Alkoholaten bzw. Phenolaten . . . . 237<br />
Veretherung von Phenolen mit Dimethylsulfat 238 -<br />
Veretherung von Alkoholen und Phenolen<br />
mit Alkylhalogeniden, Alkyl-p-toluensulfonaten<br />
oder Dimethylsulfat (Williamson-Synthese) 239<br />
2.6.3. Synthese von Carbonsäureestern 241<br />
Darstellung von Benzoesäureestern (Phasentransferkatalyse) 241<br />
2.6.4. Alkylierung von Ammoniak und Aminen 242<br />
a-Amino-carbonsäuren aus a-Halogen-carbonsäuren 245<br />
2.6.5. Alkylierung von Phosphorverbindungen 246<br />
2.6.5.1. Alkylierung von tertiären Phosphinen 246<br />
Darstellung von Alkyltriphenylphosphoniumsalzen 246<br />
2.6.5.2. Michaelis-Arbuzov-Reaktion 246<br />
Darstellung von Alkylphosphonsäurediethylestern 247<br />
2.6.6. Alkylierung von Schwefelverbindungen 248<br />
Darstellung von Dialkylsulfiden 248 - Darstellung von<br />
Alkylthiocyanaten 249 - Thiole über S-Alkylthiouroniumsalze 257<br />
2.6.7. Synthese von Alkylhalogeniden durch Finkelstein-Reaktion . . . 252<br />
Alkylfluoride aus Alkyltosylaten 253<br />
2.6.8. Darstellung von Nitroalkanen 254<br />
Nitroalkane aus Alkylhalogeniden 254<br />
2.6.9. Darstellung von Alkylcyaniden (Kolbe-Nitrilsynthese) 256<br />
Nitrile aus Alkylhalogeniden 256<br />
2.7. Nucleophile Substitution an substituierten Silanen 259<br />
Trimethylsilylierung von Amino- und Hydroxyverbindungen 259<br />
2.8. Literaturhinweise 261<br />
3. Eliminierung unter Bildung von C-C-Mehrfachbindungen 263<br />
3.1. Ionische a,/?-Eliminierungen 263<br />
3.1.1. Substitution und Eliminierung als Konkurrenzreaktionen.<br />
Mechanismus ionischer Eliminierungen 264
XII Inhalt<br />
3.1.1.1. Monomolekulare Eliminierung 266<br />
3.1.1.2. Bimolekulare Eliminierung 267<br />
3.1.2. Einfluß der Molekularität und der allgemeinen räumlichen<br />
Verhältnisse auf die Richtung der Eliminierung 268<br />
3.1.3. Stereoelektronische Verhältnisse und Richtung der Eliminierung.<br />
Sterischer Verlauf von Eliminierungen 271<br />
3.1.4. Eliminierung von Wasser aus Alkoholen (Dehydratisierung)<br />
und von Alkoholen aus Ethern 273<br />
Dehydratisierung von secundären und tertiären Alkoholen<br />
und von Aldoladdukten in Gegenwart von Säuren 275 -<br />
Enolether aus Acetalen durch Eliminierung von Alkohol 276<br />
3.1.5. Eliminierung von Halogenwasserstoff aus Alkylhalogeniden ... . 277<br />
Dehydrohalogenierung von Alkylhalogeniden mit<br />
Dicyclohexylethylamin 279 - Dehydrohalogenierung<br />
(Detosylierung) mit Ätzkali/Triglycol 279<br />
3.1.6. Eliminierung von Trialkylamin aus quartären Ammoniumbasen<br />
(Hofmann-Abbau) 281<br />
3.2. Thermische syn-Eliminierungen 283<br />
3.3. a,a-Eliminierung 285<br />
3.4. Literaturhinweise 287<br />
4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen 288<br />
4.1. Elektrophile Addition an Olefine und Acetylene 290<br />
4.1.1. Mechanismus der elektrophilen Addition 290<br />
4.1.2. Zur Additionsrichtung und zum sterischen Verlauf elektrophiler<br />
Additionen 292<br />
4.1.3. Addition von Protonensäuren und Wasser an Olefine und Acetylene 295<br />
Hydratation von Acetylenen 297<br />
4.1.4. Addition von Halogenen und unterhalogenigen Säuren an Olefine<br />
und Acetylene 298<br />
Addition von Brom an Olefine und Acetylene 299<br />
4.1.5. Oxymercurierung 301<br />
Herstellung von Alkoholen durch Oxymercurierung 301<br />
4.1.6. Epoxidierung und Dihydroxylierung 302<br />
Epoxidierung von Olefinen 303<br />
4.1.7. Ozonierung 307<br />
4.1.8. Hydroborierung 308<br />
Herstellung von Alkoholen durch Hydroborierung 309<br />
4.1.9. Kationische Oligomerisierung und Polymerisation 310<br />
4.2. Nucleophile Addition 312<br />
4.2.1. Anionische Polymerisation von Olefinen 312<br />
4.2.2. Nucleophile Addition an Acetylene 313<br />
Vinylierung von Alkoholen 313 - Addition von Aminen<br />
an Acetylendicarbonsäuredialkylester 315<br />
4.3. Radikalische Additions-und Polymerisationsreaktionen 316<br />
Radikalische Addition an Olefine 318<br />
4.4. Cycloadditionen 323<br />
4.4.1. [l + 2]-Cydoadditionen, Addition von Carbenen 325<br />
Addition von Dichlorcarben an Olefine 326<br />
4.4.2. [2 + 2]-Cycloadditionen 327
Inhalt XIII<br />
4.4.3. [3 + 2]-Cycloadditionen (1,3-Dipoladditionen) 328<br />
Synthese von 3-(4-Chlorphenyl)-zJ 2 -l,2-oxazolinen und<br />
3-(4-Chlorphenyl)-l,2-oxazolen durch 1,3-Dipolcycloaddition 329<br />
4.4.4. [4 + 2]-Cycloadditionen (Diels-Alder-Reaktion) 330<br />
Diels-Alder-Reaktionen 332<br />
4.5. Metall-und metallkomplexkatalysierte Umsetzungen von Olefinen . . . 334<br />
4.5.1. Homogenkatalysierte Reaktionen von Olefinen und Alkinen. . . 334<br />
Wacker-Oxidation von terminalen Olefinen 335<br />
4.5.2. Heterogenkatalysierte Hydrierung 340<br />
Katalytische Hydrierungen 343<br />
4.6. Literaturhinweise 347<br />
5. Substitutionen an Aromaten 351<br />
5.1. Elektrophile aromatische Substitution 352<br />
5.1.1. Mechanismus der elektrophilen aromatischen Substitution . . . 353<br />
5.1.2. Einfluß von Substituenten auf die Reaktivität des Aromaten<br />
und auf den Ort der Zweitsubstitution 354<br />
5.1.3. Nitrierung 358<br />
Nitrierung von Aromaten 359<br />
5.1.4. Sulfonierung 361<br />
Chlorsulfonierung von Aromaten 364<br />
5.1.5. Halogenierung 367<br />
Bromierung von Aromaten mit molekularem Brom 369 -<br />
Bromierung desaktivierter Aromaten mit Dibromisocyanursäure 371<br />
5.1.6. Thiocyanierung (Rhodanierung) 372<br />
Einführung der Thiocyanatgruppe 372<br />
5.1.7. Friedel-Crafts-Alkylierung 373<br />
Friedel-Crafts-Alkylierung von Benzen 375<br />
5.1.8. Elektrophile aromatische Substitution durch Carbonylverbindungen 377<br />
5.1.8.1. Friedel-Crafts-Acylierung 378<br />
Friedel-Crafts-Acylierungen mit Säurechloriden 380<br />
5.1.8.2. Gattermann-Synthesen 382<br />
5.1.8.3. Vilsmeier-Synthese 383<br />
Vilsmeier-Formylierung 383<br />
5.1.8.4. Elektrophile Substitution durch Formaldehyd 385<br />
Chlormethylierung von Aromaten 387<br />
5.1.8.5. Sauer katalysierte Reaktionen von Aromaten mit anderen<br />
Aldehyden und Ketonen 389<br />
5.1.8.6. Carboxylierungen 390<br />
Carboxylierung von Phenolen 391<br />
5.1.9. Nitrosierung 392<br />
5.2. Nucleophile aromatische Substitution 393<br />
5.2.1. Nucleophile Substitution an aktivierten Aromaten 394<br />
5.2.2. Nucleophile Substitution an nichtaktivierten Aromaten . . . . 397<br />
5.3. Metallvermittelte Substitutionen an Aromaten 399<br />
5.3.1. Metallierung von Aromaten 400<br />
5.3.2. Kupplungen von Aryl- mit Organometallverbindungen . . . . 403<br />
5.3.2.2. Kupplungen mit alkalimetall- und kupferorganischen<br />
Verbindungen 403<br />
5.3.2.3. Übergangsmetall-katalysierte Kreuzkupplungen . . . . 405<br />
Sonogashira-Arylierung von Phenylacetylen 406
XIV Inhalt<br />
5.3.3. Heck-Reaktion 408<br />
Arylierung von Acrylamid 410<br />
5.3.4. Aryl-Heteroatom-Kupplungen 411<br />
5.3. Literaturhinweise 411<br />
6. Oxidation und Dehydrierung 415<br />
6.1. Allgemeine Gesetzmäßigkeiten 415<br />
6.2. Oxidation von Methyl- und Methylengruppen 418<br />
6.2.1. Oxidation von Alkylaromaten zu aromatischen Carbonsäuren . . 420<br />
Arencarbonsäuren aus Alkylaromaten<br />
(Phasentransferkatalyse) 421 - Autoxidation von<br />
kernsubstituierten Toluenen zu Benzoesäuren 422<br />
6.2.2. Oxidation von Alkylaromaten zu Aldehyden und Ketonen . . . 424<br />
6.2.3. Oxidation von aktivierten Methyl- und Methylengruppen<br />
in Carbonylverbindungen 425<br />
6.2.3.1. Oxidation mit Selendioxid 425<br />
Arylglyoxale und 1,2-Diketone 426<br />
6.2.3.2. Willgerodt-Reaktion 426<br />
Thiocarbonsäuremorpholide 427-<br />
2-Amino-thiophen-3-carbonsäurederivate 429<br />
6.3. Oxidation von primären und secundären Alkoholen und Aldehyden . . 430<br />
6.3.1. Oxidation von primären und secundären Alkoholen<br />
zu Aldehyden bzw. Ketonen 430<br />
Oxidation secundärer Alkohole zu Ketonen mit Dichromat 431 -<br />
Oxidation von Alkoholen und Aldehyden mit<br />
Natriumhypochlorit 432 - Oxidation von Alkoholen<br />
mit Dimethylsulfoxid/Oxalylchlorid (Swern-Oxidation) 434<br />
6.3.2. Oxidation von primären Alkoholen und Aldehyden<br />
zu Carbonsäuren 436<br />
Carbonsäuren aus primären Alkoholen und Olefinen<br />
unter Phasentransferkatalyse 436<br />
6.4. Chinone durch Oxidation 438<br />
6.4.1. Chinone aus aromatischen Kohlenwasserstoffen 438<br />
Chinone aus Kohlenwasserstoffen mit Chromsäureanhydrid 439<br />
6.4.2. Chinone aus substituierten Aromaten 440<br />
6.4.3. Chinonimine durch oxidative Kupplung 442<br />
Azofarbstoffe durch oxidative Kupplung 444<br />
6.5. Oxidationen unter C-C-Spaltung 445<br />
6.5.1. Oxidation von C-C-Mehrfachbindungen 446<br />
6.5.2. Glycolspaltung 448<br />
6.5.3. Oxidative Spaltung von secundären Alkoholen und Ketonen . . 449<br />
Oxidation von Methylketonen mit Hypobromit<br />
(Haloformreaktion) 450<br />
6.6. Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen und Hydroaromaten 451<br />
Dehydrierung mit Schwefel 452<br />
6.7. Literaturhinweise 453<br />
7. Reaktionen von Carbonylverbindungen 456<br />
7.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit Heteroatom-Nucleophilen . 458<br />
7.1.1. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen mit Aminoverbindungen 462<br />
Enamine 463 - Benzaldehyd-£-oxime 467
Inhalt XV<br />
7.1.2. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen mit Wasser<br />
und Alkoholen 468<br />
Diethylacetale 469 - Ethylenacetale 470<br />
7.1.3. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen zu Thioacetalen<br />
und Bisulfitaddukten 472<br />
7.1.4. Reaktionen von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten<br />
mit Heteroatom-Nucleophilen 472<br />
7.1.4.1. Darstellung von Estern durch Alkoholyse<br />
von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten . . . . 474<br />
Veresterung von Carbonsäuren 475 -<br />
Essigsäureester aus Acetanhydrid 477<br />
7.1.4.2. Darstellung von Säureamiden durch Aminolyse<br />
von Carbonsäuren und ihren Derivaten 481<br />
3-Amino-l-aryl-pyrazol-5-one 482<br />
7.1.4.3. Hydrolyse von Carbonsäurederivaten 488<br />
Hydrolyse von substituierten<br />
Malonsäurediethylestern 489 - Ketonspaltung von<br />
ß-Oxo-carbonsäureestern 491 - Decarboxylierung<br />
substituierter Malonsäuren 491<br />
7.1.4.4. Acidolyse von Carbonsäuren und ihren Derivaten . . . 494<br />
Carbonsäurechloride 498<br />
7.1.5. Addition von Nucleophilen an Nitrile 499<br />
Carbonsäuren durch Hydrolyse von Nitrilen 500<br />
7.1.6. Addition von Nucleophilen an spezielle Carbonylverbindungen . . 502<br />
Isocyanate durch Phosgenierung von Aminen 503<br />
7.1.8. Thionierung von Carbonylverbindungen 506<br />
Thiocarbonsäureamide 506<br />
7.2. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit Kohlenstoff-Nucleophilen . . 507<br />
7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
mit CH-aciden Verbindungen 509<br />
7.2.1.1. Anlagerung von Blausäure an Aldehyde und Ketone . . 512<br />
a-Hydroxy-carbonitrile (Cyanhydrine) 572 -<br />
a-Aminosäuren nach Strecker 514<br />
7.2.1.2. Ethinylierung von Carbonylverbindungen 516<br />
Ethinylierung von Ketonen 576<br />
7.2.1.3. Aldolreaktion 518<br />
Aldolisierungen 520 - 2,3-Epoxy-propannitrile 526<br />
7.2.1.4. Knoevenagel-Reaktion 527<br />
Knoevenagel-Cope- und<br />
Knoevenagel-Doebner-Reaktion 527<br />
7.2.1.5. Mannich-Reaktion 530<br />
a-Dialkylaminomethyl-ketone 531<br />
7.2.1.6. Acyloinkondensation und Umpolung 533<br />
Acyloinkondensation aromatischer Aldehyde 534<br />
7.2.1.7. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen mit<br />
Alkylphosphonsäureestern und Alkylidenphosphoranen . 536<br />
7.2.1.7.1. Horner-Wadsworth-Emmons-Reaktion . . . 536<br />
Horner-Wadsworth-Emmons-Reaktion<br />
mit Benzylphosphonsäurediethylester 536<br />
7.2.1.7.2. Wittig-Reaktion 537<br />
Olefine durch Wittig-Reaktion 539
XVI Inhalt<br />
7.2.1.8. Esterkondensation 540<br />
Esterkondensation und Glycidestersynthese<br />
nach Darzens 544 - Decarbonylierung von<br />
Oxobernsteinsäure- und 2,4-Dioxo-carbonsäureestern 547-<br />
Kondensation von Orthoameisensäuretriethylester<br />
mit methylenaktiven Verbindungen 547<br />
7.2.1.9. Esterspaltung und Säurespaltung von<br />
0-Dicarbonylverbindungen 549<br />
Esterspaltung von Acylacetessigestern 550 -<br />
Säurespaltung von a-Acyl-ketonen 557<br />
7.2.1.10. Reaktion von Carbonsäurechloriden mit<br />
ß-Dicarbonylverbindungen 551<br />
Acylierung von ß-Dicarbonylverbindungen 552<br />
7.2.1.11. Addition von CH-aciden Verbindungen<br />
an Heterocumulene 553<br />
Addition von Heterocumulenen an methylenaktive<br />
Verbindungen 554<br />
7.2.1.12. Polymethinkondensation 555<br />
Herstellung von Tri- und Pentamethin-cyaninen 557<br />
7.2.2. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
mit Organometallverbindungen 557<br />
Alkohole und Carbonsäuren über Grignard-Verbindungen 562<br />
7.3. Reduktion von Carbonylverbindungen 566<br />
7.3.1. Reduktion von Carbonylverbindungen durch H-Nucleophile . . 568<br />
7.3.1.1. Reduktion von Carbonylverbindungen<br />
durch Aluminium-und Borhydride 568<br />
Reduktionen mit Lithiumaluminiumhydrid 570<br />
7.3.1.2. Meerwein-Ponndorf-Verley-Reduktion und<br />
Oppenauer-Oxidation 572<br />
Reduktion von Ketonen und Aldehyden<br />
nach Meerwein-Ponndorf-Verley 573<br />
7.3.1.3. Reaktionen nach Cannizzaro und Claisen-Tishchenko . 575<br />
Gekreuzte Cannizzaro-Reaktion 576<br />
7.3.1.4. Leuckart-Wallach-Reaktion 577<br />
Leuckart-Wallach-Reaktion mit Aldehyden 578<br />
7.3.1.5. Enzymatische Reduktion 579<br />
7.3.1.6. Wolff-Kizhner-Reduktion 579<br />
Wolff-Kizhner-Reduktion von Ketonen 580<br />
7.3.2. Katalytische Hydrierung von Carbonylverbindungen . . . . 582<br />
Katalytische Hydrierung von Ketonen, Aldehyden, Nitrilen,<br />
Oximen und Azomethinen 583 - Katalytische reduktive<br />
Aminierung von Aldehyden und Ketonen 584<br />
7.3.3. Reduktion von Carbonylverbindungen durch unedle Metalle<br />
und niedervalente Metallverbindungen 586<br />
Bouveault-Blanc-Reduktion von Estern und Nitrilen 589<br />
7.4. Reaktionen vinyloger Carbonylverbindungen und anderer<br />
vinyloger Systeme 592<br />
7.4.l. Reaktionen vinyloger Elektronenacceptorverbindungen -<br />
a,ß-ungesättigte Carbonylverbindungen 594
Inhalt XVII<br />
7.4.1.1. Addition von Aminen an vinyloge Carbonylverbindungen . 595<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift 595 -<br />
Chinoline nach Skraup 596<br />
7.4.1.2. Addition von Wasser, Halogenwasserstoff,<br />
Schwefelwasserstoff, Alkoholen und Thiolen<br />
an vinyloge Carbonylverbindungen 597<br />
Addition von Halogenwasserstoff an vinyloge<br />
Carbonylverbindungen 598<br />
7.4.1.3. Addition von CH-aciden Verbindungen an vinyloge<br />
Carbonylverbindungen (Michael-Addition) 598<br />
Michael-Addition 600 - N-substituierte<br />
5-Hydroxy-indol-2,3-dicarbonsäuredimethylester 603<br />
7.4.1.4. Addition von Säureamiden an vinyloge<br />
Carbonylverbindungen 604<br />
7.4.1.5. Substitutionsreaktionen an vinylogen<br />
Carbonylverbindungen 604<br />
Amino-pyrazol-4-carbonsäurederivate605<br />
7.4.2. Reaktionen vinyloger Elektronendonorverbindungen -<br />
Enolate, Enole, Enolether, Enamine 606<br />
7.4.2.1. Alkylierung von Carbonylverbindungen 607<br />
Alkylierung von /?-Dicarbonylverbindungen 608 -<br />
Alkylierung von Benzylcyaniden unter<br />
Phasentransferbedingungen 611<br />
7.4.2.2. Halogenierung von Carbonylverbindungen 612<br />
a-Brom-carbonsäuren 673 - Phenacylbromide 613<br />
7.4.2.3. Acylierung und Alkylierung von Enaminen 614<br />
ß-Diketone durch Acylierung von Enaminen 616<br />
7.5. Literaturhinweise 617<br />
8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen 623<br />
8.1. Reduktion von Nitroverbindungen und Nitrosoverbindungen 626<br />
Katalytische Reduktion von aromatischen Nitroverbindungen 627<br />
8.2. Reaktionen der salpetrigen Säure 630<br />
8.2.1. Reaktionen der salpetrigen Säure mit Aminoverbindungen . . . 630<br />
Lösungen diazotierter aromatischer Amine 633<br />
8.2.2. Reaktionen der salpetrigen Säure mit Alkoholen (Veresterung) . . 634<br />
8.2.3. Reaktionen der salpetrigen Säure mit CH-aciden Verbindungen. . 635<br />
8.3. Reaktionen der Diazoniumsalze 636<br />
8.3.1. Verkochung und Reduktion 636<br />
Verkochung von Diazoniumsalzlösungen zu Phenolen 637-<br />
Arylhydrazine 638<br />
8.3.2. Sandmeyer-Reaktionen 639<br />
Chlor- und Bromarene und aromatische Nitrile nach Sandmeyer 640<br />
8.3.3. Azokupplung, Azofarbstoffe 642<br />
Azokupplung 644<br />
8.4. Aliphatische Diazoverbindungen 646<br />
8.4.1. Darstellung von Diazoalkanen 646<br />
8.4.2. Reaktionen aliphatischer Diazoverbindungen 648
XVIII Inhalt<br />
8.4.2. l. Reaktionen aliphatischer Diazoverbindungen<br />
mit Protonensäuren 648<br />
Methylierung von Carbonsäuren und Phenolen<br />
mit Diazomethan 649<br />
8.4.2.2. Reaktionen aliphatischer Diazoverbindungen<br />
mit Carbonylverbindungen 650<br />
Diazoketone und deren Überführung<br />
in Halogenketone 657<br />
8.5. Reaktionen der Sulfonsäurederivate 652<br />
Thiophenole 654 -p-Toluensulfonsäurealkylester 655 -<br />
Sulfonsäureamide 657<br />
8.6. Literaturhinweise 658<br />
9. Umlageningen 659<br />
9.1. [l,2]-Umlagerungen 661<br />
9.1.1. Nucleophile [l,2]-Umlagerungen am Kohlenstoffatom . . . . 663<br />
9.1.1.1. Pinacolon-Umlagerung 663<br />
Aldehyde und Ketone durch Pinacolon-Umlagerung 664<br />
9.1.1.2. Wagner-Meerwein-Umlagerung 666<br />
9.1.1.3. Wolff-Umlagerung 667<br />
Carbonsäureester aus Diazoketonen 668<br />
9.1.2. Umlagerungen am Stickstoffatom 669<br />
9.1.2.1. Hofmann-Abbau 669<br />
Amine aus Säureamiden 670<br />
9.1.2.2. Curtius-Abbau 671<br />
Isocyanate aus Carbonsäuren 677<br />
9.1.2.3. Schmidt-Reaktion 672<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift 673<br />
9.1.2.4. Beckmann-Umlagerung 674<br />
9.1.3. Umlagerungen am Sauerstoffatom 675<br />
9.2. [3,3]-Umlagerungen 677<br />
Fischer-Indolsynthese (Phenylhydrazone nach Japp-Klingemann) 680<br />
9.3. Literaturhinweise 681<br />
E Identifizierung organischer Substanzen<br />
1. Vorproben und Prüfung auf funktionelle Gruppen 683<br />
1.1. Vorproben 684<br />
1.1.1. Äußere Erscheinung der Substanz 684<br />
1.1.2. Bestimmung physikalischer Konstanten 685<br />
1.1.3. Brenn-und Glühprobe 685<br />
1.1.4. Nachweis der Elemente 685<br />
1.1.5. Bestimmung der Löslichkeit 687<br />
1.2. Prüfung auf funktionelle Gruppen 688<br />
1.2.1. Hinweise auf ungesättigte Verbindungen 689<br />
1.2.1.1. Umsetzung mit Brom 689<br />
1.2.1.2. Umsetzung mit Permanganat 689<br />
1.2.2. Hinweise auf Aromaten 690<br />
1.2.2.1. Umsetzung mit Salpetersäure 690<br />
1.2.2.2. Umsetzung mit Chloroform und Aluminiumchlorid . . 690
Inhalt XIX<br />
l .2.3. Hinweis auf stark reduzierende Substanzen<br />
(Umsetzung mit ammoniakalischer Silbersalzlösung) 690<br />
1.2.4. Hinweise auf Aldehyde und Ketone 691<br />
1.2.4.1. Umsetzung mit Dinitrophenylhydrazin 691<br />
1.2.4.2. Umsetzung mit Fehlingscher Lösung 691<br />
l .2.4.3. Umsetzung mit fuchsinschwefliger Säure<br />
(Schiffsches Reagens) 691<br />
1.2.5. Hinweise auf Alkohole, Phenole, Enole 691<br />
1.2.5.1. Umsetzung mit Cerammoniumnitrat-Reagens 691<br />
1.2.5.2. Umsetzung mit Eisen(III)-chlorid 692<br />
1.2.5.3. Umsetzung mit Kupfer(II)-Salzen 692<br />
1.2.5.4. Umsetzung mit Zinkchlorid/Salzsäure (Lukas-Reagens) . 692<br />
1.2.5.5. Umsetzung mit Deniges-Reagens 693<br />
1.2.6. lodoformprobe (Umsetzung mit Natriumhypoiodid) 693<br />
1.2.7. Hinweise auf alkalisch hydrolysierbare Verbindungen 693<br />
1.2.7.1. Umsetzung mit wäßriger Natronlauge (Rojahn-Probe) . . 693<br />
1.2.7.2. Umsetzung mit Hydroxylamin (Hydroxamsäuretest) . . 694<br />
1.2.7.3. Umsetzung mit konzentrierter Kalilauge 694<br />
1.2.8. Hinweise auf Amine 694<br />
1.2.8.1. Umsetzung mit Chloroform (Isocyanidprobe) 694<br />
1.2.8.2. Umsetzung mit salpetriger Säure 695<br />
1.2.8.3. Umsetzung mit Ninhydrin 695<br />
1.2.9. Hinweise auf Nitro-und Nitrosoverbindungen 695<br />
1.2.9.1. Umsetzung mit Zink und Ammoniumchlorid 695<br />
1.2.9.2. Umsetzung der aci-Form mit Eisen(III)-chlorid . . . . 695<br />
1.2.9.3. Umsetzung der aci-Form mit salpetriger Säure . . . . 696<br />
1.2.10. Hinweis auf hydrolysierbares Halogen 696<br />
1.2.11. Hinweis auf Thiole und Thiophenole 696<br />
1.2.11.1. Umsetzung mit Sehwermetallsalzen 696<br />
1.2.11.2. Umsetzung mit salpetriger Säure 696<br />
1.2.11.3. Umsetzung mit Dinatriumpentacyanonitrosylferrat(III)<br />
(Nitroprussidnatrium) 697<br />
2. Derivate und Spektren 697<br />
2.1. Identifizierung von AminoVerbindungen 697<br />
2.1.1. Primäre und secundäre Amine 698<br />
2.1.1.1. Darstellung der Benzamide 698<br />
2.1.1.2. Darstellung der Benzen- und Toluensulfonamide<br />
und Hinsberg-Trennung 698<br />
2.1.1.3. Darstellung der Pikrate, Pikrolonate und Styphnate . . . 698<br />
2.1.1.4. Darstellung der Phenylthioharnstoffe 698<br />
2.1.1.5. Äquivalentmassebestiminung 698<br />
2.1.2. Tertiäre Amine 702<br />
2.1.2.1. Darstellung der Pikrate 702<br />
2.1.2.2. Darstellung der Methoiodide und Methotosylate . . . . 702<br />
2.1.2.3. Äquivalentmassebestiminung 702<br />
2.1.3. Aminosäuren 704<br />
2.1.3.1. Darstellung der Benzamide 704<br />
2.1.3.2. Darstellung der Phenylharnstoffe 704<br />
2.1.3.3. Papierchromatographie 704
XX Inhalt<br />
2.2. Identifizierung von Carbonylverbindungen 705<br />
2.2.1. Aldehyde und Ketone 705<br />
2.2.1.1. Darstellung der Phenylhydrazone 706<br />
2.2.1.2. Darstellung der Semicarbazone 706<br />
2.2.1.3. Darstellung des Dimedonderivats 706<br />
2.2.1.4. Äquivalentmassebestimmung durch Oximtitration. . . 706<br />
2.2.2. Chinone 711<br />
2.2.2.1. Darstellung der Semicarbazone 711<br />
2.1.2.2. Darstellung der Hydrochinondiacetate 711<br />
2.2.3. Monosaccharide 712<br />
2.2.3.1. Darstellung der Osazone 712<br />
2.2.4. Acetale 714<br />
2.2.5. Carbonsäuren 714<br />
2.2.5.1. Darstellung der p-Brom- und p-Phenyl-phenacylester . . 714<br />
2.2.5.2. Darstellung der Carbonsäureamide 714<br />
2.2.5.3. Darstellung der Carbonsäure-Af-benzyl-arnide . . . . 715<br />
2.2.5.4. Darstellung der Carbonsäureanilide 715<br />
2.2.5.5. Äquivalentmassebestimmung 715<br />
2.2.6. Carbonsäureamide und Nitrile 718<br />
2.2.6.1. Darstellung der Carbonsäuren 718<br />
2.2.6.2. Darstellung der Amine (Bouveault-Blanc-Reduktion) . 719<br />
2.2.7. Carbonsäureester 719<br />
2.2.7.1. Darstellung der Carbonsäuren und Alkohole . . . . 719<br />
2.2.7.2. Darstellung der 3,5-Dinitro-benzoesäureester . . . . 719<br />
2.2.7.3. Darstellung der Carbonsäureamide 720<br />
2.3. Identifizierung von Ethern 720<br />
2.3.1. Etherspaltung mit Jodwasserstoff-bzw. Brom wasserstoffsäure . . 720<br />
2.3.2. Etherspaltung mit Zinkchlorid/3,5-Dinitro-benzoylchlorid . . . 720<br />
2.4. Identifizierung von Halogen Verbindungen 721<br />
2.4.1. Darstellung der Carbonsäureanilide 721<br />
2.4.2. Darstellung der S-Alkyl-thiouroniumpikrate 722<br />
2.5. Identifizierung von Hydroxyverbindungen 724<br />
2.5.1. Primäre und secundäre Alkohole 724<br />
2.5.1.1. Darstellung der Nitrobenzoesäureester 724<br />
2.5.1.2. Darstellung der Halbester der 3-Nitro-phthalsäure. . . 725<br />
2.5.1.3. Darstellung der Urethane 725<br />
2.5.2. Tertiäre Alkohole 725<br />
2.5.2.1. Darstellung der S-Alkyl-thiouroniumpikrate 725<br />
2.5.2.2. Äquivalentmassebestimmung 725<br />
2.5.3. Phenole 727<br />
2.5.3.1. Darstellung der Benzoate 727<br />
2.5.3.2. Darstellung der Urethane 727<br />
2.5.3.3. Darstellung der Bromphenole 728<br />
2.5.3.4. Darstellung der Aryloxyessigsäuren 728<br />
2.6. Identifizierung von Kohlenwasserstoffen 730<br />
2.6.1. Alkane und Cycloalkane 730<br />
2.6.2. Aromatische Kohlenwasserstoffe 731<br />
2.6.2.1. Darstellung der Sulfonamide 731<br />
2.6.2.2. Darstellung der o-Aroyl-benzoesäuren 731<br />
2.6.2.3. Darstellung der Nitroderivate 731
Inhalt XXI<br />
2.6.2.4. Darstellung der Pikrinsäureaddukte 731<br />
2.6.2.5. Oxidation mit Kaliumpermanganat oder Chromsäure . . 732<br />
2.6.3. Alkene und Alkine 733<br />
2.6.3.1. Überführung in die Carbonylverbindungen 733<br />
2.6.3.2. Hydratation von Acetylenderivaten 733<br />
2.7. Identifizierung von Nitro- und Nitrosoverbindungen 735<br />
2.7.1. Darstellung der Amine mit Zinn/Salzsäure 735<br />
2.7.2. Darstellung der Amine mit Hydrazinhydrat/Raney-Nickel . . . 735<br />
2.8. Identifizierung von Sulfanylverbindungen 735<br />
2.8.1. Darstellung der 3,5-Dinitro-thiobenzoate 735<br />
2.8.2. Darstellung der 2,4-Dinitro-phenylsulfide und deren Oxidation<br />
zu Sulfonen 735<br />
2.8.3. Äquivalentmassebestimmung 735<br />
2.9. Identifizierung von Sulfonsäuren 736<br />
2.9.1. Darstellung der S-Benzyl-thiouroniumsulfonate 736<br />
2.9.2. Darstellung der Sulfonamide 736<br />
2.9.3. Äquivalentmassebestimmung 736<br />
3. Trennung von Gemischen 738<br />
4. Aufgaben zur Identifizierung und Trennung organisch-chemischer Verbindungen 738<br />
5. Literaturhinweise 739<br />
F Eigenschaften, Reinigung und Darstellung wichtiger Reagenzien,<br />
Lösungsmittel und Hilfsstoffe (Reagenzienanhang) 741<br />
Literaturhinweise 762<br />
G Eigenschaften gefährlicher Stoffe (Gefahrstoffanhang) 764<br />
Literaturhinweise 775<br />
Register 777<br />
Maßnahmen zur Ersten Hilfe im Labor: vorderer innerer Buchdeckel<br />
Bezeichnung besonderer Gefahren (R-Sätze) - Sicherheitsratschläge für gefährliche<br />
Chemikalien (S-Sätze): hinterer innerer Buchdeckel<br />
Beilage<br />
Tab. A.180: IR-, UV-, NMR- und MS-spektroskopische Daten wichtiger Strukturelemente<br />
organischer Verbindungen
A Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
1. Hilfsmittel und Methoden zur Durchführung<br />
organisch-chemischer Reaktionen<br />
1.1. Glassorten und -Verbindungen<br />
Glas ist das im chemischen Laboratorium am häufigsten gebrauchte Konstruktionsmaterial für<br />
Apparate und Geräte.<br />
Einfache, thermisch wenig beanspruchte Glasgeräte, z. B. Pipetten, Büretten, einige Ampullen<br />
u. a., werden häufig aus dem weichen AR-Glas (einem Kalknatronglas) hergestellt, das<br />
eine mittlere Wasserbeständigkeit (WB 3) besitzt. Es entspricht etwa dem früher gebräuchlichen<br />
Thüringer Glas, das heute als Haselbacher Glas (Virtulan) im Laboratorium besonders<br />
für die Eigenherstellung von einfachen Bauteilen, wie z. B. von Rührern, Gaseinleitungsrohren,<br />
Pipetten, Siedekapillaren u. a., genutzt werden kann. Vorteilhaft ist, daß dieses Material<br />
sich relativ leicht bearbeiten läßt, z. B. in der Gasgebläseflamme oder auch in der Flamme des<br />
Bunsenbrenners. Wegen seiner geringen Temperaturwechselbeständigkeit eignet es sich jedoch<br />
nicht für die Herstellung von thermisch beanspruchten Geräten, wie Destillationskolben, Kühlern<br />
usw.<br />
Für spezielle Pipetten und für Reagenzgläser ist ein Spezialglas unter dem Namen Durobax<br />
(WBl) im Handel.<br />
Die meisten Geräte für die präparative Praxis bestehen aus Duran, einem Borosilikatglas.<br />
Es läßt sich mit allen anderen Borosilikatgläsern verschmelzen, z.B. mit Pyrex, Simax oder<br />
Rasotherm-Glas. Duran-Glas besitzt eine sehr gute Wasserbeständigkeit (WB 1) und eine relativ<br />
hohe Temperaturwechselbeständigkeit. Für Bombenrohre (vgl. A.l.8.1.) benutzt man starkwandiges<br />
Duran.<br />
Auch das früher häufig verwendete Jenaer Geräteglas 20 ist ein Borosilikatglas.<br />
Für höchste thermische Beanspruchung werden Geräte aus Quarzglas oder Quarzgut eingesetzt.<br />
Als Quarzgut bezeichnet man ein milchig-trübes Quarzglas, das billiger als dieses ist. Bei<br />
höchster thermischer Belastbarkeit (Erweichungspunkt über 140O 0 C) zeigen Quarzgläser<br />
infolge ihres sehr kleinen Ausdehnungskoeffizienten (5,8-10-7 cm-K - I) sehr große Temperaturwechselbeständigkeit.<br />
Da Quarzglas sich sehr schwer verarbeiten läßt, sind Quarzgeräte teuer. Glas ist weitgehend<br />
undurchlässig für UV-Licht. Wo es auf UV-Durchlässigkeit ankommt, müssen daher Bauteile<br />
aus Quarzglas verwendet werden (z. B. Tauchbrenner, vgl. Abb. 1.24).<br />
Glasbauteile können miteinander verschmolzen werden, wobei die Ausdehnungskoeffizienten<br />
bei thermisch beanspruchten Teilen gleich sein müssen (gleiche Glassorte), bei thermisch<br />
nicht beanspruchten Teilen dürfen sie etwa um 10% voneinander abweichen. Auf diese Weise<br />
hergestellte größere Apparaturen sind jedoch weniger vielseitig zu verwenden und werden<br />
daher nur selten, z. B. für Arbeiten unter höchstem Vakuum, benutzt. Im allgemeinen verbin-
A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
det man beim organisch-präparativen Arbeiten Apparateteile durch Glasschliffe, von denen<br />
die in Abbildung A. l wiedergegebenen gebräuchlich sind.<br />
b) c) d)<br />
Abb. A.l<br />
Schlifftypen<br />
a) Planschliff, z. B. an Exsikkatoren; b) Zylinderschliff, z. B. bei KPG-Rührverschlüssen, vgl. Abb. A.6;<br />
c) Kegelschliff (NS 29); d) Kugelschliff; e) Kegelschliff mit Schraubdichtung<br />
Die meisten Laboratoriumsgeräte besitzen genormte und dadurch gegeneinander austauschbare<br />
Kegelschliffe (Normalschliffe, NS). Eine Kegelschliffverbindung besteht aus der<br />
Hülse (Mantelschliff) und dem Kern (Kernschliff). Durch zwei Zahlen bringt man ihre größte<br />
Weite und ihre Länge zum Ausdruck, z. B. NS 29/32, NS 29/42 („Langschliff" mit größerer<br />
Dichtungsfläche, z. B. für Arbeiten im Vakuum), NS 14,5/23, NS 45/40 usw.<br />
Neben Laboratoriumsgeräten mit Normalschliffen gibt es auch solche mit genormten<br />
Schraubverbindungen (vgl. Abb. A.l,e).<br />
Schliffe verschiedener Weite lassen sich mit sog. Übergangs- oder Reduzierstücken miteinander<br />
verbinden (Abb. A.2).<br />
Abb. A.2<br />
Reduzierstücke<br />
Aus mit NS-Schliffen ausgerüsteten Laboratoriumsgeräten können nach dem „Baukastenprinzip"<br />
in kurzer Zeit auch kompliziertere Apparaturen aufgebaut werden.<br />
Beim Arbeiten mit Kegelschliffgeräten beachte man folgendes:<br />
a) Hülse und Kern sollten stets von gleicher Glassorte sein, notfalls kann die Hülse aus der<br />
Glassorte mit größerem Ausdehnungskoeffizienten bestehen.<br />
b) Die beiden Teile eines Kegelschliffs werden unter leichtem Drehen miteinander verbunden.<br />
c) Harzbildende, polymerisierende oder stark alkalische Substanzen sollen nach Möglichkeit<br />
von den Schliffen ferngehalten werden.<br />
Kugelschliffe sind vor allem bei größeren Apparaturen angezeigt, da sie eine flexible Verbindung<br />
der einzelnen Apparateteile gestatten, die mit Kegelschliffen nur unter größerem Aufwand<br />
durch sog. Schliffketten erreichbar ist. Die Kugelschliffverbindung ist stets leicht lösbar.<br />
Kugelschliffe sind bei auch nur schwachem Überdruck häufig schwer dicht zu halten, eignen<br />
sich dagegen ausgezeichnet für Vakuumapparaturen. Sie sind teurer als Kegelschliffe.<br />
Vor allem für Arbeiten im Vakuum müssen Schliffe gefettet bzw. geschmiert werden. Man<br />
sollte stets nur sparsam fetten, damit das Reaktionsgut bzw. Destillat nicht durch herausgelöstes<br />
Fett verunreinigt wird. Am besten legt man nur in die Mitte des Kegelschliffs einen Ring<br />
aus Schmiermittel und verteilt dieses gleichmäßig durch Drehen des Kerns in der Hülse. Ein<br />
richtig gefetteter dichter Schliff erscheint klar durchsichtig!<br />
Als Schmiermittel werden verwendet: Vaseline für Hähne, Planschliffe (Exsikkatoren) und<br />
Kegelschliffe bei Arbeiten unter Normaldruck; Apiezonfette verschiedener Typen sowie Silicon-Schliffpasten<br />
unterschiedlicher Viskosität für Arbeiten im Vakuum. Für viele Arbeiten<br />
haben sich wasserlösliche Schliffette, die sich leicht wieder entfernen lassen, bewährt. Bei<br />
hohen Temperaturschwankungen (-40 bis +200 0 C) verwendet man vorteilhaft KWS-Schliffett.<br />
Extreme Beständigkeit gegenüber agressiven Chemikalien bieten Pasten aus Polychlortrifluorethylen<br />
bzw. Polytetrafluorethylen.
A. 1.3. Kühler<br />
Einen festgebackenen Schliff kann man durch Drehen meist nicht lösen. Man stemmt daher<br />
entweder die Daumen beider Hände nebeneinander an Kern und Hülse und kantet den Schliff<br />
in verschiedenen Lagen so mit den übrigen Fingern, als wollte man einen Stab zerbrechen,<br />
oder erwärmt die Hülse in einer leuchtenden Bunsenflamme leicht auf etwa 70 0 C, wobei der<br />
Kern möglichst kalt bleiben soll. Klopfen mit einem Holzhammer lockert festgebackene<br />
Schliffe ebenfalls (Glasstopfen auf Flaschen!). Nach erfolglosen Versuchen und bei größeren<br />
und teuren Apparaturen sollte ein Glasbläser diese Arbeiten übernehmen.<br />
Gegenüber den Glasschliffen haben Gumrniverbindungen eine geringere Bedeutung. Gurnmistopfen,<br />
Gummischläuche usw. werden von Halogenen, starken Säuren u. a. m. angegriffen und<br />
quellen mit organischen Lösungsmitteln häufig stark. Für Arbeiten mit Chlor, Bromwasserstoff,<br />
Phosgen, Ozon usw. eignen sich Kunststoff schlauche aus Polyvinylchlorid oder Polyethylen. Sie<br />
werden kurz in kochendes Wasser gelegt und sind dann leicht über die Rohrenden zu ziehen.<br />
Für den Aufbau von Reaktionsapparaturen lassen sich mit Vorteil Gummistopfen durch<br />
spezielle Schraubverschlüsse ersetzen (vgl. Abb. A.l,e). Mit Hilfe einer konischen Kunststoffdichtung<br />
- als besonders günstig erweist sich das chemikalienfeste Teflon (PTFE) - können<br />
Thermometer, Tropftrichter, Einleitungsrohre usw. in der Eintauchtiefe variabel und dennoch<br />
gasdicht im Reaktionskolben fixiert werden.<br />
1.2. Arbeitsgefäße<br />
In der organisch-chemischen Laboratoriumspraxis werden zunächst die gleichen Gefäße verwendet<br />
wie in der anorganisch-chemischen, also Reagenzgläser, Bechergläser, Erlenmeyer-<br />
Kolben, Stehkolben usw. Für Halbmikrozwecke eignen sich vor allem kurze und weite Reagenzgläser<br />
(etwa 15 x 60 bis 80 mm), sog. Eprouvetten. Bechergläser dürfen für tief siedende<br />
und brennbare organische Lösungsmittel wegen der hohen Verdunstungsgefahr nicht verwendet<br />
werden. Ein viel geeigneteres Gefäß stellt der Erlenmeyer-Kolben dar (evtl. mit Normalschliff),<br />
der leicht durch einen Stopfen verschlossen werden kann.<br />
Gefäße mit flachem Boden dürfen nicht evakuiert werden (Implosionsgefahr)!<br />
Als Siedegefäße und Vorlagen bei Destillationen finden vor allem Rund-, Birnen- und Spitzkolben<br />
Verwendung. Spitzkolben sind besonders für Halbmikrodestillationen als Siedegefäße<br />
geeignet, weil aus ihnen bis auf einen sehr geringen Rückstand abdestilliert werden kann (vgl.<br />
Abb. A.59). Für kompliziertere Reaktionen werden Zwei-, Drei- und Vierhalskolben eingesetzt<br />
(vgl. Abb. A.4).<br />
Man mache es sich zur Gewohnheit, auf jedes Glasgefäß die Tara des leeren Gefäßes mit<br />
Bleistift in den geätzten Kreis einzutragen!<br />
1.3. Kühler<br />
Bei organisch-chemischen Reaktionen müssen die Komponenten meist erwärmt werden, häufig<br />
in einem Lösungsmittel.<br />
Damit leichtflüchtige Stoffe nicht aus dem Reaktionsgefäß entweichen können, wird dieses mit<br />
einem Kühler versehen, an dessen Kühlflächen die gebildeten Dämpfe kondensieren und in die<br />
Reaktionsmischung zurücklaufen (Rückflußkühler). Bei Destillationen leitet man das Kondensat<br />
nach außen ab (Produktkühler). Die häufigsten Kühlertypen sind in Abbildung A.3 aufgeführt.<br />
Der einfachste Kühler ist der Luftkühler (a). Wegen der geringen Kühlwirkung der Luft<br />
kommt er nur für hochsiedende Substanzen mit einer Siedetemperatur über 15O 0 C in Frage.<br />
Er findet als Rückflußkühler in Form des „Steigrohres" Anwendung, ist jedoch wenig wirksam,
A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
da in ihm laminare Strömung herrscht und die Substanz leicht „durchbricht". Die Ausführungsform<br />
(b) ist als Rückflußkühler günstiger; sie wird vor allem bei Halbmikropräparationen eingesetzt,<br />
wo wegen der geringen abzuführenden Wärmemengen häufig auch bei niedriger siedenden<br />
Stoffen Luftkühlung genügt. (Im Bedarfsfall kann der Kühler hier außerdem mit angefeuchtetem<br />
Filtrierpapier umwickelt werden.) Die Ausführungsform (a) ist bei nicht zu großer<br />
Destillationsgeschwindigkeit etwa ab 15O 0 C außerdem als Produktkühler für hochsiedende<br />
Substanzen brauchbar.<br />
a) b)<br />
Abb. A.3 Kühlertypen<br />
a),b) Luftkühler; c) Liebig-Kühler; d) Kugelkühler; e) Schlangenkühler; f) Städeler-Kühler; g) Dimroth-<br />
Kühler; h) Intensivkühler; i) Einhängekühler, Kühlfinger<br />
Eine Sonderform des Luftkühlers ist der Schwertansatz des Säbelkolbens (vgl. Abb. A.58),<br />
in dem Kühler und Destillatvorlage vereinigt sind.<br />
Der Liebig-Kühler (c) wird vor allem als Produktkühler eingesetzt (bis etwa 16O 0 C). Als<br />
Kühlmittel dient bis etwa 12O 0 C fließendes, von 120 bis 16O 0 C stehendes Wasser. Als Rückflußkühler<br />
ist der Liebig-Kühler wegen der kleinen Kühlfläche und der laminaren Strömung<br />
wenig wirksam und nur für relativ hochsiedende Substanzen (Kp > 100 0 C) brauchbar. Das auf<br />
der gekühlten Außenwand kondensierende Wasser aus der Luft kann in Rückflußstellung des<br />
Kühlers durch die Kapillarräume des Schliffs in den Reaktionskolben laufen. Die Schliffe müssen<br />
deshalb gefettet werden. Man kann auch oberhalb des Schliffs eine Manschette aus trokkenem<br />
Filtrierpapier anbringen.<br />
Bei höher siedenden Substanzen kann es an den Einschmelzungen (E in Abb. A.3) zu Spannungen<br />
und Glasbruch kommen. Man verwende deshalb keine Liebig-Kühler aus Thüringer<br />
Glas!<br />
Der Kugelkühler (d) kommt nur als Rückflußkühler in Frage. Infolge der Erweiterung<br />
(Kugeln) wird die Dampfströmung turbulent und die Kühlwirkung gegenüber dem Liebig-<br />
Kühler erheblich verbessert. Auf der Außenwand schlägt sich Luftfeuchtigkeit nieder<br />
(s. oben). Die Einschmelzungen sind ebenfalls Gefahrenstellen.<br />
Enge Schlangenkühler (e) dürfen niemals als Rückflußkühler verwendet werden, da das Kondensat<br />
in der engen Schlange nicht gut ablaufen, oft oben aus dem Kühler herausgeschleudert werden<br />
und dadurch Unfälle verursachen kann. In senkrecht absteigender Stellung ist der Schlangen-
A l A. Standardapparaturen für organisch-chemische Reaktionen<br />
kühler aber ein ausgezeichneter Produktkühler, der vor allem für tiefsiedende Substanzen eingesetzt<br />
wird. In schräg absteigender Lage kann er nicht verwendet werden (warum?).<br />
Eine Modifikation ist der Stadeler-Kühler (f), dessen Kühlgefäß mit Eis/Kochsalz-Mischung,<br />
Kohlensäure/Aceton u. ä. beschickt werden kann, so daß sich auf diese Weise auch sehr tief<br />
siedende Substanzen kondensieren lassen.<br />
Der Dimroth-Kühler (g) ist ein intensiv wirkender Rückflußkühler. Er kann auch als Produktkühler<br />
eingesetzt werden, falls auf die an der Kühlschlange hängenbleibenden, relativ großen<br />
Anteile an Destillat verzichtet werden kann. Die Einschmelzungen (E) befinden sich<br />
außerhalb der Zone mit großem Temperaturgefälle, so daß der Kühler ohne weiteres bis<br />
16O 0 C verwendbar ist. Da sich seine Außenwand stets auf Raumtemperatur befindet, schlägt<br />
sich hier keine Luftfeuchtigkeit nieder (s. oben). Allerdings können tiefsiedende Substanzen<br />
aus dem gleichen Grunde an der Innenseite der Außenwand entlangkriechen und die Kühlzone<br />
durchbrechen. Der Dimroth-Kühler sollte deshalb nicht als Rückflußkühler bei sehr niedrig<br />
siedenden Stoffen (z. B. Diethylether) eingesetzt werden. Weiterhin schlägt sich am oberen<br />
offenen Ende des Kühlers leicht Wasser aus der Luft auf der Kühlschlange nieder. Man kann<br />
dies durch ein Trockenröhrchen verhindern, wie in Abbildung A.4,a gezeigt ist.<br />
Der Metallschlangenkühler ist eine Variation des Dimroth-Kühlers (Abb. A.3,g), bei dem<br />
die innen befindliche Kühlwendel aus Metall gefertigt ist. Man verwendet ihn bei Trocknungen<br />
von Lösungsmitteln mit Alkalimetallen und Hydriden (Explosions- und Brandgefahr bei Glasbruch!).<br />
Der Intensivkühler (h) stellt eine Vereinigung von Liebig-Kühler und Dimroth-Kühler dar.<br />
Seine Kühlwirkung ist sehr gut, tiefsiedende Lösungsmittel (Diethylether) können nur schwer<br />
durchbrechen. Auf der Außenwand wird Luftfeuchtigkeit kondensiert. Da Intensivkühler sehr<br />
teuer sind, sollten sie nicht unnötig eingesetzt werden. Man beachte ferner, daß der von Kühlwasser<br />
durchströmte Intensivkühler eine relativ hohe Masse besitzt. Er muß deshalb sorgfältig<br />
eingespannt werden.<br />
Einhängekühler, Kühlfinger (i): Diese Sonderform eines Rückflußkühlers kann lose in eine<br />
Rückflußapparatur eingehängt werden und ist vor allem in Halbmikroapparaturen gebräuchlich.<br />
Wird der Kühlfinger mit einem Stopfen oder passendem Gummischlauch auf dem Reaktionsgefäß<br />
befestigt, wie etwa in Abbildung A.4,e,f gezeigt wird, muß eine Öffnung (Kerbe)<br />
bleiben!<br />
Man achte stets darauf, daß die Kühlwasserzufuhr nicht unterbrochen wird, da dies zu<br />
gefährlichen Bränden und Explosionen führen kann.<br />
Insbesondere beobachtet man häufig, daß die Dichtungen von Wasserhähnen etwas quellen<br />
und dadurch den zunächst störungsfreien Kühlwasserzufluß unterbrechen. Bei wertvollen<br />
Apparaturen (z. B. Quecksilber- und Öldiffusionspumpen) sollte stets eine Kühlwassersicherung<br />
eingebaut werden, die mit der Heizung gekoppelt ist. Derartige Geräte sind im Handel<br />
erhältlich.<br />
Visuell läßt sich eine kontinuierliche Kühlwasserversorgung mit Durchfluß-Monitoren überwachen.<br />
Es handelt sich dabei um flache, durchsichtige Kunststoff-Hohlzylinder, in denen das<br />
Kühlwasser Turbinenräder oder eine farbige Kugel bewegt und damit die Durchströmung<br />
anzeigt.<br />
1.4. Standardapparaturen für organisch-chemische Reaktionen<br />
Die wichtigsten, aus Baukastenteilen mit Normalschliffen zusammenstellbaren Reaktionsapparaturen<br />
gibt Abbildung A.4 wieder.
A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Abb. A.4<br />
Reaktionsapparaturen<br />
A Anschütz-Aufsatz; D Dreifachaufsatz<br />
e) f)
A IA. Standardapparaturen für organisch-chemische Reaktionen<br />
Die Apparatur (a) findet bei solchen Reaktionen Verwendung, bei denen die Reaktionspartner<br />
von vornherein zusammengegeben werden können, sowie beim Umkristallisieren (vgl.<br />
A.2.2.2.). Das Trockenröhrchen am Kühlerauslaß ist erforderlich, wenn die Reaktionsmischung<br />
vor Feuchtigkeit geschützt werden muß. Man prüfe es vor Gebrauch auf Durchlässigkeit<br />
(durchblasen!). Der Siedestein (vgl. A.l.7.2.) darf nicht vergessen werden.<br />
Zwei- und Dreihalskolben sind Standardreaktionsgefäße der präparativen organischen<br />
Chemie. Sie werden verwendet, wenn mehrere Operationen gleichzeitig durchgeführt werden<br />
müssen, beispielsweise Gaseinleiten und Rückflußkühlen (b), Eintropfen, Rühren und Kühlen<br />
(c) usw. Mit Hilfe eines Anschütz-Aufsatzes (A) läßt sich der Dreihalskolben zum Vierhalskolben<br />
umgestalten, so daß jetzt z. B. unter Rückfluß gerührt, eine Komponente zugetropft und<br />
gleichzeitig die Innentemperatur gemessen werden kann. Einen Dreifachaufsatz zeigt Abb.<br />
A.4, D. Mehrhalskolben mit parallelstehenden Hälsen sind aus Platzgründen häufig am günstigsten.<br />
Lediglich bei kleineren Kolben, bei denen die geringe Entfernung zwischen den einzelnen<br />
Hälsen Schwierigkeiten für die Unterbringung von Rührmotor, Rückflußkühler usw.<br />
mit sich bringt, ist die sperrige Anordnung nach (c) vorzuziehen.<br />
Zur Temperaturmessung benutzt man Schliffthermometer, deren Länge mit der Kolbengröße<br />
korrespondieren muß, oder die eine Schlifführung besitzen, mit der die Eintauchtiefe<br />
variabel eingestellt werden kann. Schlifflose Thermometer in PVC-Stopfen sind unter Umständen<br />
auch verwendbar.<br />
Für Halbmikroansätze können Schliffapparaturen mit NS 14,5 verwendet werden. Auf<br />
Mehrhalskolben kann man im allgemeinen verzichten, wenn man die Komponenten durch den<br />
Kühler zugibt oder Aufsätze vom Typ des Anschütz-Aufsatzes bzw. (D) benutzt. Wegen der<br />
geringen Wärmemengen, die bei Halbmikroansätzen übertragen werden müssen, ist es außerdem<br />
meist nicht notwendig, die Temperatur im Reaktionsgefäß zu bestimmen. Sie kann durch<br />
Messung in einem äußeren Wärmebad genügend genau kontrolliert werden. Als Rührer eignet<br />
sich der Magnetrührer ganz vorzüglich (vgl. A. 1.5.1.)<br />
Für viskose Lösungen bzw. bei Reaktionen, die unter Ausscheidung von Feststoffen verlaufen,<br />
hat sich eine Apparatur entsprechend Abbildung A.5 bewährt. Sie besteht aus dem<br />
Reaktionskolben R mit Planschliff und einem Kolbenkopf, der außer dem Planschliff noch vier<br />
Abb. A.5<br />
Planschliffapparatur<br />
R Reaktionskolben
8 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
weitere Kegelschliffe (NS 14,5) besitzt. Zwei dieser Kegelschliffe sind senkrecht zum Reaktionsgefäß<br />
angeordnet und können Rührer sowie wahlweise Thermometer bzw. Tropftrichter<br />
aufnehmen. Außer dem Rührer sind auch der Thermometerschaft und das Auslaufrohr des<br />
Tropftrichters als KPG-Schliff (vgl. Abb. A.8,a) ausgebildet. Schliffhülsen mit Klammer zur<br />
Fixierung der Einschublänge komplettieren das Gerät.<br />
Zwei einfache Anordnungen zum Erhitzen unter Rückfluß für Arbeiten im Halbmikro-<br />
Maßstab sind in Abbildung A.4,e und f dargestellt. Die zweite ist besonders vorteilhaft, wenn<br />
anschließend direkt aus der Lösung abdestilliert werden soll.<br />
Beim Einspannen der Apparaturen beachte man, daß die verwendeten Klemmen innen mit<br />
Kork belegt bzw. die Greifer mit Schlauchstücken überzogen sind. Die Muffen sollen stets mit<br />
der offenen Seite nach oben an das Stativ angeschraubt werden.<br />
Bei der Befestigung der Schliffkolben darf die (runde!) Klemme nur leicht angezogen werden,<br />
um eine Deformation des Schliffs zu vermeiden. (Der Kolben wird durch den Wulst an<br />
der Schliffoberseite getragen.) Aus dem gleichen Grunde spannt man größere Apparaturen<br />
nicht völlig starr ein. Die in Abbildung A.4 wiedergegebenen Apparaturen sollten stets an<br />
einem einzigen Stativ befestigt werden. Ist dies bei komplizierteren Apparaturen nicht möglich,<br />
verwendet man am besten eine Stativwand, deren einzelne Stäbe starr verbunden sind.<br />
Rührer, Destillationskolonnen usw. sind in genau senkrechter Lage einzuspannen.<br />
1.5. Rühren und Schütteln<br />
Rühren und Schütteln haben in heterogenen Systemen die Aufgabe, die Komponenten gut<br />
durchzumischen. Will man übereinandergeschichtete, nicht mischbare Flüssigkeiten durcheinanderrühren,<br />
muß das Rührblatt zwischen die beiden Schichten eingesetzt werden. Auch in<br />
homogener Phase ist häufig Rühren nötig, beispielsweise um einen nach und nach zugegebenen<br />
Stoff schnell und gut in der Lösung zu verteilen oder um große örtliche Konzentrationen<br />
oder örtliche Überhitzungen zu vermeiden.<br />
1.5.1. Rührertypen<br />
Rührer befinden sich für alle Anwendungen und in verschiedenen Größen im Handel. Als<br />
Materialien werden je nach Art der zu vermischenden Stoffe Glas, PTFE, Edelstahl und<br />
andere Metalle, gegebenenfalls beschichtet (PVC, PE), verwendet. Für mittel- und hochviskose<br />
Lösungen setzt man vorzugsweise Rührer mit U-förmigem Blatt ein (Abb. A.6,a).<br />
Diese sorgen bei niedrigen Drehzahlen auch in den Wandbereichen der Reaktionsgefäße<br />
für eine effektive Durchmischung. Propellerrühr er (b und e) erzeugen eine axiale Strömung,<br />
die das Reaktionsgut ansaugt. Sie dienen als Standardrührer zum Aufwirbeln leichter Feststoffe<br />
bei mittleren bis hohen Drehzahlen. Eine Modifikation verwendet ein austauschbares<br />
Rührblatt (c), sie eignet sich vor allem für Durchmischungen in Gefäßen mit gewölbten<br />
Böden. Der Turbinenrührer (d) wird bei mittleren bis hohen Drehzahlen angewendet. In<br />
Reaktionsgefäßen mit engen Öffnungen setzt man Rührer mit kleinen Propellern (b, e) ein,<br />
besser geeignet sind jedoch Zentrifugalrühr er, deren Flügel sich bei steigender Drehzahl<br />
spreizen (f). Zum Zerteilen von geschmolzenem Natrium kann man den aus Edelstahldraht<br />
gefertigten Hershberg-Rührer benutzen, hier erweisen sich aber vor allem bei größeren<br />
Ansätzen Hochleistungsdispergiergeräte als überlegen.<br />
Diese in mehreren Größen (für Reagenzgläser bis großvolumige Technikumsgefäße) zur Verfügung stehenden<br />
Geräte eignen sich vorzüglich für Arbeiten in Zweiphasensystemen (flüssig-flüssig oder flüssigfest).<br />
Sie bestehen aus einem Antriebselement und einem Edelstahlrohr (Stator), in dem eine bewegliche
A. 1.5. Rühren und Schütteln<br />
Welle (Rotor) angebracht ist. Diese Rotorwelle trägt je nach zu dispergierender Substanz (flüssig-flüssig<br />
oder fest-flüssig) einen Endaufsatz in Form eines Metallsiebes oder eines Flügelrührers aus Edelstahl. Die<br />
sehr hohen Drehzahlen (bis zu 40 000 U • min- 1 ) sorgen für eine effektive Dispergierung.<br />
Für Reaktionen von suspendierten Feststoffen in Lösungsmitteln, z. B. bei der Herstellung von Grignard-Reagenzien<br />
oder Reduktionen mit Alkalimetallen empfiehlt sich auch eine Aktivierung mit Ultraschall<br />
(Ultraschallbäder oder Sonotroden).<br />
a) b) c) d) e) f) g)<br />
Abb. A.6<br />
Rührertypen<br />
a) Rührer mit U-Blatt; b) Propellerrührer; c) Propellerrührer mit austauschbarem Blatt; d) Turbinenrührer;<br />
e) Flügelrührer; f) Zentrifugalrührer g) Hershberg-Rührer<br />
Abb. A.7<br />
Heizplatte mit Magnetrührwerk<br />
Der Magnetrührer (Abb. A.7, Abb. 4.125) erlaubt, in völlig abgeschlossenen Apparaturen<br />
zu rühren, und ist in vielen Modellen gleichzeitig mit einer Heizplatte kombiniert. Er besteht<br />
aus einem mittels Motor in Rotation versetzten Magneten, der im Reaktionsgefäß einen mit<br />
Glas, Teflon o. ä. überzogenen Eisenstab bewegt. Man verwendet ihn bei Hydrierungen,<br />
Arbeiten im Hochvakuum usw. Er kann bei kleineren Ansätzen meist andere Rührertypen<br />
ersetzen. Das Rührstäbchen muß allerdings dem Boden des Reaktionsgefäßes angepaßt sein.<br />
Gerade Stäbchen eignen sich also nur für Kolben mit flachem Boden, wie Erlenmeyer-Kolben,<br />
Bechergläser u. ä.<br />
Ein in die Apparatur eingeleitetes (Inert-) Gas hat eine vor allem bei kleinen Ansätzen oft<br />
ausreichend durchmischende Wirkung.<br />
1.5.2. Führungen und Abdichtungen<br />
Als Rührerführung und -Verschluß verwendet man gewöhnlich einen KPG-Rührer (a), der aus<br />
einem Präzisionsrohr mit genau passender Rührwelle (Toleranz ±0,01 mm) besteht (KPG =<br />
kerngezogene Präzisions-Glasgeräte). Spezielle Schmiermittel, die den Abrieb von Glas in
10 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Grenzen halten und somit die Lebensdauer des KGP-Rührers erhöhen, befinden sich im Handel.<br />
Da sich KPG-Rührer bei hohen Tourenzahlen stark erwärmen, sollten sie nur bis zu<br />
600 U • min- 1 belastet werden.<br />
a) b)<br />
Inneres Lager<br />
Schraubverschluß<br />
PTFE-Dichtring<br />
Glasstab Vakuumschlauch<br />
Abb. A.8 Abb. A.9<br />
Rührverschlüsse Gummikupplung<br />
a) KPG-Rührer b) selbstzentrierende Glas-Lagerhülse<br />
Für Arbeiten unter Vakuum sowie geringem Überdruck benutzt man spezielle Schraub-<br />
Rührverschlüsse, die Dichtelemente aus PTFE besitzen. Derartige Verschlüsse sind gasdicht<br />
bis 1O -2 mbar bei Drehzahlen bis 800 U • min-i. Abb. A.8,b zeigt eine dreiteilige Konstruktion<br />
mit innerem Lager. Beim Verkanten der Rührwelle dreht sich das innere Lager mit und vermeidet<br />
so ein Festgehen des Rührers.<br />
1.5.3. Antrieb<br />
Rührer werden im allgemeinen mit Elektromotoren angetrieben. Die Drehzahl des Motors<br />
wird durch einen Widerstand oder über einen Regeltransformator eingestellt. Vor Beginn des<br />
Rührens überzeuge man sich durch Drehen des Rührers mit der Hand, ob dieser leicht beweglich<br />
ist und nicht an der Gefäßwand oder am Thermometer anstößt. Alle Klemmen, die die<br />
Apparatur halten, müssen so angezogen werden, daß die Apparatur spannungsfrei bleibt. Bei<br />
KPG-Rührern wird die Rührerhülse durch eine besondere Klemme zusätzlich eingespannt, da<br />
sie sich durch die Reibung der Rührerwelle leicht vom Kolben löst. Damit die Rührerführung<br />
nicht ausgeschliffen wird, sollten die starre Motor- und die Rührerwelle auf einer Geraden liegen.<br />
Beide werden über eine Kupplung aus zwei Vakuumschlauchstücken und einem Glasstab<br />
miteinander verbunden (Abb. A.9). Darüber hinaus sind flexible Kupplungen z. B. aus Neoprenschlauch,<br />
die mit dem Motor und dem Rührerschaft verschraubbar sind, im Handel.<br />
Es ist zu beachten, daß die Elektromotoren im allgemeinen nicht explosionsgeschützt sind.<br />
Beim Arbeiten mit leicht entzündlichen Stoffen (z. B. Wasserstoff, Diethylether u. ä.) setzt<br />
man daher Wasserturbinen oder Luftmotoren ein.
A. 1.6. Dosieren und Einleiten von Gasen 11<br />
Auch der Einsatz flexibler Motorwellen, die eine räumliche Trennung von Motor und Reaktionsgefäß<br />
ermöglichen, ist zu empfehlen.<br />
1.5.4. Schütteln<br />
Das Schütteln ist für die normale Laboratoriumstechnik von geringerer Bedeutung als das<br />
Rühren. Vorteile bietet es bei Arbeiten unter Überdruck (z. B. im Autoklav, s. A.I.8.2.), wenn<br />
schwere Bodenkörper, wie Zinkstaub oder Natriumamalgam, gut in der überstehenden flüssigen<br />
Phase verteilt werden sollen, oder bei Arbeiten im Halbmikromaßstab (z. B. Reagenzglasversuche).<br />
Bei siedenden Gemischen kann man im letzten Fall oft von einer zusätzlichen<br />
mechanischen Durchmischung überhaupt absehen.<br />
Wenn längere Zeit geschüttelt werden muß, benutzt man Schüttelmaschinen, bei denen<br />
nicht immer Heiz- und Kühlmöglichkeiten vorhanden sind. Die Gefäße sind sehr sorgfältig zu<br />
befestigen!<br />
1.6. Dosieren und Einleiten von Gasen<br />
Gasmengen bestimmt man durch Messung ihres Volumens oder ihrer Masse.<br />
Das Volumen der Gase wird direkt entweder durch Auffangen in einem kalibrierten Gefäß<br />
(Meßzylinder, Gasometer) oder mit einer Dosierpumpe oder Gasuhr bestimmt. Meistens<br />
benutzt man sog. „nasse Gasuhren" mit Wasserfüllung, in denen der Gasstrom eine mit der<br />
Anzeigevorrichtung gekoppelte Trommel dreht.<br />
Indirekt werden Gasmengen mit Hilfe von Strömungsmessern und Rotametern ermittelt.<br />
Kapillare<br />
a) ^ b)<br />
Abb. A.10<br />
Meßgeräte zur Gasmengenmessung<br />
a) Strömungsmesser; b) Rotameter<br />
Bei den Strömungsmessern (Abb. A.10,a) wird durch eine Verengung (Kapillare) im Gasweg<br />
eine Druckdifferenz in einem parallelgeschalteten U-Rohr-Manometer erzeugt, die der<br />
Durchflußmenge proportional ist. Man eicht mit bekannten Durchflußmengen des betreffenden<br />
Gases und stellt ein Diagramm auf, in dem man Gasmenge pro Zeit gegen Ap aufträgt.<br />
Das Diagramm ist jeweils nur für eine Gasart gültig.
12 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Rotameter (Abb. A.10,b) sind für verschiedene Meßbereiche im Handel erhältlich. Der<br />
rotierende Schwebekörper wird entsprechend der Durchflußmenge gehoben, da sich das graduierte<br />
Rohr nach unten verengt.<br />
Ferner kann man Gase dosieren, indem man die Massenzunahme der Reaktionsgefäße oder bei<br />
größeren Gasmengen die Massenabnahme der Gasflasche (auf einer Dezimalwaage) ermittelt.<br />
Leicht kondensierbare Gase (Ammoniak, Schwefelwasserstoff) können zur Dosierung auch<br />
verflüssigt werden. Die gewogene Flüssigkeitsmenge verdampft man und leitet den Dampf<br />
anschließend über einen Blasenzähler in das Reaktionsgefäß.<br />
Beim Einleiten von Gasen befindet sich das Ende des Gaseinleitungsrohrs im allgemeinen<br />
unter der Flüssigkeitsoberfläche. Insbesondere bei Gasen, die sehr heftig absorbiert werden,<br />
besteht dabei jedoch die Gefahr, daß die Flüssigkeit in Teile der Apparatur zurücksteigt.<br />
Daher ist vor der Reaktionsapparatur, in die das Gas eingeleitet werden soll, stets ein leeres<br />
Gefäß (z. B. eine Waschflasche) zu schalten, das groß genug sein muß, um die gesamte Reaktionslösung<br />
aufnehmen zu können. Ganz analog muß nach dem Gasentwickler (Gasflasche)<br />
ein Sicherheitsgefäß geschaltet werden.<br />
Eine Standardapparatur ist in Abbildung A. 11 skizziert.<br />
Ä<br />
Druck- Sicher- Tauchung Sicher- Gas- Sicher- Reaktionsgefäß<br />
f lasche heits- heits- reinigung heits -<br />
waschflasche waschflasche waschflasche<br />
Abb. A.ll<br />
Anordnung zum Einleiten von Gasen<br />
Bei Gasen, die gut absorbiert werden, kann man der Gefahr des Zurücksteigens der Lösung<br />
auch dadurch begegnen, daß man das Ende des Einleitungsrohrs über der Flüssigkeitsoberfläche<br />
enden läßt. Vor allem bei schnellem Rühren erreicht man auch so eine hohe Absorptionsgeschwindigkeit.<br />
Soll ein Gas in der Flüssigkeit fein verteilt werden, beispielsweise, um es<br />
gründlich zu waschen oder seine Absorptionsgeschwindigkeit zu erhöhen, leitet man es durch<br />
eine Fritte ein (Abb.A.12).<br />
Scheidet sich beim Gaseinleiten ein Festkörper aus, u. U. schon dadurch, daß der Gasstrom<br />
Lösungsmittel am Einleitungsrohr verdampft, verstopft sich dessen Öffnung leicht. Diese<br />
Gefahr kann man durch das Erweitern des Rohrendes vermindern. Meist genügt es, ein<br />
gerades Trockenröhrchen mit einem Schlauchstück am eigentlichen Einleitungsrohr zu befestigen,<br />
falls der Schlauch durch das Reaktionsgemisch nicht angegriffen wird (Abb. A.13,a).<br />
Bei der Anordnung nach Abbildung A.13,b kann man, ohne die Apparatur öffnen zu müssen,<br />
einen während der Reaktion gebildeten Substanzpfropfen aus dem Einleitungsrohr herausstoßen.<br />
In vielen Fällen empfiehlt es sich, eine Überdrucksicherung in den Gasstrom einzubauen.<br />
Sie ist unbedingt erforderlich z. B. beim Einleiten von Gasen durch eine Kapillare, etwa bei
Abb. A.12<br />
Frittenwaschflasche<br />
o<br />
a) b)<br />
A. 1.6. Dosieren und Einleiten von Gasen 13<br />
Glasstab<br />
T-Stück<br />
Abb. A.13<br />
Gaseinleiten beim Ausscheiden von Feststoffen<br />
der Vakuumdestillation unter Inertgasatmosphäre. Die einfachste Form ist das Bunsen-Ventil.<br />
Es besteht aus einem Stück Gummischlauch, in dem in Längsrichtung mit der Rasierklinge ein<br />
l bis 2 cm langer Einschnitt angebracht wird.<br />
Die Anordnung in Abbildung A. 11 (Tauchung) gestattet es, besser zu beobachten, wenn<br />
Gas aus dem „Sicherheitsventil" entweicht. Durch verschieden hohe Füllung mit Flüssigkeiten<br />
unterschiedlicher Dichte (Wasser, Salzlösungen, Siliconöle) lassen sich in geschlossenen Apparaturen<br />
genau festgelegte Überdrücke halten.<br />
In jeder Anordnung zum Einleiten von Gasen soll eine Kontrolle des Gasstroms leicht möglich<br />
sein. Ist sie nicht durch eine Waschflasche mit Waschflüssigkeit, einen Strömungsmesser<br />
oder ein Rotameter gegeben, schaltet man einen Blasenzähler (s. Abb. A. 14) ein.<br />
Abb. A.14<br />
Blasenzähler<br />
Abb. A.15<br />
Federsicherung<br />
Eine Gaseinleitungsapparatur überprüfe man vor ihrer Inbetriebnahme sorgfältig. Besonders<br />
gefährlich sind falsch angeschlossene Waschflaschen, da beim Durchleiten des Gases ihr<br />
Flüssigkeitsinhalt (z. B. konzentrierte Schwefelsäure) herausgedrückt werden kann. Zwischen<br />
Waschflaschen mit Lauge und Säure ist stets eine leere Flasche zu schalten. Alle Waschflaschen<br />
sind gut einzuspannen und gegen das Herausdrücken des Einsatzes mit einer Drahtspirale zu
14 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
sichern (Abb. A.15). Weiterhin achte man darauf, daß im Reaktionsgefäß eine ausreichende<br />
Öffnung vorhanden ist und kein Überdruck entstehen kann. Calciumchloridrohre sind auf<br />
Durchlässigkeit zu prüfen.<br />
1.7 Heizen und Kühlen<br />
1.7.1. Wärmequellen, Wärmeübertragung, Wärmebäder<br />
Man kann Reaktionsgefäße mit Gas, mit Wasserdampf oder elektrisch beheizen. Die Wahl der<br />
Wärmequelle richtet sich nach der Heiztemperatur und -geschwindigkeit sowie nach den<br />
Arbeitsschutzvorschriften.<br />
Mit der freien Flamme von Bunsen- und Teclu-Brennern kann man rasch verhältnismäßig<br />
hohe Temperaturen erreichen.<br />
Geeignete elektrische Heizgeräte zum Erhitzen von Rundkolben sind Infrarotstrahler oder<br />
halbkugelförmige Glasfasergespinste mit eingeflochtenen Heizdrähten (sog. Heizpilze). In<br />
Form von Bändern lassen sich solche Gespinste auch zum Beheizen von Röhren verwenden.<br />
Durch direkte elektrische oder Gasheizung kann es zu örtlichen Überhitzungen kommen.<br />
Daher lassen sich hier Temperaturen schlecht konstant halten und automatisch regeln. Außerdem<br />
verbieten die Arbeitsschutzbestimmungen das direkte Erhitzen brennbarer Lösungsmittel<br />
mit offener Flamme. 1 )<br />
Durch Benutzen von Wärmebädern versucht man, diese Nachteile zu umgehen. Als wärmeübertragende<br />
Medien eignen sich: Luft, Wasser, organische Flüssigkeiten, Salzschmelzen und<br />
Metalle.<br />
Ein sehr einfaches Luftbad erhält man, wenn man zwischen freie Flamme und Kolben ein<br />
Drahtnetz bringt.<br />
Abb. A.16<br />
Luftbad<br />
•p— Abdeckplatten<br />
- Drahtnetz<br />
Zu lauf<br />
Abb. A.17<br />
Wasserstandsregler für Wasserbäder<br />
Gummischlauch<br />
verschiebbares<br />
Glasrohr<br />
Ablauf<br />
Viel besser ist ein Luftbad aus Jenaer Glas (Abb. A.16). Es ist sauber und nicht träge, aber ungeeignet<br />
zur Übertragung großer Wärmemengen. Bei Destillationen kann der Siedevorgang gut<br />
beobachtet werden. Das Luftbad ist oben mit passenden Keramikplatten sorgfältig abzudecken.<br />
Brennbare oder thermisch instabile Stoffe dürfen auch über einem Drahtnetz oder in einem<br />
Luftbad nicht mit offener Flamme erhitzt werden!<br />
^ Glühende Heizspiralen, z. B. in einer (nicht explosionsgeschützten) Kochplatte, sind vom Standpunkt<br />
des Arbeitsschutzes einer offenen Flamme gleichzusetzen.
A. 1.6. Dosieren und Einleiten von Gasen 15<br />
Sandbäder sind sehr träge und schwer in ihrer Temperatur zu regulieren. Sie können im allgemeinen<br />
durch andere Heizbäder ersetzt werden.<br />
Wärmebäder, die sich flüssiger Wärmeübertragungsmedien bedienen, sind am besten zum<br />
schonenden, gleichmäßigen Erhitzen geeignet. Zum Erhitzen bis 10O 0 C sind Wasserbäder<br />
ziemlich universell verwendbar. Sie gestatten infolge ihrer geringen Trägheit eine sehr genaue<br />
automatische Temperaturregelung. Der Wasserstandsregler (Abb. A.17) ist stets an die Wasserleitung<br />
anzuschließen!<br />
Mit Alkalimetallen, Metallhydriden oder anderen Substanzen, die mit Wasser heftig reagieren,<br />
darf auf dem Wasserbad nicht gearbeitet werden!<br />
Für Temperaturen bis etwa 250 0 C eignen sich Siliconölbäder. Sie sind verhältnismäßig träge.<br />
Man achte darauf, daß kein Wasser in das Bad gelangt, da sonst die Badflüssigkeit unangenehm<br />
schäumt oder beim Erhitzen verspritzt. Bei Rückflußapparaturen ist deshalb am unteren Ende<br />
des Rückflußkühlers eine Filterpapiermanschette anzubringen. Nach Beendigung der Arbeit<br />
wischt man das heiße Siliconöl sofort vom Kolben ab.<br />
Häufig verwendet man Glycolbäder (Polyethylenglycol z. B. als Oxidwachs, Triethylenglycol,<br />
Diethylenglycol, Ethylenglycol), da eintropfendes Wasser keine Gefahrenquelle darstellt<br />
und am Kolben haftendes Glycol mit Wasser abgewaschen werden kann. Je nach Art des<br />
verwendeten Glycols sind diese Bäder bis zu Temperaturen von 150 bis 20O 0 C zu verwenden.<br />
Sie rauchen bei höheren Temperaturen stark und sind nur unter dem Abzug zu benutzen.<br />
Oberhalb 100 0 C sind Metallbäder universell anwendbar. Sie enthalten eine niedrig schmelzende<br />
Legierung (Woodsches oder Rosesches Metall, F 71 bzw. 94 0 C) und gestatten infolge<br />
ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit eine rasche und sehr gleichmäßige Wärmeübertragung. Nachteilig<br />
sind der hohe Preis und bei großen Bädern u. U. auch die große Masse.<br />
Bäder sind standfest und so weit erhöht aufzubauen, daß sie nach unten von der Apparatur<br />
entfernt werden können. Für große Bäder ist ein Dreifuß erforderlich.<br />
Zur Beheizung der Flüssigkeitsbäder verwendet man Gasbrenner oder vorzugsweise regelbare<br />
elektrische Kochplatten. Für Langzeitreaktionen benutzt man vorteilhaft Heizbäder mit<br />
stufenloser Regelung der Temperatur und integrierter Temperaturüberwachung in Form elektronisch<br />
geregelter Thermostate.<br />
Wird zur Temperaturkontrolle zusätzlich ein Thermometer im Bad angebracht, so muß dieses<br />
bei Metall- und Paraffinbädern noch vor dem Erstarren der Schmelze wieder entfernt werden.<br />
Zur Erzeugung von Wasserdampf im Laboratorium dient ein einfacher Rundkolben mit<br />
Dampfableitungs- und Steigrohr oder besser ein entsprechendes kupfernes Gefäß (Dampfkanne,<br />
vgl. Abb. A.80). Dieses Verfahren der Dampferzeugung dient hauptsächlich zur Wasserdampfdestillation.<br />
1.7.2. Erhitzen brennbarer Flüssigkeiten<br />
Brennbare Flüssigkeiten dürfen nur in Ausnahmefällen, z. B. in geringer Menge im Reagenzglas,<br />
mit offener Flamme erhitzt werden. Müssen sie offen verdampft werden, so darf<br />
das ebenfalls nur in ungefährlichen Mengen und nur in einem geschlossenen Abzug geschehen,<br />
in dem sich keine Zündquellen befinden. Auch kleine Mengen brennbarer Flüssigkeiten<br />
dürfen nicht in Trockenschränken verdampft werden.<br />
Im übrigen erhitzt man brennbare Flüssigkeiten nur in mit Kühlern versehenen geschlossenen<br />
Apparaturen unter Verwendung von elektrischen Heizhauben oder Flüssigkeitsheizbädern.<br />
Die Heizquellen müssen jederzeit leicht von der Apparatur entfernt werden können,<br />
wozu am besten Laborhebebühnen geeignet sind.<br />
Beim Erhitzen größerer Mengen brennbarer Flüssigkeiten müssen besondere Sicherheitsmaßnahmen<br />
ergriffen, z. B. Metallgefäße verwendet werden. Ist das Erhitzen in Glasgefäßen
16 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
erforderlich, wird empfohlen, eine mit Glas- oder Steinwolle ausgelegte Auffangwanne unter<br />
die Apparatur zu stellen.<br />
Im Falle eines Behälterbruches oder beim Verschütten brennbarer Flüssigkeiten, deren<br />
Temperatur über ihrem Flammpunkt liegt, sind sofort alle Zündquellen zu beseitigen. Der<br />
Raum ist zu lüften und die ausgelaufene Flüssigkeit aufzunehmen und zu entfernen.<br />
Das Arbeiten mit Diethylether, Schwefelkohlenstoff und ähnlich tief siedenden und leicht<br />
brennbaren Stoffen erfordert besondere Vorsichtsmaßregeln. Mit größeren Mengen, die zu<br />
Raumexplosionen führen könnten, muß in einem besonderen explosionsgesicherten Raum<br />
gearbeitet werden, in dem sich keine zündfähigen Heizquellen, explosionsungeschützte elektrische<br />
Installationen, Rührmotoren usw. befinden dürfen.<br />
Beim Erhitzen von Flüssigkeiten über ihren Siedepunkt können Siedeverzüge auftreten, bei<br />
deren Aufhebung die Flüssigkeit explosionsartig aufsieden kann. Diese erhebliche Gefahrenquelle<br />
beseitigt man in den meisten Fällen durch Zugabe von Siedesteinen (kleine unglasierte<br />
Tonscherben o. ä.), die aber niemals in die siedend heiße Flüssigkeit geworfen werden dürfen.<br />
Jeder Siedestein kann nur einmal benutzt werden, da er sich beim Abkühlen vollsaugt und<br />
seine Wirksamkeit verliert. Beim Erhitzen im Vakuum verwendet man eine Siedekapillare<br />
(vgl. A.2.3.2.2.).<br />
1.7.3. Kühlmittel<br />
Die Wahl des Kühlmittels richtet sich nach der Kühltemperatur und der abzuführenden Wärmemenge.<br />
Wasser ist wegen seiner Billigkeit und wegen seiner hohen Wärmekapazität am<br />
gebräuchlichsten. Kolben von Apparaturen lassen sich mit Wasser kühlen, indem man sie in<br />
einen Trichter mit Abflußschlauch stellt und das fließende Wasser darüberleitet.<br />
Eis wird fein zerkleinert (Eismühle). Um eine bessere Wärmeübertragung zu erreichen,<br />
mischt man es mit wenig Wasser zu einem Brei.<br />
Eis-Kochsalz-Gemisch kühlt bis etwa -2O 0 C. Man vermischt fein zerkleinertes Eis mit<br />
einem Drittel seiner Masse an Steinsalz.<br />
Mit Gemischen von festem Kohlendioxid („Trockeneis", „Kohlensäureschnee") und<br />
Methanol, Aceton oder einem anderen geeigneten Lösungsmittel (Diethylether ist verboten!)<br />
lassen sich Temperaturen bis -78 0 C erreichen. Das feste Kohlendioxid wird zweckmäßigerweise<br />
im Überschuß zum Kälteüberträger gegeben, um ein hinreichend großes Kältereservoir<br />
zur Verfügung zu haben, da die Kühlkapazität einer solchen Kältemischung nicht sehr groß ist.<br />
Man bereitet sie in einem Dewar-Gefäß (Abb. A.18), um die Wärmeaufnahme aus der Umgebung<br />
gering zu halten.<br />
Abb. A.18<br />
Dewar-Gefäß<br />
Das Trockeneis ist in einem eisernen Mörser (nicht Porzellanmörser) gut zu pulvern. Schutzbrille<br />
und Handschuhe tragen! Vorsicht beim Eintragen in das Lösungsmittel, starkes Schäumen!<br />
Dewar-Gefäße sind wegen Implosionsgefahr mit Schnur o. ä. zu umwickeln oder durch<br />
einen Drahtkorb, Holzkasten usw. zu sichern. Besonders empfindlich ist der obere Rand des<br />
Dewar-Gefässes.
A. 1.8. Arbeiten unter Druck 17<br />
Genügt die Wirkung einer solchen Kältemischung nicht, kühlt man mit flüssigem Stickstoff<br />
(bis -196 0 C). Das Dewar-Gefäß muß vor der Füllung einwandfrei trocken sein. Flüssiger<br />
Sauerstoff und flüssige Luft, die sich beim Stehen immer mehr mit Sauerstoff anreichert, dürfen<br />
wegen der Entzündungsgefahr nicht zum Kühlen organischer Stoffe benutzt werden.<br />
Ein exaktes Temperieren bei niedrigen Temperaturen (bis etwa -80 0 C) wird mit Kälte-Thermostaten<br />
(Kryostaten) gewährleistet. Durch elektronisch gesteuerte Umwälzpumpen, die eine<br />
hohe Temperaturkonstanz sichern, werden hierbei spezielle Kühlflüssigkeiten zur Kühlung von<br />
Reaktionsgefäßen und Meßvorrichtungen verwendet.<br />
Sollen Substanzen längere Zeit bei niedrigen Temperaturen gehalten werden, benutzt man<br />
Kühlschränke. In diese dürfen nur fest verschlossene Gefäße gestellt werden, da sonst auf den<br />
Substanzen Wasser kondensiert und u. U. entweichende aggressive Gase den Kühlschrank<br />
angreifen bzw. organische Lösungsmittel Explosionen verursachen können. Die Gefäße sollen<br />
eindeutig beschriftet sein.<br />
Kühlschränke sind zur Kühlung von brennbaren Flüssigkeiten nur zulässig, wenn sich innerhalb<br />
des Kühlraumes entweder keine elektrotechnischen oder nur explosionsgeschützte Einrichtungen<br />
befinden. Der Kühlraum muß gegenüber den nicht explosionsgeschützten elektrotechnischen<br />
Einrichtungen des Kühlschrankes abgedichtet sein.<br />
1.8. Arbeiten unter Druck<br />
Soll eine Reaktion oberhalb des Siedepunktes der eingesetzten Komponenten durchgeführt<br />
werden oder ist eine hohe Konzentration eines Gases erforderlich (z. B. bei der Hydrierung,<br />
vgl. D.4.5.2.), so wird in einer geschlossenen Apparatur unter Druck gearbeitet. Bei geringen<br />
Substanzmengen und niedrigen Überdrücken verwendet man Einschlußrohre, für größere<br />
Ansätze und hohe Drücke Metalldruckgefäße (Autoklaven), bei denen man außerdem den<br />
Druck ständig messen und Gase einpressen kann.<br />
Die gewöhnlichen Laboratoriumsapparaturen eignen sich nicht zum Arbeiten unter Überdruck. Für<br />
Reaktionen, bei denen nach beendetem Versuch kein Überdruck mehr vorhanden ist, können mitunter<br />
Druckflaschen aus Glas benutzt werden.<br />
1.8.1. Bombenrohre<br />
Einschlußrohre aus starkwandigem Duran-Glas können durchschnittlich einem Druck von<br />
2 bis 3 MPa (20 bis 30 atm) bei einer maximalen Temperatur von 400 0 C ausgesetzt werden.<br />
Das Reaktionsgemisch wird durch einen Trichter mit langem Stiel in das Einschlußrohr<br />
gefüllt. Drei Viertel des Rohres sollen als Gasraum verbleiben. Anschließend wird es in der<br />
Sauerstoffgebläseflamme zu einer starkwandigen Spitze ausgezogen, zugeschmolzen (am<br />
besten von einem Geräteglasbläser) und die Abschmelzung danach vorsichtig und langsam<br />
abgekühlt. Man bringt das Rohr in einen eisernen, teilweise mit Sand gefüllten Mantel, so daß<br />
das obere Ende l bis 2 cm herausragt. Der Mantel mit dem Rohr wird dann in den Bombenofen<br />
eingelegt, das offene Mantelende etwas erhöht gegen den Splitterfänger an der Wand<br />
gerichtet. Die Temperatur soll automatisch regelbar sein. Ein Schutzgitter sichert die Umgebung<br />
gegen Beschädigung. Nach beendeter Reaktion läßt man völlig erkalten, nimmt das Rohr<br />
mit dem eisernen Mantel aus dem Ofen (Öffnung nicht zum Körper!) und richtet vorsichtig<br />
eine spitze Gebläseflamme gegen das obere herausragende Ende (Schutzbrille!). Falls ein<br />
Überdruck im Rohr herrscht, wird das Glas an der erweichten Stelle aufgeblasen, bis die Gase<br />
durch ein entstehendes Loch entweichen. Das Absprengen des oberen Rohrteils überläßt man<br />
am besten dem Glasbläser.
18 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Reaktionen im Einschlußrohr dürfen nur in dafür vorgesehenen Räumen unter Beachtung<br />
der oben geschilderten Arbeitsweise durchgeführt werden. Das Bombenrohr darf in zugeschmolzenem<br />
Zustand weder aus dem eisernen Mantel noch aus dem Bombenofenraum entfernt<br />
werden. Man informiere sich vorher in Tabellenwerken über die Dampfdrücke der eingesetzten<br />
Lösungsmittel und ermittle unter Berücksichtigung evtl. entstehender Gase den voraussichtlich<br />
auftretenden Druck.<br />
1.8.2. Autoklaven<br />
Ein im organisch-chemischen Laboratorium ziemlich universell brauchbarer Autoklaventyp ist<br />
der Schüttelautoklav nach Abbildung A.19,a: Inhalt l l, maximale Druckbelastung 35 MPa<br />
(350 atm), maximale Temperaturbelastung 350 0 C, Material V2A- bzw. V4A-Stahl, automatische<br />
Widerstandsstrahlungsheizung. Der Autoklavenkörper soll aus der Heizung herausnehmbar<br />
sein. Deckel und Flansch sind abschraubbar. Der Kopf wird mit dem Flansch durch Bolzenschrauben<br />
verbunden; eine konische Abdichtung zwischen Deckel und Autoklavenkörper<br />
hat sich besonders bewährt. In Abbildung A.19,a sind Thermometer- und Manometerrohr eingezeichnet.<br />
Mit dem Manometerrohr ist ein Ventil verbunden, ein weiteres befindet sich an<br />
einer gesonderten Bohrung (in der Zeichnung nicht sichtbar). Der Autoklaveninhalt kann<br />
auch mit Hilfe eines Rührwerks durchmischt werden, besonders elegant in einem Magnetrührautoklav,<br />
bei dem die Kraftübertragung zwischen dem Rührwerk im Innern und dem äußeren<br />
Antrieb durch einen starken Elektromagneten erfolgt. Mit Stopfbuchsen abgedichtete Rührer<br />
erfordern sorgfältige Wartung und sind für den Laborbetrieb weniger günstig.<br />
Man verschaffe sich zunächst Klarheit über die zu erwartenden Druckverhältnisse. Bei<br />
Reaktionen mit Gasen (z. B. Hydrierungen) berechne man nach den Gasgesetzen die theoretische<br />
Druckabnahme (vgl. auch D.4.5.2.). 1 )<br />
Der Autoklavenkörper wird gefüllt (bei Reaktionen mit Gasen mindestens ein Drittel Gasraum!),<br />
die Konusdichtung peinlich gesäubert, der Deckel vorsichtig aufgesetzt und verschraubt<br />
(jeweils gegenüberliegende Muttern nach und nach anziehen!) und der Autoklav in<br />
die Heizung eingesetzt. Bei Arbeiten mit komprimierten Gasen spült man zunächst durch einbis<br />
zweimaliges Aufpressen und Ablassen des Gases, dann wird bis zum gewünschten Druck<br />
aufgepreßt, geschüttelt und angeheizt. Das komprimierte Gas wird über Stahlrohrkapillaren<br />
entweder direkt aus einer Stahlflasche oder über einen Kompressor aufgedrückt.<br />
Autoklaven müssen in gesonderten Räumen untergebracht sein, sie sind laufend zu überwachen<br />
und auf ihre Betriebssicherheit zu überprüfen. Angegebene Daten über Betriebsdruck<br />
und -temperatur dürfen keinesfalls überschritten werden. Nach Beendigung des Versuchs und<br />
völligem Erkalten werden vor dem Öffnen des Autoklavenkörpers die Ventile aufgedreht, und<br />
das noch vorhandene Gas wird durch eine Stahlrohrkapillare ins Freie geblasen. Heiße Autoklavenkörper<br />
dürfen niemals mit Wasser o.a. gekühlt werden! Die Heizung muß so geregelt<br />
sein, daß ein Überhitzen ausgeschlossen ist. Vor Beginn des Versuchs informiere man sich, ob<br />
die verwendeten Substanzen das Autoklavenmaterial angreifen. V2A-Stahl ist z. B. gegen<br />
Halogenwasserstoffsäuren, Halogenidionen, Ameisensäure und Eisessig in der Hitze und<br />
gegen oxidierende Substanzen überhaupt unbeständig! 2 )<br />
1 J Drucke werden in der angelsächsischen Literatur oft in lb/in 2 (pound/square inch, p.s.i.) angegeben;<br />
Umrechnung: l lb/in 2 = 6.9 kPa (0,068 atm).<br />
2 ) Genauere Informationen vgl. ULLMANNS Encyklopädie der Technischen Chemie. 4. Aufl. - Verlag<br />
Chemie, Weinheim/Bergstr. 1972. Bd.3, S. 14ff (3. Aufl.: Bd.16, S. 260ff).
a)<br />
Manometer<br />
Rohr für<br />
Thermoelement<br />
(Thermometer)<br />
b) Q<br />
Abb. A.19<br />
Autoklaven<br />
a) Schüttelautoklav; b) Labortisch-Glasautoklav<br />
A. 1.8. Arbeiten unter Druck 19<br />
Verschlußteil mit Gaseinleitung<br />
und Manometer<br />
Glasreaktor<br />
Splitterschutz aus Edelstahl<br />
Für Arbeiten im Bereich geringer Überdrucke und bei kleinen Ansätzen können vorteilhaft<br />
Glasautoklaven (Abb. A.19,b) verwendet werden. Diese Glasreaktoren mit einem Nennvolumen<br />
von ca. 100 ml eignen sich besonders für die Durchführung chemischer Reaktionen in<br />
wässerigen oder organischen Medien bis maximal 10 bar/1 OO 0 C oder 6 bar/150 0 C. Der Autoklaveninhalt<br />
läßt sich bequem mit einem Magnetrührer durchmischen.<br />
1.8.3. Druckgasflaschen<br />
Die wichtigsten Gase sind komprimiert in Stahlflaschen im Handel, die sich in Farbe und Verschlußgewinde<br />
voneinander unterscheiden. Einige Typen und ihre Kennzeichnung findet man<br />
in Tabelle A.20.<br />
Druckgasflaschen sind grundsätzlich wegen der bei Bränden bestehenden Gefahr des Zerknalls<br />
außerhalb der Laboratorien aufzustellen. Die Gase werden den Arbeitsplätzen durch<br />
festverlegte Rohrleitungen zugeführt.<br />
Ist die Aufstellung von Druckgasflaschen außerhalb des Laboratoriums aus technischen<br />
Gründen nicht möglich, müssen Druckgasflaschen entweder in dauerbelüfteten, wärmeisolierten<br />
Schränken untergebracht oder nach Arbeitsschluß an einen sicheren Ort gebracht werden.<br />
Druckgasflaschen mit sehr giftigen, giftigen, gesundheitsschädlichen und krebserzeugenden<br />
Gasen müssen, sofern sie im Labor aufgestellt werden, dauerabgesaugt sein, z. B. im Abzug.<br />
Für solche Gase sollten möglichst kleine Druckgasflaschen verwendet werden.<br />
Druckgasflaschen müssen gegen Umstürzen gesichert sein, z. B. durch Ketten, Rohrschellen<br />
oder Einstellvorrichtungen.<br />
Druckgasflaschen sind vor starker Erwärmung (z. B. durch Heizkörper, Sonneneinstrahlung)<br />
zu schützen und vor Stößen, besonders bei scharfem Frost, zu bewahren.<br />
Druckgasflaschen sind mit geeigneten Druckminderventilen zu betreiben.
20 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Tabelle A.20<br />
Kennzeichnung von Druckgasflaschen<br />
Gas Farbe 1 ) Verschlußgewinde<br />
Wasserstoff rot<br />
Kohlenmonoxid rot<br />
Amine (Mono-, Dimethylamin usw.) rot<br />
Kohlenwasserstoffe rot<br />
Sauerstoff blau<br />
Stickstoff grün<br />
Chlor grau<br />
Schwefeldioxid grau<br />
Phosgen grau<br />
Kohlendioxid grau<br />
Ammoniak grau<br />
Acetylen gelb<br />
l ) mitunter nur ein Ring in der betreffenden Farbe<br />
links<br />
links<br />
links<br />
links<br />
rechts<br />
rechts<br />
rechts<br />
rechts<br />
rechts<br />
rechts<br />
rechts<br />
Spezialverschluß<br />
Das Prinzip eines Kegelventils ergibt sich aus Abbildung A.21,a. Es kann als Reduzierventil<br />
für alle Gase (außer Acetylen) angewendet werden. Das Druckminderventil (Abb. A.21,b)<br />
dient zur Einstellung eines konstanten Gasstroms. Man öffnet es durch Anheben (Festdrehen<br />
der Stellschraube) des Ventilkegels bei geschlossenem Absperrventil (in Abb. A.21,b rechts),<br />
wonach das Niederdruckmanometer einen geringen Überdruck anzeigt. Durch vorsichtiges<br />
Öffnen des Absperrventils wird nun der Gasstrom einreguliert.<br />
b) Stellschraube<br />
Abb. A.21<br />
Reduzierventile<br />
a) Kegelventil; b) Druckminderventil
A. 1.9. Arbeiten unter vermindertem Druck 21<br />
Armaturen, Manometer, Dichtungen usw. für stark oxidierende Druckgase (z. B. Sauerstoff,<br />
sauerstoffhaltiges Distickstoffoxid) müssen frei von Öl, Fett und Glycerin gehalten werden. Sie<br />
dürfen auch nicht mit ölhaltigen Putzlappen oder mit fettigen Fingern berührt werden. Reste<br />
von Lösemitteln, die zum Entfetten verwendet werden, müssen durch Abblasen mit ölfreier<br />
Luft entfernt werden.<br />
Für Sauerstoff dürfen nur Manometer verwendet werden, die blau gekennzeichnet sind und<br />
die Aufschrift „Sauerstoff! Öl- und fettfrei halten!" tragen.<br />
Für Präparationen im Halbmikromaßstab haben sich kleine Druckgasflaschen mit Gasmengen zwischen<br />
200-450 g, die bequem in jedem Abzug neben der entsprechenden Apparatur installierbar sind, bewährt.<br />
Eine Übersicht erhältlicher Gase befindet sich in vielen Feinchemikalien-Katalogen.<br />
1.9. Arbeiten unter vermindertem Druck<br />
Die Erzeugung von Vakuum im Laboratorium macht sich für die verschiedensten Zwecke notwendig.<br />
Als wichtigste seien hier genannt: die Destillation und Sublimation unter vermindertem<br />
Druck, das Trocknen, das Filtrieren (Absaugen) und die Wärmeisolation.<br />
Die zur Aufbewahrung von Kältemischungen, Trockeneis, flüssiger Luft usw. dienenden<br />
Dewar-Gefäße (vgl. Abb.A. 18) sind dünnwandige, innen versilberte, hochevakuierte (< l - 1O -3<br />
Pa ~ 1O -5 Torr) Glasgefäße. Da ein solches Hochvakuum ein sehr schlechtes Wärmeleitvermögen<br />
hat, übertreffen diese Gefäße alle anderen Vorrichtungen in ihren wärmeisolierenden<br />
Eigenschaften. Auch bei den Mänteln von Destillationskolonnen findet das Prinzip des Dewar-<br />
Gefäßes Anwendung (innen versilberte Vakuum-Mäntel).<br />
Vakuumdestillationen (A.2.3.2.2.) und -Sublimationen (A.2.4.), das Trocknen im Vakuum<br />
(A.l.10.3.) und das Absaugen (A.2.1.) werden in den betreffenden Abschnitten besprochen.<br />
1.9.1. Vakuumerzeugung<br />
Man unterscheidet für praktische Zwecke folgende Druckbereiche:<br />
Grobvakuum: 0,1 bis 100 kPa (l bis 760 Torr)<br />
Feinvakuum: 1(H bis 1O -1 kPa (0,001 bis l Torr)<br />
Hochvakuum: < 10-* kPa (< 10-3 Torr).<br />
Im Laboratorium verwendet man zur Erzeugung eines Unterdrucks Wasserstrahlpumpen,<br />
Membranpumpen und Drehschieberpumpen.<br />
Wasserstrahlpumpen haben einen relativ hohen Wasserverbrauch (l l Wasser/0,6 l gefördertes<br />
Gas). Das erzielbare Vakuum ist durch den Dampfdruck des Wassers, je nach Wassertemperatur<br />
l bis 2 kPa (8 bis 15 Torr), begrenzt.<br />
Aus Gründen der Wassereinsparung werden Wasserstrahlpumpen zunehmend durch elektrisch<br />
betriebene Membranpumpen ersetzt. Diese arbeiten ohne Öl, verbrauchen kein Wasser<br />
und erzeugen damit auch keine Abwässer. Durch ihre korrosionsbeständigen Materialien sind<br />
Membranpumpen weitgehend unempfindlich gegenüber aggressiven Chemikalien und Kondensaten.<br />
Abgepumpte Lösungsmittel werden in integrierten Abscheidern gesammelt und<br />
können anschließend entsorgt oder durch Recycling wiederverwendet werden. Im Handel<br />
befinden sich Typen mit einem Saugvermögen zwischen 2 und 11 m 3 /h und einem erzielbaren<br />
Vakuum zwischen 80 und 2 mbar (~ 60 und 2 Torr).<br />
Drehschieberpumpen arbeiten nach dem Prinzip der Gaskompression in einem zweigeteilten<br />
Pumpraum in dem ein exzentrisch gelagerter Rotor ein angesaugtes Gasvolumen komprimiert<br />
und anschließend ausstößt. Diese zumeist ölgedichteten Drehschieberpumpen sind empfindlich<br />
gegenüber aggressiven und kondensierbaren Medien. Durch ein Gasballastventil sowie
22 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
eine zwischen Apparatur und Pumpe geschaltene Kühlfalle (Abb. A.26,b, Füllung: Trockeneis/<br />
Ethanol oder flüssiger Stickstoff) werden diese störenden Einflüsse minimiert.<br />
Für Anwendungen mit korrosiven Substanzen und kondensierbaren Gasen verwendet man<br />
vorteilhaft eine Hybridpumpe, bei der eine chemikalienresistente Membranpumpe permanent<br />
den ölgedichteten Bereich einer Drehschieberpumpe evakuiert. Das mit Drehschieberpumpen<br />
erzielbare Vakuum beträgt bis zu l O^ mbar (~ 10^ Torr).<br />
Zur Erzielung von Hochvakuum (< 10-^* kPa; < 10- 3 Torr) werden Öl- oder Quecksilberdiffusionspumpen<br />
verwendet. Bezüglich des Aufbaus und Gebrauchs dieser Pumpen und der<br />
Methoden zur Messung von Hochvakuum sei auf die entsprechende Spezialliteratur verwiesen.<br />
Zur Erzeugung und Regelung von Unterdrücken, die nicht der Endleistung einer Pumpe entsprechen,<br />
z. B. bei Destillationen und an Vakuumrotationsverdampfern, benutzt man Vakuumkonstanthalter (Manostate),<br />
von denen es verschiedene Typen gibt. Bequem sind handelsübliche elektronisch gesteuerte Geräte,<br />
die mit einem integrierten Belüftungsventil ausgestattet sind. Mit ihnen läßt sich einfach und zeitsparend<br />
das optimale Arbeitsvakuum auffinden und regeln. Ihr Arbeitsbereich liegt zwischen 0,1 und 100 kPa<br />
(~ l bis 750 Torr).<br />
Abb. A.22<br />
Hahnküken, an der Bohrung eingekerbt<br />
Einfacher, jedoch für viele Zwecke genügend genau, lassen sich ohne Anwendung eines<br />
Manostaten Drücke von l bis 100 kPa (~ 10 bis 760 Torr) realisieren, wenn man über den<br />
Hahn an der Woulfeschen Flasche (vgl. Abb. A.25) eine geringe Luftmenge einströmen läßt.<br />
Die Regulierung der einströmenden Luft gelingt besser, wenn das Hahnküken an der Bohrung<br />
eingekerbt ist (Abb. A.22). Auch mit einer verstellbaren Schlauchklemme ist eine Feinregulierung<br />
möglich, wenn man durch einen in den Schlauch geschobenen dünnen Draht dafür sorgt,<br />
daß eine geringe Öffnung für den Luftzutritt bleibt.<br />
1.9.2. Vakuummessung<br />
Zur Messung von Drücken in der Größenordnung von 0,1 bis 25 kPa (~ l bis 200 Torr) dient<br />
das verkürzte Quecksilbermanometer, daß zum Schutz vor verspritzendem Quecksilber bei<br />
Glasbruch doppelwandig ausgeführt ist (Abb. A.23). Die Genauigkeit der Messung beträgt<br />
±70 Pa (~ 0,5 Torr), jedoch treten des öfteren größere Fehler auf, wenn während des<br />
Gebrauchs Luftblasen bzw. Dämpfe in den abgeschlossenen Schenkel des Manometers gelangen.<br />
Man mache sich deshalb zur Regel, den Hahn des Manometers nur während der Ablesung<br />
zu öffnen. Eine einfache Möglichkeit, ein Manometer auf Verunreinigungen durch Luft oder<br />
flüchtige Bestandteile zu prüfen, besteht darin, es mit einer Ölpumpe auf < 30 Pa (~ 0,2 Torr)<br />
zu evakuieren. Das Quecksilber muß dann in beiden Schenkeln gleich hoch stehen. Verunreinigungen<br />
zeigen sich durch „negativen" Druck an.<br />
Zur Druckmessung im Bereich von 1O -1 bis 10^ kPa (~ l bis 10-3 Torr) verwendet man<br />
Kompressionsvakuummeter. Am bekanntesten ist die Ausführung nach McLEOD. Das Prinzip<br />
soll an der für die meisten Zwecke ausreichenden, verkürzten Ausführungsform nach GAEDE<br />
erläutert werden (Abb. A.24): In waagerechter Stellung herrscht im Meßraum M derselbe<br />
Druck wie in der Apparatur. Durch Drehen des Vakuummeters um 90° in die gezeichnete Stellung<br />
komprimiert eine genau eingewogene Menge Quecksilber das im Raum M befindliche<br />
Gas auf ein kleineres Volumen. Dessen Ablesung an der (bereits in Druckeinheiten geeichten)<br />
Skala gestattet eine Messung des ursprünglichen Drucks. Bei Meßstellung des Gaedeschen<br />
Vakuummeters darf das Vakuum in der Apparatur nicht aufgehoben werden. Kompressions-
A. 1.9. Arbeiten unter vermindertem Druck 23<br />
vakuummeter zeigen nur dann den wahren Druck in der Apparatur an, wenn keine bei Zimmertemperatur<br />
kondensierbaren Dämpfe vorhanden sind.<br />
Das Quecksilber muß gelegentlich gereinigt werden. Man beachte dabei die Arbeitsschutzbestimmungen<br />
über den Umgang mit Quecksilber; vgl. Reagenzienanhang.<br />
Abb. A.23<br />
Verkürztes Manometer<br />
Abb. A.24<br />
Vakuummeter nach GAEDE<br />
Eine präzise Bestimmung des Arbeitsvakuums gestatten quecksilberfreie, elektronische Vakuummeßgeräte.<br />
Diese zeichnen sich durch ihre robuste, platzsparende Bauweise und ihre Korrosionsbeständigkeit<br />
aus. Den jeweiligen Anwendungen entsprechende Typen eignen sich für Messungen im Grobvakuum bis<br />
hin zu 0,1 Pa (1O -3 Torr).<br />
1.9.3. Arbeiten unter Vakuum<br />
Fein- und Hochvakuumapparaturen sind so aufzubauen, daß der Druckabfall in der Apparatur<br />
klein bleibt und somit die Leistung der benutzten Pumpen voll ausgelastet werden kann. Man<br />
erreicht dies, indem man Stellen mit geringem Durchmesser, wie lange Vakuumschläuche, Hähne<br />
mit enger Bohrung, enge Ansätze an Vorstößen, dichtgepackte Füllkörperkolonnen usw., möglichst<br />
vermeidet. Weiterhin ist darauf zu achten, daß bei Vakuumdestillationen und -Sublimationen<br />
nur Rundkolben verwendet werden, da Stand- und Flachkolben implodieren können.<br />
Eine Wasserstrahlpumpe darf nur über eine Sicherheitsflasche (Woulfesche Flasche) an eine<br />
Apparatur angeschlossen werden, um ein Zurückschlagen des Wassers in das Manometer bzw.<br />
in die Apparatur (z. B. bei einem plötzlichen Abfall des Wasserdrucks) zu verhindern.<br />
Pumpe<br />
Woulfesche Flasche<br />
Apparatur<br />
Manometer<br />
Abb. A.25<br />
Anschluß einer Apparatur an eine<br />
Wasserstrahlpumpe<br />
Das Manometer befindet sich am zweckmäßigsten im „Nebenschluß" an der Woulfeschen<br />
Flasche (Abb. A.25). Vor dem Abstellen der Wasserstrahlpumpe ist die Apparatur in jedem<br />
Falle über einen Hahn an der Woulfeschen Flasche bzw. am Manometer zu belüften.
24 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Eine einfache Anlage zur Erzeugung von Feinvakuum ist in Abbildung A.26 skizziert. Zwischen<br />
Ölpumpe und Apparatur befinden sich ein Puffergefäß mit einem Volumen von etwa l l<br />
und die Kühlfalle.<br />
Vakuummeter<br />
Kühlfalle<br />
• Apparatur<br />
Abb. A.26<br />
Anlage zur Erzeugung von Feinvakuum a) Schema; b) Kühlfalle im Dewar-Gefäß<br />
War es notwendig, z. B. bei einer Vakuumdestillation, den Destillationskolben sehr stark zu<br />
erhitzen, so warte man mit dem Belüften der evakuierten Apparatur, bis sich der Kolben abgekühlt<br />
hat.<br />
Das plötzliche Belüften der erhitzten Apparatur kann zu Explosionen des Dampf-Luft-<br />
Gemisches führen, das in der Apparatur entstanden ist.<br />
Es sei nochmals nachdrücklich darauf hingewiesen, daß bei allen Arbeiten unter vermindertem<br />
Druck (Destillation, Sublimation, Trocknung - Vakuumexsikkator! -, Absaugen) und<br />
beim Umgang mit Dewar-Gefäßen und evakuierten Kolonnen unbedingt eine Schutzbrille<br />
zu tragen ist!<br />
1.10. Trocknen<br />
Ein wirksames Trockenmittel muß neben einer guten Trocknungsintensität auch eine hohe<br />
Trocknungskapazität besitzen.<br />
Die maximal mit einem Trockenmittel erreichbare Trocknungsintensität wird von seinem<br />
Wasserdampfdruck bestimmt (Tab. A.27). Die Hydrate der genannten Trockenmittel, die mit<br />
zunehmender Wasseraufnahme entstehen, besitzen ein geringeres Trocknungsvermögen als die<br />
wasserfreien Verbindungen (vgl. Magnesiumperchlorat in der Tabelle). Je mehr Wasser ein<br />
Trocknungsmittel bei ausreichender Trocknungsintensität aufnehmen kann, desto größer ist<br />
seine Trocknungskapazität.<br />
b)
Tabelle A.27<br />
Wasserdampfdruck über gebräuchlichen Trockenmitteln bei 20 0 C<br />
Trockenmittel Wasserdampfdruck in kPa (Torr)<br />
P4O10<br />
Mg(ClO4J2 (Anhydron)<br />
Mg(ClO4J2 • 3H2O (Dehydrit)<br />
KOH (geschmolzen)<br />
Al2O3<br />
CaSO4 (Drierite, Anhydrit)<br />
H2SO4 (konz.)<br />
Silicagel<br />
NaOH (geschmolzen)<br />
CaO<br />
CaCl2<br />
CuSO4<br />
3-10-6<br />
7-10-5<br />
3-10-4<br />
3-1(H<br />
4'1(H<br />
5-1(H<br />
7-10-4<br />
8-1(H<br />
0,02<br />
0,03<br />
0,03<br />
0,2<br />
(2-10-5)<br />
(5-1(H)<br />
(0,002)<br />
(0,002)<br />
(0,003)<br />
(0,004)<br />
(0,005)<br />
(0,006)<br />
(0,15)<br />
(0,2)<br />
(0,2)<br />
(13)<br />
A. 1.10. Trocknen 25<br />
Stoffe wie Phosphor(V)-oxid, Schwefelsäure, Calciumchlorid, Magnesiumsulfat und Natriumsulfat<br />
werden beiden Anforderungen gerecht und sind deshalb häufig angewandte Trockenmittel.<br />
Calciumsulfat ist zwar ein intensives Trockenmittel, besitzt aber nur geringe Trocknungskapazität.<br />
1.10.1. Trocknen von Gasen<br />
Das Trocknen von Gasen mit einem festen Trockenmittel erfolgt in einem Trockenturm<br />
(Abb. A.28a). Um ein Zusammenbacken der Füllung während des Trocknungsprozesses zu<br />
verhindern, werden nicht formbeständige Trockenmittel (z. B. Phosphor(V)-oxid) mit Stützsubstanzen<br />
(Glaswolle, Bimsstein) vermischt. Effektiver und raumsparend installierbar (z. B.<br />
senkrecht an einer Laborwand) sind Trockenbatterien (Abb. A.28b). Über einen Blasenzähler<br />
wird das Gas über zwei oder mehrere Glasrohre, gefüllt mit festem Trockenmittel geleitet,<br />
wobei auch mehrere verschiedene Trockenmittel angewendet werden können.<br />
Chemisch indifferente Gase trocknet man meist in einer Waschflasche mit konzentrierter<br />
Schwefelsäure. Dabei sind Sicherheitswaschflaschen vorzuschalten (vgl. Abb. A.ll) und Waschflaschensicherungen<br />
(vgl. Abb. A.15) zu benutzen! Frittenwaschflaschen (vgl. Abb. A.12) sollte<br />
man einfachen Waschflaschen vorziehen.<br />
Abb. A.28a<br />
Trockenturm<br />
Glaswolle<br />
Trockenmittel<br />
Glaswolle<br />
Abb. A.28b<br />
Trockenbatterie
26 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Tiefsiedende Gase trocknet man durch Ausfrieren des Wassers und anderer kondensierbarer<br />
Verunreinigungen mit Hilfe einer Kühlfalle (vgl. Abb. A.26,b). Dabei werden sehr hohe<br />
Trockenwirkungen erreicht (Tab. A.29). Zum Kühlen werden Kohlensäureschnee/Methanol<br />
oder flüssiger Stickstoff verwendet (vgl. A.I.7.3.).<br />
Tabelle A.29<br />
Wasserdampfgehalt von Gasen bei verschiedenen Temperaturen<br />
Temperatur Wasserdampfpartialdruck<br />
in 0 C inkPa(Torr)<br />
+20<br />
O<br />
-10<br />
-70<br />
-100<br />
2,3<br />
0,6<br />
0,1<br />
3-10-4<br />
!•!(H<br />
(17,5)<br />
(4,6)<br />
(0,77)<br />
(0,002)<br />
(1-10-5)<br />
Zum Ausschluß von Luftfeuchtigkeit versieht man offene Apparaturen mit Trockenrohren,<br />
die mit Calciumchlorid, Natronkalk oder anderen geeigneten Trockenmitteln gefüllt sind (vgl.<br />
Abb. A.4,a). Das Trockenmittel wird vor dem Herausfallen auf jeder Seite durch Glaswollebüschel<br />
gesichert. Man prüfe gebrauchte Trockenrohre, ob sie noch genügend gasdurchlässig<br />
und nicht verstopft sind.<br />
1.10.2. Trocknen von Flüssigkeiten<br />
Die Auswahl der Trockenmittel für bestimmte Stoffklassen ist aus Tabelle A.31 ersichtlich.<br />
Über die Trocknung und Reinigung häufig gebrauchter Lösungsmittel informiere man sich im<br />
Reagenzienanhang.<br />
Lösungsmittel können mit geeigneten Molsieben getrocknet werden. Nach der statischen<br />
Methode wird das Lösungsmittel mit dem Molsieb über Nacht stehen gelassen. Bei der bevorzugten<br />
dynamischen Methode filtriert man das Lösungsmittel über eine mit dem Molsieb<br />
gefüllte Säule, die zur Regenerierung des Molsiebs elektrisch beheizbar und evakuierbar sein<br />
sollte. Zur Regenerierung wird das Molsieb im Vakuum auf die vom Hersteller angegebene<br />
Temperatur erhitzt, abgekühlt und über ein mit Mg(ClO4)2 gefülltes Trockenrohr belüftet.<br />
Metallisches Natrium als Trockenmittel wird als Draht verwendet, den man mit Hilfe einer<br />
Natriumpresse in die betreffende Flüssigkeit einpreßt. Die Natriumstücke befreit man vor dem<br />
Einlegen in die Presse von Krusten (Schutzbrille!). Die Natriumpresse muß nach Gebrauch<br />
unbedingt gründlich mit Alkohol, sodann mit Wasser gereinigt werden.<br />
Eine effektive Methode der Trocknung von Kohlenwasserstoff- und Ether-Lösungsmitteln<br />
ist die Ketyl- Trocknung, bei der metallisches Natrium in Gegenwart von kleinen Mengen Benzophenon<br />
in Lösungsmittel-Umlaufapparaturen (Abb. A.30a) verwendet wird. Man informiere<br />
sich über dabei ablaufende Reaktionen (D.7.3.3.)!<br />
Über Trocknung durch azeotrope Destillation vgl. A.2.3.5.<br />
Für die Trocknung von Lösungen unbekannter Substanzen verwendet man stets ein chemisch<br />
indifferentes Trockenmittel, wie z. B. Magnesiumsulfat oder Natriumsulfat. Man läßt die<br />
zu trocknende Lösung mit dem fein verteilten Trockenmittel stehen, wobei man ab und zu<br />
kräftig durchschüttelt. Bei stark wasserhaltigen Flüssigkeiten ist es immer zweckmäßig, stufenweise<br />
zu trocknen (warum?), indem man kleine Portionen des Trockenmittels so oft durch<br />
neues ersetzt (dekantieren), bis keine merkliche Wasseraumahme mehr feststellbar ist (Calciumchlorid<br />
bleibt körnig, Kupfersulfat farblos, Phosphor(V)-oxid klumpt nicht mehr zusammen).
Abb. A.30a<br />
Lösungsmittel-Umlauftrockner<br />
1.10.3. Trocknen von Feststoffen<br />
Abb. A.30b<br />
Trockenpistole<br />
A. 1.10. Trocknen 27<br />
zur<br />
Vakuumpumpe<br />
Zur physikalischen Charakterisierung und zur quantitativen analytischen Bestimmung müssen<br />
feste Stoffe frei von Wasser und organischen Lösungsmitteln sein.<br />
Leicht flüchtige Bestandteile können von nicht hygroskopischen Substanzen durch Trocknen<br />
auf Tontellern oder Filterpapier oder bei thermostabilen Verbindungen im Trockenschrank<br />
beseitigt werden. Schonend und gründlich trocknet man im Exsikkator oder bei erhöhter<br />
Temperatur in einer Trockenpistole (Abb. A.30b). Sie wird durch die Dämpfe einer siedenden<br />
Flüssigkeit beheizt. Zur Beschleunigung der Trocknung werden Exsikkatoren und Trokkenpistolen<br />
normalerweise evakuiert.<br />
Um sich bei evakuierten Exsikkatoren vor den Folgen einer möglichen Implosion zu schützen,<br />
umwickelt man den Exsikkator vor dem Evakuieren mit einem Handtuch o. ä. Zwischen<br />
Wasserstrahlpumpe und Schwefelsäureexsikkator ist unbedingt eine Woulfesche Flasche zu<br />
schalten, vgl. A.l.9.3.<br />
Der Lufteinlaßhahn am Exsikkator soll entweder in einer Kapillare enden und nach oben<br />
gebogen oder das Rohr im Exsikkator mit einem Stückchen steifen Karton abgeschirmt sein,<br />
damit beim Aufheben des Vakuums keine Substanz weggeblasen werden kann.<br />
Als Trockenmittel dienen Phosphor(V)-oxid bzw. Schwefelsäure, die neben Wasser auch<br />
Alkohole und Ketone (häufige Lösungsmittel) aufnehmen. Kohlenwasserstoffspuren (Hexan,<br />
Benzen, Ligroin) lassen sich in einer mit Paraffinschnitzeln beschickten Trockenpistole entfernen.<br />
Auch Kieselgel kann Lösungsmittelreste adsorptiv aufnehmen und ist deshalb eine gute<br />
Exsikkatorfüllung.
28 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Tabelle A.31<br />
Anwendbarkeit der gebräuchlichsten Trockenmittel<br />
Trockenmittel Anwendbar z. B. für Nicht anwendbar<br />
z. B. für<br />
P4O11<br />
CaH2<br />
H2SO4<br />
Natronkalk, CaO, BaO<br />
NaOH, KOH<br />
K2CO3<br />
Natrium<br />
CaCl2<br />
Mg(ClO4),<br />
Na2SO4, MgSO4<br />
Kieselgel<br />
Molekularsiebe<br />
(Natrium-Aluminium-Silicate<br />
und<br />
Calcium-Aluminiurn-<br />
Silicate)<br />
neutrale und saure<br />
Gase, Acetylen, Schwefelkohlenstoff,Kohlenwasserstoffe,Halogenkohlenwasserstoffe,<br />
Lösungen von Säuren<br />
(Exsikkator, Trockenpistole)<br />
(inerte Gase), Kohlenwasserstoffe,<br />
Ketone,<br />
Ether, Tetrachlorkohlenstoff,Dimethylsulfoxid,<br />
Acetonitril,<br />
Ester<br />
neutrale und saure<br />
Gase (Exsikkator,<br />
Waschflasche)<br />
neutrale und basische<br />
Gase, Amine, Alkohole,<br />
Ether<br />
Ammoniak, Amine,<br />
Ether, Kohlenwasserstoffe<br />
(Exsikkator)<br />
Aceton, Amine<br />
Ether, Kohlenwasserstoffe,<br />
tertiäre Amine<br />
Kohlenwasserstoffe,<br />
Olefine, Aceton, Ether,<br />
neutrale Gase, Chlorwasserstoff<br />
(Exsikkator)<br />
Gase, auch Ammoniak<br />
(Exsikkator)<br />
Ester, Lösungen empfindlicher<br />
Stoffe<br />
(Exsikkator)<br />
Strömende Gase<br />
(bis 10O 0 C), organische<br />
Lösungsmittel<br />
(Exsikkator)<br />
basische Stoffe, Alkohole,<br />
Ether, Chlorwasserstoff,Fluorwasserstoff<br />
saure Stoffe, Alkohole,<br />
Ammoniak, Nitroverbindungen<br />
ungesättigte Verbindungen,<br />
Alkohole,<br />
Ketone, basische Stoffe,<br />
Schwefelwasserstoff,<br />
lodwasserstoff<br />
Aldehyde, Ketone,<br />
saure Stoffe<br />
Aldehyde, Ketone,<br />
saure Stoffe<br />
saure Stoffe<br />
chlorierte Kohlenwasserstoffe<br />
(Vorsicht!<br />
Explosionsgefahr!)<br />
Alkohole und andere<br />
mit Natrium<br />
reagierende Verbindungen<br />
Alkohole, Ammoniak,<br />
Amine<br />
leicht oxidierbare<br />
organische Flüssigkeiten<br />
Fluorwasserstoff<br />
ungesättigte Kohlenwasserstoffe,<br />
polare<br />
anorganische Gase<br />
Bemerkungen<br />
zerfließlich; bei Gastrocknung<br />
mit Stützsubstanz versehen<br />
(vgl.A.1.10.1.)<br />
nach Trocknung sind Gase mit<br />
H2 verunreinigt, bei Lösungsmitteltrocknung<br />
Gasableitung<br />
ermöglichen<br />
zur Vakuumtrocknung<br />
bei erhöhter Temperatur<br />
ungeeignet<br />
für Gastrocknung besonders<br />
geeignet<br />
zerfließlich<br />
zerfließlich<br />
Vorsicht bei der Vernichtung<br />
des Trockenmittels nach der<br />
Trocknung! Man verwende<br />
stets Alkohole, nie Wasser<br />
(Explosionsgefahr!)<br />
billiges Trockenmittel,<br />
basische Verunreinigungen<br />
gut für analytische Zwecke<br />
geeignet<br />
nimmt Lösungsmittelreste auf<br />
zur Trocknung von Lösungsmitteln<br />
hervorragend<br />
geeignet; regenerierbar durch<br />
Erhitzen im Vakuum auf<br />
150 bis 300 0 C; hohe<br />
Trocknungskapazität
A. l .11. Arbeiten im Mikromaßstab 29<br />
Bei der Verwendung von Schwefelsäure als Trockenmittel im Exsikkator gibt man Füllkörper<br />
(Glasringe, Rasching-Ringe u. a.) in den unteren Exsikkatorteil, um ein Verspritzen der<br />
Säure zu vermeiden. In den Exsikkator stellt man häufig ein Schälchen mit Kaliumhydroxid,<br />
um saure Gase zu binden.<br />
Für Trocknung im Feinvakuum und bei höheren Temperaturen ist Schwefelsäure ungeeignet.<br />
1.10.4. Gebräuchliche Trockenmittel<br />
In der Tabelle A.31 sind gebräuchliche Trockenmittel und ihre Anwendungsgebiete aufgeführt.<br />
Man beachte, daß Gase und Flüssigkeiten, wie in A. 1.10.1. und A. 1.10.2. erwähnt, normalerweise<br />
direkt mit dem Trockenmittel in Kontakt gebracht werden. Auch bei dessen richtiger<br />
Auswahl kann es dabei durch Verunreinigungen in der zu trocknenden Substanz zu heftigen<br />
Reaktionen kommen (vgl. z. B. Reagenzienanhang, Trocknen von Tetrahydrofuran). Man<br />
mache es sich deshalb zur Regel, in Zweifelsfällen zunächst mit kleineren Proben die Unbedenklichkeit<br />
des Trocknungsvorganges zu überprüfen!<br />
1.11. Arbeiten im Mikromaßstab<br />
Unter Mikropräparationen versteht man Synthesen mit Ansatzgrößen von 15 bis 150 mg. Im<br />
<strong>Organikum</strong> wird der Begriff auch noch für den Bereich von 150 bis 500 mg verwendet.<br />
Die meisten der im <strong>Organikum</strong> aufgeführten Arbeitsvorschriften eignen sich auch für<br />
Mikropräparationen. Die Reaktionszeiten sind allerdings in der Regel deutlich kürzer.<br />
Lösungsmittelmengen, die im Mikrobereich zu gering erscheinen, kann man ohne Gefahr vergrößern.<br />
Man sollte die Verdünnung aber nicht zu weit treiben, weil die Reaktionsgeschwindigkeit<br />
dadurch natürlich verringert wird und dies in einigen Fällen zu unerwünschten Effekten<br />
führen kann. Die in den Tabellen angegebenen Ausbeuten wird man meist nicht erreichen, da<br />
bei sehr kleinen Ansätzen schon geringe in der Apparatur verbleibende Substanzreste die Ausbeute<br />
merklich vermindern.<br />
Für Arbeiten mit sehr geringen Substanzmengen sind spezielle Apparaturen und Techniken<br />
erforderlich.<br />
Besonders die Handhabung von wenigen Millilitern einer Flüssigkeit sollte man üben! Flüssigkeiten<br />
werden im Mikromaßstab nie gegossen, sondern immer mit einer Pipette überführt.<br />
Einfache Glaspipetten mit Gummikappe (sog. Pasteur-Pipetten, Abb. A.33a) kann man sich<br />
aus Glasrohr leicht selbst herstellen. Ein 12 bis 15 cm langes Rohr wird an einem Ende, bei<br />
gleichbleibender Wandstärke, zu einer feinen Kapillare ausgezogen. Am anderen Ende wird<br />
der Rand des Röhrchens etwas nach außen gebogen oder zu einer Olive aufgeblasen, um einen<br />
festen Sitz der darüber gezogenen Gummikappe bzw. Pipettenpumpe zu gewährleisten. Es ist<br />
nützlich, die Pipetten zu kalibrieren, etwa für 0,5, 1,0, 1,5 und 2,0 ml Inhalt. Dazu zieht man<br />
aus einem kleinen Meßzylinder die entsprechende Menge Flüssigkeit ein und markiert den<br />
Flüssigkeitsstand z. B. mit selbstklebender transparenter Folie.<br />
Aus der Pasteur-Pipette kann man mit wenig Mühe eine Filterpipette herstellen (Abb. A.32).<br />
Man gibt hierzu in die weite Öffnung der Pipette eine winzige Wattemenge und befördert diese<br />
zunächst mit einem Glasstab bis zur Verengung. Dann wird mit einem Stück Stahldraht der<br />
Wattepfropfen weiter bis an das Ende der Kapillare gestoßen. Man achte darauf, daß der<br />
Wattepfropfen nur 2 bis 3 mm des unteren Teils der Kapillare ausfüllt, aber nicht zu fest eingepreßt<br />
ist. Sollte sich jedoch der Pfropfen bei Gebrauch der Pipette herauslösen, wird er entwe-
30 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
der etwas fester eingepreßt, 1 ) oder man extrahiert den Wattebausch zuvor mit Ethanol oder<br />
sauberem Hexan und trocknet ihn, bevor man die eben beschriebene Prozedur durchführt.<br />
Edelstahldraht<br />
Wattepfropfen<br />
Abb. A.32<br />
Glaspipette und Glasfilterpipette nach PASTEUR<br />
Automatische Pipetten gestatten eine schnelle, sichere und reproduzierbare Dosierung von<br />
Flüssigkeiten. Ihre Verwendung ist immer dann notwendig, wenn das Volumen von Reagenzien<br />
exakt zu messen ist.<br />
Für das Arbeiten mit Festsubstanzen benötigt man Mikrospatel, etwa solche, wie sie in der<br />
zahnärztlichen Praxis verwendet werden.<br />
Als Reaktionsgefäße für Mikropräparationen haben sich neben Rundkölbchen von 5 und<br />
10 ml Inhalt besonders Spitzkölbchen (3 und 5 ml Inhalt) bewährt. Wie auch die meisten übrigen<br />
Geräte für mikrochemische Arbeiten werden sie außer mit Schliffen zusätzlich mit einem<br />
Glasaußengewinde angeboten (Abb. A.33a). Dadurch kann man das Gefäß mit einem<br />
Schraubverschluß versehen. Eine normalerweise vorhandene Öffnung in der Verschlußkappe<br />
wird mit einer Dichtung (Septum) z.B. aus Silikonkautschuk verschlossen. Die Kölbchen lassen<br />
sich natürlich auch mit einem Schliffstopfen verschließen. Legt man an Stelle der Dichtung<br />
einen Nullring ein, lassen sich aufgesetzte Schliffe einfach durch Verschraubung fixieren. Für<br />
Schliffverbindungen ohne Außengewinde erfüllen Spezialklemmen den gleichen Zweck. (Abb.<br />
A.33b). Sie sind meist billiger und ebenso wirksam.<br />
Abb. A.33a<br />
Mikrokölbchen (3-5 ml),<br />
Kappe mit Öffnung und<br />
Dichtung bzw. Nullring<br />
Abb. A.33b<br />
Schliffverbindung<br />
mit Klemme<br />
I Zu fest eingepreßte Watte behindert das Aufsaugen von Flüssigkeiten.<br />
Abb. A.33c<br />
Kragenaufsätze nach<br />
HICKMAN und HICKMAN-<br />
HINKLE
A. 1.11. Arbeiten im Mikromaßstab 31<br />
Außer Spitzkölbchen mit überall gleicher Wandstärke sind solche mit planarem äußeren<br />
Boden und gleichbleibendem Außendurchmesser im Angebot (vgl. Abb. A.33a). Diese Kölbchen<br />
sind auch evakuierbar, die Wärmeübertragung beim Erhitzen in Metallblöcken mit geeigneten<br />
Bohrungen ist besonders günstig, und sie lassen sich zudem leicht auf ebenen Unterlagen<br />
abstellen. Sehr kleine Kölbchen dieser Art (etwa 0,1 ml Inhalt) dienen zur Aufnahme von Proben<br />
für die analytische Untersuchung.<br />
Liebig- und Luftkühler sowie der Zweihalsaufsatz entsprechen den Normalausführungen in<br />
verkleinerter Form. Gleiches gilt für Gasableitungs- und Trockenrohre (vgl. Abb. A.34a).<br />
Für einfache Destillationen verwendet man eine Apparatur, bestehend aus einem Spitzkölbchen<br />
mit Magnetrührer sowie einem Kragenaufsatz mit seitlichem Ansatz und aufgesetztem<br />
Rückflußkühler (Luft- oder Liebigkühler). Den Kragenaufsatz gibt es in einfacher Ausführung<br />
(nach HICKMAN) oder mit seitlich angebrachtem verschließbarem Entnahmerohr nach<br />
HICKMAN-HiNKLE (Abb. A.33c), der für die meisten Anwendungen am besten geeignet ist. Ein<br />
Thermometer wird von oben eingeführt. Die Thermometerkugel muß sich kurz unterhalb des<br />
Kragenrandes befinden (vgl. Abb. A.34b). Der seitliche Ansatz des Aufsatzes ist mit einem<br />
Stopfen oder einer Kappe (Septum) verschlossen, durch die eine Kanüle zur tiefsten Stelle des<br />
Kragens geführt werden kann. Auf diese Weise läßt sich mittels Injektionsspritze der Vorlauf<br />
kontinuierlich absaugen. Es ist auch möglich, die Destillation zu unterbrechen, wenn die Temperatur<br />
des Dampfes den gewünschten Wert für den Hauptlauf nahezu erreicht hat. Man öffnet<br />
den seitlichen Ansatz, saugt mit der Pipette den Vorlauf quantitativ ab (evtl. mit einem Föhn<br />
Vorlaufreste von der Wandung des Kragenaufsatzes in den Kragen treiben), verschließt den<br />
seitlichen Ansatz wieder und destilliert den Hauptlauf. Dieser wird anschließend, wie soeben<br />
Abb. A.34a<br />
Rückflußapparatur<br />
mit Einrichtung zum<br />
Auffangen von Gasen<br />
Abb. A.34b<br />
Destillationsapparatur<br />
mit Drehwendel<br />
und Kragenaufsatz<br />
Abb. A.34c<br />
Destillationsapparatur<br />
mit Drehbandkolonne,<br />
Vakuummantel und Vorlage<br />
Ölbad
32 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
beschrieben, entnommen. Zum Rühren verwendet man einen Magneten, wie er in Abbildung<br />
A.34a zu sehen ist. Eine Drehwendel (Abb. A.34b) wird eingesetzt, wenn ein geringer Siedepunktsunterschied<br />
zwischen Vor- und Hauptlauf zu erwarten ist.<br />
Fraktionierte Destillationen werden je nach gewünschtem Trenneffekt in Apparaturen mit<br />
Drehwendel (Abb. A.34b) durchgeführt oder mit Spezialkolonnen, z.B. Drehbandkolonnen<br />
mit einer einen Magneten enthaltenden Teflon-Wendel, die über ein Magnetrührwerk angetrieben<br />
wird. Die handelsübliche Drehbandkolonne nach Abbildung A.34c hat etwa 12 theoretische<br />
Böden bei l 000 bis l 500 Umdrehungen/Minute, die kleinere nach Abbildung A.34b<br />
etwa 6 theoretische Böden (vgl. Kapitel A.2.3.3.). Der in Abbildung A.34c gezeigte Destillationsaufsatz<br />
gestattet durch Drehen, die Destillationsgeschwindigkeit einzustellen. Es sollte<br />
möglichst langsam destilliert werden, damit die Kolonne nicht flutet. Bei richtiger Drehrichtung<br />
des Antriebsmotors muß der Rücklauf problemlos wieder in den Sumpf gelangen!<br />
Die Temperatur in der Kolonne sollte 12O 0 C nicht wesentlich übersteigen. Bei höher siedenden<br />
Substanzen stellt man daher mittels eines Manostaten ein geeignetes Vakuum ein, das<br />
grundsätzlich erst dann angelegt wird, wenn sich der Rührer bewegt. Bei den kleinen Destillatmengen<br />
ist es wichtig, daß man zur Innentemperaturmessung ein empfindliches Thermometer<br />
verwendet, andernfalls wird eine zu niedrige Temperatur angezeigt. Als Wärmeüberträger<br />
können kleine Ölbäder oder mit entsprechenden Aussparungen versehene Metallblöcke, die<br />
auf einem heizbaren Magnetrührwerk sitzen, dienen.<br />
Zur Flüssig-Flüssig-Extraktion und zum Separieren von Flüssigkeiten verwendet man keine<br />
Scheidetrichter, sondern schüttelt das Phasengemisch in einem mit einem Schliffstopfen verschlossenen<br />
Spitzkölbchen. Die Phasen werden getrennt, indem man mittels Pipette die Unterphase<br />
vollständig aufsaugt und anschließend in ein zweites Spitzkölbchen überführt. Meist ist<br />
es günstig, hierfür eine Filterpipette (vgl. Abb. A.32) zu verwenden, besonders, wenn man die<br />
substanzführende Phase aufnimmt (z. B. bei der Extraktion einer wäßrigen Phase mit einem<br />
Lösungsmittel, das schwerer als Wasser ist). Ausschütteln und Aufsaugen werden mehrfach<br />
wiederholt. Kontinuierliche Flüssig-Flüssig-Extraktionen werden in üblichen Extraktoren (Perforatoren)<br />
in entsprechend verkleinerter Form durchgeführt.<br />
Das Umkristallisieren von Festsubstanzen geschieht im Mikromaßstab ähnlich wie bei<br />
größeren Substanzmengen. Man löst zunächst in einem geeigneten Lösungsmittel, filtriert<br />
durch Einziehen in eine Filterpipette, überführt durch Zurückdrücken über den Wattebausch<br />
in ein Spitzkölbchen, engt vorsichtig ein, bis in der Hitze gerade noch keine Kristallisation eintritt,<br />
und läßt langsam abkühlen, z.B. indem man das Kölbchen in ein Wasser- oder Ölbad<br />
hängt, das zuvor auf die Siedetemperatur des Lösungsmittels aufgeheizt wurde. Das Bad kühlt<br />
auf Grund seiner größeren Wärmekapazität sehr langsam ab, was meist zu gut ausgebildeten<br />
Kristallen führt. Sehr lange Kristallisationszeiten sind möglich, wenn man das Wasser- oder<br />
Ölbad durch ein Dewar-Gefäß mit heißer Flüssigkeit ersetzt. Sind ausreichend Kristalle vorhanden,<br />
sammelt man diese auf einem Hirsch-Trichter (Abb. A.38), wäscht mit einem Tropfen<br />
Lösungsmittel und trocknet anschließend evtl. in der Trockenpistole. Die Umkristallisation<br />
wird bis zur Konstanz der Schmelztemperatur wiederholt.<br />
Sehr kleine Mengen an Festsubstanzen werden im Craig-Röhrchen mit Tefloneinsatz<br />
(Abb. A.35a für 2 bzw. 3 ml Inhalt) vom Lösungsmittel befreit. Man füllt es zunächst mit der<br />
Suspension bis maximal einige Millimeter unterhalb der Verengung, verschließt mit dem Tefloneinsatz<br />
und stülpt ein Zentrifugenröhrchen darüber (Teflonstab am Boden des Zentrifugenglases!).<br />
Durch das Loch im Tefloneinsatz wird ein Draht gezogen, der beiderseits aus dem<br />
Zentrifugenglas hängt. Man zentrifugiert vorsichtig, so daß sich das Teflon nicht verbiegt. Tefloneinsätze,<br />
die sich am herausragenden Ende nicht verjüngen, sind grundsätzlich vorzuziehen.<br />
Das beim Übergang vom breiten zum schmalen Teil etwas angeschliffene Röhrchen gestattet<br />
nur dem Lösungsmittel den Durchtritt. Die separierten Kristalle werden mit dem Mikrospatel<br />
vom Teflon und vom Röhrchen gesammelt, nachdem man mit Hilfe des Drahtes das Röhrchen<br />
vorsichtig aus dem Zentrifugenglas gezogen hat.
-Tefloneinsatz<br />
-Loch zur<br />
Durchführung<br />
eines Drahtes<br />
Abb. A.35a<br />
Craig-Röhrchen zum<br />
Umkristallisieren<br />
A. 2.1. Filtrieren und Zentrifugieren 33<br />
Abb. A.35b<br />
GC-Röhrchen<br />
mit Kölbchen im<br />
Zentrifugenglas<br />
Bei einigen Umsetzungen werden gasförmige Produkte gebildet, die man in einer Apparatur<br />
entsprechend Abbildung A.34a auffangen kann. Das kapillare Gasableitungsrohr garantiert<br />
ein geringes Totvolumen. Das Gas kann man in einem Zylinder mit Verschlußkappe und Septum<br />
sammeln und mittels Injektionsspritze und Kanüle zur Analyse entnehmen.<br />
Werden bei Reaktionen Flüssigkeiten in einer Menge unter 100 jil gebildet, kann man diese<br />
nicht mehr destillieren. Zur Reinigung verwendet man dann die präparative Gaschromatographie.<br />
Das gereinigte Produkt kann man aus dem GC-Röhrchen in ein entsprechendes Fläschchen zentrifugieren<br />
(Abb. A.35b). Röhrchen und Flasche werden im Zentrifugenglas durch Watte fixiert.<br />
2. Trennverfahren<br />
2.1. Filtrieren und Zentrifugieren<br />
Um Teilchen eines Feststoffes von einer Flüssigkeit abzutrennen, kann man im einfachsten Fall<br />
die Flüssigkeit abgießen (dekantieren). Hierdurch wird jedoch keine vollständige Trennung<br />
erreicht, so daß man, vor allem wenn der Feststoff rein erhalten werden soll, filtrieren oder<br />
Zentrifugieren muß.<br />
Die Filtration erfolgt am einfachsten durch einen Trichter mit weichem Papierfilter (Faltenfilter).<br />
Bei grobdispersen Teilchen treten keine Schwierigkeiten auf, feindisperse Teilchen (Trübungen)<br />
werden jedoch häufig nicht zurückgehalten. Läuft nur der erste Teil des Filtrats trüb<br />
durch, wird dieser Teil nochmals durch das gleiche Filter gegossen. Andernfalls wird vor der<br />
Filtration ein sogenanntes Filterhilfsmittel (Papierschnitzel, Kieselgur, Aktivkohle) in die<br />
Mischung eingerührt. Dieses Verfahren erleichtert auch die Abtrennung von Niederschlägen,<br />
die die Filterporen verstopfen. Es ist natürlich nur anwendbar, wenn auf das Filtrat Wert gelegt<br />
und der Niederschlag verworfen wird.<br />
Soll ein kristalliner Niederschlag gewonnen werden, ist die gewöhnliche Filtration schlecht<br />
geeignet. Man bedient sich dann des Absaugens über Filtrierpapier. Bei größeren Substanzmengen<br />
wird der Büchner-Trichter mit Saugflasche (Abb. A.36) bzw. Wittschem Topf benutzt,<br />
die über eine Woulfesche Flasche mit einer Vakuumpumpe verbunden sind. Anstelle von<br />
durchbohrten Stopfen kann man hierzu auch konische Gummidichtungen unterschiedlicher<br />
Größen zwischen Saugflasche und Nutsche verwenden.<br />
Die Größe der verwendeten Nutsche soll im richtigen Verhältnis zur abzusaugenden Substanzmenge<br />
stehen: Die Kristalle müssen die Fläche der Nutsche völlig bedecken, doch<br />
erschweren zu dicke Kristallkuchen das Absaugen und Auswaschen.
34 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Abb. A.36<br />
Saugflasche mit Büchner-Trichter<br />
Abb. A.37<br />
Glasfilternutsche<br />
Das gut passende weiche Papierrundfilter wird zunächst auf der Filterplatte mit Lösungsmittel<br />
befeuchtet und angedrückt bzw. angesaugt. Danach wird die zu filtrierende Mischung<br />
aufgebracht. Beim Absaugen soll nur der für eine mäßige Filtrationsgeschwindigkeit gerade<br />
nötige Unterdruck angewendet werden. Der Niederschlag wird mit der flachen Seite eines<br />
Glasstopfens fest angedrückt, bis keine Mutterlauge mehr abtropft. Es ist darauf zu achten,<br />
daß sich keine Risse im Filterkuchen bilden, da dies zu ungleichmäßigem, unvollständigem<br />
Absaugen und zu Verunreinigungen durch Verdunsten des Lösungsmittels führt. Zur Entfernung<br />
noch anhaftender Mutterlauge wird das feuchte Kristallisat danach mit kleinen Portionen<br />
desselben oder auch eines anderen geeigneten Lösungsmittels, in dem die Substanz schwer löslich<br />
ist, gewaschen. Die nötigenfalls vorgekühlte Waschflüssigkeit soll schon vor Beginn der<br />
Arbeit bereitstehen. Man durchtränkt den Niederschlag zunächst mit dem Lösungsmittel, das<br />
erst danach durch Anlegen des Vakuums abgesaugt wird. Nach dem Auswaschen wird der<br />
Rückstand getrocknet bzw. trockengesaugt. Vorher verdrängt man häufig zur Zeitersparnis<br />
hochsiedende Lösungsmittel durch andere, auch schwerlösende, aber niedrig siedende (etwa<br />
höhere Kohlenwasserstoffe durch Ligroin, höhere Alkohole durch Ethanol, Eisessig durch<br />
Ether usw.).<br />
Bei Anwesenheit von starken Alkalien, Säuren, Anhydriden, Oxidationsmitteln usw., die<br />
die üblichen Papierfilter angreifen, saugt man durch eine Glas/ritte mit der Porengröße G 2<br />
bzw. G 3, die auch generell die Papierfilter ersetzen kann (Abb. A.37).<br />
Hat man kleinere Substanzmengen abzusaugen, so benutzt man den Hirsch-Trichter mit<br />
Saugröhrchen (Abb. A.38) oder, insbesondere für kleinste Substanzmengen, den Glasnagel-<br />
Trichter nach Abbildung A.39. Der Glasnagel wird aus einem dünnen Glasstab hergestellt,<br />
Abb. A.38<br />
Saugrohr mit<br />
Hirsch-Trichter<br />
Abb. A.39<br />
Absaugen kleiner<br />
Substanzmengen<br />
Abb. A.40<br />
Absaugen unter<br />
Kühlung
A. 2.1. Filtrieren und Zentrifugieren 35<br />
indem man ein Ende in der Flamme zum Erweichen bringt und dann plattdrückt. Das Filter<br />
muß genau abschließen und soll keinen stark nach oben gebogenen Rand besitzen. In das<br />
Saugröhrchen stellt man ein kleines Reagenzglas und kann so das Filtrat verlustlos entnehmen.<br />
Verlangt der niedrige Schmelzpunkt des Kristallisats oder seine zu große Löslichkeit bei<br />
Zimmertemperatur ein Absaugen bei tieferen Temperaturen, so genügt bei kleinen Niederschlagsmengen<br />
u. U. das Vorkühlen des Trichters und der Lösung im Kühlschrank. Andernfalls<br />
benutzt man am einfachsten eine Kombination aus einer Saugflasche und einer abgesprengten<br />
Flasche, deren scharfe Kanten rund gefeilt oder geschmolzen sind (Abb. A.40). Als Kühlfüllung<br />
dienen Eis oder eine Kältemischung (vgl. A.I.7.3.).<br />
Muß heiß filtriert werden, was normalerweise bei jedem Umkristallisieren erforderlich ist,<br />
benutzt man den Heißwassertrichter nach Abbildung A.41,a, bei dem grundsätzlich vor dem<br />
Filtrieren die offene Flamme zu löschen ist, oder den mit einer dampfbeheizten Schlange<br />
umgebenen Trichter (Abb. A.41,b). Einen mit Dampf zu beheizenden Büchner-Trichter zeigt<br />
Abbildung A.41,c. Es sind auch elektrisch heizbare Glasfritten im Handel. Der Trichterstiel<br />
muß weit und kurz sein, weil er sonst durch auskristallisierende Substanz leicht verstopfen<br />
kann.<br />
C<br />
Q A r<br />
b) c)<br />
Abb. A.41<br />
Beheizbare Trichter<br />
a) Heißwassertrichter; b) Trichter mit dampfbeheizter Schlange; c) dampfbeheizter Büchner-Trichter<br />
Vielfach ist ein Absaugen in der Hitze nicht möglich, da im Vakuum zuviel Lösungsmittel<br />
verdampft. Bei konzentrierten Lösungen verstopfen dadurch leicht die Filterporen und die<br />
Öffnungen im Nutschenboden. Man lege deshalb nur ein schwaches Vakuum an.<br />
Das Zentrifugieren bietet im Laboratorium gegenüber der Filtration vor allem dann<br />
Vorteile, wenn kleine Substanzmengen möglichst verlustlos isoliert werden sollen oder das<br />
abzusaugende Produkt leicht die Poren des Filters verstopft. Die üblichen Laboratoriumszentrifugen<br />
für präparative Arbeiten sind Sedimentationszentrifugen und besitzen eine Umdrehungszahl<br />
von 2 000 bis 3 000 U • min- 1 . Meist stehen keine größeren Modelle als die mit<br />
einem Fassungsvermögen von viermal 150 ml zur Verfügung. Die Suspension wird in die Zentrifugengläser<br />
(nicht Reagenzgläser!) gebracht, und die Einsätze einschließlich Inhalt werden<br />
durch Veränderung der Flüssigkeitsmenge auf gleiche Masse austariert. Wenn der Nieder-<br />
Filterpapier<br />
Abb. A.42<br />
Entfernen von Flüssigkeit<br />
nach dem Zentrifugieren<br />
Abb. A.43<br />
Zentrifugenglas mit Anschluß<br />
zum Abpumpen
36 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
schlag nach dem Schleudern genügend fest am Boden der Gläser haftet, gießt man die darüberstehende<br />
Flüssigkeit ab, schlämmt zum Auswaschen mit wenig Waschflüssigkeit auf und zentrifugiert<br />
erneut. Mit einem Filterpapierstreifen läßt sich nach dem Zentrifugieren ein Großteil<br />
des anhaftenden Lösungsmittels aufsaugen (Abb. A.42). Zur Beseitigung des restlichen<br />
Lösungsmittels wird an das Zentrifugenglas nach Abbildung A.43 vorsichtig und langsam<br />
Vakuum angelegt, wobei man evtl. zusätzlich in einem Heizbad erwärmt.<br />
2.2. Kristallisieren<br />
Die wichtigste Methode zur Reinigung fester Stoffe ist das Umkristallisieren: Man sättigt ein<br />
geeignetes Lösungsmittel in der Hitze mit dem Rohprodukt, filtriert von unlöslichen Bestandteilen<br />
noch heiß ab und läßt die Lösung erkalten, wobei die Substanz - in der Regel in reinerer<br />
Form - wieder auskristallisiert.<br />
2.2.1. Wahl des Lösungsmittels<br />
Die Substanz soll in dem Lösungsmittel in der Kälte wenig, in der Hitze gut löslich sein, und<br />
die Verunreinigungen sollen eine möglichst hohe Löslichkeit besitzen. Auch die Verwendung<br />
eines Lösungsmittels, in dem die Verunreinigungen nur sehr wenig löslich sind und daher<br />
zuerst auskristallisieren bzw. gar nicht erst in Lösung gehen, führt u. U. zum Ziel. Hier erhält<br />
man meist erst durch mehrfache Kristallisation ein genügend reines Produkt. Wenn Art und<br />
Menge des anzuwendenden Lösungsmittels unbekannt ist, werden zunächst Vorversuche mit<br />
kleinsten Mengen im Reagenzglas ausgeführt. Die Auswahl des Lösungsmittels richtet sich<br />
dabei zunächst nach dem alten - vor allem bei Verbindungen einfacheren Baus gültigen -<br />
Erfahrungssatz, daß eine Substanz von einem chemisch nahestehenden Lösungsmittel gut<br />
gelöst wird. Einen Anhaltspunkt kann folgende Aufstellung geben:<br />
Sto#klasse<br />
Kohlenwasserstoffe hydrophob<br />
Halogenkohlenwasserstoffe<br />
Ether<br />
Amine<br />
Ester<br />
Nitroverbindungen<br />
Nitrile<br />
Ketone<br />
Aldehyde<br />
Phenole<br />
Amine<br />
Alkohole<br />
Carbonsäuren<br />
Sulfonsäuren<br />
Salze hydrophil<br />
Gut löslich in Lösungsmitteln vom Typ<br />
Kohlenwasserstoff, Ether,<br />
Halogenkohlenwasserstoff<br />
Ester<br />
Alkohol, Dioxan, Eisessig<br />
Alkohol, Wasser<br />
Wasser<br />
Selbstverständlich darf das Lösungsmittel die Substanz nicht chemisch verändern.<br />
Lösungsmittelkombinationen (z. B. Wasser/Alkohol, Wasser/Dioxan, Chloroform/Petrolether)<br />
können ebenfalls gut geeignet sein. Ihre günstigste Zusammensetzung muß man in Vorversuchen<br />
ermitteln.
2.2.2. Umkristallisieren<br />
A. 2.2. Kristallisieren 37<br />
Die Substanz wird zunächst unter Beachtung der Arbeitsschutzvorschriften (vgl. A.l.7.2.) mit<br />
einer zur vollständigen Auflösung nicht ausreichenden Menge des Lösungsmittels erhitzt. Da<br />
normalerweise die Löslichkeitskurve in der Nähe des Lösungsmittelsiedepunkts steil ansteigt,<br />
sollte man beim Umkristallisieren immer bis zum Sieden erhitzen. Man gibt dann durch den<br />
Kühler vorsichtig so lange Lösungsmittel nach, bis sich in der Siedehitze alles aufgelöst hat.<br />
Bei Verwendung brennbarer Lösungsmittel sind dabei alle Flammen in der Umgebung zu<br />
löschen! Siedesteine werden unwirksam, wenn die Lösung (z. B. durch Zugabe von neuem<br />
Lösungsmittel) unter den Siedepunkt abkühlt (vgl. A.l.7.2.). Ist in Vorversuchen festgestellt<br />
worden, daß ungelöste Fremdstoffe als Rückstand bleiben, darf nicht in Erwartung einer klaren<br />
Lösung zuviel Lösungsmittel zugegeben werden!<br />
Man mache es sich zur Gewohnheit, den Feststoff zu wägen und die Lösungsmittel zu messen,<br />
um den Prozeß stets quantitativ auswerten und reproduzieren zu können.<br />
Bei Verwendung von Lösungsmittelgemischen löst man am besten in einer kleinen Menge<br />
des guten Lösungsmittels und gibt in der Hitze langsam so lange portionsweise das schlechtere<br />
Lösungsmittel zu, bis sich die an der Eintropfstelle bildende Fällung gerade wieder auflöst.<br />
Erscheint das Gesamtvolumen der Lösung zu klein, fügt man noch eine kleine Menge des besseren<br />
Lösungsmittels zu und wiederholt den Vorgang. Die Gefahr, daß zuviel Lösungsmittel<br />
verwendet wurde, ist beim Anfänger jedoch meist größer. Auch die umgekehrte Verfahrensweise<br />
(langsame Zugabe eines guten Lösungsmittels zur Suspension der Substanz im schlechten)<br />
ist mitunter vorteilhaft.<br />
Wenn es notwendig ist, werden nach dem Auflösen der Substanz zur Entfärbung (vgl.<br />
A.2.6.1.) gepulverte Aktivkohle bzw. Tierkohle (1/20 bis 1/50 des Substanzgewichts) oder zur<br />
Klärung Filterschnitzel, Kieselgur usw. zugesetzt.<br />
Man läßt die Lösung vorher etwas abkühlen, da diese Stoffe evtl. Siedeverzüge spontan aufheben<br />
und es zu heftigem, explosionsartigem Aufsieden kommen kann. Aus Aktivkohle entweicht<br />
viel Luft, die ein Aufschäumen verursacht.<br />
Danach wird nochmals kurz aufgekocht und anschließend heiß filtriert (vgl. dazu A.2.I.).<br />
Das Gefäß wird verschlossen und dann zum Abkühlen stehengelassen. Zur Vermehrung der<br />
Ausfällung stellt man das Gefäß entweder in den Kühlschrank oder kühlt mit Eis bzw. Kältemischungen.<br />
Die Neigung, übersättigte Lösungen zu bilden, ist bei organischen Substanzen sehr groß.<br />
Durch Einbringen eines „Impfkristalls" des gleichen oder eines isomorphen Stoffs kann die<br />
Übersättigung häufig aufgehoben werden. Auch das Reiben mit einem Glasstab an der Wandung<br />
des Gefäßes schafft Keime, an deren Vorhandensein die Kristallisation gebunden ist.<br />
Die Kristallisationsgeschwindigkeit ist oft sehr klein und die Kristallisation einer erkalteten<br />
Lösung daher vielfach erst nach Stunden beendet. Vereinzelt bilden sich noch nach Wochen<br />
und Monaten Kristallfällungen. Man sollte daher Mutterlaugen nie vorzeitig verwerfen.<br />
2.2.3. Kristallisation aus der Schmelze<br />
<strong>Organisch</strong>e Substanzen bilden nicht nur übersättigte Lösungen, sondern leicht auch unterkühlte<br />
Schmelzen. So scheiden sich vor allem niedrig schmelzende Substanzen aus Lösungen<br />
auch unterhalb ihrer Schmelztemperatur oft ölig ab. In diesem Fall muß die Lösung noch etwas<br />
verdünnt und ganz langsam abgekühlt werden (z. B. durch Erkaltenlassen in einem vorher<br />
erhitzten Wasserbad). Keinesfalls darf beim Auflösen über die Schmelztemperatur der Substanz<br />
erhitzt werden, sondern höchstens bis 1O 0 C unter die Schmelztemperatur. Man unterstützt<br />
die Kristallisation durch Anreiben mit dem Glasstab, Verreiben und Stehenlassen eines
38 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Tropfens der Substanz auf einer angerauhten Glasfläche oder Anreiben einer Probe mit einem<br />
leicht flüchtigen Lösungsmittel auf einem Uhrglas.<br />
Auch nach dem Abdestillieren von Lösungsmitteln bleiben feste organische Substanzen<br />
häufig unterhalb ihres Schmelzpunktes als Öl zurück. Sie sind manchmal nur sehr schwer zur<br />
Kristallisation zu bringen. Keimbildung und Kristallwachstum sind in verschiedener Weise<br />
temperaturabhängig. Nach der Tammannschen Regel liegt das Maximum der Keimbildung<br />
etwa 10O 0 C, das Maximum der Kristallisationsgeschwindigkeit 20 bis 5O 0 C unter der Schmelztemperatur<br />
(Abb. A.44).<br />
-60 -40 -20 O 20 40<br />
t / 0 C —<br />
60 80 100 120<br />
Abb. A.44<br />
Keimbildungsgeschwindigkeit ( ),<br />
Viskosität ( )<br />
und Kristallisationsgeschwindigkeit ( )<br />
in Abhängigkeit von der Temperatur<br />
Um die für die Kristallisation optimale Temperatur zu erreichen, hält man die Substanz zur<br />
Keimbildung einige Stunden bei etwa 100 0 C unter der mutmaßlichen Schmelztemperatur und<br />
erhöht dann die Temperatur um etwa 50 0 C.<br />
Häufig hemmen gelöste Verunreinigungen die Keimbildung und die Kristallisation. Da<br />
besonders mitgerissenes und gelöstes Schliffett zur Kristallisationsverzögerung führen kann,<br />
sollte man die Schliffe nur sparsam oder bei speziellen und diffizilen Reinigungsoperationen<br />
überhaupt nicht fetten.<br />
Will die Kristallisation nicht gelingen, muß nochmals anderweitig gereinigt werden (Feindestillation,<br />
Chromatographie, Verteilung). Sind Anhaltspunkte über die Art der Verunreinigung<br />
vorhanden, so kann u. U. ein nochmaliges Auswaschen des Öls mit speziellen Reagenzien<br />
zum Ziele führen. So lassen sich beispielsweise Säuren mit Sodalösung, Amine mit Säuren und<br />
Aldehyde mit Natriumhydrogensulfit entfernen.<br />
2.3. Destillation und Rektifikation<br />
Die Destillation ist die wichtigste Trenn- und Reinigungsmethode für flüssige Substanzen. Im<br />
einfachsten Fall der Destillation wird eine Flüssigkeit durch Wärmezufuhr zum Sieden<br />
gebracht und der entstehende Dampf in einem Kühler als Destillat kondensiert. Da sich hier<br />
nur eine Phase bewegt, nämlich der Dampf, spricht man auch von Gleichstromdestillation.<br />
Wenn dagegen ein Teil des kondensierten Dampfs (der sog. Rücklauf) dem aufsteigenden<br />
Dampf entgegenläuft und dem Siedekolben ständig wieder zugeführt wird, haben wir es mit<br />
einer Gegenstromdestillation zu tun. Die Gegenstromdestillation oder Rektifikation wird in<br />
Destillationskolonnen durchgeführt.
2.3.1. Abhängigkeit der Siedetemperatur vom Druck<br />
A. 2.3. Destillation und Rektifikation 39<br />
Der Dampfdruck einer Flüssigkeit steigt mit der Temperatur stark an. Wenn er gleich dem<br />
äußeren Druck ist, siedet die Flüssigkeit. Die Temperaturabhängigkeit des Dampfdrucks ist<br />
durch die Clausius-Clapeyronsche Gleichung gegeben:<br />
p Dampfdruck; AVH molare Verdampfungsenthalpie; R Gaskonstante<br />
Nach Integration erhält man:<br />
i\i<br />
C [A.46]<br />
(AVH wird dabei als von der Temperatur unabhängig angenommen.)<br />
Wenn man den Logarithmus des Dampfdrucks über der reziproken absoluten Temperatur<br />
aufträgt, ergibt sich daher (annähernd) eine Gerade. Ein solches Diagramm ist in Abbildung<br />
A.47 gezeichnet. Die Steigung der Geraden ist durch die molare Verdampfungswärme festgelegt<br />
und bei chemisch ähnlichen Stoffen ähnlicher Siedetemperatur nicht sehr verschieden.<br />
Man kann deshalb aus dem Diagramm die Siedetemperaturen beliebiger organischer Verbindungen<br />
bei beliebigen Drücken annähernd bestimmen.<br />
Zur groben Abschätzung kann folgende Faustregel dienen: eine Verminderung des äußeren<br />
Drucks um die Hälfte reduziert die Siedetemperatur um etwa 15 0 C. So würde z. B. eine Verbindung<br />
mit einer Siedetemperatur von 18O 0 C bei Normaldruck (~ 100 kPa; 760 Torr) bei<br />
~ 50 kPa (380 Torr) etwa bei 165 0 C sieden, bei ~ 25 kPa (190 Torr) bei 150 0 C usw.<br />
2.3.2. Einfache Destillation<br />
2.3.2.1. Physikalische Grundlagen des Trennvorgangs<br />
Bei der Destillation eines binären Gemisches sind die Partialdrücke pA bzw. pB der beiden Komponenten<br />
im Dampfraum (ideales Verhalten vorausgesetzt. Dies ist bei chemisch ähnlichen Verbindungen, vor allem<br />
bei Homologen, weitgehend erfüllt):<br />
PB = PB*B<br />
Raoultsches Gesetz [A.48]<br />
PA, PB Dampfdruck der reinen Komponente A bzw. B; JCA, XB Molenbruch der Komponente A bzw. B in<br />
der Flüssigkeit.<br />
Da in einer binären Mischung JCB = l - JCA ist, gilt für das Verhältnis der Partialdrücke im Dampfraum:<br />
pA PA *A<br />
[A.49]<br />
pB Pul-;<br />
Der Partialdruck im Dampfraum pA bzw. pB ist mit dem Gesamtdruck p außerdem über die Molenbrüche<br />
der beiden Komponenten im Dampfraum VA bzw. yB verknüpft:<br />
pA=pyA pB=pyB = pO-yA) [A.50]<br />
Durch Einsetzen in [A.49] erhält man:<br />
VA PA *A<br />
l -VA P3I-J<br />
[A.51]<br />
Nach Übereinkommen werden v und x ohne Angabe eines Index stets für die leichter flüchtige Komponente<br />
gebraucht. Das Verhältnis der Dampfdrücke der reinen Komponenten erhält das Symbol a und wird<br />
als relative Flüchtigkeit bezeichnet. [A.51] wird damit zu:
40 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
133,3 (1OOO)<br />
106,7 (ÖOO)<br />
101,3 (760)<br />
8O1O (6OO)<br />
53,3 (400)<br />
4O,O (3OO)<br />
26,7 (200) [<br />
2O,0 (150)<br />
13,3 (100)<br />
10,7 (8OJ^<br />
6,0 (60)<br />
5,3 (40)<br />
4,0 (30)<br />
2,7 (20)<br />
2,0 (15)<br />
1.2<br />
(10)<br />
(8)<br />
0,8 ( 6 )<br />
O7S ( 4 )<br />
0,4 (3>l<br />
0,3 (2)<br />
(0,8)[<br />
(0,6) |<br />
(0,4)<br />
(0,2)<br />
A. 2.3. Destillation und Rektifikation 41<br />
-^-= a-^ mit ££ = * [A.52]<br />
l -y l -x PB<br />
Die Gleichung erklärt den Zusammenhang zwischen der relativen Konzentration der leichter siedenden<br />
Komponente in der Dampfphase bzw. der Flüssigkeit. Man erkennt, daß ein Unterschied in der Zusammensetzung<br />
von Dampfphase und Flüssigkeit nur dann eintritt, wenn a > l ist. Nur in diesem Falle ist eine<br />
Trennung durch Destillation möglich. Die Anreicherung der leichter flüchtigen Komponente im Dampf ist<br />
andererseits um so größer, je größer a ist, d. h. je mehr sich die Dampfdrücke der reinen Komponenten<br />
unterscheiden. Die Gleichung [A.52] gibt die Anreicherung der leichter flüchtigen Komponente an, die<br />
durch eine einmalige Verdampfung erreicht wird.<br />
Unterscheiden sich die zu trennenden Substanzen in ihrer Flüchtigkeit nicht genügend, so<br />
lassen sie sich durch einmaliges Verdampfen und Kondensieren, d. h. durch einfache Destillation,<br />
nicht befriedigend trennen. In solchen Fällen muß der Verdampfungsvorgang mehrere<br />
Male wiederholt werden. Mit Hilfe von Destillationskolonnen läßt sich diese Forderung in<br />
einem Arbeitsgang verwirklichen (fraktionierte Destillation, Rektifikation, vgl. A.2.3.3.).<br />
Der Anfänger ist sich oft nicht klar darüber, wann eine Rektifikation mit einer Kolonne<br />
nötig ist. Meist wird das Trennvermögen der einfachen Gleichstromdestillation überschätzt.<br />
Als Faustregel kann gelten, daß man in den Fällen eine Rektifikation anwenden muß, wo die<br />
Siedetemperaturdifferenz der zu trennenden Stoffe weniger als 80 0 C beträgt.<br />
2.3.2.2. Durchführung einer einfachen Destillation<br />
Zweckmäßig führt man Destillationen bei Siedetemperaturen zwischen 40 0 C und 150 0 C aus,<br />
da sich oberhalb 150 0 C viele Substanzen bereits merklich zersetzen, während der Dampf von<br />
Flüssigkeiten mit einer Siedetemperatur unter etwa 4O 0 C in einer gewöhnlichen Apparatur<br />
nicht mehr vollständig kondensiert werden kann.<br />
Siedet ein Stoff bei Normaldruck oberhalb 15O 0 C, destilliert man ihn daher im Vakuum. In<br />
den meisten Fällen ist das Vakuum einer Wasserstrahlpumpe (etwa 1,1 bis 2,0 kPa; 8 bis<br />
15 Torr) oder einer Drehschieberölpumpe (etwa l O- 3 bis l O- 1 kPa; 0,01 bis l Torr) ausreichend<br />
(vgl. A.I.9.).<br />
Manche Stoffe vertragen nur eine sehr geringe thermische Belastung und müssen daher,<br />
auch wenn sie Normaldrucksiedetemperaturen unterhalb 15O 0 C besitzen, im (leichten)<br />
Vakuum destilliert werden (z. B. Methylvinylketon, vgl. D.3.I.6.).<br />
| Bei Vakuumdestillationen ist grundsätzlich eine Schutzbrille zu tragen (vgl. auch A.I.9.)!<br />
Abbildung A.53 zeigt eine aus den üblichen Baukastenteilen zusammengestellte einfache<br />
Vakuumdestillationsapparatur. Sie ist (ohne Siedekapillare) auch für Destillationen unter Normaldruck<br />
brauchbar.<br />
Als Destillationsblase dient im Laboratorium allgemein der Rundkolben. Seine Größe ist so<br />
zu wählen, daß er nicht mehr als bis zur Hälfte, bei Normaldruck zu zwei Dritteln gefüllt ist.<br />
Andererseits ist es falsch, zu große Kolben zu nehmen, da sie viel Rückstand zurückhalten.<br />
Zum Beheizen des Kolbens verwendet man Heizbäder (vgl.A.1.7.1.) oder Spezialkolben mit<br />
elektrischer Innenheizung. Das Erhitzen auf dem Drahtnetz oder etwa mit freier Flamme ist<br />
wegen der Gefahr örtlicher Überhitzung grundsätzlich zu vermeiden. Die Wahl des Kühlers<br />
richtet sich nach der Siedetemperatur und der Verdampfungswärme der zu destillierenden Verbindung<br />
sowie nach der Destillationsgeschwindigkeit (vgl. A.I.3.).<br />
Siedekolben und Kühler werden durch Destillationsaufsätze miteinander verbunden. Im<br />
Vakuum verwendet man den Claisen-Aufsatz (A in Abb. A.53), der auch bei Destillation unter<br />
Normaldruck benutzt werden kann. Einen einfacheren Aufsatz für Normaldruck zeigt Abbildung<br />
A.54.
42 A. Einführung in die Laboratoriumstecbnik<br />
Abb.A.53<br />
Vakuumdestillationsapparatur<br />
A Claisen-Aufsatz; B Destillationsvorstoß<br />
Abb. A.54<br />
Einfacher Destillationsaufsatz<br />
Abb. A.55<br />
Anschütz-Thiele-Vorstoß<br />
Abb. A.56<br />
„Spinne"<br />
Man achte darauf, daß die Thermometerkugel kurz unterhalb des Ansatzrohres steht (beim<br />
Kauf der Geräte beachten!), so daß sie vom Dampf vollkommen umspült wird. Bei Verwendung<br />
von Thermometern ohne Schliff ist eine Korrektur der abgelesenen Temperaturwerte<br />
notwendig (vgl. A.3.1.1.).<br />
Das Tropfrohr des Destillationsvorstoßes (B in Abb. A.53) soll nicht zu eng sein (5 bis 6 mm<br />
Innendurchmesser). Zum Wechseln der Vorlage im Vakuum dient der Anschütz-Thiele-Vorstoß<br />
(Abb. A.55). Man mache sich seine Arbeitsweise klar. Dieser Vakuumvorstoß ist nur<br />
dann zu gebrauchen, wenn die Hähne einwandfrei eingeschliffen sind. Billiger und robuster ist<br />
eine sog. „Spinne" (Abb. A.56), bei der mehrere Vorlagen gleichzeitig unter Vakuum stehen.<br />
Die Zahl der ohne Unterbrechung der Destillation abnehmbaren Fraktionen ist hier natürlich<br />
begrenzt. Die Anordnung nach Abbildung A.57 kann demselben Zweck dienen, wobei der<br />
Zweihalskolben hier durch einen Vakuumvorstoß mit Rundkolben ersetzt werden kann.<br />
Als Vorlagen kommen, am besten auch bei Destillationen unter Normaldruck, Rundkolben<br />
in Frage. Man tariere von vornherein eine genügende Anzahl von Rundkolben und vermerke<br />
die Masse mit Glastinte oder Bleistift auf dem eingeätzten Markenschild.
A. 2.3. Destillation und Rektifikation 43<br />
Bei Zimmertemperatur erstarrende Substanzen lassen sich in einem Säbelkolben (Abb.<br />
A.58) destillieren. Nachteilig ist dabei, daß sich nur eine Fraktion auffangen läßt. Günstiger ist<br />
hier ein Luftkühler in Verbindung mit der in Abbildung A.57 gezeigten einfachen Anordnung,<br />
die Hähne und enge Rohrstellen vermeidet. Im Kühler erstarrte Substanz bringt man durch<br />
vorsichtiges Fächeln mit der leuchtenden Gasflamme oder Bestrahlen mit einer Infrarotlampe<br />
zum Schmelzen.<br />
Abb. A.57<br />
Vorlage für Vakuumdestillationen<br />
(auch für erstarrende Stoffe geeignet)<br />
Abb. A.58<br />
Säbelkolben<br />
Für die Destillation kleiner Mengen, wie sie bei Halbmikropräparationen oder beim analytischen<br />
Arbeiten anfallen, eignet sich die in Abbildung A.59 gezeigte Apparatur. Zur Verhinderung<br />
von Siedeverzügen genügen bei diesen kleinen Mengen anstelle einer Siedekapillare Siedesteine,<br />
ein in die Flüssigkeit gestellter Holzspan oder ein Glaswollebausch.<br />
Es empfiehlt sich, die zu destillierende Substanz in den Destillationskolben einzuwägen, um<br />
am Ende der Destillation an Hand der Massen der Fraktionen, des Rückstandes und des Einsatzes<br />
eine Mengenbilanz der Destillation aufstellen zu können.<br />
Zur Verhinderung von Siedeverzügen gibt man in die noch kalte Flüssigkeit zwei bis drei<br />
Stücke unglasierter Tonscherben („Siedesteinchen", vgl. A. 1.7.2.). Wird die Destillation unterbrochen,<br />
so müssen vor ihrer Wiederaufnahme frische Siedesteine zugegeben werden.<br />
Bei Vakuumdestillationen werden Siede Verzüge durch eine Kapillare verhindert. Man zieht<br />
sie aus einem dünnen, möglichst starkwandigen Glasrohr in der entleuchteten Flamme und<br />
gibt ihr dann durch abermaliges Ausziehen über der Sparflamme die genügende Feinheit.<br />
Beim Eintauchen der Kapillarenspitze in Aceton sollen beim Hineinblasen langsam und einzeln<br />
nur kleine Luftbläschen herausperlen. Die Kapillare wird mit Hilfe eines Schliffstückes<br />
mit darübergezogenen Gummischlauch (vgl. Abb. A.53) oder eines Gummistopfens in den<br />
Claisen-Aufsatz oder einen Hals des Mehrhalskolbens (vgl. Abb. A.73) eingesetzt. Man verwendet<br />
auch mit einem Schliffkern verschmolzene Glasrohre, die zur Kapillare ausgezogen<br />
werden. In Abschnitt A. 1.6. wurde gezeigt, wie durch die Kapillare ein inertes Gas (meist<br />
Stickstoff) eingeführt werden kann. Ist eine Normaldruckdestillation unter Schutzgasatmosphäre<br />
erforderlich, ersetzt man die Kapillare durch ein Gaseinleitungsrohr und leitet das Gas<br />
langsam durch die zu destillierende Flüssigkeit.<br />
Verwendet man zur Vakuumdestillation einen Kolben mit Magnetrührer, so kann auf die<br />
Siedekapillare verzichtet werden.<br />
Bei Vakuumdestillationen wird zuerst das erforderliche Vakuum hergestellt, dann der Kolben<br />
beheizt (am Schluß zuerst Heizung entfernen, dann Vakuum vorsichtig aufheben).<br />
Manche Flüssigkeiten schäumen stark beim Destillieren. In wäßrigen Lösungen kann man<br />
das Schäumen durch einen Tropfen Octanol oder Siliconöl („Antaphron") unterdrücken. Bei<br />
hartnäckigem Schäumen führt man unter Verzicht auf das Thermometer auch in den zweiten<br />
Hals des Claisen-Aufsatzes eine Kapillare ein. Der Luftstrom bringt die Blasen zum Platzen.<br />
Man kann auch zwischen Kolben und Destillieraufsatz einen Schaumbrecher (Abb. A.60) einbauen.
44 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Abb. A.59<br />
Apparatur zur Destillation kleiner Substanzmengen<br />
Abb. A.60<br />
Schaumbrecher<br />
Löcher im<br />
eingeschmolzenen<br />
Rohr<br />
Die Destillationsgeschwindigkeit wählt man im allgemeinen so, daß nicht mehr als l bis 2<br />
Tropfen Destillat in der Sekunde übergehen.<br />
Auch bei einfachen Destillationen ist es nützlich, eine Siedekurve aufzuzeichnen, d. h. die<br />
Siedetemperatur über der Destillatmenge (in ml) aufzutragen (Abb. A.61). Man verwendet<br />
dazu eine graduierte Vorlage (z. B. Meßzylinder, Anschütz-Thiele-Vorstoß) und nimmt etwa<br />
20 Meßpunkte auf.<br />
Muß vor dem gewünschten Produkt erst eine größere Menge Lösungsmittel abdestilliert<br />
werden, so beginnt man mit der Aufnahme der Siedekurve erst dann, wenn die Siedetemperatur<br />
zu steigen beginnt (Punkt a in Abbildung A.61). Hierbei wird die Vorlage gewechselt.<br />
Destillotmenge in ml -<br />
Abb. A.61<br />
Siedekurve<br />
Nach einer Zwischenfraktion (a-b) geht dann das gewünschte Produkt über (b-c). Die Zwischenfraktion<br />
ist um so größer, je näher beieinander die Siedepunkte der zu trennenden Substanzen<br />
liegen. Daneben bestimmen weitere Faktoren die Größe der Zwischenfraktionen , vgl.<br />
A.2.3.3.<br />
Die Hauptfraktion (b-c) destilliert, wenn eine reine Verbindung vorliegt, bei nahezu konstanter<br />
Temperatur. Gegen Ende der Fraktion steigt die Temperatur gewöhnlich etwas an (um<br />
l bis 2 0 C), da hier leicht Überhitzung des Dampfes eintreten kann. Findet man ein größeres<br />
Temperaturintervall, muß man erneut mit Hilfe einer Kolonne destillieren.<br />
Manchmal ist das Ende einer Fraktion und der Übergang zur nächsten an der Schlierenbildung<br />
in der Vorlage zu sehen. Oft ist es jedoch schwierig, den Beginn einer neuen Fraktion ein-
A. 2.3. Destillation und Rektifikation 45<br />
deutig während der Destillation zu erkennen. Man erhöht dann zur Sicherheit die Zahl der<br />
Fraktionen (etwa a-b' und b'-b), die man dann anschließend an Hand der Siedekurve, die hier<br />
ihren Wert beweist, und weiterer zur Kontrolle bestimmter Konstanten (Brechungsindex,<br />
Dichte, Schmelztemperatur) vereinigt. Nach Beendigung der Destillation werden alle Fraktionen<br />
und der Destillationsrückstand gewogen.<br />
2.3.2.3. Abdestillieren von Lösungsmitteln<br />
Bei vielen Präparationen fällt eine Lösung des gewünschten Stoffs, in einem leichter siedenden<br />
Lösungsmittel an, aus der das Präparat durch Abdestillieren des Lösungsmittels gewonnen<br />
werden soll. Man arbeitet dabei zweckmäßig immer auf dem Wasser- bzw. Dampfbad, einmal<br />
wegen der Brennbarkeit der meisten organischen Lösungsmittel (vgl. dazu A. 1.7.2.), zum anderen,<br />
um die Substanz nicht unnötig thermisch zu beanspruchen. Gegen Ende des Abdestillierens<br />
steigt der Siedepunkt der Lösung stark an (Raoultsches Gesetz, vgl. [A.48]), so daß auch<br />
leicht siedende Lösungsmittel, wie Alkohol, Benzen und sogar Diethylether, selbst auf dem<br />
siedenden Wasserbad nicht vollständig von dem höher siedenden Rückstand getrennt werden<br />
können. Man legt deshalb ein leichtes Vakuum an und vergrößert den Unterdruck in dem<br />
Maße, wie die Lösung an Lösungsmittel verarmt, um stets eine ausreichende Destillationsgeschwindigkeit<br />
zu erzielen. Bei temperaturempfindlichen Stoffen arbeitet man von vornherein<br />
im Vakuum. Beim Abdestillieren größerer Mengen niedrig siedender Lösungsmittel unter vermindertem<br />
Druck verwendet man einen Intensivkühler und kühlt zusätzlich die Vorlage mit<br />
Eis oder Eiskochsalzmischung.<br />
Soll der nach dem Abdestillieren des Lösungsmittels erhaltene Rückstand ebenfalls destilliert<br />
werden, überführt man ihn in einen kleineren Kolben, wobei man mit wenig Lösungsmittel<br />
nachspült.<br />
Man kann auch von vornherein in dem kleineren Kolben arbeiten, indem man die Lösung<br />
durch einen Tropftrichter, der auf einem Hals des Claisen-Aufsatzes angebracht ist, in dem<br />
Maße zutropfen läßt, wie das Lösungsmittel verdampft.<br />
Abb. A.62<br />
Rotationsverdampfer<br />
Zum Abdampfen von Lösungsmitteln und Einengen von Lösungen werden häufig auch<br />
Rotationsverdampfer verwendet (Abb. A.62). Sie gestatten eine schnelle und schonende Entfernung<br />
des Lösungsmittels. Es verdampft unter Vakuum aus einem dünnen Flüssigkeitsfilm<br />
auf der Kolbeninnenwand, der durch Rotation des Kolbens ständig erneuert wird. Zum Ausgleich<br />
der Verdampfungswärme wird der Kolben in einem Wasserbad erwärmt. Um ein Überschäumen<br />
des Destillationsgutes zu vermeiden, wird das Vakuum bei rotierendem Kolben und<br />
vor dem Anheizen des Wasserbades angelegt.
46 A. Einführung in die Laboratoriumstecbnik<br />
Sind sehr große Flüssigkeitsmengen abzudestillieren, kann die Lösung aus einem Vorratsgefäß über eine<br />
Zuführung am Kühlerende und unter Verwendung eines entsprechenden lösungsmittelfesten Schlauches in<br />
den Destillationskolben gesaugt werden. Auskristallisierende Substanzen stören im Gegensatz zur normalen<br />
Vakuumdestillation nicht.<br />
Achtung! Niedrigsiedende Lösungsmittel werden in den meisten Rotationsverdampfern bei<br />
Wasserkühlung nur unvollständig kondensiert. Zur weitgehenden Rückgewinnung des<br />
Lösungsmittels und auch zur Vermeidung von Abwasserbelastungen ist die Vorlage in diesen<br />
Fällen zusätzlich mit einem Eis- oder Kältebad (vgl. A.l.7.3.) zu kühlen.<br />
Rotationsverdampfer gibt es in unterschiedlichen konstruktiven Varianten. In einigen Fällen sind mit<br />
passenden Zusatzgeräten neben dem Abdestillieren von Lösungsmitteln weitere Operationen, wie fraktionierte<br />
Destillation, Extraktion von Feststoffen, Sublimation, Gefriertrocknung und Trocknung von Feststoffen,<br />
möglich.<br />
2.3.2.4. Kurzwegdestillation. Kugelrohrdestillation<br />
Zur Reinigung empfindlicher und hochsiedender Substanzen verwendet man u. a. die Kurzwegdestillation.<br />
In der Apparatur bestehen sehr geringe Abstände zwischen Verdampfer- und<br />
Kondensatorflächen, und das Destillationsgut bildet einen dünnen Flüssigkeitsfilm. Gewöhnlich<br />
wird unter Vakuum gearbeitet.<br />
Wärmequelle<br />
Destillationsgut<br />
Vorlagen für Destillat Antriebseinheit mit Vakuumanschluß<br />
Abb. A.63<br />
Kugelrohr-Destillationsapparatur<br />
Eine modifizierte Kurzwegdestillation ist die Kugelrohrdestillation, Abb. A.63. Destillationsgut<br />
und Kondensat befinden sich in rotierenden Glaskugeln. Es kann unter Vakuum gearbeitet<br />
werden. Man wendet die Methode vorteilhaft zur Trennung von Flüssigkeiten und niedrigschmelzenden<br />
Feststoffen von polymeren Begleitprodukten und teerartigen Verunreinigungen,<br />
bei sublimierbaren Substanzen und zur Entfernung hartnäckig festhaftender Lösungsmittel an.<br />
Im Handel befinden sich Modelle für Destillationen im Halbmikromaßstab bis zu Pilotanlagen-Größe<br />
mit regelbaren IR-Luftbädern, die eine schnelle und gleichmäßige Wärmeübertragung<br />
gewährleisten<br />
2.3.3. Rektifikation<br />
Unter Rektifikation versteht man die fraktionierte Destillation mit Hilfe von Destillationskolonnen.<br />
Sie wird angewandt, wenn eine einmalige einfache Destillation zur Trennung eines<br />
Gemisches nicht ausreicht. Das ist im allgemeinen dann der Fall, wenn die Differenz der Siedetemperaturen<br />
der Komponenten kleiner als 8O 0 C ist (vgl. A.2.3.2.I.).
2.3.3.1. Physikalische Grundlagen der Rektifikation<br />
A. 2.3. Destillation und Rektifikation 47<br />
Bei der Verdampfung eines binären Gemisches der Konzentration Jc1 wird die leichter siedende Komponente<br />
im Dampf entsprechend Gleichung [A.52] angereichert (auf V1):<br />
l - V1<br />
l - XI<br />
JC1 Molenbruch der leichter siedenden Komponente in der flüssigen Phase, vgl. A.2.3.2.1<br />
y! Molenbruch der leichter siedenden Komponente im Gasraum<br />
[A.64a]<br />
Bei der vollständigen Kondensation dieses Dampfs ändert sich seine Konzentration natürlich nicht, so<br />
daß man eine neue flüssige Phase der Konzentration x2 = y\ erhält:<br />
y\ Kondensation<br />
i-yi<br />
1-X2<br />
=
48 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Dieser Vorgang der „multiplikativen" Verdampfung und Kondensation („Rektifikation") läßt sich durch<br />
Destillationskolonnen realisieren, in denen Dampf und Flüssigkeit im Gegenstrom zueinander bewegt werden.<br />
Am einfachsten verständlich wird das bei der Betrachtung einer Glockenbodenkolonne, bei der jeder<br />
Glockenboden gewissermaßen eine neue Destillationsblase darstellt (Abb. A.65,b).<br />
Als theoretischer Boden (auch theoretische Trennstufe) wird die (gedachte) Kolonneneinheit definiert,<br />
die eine Anreicherung an leichter flüchtiger Komponente entsprechend dem thermodynamischen Gleichgewicht<br />
zwischen Flüssigkeit und Dampf (entsprechend [A.64a]) bewirkt. Die „praktischen" Böden von<br />
Bodenkolonnen erreichen im allgemeinen die Wirkung eines theoretischen Bodens nicht<br />
Die Zahl der notwendigen theoretischen Böden für die Trennung eines binären Gemisches wird in<br />
[A.64d] durch den Exponenten wiedergegeben und kann durch Auflösung der Gleichung nach n für eine<br />
gegebene Sumpf- und gewünschte Destillatzusammensetzung errechnet werden.<br />
Wenn a = l ist, stellt [A.52] die Gleichung einer Geraden y = x dar, die durch den Koordinatenursprung<br />
geht und den Steigungsfaktor l besitzt (Abb. A.65,a, A.66). Für a > l ergeben sich Kurven, die um so stärker<br />
gekrümmt sind, je größer a ist (Gleichgewichtskurven). In Abbildung A.66 sind drei solcher Gleichgewichtskurven<br />
eingezeichnet, außerdem noch eine weitere S-förmige Kurve. Man erkennt, daß beim Schnittpunkt<br />
dieser Kurve mit der 45°-Linie a = l wird und hier eine destillative Trennung nicht mehr möglich ist.<br />
Es handelt sich um die Kurve eines azeotropen Gemisches. Ein solcher Fall kann durch Gleichung [A.52]<br />
nicht mehr beschrieben werden, da hierfür ein ideales Verhalten der Substanzen vorausgesetzt wurde.<br />
Näheres über azeotrope Destillation vgl. A.2.3.5.<br />
Abb. A.66<br />
Gleichgewichtskurven<br />
0,2 0,4 0,6 0,8 1<br />
400<br />
I 200<br />
N<br />
Jr. LC\<br />
•Q<br />
E 20<br />
I 10<br />
S 4<br />
? .<br />
;,<br />
% Reinheit < Jer<br />
flucht i gerein<br />
Komponent&<br />
€. €- f<br />
/<br />
/<br />
?<br />
t<br />
i<br />
/ i<br />
//<br />
. I^<br />
7<br />
/<br />
^<br />
J<br />
( }9 9<br />
- / '<br />
/<br />
/<br />
4s\\\\<br />
/900<br />
t *<br />
/<br />
Z!<br />
*<br />
100 40 20 10 4 2 1 0,4 0,2 Ql<br />
Differenz der Siedetemperaturen<br />
der Komponenten (in 0 C) ^<br />
Abb. A.67<br />
Bestimmung der theoretischen Bodenzahl aus der<br />
Siedepunktsdifferenz der Komponenten<br />
Die bei einer Rektifikation erfolgende Konzentrationsänderung entsprechend Gleichungen [A.64a] bis<br />
[A.64d] läßt sich graphisch an der Gleichgewichtskurve im jc/y-Diagramm ermitteln (Abb. A.65,a).<br />
Verdampft man ein binäres Gemisch der Sumpfzusammensetzung X1, so erhält man einen Dampf der<br />
Zusammensetzung y1? bei dessen Abkühlung das Kondensat gleicher Zusammensetzung gebildet wird (Jt2).<br />
Dieses Kondensat Jt2 liefert bei erneuter Verdampfung den Dampf y2 und beim Kondensieren das neue<br />
Kondensat X3. Man schreitet also auf einer Stufenkurve zwischen der 45°-Linie (da yn = Jcn+1 ist) und der<br />
Gleichgewichtskurve fort, bis die gewünschte Destillatzusammensetzung erreicht ist. Die Zahl der Treppenschritte<br />
ist die Zahl der zur Trennung notwendigen theoretischen Böden. Man erkennt, daß diese Zahl<br />
um so kleiner wird, je bauchiger die Gleichgewichtskurve, d. h. je größer a ist.<br />
Da jede Gleichgewichtskurve im Gebiet um x = l (100%ige Destillatreinheit) stets nahe der 45°-Linie<br />
verläuft, ist eine hohe Trennstufenzahl notwendig, um ein Destillat hoher Reinheit zu erhalten.<br />
Bei Gültigkeit der Pictet-Trouton-Regel (Konstanz der Verdampfungsentropie, vgl. Lehrbücher der<br />
physikalischen Chemie), d. h. bei idealem Verhalten, läßt sich a auch aus den absoluten Siedepunkten der<br />
reinen Komponenten errechnen. In Abbildung A.67 ist die Zahl der für die Trennung eines binären äquimolaren<br />
Gemisches mindestens notwendigen Böden (bei totalem Rücklaut s. unten) gegen die<br />
Siedepunktsdifferenz der zu trennenden Komponenten aufgetragen, und zwar für drei gewünschte Rein-<br />
s
A. 2.3. Destillation und Rektifikation 49<br />
heitsgrade des Destillats. Man erkennt, daß die Anforderungen an die Kolonne für eine hohe Reinheit des<br />
Destillats rapide steigen.<br />
Die vorstehenden Erörterungen gelten nur für den Fall, daß bei der Rektifikation kern Destillat abgenommen<br />
wird, sondern das gesamte Kondensat wieder durch die Kolonne zurückfließt („totaler Rückfluß").<br />
Unter praktischen Verhältnissen wird jedoch dieses Gleichgewicht ständig gestört, indem ein Teil des<br />
Kondensats als Destillat abgenommen wird. Nur der übrige Teil des Kondensats fließt als Rücklauf im<br />
Gegenstrom zum Dampf in die Kolonne zurück. Es ergibt sich somit in einer Rektifikationsapparatur folgende<br />
Stoffbilanz:<br />
Gesamtmenge verdampfter Flüssigkeit = Rücklauf + Destillat<br />
G = R +D [A.68]<br />
Um hieraus die absolute Menge der einzelnen Komponenten (hier an leichter siedender Substanz) zu<br />
erhalten, muß noch mit den entsprechenden Konzentrationsfaktoren multipliziert werden:<br />
Dx0<br />
[A.69]<br />
y Konzentration der leichter siedenden Substanz im Dampf an einer beliebigen Stelle der Kolonne;<br />
x Konzentration der leichter siedenden Substanz in der flüssigen Phase an einer beliebigen Stelle der<br />
Kolonne;<br />
*n Konzentration der leichter siedenden Substanz im Destillat<br />
Durch Einsetzen von [A.68] läßt sich [A.69] umformen:<br />
Rx , Dx0<br />
R + D<br />
[AJOa]<br />
Durch Multiplikation von Zähler und Nenner der Brüche mit l/D und Einführung des Rücklaufverhältnisses<br />
v = R/D erhält man:<br />
Das ist die Gleichung einer Geraden mit der Steigung v/(l +v) und dem Ordinatenabschnitt xDl(\ + v).<br />
Bei der graphischen Bestimmung der theoretischen Bodenzahl tritt diese Gerade an die Stelle der 45°-<br />
Linie der Abbildung A.65, und die Trennstufenkurve muß nunmehr zwischen diese „Arbeitslinie" und die<br />
Gleichgewichtskurve eingezeichnet werden. Die Verhältnisse sind in Abbildung A.71 wiedergegeben.<br />
Abb. AJl<br />
Graphische Ermittlung der theoretischen<br />
Bodenzahl bei gleichzeitiger Destillatabnahme<br />
Die Konzentration XD ist gegeben (gewünschte Destillatreinheit). Die Arbeitslinie geht von dem Punkt<br />
der 45°-Linie mit dem Abszissenwert XD aus und besitzt eine vom Rücklaufverhältnis abhängende Steigung.<br />
In Abbildung A.71 sind drei Fälle eingezeichnet.<br />
Die Gerade mit dem Ordinatenabschnitt A2 geht durch den Punkt der Gleichgewichtskurve mit dem<br />
Abszissenwert XB. In diesem Falle müßten unendlich viele Stufen eingezeichnet werden, bei dem zugehörigen<br />
Rücklaufverhältnis sind also unendlich viele Böden für die Trennung notwendig. Dieses Rücklaufverhältnis<br />
wird deshalb auch als Mindestrücklaufverhältnis bezeichnet.
50 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Die Arbeitslinie mit dem Ordinatenabschnitt A3 läßt eine Anreicherung auf XD überhaupt nicht mehr<br />
zu. Die Arbeitslinie mit dem Ordinatenabschnitt Aj dagegen kennzeichnet einen praktisch realisierbaren<br />
Fall (gezeichnete Treppenkurve).<br />
Man erkennt, daß die Trennung mit um so weniger Trennstufen möglich ist, je größer das Rücklaufverhältnis<br />
ist, d. h. je kleiner der Ordinatenabschnitt wird. Bei unendlichem Rücklaufverhältnis geht die<br />
Arbeitslinie in die 45°-Linie über, womit sich gleichzeitig die Mindestbodenzahl für die betreffende Trennung<br />
ergibt. Innerhalb der beiden Grenzen Mindestbodenzahl und Mindestrücklaufverhältnis kann man<br />
eine fehlende Bodenzahl durch Erhöhung des Rücklaufverhältnisses ausgleichen und umgekehrt.<br />
120<br />
100<br />
u<br />
80<br />
O 4 8 12<br />
Destillatmenge in ml •<br />
16 20<br />
Abb. A.72<br />
Siedekurve eines Benzen-Toluen-<br />
Gemisches<br />
Abbildung A.72 zeigt, wie sich die bisher geschilderten Verhältnisse auf die destillative<br />
Trennung eines Benzen-Toluen-Gemisches (^Kp = 3O 0 C) auswirken, (a) stellt die Siedekurve<br />
dar, die bei einer einfachen Destillation ohne Kolonne erhalten wird. Die Trennwirkung einer<br />
solchen Destillation kann man einem theoretischen Boden gleichsetzen. Man sieht, daß keine<br />
der Komponenten rein isoliert werden konnte. Die Wirkung einer Kolonne (mit etwa 12 theoretischen<br />
Trennstufen, Rücklaufverhältnis 1:10) ist aus (b) ersichtlich. Der Einfluß des Rücklaufverhältnisses<br />
auf die Schärfe der Trennung wird aus einer Gegenüberstellung von (b) und<br />
(c) deutlich. In (c) wurde mit der gleichen Kolonne destilliert, aber hier wurde die gesamte am<br />
oberen Ende der Kolonne anfallende Dampfmenge als Destillat abgenommen.<br />
2.3.3.2. Durchführung der Rektifikation<br />
Eine Rektifikationsapparatur besteht aus folgenden Teilen (Abb. A.73):<br />
- Kolben (Blase) zum Verdampfen der Flüssigkeit („Sumpf")<br />
- Kolonne<br />
- Kolonnenkopf; hier erfolgt die Messung der Temperatur, die Kondensation des Dampfes<br />
und die Teilung des Kondensats in Rücklauf und Destillat<br />
- Vorlage; beim Arbeiten im Vakuum ist eine Einrichtung zum Wechseln der Fraktionen<br />
unter Vakuum nötig (Anschütz-Thiele-Vorlage).<br />
Als Kolonnen kommen neben den bereits erwähnten Bodenkolonnen (Abb. A.65,b) leere<br />
Rohre und deren Modifikationen in Frage: Vigreux-Kolonnen (Abb. A.73) und Spaltrohrkolonnen<br />
(Abb. A.74), Kolonnen mit Drahtnetzeinsätzen, Füllkörperkolonnen (Abb. A.75) und<br />
Kolonnen mit rotierenden Einsätzen (Abb. A.34b und A.34c). Der für die Rektifikation notwendige<br />
Wärme- und Stoffaustausch zwischen Dampfphase und flüssiger Phase ist um so größer<br />
und die Wirksamkeit der Kolonne um so höher, je größer die Grenzfläche zwischen den<br />
beiden Phasen ist. Die Wahl der Kolonne richtet sich nach der Schwierigkeit der Trennung, der<br />
zu destillierenden Menge und dem Druckbereich, in dem destilliert werden soll.<br />
Die Schwierigkeit der Trennung ist abhängig von der relativen Flüchtigkeit (a) der Komponenten<br />
oder in erster Näherung von ihrer Siedetemperaturdifferenz (vgl. Abb. A.67), der Konzentration<br />
der Komponenten im Gemisch und der gewünschten Destillatreinheit. Man mache<br />
sich die Zusammenhänge an Hand der Gleichgewichtskurve klar (Abb. A.66).
Abb. A.73<br />
Rektifikationsapparatur<br />
A. 2.3. Destillation und Rektifikation 51<br />
Abb. A.74<br />
Spaltrohr-Kolonne nach FISCHER; Längs- und<br />
Querschnitt<br />
l Ringspalt für aufsteigendem Dampf;<br />
2 wendeiförmige Nuten des inneren Rohres;<br />
3 wendeiförmige Nuten des äußeren<br />
Rohres (in entgegengesetzter Profilierung<br />
zum inneren Rohr)<br />
Abb. A.75<br />
Füllkörper<br />
a) Raschig-Ring;<br />
b) Braunschweiger Wendel;<br />
c) Sattelkörper;<br />
d) Drahtgeflechtröllchen<br />
Die zu destillierende Menge muß im richtigen Verhältnis zur Größe der Kolonne stehen. Es<br />
ist ohne weiteres einzusehen, daß man 10 ml eines Gemisches nicht über eine Kolonne mit<br />
einem Querschnitt von 50 mm destillieren wird.<br />
Es kann aber auch mit einer Kolonne von 10 mm Durchmesser und der für die Trennung erforderlichen<br />
Wirksamkeit der Fall eintreten, daß nur ein Teil der höher siedenden Komponente gewonnen werden<br />
kann, da die Kolonne zuviel Flüssigkeit „zurückhält". Die Kolonne hat, wie man sagt, einen zu großen<br />
Betriebsinhalt. Dieser ist in einer arbeitenden Destillationsapparatur definiert als Substanzmenge (Dampf<br />
und Flüssigkeit) zwischen der Flüssigkeitsoberfläche im Kolben und dem Kühler. Den im Kolben und in<br />
der Kolonne zurückgehaltenen Anteil der schwerer siedenden Komponente kann man übertreiben, indem
52 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
man in den Destillationskolben einen „Schlepper" gibt, d. h. einen Stoff, dessen Siedepunkt genügend weit<br />
über dem der zurückgehaltenen Komponente liegt und der mit dieser kein Azeotrop bildet.<br />
Die Größe des Betriebsinhalts der Kolonne wirkt sich auch auf die Schärfe der Trennung<br />
aus. Es gilt die Regel, daß die Menge jeder rein zu isolierenden Komponente im Ausgangsgemisch<br />
mindestens das Zehnfache des Betriebsinhalts der Kolonne betragen soll. Zur Destillation<br />
geringer Mengen und für analytische Destillationen verwendet man deshalb Kolonnen<br />
mit möglichst geringem Betriebsinhalt (leeres Rohr; Spaltrohrkolonne, Vigreux-Kolonne,<br />
Drehbandkolonne; vgl. Tab.A.76).<br />
Für Destillationen im Vakuum kommt es auf einen möglichst niedrigen Wert des Druckverlustes<br />
der Kolonne an, da sich der Druck im Destillationskolben nicht unter diesen Wert senken<br />
läßt: Beträgt der Druckverlust einer Kolonne z. B. l kPa (7,5 Torr) und mißt man am Kolonnenkopf<br />
ein Vakuum von 0,1 kPa (0,75 Torr), so herrscht im Destillationskolben ein Druck von<br />
1,1 kPa (8 Torr). Temperaturempfindliche Stoffe können sich dann schon zersetzen.<br />
Tabelle A. 76<br />
Kolonnentypen<br />
Kolonnenart<br />
Leeres Rohr<br />
Vigreux-Kolonne<br />
(Abb. A.73)<br />
Spaltrohrkolonne<br />
(Abb. A.74)<br />
Kolonnen mit Drahtnetz-Einsätzen<br />
Drehbandkolonne<br />
(Abb. A.34c)<br />
Füllkörperkolonne<br />
mit Glaskugeln<br />
3x3 mm<br />
Füllkörperkolonne<br />
mit Sattelkörpern<br />
(Porzellan)<br />
4 x 4mm<br />
6 x 6mm<br />
(Abb. A.75c)<br />
Durchmesser<br />
in mm<br />
24<br />
6<br />
6<br />
Belastung<br />
in ml • h -1<br />
400<br />
115<br />
10<br />
Trennstufenhöhe<br />
in cm<br />
15<br />
15<br />
U<br />
Bemerkungen<br />
Geringer Betriebsinhalt und geringer<br />
Druckverlust;gut geeignet für<br />
Vakuum- und Halbmikrodestilla-<br />
tion; geringe Wirksamkeit; extrem<br />
niedrige Belastungen und damit<br />
gute Wirksamkeit nur sehr schwierig<br />
realisierbar; Wirksamkeit sinkt<br />
mit steigendem Durchmesser<br />
(warum?).<br />
24 510 11,5 Ähnliche Daten wie leeres Rohr,<br />
12 294 7,7 aber durch größere Oberfläche<br />
12 54 5,4 etwas bessere Wirksamkeit, höherer<br />
Betriebsinhalt und Druckverlust;<br />
geeignet für Vakuum- und Halbmikrodestillation.<br />
700 l ,7 Hohe Trennleistung und Belastbar-<br />
300 0,8 keit; sehr geringer Betriebsinhalt<br />
200 0,6 und Druckverlust; für Halbmikround<br />
Vakuumdestillationen sehr gut<br />
geeignet.<br />
15...30 500 1,2...3 Gute Wirksamkeit und Belastbarkeit.<br />
5...1O 50...200 l ,9...2J Geringer Betriebsinhalt und Druckverlust;<br />
für Halbmikro- und Vakuumdestillationen<br />
gut geeignet<br />
24 100...800 6,0 Hohe Belastbarkeit bei Normaldruck;<br />
Wirksamkeit weitgehend<br />
unabhängig von Belastung; großer<br />
Betriebsinhalt; für Vakuum und<br />
Halbmikromengen ungeeignet<br />
Für Grobvakuum besser geeignet<br />
als die anderen hier angeführten<br />
Füllkörper (geringer Strömungswi-<br />
30 400 5,3 derstand); hohe Belastbarkeit; gro-<br />
30 400 8,2 ßer Betriebsinhalt
Tabelle A. 76 (Fortsetzung)<br />
Kolonnenart<br />
Füllkörperkolonne<br />
mit Raschig-Ringen<br />
4,5 x 4,5 mm<br />
(Abb. A.75a)<br />
Füllkörperkolonne<br />
mit Braunschweiger<br />
Wendeln 2x2 mm<br />
4 x 4mm<br />
(Abb. A.75b)<br />
Glockenbodenkolonne<br />
(vgl. Abb. A.65b)<br />
Durchmesser<br />
in mm<br />
24<br />
24<br />
24<br />
24<br />
24<br />
18...25<br />
Belastung<br />
in ml • h -1<br />
600<br />
500<br />
400<br />
500<br />
500<br />
500<br />
A. 2.3. Destillation und Rektifikation 53<br />
Trennstufenhöhe<br />
in cm<br />
8,2<br />
7,6<br />
7,0<br />
1,95<br />
2,86<br />
2...3<br />
Bemerkungen<br />
Geringste Wirksamkeit von allen<br />
Füllkörpern; für Vakuum schlecht<br />
geeignet; großer Betriebsinhalt<br />
Hohe Wirksamkeit; mäßige Belastbarkeit;<br />
hoher Druckverlust; großer<br />
Betriebsinhalt<br />
Hohe Belastbarkeit; hoher Betriebsinhalt<br />
und Druckverlust; für Destillationen<br />
größerer Mengen (>1 1) bei<br />
Normaldruck<br />
In Tabelle A.76 sind die für die Praxis wichtigen Kolonnenarten aufgeführt. Die Wirksamkeit<br />
wird durch die Trennstufenhöhe ausgedrückt; das ist die Höhe in cm, die einem theoretischen<br />
Boden entspricht. Die Trennstufenhöhe einer gegebenen Kolonne ist von der Belastung<br />
1 ) abhängig: Bei den meisten Kolonnentypen steigt die Trennstufenhöhe (sinkt die Wirksamkeit)<br />
mit zunehmender Belastung. Bei einem bestimmten Wert der Belastung kann der<br />
Rücklauf nicht mehr zum Siedekolben abfließen und wird durch den entgegenkommenden<br />
Dampf in der Kolonne in der Schwebe gehalten. Die Kolonne „flutet" bzw. „staut". Unter diesen<br />
Bedingungen ist natürlich keine Rektifikation mehr möglich.<br />
Die Belastbarkeit aller Kolonnen ist im Vakuum geringer, da das Dampfvolumen einer gegebenen<br />
Substanzmenge und damit die Dampfgeschwindigkeit dem Druck umgekehrt proportional<br />
sind. Die Kolonne flutet also bereits bei geringerer Belastung als unter Normaldruck.<br />
Bei Vakuumrektifikationen ist außerdem dafür zu sorgen, daß der Druck während der<br />
Destillation konstant bleibt. Das läßt sich mit Hilfe von Manostaten erreichen (vgl. A.l.9.1.).<br />
Die optimale Leistung einer Kolonne wird bei adiabatischer Arbeitsweise erreicht, d. h. die<br />
Wärmeverluste durch Konvektion, Wärmeleitung und Wärmestrahlung müssen auf ein Mindestmaß<br />
herabgesetzt werden. Bei Destillation von Stoffen mit einem Siedepunkt bis zu etwa<br />
8O 0 C genügt oft das Einbetten der Kolonne in Glas- oder Schlackenwolle oder Isolieren mit<br />
geeigneten Schaumstoffschalen bzw. mit einem einfachen Luftmantel (vgl. Abb. A.73). Einen<br />
besseren Schutz gegen Wärmeverluste bieten versilberte Vakuummäntel oder elektrische<br />
Heizmäntel. Diese sollen die Wärmeverluste kompensieren, nicht jedoch die Kolonne aufheizen.<br />
Man hält deshalb die Temperatur des Heizmantels etwas unter der Kolonneninnentemperatur.<br />
Das für die Trennung notwendige Rücklaufverhältnis läßt sich graphisch nach der in<br />
A.2.3.3.1. geschilderten Methode ermitteln. Das für Laborzwecke optimale Rücklaufverhältnis<br />
ist etwa gleich der Zahl der für die Trennung notwendigen theoretischen Böden. Wenn die<br />
Kolonne mehr theoretische Böden besitzt, als zur Trennung erforderlich sind, kann das Rücklaufverhältnis<br />
auch kleiner gewählt werden. Zur Realisierung eines bestimmten Rücklaufverhältnisses<br />
dienen Kolonnenköpfe. Ohne Kolonnenkopf kommt man im allgemeinen nur bei<br />
sehr leichten Trennaufgaben aus, beispielsweise bei Siedepunktsdifferenzen von mehr als etwa<br />
40 0 C, wenn keine größere Destillatreinheit als ungefähr 95 % erforderlich ist.<br />
Am gebräuchlichsten sind Kolonnenköpfe mit totaler Kondensation des Dampfes (Abb.<br />
A.73). Dieses Kondensat wird bei einfachen und für die meisten Zwecke ausreichenden Aus-<br />
1 J Die Belastung oder den Durchsatz einer Kolonne kennzeichnet man durch die Flüssigkeitsmenge, die in der<br />
Zeiteinheit im Destillationskolben verdampft wird; sie ist gleich der Summe aus Destillat und Rücklauf.
54 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
führungsformen durch einen Hahn in Rücklauf und Destillat geteilt. Das Rücklaufverhältnis<br />
ergibt sich mit genügender Genauigkeit als das Verhältnis der Tropfenzahl bei A und B (Abb.<br />
A.73). Die Einstellung wird durch Einkerbungen am Hahn erleichtert (vgl. Abb. A.22).<br />
In der Technik wird an Stelle von Kolonnenköpfen oft mit sog. Dephlegmatoren gearbeitet. Diese wirken<br />
als Kühler und kondensieren einen Teil des Dampfs, noch bevor er das obere Ende der Kolonne erreicht.<br />
Der im Dephlegmator nicht kondensierte Dampf gelangt in den Produktkühler. Da die höher siedenden<br />
Anteile partiell kondensiert werden, besitzt der Dephlegmator eine gewisse Trennwirkung, die in der<br />
Größenordnung weniger theoretischer Trennstufen liegt. Die Einstellung eines bestimmten Rücklaufverhältnisses<br />
ist bei einem Dephlegmator sehr schwierig; deshalb wird er im Laboratorium meistens nicht verwendet.<br />
Für bestimmte Zwecke, z. B. beim Abdestillieren niedrig siedender Stoffe aus einem Reaktionsgemisch,<br />
kann jedoch mit Vorteil der sog. Hahn-Aufsatz (s.Abb. A.77) verwendet werden, der im Prinzip<br />
einen Dephlegmator darstellt. Das Gefäß A wird mit einer Flüssigkeit gefüllt, die einen ähnlichen Siedepunkt<br />
besitzt wie die abzudestillierende Substanz, am einfachsten mit dieser selbst.<br />
Abb. A.77<br />
Hahn-Aufsatz<br />
2.3.4. Wasserdampfdestillation<br />
Der Dampfdruck eines Gemisches zweier ineinander gelöster Stoffe ergibt sich aus den<br />
Dampfdrücken der Komponenten nach dem Raoultschen Gesetz [A.48]. Er liegt, von azeotropen<br />
Gemischen abgesehen, zwischen den Dampfdrücken der reinen Komponenten, die Siedetemperatur<br />
des Gemisches also zwischen den Siedetemperaturen der Einzelstoffe. Sind zwei<br />
Stoffe dagegen ineinander unlöslich, so beeinflussen sich auch ihre Dampfdrücke nicht.<br />
PA=/ 3 !* 1 ) P = PA + PB<br />
PB = PB [A.78]<br />
Der Gesamtdruck p über dem heterogenen Gemisch ergibt sich einfach aus der Summe der<br />
Dampfdrücke der Komponenten. Er ist also größer als der Dampfdruck jeder Einzelkomponente,<br />
und die Siedetemperatur eines solchen Gemisches liegt stets tiefer als die Siedetemperatur<br />
des niedrigst siedenden Bestandteils.<br />
Die Zusammensetzung des Destillats ist von der absoluten Menge der Komponenten nicht<br />
abhängig. Die beiden Stoffe finden sich darin im Verhältnis ihrer Dampfdrücke (bei der Siedetemperatur):<br />
StoffmengeA _ PA<br />
StoffmengeB ~ PB<br />
Gleichung [A.79] ist in der Mehrzahl der Fälle jedoch nur angenähert gültig, da die Voraussetzung<br />
der gegenseitigen Unlöslichkeit nicht völlig verwirklicht ist.<br />
1 J Bedeutung der Symbole vgl.[A.48].
A. 2.3. Destillation und Rektifikation 55<br />
Der praktisch wichtigste Fall einer solchen Zweiphasendestillation ist die Wasserdampfdestillation:<br />
Ein in Wasser (weitgehend) unlöslicher Stoff wird im Gemisch mit Wasser destilliert<br />
bzw. Wasserdampf in die Mischung eingeleitet. Auf diese Weise können auch Stoffe mit<br />
einer weit über 10O 0 C liegenden Siedetemperatur schonend destilliert werden.<br />
Eine Wasserdampfdestillation führt man in einer Destillationsapparatur nach Abbildung<br />
A.80 durch. Wäßrige Lösungen erhitzt man vorher zweckmäßig bis nahe zum Sieden und<br />
unterstützt den Destillationsvorgang vor allem bei länger dauernden Versuchen auch während<br />
des Dampfeinleitens durch Heizen mit dem Brenner. Man vermeidet so, daß sich das Flüssigkeitsvolumen<br />
zu stark vergrößert.<br />
Dampfkanne<br />
mit<br />
Steigrohr<br />
Abb. A.80<br />
Wasserdampfdestillation<br />
- Heizquellen<br />
Wegen der großen Kondensationswärme des Wassers muß ein sehr wirksamer Kühler verwendet<br />
werden. Man destilliert in der Regel so lange, bis sich das Destillat nicht mehr in zwei<br />
Phasen trennt. Dann wird die Verbindung zwischen Dampfrohr und Einleitungsrohr gelöst,<br />
bevor man die Dampfzufuhr unterbricht (warum?).<br />
Abb. A.81<br />
Wasserdampfdestillation kleiner Substanzmengen
56 A. Einführung in die Laboratoriumstechrak<br />
Kleinere Substanzmengen können aus der in Abbildung A.81 gezeigten Apparatur mit Wasserdampf<br />
destilliert werden. Das Einblasen von Dampf erübrigt sich hier häufig; es genügt, die<br />
Substanz mit Wasser zum Sieden zu erhitzen.<br />
2.3.5. Azeotrope Destillation<br />
Viele Stoffe bilden miteinander azeotrope Gemische (vgl. Tab.A.82), d. h., bei einem<br />
bestimmten Mischungsverhältnis besitzen sie ein Siedetemperaturmaximum oder -minimum.<br />
Ein azeotropes Gemisch läßt sich durch Destillation nicht in seine Komponenten trennen, da<br />
Flüssigkeits- und Dampfphase dieselbe Zusammensetzung besitzen (vgl. auch A.2.3.3. und<br />
Abb. A.66). Bekannte Azeotrope sind z. B. die „konstant siedende Brom Wasserstoff säure"<br />
(Kp. 126 0 C, Siedetemperaturmaximum) und 96%iger wäßriger Alkohol (Kp. 78,15 0 C, Siedetemperaturminimum)<br />
.<br />
Tabelle A.82<br />
Häufig vorkommende azeotrope Gemische<br />
Azeotropes Gemisch<br />
Wasser-Ethanol<br />
Wasser-Ethylacetat<br />
Wasser- Ameisensäure<br />
Wasser-Dioxan<br />
Wasser-Tetrachlorkohlenstoff<br />
Wasser-Benzen<br />
Wasser-Toluen<br />
Ethanol-Ethylacetat<br />
Ethanol-Benzen<br />
Ethanol-Chloroform<br />
Ethanol-Tetrachlorkohlenstoff<br />
Ethylacetat-Tetrachlorkohlenstoff<br />
Methanol-Tetrachlorkohlenstoff<br />
Methanol-Benzen<br />
Toluen-Essigsäure<br />
Ethanol-Benzen- Wasser<br />
Siedetemperatur<br />
der<br />
Komponenten<br />
in 0 C<br />
100<br />
100<br />
100<br />
100<br />
100<br />
100<br />
100<br />
78,3<br />
78,3<br />
78,3<br />
78,3<br />
78<br />
64,7<br />
64,7<br />
110,6<br />
78,3<br />
78,3<br />
78<br />
100,7<br />
101,3<br />
77<br />
80,6<br />
110,6<br />
78<br />
80,6<br />
61,2<br />
77<br />
77<br />
77<br />
80,6<br />
118,5<br />
80,6 100<br />
Azeotrop-<br />
Zusammensetzung<br />
in Masse- %<br />
4<br />
9<br />
23<br />
20<br />
4<br />
9<br />
20<br />
30<br />
32<br />
7<br />
16<br />
43<br />
21<br />
39<br />
72<br />
19<br />
96<br />
91<br />
77<br />
80<br />
96<br />
91<br />
80<br />
70<br />
68<br />
93<br />
84<br />
57<br />
79<br />
61<br />
28<br />
74<br />
Azeotrop-<br />
Siedetemperatur<br />
in 0 C<br />
78,15<br />
70<br />
107,3<br />
87<br />
66<br />
69,2<br />
84,1<br />
72<br />
68,2<br />
59,4<br />
64,9<br />
75<br />
55,7<br />
48,3<br />
Ip5,4<br />
7 64,9<br />
Die Azeotropbildung kann man ausnutzen, um einen Stoff aus einem Gemisch „herauszuschleppen".<br />
Wichtig ist die azeotrope Trocknung: Man setzt der zu trocknenden Substanz einen<br />
Stoff zu, der mit Wasser ein Azeotrop bildet und mit Wasser in der Kälte nicht mischbar ist,<br />
z. B. Benzen, und erhitzt in einer Apparatur nach Abbildung A.83,a zum Sieden. Das Wasser<br />
geht mit dem Benzen azeotrop über und scheidet sich beim Abkühlen in Tropfen aus, die im<br />
graduierten Rohr des Wasserabscheiders nach unten sinken. Auf diese Weise ist das Ende der<br />
Wasserabscheidung leicht zu erkennen sowie die Wassermenge meßbar. Bei chemischen<br />
Umsetzungen, bei denen Wasser entsteht, kann man daher den Fortgang der Reaktion gut<br />
beobachten; durch die dauernde Entfernung des Reaktionswassers wird darüber hinaus das<br />
Gleichgewicht im gewünschten Sinne verschoben.<br />
Gebräuchliche „Wasserschlepper" sind Benzen, Toluen, Xylen, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff.<br />
Da die beiden letzten spezifisch schwerer sind als Wasser, muß hier ein Wasserabscheider<br />
nach Abbildung A.83,b verwendet werden. Das graduierte Rohr wird vor Beginn des<br />
Erhitzens durch Ansaugen mit dem betreffenden Schleppmittel gefüllt. Sollen größere Wassermengen<br />
abdestilliert werden, eignet sich das in Abbildung A.83,c abgebildete Gerät besser, da
Abb. A.83<br />
Wasserabscheider<br />
A. 2.4. Sublimation 57<br />
es ein kontinuierliches Ablaufen des Wassers ermöglicht. Das Gerät arbeitet nur dann einwandfrei,<br />
wenn es genau senkrecht eingespannt und erst durch das Destillat gefüllt wird.<br />
Die genannten Lösungsmittel selbst lassen sich also bei nicht zu hohen Ansprüchen einfach<br />
durch Destillieren trocknen, indem man die ersten, trüb übergehenden Anteile des Destillats<br />
verwirft.<br />
2.4. Sublimation<br />
Auch der Dampfdruck fester Stoffe erhöht sich mit steigender Temperatur. Viele Substanzen<br />
kann man, ohne sie zu schmelzen, verdampfen und die Dämpfe direkt in fester Form kondensieren.<br />
Man spricht dann von Sublimation.<br />
Die Sublimationstemperatur ist die Temperatur, bei der der Dampfdruck des festen Stoffs<br />
gleich dem äußeren Druck ist. Bei dieser Temperatur verdampfen die Kristalle auch im Inneren,<br />
zerplatzen und verunreinigen u. U. das Sublimat. Man führt deshalb Sublimationen meist<br />
bei einer Temperatur aus, die unter der Sublimationstemperatur liegt, so daß der Dampfdruck<br />
kleiner als der äußere Druck bleibt. Die Trennwirkung bei Substanzen mit geringen Dampfdruckunterschieden<br />
ist im allgemeinen nicht hoch.<br />
Einen Hinweis auf Sublimierbarkeit einer Substanz erhält man bei der Beobachtung des<br />
Schmelzvorganges unter dem Mikroskop (vgl. 3.1.2). Am oberen Deckgläschen scheiden sich<br />
noch vor Erreichen der Schmelztemperatur Kristalle ab.<br />
Eine einfache Sublimationsapparatur besteht aus einer Porzellanschale und darübergestelltem<br />
Trichter (Abb. A.84,a). Der Trichter soll einen etwas kleineren Durchmesser als die Schale
58 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
haben. Das Trichterrohr wird mit Watte lose verschlossen. Damit das Sublimat nicht in die<br />
Schale zurückfallen kann, bedeckt man diese mit einem Rundfilter, das an einigen Stellen<br />
durchlöchert ist.<br />
a) b) c)<br />
Abb. A.84<br />
Sublimationsapparaturen<br />
Bei Normaldruck nicht oder nur sehr langsam sublimierende Stoffe lassen sich oft im<br />
Vakuum sublimieren. Hierfür kann man die Apparatur nach A.84,b und c benutzen. Apparatur<br />
erschütterungsfrei öffnen (Schliff erwärmen!), damit das Sublimat nicht vom Kühler abfällt!<br />
Die Entfernung der Kühlfläche vom Sublimationsraum soll möglichst gering sein (höhere<br />
Sublimationsgeschwindigkeit!). Da die Sublimation von der Oberfläche her erfolgt, sollte die<br />
eingesetzte Substanz stets sehr fein gepulvert werden. Durch höhere Temperatur läßt sich zwar<br />
eine größere Sublimationsgeschwindigkeit erreichen, dadurch entsteht aber auch ein feinkristallines<br />
und meist weniger reines Sublimat.<br />
Die Sublimation bietet gegenüber der Kristallisation oft Vorteile: Sie liefert meistens sehr<br />
saubere Produkte, und es können auch kleinste Mengen noch bequem sublimiert werden.<br />
2.5. Extraktion und Verteilung<br />
Unter Extraktion versteht man die Überführung eines Stoffs aus einer Phase, in der er gelöst<br />
oder suspendiert ist, in eine andere flüssige Phase. Diese Überführung ist möglich, weil sich der<br />
Stoff in einem bestimmten Verhältnis auf die beiden Phasen verteilt. Der Begriff „Verteilung"<br />
wird in der wissenschaftlichen Literatur nicht einheitlich gebraucht. Im weiteren Sinne versteht<br />
man darunter die Verteilung zwischen beliebigen, im engeren Sinne die Verteilung zwischen<br />
zwei flüssigen Phasen.<br />
Die Verteilung eines gelösten Stoffs auf zwei flüssige Phasen wird durch den Nernstschen<br />
Verteilungssatz bestimmt:<br />
S=* t A - 85 i<br />
Ist ein Stoff in zwei nicht miteinander mischbaren und im Gleichgewicht stehenden flüssigen Phasen A<br />
und B gelöst, so ist das Verhältnis seiner Konzentration in den beiden Phasen (CA und CB) bei einer<br />
bestimmten Temperatur eine Konstante (Verteilungskoeffizient K). In der gegebenen Form gilt der Nernstsche<br />
Verteilungssatz nur für geringe Konzentrationen (ideale Verhältnisse) und wenn der gelöste Stoff in<br />
beiden Phasen den gleichen Assoziationszustand besitzt.<br />
Die Extraktion eines Stoffes ist demzufolge dann leicht möglich, wenn er im Extraktionsmittel viel leichter<br />
löslich ist als in der anderen Phase, der Verteilungskoeffizient also einen von l stark abweichenden<br />
Wert hat.<br />
Bei Substanzen mit Verteilungskoeffizienten von K < 100 (wenn bei der Definition von K nach [A.85]<br />
die Konzentration im Extraktionsmittel mit CA bezeichnet wird) reicht eine einfache Extraktion nicht aus.<br />
In diesen Fällen muß die Extraktion mit frischem Lösungsmittel mehrmals wiederholt werden.<br />
Zwei Substanzen (mit den Verteilungskoeffizienten K1 und K2) verteilen sich im Idealfall unabhängig<br />
voneinander auf die beiden flüssigen Phasen.
A. 2.5. Extraktion und Verteilung 59<br />
Sind die Unterschiede ihrer Verteilungskoeffizienten genügend groß, lassen sie sich daher durch einfache<br />
Extraktion trennen. Die Schwierigkeit der Trennung wird durch den Trennfaktor ß (ß > 1; d. h., man dividiert<br />
den größeren Verteilungskoeffizienten durch den kleineren) bestimmt:<br />
K1<br />
K2<br />
[A.86]<br />
Man vgl. mit der relativen Flüchtigkeit a bei der Destillation, [A.52].<br />
Die beiden Substanzen lassen sich nur dann befriedigend durch einfache Extraktion trennen, wenn<br />
ß > 100 ist. Zur Trennung von Gemischen mit ß < 100 müssen multiplikative Verteilungsverfahren angewendet<br />
werden (vgl. A.2.5.3.).<br />
Ähnliche Verhältnisse lassen sich auch bei der Verteilung zwischen beliebigen anderen Phasen erwarten.<br />
Der Stoffaustausch ist bei allen Verteilungsverfahren nur an der Phasengrenzfläche möglich. Um die Einstellung<br />
des Gleichgewichts zu beschleunigen, ist daher die Phasengrenzfläche möglichst groß zu gestalten.<br />
Flüssigkeiten werden geschüttelt oder durch Fritten fein verteilt, Feststoffe vor der Extraktion pulverisiert.<br />
Dennoch wird in vielen praktischen Fällen, besonders wenn feste Phasen beteiligt sind, das Verteilungsgleichgewicht<br />
nicht vollständig erreicht.<br />
2.5.1. Extraktion von Feststoffen<br />
2.5.1.1. Einmalige einfache Extraktion<br />
Man erhitzt die Substanz mit dem Lösungsmittel im Kolben unter Rückfluß, filtriert in der<br />
Hitze oder dekantiert. Bei kleinen Substanzmengen arbeitet man im Reagenzglas mit eingehängtem<br />
Kühlfinger bzw. aufgesetztem Steigrohr.<br />
2.5.1.2. Wiederholte einfache Extraktion<br />
Um die Extraktion zu vervollständigen, muß man im allgemeinen die beschriebene Operation<br />
mehrmals wiederholen. Hierfür verwendet man zweckmäßig automatisch arbeitende Apparaturen.<br />
Solche bestehen aus einem Kolben, einem Extraktionsaufsatz und einem Rückflußkühler.<br />
Das im Kolben befindliche Lösungsmittel wird teilweise verdampft; das Kondensat<br />
Abb. A.87<br />
Durchflußextraktor<br />
Abb. A.88<br />
Soxhlet-Extraktor<br />
Abb. A.89<br />
Halbmikroextraktion
60 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
tropft auf das in einer Extraktionshülse befindliche Extraktionsgut und wird anschließend in<br />
den Kolben zurückgeführt. Dabei reichert sich die abzutrennende Komponente im Lösungsmittel<br />
an.<br />
Extraktionsaufsätze<br />
Im Durchflußextraktor (Abb. A.87) wird die Substanz von dem im Kühler kondensierten, noch<br />
heißen Lösungsmittel ständig durchrieselt; die Extraktionslösung strömt kontinuierlich in den<br />
Kolben.<br />
Der Soxhlet-Extraktor (Abb. A.88) unterscheidet sich vom Durchflußextraktor durch ein<br />
seitlich angebrachtes Heberohr, das die Extraktionslösung jeweils erst in den Kolben zurückführt,<br />
sobald der Flüssigkeitsstand im Extraktionsraum das obere Heberknie erreicht hat. Das<br />
Extraktionsgut soll spezifisch schwerer sein als das Lösungsmittel.<br />
Zur Halbmikroextraktion und zur Extraktion mit hochsiedenden Lösungsmitteln verwendet<br />
man als Extraktionshülse eine Glasfritte (Abb. A.89). Sie wird am Rückflußkühler so befestigt,<br />
daß sie im Lösungsmitteldampf des Kolbens hängt und gleichzeitig vom kondensierten<br />
Lösungsmittel durchrieselt wird. Halbmikroextraktionen lassen sich auch in den oben beschriebenen<br />
Extraktoren kleinerer Bauart durchführen.<br />
2.5.2. Extraktion von Flüssigkeiten<br />
Die Extraktion von Substanzen aus (meistens wäßrigen) Lösungen ist eine sehr wichtige<br />
Grundoperation in der organischen Laboratoriumspraxis. Die diskontinuierliche Extraktion<br />
wird auch als „Ausschütteln" bezeichnet, die kontinuierliche als „Perforation".<br />
2.5.2.1. Ausschütteln von Lösungen bzw. Suspensionen<br />
Die auszuschüttelnde wäßrige Lösung oder seltener die Suspension wird in einem Scheidetrichter<br />
(Abb. A.90) mit etwa einem Fünftel bis einem Drittel ihres Volumens an Extraktionsmittel<br />
versetzt. Ist dieses brennbar, müssen alle offenen Flammen in der Umgebung gelöscht<br />
werden. Der Scheidetrichter soll höchstens zu etwa zwei Drittel gefüllt sein. Man verschließt<br />
ihn mit einem Stopfen und schüttelt zunächst vorsichtig, wobei man sowohl das Hahnküken als<br />
auch den Stopfen festhält.<br />
Abb. A.90<br />
Scheidetrichter<br />
Dann wird der Scheidetrichter mit dem Auslauf nach oben gerichtet und der Überdruck aufgehoben,<br />
indem man den Hahn vorsichtig öffnet. Schütteln und Lüften müssen so lange wiederholt<br />
werden, bis der Gasraum im Scheidetrichter mit dem Lösungsmitteldampf gesättigt ist<br />
und der Druck unverändert bleibt. Erst jetzt wird etwa l bis 2 Minuten kräftig umgeschüttelt.<br />
Arbeitet man mit stark sauren, basischen oder ätzenden Stoffen, ist unbedingt eine Schutzbrille<br />
zu tragen!
A. 2.5. Extraktion und Verteilung 61<br />
Beim Stehenlassen trennen sich die Phasen. Man läßt die Unterphase durch den Hahn des<br />
Scheidetrichters ab, während die Oberphase stets durch die obere Öffnung ausgegossen wird.<br />
In Zweifelsfällen prüft man, welches die wäßrige Phase ist, indem man einer Phase einen Tropfen<br />
entnimnmt und diesen in etwas Wasser gibt. Bei in Wasser verhältnismäßig leicht löslichen<br />
Substanzen kann man die wäßrige Schicht mit Ammoniumsulfat oder Kochsalz sättigen. Manche<br />
Systeme neigen zur Bildung von Emulsionen. In solchen Fällen schüttelt man den Scheidetrichter<br />
nicht, sondern schwenkt ihn nur. Entstandene Emulsionen lassen sich brechen, wenn<br />
man etwas Antischaummittel oder Pentylalkohol zugibt, die wäßrige Phase mit Kochsalz sättigt<br />
oder die gesamte Lösung filtriert. Das sicherste Mittel ist stets, längere Zeit stehenzulassen.<br />
Die am häufigsten gebrauchten Extraktionsmittel sind:<br />
- leichter als Wasser: Diethylether (niedriger Siedepunkt, leicht brennbar, neigt zur Bildung<br />
explosiver Peroxide, löst sich zu etwa 8% in Wasser), Toluen (brennbar);<br />
- schwerer als Wasser: Methylendichlorid (niedriger Siedepunkt, Kp 41 0 C), Chloroform,<br />
Tetrachlorkohlenstoff (durchweg nicht brennbar).<br />
Beim einfachen einmaligen Ausschütteln kann im günstigsten Fall einer vollständigen<br />
Gleichgewichtseinstellung jeweils nur die durch den Nernstschen Verteilungssatz und die angewandte<br />
Menge Extraktionsmittel festgelegte Menge der zu extrahierenden Substanz in das<br />
Extraktionsmittel übergehen. Aus diesem Grunde muß man im allgemeinen wiederholt ausschütteln.<br />
Substanzen, die in Wasser schwer löslich sind, schüttelt man drei- bis viermal aus,<br />
während die Operation bei gut wasserlöslichen Stoffen u. U. viele Male wiederholt werden<br />
muß. In solchen Fällen ist eine kontinuierliche Extraktion (Perforation, vgl. A.2.5.2.2.) günstiger.<br />
Es ist auch stets zweckmäßiger, mit wenig Lösungsmittel mehrere Male auszuschütteln, als<br />
die ganze Menge Extraktionsmittel auf einmal einzusetzen. Um zu erkennen, ob eine Extraktion<br />
beendet ist, trocknet man eine kleine Menge des letzten Extrakts und dampft das Lösungsmittel<br />
auf einem Uhrglas ab. Bei gefärbten Lösungen erkennt man das Ende der Extraktion<br />
auch häufig daran, daß das Extraktionsmittel bei Wiederholung des Ausschütteins farblos<br />
bleibt.<br />
Die Extraktionslösung muß normalerweise noch von gelösten Fremdstoffen, häufig Säuren<br />
oder Basen, befreit werden. Hierzu „wäscht", d. h. schüttelt man sie mit wäßrigen verdünnten<br />
Lösungen von Laugen (meist Natriumcarbonat bzw. -hydrogencarbonat) oder Säuren und<br />
schließlich mehrfach mit Wasser. Abschließend wird die Extraktionslösung mit geeigneten Mitteln<br />
getrocknet (vgl. A.l.10.2.).<br />
Man achte stets darauf, daß beim Waschen mit Alkalicarbonaten durch entstehendes Kohlendioxid<br />
ein erheblicher Überdruck im Scheidetrichter entstehen kann, so daß mehrfach vorsichtig<br />
entlüftet werden muß.<br />
2.5.2.2. Perforation<br />
Mit Hilfe von Perforatoren (Abb. A.91 und A.92) kann man Flüssigkeiten mit einer sehr geringen<br />
Menge an Extraktionsmittel kontinuierlich „ausschütteln". Das Lösungsmittel wird dabei<br />
in einem Kolben ständig verdampft, in einem Rückflußkühler kondensiert, durchströmt fein<br />
verteilt die zu extrahierende Lösung und fließt durch einen Überlauf in den Siedekolben<br />
zurück. Auf diese Weise sind auch Extraktionen von Substanzen mit Verteilungskoeffizienten<br />
K< l,5 möglich.<br />
Man beachte, daß sich die Phasen beim Erwärmen ausdehnen. Die (kalte) Unterphase darf<br />
deshalb bei Perforatoren für leichte Extraktionsmittel (Abb. A.91,a und A.92) nicht ganz bis<br />
zum Überlauf eingefüllt werden. Bei Perforatoren für schwere Extraktionsmittel (Abb.<br />
A.91,b) muß stets zunächst etwas Unterphase eingefüllt werden, ehe man die zu extrahierende<br />
Lösung zugibt (warum?).
62 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
I<br />
Abb. A.91<br />
Perforatoren<br />
a) für leichte<br />
Extraktionsmittel;<br />
b) für schwere<br />
Extraktionsmittel<br />
Abb. A.92<br />
Halbmikroperforator nach<br />
KUTSCHER-STEUDEL<br />
Geringe Abmessungen bei guter Durchmischung besitzt der Rotationsperforator mit Magnetrührwerk<br />
nach Abb.A.93,a (für leichtere Lösungsmittel als Wasser). Das Lösungsmittel gelangt dampfförmig durch<br />
die Öffnung l in den Kühler, läuft von dort in das rotierende, in der Höhe verstellbare Perforationsrohr (J)<br />
und tritt durch Zentrifugalkraft aus den Löchern (5) unterhalb des Magneten (4) aus. Der verschiebbare,<br />
perforierte Teflonring (2) dient der besseren Phasentrennung; der Füllstand liegt wenig darunter.<br />
Abb.A.93,b zeigt den analogen Perforator für schwerere Lösungsmittel als Wasser.<br />
a) für leichte Extraktionsmittel<br />
Abb. A.93<br />
Rotationsperforatoren<br />
2.5.3. Multiplikative Verteilung<br />
b) für schwere Extraktionsmittel<br />
Bei der multiplikativen Verteilung handelt es sich um eine Vielstufenextraktion, bei der die beiden flüssigen<br />
Phasen im Gegenstrom zueinander bewegt und ständig ins Gleichgewicht gebracht werden. Das heißt,<br />
teilweise mit gelöstem Stoff angereicherter Extrakt kommt mit frischer Substanzlösung in Berührung und<br />
teilweise extrahierte Lösung mit frischem Extraktionsmittel (Abb. A.94a).
3 L ~<br />
1 2 3 4<br />
Nr des Verteilungsgefäßes<br />
Abb. A.94a<br />
Multiplikative Verteilung<br />
E<br />
2<br />
o<br />
|<br />
t/)<br />
A. 2.6. Adsorption 63<br />
K= 3,0<br />
O 10 20 30<br />
Zahl der Verteilungselemente—*><br />
Abb. A.94b<br />
Verteilung bei verschiedenen Verteilungskoeffizienten<br />
Die Methode hat praktische Bedeutung zur Trennung von Substanzgemischen mit Trennfaktoren, die<br />
etwas größer als eins sind.<br />
Multiplikative Verteilung und Extraktion verhalten sich zueinander wie Rektifikation und einfache<br />
Destillation. Auch der Begriff der Trennstufe hat eine analoge Bedeutung.<br />
Das Verhalten einer Substanz bei der multiplikativen Verteilung geht aus Abbildung A.94a hervor. Im<br />
ersten Verteilungsgefäß (z. B. Scheidetrichter) werden 100 Teile der Substanz in der Unterphase gelöst und<br />
mit dem gleichen Volumen Extraktionsmittel (Oberphase, S0) versetzt. Die Phasen müssen stets gegeneinander<br />
abgesättigt sein! Dann wird geschüttelt (durch Doppelpfeil angedeutet), bis sich das Gleichgewicht<br />
eingestellt hat. Bei einem Verteilungskoeffizienten von K=I befinden sich danach je 50 Substanzteile in<br />
der Ober- bzw. Unterphase. Damit ist der erste Verteilungsschritt abgeschlossen. Die Oberphase wird in<br />
das nächste Verteilungselement überführt und mit frischer Unterphase (Cf1), die substanzbeladene Unterphase<br />
mit frischer Oberphase (S1) versetzt. Diesen Vorgang bezeichnet man als erste Überführung. Nach<br />
erneuter Gleichgewichtseinstellung wird wieder überführt (zweite Überführung) usw. Nach drei Überführungen<br />
befinden sich im Verteilungsgefäß l und 4 je 12,5 Teile Substanz, in den Gefäßen 2 und 3 dagegen<br />
37,5 Teile. Das Maximum der Substanzmenge befindet sich also in den mittleren Verteilungsgefäßen. Für<br />
eine größere Anzahl Verteilungsgefäße erhält man für die Substanzverteilung eine Glockenkurve (vgl.<br />
gestrichelte Linie in Abb. A.94b).<br />
Ist der Verteilungskoeffizient einer Substanz von eins verschieden, so verschiebt sich das Substanzmaximum<br />
auf Verteilungselemente mit höherer oder tieferer Nummer. Für K = 3 und K = 0,33 sind die Verhältnisse<br />
in Abbildung A.94b eingezeichnet. Das durch die beiden Kurven dargestellte Ergebnis wird ebenfalls<br />
erhalten, wenn die beiden Substanzen mit K = 3 bzw. K = 0,33 gemeinsam in der Ausgangslösung enthalten<br />
waren, d. h., sie sind durch die Verteilung getrennt (fraktioniert) worden.<br />
Es sind automatische Verteilungsapparaturen mit mehreren hundert Verteilungselementen (Stufen) entwickelt<br />
worden. Zur näheren Unterrichtung vgl. die am Ende des Kapitels genannte Literatur.<br />
2.6. Adsorption<br />
Unter Adsorption versteht man die Anreicherung eines Stoffs an der Oberfläche fester Substanzen.<br />
Die Unterschiede verschiedener Feststoffe in ihrer Affinität zu organischen Verbindungen<br />
werden in der organischen Laboratoriumspraxis zur Trennung von Substanzgemischen ausgenutzt.
64 A. Einführung in die Laboratoriumstechnjk<br />
Der adsorbierende Feststoff wird als Adsorbens oder Adsorptionsmittel bezeichnet, der<br />
adsorbierte Stoff als Adsorbat. Man unterscheidet unpolare und polare Adsorptionsmittel:<br />
- unpolare Adsorptionsmittel: Aktivkohle, gewisse organische Harze (z. B. Wofatit EW),<br />
Molsiebe;<br />
- polare Adsorptionsmittel: Eisenoxid (Fe2Oa), Aluminiumoxid, Kieselgel, Kohlenhydrate<br />
(Stärke, Zucker, Cellulose).<br />
Ihre Wirksamkeit fällt in der angegebenen Reihenfolge.<br />
Von besonderer Bedeutung sind die polaren Adsorptionsmittel. Ihre Affinität zum betreffenden<br />
Adsorbat wächst verständlicherweise mit dessen Polarität. Aus diesem Grunde wird Wasser<br />
besonders fest adsorbiert, und die aktive Oberfläche des Adsorbens ist um so weniger zur<br />
Adsorption anderer, schwächer polarer Stoffe fähig, je mehr sie bereits mit Wassermolekeln<br />
belegt ist. Beim Aluminiumoxid - dem am häufigsten gebrauchten Adsorptionsmittel - lassen<br />
sich mit Hilfe von Testfarbstoffen fünf konventionelle Aktivitätsstufen einstellen 1 ), die den folgenden<br />
Wassergehalt besitzen: I (aktivste Form) 0%, II 3%, III 4,5 bis 6%, IV 9,5%, V 13%.<br />
Aluminiumoxid wird außerdem in neutraler, saurer und basischer Einstellung geliefert.<br />
Die Adsorbierbarkeit organischer Verbindungen wird neben ihrer Polarität außerdem durch<br />
ihre Molekülgröße und ihre Polarisierbarkeit bestimmt. Die einzelnen Stoffklassen ordnen sich<br />
etwa in die folgende Reihe steigender Affinität zu polaren Adsorptionsmitteln: Halogenkohlenwasserstoffe<br />
< Ether < tert. Amine, Nitroverbindungen < Ester < Ketone, Aldehyde < prim.<br />
Amine < Säureamide < Alkohole < Carbonsäuren.<br />
Die gleichen Betrachtungen gelten auch für das Lösungsmittel. Daraus folgt, daß ein organischer<br />
Stoff aus einem unpolaren Lösungsmittel stärker adsorbiert wird als aus einem polaren.<br />
Ein bereits adsorbierter Stoff kann umgekehrt nur dann durch ein Lösungsmittel vom Adsorbens<br />
verdrängt werden, wenn dieses eine größere Affinität zum Adsorbens aufweist. Nach der<br />
Fähigkeit, einen adsorbierten Stoff vom Adsorbens zu lösen (zu „eluieren"), kann man die<br />
Lösungsmittel in einer „eluotropen" Reihe anordnen (Tab. A.95).<br />
Tabelle A.95<br />
Eluotrope Reihe<br />
Pentan<br />
Hexan<br />
Petrolether<br />
Cyclohexan<br />
Schwefelkohlenstoff<br />
Tetrachlorkohlenstoff<br />
Benzen<br />
Diethylether<br />
Chloroform<br />
Methylendichlorid<br />
Tetrahydrofuran<br />
Ethylmethylketon<br />
Aceton<br />
Essigsäureethylester<br />
Acetonitril<br />
Pyridin<br />
Butanol<br />
Ethanol<br />
Methanol<br />
Essigsäure<br />
Wasser<br />
Für Aktivkohle als unpolares Adsorbens sind die Verhältnisse annähernd umgekehrt.<br />
Berücksichtigt werden muß, daß mit der Adsorption stets eine Polarisierung des Moleküls<br />
verbunden ist und dadurch die Empfindlichkeit gegenüber Licht, Luft, Feuchtigkeit und Oxidationsmitteln<br />
gesteigert sein kann.<br />
2.6.1. Entfärben von Lösungen<br />
Beim Entfärben von Lösungen sollen verunreinigende, färbende Nebenprodukte (meist höhermolekulare<br />
Verbindungen), die häufig die Kristallisation des Hauptprodukts einer Reaktion<br />
erschweren, entfernt werden. Wenn diese Verunreinigungen physikalisch und chemisch<br />
1 J Einstellungs- und Testverfahren: HESSE, G., u. a. Angew. Chem. 64 (1952), 103; Trocknungsvorschrift für AIuminiumoxid<br />
auf Aktivitässtufe I: BROCKMANN, H.; SCHODDER, H., Ber. Deut. Chem. Ges. 74 (1941), 73.
A. 2.7. Chromatographie 65<br />
wesentliche Unterschiede zum Hauptprodukt aufweisen, so können sie durch Zusatz eines<br />
geeigneten Adsorptionsmittels selektiv aus der betreffenden Lösung beseitigt werden. Die<br />
adsorbierten Verunreinigungen werden mit dem Adsorptionsmittel verworfen.<br />
Um Verluste an Hauptprodukt zu vermeiden, muß mit möglichst geringer Menge an<br />
Adsorptionsmitteln gearbeitet werden. Sie sollte etwa l bis maximal 5% der zu reinigenden<br />
Substanz betragen. Lösungen in polaren Lösungsmitteln entfärbt man mit Aktivkohle; in unpolaren<br />
Lösungsmitteln (Hexan bis Chloroform; vgl. eluotrope Reihe, Tab. A.95) arbeitet man<br />
mit Aluminiumoxid. Wofatit EW findet nur für wäßrige Lösungen Verwendung.<br />
Beim Einrührverfahren (hauptsächlich für Aktivkohle angewandt) wird die kalte, zu entfärbende<br />
Lösung mit Aktivkohle versetzt und einige Zeit gerührt oder gekocht.<br />
Vorsicht beim Zusatz von Aktivkohle zu heißen Lösungen! Durch Aufhebung von Siedeverzügen<br />
und Abgabe adsorbierter Luft kann heftiges Schäumen eintreten!<br />
Das Adsorptionsmittel wird durch Filtration, wenn nötig unter Zusatz von Filterhilfsmitteln<br />
(z. B. Kieselgur), oder Zentrifugieren abgetrennt. Nötigenfalls wiederholt man die Entfärbung.<br />
Man beachte beim Entfärben mit Aktivkohle, daß empfindliche Stoffe durch adsorbierten<br />
Sauerstoff besonders in der Hitze leicht oxidiert werden.<br />
Beim Filtrationsverfahren, hauptsächlich für Wofatit EW und Aluminiumoxid angewandt,<br />
wird die zu entfärbende Lösung kalt über eine Schicht des Adsorptionsmittels in einer kurzen,<br />
breiten Säule, auf einem Büchner-Trichter oder einem Glasfiltertrichter filtriert. Am Durchlaufen<br />
der dunklen Zone erkennt man bei farblosen Adsorptionsmitteln dessen Erschöpfung.<br />
2.7. Chromatographie<br />
Chromatographische Methoden sind Verfahren zur Trennung von Stoffen durch Verteilung<br />
zwischen einer ruhenden (stationären) Phase und einer diese durchströmenden fluiden (mobilen)<br />
Phase. Die Komponenten eines auf die stationäre Phase gegebenen Stoffgemisches werden<br />
von dieser unterschiedlich stark festgehalten, wandern daher mit unterschiedlicher<br />
Geschwindigkeit mit der mobilen Phase und werden so getrennt.<br />
Die mobile Phase kann eine Flüssigkeit oder ein Gas sein; die Methoden bezeichnet man<br />
dann als Flüssigchromatographie (englisch liquid chromatography, LC) bzw. Gaschromatographie<br />
(GC). Die stationäre Phase ist entweder ein Feststoff oder eine auf einem festen Träger<br />
fixierte Flüssigkeit. Sie befindet sich feinkörnig in einer Säule (Säulenchromatographie) oder in<br />
einer dünnen Schicht auf einer inerten Folie oder Platte (Dünnschichtchromatographie). Auch<br />
spezielle Filterpapiere können als stationäre Phasen dienen (Papierchromatographie).<br />
Vorrangig werden zwei physikalisch-chemische Vorgänge für chromatographische Trennungen<br />
ausgenutzt, die multiplikative Verteilung auf Grund von Löslichkeitsunterschieden der<br />
Komponenten in den beiden Phasen (siehe A.2.5.3.) und die fraktionierte Adsorption auf<br />
Grund unterschiedlicher Adsorption der Komponenten an der stationären Phase (vgl. A.2.6.).<br />
Je nach dem dominierenden Vorgang spricht man von Verteilungschromatographie oder<br />
A dsorptionschromatographie.<br />
Die beiden Vorgänge sind oft nicht streng getrennt, sondern mehr oder weniger gemeinsam wirksam.<br />
Die als Träger für die flüssigen stationären Phasen der Verteilungschromatographie verwendeten porösen<br />
Feststoffe können eine gewisse Adsorptionskapazität besitzen, und die festen Adsorbentien für die<br />
Adsorptionschromatographie können sich mit Anteilen der mobilen Phase oder des Substanzgemisches<br />
beladen, die dann zusätzlich eine Verteilung bewirken.<br />
Weitere chromatographische Trennverfahren beruhen auf lonenaustausch (an lonenaustauscherharzen<br />
und -gelen, womit Ionen getrennt werden können), Gelpermeation (an porösen Feststoffen, die nach der<br />
Molekülgröße trennen) oder Bioaffinität (an mit bestimmten Liganden modifizierten stationären Phasen,<br />
durch die Enzyme, Proteine, Lipide u. a. selektiv adsorbiert werden). Man informiere sich darüber in der<br />
Spezialliteratur.
66 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Als stationäre Phasen für die Adsorptionschromatographie sind vor allem Kieselgele und<br />
Aluminiumoxide (neutral, sauer oder basisch) gebräuchlich, deren Aktivität von ihrem Wassergehalt<br />
abhängt. An diesen polaren Adsorptionsmitteln werden die zu trennenden Stoffe, wie in<br />
Abschnitt A.2.6 beschrieben, entsprechend ihrer Polarität adsorbiert. Als mobile Phasen sind<br />
Kohlenwasserstoffe (Pentan, Hexan, Heptan, Isooctan), Chlorkohlenwasserstoffe (Dichlormethan,<br />
Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff), Ether (Tetrahydrofuran, Dioxan) und Acetonitril<br />
geeignet. Ihre eluierende Wirkung steigt entsprechend der eluotropen Reihe, Tabelle A.95.<br />
Die Zusammensetzung der mobilen Phase richtet sich nach der Polarität der zu trennenden<br />
Stoffe. Man geht zunächst von einem unpolaren Lösungsmittel aus und erhöht wenn nötig dessen<br />
Elutionskraft durch Zumischen eines polareren Lösungsmittels.<br />
Für die Verteilungschromatographie verwendet man Kieselgele als Trägermaterialien, die<br />
mit einer Flüssigkeit als stationärer Phase beladen sind. Polare und hydrophile stationäre Phasen<br />
sind Wasser, Ethylenglycol, Ethylendiamin, Cyanalkylether oder Dimethylsulfoxid. Als<br />
Elutionsmittel werden weniger polare, mit der stationären Phase nicht mischbare Flüssigkeiten<br />
verwendet, vor allem die eben genannten Kohlenwasserstoffe und Chlorkohlenwasserstoffe.<br />
Hiermit werden wie bei der Chromatographie an polaren Adsorbentien die zu trennenden<br />
Stoffe um so schneller eluiert, je weniger polar sie sind (vgl. A.2.6.): Alkane > Halogenverbindungen<br />
> Ether > Ester, Aldehyde, Ketone > Alkohole, Amine > Amide > Carbonsäuren.<br />
Besonders bewährt haben sich demgegenüber sogenannte Umkehrphasen (reversed phases,<br />
RP), das sind unpolare, hydrophobe stationäre Phasen, z. B. Kieselgele, deren Oberfläche<br />
durch chemisch gebundene hydrophobe Alkyl-Reste modifiziert ist.<br />
Eine solche Modifizierung wird erreicht, indem man die Silanol-Gruppen auf der Oberfläche des Silicagels<br />
mit Alkylchlorsilanen umsetzt, z. B.:<br />
I ? Ha<br />
-Si-OH + CI-Si-R —Si-O-Si-R + HCI [A.96]<br />
I ' I '<br />
1 CH3 ' CH3<br />
Meistens ist R ein n-Octadecylrest C18H37, aber auch Octyl-, Cyclohexyl- und Phenylreste und mit<br />
polaren Cyan-, Nitro- oder Amino-Gruppen substituierte AJkylreste können so aufgebracht werden. Phasen<br />
für die Trennung von Enantiomeren enthalten chirale Gruppen, wie modifizierte Cellulosen, Cyclodextrine<br />
(Cyclen aus 6 bis 8 Glucoseeinheiten) oder andere Reste mit Asymmetriezentren. Chromatographische<br />
Trennungen an Umkehrphasen lassen sich nicht eindeutig der Verteilungs- oder Adsorptionschromatographie<br />
zuordnen.<br />
Umkehrphasen werden mit stark polaren Lösungsmitteln eluiert, mit Wasser oder Wasser-<br />
Methanol- oder Wasser-Acetonitril-Gemischen. Die Reihenfolge der Elution unterschiedlich<br />
polarer Stoffe kehrt sich dabei im Vergleich zur Chromatographie mit polaren stationären Phasen<br />
um. Sie werden um so schneller eluiert, je polarer sie sind: Carbonsäuren > Alkohole, Phenole<br />
> Amine > Ester, Aldehyde > Ketone > Halogenverbindungen.<br />
Bei der Chromatographie von Stoffgemischen, deren Komponenten sich sehr in ihrer Polarität<br />
unterscheiden, kommt es vor, daß die langsam wandernden Verbindungen sehr spät oder<br />
gar nicht eluiert werden. Es ist dann angebracht, im Verlauf der Chromatographie die Elutionskraft<br />
der mobilen Phase durch kontinuierliche Zugabe eines besser eluierenden Lösungsmittels<br />
zu erhöhen (Gradientenelution). Moderne Chromatographen machen das automatisch<br />
in vorwählbaren Mischungsgrenzen.<br />
Die Trennleistung einer stationären Phase steigt mit abnehmender Korngröße, mit der sich<br />
andererseits auch der Strömungswiderstand erhöht. Um ausreichende Fließgeschwindigkeiten<br />
zu erhalten, muß bei Partikelgrößen unter etwa 50 /im die mobile Phase unter Druck durch die<br />
stationäre Phase gepreßt werden. Da die Trennleistung bei feinkörnigen festen Phasen weniger<br />
stark von der Fließgeschwindigkeit der mobilen Phase abhängt, kann man dann bei hohen<br />
Fließgeschwindigkeiten arbeiten und kommt mit kurzen Trennzeiten aus.
2.7.1. Dünnschichtchromatographie (DC)<br />
A. 2.7. Chromatographie 67<br />
Bei der Dünnschichtchromatographie arbeitet man in einer „offenen Säule", deren stationäre<br />
Phase aus einer dünnen, auf einer inerten Unterlage aufgebrachten Schicht eines Adsorbens<br />
besteht. Als Träger der Schicht dienen plane Glasplatten, Aluminium- und Polyesterfolien.<br />
Als Adsorbentien werden vorwiegend mit Gips als Bindemittel vermischte Kieselgele oder<br />
Aluminiumoxide eingesetzt. Zur Herstellung von Schichten gleichmäßiger Dicke verwendet<br />
man spezielle Streichgeräte. Naß aufgetragene Schichten werden an der Luft getrocknet und<br />
bei erhöhter Temperatur (105 bis 15O 0 C) aktiviert. Die Aktivität steigt mit Abnahme des Wassergehaltes.<br />
Die aktivierten Platten bewahrt man bis zu ihrem Gebrauch im Exsikkator auf.<br />
Vorteilhaft verwendet man handelsübliche vorgefertigte Schichten. Für die aufsteigende<br />
Chromatographie schneidet man sich aus einer beschichteten Folie Streifen geeigneter Breite<br />
(~ 1,5 cm je Probe) und etwa 10 cm Höhe, für die zweidimensionale Chromatographie Quadrate<br />
von 10 x 10 cm zurecht.<br />
Für die Wahl des Fließmittels gelten die in A.2.6. und A.2.7. behandelten Gesichtspunkte.<br />
Bei unbekannten Gemischen verwendet man zuerst Cyclohexan, dann Toluen und Chloroform.<br />
Je nach dem erzielten Ergebnis geht man danach zu polareren Lösungsmitteln über. Auch<br />
Lösungsmittelgemische, z. B. Cyclohexan mit steigendem Essigsäureethylesteranteil (5, 10,<br />
20% usw.) haben sich als Fließmittel bewährt.<br />
Für Vorversuche zur Auswahl geeigneter Fließmittel kann die Mikrozirkulartechnik angewandt<br />
werden. Hierzu läßt man auf das Zentrum des Probenfleckes aus einer feinen Kapillare<br />
Lösungsmittel fließen und schätzt aus der Ausbildung definierter radialer Zonen den Trenneffekt<br />
ab.<br />
Es kann aufsteigend, absteigend, radial-horizontal und auch zweidimensional chromatographiert<br />
werden. Die apparativ leicht durchzuführende aufsteigende Chromatographie besitzt<br />
dabei die größte Bedeutung.<br />
Die Substanzen werden als etwa l%ige Lösung in einem unpolaren Lösungsmittel aufgetragen.<br />
Die Substanzmenge ermittelt man zweckmäßig in einem Vorversuch. Zu große Mengen<br />
verschlechtern den Trenneffekt und führen zur Schwanzbildung. Die gut chromatographierbare<br />
Substanzmenge steigt mit der Aktivität und der Schichtdicke des Adsorbens.<br />
Man trägt die Substanzlösungen l bis 1,5 cm vom unteren Rand (Start) bzw. von den seitlichen<br />
Rändern entfernt in Abständen von l bis 2 cm mit einer feinen Kapillare (z. B. einem<br />
ausgezogenem Schmelzpunktröhrchen) auf, wobei sich durch die Kapillarkräfte die Kapillare<br />
beim Eintauchen in die Lösung von selbst füllt. Die Startflecken müssen möglichst klein sein<br />
(Durchmesser 2 bis 3 mm). Sehr verdünnte Lösungen werden mehrmals aufgetragen, wobei<br />
man das Lösungsmittel immer erst verdunsten läßt. Bei zweidimensionaler Entwicklung wird<br />
die Substanz 1,5 cm von jeder Kante entfernt in die Ecke der quadratischen Platte aufgetragen.<br />
Das Entwickeln des Chromatogramms geschieht in einer dicht verschließbaren Kammer,<br />
deren Atmosphäre mit den Dämpfen des Fließmittels gesättigt ist. Zur Sättigung kleidet man<br />
die Kammer mit Filterpapierstreifen aus und läßt mit dem Fließmittel 30 Minuten stehen. Die<br />
Platte bzw. Folie, die fast senkrecht in die Kammer gestellt wird, soll etwa 5 mm in die Flüssigkeit<br />
eintauchen. Für orientierende Untersuchungen genügt zur Entwicklung des Chromatogramms<br />
oft ein Becherglas mit eingelegter Filterpapiermanschette, das mit einem Uhrglas<br />
abgedeckt wird. Eine Steighöhe von etwa 10 cm ist zur Trennung im allgemeinen ausreichend.<br />
Danach nimmt man die Platte aus der Kammer und markiert sofort mit einem spitzen Gegenstand<br />
(Spatel, Bleistift) die Laufmittelfront.<br />
Die entwickelte Platte wird an der Luft getrocknet. Farblose Verbindungen, die fluoreszieren,<br />
kann man durch Betrachten der Platte im ultravioletten Licht erkennen. Wurde dem<br />
Adsorbens ein Fluoreszenzindikator zugemischt, erscheinen beim Bestrahlen der Platte mit<br />
der Anregungsfrequenz des Indikators im UV absorbierende und die Fluoreszenz löschende<br />
Stoffe als dunkle Flecken auf der schwach fluoreszierenden Schicht.
68 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Tabelle A.97<br />
Sprühreagenzien für die Dünnschichtchromatographie<br />
Nachzuweisende Verbin- Reagens<br />
dungsklasse<br />
Aldehyde<br />
Alkohole, höhere<br />
Amine<br />
Amine, aromatische<br />
2,4-Dinitrophenylhydrazin/Schwefelsäure<br />
Vanillin/Schwefelsäure<br />
4-Dimethylamino-benzaldehyd/Salzsäure<br />
Ninhydrin<br />
diazotierte Sulfanilsäure<br />
Aminosäuren Ninhydrin<br />
Carbonsäureester, -amide, Hydroxylamin/<br />
-anhydride, Lactone Eisen(III)-chlorid<br />
Ketone<br />
Methylketone, aktive<br />
Methylenverbindungen<br />
Kohlenwasserstoffe<br />
Phenole<br />
Stickstoffverbindungen,<br />
organische<br />
Ungesättigte Verbindungen,<br />
reduzierende Verbindungen<br />
Zucker<br />
o-Dianisidin<br />
2,4-Dinitro-phenylhydrazin<br />
Natriumnitroprussid/<br />
Natronlauge<br />
konz. Schwefelsäure<br />
Schwefelsäure/<br />
Formaldehyd<br />
diazotierte Sulfanilsäure<br />
Eisen(IH)-chlorid<br />
Vanillin/Schwefelsäure<br />
Dragendorffs Reagens<br />
Kaliumpermanganat<br />
Molybdatophosphorsäure<br />
Anisaldehyd/<br />
Schwefelsäure<br />
Kaliumpermanganat<br />
Bemerkungen, Zusammensetzung des Reagens<br />
l g 2,4-Dinitro-phenylhydrazin in einer<br />
Mischung aus 25 ml Ethanol, 8 ml Wasser und<br />
5 ml konz. Schwefelsäure<br />
0,5 g Vanillin in einer Mischung aus 80 ml<br />
Schwefelsäure und 20 ml Ethanol; Erhitzen auf<br />
12O 0 C<br />
l g 4-Dimethylamino-benzaldehyd in einer<br />
Mischung von 25 ml konz.Salzsäure und 75 ml<br />
Methanol<br />
0,3 g Ninhydrin in 100 ml Butanol und 3 ml<br />
Eisessig<br />
Diazotierung (vgl. D.8.2.I.), mit l%iger Lösung<br />
besprühen, mit l%iger Natriumcarbonatlösung<br />
nachbesprühen<br />
vgl. Amine<br />
Lösung /: 2 g Hydroxylaminhydrochlorid in 5 ml<br />
Wasser lösen und mit 15 ml Ethanol verdünnen<br />
Lösung II: 5 g Kaliumhydroxid in wenig Wasser<br />
lösen und mit Ethanol auf 50 ml auffüllen<br />
Sprühreagens I: Lösungen I und II vereinigen<br />
und filtrieren<br />
Sprühreagens II: l g Eisen(III)-chlorid in 2 ml<br />
konz. Salzsäure und 20 ml Ether lösen<br />
Besprühen mit Sprühreagens I, Trocknen<br />
(Raumtemperatur); Besprühen mit Reagens II<br />
gesättigte Lösung von 4,4'-Diamino-3,3'-dimethoxydiphenyl<br />
(o-Dianisidin) in Eisessig<br />
vgl. Aldehyde<br />
l g Natriumnitroprussid in einer Mischung aus<br />
50 ml Ethanol und 50 ml 2 N Natronlauge lösen<br />
auf 150 0 C erhitzen<br />
0,2 ml Formalin (37%ig) in 10 ml konz. Schwefelsäure<br />
vgl. Amine<br />
l bis 5%ige Lösung in 0,5 N Salzsäure<br />
vgl. Alkohole<br />
Lösung 1:0,085 g basisches Bismutnitrat in einer<br />
Mischung aus l ml Eisessig und 4 ml Wasser<br />
Lösung H: 2 g Kaliumiodid in 5 ml Wasser<br />
Sprühreagens: l ml Lösung I, l ml Lösung II im<br />
Gemisch mit 4 ml Eisessig und 20 ml Wasser<br />
0,5% ige Lösung in l N Natronlauge oder<br />
0,5% ige Lösung in Wasser<br />
10%ige Lösung in Ethanol, erhitzen auf 120 0 C<br />
bis zur optimalen Fleckenausbildung<br />
0,5 ml Anisaldehyd in 50 ml Eisessig und l ml<br />
Schwefelsäure gelöst, Platte auf 100 0 C erwärmen<br />
vgl. ungesättigte Verbindungen<br />
In den meisten Fällen gelingt es, aufgetrennte farblose Verbindungen durch Bedampfen mit<br />
lod sichtbar zu machen. Hierzu legt man das Chromatogramm in ein verschließbares Gefäß,<br />
das einige lodkristalle enthält. Substanzen erscheinen als braune Flecken auf hellem Grund<br />
oder, bei längerer Einwirkung des loddampfes, auch als helle Flecken auf dunklem Grund.<br />
Andere Methoden sind: Behandeln mit Bromdampf oder Besprühen mit Kaliumpermanganat-
A. 2.7. Chromatographie 69<br />
lösung bzw. anderen geeigneten Sprühreagenzien (Tab. A.97), wobei man einen Zerstäuber<br />
verwendet (Abb. A.98). Als allgemeine Methode empfiehlt sich auch das Besprühen der<br />
getrockneten und damit lösungsmittelfreien Platten mit 2%iger, vor Gebrauch frisch hergestellter<br />
ammoniakalisch-alkoholischer Silbernitratlösung und anschließendes Erhitzen (2 bis<br />
5 Minuten) auf 105 0 C. Viele Substanzen erscheinen als schwarze Flecken auf dunklem Untergrund.<br />
Abb. A.98<br />
Zerstäuber<br />
O O<br />
•a- -€>--€>-<br />
LösunQsmittelfrortt<br />
Substanz 2<br />
Substanz 1<br />
Start<br />
Abb. A.99<br />
Dünnschichtchromatogramm<br />
Die Lage der Substanzflecken nach der Entwicklung (Abb. A.99) wird durch den RF-Wert<br />
(engl. ratio offronts) charakterisiert:<br />
RF =<br />
Entfernung Start — Substanzfleck (Mitte)<br />
Entfernung Start - Lösungsmittelfront<br />
[A.100]<br />
Er ist eine für jede Verbindung charakteristische Größe. RF-Werte vieler Substanzen sind<br />
tabelliert und können zu deren Identifizierung herangezogen werden. Ihre Reproduzierbarkeit<br />
hängt u. a. von der Konstanz der Aktivität des Adsorbens, der Schichtdicke, der Sättigung der<br />
Kammer und der Temperatur ab. Es ist deshalb zum Beweis der Identität zweier Substanzen<br />
zweckmäßig, Probe und authentische Verbindungen nebeneinander zu chromatographieren<br />
und die Übereinstimmung der RF-Werte unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Fließmitteln<br />
zu überprüfen. Man kann auch auf einem Chromatogramm unbekannter Stoffe eine<br />
bekannte Substanz mitlaufen lassen. Unterscheidet sich deren RF-Wert vom tabellierten, müssen<br />
auch alle anderen RF-Werte im gleichen Verhältnis korrigiert werden.<br />
Zur weiteren spektroskopischen Charakterisierung getrennter Substanzen können gefärbte<br />
und fluoreszierende Verbindungen mit dem Adsorbens von der Platte gekratzt und direkt massenspektroskopisch<br />
oder nach Elution UV-VIS-spektroskopisch untersucht werden.<br />
Zur Trennung von Milligrammengen verwendet man dicke Schichten (l bis 3 mm). Die<br />
Probe wird in geschlossener Front an der Startlinie aufgetragen und nach dem Verdunsten des<br />
Lösungsmittels wie üblich entwickelt. Zur Sichtbarmachung der getrennten Zonen wird die<br />
Platte bis auf einen beiderseits 2 cm breiten Randstreifen abgedeckt und besprüht. Danach<br />
entfernt man mit dem Spatel die substanzführenden, nicht besprühten Zonen und extrahiert<br />
die Verbindungen mit geeigneten Lösungsmitteln. Man beachte dabei, daß polare Solventien,<br />
wie Alkohole, in gewissem Umfang auch Kieselgel kolloidal lösen.<br />
Die Dünnschichtchromatographie eignet sich auch sehr gut als Vorversuch für säulenchromatographische<br />
Trennungen. Berücksichtigt werden muß jedoch, daß die Trennschärfe in der<br />
„geschlossenen" Säule geringer ist als in der „offenen".
70 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
2.7.2. Säulenflüssigchromatographie<br />
Einfach kann man eine Flüssigchromatographie in einer „Trennsäule" durchführen, d. h. in<br />
einem senkrecht stehendem Glasrohr, das mit einer geeigneten stationären Phase beschickt ist.<br />
Die zu trennenden oder zu reinigenden Stoffe werden in Lösung oben auf die Säulenfüllung<br />
gegeben und mit weiterem Lösungsmittel durch die Säule transportiert, wobei sie je nach ihrer<br />
Affinität zur stationären Phase und zum Lösungsmittel verschieden schnell wandern.<br />
Als Trennsäulen verwendet man Glasrohre der in Abbildung A. 101 gezeigten Form. Je nach<br />
der zu trennenden Substanzmenge sind Abmessungen wie 15 x l cm, 25 x 2 cm, 40 x 3 cm und<br />
60 x 4 cm gebräuchlich. Der untere Teil wird mit Watte oder Glaswolle lose verschlossen, weite<br />
Rohre auch durch eine Siebplatte aus Porzellan. Das Lösungsmittel gibt man aus einem Tropftrichter<br />
zu.<br />
Abb. A.101<br />
Chromatographierohr<br />
Als stationäre Phase sind vor allem Adsorptionsmittel wie Aluminiumoxid oder Silicagel<br />
mit Korngrößen zwischen 65 und 200 ^m gebräuchlich. Für den Erfolg einer Trennung ist es<br />
äußerst wichtig, die Säule ganz gleichmäßig zu füllen. Luftblasen, ungleichmäßige Schüttung<br />
oder gar Risse in der stationären Phase müssen unbedingt vermieden werden. Das vorher evtl.<br />
sorgfältig getrocknete Adsorptionsmittel wird am besten in dem später anzuwendenden<br />
Lösungsmittel aufgeschwemmt und die Suspension langsam unter Klopfen des Rohrs in die<br />
Säule gegossen, in der sich schon etwas Lösungsmittel befindet. Das Adsorptionsmittel wird<br />
schließlich mit etwas grobem Sand oder Watte oben abgedeckt. Man achte darauf, daß die<br />
Säule zu keinem Zeitpunkt trocken läuft, da sich dann Risse bilden. Das Verhältnis Adsorbat:<br />
Adsorbens soll etwa l: 100 betragen.<br />
Bewährt hat sich auch die trockene Säulenfüllung, bei der die zu trennende Substanz in einer<br />
geringen Menge eines Lösungsmittels gemeinsam mit dem Trägermaterial im Vakuumrotationsverdampfer<br />
zur Trockne eingeengt wird. Anschließend wird diese beladene stationäre<br />
Phase auf eine mit weiterem trockenem Adsorptionsmittel gefüllte Säule gegeben und mit entsprechenden<br />
Lösungsmitteln eluiert.<br />
Als Träger flüssiger stationärer Phasen für die Verteilungschromatographie in Trennsäulen<br />
wird Kieselgel oder Cellulosepulver eingesetzt. Das Mengenverhältnis Substanz zu Träger liegt<br />
zwischen l: l 000 bis l: 3 000.<br />
Für die Wahl der mobilen Phase gelten die in A.2.6. und A.2.7 behandelten Gesichtspunkte.<br />
Das zu trennende Gemisch bringt man als möglichst konzentrierte Lösung auf die Säule,<br />
wobei ein Lösungsmittel geringer eluotroper Kraft, am besten die mobile Phase, verwendet
A. 2.7. Chromatographie 71<br />
wird. Sobald die Lösung eingesickert ist, gibt man das gleiche Lösungsmittel nach. Die Durchflußgeschwindigkeit<br />
darf nicht zu hoch sein, damit sich das Verteilungsgleichgewicht zwischen<br />
mobiler und stationärer Phase gut einstellen kann (etwa 3 bis 4 ml/min bei einer 40-cm-Säule).<br />
Tropft das Eluat zu langsam ab, so wendet man geringen Überdruck an, indem man die Flüssigkeitssäule<br />
auf der Säulenfüllung erhöht. Überdruck kann auch durch Pumpen erzeugt werden<br />
oder durch technische Gase (Pressluft, Stickstoff, Argon) über druckgeprüfte Schraubverschlussflaschen<br />
aus Duranglas, die gleichzeitig die Zudosierung der Eluentien sichern.<br />
Im Idealfall befindet sich jede einzelne Substanz getrennt innerhalb einer schmalen Zone<br />
der Säulenfüllung. Falls die Substanzen farbig oder anderweitig, z. B. durch Fluoreszenz im<br />
UV-Licht, leicht sichtbar zu machen sind, kann die vorsichtig herausgestoßene Füllung der<br />
Trennsäule an den betreffenden Stellen zerschnitten und können die einzelnen Teile getrennt<br />
extrahiert werden. Diese mechanische Aufarbeitung ist nur noch wenig gebräuchlich.<br />
Man zieht es vor, die einzelnen Substanzen durch weiteres Lösungsmittel fraktioniert aus der<br />
Säule herauszuwaschen (zu „eluieren") und das Eluat in Fraktionen von etwa 0,5 bis 10 ml aufzufangen.<br />
Dieser Vorgang läßt sich mit Hilfe von Fraktionssammlern automatisieren, bei denen entweder<br />
die in das Auffanggefäß einfallenden Tropfen elektrisch gezählt werden (Photozelle) oder<br />
das Volumen der Fraktion zur Steuerung des Apparates ausgenutzt wird. In den aufgefangenen<br />
Fraktionen wird durch geeignete analytische Methoden festgestellt, ob sie eluierte Substanz enthalten.<br />
Bei festen Substanzen wird man meistens die Fraktionen im schwachen Vakuum abdunsten<br />
und die Schmelztemperatur des Rückstands bestimmen. Bewirkt das angewandte Lösungsmittel<br />
keine Eluierung oder folgen nach der Elution einer Substanz nur noch Fraktionen, die reines<br />
Lösungsmittel enthalten, so muß die Elutionskraft des Lösungsmittels erhöht werden. Hierzu setzt<br />
man ihm steigende Mengen - beginnend bei l bis 2% - eines in der eluotropen Reihe tiefer stehenden<br />
Lösungsmittels zu und stellt fest, ob nunmehr eine weitere Substanz aus der Säule eluiert wird.<br />
Dies wird fortgesetzt, bis praktisch die gesamte eingesetzte Substanz eluiert worden ist.<br />
Anwendungsbeispiel: Isolierung von Coffein aus Kaffee (oder Tee) und chromatographische<br />
Reinigung des Rohcoffeins an Aluminiumoxid neutral nach CONNOR, R. O., J. Chem. Educ. 42<br />
(1965), 493.<br />
Trennleistung und Geschwindigkeit einer Säulenchromatographie lassen sich wesentlich<br />
erhöhen, wenn man stationäre Phasen kleinerer Korngröße (40 jum) und enger Korngrößenverteilung<br />
verwendet und das Elutionsmittel durch ein Inertgas, z. B. Stickstoff aus einer Gasflasche,<br />
unter einem Druck von 1,5 bis 2 bar durch die Säule preßt. Diese Ausführung wird als<br />
Blitzchromatographie (flash chromatography) bezeichnet. Sie vereinigt die geringen Kosten<br />
der einfachen Säulenchromatographie mit der Schnelligkeit der aufwendigeren Mitteldruckchromatographie<br />
(vgl. A.2.7.3.), erreicht deren Wirksamkeit jedoch nicht.<br />
Abb. A.!02<br />
Lösungsmittelreservoir (a) und Flußregler (b)<br />
für die Flash-Chromatographie<br />
Die Flash-Chromatographie wird im wesentlichen zu präparativen Trennungen und zur Reinigung<br />
von Substanzen in Mengen von 0,01 bis 25 g eingesetzt. Je nach Probengröße verwendet<br />
man Glastrennsäulen von 35-60 cm Länge und 10-40 mm Innendurchmesser. Üblich sind<br />
kurze Trennsäulen und eine Sorbenshöhe von ~ 15 cm. Der untere Teil der Säule wird mit<br />
Glaswolle und geglühtem Seesand gefüllt, die stationäre Phase trocken eingefüllt und aus<br />
einem auf die Säule aufgesetzten Lösungsmittelreservoir mit mobiler Phase überschichtet.<br />
Durch Anlegen eines Inertgases (z. B. Stickstoff aus einer Gasflasche) unter einem Druck von<br />
1,5 bis 2 bar komprimiert man die Säulenfüllung und befreit sie von Luftblasen. Zur Druck-
72 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
regulierung dient ein Flußregler mit Nadelventil, der auf das Lösungsmittelreservoir aufgesetzt<br />
wird (Abb. A. 102). Alle Schliffverbindungen der Apparatur werden durch Klemmen oder<br />
Schraubverschlüsse gesichert.<br />
Als stationäre Phasen verwendet man außer den polaren Adsorbentien Kieselgel und Aluminiumoxid<br />
auch die unpolaren, hydrophoben Umkehrphasen (vgl. A.2.7.). Für die Chromatographie<br />
an Kieselgel und Aluminiumoxid werden n-Hexan, Petrolether, Methylenchlorid, Toluol, Tetrahydrofuran<br />
und Ethylacetat als Elutionsmittel eingesetzt, häufig Gemische aus Ethylacetat und<br />
n-Hexan oder Petrolether. DC-Vorversuche eignen sich für die Auswahl des Trennsystems. Das<br />
Mengenverhältnis von Probe, Adsorbens und mobiler Phase soll etwa l: 100 : l 000 betragen.<br />
Die in der mobilen Phase gelöste Probe wird auf die stationäre Phase aufgebracht, das<br />
Lösungsmittelreservoir aufgesetzt und über den Flußregler eine Fließgeschwindigkeit des EIutionsmittels<br />
von ~ 5 cm/min eingestellt. Wie bei der einfachen Säulenchromatographie wird<br />
das Eluat per Hand oder automatisch in Fraktionen geeigneter Größe gesammelt. Die eluierten<br />
Substanzen können durch DC, IR- oder UV-VIS-Spektroskopie, feste Stoffe auch durch<br />
Schmelzpunktbestimmung des Rückstands nachgewiesen werden. Ein Stoffgemisch kann<br />
innerhalb von 5 bis 10 Minuten getrennt werden.<br />
2.7.3. Hochdruckflüssigchromatographie (HPLC)<br />
Die Hochdruckflüssigchromatographie (engl. high pressure liquid chromatography), auch<br />
Hochleistungsflüssigchromatographie (high performance liquid chromatography), HPLC<br />
genannt, ist eine sehr leistungsfähige, schnelle Säulenflüssigchromatographie für die Trennung<br />
von Substanzgemischen im analytischen und präparativen Maßstab. Es werden stationäre Phasen<br />
sehr kleiner Korngröße (3 bis 10 /im) und enger Korngrößenverteilung verwendet, durch<br />
die das Elutionsmittel unter hohem Druck (50 bis 500 bar) gepreßt wird. Hierfür stehen automatisierte<br />
kommerzielle Geräte zur Verfügung, deren Aufbau schematisch Abbildung A.103<br />
zeigt. Die Säule besteht gewöhnlich aus Edelstahl und hat bei analytischen Anwendungen<br />
einen Durchmesser von 2 bis 5 mm. Die verwendeten Trägermaterialien ergeben dichte und<br />
regelmäßige Säulenpackungen hoher Trennwirkung, so daß kurze Säulen von 5 bis 25 cm<br />
Länge ausreichen. Sie haben Trennstufenzahlen [A.105] von l 000 bis zu 100 000.<br />
Elutionsmittel Pumpe<br />
Thermostat *<br />
Probenaufgabe<br />
*Trennsaule<br />
Schreiber<br />
Integrator<br />
Detektor Fraktionssammler<br />
Abb. A.103<br />
Schematischer Aufbau eines<br />
Hochdruck-Flüssigchromatographen
A. 2.7. Chromatographie 73<br />
Die HPLC kann sowohl als Adsorptions- als auch als Verteilungschromatographie durchgeführt<br />
werden. Meist werden Umkehrphasen angewandt. Zur Auswahl der stationären Phasen<br />
und Elutionsmittel siehe A.2.7.<br />
Das zu trennende Substanzgemisch wird am Säulenanfang in den Elutionsmittelstrom injiziert,<br />
und die eluierten Stoffe werden am Säulenende durch einen geeigneten Detektor angezeigt<br />
und registriert. Zur Detektion läßt sich eine beliebige meßbare Stoffeigenschaft heranziehen,<br />
z. B. die Fluoreszenz-Emission, das Elektrodenpotential oder die elektrische Leitfähigkeit<br />
(bei ionischen Substanzen). Meist werden die UV-Absorption bei einer bestimmten Wellenlänge,<br />
z. B. 254 nm, oder der Brechungsindex verwendet.<br />
Probenaufgabe<br />
Komponente 1 Komponente 2<br />
Zeit<br />
Abb. A104<br />
Chromatogramm<br />
Die getrennten Stoffe erscheinen im Chromatogramm als Peaks (Berge, Banden) in<br />
bestimmter Lage und Größe, Abb. A.104. Als Retentions zeit tR bezeichnet man die Zeit, die<br />
vom Einspritzen der Probe bis zum Auftreten des Peakmaximums verstreicht, als Netto-Retentionszeit<br />
tR die Retentionszeit minus Durchflußzeit: tR = tR + t0. Die Durchflußzeit oder Totzeit<br />
to ist die Zeit, die die mobile Phase benötigt, um durch die stationäre zu fließen. Bei konstanter<br />
Strömungsgeschwindigkeit des Elutionsmittels entspricht die Retentionszeit einem Volumen,<br />
das Retentionsvolumen VR genannt wird. Retentionszeit bzw. Retentionsvolumen sind für eine<br />
Substanz in demselben Sinne charakteristisch wie der RF-Wert (vgl. [A. 10O]). Sie hängen natürlich<br />
auch von der Art der stationären Phase, der Länge der Trennsäule, der Art und Strömungsgeschwindigkeit<br />
der mobilen Phase und der Temperatur ab.<br />
Aus der Retentionszeit läßt sich die Zahl n der Trennstufen oder theoretischen Böden<br />
berechnen, die in Analogie zur Rektifikation (vgl. A.2.3.3.1.) und multiplikativen Verteilung<br />
(vgl. A.2.5.3.) ein Maß für die Wirksamkeit einer Trennsäule ist. Unter konstanten Versuchsbedingungen<br />
gilt:<br />
n = 16 (-w w Basisbreite des Peaks [A.105]<br />
Die Peakfläche ist der Menge der getrennten Substanz proportional und wird daher zu deren<br />
quantitativen Analyse herangezogen. Moderne HPLC-Geräte integrieren die Peakflächen<br />
automatisch. Näherungsweise kann man sie nach der „Dreiecksmethode" durch Multiplizieren<br />
der Peakhöhe h mit der Halbwertsbreite b oder durch Ausschneiden und Auswägen bestimmen.<br />
Höhe und Fläche eines Peaks hängen natürlich auch von der Empfindlichkeit des Detektors<br />
für eine bestimmte Substanz ab, z. B. bei der UV-Detektion von ihrem Extinktionskoeffizienten<br />
bei der verwendeten Wellenlänge. Der Zusammenhang zwischen Peakfläche und Stoff-
74 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
menge muß daher durch Aufnahme von Eichkurven festgestellt werden, am besten unter<br />
Zugabe einer bestimmten Menge einer Bezugssubstanz, eines inneren Standards, auf dessen<br />
Peakfläche die Peakflächen der Eichsubstanzen bezogen werden.<br />
Mit Säulen größeren Durchmessers (5 mm bis 20 cm) und Arbeitsdrucken zwischen 70 und<br />
80 bar kann die Hochdruckflüssigchromatographie auch für Stofftrennungen im päparativen<br />
Maßstab (l mg bis 10 g) angewendet werden (präparative HPLC).<br />
Eine apparativ weniger aufwendige und damit billigere Variante der Hochdruckflüssigchromatographie<br />
ist die sog. Mitteldruckflüssigchromatographie (medium pressure liquid chromatography,<br />
MPLC), bei der mit Drücken zwischen etwa 5 und 50 bar gearbeitet wird Sie dient<br />
hauptsächlich zur Isolierung und Reinigung von Substanzen in Mengen von l mg bis 100 g.<br />
Auch für die MPLC werden handelsübliche Geräte eingesetzt. Im allgemeinen benutzt man<br />
kunststoffummantelte zylindrische Glassäulen, die beidseitig mit Flanschverbindungen ausgestattet<br />
sind, mit Durchmessern zwischen 15 und 100 mm und Längen von 25 oder 50 cm. Die<br />
Säulen mit größerem Durchmesser sind weniger druckbelastbar. Als stationäre Phasen werden<br />
Adsorbentien, wie Kieselgel und Aluminiumoxid, sowie Polyamide und Umkehrphasen eingesetzt.<br />
Die Korngrößen liegen zwischen 15 und 50 ^m. Die geeignete Zusammensetzung der<br />
mobilen Phase kann durch Vorversuche mittels DC, kleiner MPLC-Säulen oder analytischer<br />
HPLC ermittelt werden.<br />
Die Probelösung wird in eine Probeschlaufe injiziert und durch Schaltung der Probeschlaufe<br />
zwischen Pumpe und Säule auf die Säule gebracht. Das aus der Säule austretende Eluat durchläuft<br />
einen UV-Detektor (ungeeignet für nicht UV-aktive Substanzen) oder einen Brechungsindex-Detektor<br />
(nicht geeignet bei Gradientenelution) und wird durch einen automatischen<br />
Fraktionssammler in Fraktionen wählbarer Größe aufgefangen. Die Detektoren müssen auf<br />
die hohe Durchflußgeschwindigkeit des Eluats ausgelegt sein. Die Detektorsignale zeichnet<br />
ein Schreiber als Chromatogramm auf.<br />
2.7.4. Gaschromatographie<br />
In der Gaschromatographie wird ein Inertgas als mobile Phase und ein festes Adsorbens oder<br />
meist eine Flüssigkeit auf einem festen Träger als stationäre Phase angewandt (Gas-Fest-<br />
Adsorptionschromatographie bzw. Gas-Flüssig-Verteilungschromatographie). Sie ist auf Stoffe<br />
beschränkt, die ohne Zersetzung verdampft werden können oder die bei ihrer thermischen<br />
Zersetzung definierte, gasförmige Produkte ergeben.<br />
Die Gaschromatographie ist ein sehr leistungsfähiges und schnelles Trennverfahren, das vorwiegend<br />
zur qualitativen und quantitativen Analyse, aber auch zur präparativen Trennung von<br />
Stoffgemischen eingesetzt wird. Es werden kommerzielle Geräte verwendet, deren Aufbau<br />
schematisch in Abbildung A. 106 dargestellt ist<br />
Als Trennsäule oder Kolonne werden Rohre aus Kupfer, Stahl, Glas oder Quarz mit Durchmessern<br />
von 3 bis 8 mm und Längen von l bis 6m verwendet, in denen sich die stationäre<br />
Phase auf einem festen Trägermaterial befindet. Auch sog. Kapillarsäulen (Durchmesser 0,1-<br />
0,5 mm, Länge 10-300 m) sind gebräuchlich, die eine außerordentlich hohe Trennleistung<br />
besitzen. Bei ihnen befindet sich die stationäre Phase als Flüssigkeitsfilm direkt auf der Kolonnenwand<br />
(Dünnfilm-Kapillaren) oder auf einer dünnen Schicht des Trägermaterials (Dünnschicht-Kapillaren).<br />
Mit gepackten Säulen können Substanzmengen von 0,5-30 mg, mit Kapillarsäulen<br />
Mengen im /ig-Bereich getrennt werden.<br />
Die Trennsäule wird von einem Gas (Stickstoff, Helium, Argon, Wasserstoff) durchströmt,<br />
in das am Kopf der Kolonne das zu trennende Stoffgemisch aufgegeben, bei Flüssigkeiten<br />
meist injiziert wird. Die im Gaschromatographen herrschende Arbeitstemperatur (O bis<br />
40O 0 C) soll etwa 100-20O 0 C unterhalb der mittleren Siedetemperatur der zu trennenden Substanzen<br />
liegen. Sie wird durch einen Thermostaten aufrechterhalten und kann im Laufe der
A. 2.7. Chromatographie 75<br />
Trennung kontinuierlich erhöht werden, was der Gradienten-Elution bei der Flüssigchromatographie<br />
entspricht.<br />
Probenaufgabe<br />
Auffangvorrichtung<br />
Schreiber<br />
Thermostat<br />
Abb. A.106<br />
Schematische Darstellung eines<br />
Gaschromatographen<br />
Als stationäre Phase für die Gasverteilungschromatographie finden organische Flüssigkeiten<br />
mit einem niedrigen Dampfdruck (< 0,1 kPa (< l Torr) bei der Arbeitstemperatur) Verwendung,<br />
z. B. Squalan (ein verzweigtes C30-Alkan), Apiezonfette (Erdölfraktionen), Siliconöle,<br />
Phthalsäureester, Polyglycole (sog. Carbowachse), Polyester u. a. Als Trägermaterial eignen<br />
sich Stoffe, die bei geringer Adsorptionsaktivität eine große Oberfläche besitzen, vor allem<br />
Kieselgure und Kieselgele. Sie ermöglichen eine großflächige Verteilung der Trennflüssigkeit,<br />
ohne dabei das Verteilungsgleichgewicht zwischen Flüssigkeit und Gas durch Adsorptionskräfte<br />
zu stören.<br />
Zur Messung der am Ende der Kolonne gasförmig austretenden Komponenten in einem<br />
Detektor können im Prinzip alle physikalischen Eigenschaften der Gase oder Dämpfe benutzt<br />
werden. Verbreitet ist die Messung der Wärmeleitfähigkeit (Wärmeleitfähigkeitsdetektor,<br />
Katharometer) und die Messung des lonenstromes bei der Verbrennung bzw. Bestrahlung des<br />
Gases (Flammenionisationsdetektor, Strahlungsionisationsdetektor). Auch IR-spektroskopische<br />
Detektion ist üblich, besonders bei Gaschromatographen, die direkt an ein Massenspektrometer<br />
gekoppelt sind. Die Detektorsignale werden von einem empfindlichen Kompensationsschreiber<br />
registriert oder nach Digitalisierung einem Rechner zugeführt. Man erhält das<br />
Gaschromatogramm, das genau so wie ein Flüssigchromatogramm aussieht (Abb. A. 104).<br />
Die Fläche der Peaks (Berge, Banden) ist, wie in A.2.7.3. beschrieben, der Menge der<br />
getrennten Stoffe proportional. Als Retentions zeit tR bezeichnet man die Zeit, die von der<br />
Injektion bis zum Substanzmaximum verstreicht (vgl. Abb. A. 104). Bei konstanter Strömungsgeschwindigkeit<br />
entspricht diese Zeit dem Retentionsvolumen VR. Retentionszeit bzw. Retentionsvolumen<br />
sind für eine Substanz charakteristische Größen. Statt der absoluten Werte verwendet<br />
man meist die relativen Retentionen, die man auf eine Standardsubstanz bezieht, die in<br />
dem zu charakterisierenden Stoffgemisch enthalten ist oder ihm zugegeben wird:<br />
*R2<br />
'RI<br />
[A.107]<br />
Auch die die Trennleistung der Säule charakterisierende Anzahl der theoretischen Böden n<br />
(vgl. A.2.3.3.1.) wird analog der HPLC nach Formel [A. 105] berechnet. Sie nimmt mit steigender<br />
Säulenlänge zu. Außerdem hängt n von einer Anzahl anderer Parameter, wie Art und<br />
Menge der stationären Phase, Kolonnentemperatur, Strömungsgeschwindigkeit sowie Art und<br />
Druck des Trägergases ab. Mit kommerziellen Geräten für die Gaschromatographie erreicht<br />
man bei einer Kolonnenlänge von 2 m eine Trennwirkung von etwa 2 000 theoretischen Böden.<br />
Bei Verwendung von Kapillarkolonnen mit einer Länge von 30 m ist die Trennwirkung um das<br />
Zehn- bis Zwanzigfache höher. Sie läßt sich mit Präzisionsgeräten auf 500 000 theoretische<br />
Böden steigern.
76 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Für die Trennwirkung der Kolonnen ist die Wahl der richtigen stationären Phase entscheidend.<br />
Hierfür gelten folgende allgemeine Gesichtspunkte:<br />
- Gemische unpolarer Substanzen werden an einer unpolaren Trennflüssigkeit in der Reihenfolge<br />
ihrer Siedepunkte getrennt.<br />
- Polare Gemische wandern an unpolaren Trennflüssigkeiten schneller als unpolare.<br />
- Mit steigender Polarität der Trennflüssigkeit werden die polaren Komponenten stärker<br />
zurückgehalten als unpolare Stoffe gleicher Siedetemperatur.<br />
So sind Paraffinwachse, Siliconöle und Tricresylphosphat für die Trennung von Kohlenwasserstoffen<br />
und Kohlenwasserstoffderivaten geringer Polarität (Halogenkohlenwasserstoffe)<br />
geeignet, während Dialkylphthalate darüber hinaus zur Trennung von sauerstoffhaltigen Verbindungen<br />
(Ether, Ester, Ketone, Aldehyde u. a.) empfohlen werden. Wasserhaltige Gemische<br />
lassen sich gut an Polyglycolen trennen.<br />
Reicht die Selektivität einer Trennflüssigkeit, d. h. ihre Fähigkeit, Substanzen unterschiedlicher<br />
chemischer Struktur verschieden stark zurückzuhalten, für ein gegebenes Trennproblem<br />
nicht aus, kombiniert man Kolonnen mit Phasen unterschiedlicher Polarität.<br />
Bei der Reinheitsprüfung chromatographiert man eine Substanz an mindestens zwei stationären<br />
Phasen unterschiedlicher Polarität. Tritt in beiden Fällen nur ein Peak auf, kann man die<br />
Substanz im allgemeinen als einheitlich betrachten.<br />
Zur Identifizierung bestimmt man zunächst die relative Retention der zu untersuchenden<br />
Substanzen. Als Standards haben sich Nonan und andere Normalkohlenwasserstoffe bewährt.<br />
Der Vergleich der ermittelten relativen Retention mit tabellierten Daten gestattet es oft schon,<br />
Schlüsse auf die Konstitution der Komponenten zu ziehen. Die Wahrscheinlichkeit eines Fehlschlusses<br />
läßt sich durch nochmalige Trennung an einer stationären Phase anderer Polarität<br />
verringern. Durch Zumischen einer authentischen Probe der zu identifizierenden Substanz<br />
kann die Sicherheit der Aussage weiter erhöht werden. In neuerer Zeit wendet man zur qualitativen<br />
Analyse der gaschromatographisch getrennten Komponenten die Massenspektroskopie<br />
an (vgl. A.3.7.), indem direkt an den Ausgang einer Trennsäule, im allgemeinen einer Kapillarkolonne,<br />
ein Massenspektrometer angeschlossen wird.<br />
Für die quantitative Auswertung eines Gaschromatogramms kann man in erster Näherung<br />
die Verhältnisse der Flächen unter den Peaks verwenden.<br />
Unter der Voraussetzung, daß<br />
a) die Zahl der Komponenten in der Probe der der aufgetrennten Peaks entspricht,<br />
b) der Detektor über einen großen Konzentrationsbereich linear arbeitet und<br />
c) es sich im Gemisch um chemisch verwandte Substanzen handelt,<br />
verhalten sich die Flächen (Fj) wie die Massenprozente der Komponenten (mj):<br />
Die Peakflächen werden bei modernen Geräten durch elektronische Integration erhalten.<br />
Andernfalls können sie nach der „Dreieckmethode" durch Multiplikation der Peakhöhe h mit<br />
der Halbwertsbreite b (vgl. Abb.A.104), durch Auszählen der Flächen oder durch Ausschneiden<br />
und anschließendes Wägen bestimmt werden.<br />
Die Bestimmung der absoluten Konzentration einer oder mehrerer Komponenten der Analysenprobe<br />
ist durch äußere (Aufnahme einer Eichkurve) oder vorteilhaft durch innere<br />
Eichung (Methode des inneren Standards) möglich. Bei innerer Eichung wird zum Analysengemisch<br />
eine genau dosierte Menge einer Standardsubstanz gegeben. Die Standardsubstanz<br />
sollte mit den zu trennenden Komponenten chemisch verwandt sein und eine ähnliche Retentionszeit<br />
besitzen wie diese, sich aber nicht mit den Peaks der Probe überlagern.<br />
Aus den Flächenverhältnissen ergeben sich die Massenprozente der unbekannten Substanz<br />
nach folgender Beziehung:
A. 3.1 Schmelztemperatur 77<br />
m/ = —— l —— ^-- Mst = Menge der Standardsubstanz [A. 109]<br />
Mi + MS, / l 0 C). Man nutzt diese Tatsache auch aus, um die Identität zweier Stoffe gleicher Schmelztemperatur<br />
zu prüfen. Dazu werden gleiche Mengen der beiden Stoffe gut miteinander verrieben.<br />
Ist die Schmelztemperatur dieser Mischung („Mischschmelzpunkt") unverändert, so handelt<br />
es sich um denselben Stoff, wird sie erniedrigt, um zwei verschiedene Substanzen. Isomorphe<br />
Verbindungen zeigen auch bei chemischer Verschiedenheit keine Schmelztemperaturdepression.<br />
Man mache es sich zur Gewohnheit, die Identität zweier Stoffe zuerst durch diese einfache<br />
und schnelle Methode zu überprüfen, bevor man zu den aufwendigeren spektroskopischen<br />
Verfahren greift.<br />
Viele organische Substanzen schmelzen unter Zersetzung, die sich äußerlich meist durch<br />
Verfärbung und Gasentwicklung zeigt. Diese Zersetzungstemperatur ist im allgemeinen<br />
unscharf sowie von der Erhitzungsgeschwindigkeit abhängig (schnelles Erhitzen: höhere Zersetzungstemperatur)<br />
und daher nicht genau reproduzierbar. Manche Stoffe haben überhaupt<br />
keine charakteristische Umwandlungstemperatur und verkohlen beim starken Erhitzen.
78 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Zwischen der Schmelztemperatur und dem Molekülbau eines Stoffs bestehen gewisse Zusammenhänge.<br />
Es läßt sich angenähert voraussagen, daß Stoffe mit symmetrischen Molekülen bei höheren Temperaturen<br />
schmelzen als solche mit weniger symmetrischem Bau. So haben z. B. Normalparaffine eine höhere<br />
Schmelztemperatur als die Isoparaffine gleicher C-Zahl. Bei stereoisomeren Verbindungen hat die trans-<br />
Verbindung meist die höhere Schmelztemperatur (beispielsweise Maleinsäure (Z, cis) F 13O 0 C, Fumarsäure(£,trans)F287°C<br />
Die Schmelztemperatur steigt mit dem Assoziationsgrad einer Verbindung an. So schmelzen die nicht zu<br />
Wasserstoffbrückenbindungen befähigten Ester wesentlich tiefer als die Carbonsäuren.<br />
3.1.1. Bestimmung der Schmelztemperatur in der Kapillare<br />
Die fein pulverisierte, gut getrocknete Substanz wird in einer 2 bis 4 mm hohen Schicht in ein<br />
etwa l mm weites, einseitig zugeschmolzenes Kapillarröhrchen gebracht. Dazu taucht man die<br />
Kapillare in die Substanzprobe und klopft das Pulver vorsichtig auf den Kapillarboden bzw.<br />
läßt das Röhrchen mehrfach durch ein langes, senkrecht auf einer harten Unterlage stehendes<br />
Glasrohr fallen.<br />
Die Schmelztemperatur sublimierender Substanzen wird in einer auf beiden Seiten zugeschmolzenen<br />
Kapillare bestimmt, deren gesamter abgeschmolzener Teil sich im Heizbad befinden<br />
muß.<br />
Das sogenannte Schmelzpunktröhrchen wird im einfachsten Falle (Abb. A. 110) mit einem<br />
Stückchen Gummischlauch an einem (möglichst geeichten) Thermometer befestigt - die Substanzprobe<br />
muß sich dabei in Höhe der Quecksilberkugel des Thermometers befinden - und in<br />
einem Becherglas mit Paraffinöl oder Siliconöl (als Wärmeüberträger für Temperaturen bis<br />
etwa 250 0 C geeignet) langsam (4 bis 6 0 C pro Minute, in der Nähe der Schmelztemperatur l<br />
bis 2 0 C pro Minute) bis auf die Schmelztemperatur erhitzt.<br />
Günstiger als die beschriebene Einrichtung ist wegen der gleichmäßigeren Wärmeübertragung<br />
die Apparatur zur Bestimmung der Schmelztemperatur nach THIELE (Abb. A.lll).<br />
| Bei diesen Schmelztemperaturbestimmungen ist unbedingt eine Schutzbrille zu tragen!<br />
Rührer<br />
Abb.A.110<br />
Einfache Apparatur zur Bestimmung<br />
des Schmelztemperatur<br />
Abb. A.lll<br />
Apparatur zur Bestimmung der Schmelztemperatur<br />
nach THIELE
A. 3.1 Schmelztemperatur 79<br />
Als Schmelztemperatur liest man die Temperatur ab, bei der die Substanz klar geschmolzen<br />
ist. Die Schmelztemperaturangabe ist höchstens auf ± 0,5 0 C genau. Bei unreinen Substanzen<br />
gibt man das Temperaturintervall vom Auftreten erster Anteile flüssiger Phase bis zur klaren<br />
Schmelze an. Die auf diese Weise bestimmte Schmelztemperatur bzw. das Schmelzintervall liegen<br />
im allgemeinen etwa l 0 C höher als der auf einem Heiztisch (vgl. A.3.1.2.) ermittelte Wert.<br />
Die Schmelztemperatur sehr hoch schmelzender Verbindungen (> 25O 0 C) bestimmt man<br />
im Metallblock (Kupfer, Aluminium). Kapillaren mit der Probe und Thermometer werden in<br />
Bohrungen des Blockes eingeführt, eine weitere Bohrung, die mit Glimmerfenstern verschlossen<br />
sein kann, dient zur Beobachtung des Schmelzvorganges.<br />
Die Schmelztemperaturbestimmung in der Kapillare ist ohne größeren Aufwand auch bis zu<br />
Temperaturen von etwa -50 0 C möglich. Man arbeitet am einfachsten in einem Becherglas mit<br />
einer Kältemischung aus Kohlensäureschnee/Methanol (Abb. A.110). Man kühlt zunächst so<br />
weit, daß die Substanz in der Kapillare erstarrt und läßt dann die Kältemischung sich langsam<br />
unter Rühren erwärmen.<br />
Da das Thermometer nicht mit seiner ganzen Länge in das Flüssigkeitsbad eintaucht, macht<br />
sich eine Thermometerkorrektur erforderlich. Wenn 9^ die abgelesene Temperatur ist, errechnet<br />
sich die wahre Temperatur 3^ zu:<br />
3f mittlere Temperatur des herausragenden Fadens; y Konstante, abhängig von der Art des<br />
Thermometers, für Quecksilberthermometer in Jenaer Glas ist y = 0,000 16; n Anzahl der<br />
Grade, die der Faden aus dem Bad herausragt.<br />
3.1.2. Mikroschmelztemperaturbestimmung auf dem Heiztisch<br />
Die mikroskopische Beobachtung des Schmelzvorgangs bei 50- bis lOOfacher Vergrößerung bietet<br />
gegenüber der Bestimmung der Schmelztemperatur in der Kapillare verschiedene Vorteile: Der<br />
Substanzverbrauch ist sehr gering, so daß im Mikro- und Submikromaßstab gearbeitet werden<br />
kann (mg bis ^g). Veränderungen der Substanz beim Erwärmen lassen sich unter dem Mikroskop<br />
(Abb. A.113) sehr genau beobachten (Wasserabspaltung aus Hydraten, Umwandlung polymorpher<br />
Substanzen, Sublimation und Zersetzungsprozesse). Es sind daher elektrisch geheizte<br />
Objekttische für Mikroskope konstruiert worden KOFLER, BOETIUS), die es gestatten, die<br />
gewünschte Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs über einen Regelwiderstand einzustellen. In<br />
der seitlichen Bohrung der Heizplatte ist ein Thermometer angebracht, das mit Hilfe geeigneter<br />
Testsubstanzen in Verbindung mit dem Heiztisch geeicht wurde. Die erhaltenen Werte stellen<br />
daher korrigierte Schmelztemperaturen dar; eine Fadenkorrektur ist nicht erforderlich.<br />
Zur Vorbereitung der Probe werden zunächst wenige Kriställchen zwischen einem plangeschliffenen<br />
Spezialobjektträger und ein zugehöriges Deckgläschen gebracht. Größere Kristalle<br />
muß man zunächst zwischen zwei Objektträgern zerreiben. Der Objektträger wird mit<br />
einem Führungsring auf dem mit einer Glasplatte abgedeckten Heiztisch in das Beobachtungsfeld<br />
des Mikroskopes gebracht.<br />
Die Schmelztemperatur kann auf zweierlei Art bestimmt werden. In der „durchgehenden"<br />
Arbeitsweise läßt man die Temperatur des Heiztisches ohne Unterbrechung bis zum vollständigen<br />
Schmelzen der Substanz ansteigen (in der Nähe der Schmelztemperatur 2 bis 4 0 C pro<br />
Minute). Als Schmelzbeginn betrachtet man die Temperatur, bei der sich die Ecken und Kanten<br />
größerer Kristalle runden. Die Temperatur, an der alle Kristalle verschwunden sind, wird<br />
als Ende des Schmelzintervalls angegeben. Bei der exakteren Bestimmung der Schmelztemperatur<br />
im „Gleichgewicht" wird durch Regulierung der Heizung diejenige Temperatur eingestellt,<br />
bei der Gleichgewicht zwischen fester und flüssiger Phase herrscht.
80 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Thermometerfuhrung<br />
Abb. A.113<br />
Heiztischmikroskop zur Bestimmung der Schmelztemperatur<br />
Thermometerablesevomchtung<br />
Die Schmelztemperaturen sublimierender Substanzen bestimmt man in flachen, zugeschmolzenen<br />
Küvetten (Fischer-Küvetten).<br />
Zur Bestimmung des Mischschmelzpunkts gibt man je ein Kriställchen der beiden Substanzen<br />
eng nebeneinander auf einen Objektträger und bringt sie durch leichtes Drücken und<br />
Bewegen mit dem Eckglas in innige Berührung.<br />
3.2. Siedetemperatur<br />
Die Siedetemperatur (der „Siedepunkt") ist im Gegensatz zur Schmelztemperatur stark druckabhängig<br />
(vgl. [A.45]) und ihre exakte Bestimmung mit einem größeren Aufwand verbunden.<br />
Meist wird als Siedetemperatur das beim Destillieren einer Substanz beobachtete Siedeintervall<br />
angegeben. Hierbei können durch Überhitzung des Dampfs und fehlerhafte Apparatedimensionen<br />
(z. B. falscher Sitz des Thermometers, vgl. A.2.3.2.2.) Abweichungen vom wirklichen<br />
Wert auftreten. Weitere Fehlerquellen entstehen auch, wenn die Thermometerkorrektur<br />
nicht berücksichtigt wird (vgl. [A.112]) oder die Druckmessung nicht exakt erfolgt (z. B. durch<br />
fehlerhafte Manometeranzeige des Vakuums). Daher findet man in der Literatur häufig unterschiedliche<br />
Siedetemperaturangaben für die gleiche Substanz.<br />
Der Einfluß von Verunreinigungen auf die Siedetemperatur ist stark von der Art des verunreinigenden<br />
Stoffes abhängig. So findet man beträchtliche Einflüsse, wenn Reste leichtflüchtiger<br />
Lösungsmittel vorhanden sind. Dagegen hat der Zusatz eines Stoffes gleicher Siedetemperatur<br />
(bei idealem Verhalten) überhaupt keinen Einfluß (vgl. Raoultsches Gesetz [A.48]).<br />
Meist wirken sich kleine Verunreinigungen auf die Siedetemperatur weniger aus als auf die<br />
Schmelztemperatur.
A. 3.3. Refraktometrie 81<br />
Aus allen diesen Gründen hat die Siedetemperatur zur Charakterisierung eines Stoffes und<br />
als Reinheitskriterium nicht die gleiche Bedeutung wie die Schmelztemperatur.<br />
Molekülgröße und intermolekulare Wechselwirkungen bestimmten weitgehend die Höhe der Siedetemperatur.<br />
So steigt die Siedetemperatur der Normalparaffine von C4 bis C12 jeweils um 20 bis 3O 0 C pro C-<br />
Atom an. Verzweigte Verbindungen besitzen generell eine niedrigere Siedetemperatur als entsprechende<br />
geradkettige. In der Reihe Ether < Aldehyd < Alkohol hat bei gleicher C-Zahl der Alkohol die höchste<br />
Siedetemperatur, da die intermolekulare Wechselwirkung (Assoziation) in demselben Maße zunimmt<br />
(Wasserstoffbrücken bei den Alkoholen).<br />
Eine genaue Siedetemperaturbestimmung ist mit Hilfe von Ebulliometern möglich. Im Prinzip<br />
wird dabei die Flüssigkeit unter Rückfluß zum Sieden erhitzt und die Temperatur gemessen.<br />
Durch geeignete Konstruktion werden Wärmeverluste und auch Überhitzungen des<br />
Dampfs verhindert. Es sind aber im allgemeinen relativ große Substanzmengen erforderlich<br />
(mindestens einige ml). Stehen diese zur Verfügung (> 10 ml), so kann man eine Siedekurve<br />
einfacher in einer Destillationsapparatur aufnehmen. Dabei ist zu beachten, daß die Thermometerkugel<br />
vollständig von Dampf umspült wird, von Flüssigkeit benetzt ist und nicht zu tief in<br />
den überhitzten Dampf hineinragt (vgl. A.2.3.2.2.).<br />
3.3. Refraktometrie<br />
Zur Identifizierung einer flüssigen Substanz und zur Prüfung ihrer Reinheit kann auch der Brechungsindex<br />
n herangezogen werden. Wird monochromatisches Licht an der Grenzfläche<br />
zweier Medien gebrochen (Abb. A.114), gilt das Snelliussche Gesetz. Im allgemeinen dient<br />
Luft als Bezugsmedium.<br />
C1;c2 Lichtgeschwindigkeit<br />
im Medium 1 bzw. 2 Abb.A.114<br />
Darstellung zum Snelliusschen<br />
Brechungsgesetz<br />
Der Brechungsindex ist stark von der Temperatur abhängig. Bei organischen Flüssigkeiten<br />
nimmt er mit steigender Temperatur um etwa 4 bis 5 • 1(H pro Grad ab. Darüber hinaus ändert<br />
sich der Brechungsindex mit der Wellenlänge des Lichts (Dispersion). Im allgemeinen gibt<br />
man Brechungsindizes bei der Spektrallinie des gelben Natriumlichts (D-Linie, 589 nm) an.<br />
Temperatur und Wellenlänge bzw. Spektrallinie werden als Indizes vermerkt, z. B. nD 5 .<br />
Man bestimmt Brechungsindizes mit Hilfe von Refraktometern. Das Standardgerät für organisch-chemische<br />
Laboratorien ist das Abbe-Refraktometer. Es benutzt als Meßprinzip die<br />
Bestimmung des Grenzwinkels der Totalreflexion und ist so konstruiert, daß auch bei Verwendung<br />
von polychromatischem Licht (z. B. Tageslicht) der Brechungsindex bei der D-Linie<br />
erhalten wird. Man benötigt für eine Messung nur wenige Tropfen Flüssigkeit, die Genauigkeit<br />
beträgt ±0,000 l. 1 ) Um diese Genauigkeit zu erreichen, muß die Temperatur während der<br />
Messung mit Hilfe eines Thermostaten auf ±0,2 0 C konstant gehalten werden. Man mißt<br />
> Man überprüfe Refraktometer von Zeit zu Zeit z. B. durch Messung einer Flüssigkeit mit genau bekanntem<br />
Brechungsindex (etwa dest. Wasser, n 2 ^ = 1,3330) und justiere gegebenenfalls nach!
82 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
zweckmäßig bei 2O 0 C oder 25 0 C bzw. bei niedrig schmelzenden festen Stoffen wenig oberhalb<br />
der Schmelztemperatur.<br />
Der Brechungsindex ist konzentrationsabhängig. Daher wird die Refraktometrie auch zur<br />
Konzentrationsbestimmung von Lösungen, zur Reinheitsprüfung und zur Kontrolle von Trennprozessen,<br />
z. B. analytischer Destillationen, angewandt. Der Brechungsindex binärer Mischungen<br />
ist linear von der Konzentration (in Volumenprozent) der Komponenten abhängig, wenn<br />
bei ihrer Mischung keine Volumenänderung auftritt. Im anderen Falle treten Abweichungen<br />
von der Linearität auf; für genaue Konzentrationsbestimmungen müssen dann Eichkurven aufgestellt<br />
werden.<br />
Aus dem Brechungsindex eines Stoffes und seiner Dichte kann man mit Hilfe der Lorentz-Lorenzschen<br />
Gleichung [A. 115] die Molrefraktion MR berechnen, die eine temperaturunabhängige Konstante darstellt:<br />
M Molmasse; D Dichte; NA Avogadro-Konstante<br />
Die Molrefraktion gestattet Aussagen über die Konstitution des Moleküls. Man informiere sich darüber<br />
in Lehrbüchern. Sie ist darüber hinaus der Elektronenpolarisierbarkeit des Moleküls direkt proportional<br />
(vgj. [A.115]).<br />
3.4. Polarimetrie<br />
Gewisse chemische Verbindungen sind „optisch aktiv", d. h. wenn sie von linear polarisiertem<br />
Licht durchstrahlt werden so drehen sie die Schwingungsebene des Lichts um einen bestimmten<br />
Betrag, den Drehwinkel a. Optische Aktivität tritt auf, wenn die Moleküle der betreffenden<br />
Verbindungen chiral sind. Man informiere sich in diesem Zusammenhang in Kapitel<br />
C.7.3.1 über Chiralität und Enantiomerie!<br />
Die Drehung der Polarisationsebene kann sowohl nach rechts (+; für den Beobachter im<br />
Uhrzeigersinn) als auch nach links (-) erfolgen. Der Drehwinkel a ist bei einem gegebenen<br />
Lösungsmittel abhängig von der Konzentration c (in g/100 ml Lösung), der Schichtdicke l<br />
(in dm) der durchstrahlten Substanz, der Temperatur t und der Wellenlänge A 1 ). Für eine<br />
bestimmte Wellenlänge und Temperatur gilt:<br />
_. r_.i, Cl<br />
[a]' wird als spezifische Drehung bezeichnet. Man mißt im allgemeinen mit dem Licht der D-<br />
Linie des Natriumlichts bei Temperaturen von 20 0 C oder 25 0 C. Die Angabe erfolgt z. B. als<br />
K- Die Größe des Drehwinkels a läßt sich mit Hilfe von Polarimetern bestimmen. Ein visuelles<br />
Polarimeter (Abb. A. 117) besteht im Prinzip aus einer monochromatischen Lichtquelle (A),<br />
deren Licht in einem Nicolschen Prisma (B; Polarisator) polarisiert wird und danach durch die<br />
Küvette (C) mit der Lösung der zu untersuchenden Substanz hindurchtritt. Die dabei erfolgende<br />
Drehung der Ebene des polarisierten Lichts läßt sich mit Hilfe eines zweiten drehbaren<br />
Nicolschen Prismas (D; des Analysators) feststellen, das mit einer graduierten Skala fest verbunden<br />
ist. Dabei muß das durch ein Okular (E) beobachtete, in zwei oder drei Teile unterschiedlicher<br />
Helligkeit geteilte Sehfeld auf gleichmäßige Helligkeit gebracht werden.<br />
1 J Die Abhängigkeit der Drehung der Polarisationsebene von der Wellenlänge bezeichnet man als Rotationsdispersion;<br />
man vergleiche hierzu die am Ende des Kapitels angegebene Literatur.
A B C<br />
Abb.A.117<br />
Schematische Darstellung eines Polarimeters<br />
A. 3.5. Optische Spektroskopie 83<br />
Die hierzu notwendige Drehung des Analysators wird auf der Skala abgelesen. Zur Kontrolle<br />
des Nullpunkts des Geräts führt man in gleicher Weise eine Messung ohne die zu untersuchende<br />
Substanzlösung durch.<br />
Ein so gefundener Winkel + a kann sowohl einer Rechtsdrehung um a (oder a + 180°) als<br />
auch einer Linksdrehung um 180° - a (oder 360° - a ) entsprechen. Der Drehungssinn muß<br />
daher durch eine zweite Messung, z. B. mit der halben Schichtdicke oder Konzentration,<br />
gesondert ermittelt werden. Erhält man dabei einen Drehwinkel von a/2 (oder a/2 + 90°), so<br />
liegt Rechtsdrehung vor, während ein Winkel von 90° - a/2 (oder 180° - a/2) Linksdrehung<br />
anzeigt. Da die Abhängigkeit der spezifischen Drehung von der Temperatur nicht sehr groß<br />
ist, kommt man im allgemeinen ohne eine Thermostatierung der Meßküvette aus. Bei genauen<br />
Messungen ist sie jedoch nötig.<br />
Wegen der Wechselwirkung des gelösten Stoffs mit dem Lösungsmittel ist die spezifische<br />
Drehung stark vom Lösungsmittel und unter Umständen auch von der Konzentration abhängig.<br />
Daher müssen Lösungsmittel und Konzentration angegeben werden, z. B. [a]^ = 27,3° in<br />
Wasser (c = 0,130 g -mH).<br />
Polarimetrische Messungen dienen außer zur Kennzeichnung reiner optisch-aktiver Verbindungen<br />
auch zur quantitativen Bestimmung in Lösungen. So kann z. B. der Gehalt von Zukkerlösungen<br />
polarimetrisch bestimmt werden (Saccharimeter).<br />
3.5. Optische Spektroskopie<br />
Wird ein Stoff von elektromagnetischen Wellen durchstrahlt, so kann er mit der Strahlung in<br />
Wechselwirkung treten und Energie absorbieren, wenn eine seiner Eigenfrequenzen mit der<br />
entsprechenden Frequenz der Strahlung übereinstimmt. Je nach der Frequenz der absorbierten<br />
Strahlung unterscheidet man Röntgen-, UV-VIS-, Infrarot- und Mikrowellenspektroskopie.<br />
Für Routineuntersuchungen in der organischen Chemie sind der Ultra Violettbereich (UV),<br />
der sichtbare Bereich (VIS) und der Infrarotbereich (IR) besonders interessant, weil hier preiswerte<br />
Spektrometer verfügbar und die erhaltenen Spektraldaten relativ einfach empirisch auswertbar<br />
sind.<br />
Derartige Geräte arbeiten wie folgt: Die von der Strahlungsquelle kommende polychromatische<br />
Strahlung durchsetzt die Probe, wo ein Teil entsprechend den angeregten Eigenfrequenzen<br />
der Substanz absorbiert wird. In einem (meist nachgeschalteten) Monochromator wird das polychromatische<br />
Licht in die einzelnen Frequenzen getrennt, danach verstärkt und schließlich die<br />
Intensität relativ zu einem Vergleichsstrahl gemessen, der unmittelbar durch den Monochromator<br />
(IR-Spektroskopie) oder durch eine Vergleichsküvette geschickt wird, die nur das Lösungsmittel<br />
enthält (UV-VIS-Spektroskopie). Im letzten Fall werden die Eigenabsorption des Lösungsmittels<br />
und Reflexionsverluste an der Küvettenoberfläche kompensiert („Zweistrahlspektrometer"). Der<br />
Monochromator wird schrittweise auf die einzelnen Frequenzen eingestellt und so der gesamte<br />
interessierende Spektralbereich durchfahren. Die Absorptionsintensität wird über der Wellenlänge<br />
oder der Frequenz in Form einer Kurve (Spektrum) und/oder digital registriert.
84 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
In neuentwickelten UV-VIS-Spektrometern entfällt die Variation der Frequenz durch einen<br />
Monochromator, statt dessen wird das polychromatische Licht durch ein geeignetes Dispersionselement<br />
in die einzelnen Frequenzen aufgetrennt, die durch entsprechend angeordnete<br />
Photodioden registriert, elektrisch verstärkt und aufgezeichnet werden (Dioden-Array-Spektrometer).<br />
Mit derartigen Geräten läßt sich ein UV-VIS-Spektrum innerhalb von Millisekunden<br />
erhalten. Auch bei IR-Spektrometern gibt es Weiterentwicklungen (Fourier-Transform-<br />
IR-Spektrometer).<br />
Im UV-VIS- bzw. IR-Spektrum sind die Lage des Signals auf der Energiekoordinate (Wellenlänge<br />
bzw. Frequenz) und seine Intensität von Bedeutung. Für die absorbierte Energie AE<br />
gilt<br />
A£ = hv = -^ [A.118]<br />
A.<br />
v Frequenz, A Wellenlänge, h Planck-Wirkungsquantum, c Lichtgeschwindigkeit<br />
Durch Multiplikation mit der Avogadro-Konstante erhält man die pro Mol bei der jeweiligen<br />
Wellenlänge aufgenommene Strahlungsenergie:<br />
A* = 1 "' 6 - 10 VmOl-' [A.119]<br />
>l/nm<br />
UV-VIS- und IR-Spektrometer zeichnen die Absorptionsintensität entweder über der Wellenlänge<br />
und/oder Frequenz auf. Die Registrierung über der Frequenz hat den Vorteil, daß die<br />
Abszisse linear von der Energie dargestellt wird. Die Frequenz hat jedoch unhandlich große<br />
Zahlenwerte, und man verwendet deshalb die Wellenzahl v (in cm- 1 ):<br />
v = - =<br />
c A/nm<br />
[A.120]<br />
v eignet sich gut für IR-Spektren, ist jedoch für UV-VIS-Spektren noch immer unhandlich<br />
groß; hier wird noch häufig benutzt: 10 3 cm- 1 = kK („kilo-Kayser").<br />
Mit den obigen Beziehungen lassen sich die Frequenz- und Energiebereiche der optischen<br />
Spektroskopie angeben; vgl. Tabelle A.121.<br />
Tabelle A.121<br />
Frequenz- und Energiebereiche der optischen Spektroskopie<br />
v/10 3 cm -1<br />
A/nm<br />
J£/kJ-moH<br />
Vakuum-<br />
Ultraviolett 1 )<br />
(VUV)<br />
>55<br />
665<br />
Ultraviolettbereich<br />
(UV)<br />
55... 28<br />
180... 360<br />
665... 335<br />
Sichtbares<br />
Gebiet<br />
(VIS)<br />
28... 13<br />
360... 750<br />
335. ..16O<br />
Infrarotgebiet<br />
(IR)<br />
750<br />
A. 3.5. Optische Spektroskopie 85<br />
Die Absorbanz A (früher Extinktion E) ist danach der Konzentration c, der Schichtdicke d<br />
(gewöhnlich in cm) und dem molaren dekadischen Absorptionskoeffizienten (früher Extinktionskoeffizienten)<br />
£ proportional, s (das gewöhnlich in cm 2 -moH angegeben wird) ist eine<br />
wellenlängenabhängige Stoffkonstante.<br />
Die Absorption von Stoffgemischen setzt sich bei Abwesenheit starker zwischenmolekularer<br />
Wechselwirkungen additiv aus den Absorptionen der einzelnen Komponenten zusammen.<br />
Die Absorptionskoeffizienten im UV-VIS-Bereich können sehr große Werte bis über<br />
10 5 cm 2 -moH erreichen, so daß UV-VIS-spektroskopisch sehr empfindliche Konzentrationsbestimmungen<br />
möglich sind.<br />
Die im optischen Bereich absorbierte Energie verteilt sich auf Elektronen- und Molekülschwingungen.<br />
Absorptionen im UV-VIS-Bereich beruhen in erster Linie auf der Anregung<br />
von Elektronenübergängen. Die UV-VIS-Spektroskopie wird deshalb auch als Elektronenspektroskopie<br />
bezeichnet. Molekülschwingungen werden nur untergeordnet sichtbar (als sogenannte<br />
Feinstrukturen). Die IR-Spektroskopie registriert dagegen überwiegend Kern-(Molekül-)Schwingungen,<br />
während Elektronenübergänge allenfalls im nahen IR-Bereich (750... 1200<br />
nm) mit angeregt werden.<br />
Da Elektronenübergänge nicht so unmittelbar mit dem Molekülbau verknüpft sind wie<br />
Molekülschwingungen, ist die UV-VIS-Spektroskopie der IR-Spektroskopie für die Strukturermittlung<br />
weit unterlegen.<br />
Es sind moderne, mit Computern gekoppelte Spektrometer verfügbar, die in einer umfangreichen<br />
Software zahlreiche typische Spektren gespeichert enthalten. Die Strukturen unbekannter<br />
Proben lassen sich dann durch Spektrenvergleiche im Dialogverfahren ermitteln.<br />
3.5.1. UV-VIS-Spektroskopie<br />
Die meisten organischen Verbindungen, die Doppelbindungen und/oder freie Elektronenpaare<br />
enthalten, absorbieren oberhalb 180 nm. Die für die Lichtabsorption verantwortlichen Gruppierungen<br />
werden auch als Chromophore bezeichnet.<br />
Bei der Lichtanregung entsteht aus dem Grundzustand des Moleküls ein angeregter<br />
Zustand, der gewissermaßen ein neues Molekül mit veränderter Struktur (Bindungsabstände,<br />
Bindungswinkel und Elektronenverteilung) darstellt. Er ist energiereich und hat gewöhnlich<br />
eine Lebensdauer im Nanosekundenbereich. Angeregte Zustände können auch chemische<br />
Reaktionen eingehen (Photochemie).<br />
Die mitangeregten Molekülschwingungen werden - vor allem infolge Schwingungswechselwirkung<br />
mit dem Lösungsmittel - meistens nicht aufgelöst, sondern man beobachtet Absorptionsbanden,<br />
denen in unpolaren Lösungsmitteln manchmal Feinstrukturen überlagert sein<br />
können, in denen die Molekülschwingungen zum Ausdruck kommen, vgl. Abb. A. 123.<br />
Nach einem einfachen qualitativen quantenchemischen Modell ist die Lichtanregung mit<br />
dem Übergang eines Elektrons von einem besetzten Molekülorbital des Grundzustandes in ein<br />
antibindendes Molekülorbital verbunden, vgl. Abb. A. 124. Die antibindenden Orbitale werden<br />
gewöhnlich durch ein Sternchen gekennzeichnet. Es lassen sich Übergänge bzw. angeregte<br />
Zustände der folgenden Typen unterscheiden:<br />
TTTT*-Übergänge meist £ > 10 4 cm 2 • moH vgl. Abb. A. 123<br />
nn*-Übergänge e < 1000 cm 2 • moH z. B. in Carbonylverbindungen, vgl. Abb. A.123<br />
n l O 4 cm 2 • moH in gesättigten Verbindungen.<br />
Die
86 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
<br />
200<br />
A/nm •<br />
250 300 400 500<br />
CH2=CHv XH=O -<br />
in Hexan<br />
=CH2<br />
55000 50000 45000 AOOOO 35000 30000 25000 20000<br />
*— v/cm" 1<br />
Abb. A.123<br />
UV-Spektren von Acrolein und Penta-l,3-dien<br />
a><br />
j?<br />
c<br />
LU<br />
n<br />
H*-<br />
Grundzustand<br />
Tt<br />
*<br />
Tt<br />
rm - nn -<br />
Anregungs- Anregungszustand<br />
zustand<br />
Abb. A.124<br />
Grund- und energieärmste angeregte<br />
Zustände des Acroleins im MO-Modell<br />
Die unterschiedliche Intensität der Absorptionsbanden, vgl. Abb. A.123, beruht darauf, daß<br />
die Elektronenübergänge Symmetriebedingungen unterliegen. Man unterscheidet zwischen<br />
„erlaubten" Übergängen (Absorptionskoeffizient e > 10 4 Cm 2 TnOH) und mehr oder weniger<br />
stark „verbotenen" Übergängen (Absorptionskoeffizient £ < 10 4 cm 2 • moH). Die n7r*-Übergänge<br />
von Carbonylgruppen sind relativ stark verboten (s ~ 10... 100 cm 2 • moH).<br />
7i7r*-Zustände sind gewöhnlich stärker polar, n7r*-Zustände dagegen schwächer polar als die<br />
entsprechenden Grundzustände. Absorptionsbanden mit TTTT*-Charakter werden deshalb bei<br />
Erhöhung der Lösungsmittelpolarität zu niedrigeren Energien (längeren Wellenlängen,<br />
„bathochrom") verschoben („positive Solvatochromie"), Banden mit nn*-Charakter dagegen<br />
kurzwellig („hypsochrome Verschiebung", „negative Solvatochromie"). Das kann - verbunden<br />
mit den Unterschieden in den Intensitäten von erlaubten 7T7r*-Übergängen und verbotenen<br />
n7i*-Übergängen - zur Identifizierung des Anregungstyps dienen.<br />
Besonders große bathochrome bzw. hypsochrome Effekte treten auf, wenn bei der Lichtanregung<br />
ein Elektron weitgehend von einem Elektronendonor auf einen Elektronenacceptor<br />
im gleichen Molekül (in Salzen usw. auch intermolekular) übergeht (charge transfer- Übergänge),<br />
z. B. im p-Nitranilin (positive Solvatochromie) bzw. im l-Methyl-4-methoxycarbonylpyridinium-iodid<br />
I oder im Pyridinio-phenolat II (starke negative Solvatochromie). Da die solvatochrome<br />
Verschiebung mit steigender Polarität des Lösungsmittels zunimmt, können I nach<br />
KOSOWER („Z-Werte") und II nach REICHARDT und DIMROTH („ET-Werte") zur Charakterisierung<br />
der Lösungsmittelpolarität benützt werden (vgl. C.3.3.).
COOCH3<br />
II<br />
A. 3.5. Optische Spektroskopie 87<br />
[A.124a]<br />
Obwohl die UV-VIS-Spektroskopie für die Strukturanalytik nicht sehr gut geeignet ist, lassen<br />
sich doch einige allgemeine Aussagen zum Zusammenhang zwischen Molekülstruktur und<br />
UV-VIS-Spektren machen (vgl. auch die Literaturhinweise unter A.6.):<br />
TTTC*-Übergänge sind im gesamten UV-VIS-Bereich zu finden. Nicht konjugierte Doppeloder<br />
Dreifachbindungen absorbieren unterhalb 200 nm. Ihre Absorptionen werden jedoch<br />
durch Konjugation mit weiteren Doppelbindungen (C=C, OC, C=O, C=N, N=N) bathochrom<br />
verschoben. Der Grund wird aus Abbildung A. 125 ersichtlich, in der das rc-Elektronensystem<br />
durch Konjugation zweier isolierter Doppelbindungen zusammengesetzt wird. Einige Beispiele<br />
konjugiert-ungesättigter Verbindungen sind in Tabelle A. 126 zusammengestellt. Man erkennt,<br />
daß in den konjugierten Polyenen der bathochrome Einfluß zusätzlicher Doppelbindungen<br />
immer kleiner wird. ß-Caroten (11 konjugierte Doppelbindungen) hat das längstwellige<br />
Absorptionsmaximum bei 494 nm (e = 150 000 cm 2 -moH), und für unendliche Konjugation ist<br />
eine Konvergenzgrenze bei ca. 610 nm zu erwarten. Der Absorptionskoeffizient nimmt mit<br />
zunehmender Anzahl („Konzentration") an Doppelbindungen zu. In ähnlicher Weise wie<br />
zusätzliche_Doppelbiridungen wirken auch sogenannte auxochrome (farbvertiefende) Gruppen,<br />
z. B. OH, OR, SR, NR2, wenn Konjugation des freien Elektronenpaars mit den Doppelbindungen<br />
möglich ist. Derartige Gruppen sind in vielen Farbstoffen enthalten und wesentlich<br />
für den Farbstoffcharakter verantwortlich. Zwei derartige Farbstofftypen (Polymethinfarbstoffe)<br />
- Cyanine (II) und Oxonole (III) - sind in Tabelle A. 126 mit aufgeführt. In den PoIymethinen<br />
bleibt die Wirkung zusätzlicher C=C-Gruppierungen konstant, so daß Farbstoffe<br />
erhältlich sind, die weit im IR-Bereich absorbieren (oberhalb 1200 nm).<br />
AE AE<br />
C=C OC-C=C C=C C=C C=C-C=C C=C<br />
Abb. A. 125<br />
Wirkung zusätzlicher Konjugation auf die Lichtabsorption von Olefinen und Carbony!Verbindungen
88 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Tabelle A. 126<br />
Einfluß zunehmender Konjugation in Polyenen (I), Cyaninen (II) und Oxonolen (III)<br />
^max in nm, Ig e in Klammern<br />
n<br />
O<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
I<br />
in Hexan<br />
174 (4,38)<br />
227 (4,38)<br />
275 (4,48)<br />
310 (4,88)<br />
342 (5,09)<br />
380 (5,17)<br />
CH3<br />
II<br />
in CH2Cl2<br />
224 (4,16)<br />
312 (4,81)<br />
416 (5,08)<br />
519 (5,32)<br />
625 (5,47)<br />
734 (5,55)<br />
CH3<br />
III<br />
in DMF<br />
190<br />
268 (4,43)<br />
362 (4,75)<br />
455 (4,88)<br />
548 (4,80)<br />
644<br />
Isolierte C=O-Gruppen von Aldehyden und Ketonen zeigen nn*-Absorptionen in einem<br />
verhältnismäßig schmalen Bereich um 280...300 nm. Obwohl diese Übergänge verboten und<br />
die Banden demzufolge nur schwach sind, kann die UV-Spektroskopie hier einen wertvollen<br />
Beitrag zur Gruppenanalytik leisten. Das gilt auch für weitere Gruppen, vgl. Tab. A.127.<br />
Tabelle A.127<br />
Absorption von Chromophoren mit n7r*-Banden (in aliphatischen Kohlenwasserstoff-Lösungsmitteln)<br />
Atomgruppierung Amax/nm<br />
C=O 280<br />
/<br />
C=S 500<br />
//<br />
C=N- 240<br />
/<br />
Ige<br />
13<br />
1,0<br />
2,2<br />
Atomgruppierung<br />
-N=N-<br />
-N=O<br />
©/P<br />
—N<br />
O 0<br />
Amax/nm<br />
Im Gebiet des C=N-Chromophors absorbieren auch Semicarbazone und Thiosemicarbazone<br />
(die außerdem eine Bande bei ca. 280 nm, s ~ 20 000 cm 2 • moH aufweisen). Die entsprechenden<br />
a,ß-ungesättigten Verbindungen absorbieren ca. 20 nm längerwellig. In 2,4-Dinitro-phenylhydrazonen<br />
ist dagegen der charge-transfer-Übergang bei 360 nm (E ~ 20 000<br />
cm 2 • moH) prominent.<br />
Wie aus den Abbildungen A. 125 und A. 123 hervorgeht, wird die nn*-Absorption in a,ßungesättigten<br />
Verbindungen bathochrom verschoben (meist ca. 20...50 nm). Heteroatome<br />
unmittelbar an der C=O-Gruppe mit einem einsamen Elektronenpaar, wie z. B. in Carbonsäuren,<br />
Carbonsäureestern und Säureamiden, verschieben die n;r*-Absorptionen der C=O-<br />
Gruppe hypsochrom (/max ca. 200...220 nm):<br />
350<br />
660<br />
270<br />
Ige<br />
1,1<br />
1,3<br />
1,3
o<br />
H3C-C<br />
H<br />
X1713x = 277 nm<br />
Ig e = 0,70<br />
in Wasser<br />
/o<br />
H3C-C<br />
OH<br />
Xm3x = 208 nm<br />
Ige = 1,50<br />
in Ethanol<br />
O<br />
H3C-C 7<br />
NH2<br />
X^3x = 205 nm<br />
Ig e = 2,21<br />
in Methanol<br />
A. 3.5. Optische Spektroskopie 89<br />
[A.128]<br />
Aromatische Kohlenwasserstoffe besitzen 2 bis 3 mittelstarke Banden im Gebiet<br />
200...400 nm, die in unpolaren Lösungsmitteln oft Feinstrukturen zeigen. In höherkondensierten<br />
Aromaten sind die Banden nach größeren Wellenlängen verschoben (Abb. A. 129). Eine<br />
ähnlich bathochrome Verschiebung bewirken auch konjugationsfähige Substituenten, und<br />
zwar sowohl Acceptor- als auch Donatorgruppen (Abb. A. 130).<br />
200<br />
A/nm —•<br />
250 300 400 500<br />
50000 40000 30000<br />
Abb. A.129<br />
UV-Spektren von Benzen, Naphthalen<br />
und Anthracen<br />
20000<br />
A/nm —•<br />
250 300 400 500<br />
50000 40000 30000<br />
•+— v /cm" 1<br />
Abb. A.130<br />
UV-Spektren von Benzaldehyd, Anilin<br />
und Fluorbenzen<br />
Die Absorption von aromatischen Heterocyclen ähnelt häufig der von Aromaten, z. B.:<br />
tnax = 254 nm Ig e = 2,31<br />
tnax = 203,5 nm Ig e = 3,87<br />
in Wasser (+ 2% Methanol)<br />
{= 257 nm<br />
{= 195 nm<br />
Ig £ = 3,48<br />
Ig E = 3,73<br />
20000<br />
[A.131]
90 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
UV-VIS-Spektren organischer Verbindungen werden routinemäßig von einer Lösung der<br />
Substanz bestimmt. Um sowohl die starken als auch die schwachen Absorptionen zu erfassen,<br />
muß man Lösungen unterschiedlicher Konzentration vermessen. Die experimentell ermittelten<br />
Absorbanzen werden in Absorptionskoeffizienten umgerechnet und als dekadische<br />
Logarithmen Ig E über A bzw. v aufgetragen (vgl. Abb. A.123, A.129, A.130). Die verwendeten<br />
Lösungsmittel sollen hochrein (spektroskopisch rein) sein und möglichst wenig Wechselwirkungen<br />
mit der gelösten Substanz eingehen. Aus diesem Grunde sind die besten Informationen<br />
in Hexan oder Cyclohexan gewinnbar, hier vor allem Feinstrukturen. Das Lösungsmittel darf<br />
natürlich im Bereich der erwarteten Absorptionen nicht selbst absorbieren. Aus diesem<br />
Grunde sollte man handelsübliches absolutes Ethanol nicht verwenden, da dieses häufig noch<br />
Spuren Benzen (aus der Azeotropdestillation) enthält. <strong>Organisch</strong>e Farbstoffe werden besser in<br />
Acetonitril oder Ethanol aufgenommen als in Wasser, da dieses die Bildung von Dimeren<br />
begünstigt. Im Bereich 180...200 nm absorbiert bereits Sauerstoff, der gesamte optische Teil<br />
des Spektrometers muß hier deshalb mit Argon oder Stickstoff gespült werden. Einige häufig<br />
benutzte Lösungsmittel sind in Tab. A.132 aufgeführt.<br />
Tabelle A. 132<br />
Lösungsmittel für die UV-VIS-Spektroskopie<br />
Es ist die Grenzwellenlänge (in nm) angegeben, oberhalb derer Lösungen<br />
in l cm Schichtdicke gemessen werden können.<br />
Hexan<br />
Cyclohexan<br />
Wasser<br />
Acetonitril<br />
Methanol<br />
A. 3.5. Optische Spektroskopie 91<br />
als Grundschwingungen, Eigen- oder Normalschwingungen bezeichnet. Sie liegen in einem<br />
Wellenzahlbereich von 400 bis 4 000 cm-i (25 bis 2,5 um I)) und entsprechen Anregungsenergien<br />
von etwa 4 bis 40 kJ-moH (~ l bis 10 kcal-mol-i). Man vergleiche diesen Wert mit den<br />
zur Elektronenanregung notwendigen Energiebeträgen!<br />
Die Zahl der Grundschwingungen ergibt sich aus der Anzahl der Schwingungsfreiheitsgrade<br />
des Moleküls. Ein Molekül, das aus n Atomen besteht, hat Jn Bewegungsfreiheitsgrade. Von<br />
den 3n Freiheitsgraden des Moleküls entfallen 3 auf die Translation, und 3 (bei linear gebauten<br />
Molekülen 2) werden von der Rotation beansprucht. Für die Schwingung eines Moleküls stehen<br />
also 3n - 6 (bei linearen Molekülen 3n - 5) Freiheitsgrade zur Verfügung. Ebenso viele<br />
Grundschwingungen sind zu erwarten. Ein Molekül kann aber nur dann infrarote Strahlung<br />
aus einem elektromagnetischen Wechselfeld aufnehmen, wenn der damit verbundene Übergang<br />
in ein höheres Schwingungsniveau mit der Änderung des elektrischen Dipolmoments des<br />
Moleküls verbunden ist. Nur solche Übergänge sind erlaubt. Stark polare Gruppen in einem<br />
Molekül ergeben deshalb besonders intensive Absorptionen, z. B. >C=O, -NO2, -SO2- usw.,<br />
während unpolare Gruppierungen, wie sie in symmetrisch substituierten Olefinen (R2C=CR2)<br />
oder Azoverbindungen (R-N=N-R) vorliegen, IR-spektroskopisch inaktiv sind. IR-verbotene<br />
Übergänge werden dagegen in der Raman-Spektroskopie erfaßt, die deshalb eine wertvolle<br />
Ergänzung zur IR-Spektroskopie darstellt.<br />
Neben den Grundschwingungen können im oben angegebenen Energiebereich auch Oberschwingungen<br />
(Übergänge in höhere Schwingungsniveaus: v = Wv1, n = 2,3...) und Kombinationsschwingungen<br />
(Kopplung von Schwingungen: v = V1 + V2 oder v = V2 - VI) angeregt werden.<br />
Ihre Intensität ist im allgemeinen gering.<br />
Da jeder Schwingungsübergang mit einer Änderung des Rotationszustandes des Moleküls<br />
verbunden ist, stellt das Infrarotspektrum ein Rotationsschwingungsspektrum dar, das durch<br />
die Vielzahl der Einzelabsorptionen und durch die Wechselwirkungen der Moleküle im festen<br />
oder flüssigen Zustand nicht als Linienspektrum, sondern als Bandenspektrum erhalten wird<br />
(vgl.auchA.3.5.1.).<br />
Die Grundschwingungen unterteilt man in Valenz- oder Streckschwingungen, bei denen sich<br />
die Abstände der Atome in Bindungsrichtung ändern, und verschiedene Arten von Deformationsschwingungen,<br />
die auf einer Änderung der Bindungswinkel beruhen. Für Valenzschwingungen<br />
zweiatomiger Moleküle gilt näherungsweise das Hooksche Gesetz, das für die harmonische<br />
Schwingung zweier durch eine Feder verbundener Kugeln abgeleitet wurde:<br />
~ / "»i"*/ r A ^ /-»/-»i<br />
v = -—\— n = L [A.1331J<br />
2;rc w n mi + m2<br />
U reduzierte Masse; K Kraftkonstante (Maß für die Bindungsstärke)<br />
Dieses Gesetz kann mit Erfolg auch zum Verständnis der Lage von Valenzschwingungen<br />
zweiatomiger Strukturelemente herangezogen werden. Danach steigt die Frequenz dieser<br />
Schwingungen mit steigender Bindungsstärke zwischen den Atomen und mit abnehmender<br />
Atommasse. In Übereinstimmung damit steigt die Absorptionsfrequenz z. B. von der C-C-Einfachbindung<br />
(< 1200 cm- 1 ) über die C-C-Doppelbindung (~ l 600... 1700 cm- 1 ) zur OC-<br />
Dreifachbindung (-2200 cm- 1 ) an.<br />
Man leite in gleicher Weise die Abstufung der Absorptionsfrequenzen der Strukturelemente O-H,<br />
N-H, C-H, S-H sowie O-H, O-D oder C-H, C-D ab und überprüfe das Ergebnis mit Hilfe von Tabelle<br />
A.135.<br />
I v/cnr 1 =
92 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Da bei vergleichbaren Massen der schwingenden Atome die Anregungsenergien für Winkeldeformationen<br />
wesentlich kleiner sind als für Abstandsänderungen in Bindungsrichtung,<br />
liegen Valenzschwingungen im allgemeinen bei höheren Frequenzen als Deformationsschwingungen.<br />
Abbildung A. 134 gibt diese Verhältnisse für die drei Eigenschwingungen des Wassers<br />
wieder (man vgl. auch Tab. A. 135).<br />
3756 cm' 1<br />
3655cm' 1<br />
antisymmetrische symmetrische<br />
Valenzschwingung<br />
Abb. A.134<br />
Eigenschwingungen des Wassermoleküls<br />
1595cm -1<br />
Deformationsschwingung<br />
In Tabelle A. 135 findet man eine Zusammenstellung der Valenz- und Deformationsschwingungen<br />
für die wichtigsten charakteristischen Gruppen und für einige definierte organische<br />
Verbindungen. Bandenlage und -form lassen sich aus den angeführten Abbildungen entnehmen.<br />
Es ist deshalb günstig, die in Kapitel E abgebildeten Spektren gut zu studieren.<br />
Tabelle A.135<br />
Charakteristische Gruppen- und Gerüstfrequenzen im IR-Gebiet<br />
Wellenzahl 1 ) in cm -1<br />
3700...360Om<br />
(scharfe Bande)<br />
3600...320Os<br />
(breite Bande)<br />
3550...335Om<br />
3500...310Om<br />
3300...325Ow<br />
3350...3150m-s,b<br />
3 200... 2 400 m, sb<br />
3100...3000m-w<br />
3000...2800s-m<br />
2960,2870s-m<br />
2925,285Ow<br />
2900...240Om<br />
2 830... 2 815 m<br />
2820...276Om<br />
2820...272Om<br />
2600...255Ow<br />
Schwingungstyp<br />
-O-H-Valenz<br />
(unassoziiert)<br />
-O-H-Valenz<br />
(assoziiert)<br />
-N-H-Valenz<br />
(unassoziiert)<br />
-N-H-Valenz<br />
(assoziert)<br />
=C-H-Valenz<br />
-NHf-Valenz<br />
-O-H-Valenz<br />
(assoziiert)<br />
=C-H-Valenz<br />
-C-H-Valenz<br />
-CH3-Valenz<br />
-CH2-Valenz<br />
-O-D- Valenz<br />
-N-D-Valenz<br />
-O-CH3-Valenz<br />
-N-CH3-Valenz<br />
-C(O)-H-Valenz<br />
-S-H-Valenz<br />
Verbindungen<br />
Alkohole, Phenole, Säuren, Oxoalkohole,<br />
Hydroxyester(vgl. Abb. E.55, E.56)<br />
(vgl. Abb. E.43, E.52)<br />
primäre (2 Banden) und secundäre Amine und<br />
Amide (vgl. Abb. E.6, E.8)<br />
monosubstituierte Acetylene (vgl. Abb .E.67)<br />
Aminosäurehydrochloride, Aminhydrochloride<br />
(vgl. Abb. E.16)<br />
Carbonsäuren, Chelate (vgl. Abb. E.36, E.39,<br />
E.70)<br />
Aromaten, Olefine (vgl. Abb. E.6, E.25, E.39,<br />
E.40, E.44, E.55, E.65, E.67)<br />
gesättigte Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoffreste<br />
gesättigte Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoffreste<br />
(vgl. Abb. E.19, E.24, E.48,<br />
E.52, E.58)<br />
gesättigte Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoffreste<br />
(vgl. Abb. E.44, E.48, E.58)<br />
Amine, Alkohole<br />
Methylether (vgl. Abb. E.6)<br />
N-Methyl-amine(vgl. Abb. E.13)<br />
Aldehyde<br />
Thiole, Thiophenole (vgl. Abb. E.70)
Tabelle A. 135 (Fortsetzung)<br />
Wellenzahli)incm -1<br />
2300...2100m-s<br />
2270...200Os<br />
2260...219Ow<br />
226Om<br />
2260...221Om<br />
2185...212Om<br />
2140...210Om<br />
1850...160Os<br />
1785...170Os<br />
1840...178Os<br />
1780...172Os<br />
1780...175Os<br />
1760...170Os<br />
1720...169Os<br />
1750...173Os<br />
1730...171Os<br />
1745s<br />
1715s<br />
1705s<br />
1715...168Os<br />
690... 63Os<br />
690...166Os<br />
690... 65Os<br />
675... 63Om<br />
650... 62Om<br />
1650...155Om<br />
1630.. .1615 m<br />
1610...159Om<br />
1610...1560ss<br />
1600.. .1775<br />
1500<br />
1570...151Om<br />
1560.. .1515 s<br />
1500...148Om<br />
1470...1400s-m<br />
1420...133Os<br />
1 400-1 300 s,b<br />
1390...137Os<br />
1360...1030m-s<br />
1350...124Os<br />
Schwingungstyp<br />
-OX-Valenz<br />
(X=C,N,O)<br />
-Y=C=X-Valenz<br />
(Y=N,C;X=0,S)<br />
-N3-Valenz<br />
-OC-Valenz<br />
/T\<br />
-N^N-Valenz<br />
-ON-Valenz<br />
-N=C-Valenz<br />
-C=C-Valenz<br />
-C=O-Valenz<br />
-C=O-Valenz<br />
-C=O-Valenz<br />
-C=O-Valenz<br />
-C=O-Valenz<br />
-C=O-Valenz<br />
-C=O-Valenz<br />
-C=O-Valenz<br />
-C=O-Valenz<br />
-C=O-Valenz<br />
-C=O-Valenz<br />
-C=O-Valenz<br />
-C=N- Valenz<br />
-C=O-Valenz<br />
-C=O-Valenz<br />
-C=C-Valenz<br />
-NH2-Deform.<br />
-N-H-Deform.<br />
H-0-H-Deform.<br />
Ringschwingung<br />
-CO- Valenz in COO -<br />
-NHf-Deform.<br />
-N-H-Deform.<br />
-NO2-Valenz<br />
Ringschwingung<br />
-CH3- u.-CH2-Deform.<br />
-SO2-Valenz<br />
-CO-Valenz in COO -<br />
CH3-Deform.<br />
-C-N-Valenz<br />
-NO2-Valenz<br />
A. 3.5. Optische Spektroskopie 93<br />
Verbindungen<br />
Acetylene, Nitrile, Kohlenmonoxid<br />
Ketene, Isocyanate, Isothiocyanate, Azide<br />
1,2-disubstituierte Acetylene<br />
Diazoniumverbindungen<br />
Nitrile (vgl. Abb. E.8)<br />
Isocyanide<br />
monosubstituierte Acetylene (vgl. Abb. E.67)<br />
Carbonylverbindungen<br />
Carbonsäurehalogenide<br />
Carbonsäureanhydride (vgl. Abb. E.40)<br />
(2 Banden)<br />
Carbonsäurephenyl- bzw. -vinylester<br />
gesättigte Carbonsäuren (vgl. Abb. E.36)<br />
a,ß-ungesättigte und aromatische Carbonsäuren<br />
(vgl. Abb. E.30, E.70)<br />
gesättigte Carbonsäurealkylester<br />
gesättigte Aldehyde und Ketone, a,ß-ungesättigte<br />
und aromatische Carbonsäureester<br />
(vgl. Abb. E.19, E.24)<br />
Cyclopentanon<br />
Cyclohexanon<br />
Cycloheptanon<br />
a,ß-ungesättigte und aromatische Aldehyde<br />
(vgl. Abb. E.20, E.21)<br />
Azomethine, Oxime usw.<br />
a,ß-ungesättigte und aromatische Ketone<br />
primäre, secundäre und tertiäre Carbonsäureamide<br />
(Amidbande I)<br />
Aromaten, Olefine (vgl. Abb. E.39, E.65)<br />
primäre Säureamide (Amidbande II)<br />
primäre und secundäre Amine (vgl. Abb. E.6,<br />
E.8, E.9)<br />
Kristallwasser in Hydraten<br />
Aromaten (vgl. Abb. E.8, E.25, E.36, E.55,<br />
E.67)<br />
Salze von Carbonsäuren<br />
Ammoniumsalze (2 Banden)<br />
secundäre Säureamide (Amidbande II)<br />
Nitroalkane und aromatische Nitroverbindungen<br />
(vgl. Abb. E.9, E.56)<br />
Aromaten (vgl. Abb. E.8, E.36, E.55, E.67)<br />
gesättigte Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoffreste<br />
(vgl. Abb. E. 16, E.24, E.25,<br />
E.48, E.52, E.58)<br />
organische Sulfonylverbindungen<br />
Salze von Carbonsäuren<br />
gesättigte Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoffreste<br />
(vgl. Abb. E. 16, E.24, E.25,<br />
E.48, E.52, E.58)<br />
Amide, Amine<br />
Aliphatische und aromatische Nitroverbindungen<br />
(vgl. Abb. E.9, E.56)
94 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Tabelle A. 735 (Fortsetzung)<br />
Wellenzahl 1 ) in cm -<br />
1200...1 145s<br />
1300...1020m-s<br />
1300.. .1050<br />
1275...1200ss<br />
1075...102Os<br />
1150...1020ss<br />
1260...120Os<br />
1200...115Os<br />
1150...110Om<br />
1050...101Os<br />
1070...103Os<br />
970...96Os<br />
995. ..985 s<br />
915.. .905 s<br />
92Ob<br />
810...75Os<br />
710...69Os<br />
89Os<br />
840...81Os<br />
800...500m-w<br />
770... 735 s<br />
770...73Os<br />
710...69Os<br />
780...72Om<br />
800...600m-w<br />
730...68Om<br />
67Os<br />
Schwingungstyp Verbindungen<br />
-SO2-Valenz<br />
-C-O-C-Valenz<br />
-C-O-C-Valenz<br />
-C-O-C-Valenz<br />
_C_o_C-Valenz<br />
-C-O-Valenz<br />
-C-O- Valenz<br />
-C-O- Valenz<br />
_C-O-Valenz<br />
-S=O-Valenz<br />
=C-H-Deform.<br />
=C-H-Deform.<br />
O-H O-Deform.<br />
=C-H-Deform.<br />
=C-H-Deform.<br />
=C-H-Deform.<br />
-C-Hal-Valenz<br />
=C-H-Deform.<br />
=C-H-Deform.<br />
-CH2-Deform.<br />
-C-S-Valenz<br />
=C-H-Deform.<br />
=C-H-Deform.<br />
ss = sehr stark, s = stark, m = mittel, w = schwach, b = breit, sb = sehr breit<br />
organische Sulfonylverbindungen<br />
Ether, Ester, Anhydride, Acetale<br />
gesättigte Ester, Anhydride (2 Banden)<br />
aromatische und Vinylether<br />
(2 Banden) (vgl. Abb. E.6)<br />
aliphatische und alicyclische Ether<br />
(vgl. Abb. E.13, E.43, E.44)<br />
Phenole (vgl. Abb. E.55, E.56)<br />
tertiäre Alkohole<br />
secundäre Alkohole (vgl. Abb. E.52)<br />
primäre Alkohole<br />
Sulfoxide<br />
1,2-disubstituierte Ethylene (trans)<br />
monosubstituierte Ethylene<br />
(2 Banden) (vgl. Abb. E.65)<br />
Carbonsäuren (dimer) (vgl. Abb. E.36, E.39,<br />
E.70)<br />
1,3-disubstituierte Benzene<br />
(2 Banden)<br />
1,1-disubstituierte Ethylene<br />
1,4-disubstituierte Benzene (vgl. Abb. E.56,<br />
E.62)<br />
aromatische und aliphatische Halogenverbindungen<br />
1,2-disubstituierte Benzene (vgl. Abb. E.8, E.9,<br />
E.70)<br />
monosubstituierte Benzene (2 Banden)<br />
(vgl. Abb. E.25, E.36, E.44, E.55, E.65, E.67)<br />
n-Paraffine mit mehr als 4 CH2-Gruppen<br />
organische Schwefelverbindungen<br />
(Thiole, Thioether usw.)<br />
1,2-disubstituierte Ethylene (cis)<br />
Benzen<br />
Aus den dargelegten Zusammenhängen von Struktur und Absorptionsfrequenz ergibt sich<br />
die Möglichkeit, aus dem Infrarotspektrum viele Informationen über die Konstitution chemischer<br />
Verbindungen zu erhalten. Es hat sich gezeigt, daß Strukturelemente (z. B. O-H, N-H,<br />
C-H, C=C, GC, C=O, NO2, u. a.) in einem für sie typischen Erwartungsbereich absorbieren.<br />
Die für diese Absorptionen verantwortlichen Normalschwingungen, an denen ja alle Atome<br />
des Moleküls beteiligt sind, werden also besonders durch die Schwingung dieser Strukturelemente<br />
geprägt, woraus sich der diagnostische Wert der entsprechenden Absorptionen ergibt.<br />
Derartige charakteristische Absorptionsfrequenzen sind in Tabelle A. 135 für eine Anzahl von<br />
Strukturelementen aufgeführt.<br />
Es ist sehr wichtig, daß fast alle Strukturelemente Absorptionen in mehreren Gebieten des<br />
Spektrums zeigen, da verschiedene Typen von Valenz- und Deformationsschwingungen gleichzeitig<br />
angeregt sind, d. h., zu einer besonders prominenten „Schlüsselfrequenz" gehören stets<br />
noch andere Absorptionsfrequenzen. Nur wenn man alle diese Absorptionsfrequenzen im<br />
Spektrum findet, kann die Zuordnung zu dem betreffenden Strukturelement als einigermaßen<br />
sicher gelten. Die im Abschnitt A.3.8. gegebene Anleitung zur Aufklärung unbekannter Strukturen<br />
beruht auf dieser Forderung.
A. 3.5. Optische Spektroskopie 95<br />
Tritt im Infrarotspektrum einer unbekannten Substanz eine Schlüsselfrequenz auf, kann<br />
man sehr oft aus ihrer Lage innerhalb des für sie typischen Bereiches Aussagen über die nähere<br />
Umgebung der sie verursachenden Atomgruppierung machen (Nachbargruppeneffekte, Konjugation,<br />
Wasserstoffbrückenbindung). Bei OH- und NH-Gruppierungen unterscheidet man<br />
z. B. zwischen der Valenzschwingung der „freien", d. h. nicht in eine Wasserstoffbrücke einbezogenen,<br />
und der Valenzschwingung der „gebundenen", in eine Wasserstoffbrücke einbezogenen<br />
Gruppierung. Die „gebundenen" O-H und N-H-Valenzschwingungen sind im allgemeinen<br />
breit und unscharf (vgl. Abb. A. 137, a und b) und gegenüber den entsprechenden „freien"<br />
nach kleineren Wellenzahlen verschoben.<br />
Im Bereich von l 400 bis 700 cm -1 sind die Infrarotspektren vieler organischer Moleküle so<br />
kompliziert, daß die Zuordnung aller Absorptionsbanden zu einzelnen Strukturelementen<br />
auch bei vorliegendem großen Erfahrungsmaterial erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Aber<br />
gerade dieses Gebiet ist für den wissenschaftlich exakten Konstitutionsbeweis einer unbekannten<br />
Verbindung von Bedeutung. Wie die Erfahrung lehrt, ist die Konstitution zweier Stoffe<br />
(z. B. eines Naturstoffes und seines synthetischen Analogons) dann identisch, wenn die Infrarotspektren<br />
beider Stoffe in diesem Gebiet in allen Einzelheiten völlig übereinstimmen. Deshalb<br />
wird dieser Bereich auch als „finger-print"-Gebiet bezeichnet.<br />
Bei der Auswertung des Infrarotspektrums einer unbekannten Substanz ermittelt man<br />
zweckmäßig zuerst das Kohlenstoffgerüst der Verbindung. Dafür dienen der Bereich der C-H-<br />
Valenzschwingungen (3 300 bis 2 800 cm- 1 ), der Bereich der C-H-Deformationsschwingung<br />
(l 540 bis 650 cm- 1 ) und der Bereich der Gerüstschwingungen (l 700 bis 600 cm- 1 ). Mit Hilfe<br />
dieser Frequenzen und der in Tabelle A. 135 angegebenen Zuordnungen kann man in den meisten<br />
Fällen entscheiden, ob eine aromatische, olefinische, aliphatische oder gemischt aromatisch-aliphatische<br />
Verbindung vorliegt.<br />
Aromaten und Olefine erkennt man an ihren =C-H-Valenzschwingungen zwischen 3 100<br />
und 3 000 cm- 1 und an den =C-H-Deformationsschwingungen zwischen 650 und 950 cm- 1 . Für<br />
die Aromaten sind darüber hinaus die Ringschwingungen um l 600 cm -1 und l 500 cm- 1<br />
typisch, während die wenig intensive C=C-Valenzschwingung der Olefine im allgemeinen oberhalb<br />
l 600 cm -1 (l 600 bis l 660 cm- 1 ) liegt. Unsymmetrische Substitution des Olefins erhöht<br />
die Intensität der Bande.<br />
In günstigen Fällen läßt sich im =C-H-Deformationsschwingungsbereich aus der Zahl der<br />
Banden und ihrer Lage der Substitutionstyp des Benzens ableiten (vgl. Tab. A. 135).<br />
Fehlen die typischen Aromaten- und Olefinbanden und treten dagegen Absorptionen zwischen<br />
2 800 und 2 900 cm- 1 (C-H-Valenzschwingungen) auf, kann man mit Sicherheit auf<br />
Anwesenheit eines Aliphaten schließen. Werden Schwingungen beider Verbindungsklassen<br />
beobachtet, handelt es sich um eine gemischt aliphatisch-aromatische (oder aliphatisch-olefinische)<br />
Verbindung.<br />
Nach der Zuordnung des Gerüsttyps ermittelt man mit Hilfe der charakteristischen Frequenzen<br />
im Spektrum die funktioneilen Gruppen der Probe. Von großem Wert ist hierfür die<br />
Kenntnis der qualitativen Zusammensetzung der Verbindung, da auf diese Weise bestimmte<br />
Gruppen von vornherein ausgeschlossen werden können.<br />
Leicht lassen sich die O-H- und N-H-Gruppen durch ihre relativ intensiven Banden zwischen<br />
3 700 und 3 100 cm- 1 , die Dreifachbindungssysteme durch Banden zwischen 2 300 und<br />
2 100 cm- 1 - einem normalerweise sehr bandenarmen Gebiet - Carbonylverbindungen durch<br />
intensive Absorption zwischen l 900 und l 600 cm- 1 herausfinden.<br />
Die Lage der Carbonylschwingung wird stark von den Substituenten am Carbonylkohlenstoff<br />
beeinflußt. Am kürzestwelligen, im allgemeinen oberhalb l 740 cm- 1 , absorbieren Carbonsäurechloride,<br />
Carbonsäureanhydride sowie mehrfach a-halogenierte Carbonylverbindungen;<br />
einen mittleren Bereich (l 750 bis l 700 cm -1 ) nehmen die Carbonsäureester, Aldehyde<br />
und Ketone ein, während Carbonsäureamide und die heteroanalogen Carbonylverbindungen,<br />
wie z. B. die Azomethine und Oxime (C=N-Valenzschwingung), unter l 700 cm- 1 absorbieren.
96 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Bei Zuordnungen muß man außerdem berücksichtigen, daß die Konjugation einer Carbonylgruppe<br />
mit einem ungesättigten Rest zu einer Verschiebung der Carbonylabsorption nach<br />
niedrigeren Wellenzahlen führt (~ 20 cm -1 ) und eine a-Halogenierung auf Grund induktiver<br />
Wirkung eine Erhöhung der Wellenzahl zur Folge hat. Die in Tabelle A.135 angegebenen<br />
Werte sind deshalb nur Erwartungsbereiche; Abweichungen nach oben oder unten findet man<br />
nicht selten.<br />
Als einfaches Beispiel für die Anwendung der Infrarotspektroskopie sei hier die Synthese von Acrylester<br />
aus 2-Chlor-ethanol erläutert, deren Verlauf in jeder einzelnen Stufe spektroskopisch verfolgt wurde:<br />
X0<br />
HO-CH2-CH2-CI —- HO-CH2-CH2-C=N —- H2C=CH-CEN —- H2C=CH-Cx' [A.136]<br />
a b c d<br />
OC2H5<br />
Das IR-Spektrum des 2-Chlor-ethanols (Ethylenchlorhydrin; Abb. A.137, a) weist außer den C-H- und<br />
den Gerüstschwingungen typische Banden für die Hydroxygruppe (3 360 cm -1 , „gebundene" O-H-Valenzschwingungen;<br />
l 080 cm- 1 , C-O-Valenzschwingung; l 393 cm- 1 O-H-Deformationsschwingung) und die C-<br />
Cl-Bindung (663 cm -1 , C-Cl-Valenzschwingung) auf.<br />
Durch Umsetzung des 2-Chlor-ethanols mit Kaliumcyanid erhält man das ß-Hydroxy-propionitril (b). In<br />
dessen IR-Spektrum sind alle für die Hydroxygruppe typischen Banden noch vorhanden. Die C-Cl-Valenzschwingungsbande<br />
ist verschwunden. Wir beobachten eine neue Bande bei 2 252 cm- 1 , die der ON-<br />
Valenzschwingung entspricht.<br />
Das aus dem ß-Hydroxy-propionitril durch Dehydratisierung entstehende Acrylonitril (c) zeigt ein wesentlich<br />
verändertes IR-Spektrum. Die für die Hydroxygruppe typischen Banden sind verschwunden. Es treten nun<br />
Banden auf, die für das Strukturelement CH2=CH- typisch sind: l 620 cm- 1 (C=C-Valenzschwingung), 3 038<br />
und 3 070 cm- 1 (C-H-Valenzschwingungen ungesättigter Verbindungen), 1420 cm -1 und 980 cm- 1 (C-H-Deformationsschwingungen<br />
von Olefinen mit Vinylgruppierungen). Die CsN-Valenzschwingung ist durch den Einfluß<br />
der Konjugation mit der C=C-Doppelbindung auf 2 230 cnr 1 erniedrigt.<br />
Das Infrarotspektrum des aus Acrylonitril durch Alkoholyse entstandenen Acrylsäureesters (d) zeigt<br />
nun die für die Estergruppierung typischen Banden bei 1735 cm- 1 (C=O-Valenzschwingung) und 1205 cnr 1<br />
(C-O-Valenzschwingung). Die Absorptionsbande für die G^N-Gruppe ist nicht mehr vorhanden, die für die<br />
Vinylgruppe typischen Banden sind erhalten geblieben.<br />
Man studiere in diesem Zusammenhang auch die in Kap. E angegebenen IR-Spektren!<br />
IR-Spektren von Flüssigkeiten ohne Lösungsmittel nimmt man in dünner Schicht zwischen zwei KBr-<br />
Scheiben auf. Feststoffe werden in Substanz in Form von Preßlingen mit KBr als Einbettungsmittel gemessen.<br />
Zur Herstellung dieser Tabletten ist es notwendig, Substanz und Einbettungsmittel im Vibrator<br />
zunächst zu vermählen. Da das KBr im allgemeinen etwas Wasser enthält, muß man im Gebiet der Wasserbanden<br />
mit der Zuordnung vorsichtig sein. Um keine Dispersionseffekte zu bekommen, müssen außerdem<br />
die Teilchengröße kiemer als die Wellenlänge der Strahlung sein und die Brechungsindizes von Probe und<br />
Einbettungsmittel übereinstimmen. Alternativ kann als Einbettungsmittel beispielsweise auch NaCl verwendet<br />
werden. Bei Messungen in Lösungen ist zu berücksichtigen, daß alle Lösungsmittel Absorptionsbanden<br />
im IR-Spektrum zeigen. Deshalb werden die Spektren in zwei Lösungsmitteln, deren Absorptionen<br />
möglichst nicht im gleichen Spektralgebiet liegen, registriert; im allgemeinen verwendet man CCl4 und<br />
CS2.<br />
Durch Vergleich mit den Spektren der reinen Lösungsmittel sind bei der Auswertung zuerst die Bereiche<br />
der Lösungsmittelabsorptionen zu kennzeichnen, um Fehler bei der Interpretation auszuschließen.<br />
Das Lambert-Beer-Gesetz gilt im allgemeinen auch für die IR-Spektroskopie. Die Infrarotspektroskopie<br />
kann deshalb auch zur quantitativen Bestimmung der Bestandteile von Gemischen<br />
eingesetzt werden, sofern die typischen Banden im Spektrum hinreichend weit voneinander<br />
entfernt sind.
100<br />
I 60<br />
40<br />
a)<br />
20<br />
100<br />
: W<br />
; 60<br />
b)<br />
C)<br />
d)<br />
! 40<br />
i 20<br />
A. 3.5. Optische Spektroskopie 97<br />
3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 700 600 500 400<br />
3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 700 600 500 400<br />
3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 TDO GOO 500 400<br />
3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 700 600 500 400<br />
Abb. A.137<br />
Infrarotspektren aufgenommen mit dem Spektrographen UR 10 (Carl Zeiss Jena)<br />
a) 2-Chlor-ethanol; b) ß-Hydroxy-propionitril; c) Acrylonitril; d) Acrylsäureethylester
98 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
3.6. Kernmagnetische Resonanzspektroskopie<br />
Eine besondere Art der Absorptionsspektroskopie ist die kernmagnetische Resonanzspektroskopie,<br />
kurz als NMR-Spektroskopie (Nuclear Magnetic Resonance) bezeichnet. Das Resonanzspektrum<br />
entsteht dabei durch Absorption elektromagnetischer Strahlung durch magnetische<br />
Atomkerne, die sich in einem statischen äußeren Magnetfeld befinden. Ein magnetisches<br />
Moment besitzen solche Atomkerne, die eine ungerade Zahl von Neutronen oder Protonen<br />
aufweisen (Tab. A.138).<br />
Tabelle A.138<br />
Magnetische Eigenschaften einiger Atomkerne<br />
Kern<br />
1 H<br />
2 H(D)<br />
13 C<br />
14N<br />
15N<br />
19p<br />
31P<br />
Protonen<br />
1<br />
1<br />
6<br />
7<br />
7<br />
9<br />
15<br />
Neutronen<br />
O<br />
1<br />
7<br />
7<br />
8<br />
10<br />
16<br />
Spin/<br />
Vi<br />
1<br />
Vi<br />
1<br />
Vi<br />
Vi<br />
Vi<br />
Magnetisches Moment \JL\<br />
in Kernmagnetonen<br />
2,79268<br />
0,857387<br />
0,702 199<br />
0,403 47<br />
0,282 98<br />
2,62727<br />
1,1305<br />
Natürliche<br />
Häufigkeit in%<br />
99,985<br />
0,015<br />
1,11<br />
99,63<br />
0,37<br />
100<br />
100<br />
Befindet sich ein magnetischer Kern in einem statischen Magnetfeld, so hat er auf Grund<br />
seines magnetischen Kernmomentes verschiedene Orientierungsmöglichkeiten, die durch die<br />
magnetische Kernspinquantenzahl m\ bestimmt werden. m\ kann alle Werte von +7, (/ - I)...<br />
bis -/ annehmen (/ = Kernspin). Wirkt auf den Kern zusätzlich ein elektromagnetisches Wechselfeld<br />
ein, dessen magnetischer Vektor senkrecht auf dem statischen Magnetfeld steht, kann<br />
eine Umorientierung der Kernmomentachsen erzwungen werden, wobei Energie aus dem<br />
Hochfrequenzfeld aufgenommen wird (Kernresonanz); vgl. Abb. A.139. Diese Energie (AE)<br />
und die ihr entsprechende Frequenz der absorbierten Strahlung hängt von den magnetischen<br />
a)<br />
b)<br />
/7? = -M/2<br />
_"o<br />
r?=~ Vz<br />
Jf-Av<br />
Abb. A. 139<br />
Magnetische Atomkerne in einem statischen<br />
Magnetfeld<br />
a) mögliche Orientierungen der Momentachsen;<br />
b) Energie der Kerne mit unterschiedlicher<br />
Orientierung
A. 3.6. Kernmagnetische Resonanzspektroskopie 99<br />
Eigenschaften des Atomkerns (^1 = magnetisches Kernmoment; / = Kernspin) ab und ist der<br />
Stärke des äußeren Magnetfeldes H0 proportional:<br />
Besonders günstig erweisen sich für NMR-spektroskopische Untersuchungen Kerne, bei<br />
denen das Verhältnis ji-/7 und damit der Wert von AE relativ groß ist. Dazu gehören Kerne mit<br />
einem Kernspin / = V*, wie 1 H, 13 C, 1 ^N, i*F und 31 P (Vgl. Tab. A.138; Gl. [A.140]). Nicht nachweisbar<br />
sind dagegen die in der organischen Chemie häufig vorkommenden Elemente 12 C, 16 O<br />
und 32 S, da ihr Kernspin Null ist.<br />
Zur Messung des Resonanzfalles bringt man eine Probe der zu untersuchenden Substanz<br />
(flüssig oder in Lösung) in das statische Magnetfeld H0. Die Substanz ist von einer Induktionsspule<br />
umgeben, in der ein hochfrequentes Wechselfeld mit der Frequenz v erzeugt wird. Die<br />
Feldstärke H0 wird so lange variiert, bis der Resonanzfall eintritt (s. auch unten). In diesem<br />
Moment nimmt die Probe Energie aus dem Wechselfeld auf, was sich in einer Veränderung des<br />
Stromes, der zur Erzeugung des Wechselfeldes gebraucht wird, anzeigt. Diese Stromänderung<br />
(Resonanzsignal) läßt sich messen und registrieren. Man erhält das kernmagnetische Resonanzspektrum<br />
(vgl. z. B. Abb. A. 145).<br />
Man kann nach Gleichung [A.140] zur Messung der Kernresonanz auch bei konstantem H0<br />
und variabler Frequenz arbeiten. Die Frequenzen der im Resonanzfall absorbierten Strahlung<br />
liegen dann bei einem äußeren Magnetfeld von 10 4 Gauß in der Größenordnung von l bis 50<br />
MHz (RadioWellenbereich). Die maximale Auflösung des Spektrums liegt bei leistungsfähigen<br />
Geräten zwischen 0,1 und 0,2 Hz. Als untere Erfassungsgrenze gelten 10 18 magnetische Kerne.<br />
Die bisherigen Feststellungen bezogen sich auf Atomkerne, die keine Elektronenhülle tragen.<br />
Wird der Kern jedoch von einer Elektronenhülle abgeschirmt, so wird das äußere Magnetfeld<br />
in der Umgebung des Kerns durch die Elektronenhülle geschwächt (diamagnetische<br />
Abschirmung):<br />
Heff = H0- (7Ho er magnetische Abschirmung [A.141]<br />
Das Resonanzsignal erscheint also erst bei einer gegenüber dem nicht abgeschirmten Kern größeren<br />
äußeren Feldstärke. Dieser Effekt wird als chemische Verschiebung (chemical shift)<br />
bezeichnet, weil er von der elektronischen, d. h. chemischen Umgebung des Kerns abhängt.<br />
In der Praxis bezieht man die chemische Verschiebung (A) auf das Resonanzsignal einer<br />
Standardsubstanz S, die der Lösung zugegeben wird (innerer Standard). Als Maßzahl für die<br />
chemische Verschiebung kann man dann einfach die Differenz der Resonanzfeldstärken bzw.<br />
Resonanzfrequenzen von Standardverbindung und untersuchter Substanz Hs - Hi bzw. vs - vj<br />
angeben. Bei einer Senderfrequenz von z.B. 100 MHz können die Frequenzdifferenzen für<br />
Protonen bis zu 2000 Hz betragen; vgl. [A.143]. Sie sind natürlich dem äußeren Magnetfeld<br />
bzw. der Senderfrequenz proportional. Kommerzielle Spitzengeräte werden heute mit supraleitenden<br />
Magneten ausgerüstet und erreichen Leistungen bis ~ 800 MHz.<br />
Um eine von der Feldstärke des angewandten Magnetfeldes bzw. von der Senderfrequenz<br />
unabhängige Maßzahl für die chemische Verschiebung zu erhalten, teilt man die Feldstärke<br />
bzw. Frequenzdifferenzen noch durch H0 bzw. V0 und erhält:<br />
c Hz-H1 Vj-V5<br />
* = H^ = * [A.142]<br />
100 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Außerdem besitzt es eine so starke chemische Verschiebung, daß die Protonen (bzw. 1 ^C-<br />
Kerne) der meisten Substanzen bei kleineren Feldstärken absorbieren. TMS erhält den Wert<br />
(5 = 0 ppm, während alle bei tieferem Feld liegenden Signale durch Werte mit ö > O ppm<br />
gekennzeichnet sind. 1 )<br />
Durch Multiplikation der in ppm angegebenen ö -Werte mit der Senderfrequenz (in MHz)<br />
erhält man die chemische Verschiebung in Hertz:<br />
AfHz = ö/ppm - v/MHz<br />
Gewöhnlich werden die Kopplungskonstanten (s. unten) in Hz angegeben.<br />
3.6.1. 1 H-NMR-Spektroskopie<br />
[A.143]<br />
In Tabelle A. 144 sind charakteristische iH-NMR-spektroskopische chemische Verschiebungen<br />
für einige Strukturelemente zusammengestellt. Die Werte lassen erkennen, daß die chemische<br />
Verschiebung von der Elektronendichte in der Umgebung der betreffenden Protonen abhängt:<br />
Elektronenanziehende Substituenten setzen die magnetische Abschirmung herab, Elektronendonatoren<br />
erhöhen sie. Sie steht deshalb häufig in linearer Beziehung zur Elektronegativität<br />
und zu den Hammett-ff-Konstanten (vgl. Tab. C.76).<br />
Außer der Elektronendichte beeinflussen aber auch noch andere Faktoren die Größe der<br />
chemischen Verschiebung. Das ist vor allem an Wasserstoffkernen in Nachbarschaft zu Tt-Bindungen<br />
zu erkennen (vgl. Tabelle A.144). Das angelegte Magnetfeld induziert nämlich an diesen<br />
TT-Elektronen-Systemen ein zusätzliches Feld. Die Überlagerung mit dem ursprünglichen<br />
Feld führt zu magnetisch anisotropen Bezirken. Die Auswirkung auf die chemische Verschiebung<br />
zeigt sich beispielsweise deutlich bei Aldehyden (Tab. A.144), bei Acetylenen und bei<br />
Benzen.<br />
In Abb. A. 145 ist das iH-NMR-Spektrum von p-Xylen wiedergegeben. Das Spektrum zeigt<br />
zwei Resonanzsignale, die von den chemisch äquivalenten Wasserstoffkernen der zwei CH3-<br />
Gruppen und den vier Methingruppen des aromatischen Ringes herrühren. Die Intensität (Fläche)<br />
der Signale verhält sich wie die Anzahl der Protonen in den Gruppen, im vorliegenden<br />
Falle wie 3:2.<br />
V 3<br />
1 LJ 1 LJ P<br />
U^s rr^^^ri i*H3<br />
.6/92 . . , 2,26. , «f/PP<br />
11,0 9P 8,0 70 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0<br />
Abb. A.145<br />
iH-NMR-Spektrum von p-Xylen<br />
I In einer früher gebräuchlichen Skala, der i-Skala, gibt man dem TMS den Wert 10 ppm. Alle bei tieferem<br />
Feld liegenden Signale haben dann T-Werte < 10 ppm. Es gilt: T + S = 10.
Tabelle A.144<br />
iH-chemische Verschiebung in ppm (Standard: Tetramethylsilan, TMS)<br />
Gruppe<br />
(CH3)4Si<br />
/ 1 ><br />
H3C-C-<br />
H3C-CEC-<br />
/<br />
H3C-C=C<br />
H3C-C=O<br />
H3C-S-<br />
H3C-Ar<br />
/<br />
H3C-N<br />
H3C-O-<br />
H3C-O-C=O<br />
H3C-I<br />
H3C-Br<br />
H3C-CI<br />
H3C-F<br />
H3C-NO2<br />
-CH2- 1)<br />
-C-CH2-C=<br />
-C-CH2-S-<br />
\ /<br />
-C-CH2-N<br />
\<br />
-C-CH2-Ar<br />
\<br />
-C-CH2-O-<br />
Chemische Verschiebung<br />
O<br />
0,8.. .1,3<br />
1,8.. .2,1<br />
1,6.. .2,1<br />
1,9... 2,7<br />
2,0... 2,6<br />
2,1... 2,7<br />
2,1. ..3,1<br />
2,3... 4,0<br />
3,6<br />
2,2<br />
2,7<br />
3,05<br />
4,3<br />
4,3<br />
0,9... 1,6<br />
1,1... 2,4<br />
2,4... 3,0<br />
2,3... 3,6<br />
2,6... 3,3<br />
3,3. ..4,5<br />
A. 3.6. Kernmagnetische Resonanzspektroskopie 101<br />
Gruppe<br />
\<br />
-C-CH2-CI<br />
\<br />
-C-CH2-NO2<br />
/<br />
Ar-CH2-O-<br />
X CH- 1)<br />
/<br />
CH-OH<br />
/<br />
-CHBr2<br />
-CECH<br />
R<br />
C=CH2 (a)<br />
H(b)<br />
R-CH=CH-<br />
(cis / trans)<br />
=C-C=CH2<br />
I J<br />
Ar-SH<br />
C6H5-OH<br />
R-OH<br />
Ar-H<br />
C6H6<br />
O ii<br />
R-C-H<br />
O<br />
R-C-OH<br />
\ C=N-OH<br />
/<br />
/<br />
P=C-OH<br />
l 2<br />
) in gesättigten Kohlenwasserstoffen ) nicht assoziiert<br />
3<br />
) Die Lage des Signals ist stark vom Assoziationsgrad abhängig.<br />
4<br />
) Das Signal verschwindet beim Schütteln der Probe mit D2O.<br />
Chemische Verschiebung<br />
3,3.. .3,7<br />
4,3... 4,6<br />
4,3... 5,3<br />
1,3.. .2,1<br />
4,0<br />
5,9<br />
2,4<br />
a: 4,7... 5,0<br />
b: 5,6... 5,8<br />
5,5<br />
5,1... 5,7<br />
2,8... 3,64)<br />
4,5 2 )4)<br />
0,7...5,5 3 )4)<br />
6.. .9<br />
7,27<br />
9,7. ..10,1<br />
9,7 ...13,04)<br />
8,8... 10,24)<br />
15...!64)
102 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Die Ursache für den hohen ö-Wert der Benzenprotonen ist ein magnetischer Ringstrom, der<br />
als Resultierende der magnetischen Induktion im 6-7r-Elektronen-System des aromatischen<br />
Rings erzeugt wird. Wie man aus Abbildung A. 146 erkennen kann, erhöht dieser Ringstrom in<br />
der Ringebene außerhalb des Rings die effektive magnetische Feldstärke, was zur Absorption<br />
bei relativ niedrigem äußerem Feld führt. Bei Acetylen sind die Verhältnisse gerade umgekehrt.<br />
-H<br />
Abb. A.146<br />
Ringströme im Benzen- und Acetylenmolekül<br />
Die Kernresonanzspektren hoher Auflösung werden durch einen weiteren Umstand komplizierter,<br />
aber auch leichter auswertbar gemacht. Die entsprechend der diamagnetischen<br />
Abschirmung bei verschiedenen Feldstärken auftretenden Signale sind nämlich häufig durch<br />
sogenannte Spin-Spin-Kopplung noch weiter in Dubletts, Tripletts usw. aufgespalten. Diese<br />
Signalaufspaltung tritt ein, wenn sich das betrachtete Proton in Nachbarschaft zu einem oder<br />
mehreren magnetischen Kernen befindet. Die Magnetfelder dieser Kerne verstärken bzw.<br />
schwächen durch ihre unterschiedlichen Spinorientierungen (vgl. Abb. A. 139) das äußere<br />
Magnetfeld, so daß z. B. bei einem Proton als Nachbar durch dessen Kernspin m\ = + l /i bzw.<br />
-Vi in Wirklichkeit zwei um einen kleinen Betrag unterschiedliche Magnetfelder auf das<br />
betrachtete Proton einwirken. Man erhält in diesem Falle folglich für das betrachtete Proton<br />
ein Signaldublett. Gewissermaßen findet durch diese Spin-Spin-Wechselwirkung nochmals<br />
eine Kernresonanzspektroskopie im Kleinen statt. Die dadurch hervorgerufenen Magnetfeldänderungen<br />
sind klein, so daß auch die Aufspaltungen der Signale im allgemeinen nur wenige<br />
Hz betragen. Ihre Größe ist von der Entfernung im koppelnden Molekül, von den räumlichen<br />
Verhältnissen und der chemischen Umgebung der beiden Protonen abhängig.<br />
Die Spin-Spin-Wechselwirkung nimmt mit der Entfernung der koppelnden Kerne schnell<br />
ab, so daß in der Regel nur Kopplungen über maximal drei bis vier Bindungen hinweg durch<br />
entsprechende Signalaufspaltungen zu beobachten sind. Protonen in gleicher chemischer<br />
(magnetischer) Umgebung führen nicht zu Signalaufspaltungen.<br />
Ein Maß für die Spin-Spin-Wechselwirkung ist die Spin-Kopplungskonstante J, die den<br />
Abstand der aufgespaltenen Linien in Hertz angibt. Sie ist im Gegensatz zur chemischen Verschiebung<br />
unabhängig von der äußeren Feldstärke. Je höher die Senderfrequenz des Spektrographen<br />
ist, desto besser sind beide Effekte zu unterscheiden. Die Größe der Kopplungskonstante<br />
/ ermöglicht häufig Rückschlüsse auf die Lage der koppelnden Kerne zueinander. In<br />
Tabelle A. 147 sind einige Strukturelemente mit ihren Kopplungskonstanten zusammengestellt.
Tabelle A. 147<br />
Kopplungskonstanten / einiger an Kohlenstoff gebundener Protonen 3 )<br />
Strukturelement //Hz<br />
\ H 1)<br />
X<br />
C( 10... 20<br />
/ "H (vgl. Abb. E.50)<br />
\ /<br />
-C-C- 2...9<br />
H H (vgl. Abb. E.5; E.50)<br />
H3C-CH2- 6,7.. .7,2<br />
(vgl. Abb. E.7; E.42)<br />
H3Cx<br />
CH- 5,7... 6,8<br />
H3C 7 (vgl. Abb. E.53; E.63)<br />
\ / H<br />
C=C 0...3,5<br />
/ H<br />
H /<br />
C=Cx<br />
11- -.18<br />
/ H (vgl. Abb. E.38; E.42)<br />
\ /<br />
C=C 6.. .14<br />
H H<br />
\ /<br />
\ C-H<br />
C=C °' 5 - 2<br />
^ \ (vgl. Abb. E.38)<br />
A. 3.6. Kernmagnetische Resonanzspektroskopie 103<br />
Strukturelement<br />
\/<br />
\ / C " H<br />
C=C<br />
/ H<br />
\ /P<br />
-C-C<br />
H H<br />
\<br />
-C-C=C-H<br />
H<br />
H<br />
Al — ILu T — H<br />
^^<br />
^
104 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Die Intensitäten (Flächen unter den Signalen, näherungsweise deren Höhe) eines durch<br />
Spin-Spin-Kopplung aufgespaltenen Signals verhalten sich wie die n-ten Binominalkoeffizienten:<br />
Dublett 1:1, Triplett 1:2:1, Quadruplett 1:3:3:1. Auch an diesen typischen Intensitätsverhältnissen<br />
sind Spin-Spin-Aufspaltungen erkennbar.<br />
Zur Veranschaulichung der Kopplungs- und Intensitätsverhältnisse bei Spin-Spin-Wechselwirkung sei<br />
das Spektrum des Ethanols betrachtet (Abb. A.151). Die drei Protonensorten (OH, CH2, CH3) befinden<br />
sich in unterschiedlicher chemischer Umgebung, so daß drei Grundsignale auftreten müssen. Das OH-Proton<br />
befindet sich zusätzlich im Feld der beiden CH2-Protonen. Durch das erste dieser Protonen entsteht<br />
ein Dublett, dessen Signale 4,5 Hz voneinander entfernt sind (Kopplungskonstante /1>2 = 4,5 Hz). Auf das<br />
OH-Proton wirkt jedoch auch das zweite Proton der CH2-Gruppe in gleicher Weise, so daß Dublett nochmals<br />
in je zwei Dubletts aufspalten müßte und vier Signale auftreten sollten. Da jedoch die Kopplungskonstante<br />
ebenfalls 4,5 Hz beträgt, fallen die beiden mittleren Signale zu einem Signal doppelter Intensität<br />
zusammen. Insgesamt erhält man also durch die Wirkung der CH2-Protonen für das OH-Proton ein Triplett<br />
der Intensität 1:2:1. Ein Triplett wird auch durch [A.150] gefordert. Der mittlere ppm-Wert dieser<br />
Signale entspricht der chemischen Verschiebung des unbeeinflußten Protons. In gleicher Weise ergibt sich<br />
für die innerhalb der Gruppe äquivalenten CH3-Protonen durch Kopplung mit den beiden CH2-Protonen<br />
ein Triplett der Intensität 1:2:1. Die äquivalenten CH2-Protonen koppeln mit den drei CH3-Protonen, so<br />
daß man infolge Überlagerung einzelner Signale zunächst ein Quartett der Intensität 1:3:3:1 erhält. Da<br />
jedoch außerdem das Magnetfeld des OH-Protons einwirkt, wird jedes Signal des Quartetts nochmals in<br />
ein Dublett (/ = 4,5 Hz) aufgespalten. Infolge der unterschiedlichen Kopplungskonstanten /2t3 bzw. J\ ^ fallen<br />
hier keine Signale zusammen, und man findet ein Oktett der angegebenen Intensitätsverteilung (vgl.<br />
[A.148]). Wie sich aus Abbildung A.151 ablesen läßt, sind die zueinandergehörenden Kopplungen durch<br />
gleiche Kopplungskonstanten erkennbar: J^2 = /2,1, /2,3 = /3,2.<br />
OH<br />
CH2 Signale ohne Spin-Spin-Kopplung<br />
^ Kopplung mit CH2 ^ ^ Kopplung mit CHi<br />
Kopplung mit OH J<br />
/= 1=3:3:1<br />
3 2 1<br />
CH3CH2OH<br />
/=1:2:1<br />
• J<br />
Kopplung mit CH?<br />
J2>3=J3(2=7Hz<br />
5,5 5.0 4,5 4,0 3,5 3.0 2,5 2.0 1,5 V 0.5<br />
Abb. A.151<br />
Hochaufgelöstes 1 H-NMR-SpCkIrUm von wasserfreiem Ethanol (bei Anwesenheit von Säure- bzw. Wasserspuren<br />
wird die CH^OH-Kopplung nicht beobachtet)<br />
In manchen Spektren ist es schwierig, die Kopplung zwischen zwei Protonen nur mit Hilfe der<br />
Kopplungskonstante bzw. der Intensitätsverteilung der Signale nachzuweisen. Diesen Nachweis<br />
kann man mit modernen NMR-Geräten durch die sog. „Doppelresonanz" führen. Hierbei wird<br />
die Kopplung zwischen den betreffenden Partnern aufgehoben, indem man die Resonanzfrequenz<br />
eines der koppelnden Protonen in die Probe einstrahlt. Die Energieaufnahme führt zu einer<br />
schnellen Spinurnkehr des absorbierenden Protons, so daß der koppelnde Partner nicht mehr zwischen<br />
den unterschiedlichen Spinorientierungen dieses Protons differenzieren kann. Die vom<br />
bestrahlten Proton ursprünglich hervorgerufene Signalaufspaltung wird aufgehoben.<br />
Je nach dem Verhältnis von chemischer Verschiebung A zur Größe der Kopplungskonstante J<br />
unterscheidet man verschiedene Typen von Spektren. Ist die chemische Verschiebung groß im Vergleich<br />
zur Kopplungskonstanten (A > J), so bezeichnet man die koppelnden Kerne mit weit im<br />
Alphabet voneinander stehenden großen Buchstaben (A, X), gilt dagegen A ~ J, so wählt man<br />
benachbarte Buchstaben (A, B). Die Zahl der äquivalenten Kerne wird als Index angegeben.<br />
Man leite den Spektrentyp des Ethyliodids ab und gebe die Art der Aufspaltung und die<br />
Intensitätsverteilung der Multipletts an!
A. 3.6. Kernmagnetische Resonanzspektroskopie 105<br />
Bei AxBy-Typen sind die Aufspaltungen weniger übersichtlich als in AxXy-Typen. Zum Beispiel<br />
weicht in AB-Spektren die Intensitätsverteilung der Signale von der Binominalverteilung ab. Man<br />
beobachtet den sog. „Dacheffekt". Die Intensität der inneren Signale eines Multiplem wächst auf<br />
Kosten der äußeren Signale an (Abb. A.152). Der Dacheffekt kann für das Erkennen zueinandergehörender<br />
Signale und damit für die Interpretation eines Spektrums von Nutzen sein.<br />
Enthält eine Substanz drei nicht äquivalente Protonen, die miteinander koppeln, wählt man<br />
zur Bezeichnung des Spektrentyps nach dem oben angegebenen Prinzip drei Buchstaben des<br />
Alphabetes aus. Ein AxMyXz-Typ (große Abstände zwischen den Buchstaben) charakterisiert<br />
ein Spektrum, in dem A > J ist.<br />
0,1<br />
0,2 \L<br />
CD<br />
Abb. A.152<br />
Kopplungsschema zweier Protonen in Abhängigkeit vom J/A -Verhältnis<br />
AX<br />
AB<br />
AB<br />
Man erläutere an Hand der Abbildungen A.145 und A.151 die Spektrentypen des p-Xylens<br />
und des Ethanols!<br />
Aus den in Kapitel E angegebenen Spektren gehen die iH-NMR-Kopplungsmuster der folgenden<br />
wichtigen Gruppen hervor:<br />
— —CH2—CH2 —<br />
CH- C=C<br />
H3C<br />
3.6.2. i3C-NMR-Spektroskopie<br />
H2C=C \<br />
[A.152a]<br />
Neben der !H-NMR-Spektroskopie hat die ^C-NMR-Spektroskopie für die Strukturaufklärung<br />
organischer Moleküle außerordentliche Bedeutung erlangt, da sie das Kohlenstoffgerüst<br />
einer Verbindung und die chemische Umgebung der einzelnen Kohlenstoffkerne zu erfassen<br />
gestattet.
106 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Auf Grund der geringen natürlichen Häufigkeit des i^C-Isotops (1,108%) und seines niedrigen<br />
magnetischen Moments (vgl. Tab. A.138) ist allerdings die Empfindlichkeit der !3C-NMR-<br />
Spektroskopie im Vergleich zur !H-NMR-Spektroskopie um den Faktor !,8-10- 4 geringer, woraus<br />
sich die Notwendigkeit einer anderen Technik der Spektrenaufnahme ergibt.<br />
Im Routinebetrieb werden i^C-Spektren (und auch die anderer magnetisch aktiver Kerne) nach<br />
der Puls-Fourier-Transform-Technik (PFT) aufgenommen. Hierbei regt man mit einem starken<br />
Hochfrequenzimpuls alle Resonanzfrequenzen einer Kernsorte (z. B. der ^C-Kerne) gleichzeitig<br />
an. Nach dieser kurzzeitigen „Störung" kehren die Kerne in den Gleichgewichtszustand zurück.<br />
Der damit verbundene Abfall der induzierten Magnetisierung senkrecht zum H0-FeId (vgl. Abb.<br />
A.139; free induction decay, FID) wird gemessen und gespeichert. Der FID ist ein komplexes Interferogramm<br />
aus überlagerten Schwingungen. Durch eine mathematische Operation, die Fourier-<br />
Transformation, erhält man das normale Kernresonanzspektrum. Durch wiederholte Pulsanregung<br />
in kurzer Zeitfolge (Pulsabstand im Sekundenbereich) und Akkumulation des FID in einem<br />
Computer werden auf diesem Wege trotz der geringen Empfindlichkeit der ^C-NMR-Spektroskopie<br />
ausgezeichnete Spektren erhalten (vgl. z. B. Abb. E.31).<br />
Der Zeitaufwand für die Aufnahme eines 13 C-Spektrums wird ganz entscheidend von der<br />
Löslichkeit der Substanz im eingesetzten Lösungsmittel bestimmt: Je höher die Konzentration,<br />
desto geringer der Zeitaufwand! Als Orientierung gilt, daß pro erwartetes Signal mindestens<br />
5 mg der Verbindung in l ml Lösungsvolumen enthalten sein sollten. 13 C-Spektren werden im<br />
allgemeinen unter Verwendung deuterierter Lösungsmittel aufgenommen.<br />
Das 13 C-NMR-Spektrum kann insbesondere wegen der vielen möglichen C-H-Nah- und<br />
-Fernkopplungen sehr komplex sein. Um es zu vereinfachen, wird im Routinebetrieb ein intensives<br />
Frequenzband, das den gesamten Protonenverschiebungsbereich erfaßt, gleichzeitig eingestrahlt.<br />
Dadurch erreicht man, daß die 13 C-!H-Kopplungen aufgehoben werden (^H-Breitband-Entkopplung).<br />
Bei dieser Entkopplung erhält man für jeden mit Wasserstoff verbundenen<br />
Kohlenstoff durch Zusammenfall der Multipletts zum Singulett ein einzelnes Signal<br />
höherer Intensität. Für diese i 3 C-Kerne kommt es außerdem durch den Kern-Overhauser-<br />
Effekt (NOE) zu einem zusätzlichen Intensitätsgewinn der Signale. Das Verhältnis der Signalintensität<br />
im i3C-PFT-Spektrum entspricht nicht wie in normalen iH-NMR-Spektren dem Verhältnis<br />
der Zahlen der entsprechenden Kerne (vgl. Abb. E.31).<br />
Bei der Protonen-Off-Resonanz-Technik wird gleichzeitig ein Frequenzband eingestrahlt,<br />
das etwa 100 bis 500 Hz vom Resonanzbereich der Protonen entfernt liegt. Dadurch wird das<br />
!SC-iH-Kopplungsmuster der direkt am Kohlenstoff gebundenen Protonen sichtbar. Mit dessen<br />
Hilfe kann entschieden werden, ob eine CH3- (Quadruplett), CH2-(TrIpIeU) oder CH-<br />
Gruppe (Dublett) bzw. ein quartäres Kohlenstoffatom (Singulett) vorliegt.<br />
Zusätzlich zur off-resonance existieren weitere Pulsprogramme wie z. B. DEPT (englisch<br />
distortionless enhancement by polarization transfer), die eine schnelle Unterscheidung zwischen<br />
quartären, tertiären, sekundären und primären C-Atomen erlauben. Diese Programme<br />
werden vor allem bei linienreichen (Naturstoff)-Spektren angewendet, da sonst die hohe<br />
Anzahl von C-Atomen zu vielen Überlagerungen der Multipletts und damit zur erschwerten<br />
Auswertung führt.<br />
Der hohe Informationswert der i^C-NMR-Spektroskopie für die Strukturaufklärung organischer<br />
Verbindungen ergibt sich aus den im Vergleich zur iH-NMR-Spektroskopie signifikant<br />
größeren Unterschieden in der chemischen Verschiebung. Während iH-chemische Verschiebungen<br />
nur etwa 15 ppm umfassen, überstreichen i 3 C-chemische Verschiebungen mehr als<br />
250 ppm. Geringe Unterschiede in der chemischen Umgebung eines Kohlenstoffkerns spiegeln<br />
sich dadurch im allgemeinen deutlich im Spektrum wieder. In iH-Breitband-entkoppelten I 3 C-<br />
Spektren auch komplizierter Verbindungen (z. B. von Steroiden) findet man in der Regel für<br />
jedes chemisch nicht äquivalente Kohlenstoffatom ein Signal. Neben der chemischen Verschiebung<br />
kann die geringe Intensität quartärer Kohlenstoff a tome im iH-Breitband-entkoppelten<br />
Spektrum als Zuordnungshilfe genutzt werden.
A. 3.6. Kernmagnetische Resonanzspektroskopie 107<br />
Bestimmend für die chemische Verschiebung der C-Atome und damit ihrer Signallage sind<br />
ihr Bindungszustand und die elektronischen Einflüsse der Umgebung (induktive und mesomere<br />
Substituenteneffekte und sterische Wechselwirkungen). Magnetische Anisotropieeffekte<br />
leisten im Gegensatz zur !H-NMR-Spektroskopie keinen wesentlichen Beitrag zur chemischen<br />
Verschiebung. Charakteristische ^C-chemische Verschiebungen sind in Tabelle A. 153 zusammengestellt.<br />
Tabelle A.153<br />
13 C-chemische Verschiebung in ppm (Standard: Tetramethylsilan, TMS)<br />
Gruppe<br />
H3C-C<br />
H3C-S<br />
H3C-N<br />
H3C-O<br />
H3C-F<br />
H3C-CI<br />
H3C-Br<br />
H3C-I<br />
C-CH2-C<br />
C-CH2-S<br />
C-CH2-N<br />
C-CH2-O<br />
C-CH2-HaI<br />
C2CH-C<br />
C2CH-S<br />
C2CH-N<br />
C2CH-O<br />
C2CH-HaI<br />
Chemische Verschiebung<br />
0...35<br />
10... 45<br />
25... 55<br />
40... 55<br />
75,2<br />
24,9<br />
10,0<br />
-20,7<br />
15... 45<br />
20... 60<br />
35. ..7O<br />
45... 85<br />
0...85<br />
20... 70<br />
45... 70<br />
45. ..8O<br />
50... 90<br />
35. ..1OO<br />
Gruppe<br />
C3C-C<br />
C3C-S<br />
C3C-N<br />
C3C-O<br />
C3C-HaI<br />
\ /<br />
C=C<br />
/ \<br />
— CEC-<br />
CAr<br />
C Heteroar.<br />
\<br />
C=N-<br />
/<br />
-CEN<br />
\ C=O<br />
6<br />
C=O /<br />
—N<br />
\<br />
\<br />
C=O<br />
Cl<br />
\<br />
C=O<br />
H<br />
\<br />
C=O<br />
/<br />
Chemische Verschiebung<br />
30.. .75<br />
45.. .70<br />
50.. .80<br />
50.. .90<br />
35.. .110<br />
90.. .155<br />
70.. .110<br />
95.. .165<br />
100 ..175<br />
145 ..!7O<br />
!05. ..13O<br />
165. ..185<br />
165. ..185<br />
165. ..18O<br />
180. ..205<br />
185. ..225
108 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Typisch für 13 C-chemische Verschiebungen ist, daß sich Substituenteneinflüsse oft additiv<br />
verhalten. Bei genügend großem Vergleichmaterial können die Signalzuordnungen mit Hilfe<br />
von Inkrement-Beziehungen überprüft werden.<br />
Im folgenden werden einige allgemeine Regeln zur Signalzuordnung zusammengefaßt.<br />
Bei höchstem Feld (O bis 50 ppm) absorbieren sp 3 -hybridisierte Kohlenstoffatome, danach<br />
folgen sp-hybridisierte (60 bis 100 ppm) und bei tiefstem Feld die Signale der sp 2 -hybridisierten<br />
C-Atome (100 bis 200 ppm). Diese Abstufung korrespondiert mit der der !H-Signale entsprechender<br />
CH-Baugruppen. Für aliphatische Kohlenwasserstoffe lassen sich die Verschiebungswerte<br />
leicht nach der Lindemann-Adams-Regel berechnen. 1 ):<br />
= An+ £ 1 + + N 6 Sn [A.154]<br />
m=0<br />
n Anzahl der mit dem Kohlenstoffatom i verbundenen H-Atome; m Anzahl der H-Atome am<br />
a-Kohlenstoffatom; N^1 Anzahl der CHm-Gruppen in a-Position (m = O, l, 2; a-CH3-Gruppen werden<br />
nicht berücksichtigt); N/ Anzahl der y-Kohlenstoffatorne; N
Tabelle A. 156<br />
Verschiebungsänderung an !-substituierten n-Alkanen in Abhängigkeit<br />
von der Elektronegativität E des Substituentenzentralatoms X<br />
Substituent X<br />
H<br />
CH3<br />
SH<br />
NH2<br />
Cl<br />
OH<br />
F<br />
Ex<br />
24<br />
2,5<br />
2,5<br />
3,0<br />
3,0<br />
3,5<br />
4,0<br />
^RCH2X -
110 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Tabelle A. 158 (Fortsetzung)<br />
Substituent<br />
—OH<br />
-OCH3<br />
-OC6H5<br />
— O-COR<br />
-NH2<br />
-NR2<br />
— NHCOR<br />
-N=N-C6H5<br />
-NO2<br />
-N=C=O<br />
-SH<br />
-SR<br />
-SO3H<br />
— F<br />
-Cl<br />
-Br<br />
— I<br />
Substituierte<br />
Position<br />
26,9<br />
31,3<br />
29,1<br />
23,0<br />
19,2<br />
21,0<br />
11,1<br />
24,0<br />
19,6<br />
5,7<br />
2,2<br />
8,0<br />
15,0<br />
35,1<br />
6,4<br />
-5,4<br />
-32,3<br />
o<br />
-12,6<br />
-15,0<br />
-9,5<br />
-6,0<br />
-12,4<br />
-16,0<br />
-9,9<br />
-5,8<br />
-5,3<br />
-3,6<br />
0,7<br />
0,0<br />
-2,2<br />
-14,3<br />
0,2<br />
3,3<br />
9,9<br />
m<br />
1,6<br />
0,9<br />
0,3<br />
1,0<br />
1,3<br />
0,7<br />
0,2<br />
0,3<br />
0,8<br />
1,2<br />
0,4<br />
0,0<br />
1,3<br />
0,9<br />
1,0<br />
2,2<br />
2,6<br />
P<br />
-7,6<br />
-8,1<br />
-5,3<br />
-2,0<br />
-9,5<br />
-12,0<br />
-5,6<br />
2,2<br />
6,0<br />
-2,8<br />
-3,1<br />
-2,0<br />
3,8<br />
-4,4<br />
-2,0<br />
-1,0<br />
0,4<br />
1 J Eine umfassende Zusammenstellung von Inkrementen für 13 C-chemische<br />
Verschiebungen von substituierten Benzenen findet man bei<br />
EWING, D. F., Org. Magn. Reson. 12 (1979), 499.<br />
Zur Berechnung der 13 C-chemischen Verschiebungen von Benzen-Derivaten addiert man<br />
zum Basiswert des Benzens ö = 128,5 je nach Art und Stellung des Substituenten die in Tabelle<br />
A.158 angegebenen Verschiebungsinkremente. Größere Abweichungen der berechneten von<br />
den gemessenen Werten ergeben sich bei starken elektronischen und sterischen Wechselwirkungen<br />
der Substituenten (z. B. bei ortho-disubstituierten Benzenderivaten).<br />
Neben der 13 C-cnemischen Verschiebung liefern die 13 C-H-Kopplungen über Größe und<br />
Kopplungsmuster (s. oben) wichtige Informationen zur Struktur einer Verbindung. Stark ausgeprägt<br />
sind 13 C-H-Kopplungen über eine Bindung. Die Kopplungskonstanten UCH liegen<br />
zwischen +120 und 320 Hz. Mit steigendem s-Anteil der Hybridisierung und deshalb auch mit<br />
wachsender Elektronegativität der Substituenten steigt der Betrag der Kopplungskonstanten<br />
an. Man vergleiche hierzu die Werte für Ethan, Ethylen und Acetylen sowie für die Chlormethane<br />
in Tabelle A.159. Erwartungsgemäß sinkt die Größe der Kopplungskonstanten mit<br />
wachsender Entfernung der koppelnden Kerne ( 2 /cH : -10 bis +60 Hz). Einige Zusammenhänge<br />
zwischen Größe der Kopplungskonstanten und Struktur der Verbindung kann man<br />
Tabelle A.159, in der auch Kopplungen zu anderen Kernen aufgeführt sind, entnehmen.<br />
Man diskutiere an Hand dieser Informationen auch die in Kapitel E gegebenen 13 C-NMR-<br />
Spektren!<br />
Mit modernen Hochleistungs-NMR-Spektrometern können komplizierte Strukturen mit vertretbaren<br />
Zeitaufwand aufgeklärt werden. Man benutzt dazu u. a. zweidimensionale, sogenannte 2D-Spektren, die<br />
durch Kopplungsphänomene über mehrere Bindungen genaue Zuordnungen erlauben. Die Ausnutzung<br />
des Kern-Overhauser-Effektes, dem Dipol-Dipol-Wechselwirkungen zwischen zwei Kernen mit einem<br />
bestimmten räumlichen Abstand zueinander zugrunde liegen, erlaubt Aussagen zur räumlichen Anordnung<br />
von Molekülen z. B. zur relativen Konfiguration. Durch Anwendung von Metallkomplexen mit chiralen<br />
Liganden ist man auch in der Lage, schnell und relativ präzise Angaben zu Enantiomerenverhältnissen<br />
bei stereoselektiven Synthesen zu erhalten.
Tabelle A.159<br />
^C-iH-Kopplungskonstanten in Hz<br />
Verbindung UCH<br />
H3C-CH3<br />
H2C=CH2<br />
HC=CH<br />
NEC-CH3<br />
HOOC-CH3<br />
CH4<br />
CI-CH3<br />
CI2CH2<br />
CI3Q-H<br />
125<br />
156<br />
248<br />
136<br />
130<br />
145<br />
150<br />
178<br />
209<br />
A. 3.6. Kernmagnetische Resonanzspektroskopie 111<br />
Verbindung !/CH<br />
H H<br />
C=C 155<br />
/ \<br />
HsCe C6H5<br />
H<br />
O=C 172<br />
CH3<br />
H<br />
O=C 222<br />
OH<br />
O<br />
/^/H<br />
. ,H0 H02/CH: 1,0<br />
| ^f Hm3/CH: 7,4<br />
k,AH HP^CH: -1,1<br />
T<br />
n m<br />
Hp<br />
Weitere für die Strukturermittlung wichtige Informationen lassen sich aus Kopplungen zwischen<br />
13 C und anderen magnetischen Kernen erhalten. Dieses über mehrere Bindungen meßbare<br />
Phänomen liefert Hinweise zum Substitutionstyp, zum Aggregationsgrad u. a. m. Da<br />
durch physikalische Größen (Gyromagnetisches Verhältnis) einige Kopplungskonstanten negative<br />
Werte auf weisen, sind in Tabelle A. 160 die Absolutwerte von heteronuklearen Kopplungen<br />
aufgeführt.<br />
Tabelle A. 160<br />
13 C-X-Kopplungskonstanten ausgewählter Verbindungen in Hz (Absolutwerte)<br />
Verbindung<br />
H3Q-F<br />
H£erF<br />
H5C6-CF3<br />
H5Q6-^NH2<br />
H5C6-PPh3<br />
H5Ce-P(O)Ph2<br />
(EtO)2P(O)O-C2H5<br />
H^eT 6 Li<br />
H5C6-Si (C H3)3<br />
H5Q6-BPh4ONaS<br />
l l /cxl<br />
162<br />
245<br />
272<br />
11,4<br />
13<br />
104<br />
8,0<br />
66,5<br />
49,4<br />
P/cxl<br />
21<br />
32<br />
20<br />
2,7<br />
10<br />
6<br />
1,5<br />
P/cxl<br />
8<br />
4<br />
1,3<br />
7<br />
12<br />
7<br />
2,7<br />
l 4 -/cxl<br />
3<br />
1<br />
112 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
3.7. Massenspektroskopie<br />
Die Massenspektroskopie (MS) ist ein analytisches Verfahren, mit dem man Aussagen über<br />
die Molmasse, die Elementarzusammensetzung und die Struktur organischer Verbindungen<br />
erhalten kann. Der Substanzbedarf ist äußerst gering, so daß Massenspektrometer als Detektoren<br />
in der Gas- (GC) oder Flüssigchromatographie (LC) verwendet werden können (GC/MSbzw.<br />
LC/MS-Kopplung).<br />
In Abbildung A.161 ist schematisch ein Massenspektrometer dargestellt. Die Substanz wird<br />
zunächst im Hochvakuum verdampft und in einer lonenquelle ionisiert. Die ionisierten Moleküle<br />
und zusätzlich gebildete ionische Bruchstücke werden in einem elektrischen Feld<br />
beschleunigt und zu einem Strahl gebündelt. In einem Magnetfeld werden die Ionen auf Kreisbahnen<br />
abgelenkt, deren Radius von ihrem Masse/Ladung-Verhältnis abhängt, und dadurch<br />
getrennt. Anschließend werden sie in einer Nachweisvorrichtung quantitativ, d. h. nach Masse<br />
und Häufigkeit registriert.<br />
Eintrittsspalt<br />
Elektroden<br />
Heizdraht<br />
Probe<br />
Abb. A.161<br />
Schematische Darstellung eines Massenspektrometers<br />
Magnetfeld<br />
Austrittsspalt<br />
Auffänger<br />
Verstärker<br />
Registrierung<br />
Die Ionisierung der Moleküle geschieht gewöhnlich durch Elektronenstoß (electron impact,<br />
EI), wobei Molekülionen (Radikalkationen) gebildet werden:<br />
M + e e<br />
M ,©<br />
2e [A. 162]<br />
Da die Energie der Stoßelektronen gewöhnlich höher gewählt wird (meist 70 eV) als zur Ionisierung<br />
nötig ist - die lonisierungsenergie (appearance potential) organischer Verbindungen<br />
liegt zwischen 8 und 15 eV -, zerfällt das gebildete Molekülion weiter in geladene und ungeladene<br />
Bruchstücke (Fragmentierung):<br />
M ,© A©<br />
M ,©<br />
B-<br />
[A.163]<br />
[A.164]<br />
Neben der Elektronenstoßionisation sind noch andere lonisierungsmethoden möglich.<br />
Wichtig ist die chemische Ionisation (CI), bei der zunächst ein in großem Überschuß zugesetztes<br />
Reaktandgas (z. B. CH4, H2, Edelgase) ionisiert wird, das dann seine Ladung durch Zusam-
A. 3.7. Massenspektroskopie 113<br />
menstoß auf die zu untersuchenden Moleküle überträgt. Die Fragmentierung ist dann geringer<br />
als beim direkten EI. Bei der Ionisierung durch Feiddesorption (FD) werden einer festen Probe<br />
durch ein starkes elektrisches Feld Elektronen entzogen und die positiven Ionen desorbiert.<br />
Im Gegensatz zur EI- und CI-Massenspektroskopie sind damit auch nicht verdampfbare Substanzen<br />
analysierbar. Dasselbe ist mittels Fast Atom Bombardment (FAB) möglich: eine<br />
Lösung oder Suspension der Probe in einer Matrix (z. B. Glycerol, Thioglycerol, Polyethylenglycole)<br />
wird in der lonenquelle des Massenspektrometers mit schnellen neutralen Atomen<br />
(Argon) beschossen, wobei Molekül- und Fragmentionen der zu untersuchenden Substanz als<br />
auch der Matrix entstehen.<br />
Im Massenspektrometer wird der lonenstrom entweder direkt oder nach Verstärkung<br />
gemessen und über einen Schreiber aufgezeichnet. In modernen Geräten werden die Analogiesignale<br />
über einen Computer direkt digitalisiert und als Zahlenreihen bzw. Strichspektren ausgedruckt.<br />
Da bei den üblichen massenspektroskopischen Verfahren die Bildungswahrscheinlichkeit<br />
negativer Ionen um mehrere Zehnerpotenzen geringer als die positiver Ionen ist, werden meist<br />
nur diese registriert.<br />
Die Darstellung der Teilchenhäufigkeiten über deren Massenzahlen nennt man Massenspektrum<br />
(vgl. Abb. A.178). Die Massenzahlen werden in m/z-Werten ausgedrückt, wobei man m<br />
in atomaren Masseneinheiten u 1 ) angibt, z ist die Ladungszahl. Bei den normalerweise auftretenden<br />
einfach positiv geladenen Ionen (z = 1) entspricht m/z der Massenzahl.<br />
Die Auflösung eines Massenspektrometers ist maßgebend dafür, bis zu welcher Massenzahl<br />
zwei nebeneinanderliegende Massen noch sauber getrennt werden.<br />
Weil die Atommassen nicht ganzzahlig sind, ist bei einer Genauigkeit der Massebestimmung<br />
auf etwa ±1 mu (Millimasse) eine exakte Festlegung der Summenformel möglich. Ionen der<br />
gleichen Massenzahl, aber unterschiedlicher Zusammensetzung haben auch unterschiedliche<br />
m/z-Werte.<br />
An hochauflösenden Geräten ist es möglich, einzelne Peaks durch Massenvergleich (peak<br />
matching) mit einer Referenzmasse auf einige Millimassen genau zu vermessen oder das<br />
gesamte Spektrum hochauflösend zu registrieren. Der Vorteil liegt dann darin, daß allen Molekül-<br />
und Fragmentionen Summenformeln zugeordnet werden können. Da die massenspektroskopischen<br />
Fragmentierungen von der Struktur und dem Substituentenmuster abhängig sind,<br />
ist bei entsprechender Erfahrung meist auch die zugehörige Struktur der Ionen formulierbar.<br />
Für die Zuordnung von Summenformeln zu den hochauflösend vermessenen Peaks gibt es einfache<br />
Computerprogramme. Zur Auswertung ohne Computer, die kaum mehr Zeit beansprucht,<br />
sei auf die sehr praktischen Tabellen von HENNEBERG und CASPER 2 ) verwiesen.<br />
Am einfachsten sind in der Regel Massenspektren auswertbar, die durch chemische Ionisation<br />
bzw. „weiche", d. h. ohne Verdampfen der Substanz auskommende lonisationstechniken<br />
erzielt wurden. Hier findet man entweder nur das Molekülion oder das Molekülion mit relativ<br />
wenigen zusätzlichen Fragmenten. Zu beachten ist allerdings, daß auch Massen oberhalb des<br />
Molpeaks beobachtet werden können, z. B. durch Anlagerungsreaktionen bei zu geringem<br />
Vakuum (Elektronenanlagerungs-MS), Reaktionen mit dem Reaktandgas (CI), Anlagerung<br />
von Kationen (FD) sowie H-Anlagerungen (z. B. aus dem Lösungsmittel bei FAB).<br />
Bei N-freien Verbindungen muß der Molpeak geradzahlig sein. Die beobachteten MoI-<br />
(bzw. Teilchen-)Massen sind nicht mit dem chemischen Molgewicht identisch. Dieser Unterschied<br />
sei am Beispiel des Methylbromids CH3Br erläutert.<br />
1 12 1 -24<br />
J 1/12 der Masse des Nuclids C wird als atomare Masseneinheit u bezeichnet; u = l,660-lO g =<br />
931 501 keV<br />
2<br />
) HENNEBERG, D; CASPER, K., Z. Analyt. Chem. 227 (!967) 241-260; vgl. auch BENZ, W.; HENNEBERG, D.:<br />
Massenspektroskopie organischer Verbindungen. - Leipzig !969.
114 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Das chemische Molgewicht 94,939 ist der Mittelwert aller Isotopenkombinationen entsprechend<br />
ihrer natürlichen Häufigkeit also: 12 aH379Br, 12 C 1 H3SiBr, 1 3C 1 H379Br, 13 C 1 H3S 1 Br,<br />
12 C 1 H2 2 H79ßr usw. Die massenspektroskopische Molmasse bezieht sich definitionsgemäß nur<br />
auf das Molekül 12 CiH3 79 Br, also auf die Kombination der leichtesten Isotope (MZ 94; exakt<br />
93,941 823). Die anderen Isotopenkombinationen erscheinen im Massenspektrum getrennt bei<br />
den jeweiligen Massenzahlen, die Intensitäten richten sich (sofern nicht künstlich angereicherte<br />
Isotope eingesetzt wurden) nach den natürlichen Häufigkeiten. Für Methylbromid<br />
findet man also im Massenspektrum neben der massenspektroskopischen Molmasse 94 die Isotopenpeaks<br />
bei (M + 1) (-3CiH3J^Br; 12 C 1 H2 2 ^SBr), (M + 2X 12 C 1 H3^ 1 Br; 13 C 1 H2 2 ^Br;<br />
12 C 1 H 2 Ha 79 Br usw.). Die Beiträge von 13 C und 2 H sind wegen deren geringen natürlichen Häufigkeiten<br />
vernachlässigbar im Verhältnis zur relativen natürlichen Häufigkeit von 81 Br( 79 Br:<br />
81 Br « 1:1). Bei Methylbromid wird demnach ein Isotopenpeak bei MZ (M + 2) = 96 registriert,<br />
der etwa die gleiche Intensität besitzt wie der massenspektroskopische Molpeak bei MZ 94.<br />
Eine organische Verbindung, die ein Boratom enthält, wird hingegen einen Isotopenpeak bei<br />
(M + 1) mit etwa vierfach höherer Intensität als der Molpeak zeigen; man mache sich das<br />
anhand der Werte aus Tabelle A.165 klar!<br />
Tabelle A.165<br />
Intensitäten / des intensivsten Peaks einiger Elemente aufgrund der natürlichen Isotopenverteilung<br />
Element AfZ M (M +1) (M+ 2) (M+ 3) (M+ 4)<br />
B<br />
Si<br />
Si2<br />
S<br />
S2<br />
Cl<br />
Cl2<br />
Br<br />
Br2<br />
10<br />
28<br />
56<br />
32<br />
64<br />
35<br />
70<br />
79<br />
158<br />
24,4<br />
100<br />
100<br />
100<br />
100<br />
100<br />
100<br />
100<br />
51,1<br />
100<br />
5,1<br />
10,2<br />
0,8<br />
1,6<br />
3,4<br />
7,0 0,3<br />
4,4<br />
8,9 0,1<br />
32,4<br />
64,8<br />
98,1<br />
100<br />
Bei hohen Kohlenstoffzahlen ist der (M + l)-Peak ebenfalls verhältnismäßig intensiv, was<br />
bei der Untersuchung der Isotopenpeaks berücksichtigt werden muß. Sind im Molekül nur<br />
C,H,N und O enthalten und kann man (M + H) ausschließen, so gilt annähernd:<br />
_ Intensität (M -h 1) in % von M<br />
C-Zanl = —— [A. l DO J<br />
•*•» -*•<br />
Enthält ein Ion noch Schwefel, so erkennt man dies am (M + 2)-Peak (Tab. A.165). Generell<br />
sind bei bekannter Elementarzusammensetzung der Probe an den Mol- bzw. Fragmentpeaks<br />
bestimmte Heteroatome (Cl, Br, S, Si, B) visuell anhand ihrer charakteristischen Isotopenpeaks<br />
leicht zu erkennen.<br />
Fragmentierungsspektren werden in tabellarischer Form (m/z-Werte und zugehörige Intensitäten,<br />
bezogen auf den intensivsten Peak = Basispeak = 100%) bzw. als graphische Darstellung<br />
(Strichspektrum) ausgewertet. Auch hier wird der bei der höchsten Massenzahl auftretende<br />
Peak meist dem Molpeak M (Molekülion) entsprechen (über Peaks mit Massenzahlen<br />
oberhalb des Molpeaks s. o.).<br />
Insbesondere bei der Ei-Massenspektroskopie fehlt der Molpeak oft ganz oder ist sehr<br />
wenig intensiv. Das ist vor allem dann der Fall, wenn im Molekül leicht abspaltbare Gruppen<br />
(z. B. Wasser) enthalten sind, so daß der höchste (nicht intensivste!) Peak bereits ein Eliminierungsprodukt<br />
darstellt.<br />
0,1<br />
0,01<br />
0,2<br />
10,5<br />
48,9
A. 3.7. Massenspektroskopie 115<br />
Für die Interpretation des Spektrums ist es nützlich, Differenzen signifikanter Peaks zu<br />
notieren: die Massendifferenz zum Nachbarpeak (oder zum übernächsten Nachbarn) entspricht<br />
dem abgespalteten Teilchen und gibt Hinweise auf die Struktur des unbekannten Fragments.<br />
Als Unterstützung bei der Auswertung von Massenspektren befinden sich in zahlreichen<br />
Monographien häufig auftretende Ionen und charakteristische Massendifferenzen tabellarisch<br />
aufgeführt. Wird hochauflösend vermessen, kann man die exakte Summenformel des<br />
registrierten Teilchens feststellen und hat so meist gute Hinweise auf die gesuchte Verbindungsklasse.<br />
Aus den Isotopenpeaks erkennt man, wie bereits ausgeführt, Cl, Br, S und Si.<br />
Man versucht nunmehr, fortschreitend von höheren zu niederen Massenzahlen, den auftretenden<br />
Peaks Summen- und Strukturformeln zuzuordnen. Bei höheren Massenzahlen sollte<br />
man alle Peaks untersuchen, im Bereich niederer Massenzahlen interessieren zunächst nur die<br />
intensivsten Peaks.<br />
Für das Verständnis und die Interpretation von Massenspektren sind Kenntnisse über wichtige<br />
Fragmentierungsmechanismen unerläßlich. Das Primärion (Molekülion) zerfällt in der<br />
Regel zu den thermodynamisch stabilsten Kationen. Dabei brechen bevorzugt Einfachbindungen<br />
auf. Sterische Einflüsse (vgl. McLAFFERTY-Umlagerung) sind in einigen Fällen wichtig.<br />
Je größer das Molekül, um so komplexer ist das Massenspektrum. Viele kleine Peaks, die<br />
durch energiereiche Reaktionen entstehen, sind unspezifisch für die Struktur. Wichtig sind spezifische<br />
Fragmentierungen, die an bestimmte Strukturmerkmale geknüpft sind. Zur Interpretation<br />
des Massenspektrums nutzt man insbesondere den Molpeak (parent peak), die intensivsten<br />
Peaks und Peaks bei speziellen Massenzahlen.<br />
Einige wichtige Fragmentierungsreaktionen sollen im folgenden kurz besprochen werden,<br />
a) Alkane und Verbindungen mit längeren Alkylgruppen fragmentieren nach:<br />
©<br />
[A.167]<br />
Dabei sind die neugebildeten Carbeniumionen in der üblichen Reihenfolge prim < sec <<br />
tert zunehmend bildungsbegünstigt.<br />
b) Bei Alkylhalogeniden, Ethern, Alkoholen, Sulfiden usw. wird der Rest X abgespalten:<br />
©<br />
,C,<br />
©<br />
c) Alkylgruppen fragmentieren auch unter Abspaltung von Olefinen:<br />
©<br />
©<br />
X"<br />
d) Olefine mit mindestens 4 C-Atomen können einer Allylspaltung unterliegen:<br />
[A.168]<br />
[A.169]<br />
l [A.170]
116 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
e) Benzylverbindungen führen in der Regel zu intensiven Benzylpeaks:<br />
R < /V-CH2 + R- [A.171]<br />
Durch Stoßaktivierungsmassenspektroskopie konnte gezeigt werden, daß sich, im Gegensatz<br />
zu früheren Annahmen, meist nur Anteile in ein Tropylium-Ion umlagern:<br />
[A.172]<br />
f) An Kohlenstoff gebundene Heteroatome mit freiem Elektronenpaar begünstigen die Spaltung<br />
einer benachbarten C-C-Bindung:<br />
,©,X<br />
[A.173]<br />
Diese als Oniumspaltung bezeichnete Fragmentierung ist in der Reihenfolge Cl < O <<br />
S < N begünstigt. Bei Anionen dominiert diese Spaltung oft gegenüber allen anderen Fragmentierungen.<br />
g) Doppelt gebundene Heteroatome mit einsamem Elektronenpaar führen sowohl zur C-Cals<br />
auch zur C-X-Spaltung am Nachbaratom, z. B.:<br />
©<br />
R-CEO<br />
©<br />
R-C=Ol + X<br />
[A.174]<br />
h) Systeme, die man formal als Diels-Alder-Addukte auffassen kann, unterliegen masssenspektroskopisch<br />
einer Retro-Diels-Alder-Reaktion (RDA); da andere Mechanismen häufig<br />
dominieren, erscheinen die Peaks der entsprechenden Fragmentionen oft nur mit geringer<br />
Intensität.<br />
[A.175]<br />
i) Eine wichtige Fragmentierung unter H-Wanderung ist die nach ihrem Entdecker benannte<br />
McLafferty- Umlagerung:<br />
sowie:<br />
[A.176]
X<br />
A. 3.7. Massenspektroskopie 117<br />
[A.177]<br />
Sie verläuft über einen sechsgliedrigen Übergangszustand unter Einbeziehung einer Doppelbindung.<br />
Neben diesen Typen sind noch weitere Spaltungs- und Umlagerungsreaktionen bekannt,<br />
man orientiere sich hierzu in der Spezialliteratur.<br />
Im Massenspektrum können auch doppelt geladene Ionen, die bei der scheinbaren Masse<br />
m/2 registriert werden, erscheinen und zu Fehlinterpretationen führen. Sie haben allerdings<br />
Auftrittsenergien um 30 eV und fehlen in Aufnahmen bei niedrigeren Energien.<br />
Wird der lonenstrom direkt registriert, so findet man in einigen Fällen kleinere breite Peaks bei nicht<br />
ganzzahligen m/z-Werten. Diese gehören zu sogenannten metastabilen Ionen der scheinbaren Masse m*,<br />
die erst auf dem Wege zwischen lonenquelle und Magnetfeld entstanden sind. Zerfällt ein Ion der Masse<br />
m i erst nach Passieren des Beschleunigungsfeldes unter Bildung eines Ions der Masse m2, so wird es nicht<br />
bei rn2, sondern bei m* = m^/mi registriert. Das Auftreten von m* ist demnach ein Beweis für die Bildung<br />
von m2 aus m\. Für die Auswertung metastabiler Peaks verwendet man z. B. Tabellen oder Nomogramme;<br />
hierzu sei auf die Spezialliteratur verwiesen.<br />
•<br />
•»<br />
100 -<br />
90 -<br />
80 •<br />
70 -<br />
60<br />
= 50<br />
\ ^<br />
2 40<br />
t<br />
•H<br />
30<br />
20<br />
10<br />
O |<br />
C4Hg<br />
57<br />
C5Hu<br />
71<br />
,..l<br />
C8H17<br />
113<br />
U9<br />
cA<br />
f^V N"»u<br />
^O<br />
C8H5O3<br />
Bosispeak<br />
r .^^^-xC^OM r'° 1I<br />
OCo + H*<br />
^OHJ<br />
C8H7O4<br />
,0<br />
Jj .^Xx^'-fWi-L«<br />
r^^K^L JOCc^ 8 " 17 +H®<br />
« Iv^ 8 T" 9 Iv^'' J<br />
C<br />
24"S°4 MoLpeak<br />
CiBHaO4 391 (parent peak)<br />
279 I<br />
MJLM .1. .. I. Jl<br />
100 200 300 400<br />
Abb. A.178<br />
CI-Massenspektrum des Phthalsäuredioctylesters
118 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Das in Abbildung A. 178 dargestellte Strichspektrum des Phthalsäuredioctylesters ist ein CI-<br />
Spektrum, bei Ei-Aufnahmen fehlt der Molpeak, der Basispeak ist in beiden Fällen gleich. Der<br />
Peak bei der höchsten Massenzahl ist im Spektrum ungerade (MZ 391), obwohl die Verbindung<br />
nur die Elemente C, H und O enthält. Der Vergleich mit einer kryoskopischen Molmassebestimmung<br />
(= 379) zeigt, daß die MZ 391 offensichtlich einem (M + H)-Peak zuzuordnen<br />
ist. Der Isotopenpeak (MZ 392 etwa 30% von 391) deutet nach Gleichung A.166 auf 27 C-<br />
Atome (tatsächlicher Wert 24). Der Basispeak entsteht durch gleichzeitige oder nacheinander<br />
ablaufende Oniumspaltung und McLAFFERTY-Umlagerung:<br />
[A.179]<br />
Einfache McLAFFERTY-Umlagerung und Protonierung führen zu MZ 149, doppelte<br />
McLAFFERTY-Umlagerung führt zu MZ 167. Die Peaks bei den Massenzahlen, 113, 71, 57<br />
und 43 sind Alkylkationen, die sich aus den Octylresten durch Alkylspaltung bilden.<br />
Werden die Massen MZ 149, 167 und 391 zusätzlich hochauflösend vermessen, erhält man<br />
genauere experimentelle Werte, die man in eine Tabelle einträgt. Tabellarisch oder mit Hilfe<br />
des Computers werden anschließend diejenigen Massen bestimmt, die unter Berücksichtigung<br />
des maximal möglichen Fehlers einer sinnvollen Summenformel entsprechen.<br />
Der Peak bei MZ 149 ist ein sog. Schlüsselpeak, er tritt in allen Massenspektren von Phthalsäureestern<br />
auf und ist meist der Basispeak. Findet man beim Massenspektrum einer unbekannten<br />
Substanz einen intensiven Peak bei dieser Massenzahl, so wäre auf Phthalsäureester<br />
zu prüfen. Da derartige Ester als Weichmacher für verschiedene Plasterzeugnisse Verwendung<br />
finden, können in Proben, die in solchen Behältnissen aufbewahrt wurden, Phthalsäureester<br />
eingeschleppt sein und zu Fehlinterpretationen führen.<br />
3.8. Hinweise zur Strukturaufklärung mit Hilfe spektroskopischer<br />
Methoden<br />
Spektroskopische Methoden gestatten es, die Struktur organischer Verbindungen mit viel<br />
geringerem Zeitaufwand zu bestimmen, als dies mit rein chemischen Methoden möglich ist.<br />
Mit einer einzelnen spektroskopischen Methode ist man jedoch normalerweise nicht in der<br />
Lage, ohne zusätzliche Kenntnisse sichere Aussagen zu machen. Dagegen liefert die Kombination<br />
mehrerer spektroskopischer Methoden infolge der gegenseitigen Bestätigung der Aussagen<br />
fundierte Informationen über die Struktur einer Verbindung.<br />
Auch quantenchemische Molekülberechnungen liefern Vorhersagen physikochemischer Parameter, wie<br />
z. B. NMR-Verschiebungen, Bindungslängen und -winkel und UV-Absorptionen, und erlauben in vielen<br />
Fällen die Einschränkung von Synthesewegen. Geeignete Computerprogramme (HyperChem, MOPAC)<br />
verbunden mit entsprechenden Datenbanken können ebenfalls Zeit und Kosten einsparen.<br />
In der Tabelle A.180 (s. Beilage) sind die Aussagen der IR-, UV-, NMR- und Massenspektroskopie<br />
synoptisch für typische Strukturelemente zusammengestellt. Als Anordnungsschema<br />
wurden dabei IR-Schlüsselbanden in der Reihenfolge abnehmender Wellenzahlen benutzt.<br />
Um Fehlzuordnungen zu vermeiden, müssen stets weitere in der Tabelle angegebene typische<br />
spektrale Kennzeichen herangezogen werden.
3.9. Röntgen-Strukturanalyse<br />
A. 3.9. Röntgen-Strukturanalyse 119<br />
Probleme der spektroskopischen Strukturanalytik ergeben sich bei Verbindungen mit wenigen<br />
Wasserstoff- und vielen ähnlich gebundenen Kohlenstoffatomen, bzw. bei vielen Metallkomplexen,<br />
wo auf Grund paramagnetischer Eigenschaften der Metallatome die sonst so aussagekräftigen<br />
NMR-Techniken versagen oder nur Aussagen für kleine Teilstrukturen gestatten.<br />
Überwunden werden diese Schwierigkeiten durch die Röntgen-Strukturanalyse, mit der an<br />
einem Einkristall durch Beugung von Röntgenstrahlen an den Elektronenhüllen der Atome<br />
einer Verbindung die Koordinaten der Atome in der Elementarzelle und die Anordnung der<br />
Moleküle im Kristall bestimmt werden.<br />
Dem Wellencharakter der elektromagnetischen Strahlung entsprechend, treten bei der<br />
Wechselwirkung von Röntgenstrahlen mit den Elektronen Beugungseffekte auf. In der<br />
Bragg'schen Gleichung wird die Bedingung für eine Interferenz der Strahlung wiedergegeben.<br />
n A = 2 d sin 0 [A.181]<br />
d Abstand der Netzebenen; 0 Einfallswinkel der Röntgenstrahlung<br />
Sie bildet die Grundlage für die Auswertung der Röntgenbeugungsaufnahmen. Es werden<br />
nur dann alle Netzebenenscharen zur Reflexion gebracht, wenn der Kristall während der<br />
Durchstrahlung gedreht wird. Durch die Drehbewegung entstehen die Reflexe immer dann,<br />
wenn eine Netzebenenschar die von der Bragg'schen Gleichung geforderte Orientierung<br />
gegenüber dem Primärstrahl durchläuft. Für die Kristallstrukturermittlung organischer Verbindungen<br />
benutzt man Vierkreis-Diffraktometer unter Verwendung monochromatischer Röntgenstrahlung<br />
wie die der Cu-Ka-Linie (/ = 153,9 pm) oder der Mo-Ka-Linie (/ = 71 pm).<br />
Durch computergesteuertes Einstellen von vier voneinander unabhängigen Kreisen werden<br />
beliebige Kristallorientierungen ermöglicht, und es können nacheinander alle Reflexe gemessen<br />
und deren Intensitäten ermittelt werden.<br />
Röntgenstrahl<br />
Drehung<br />
des Kristalls<br />
Einkristall<br />
Detektor<br />
Abb. A.182<br />
Schematische Darstellung eines Vierkreis-Diffraktometers<br />
Je nach Leistungsfähigkeit der Detektorsysteme können Einkristalle mit Abmessungen<br />
> 5 fim eingesetzt werden. Mit Hilfe von Computerprogrammen werden aus den gemessenen<br />
Intensitäten die Atomkoordinaten gewonnen und daraus Strukturparameter wie Bindungslängen<br />
und -winkel, Torsionswinkel u. a. m. abgeleitet.<br />
Im Gegensatz zu anderen Methoden der Strukturaufklärung ist die Röntgen-Strukturanalyse<br />
eine direkte Methode, d. h. man erhält nicht nur Aussagen über Teilstrukturen wie das<br />
chromophore System (UV/VIS), durch Kopplungen verbundene magnetische Kerne (NMR)<br />
oder durch Schwingungen anregbare funktionelle Gruppen (IR) sondern sofort die gesamte<br />
Struktur einer Verbindung. Von Bedeutung ist auch die Detektion von intra- und intermolekularen<br />
Wasserstoffbrücken im Kristall. Nicht geeignet ist diese Methode für die Verfolgung<br />
dynamischer Prozesse wie Rotationen, Tautomerien und E/Z-Isomerisierungen, da diese vorrangig<br />
in Lösungsmitteln ablaufen.
120 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Abb. A.183<br />
ORTEP-Darstellung eines heterocyclischen Chinons<br />
02<br />
Für die bildliche Darstellung der Strukturen existieren eine Vielzahl von Möglichkeiten, von<br />
denen die ORTEP-Darstellung weit verbreitet ist, Abb. A.183. Die Atomlagen werden in Form<br />
der charakteristischen Schwingungsellipsoide gezeichnet, die beschreiben, wie die Elektronendichte<br />
durch die Abweichung des Kristalls vom idealen, perfekt periodischen Gitter verschmiert<br />
wird.<br />
4. Aufbewahrung von Chemikalien,<br />
Entsorgung gefährlicher Abfällei)<br />
4.1. Aufbewahrung von Chemikalien<br />
Zur Aufbewahrung der im Laboratorium gebrauchten Chemikalien dienen in den meisten Fällen<br />
Glasflaschen mit Schraubverschluß oder mit eingeschliffenem Glasstopfen (zweckmäßig<br />
Normalschliffe). Die sog. Pulverflaschen für feste Substanzen oder hochviskose Stoffe haben<br />
weite Öffnungen. Enghalsige Flaschen sind vor allem für Flüssigkeiten geeignet. Für Verbindungen,<br />
die mit Glas reagieren (z. B. Flußsäure), verwendet man Kunststoff- oder Metallgefäße,<br />
notfalls auch innen mit Paraffin überzogene Glasflaschen. Alkalimetalle werden unter<br />
Petroleum, gelber Phosphor wird unter Wasser aufbewahrt.<br />
Lichtempfindliche Stoffe - dazu gehören auch Ether, die besonders unter Lichteinwirkung<br />
zur Peroxidbildung neigen (vgl. D.I.5.) - bewahrt man in dunklen Glasflaschen auf.<br />
Kleine Substanzmengen und empfindliche Stoffe schmilzt man häufig in Ampullen ein. Man<br />
zieht dazu ein Reagenzglas entsprechend Abbildung A. 184 in der Gebläseflamme aus. Die<br />
Ampulle sollte nur bis höchstens zur Hälfte gefüllt werden. Um zu verhindern, daß Substanzteilchen<br />
an die Abschmelzstelle gelangen, verwendet man zum Einfüllen einen kleinen Trichter<br />
I In den Arbeitsvorschriften (Kap. D), im Reagenzienanhang (Kap. F) und im Gefahrstoffanhang<br />
(Kap. G) findet man bei den einzelnen besprochenen Chemikalien auch Angaben über Gefährlichkeit,<br />
Besonderheiten der Aufbewahrung und Erste Hilfe bei Unfällen (dazu siehe auch vorderer innerer<br />
Buchdeckel).<br />
03
A. 4.1. Aufbewahrung von Chemikalien 121<br />
mit lang ausgezogenem, dünnem Rohr. Während des Abschmelzens in einer spitzen Gebläseflamme<br />
kühlt man die Ampulle bei leichtsiedenden Stoffen in einem geeigneten Kühlbad.<br />
u<br />
Abb. A.184<br />
Füllen von Ampullen<br />
Der Umgang mit Chemikalien ist in der Bundesrepublik Deutschland durch das Chemikaliengesetz,<br />
die Gefahrstoffverordnung und weitere Vorschriften gesetzlich geregelt. 1 ) Danach<br />
sind Gefahrstoffe so aufzubewahren, daß sie die menschliche Gesundheit und die Umwelt<br />
nicht gefährden.<br />
Gefährliche Stoffe dürfen nicht in Behältnissen aufbewahrt werden, deren Form oder<br />
Bezeichnung zur Verwechslung des Inhalts mit Lebensmitteln führen kann.<br />
Sämtliche Chemikalienbehälter sind deutlich und dauerhaft zu beschriften. Standflaschen,<br />
in denen gefährliche Stoffe für den Handgebrauch enthalten sind, müssen mindestens mit der<br />
Bezeichnung des Stoffes, den Gefahrsymbolen und den dazugehörigen Gefahrenbezeichnungen<br />
(vgl. Kap. G) gekennzeichnet sein. Es empfiehlt sich darüber hinaus, sie mit dem Standort<br />
(Labor-, Arbeitsplatznummer) sowie dem Namen des Besitzers zu versehen.<br />
Die üblichen Papieretiketten werden zweckmäßig mit Bleistift oder Tusche beschriftet und<br />
zur besseren Haltbarkeit mit durchsichtigem Klebeband überdeckt. Tinte und Kopierstift bleichen<br />
an der Laborluft schnell aus und verwischen leicht und sollten daher nicht verwendet werden.<br />
Alte Etiketten müssen entfernt und dürfen nicht überklebt werden, da das Abfallen des<br />
oberen Etiketts zu Verwechslungen führen kann. Für gebräuchliche aggressive Substanzen, die<br />
die Aufschrift zerstören würden, sind Flaschen mit geätzter Aufschrift im Handel.<br />
Ätzende (C), reizende (Xi) und gesundheitsschädliche (Xn) Stoffe sind so aufzubewahren,<br />
daß sie dem unmittelbaren Zugriff durch Betriebsfremde nicht zugänglich sind.<br />
Giftige (T) und sehr giftige (T+) Stoffe müssen unter Verschluß gehalten werden.<br />
Brennbare Flüssigkeiten der Gefahrklassen AI und B 2 ) dürfen an Arbeitsplätzen für den<br />
Handgebrauch nur in Gefäßen von höchstens l l Fassungsvermögen aufbewahrt werden. Die<br />
Anzahl der Gefäße ist auf das unbedingt nötige Maß zu beschränken.<br />
1 J VgI. Literaturhinweise am Ende des Kapitels.<br />
2 ) Die Verordnung über brennbare Flüssigkeiten (VbF) teilt diese in folgende Gefahrklassen ein:<br />
A. Flüssigkeiten, die einen Flammpunkt unter 10O 0 C haben und mit Wasser nicht mischbar sind. Sie<br />
gehören zur<br />
- Gefahrklasse AI, wenn sie einen Flammpunkt unter 21 0 C haben;<br />
- Gefahrklasse All, wenn ihr Flammpunkt zwischen 21 bis 55 0 C liegt;<br />
- Gefahrklasse AIII, wenn sie einen Flammpunkt von 55 bis 10O 0 C haben.<br />
B. Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt unter 21 0 C, die mit Wasser mischbar sind.<br />
Zur Gefahrklasse AI gehören danach z. B. Schwefelkohlenstoff, Ether, Benzen, Leichtbenzin, während<br />
Alkohol, Aceton u.a. in die Gefahrklasse B einzuordnen sind.
122 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
Beim Transport werden gefüllte Chemikalienflaschen nicht am Flaschenhals getragen, sondern<br />
am Boden unterstützt bzw. in einen Eimer, Korb oder Tragekasten eingestellt.<br />
4.2. Abfälle und ihre Entsorgung<br />
Chemikalien, die im Labor als Restmengen oder Rückstände anfallen, sind in der Regel<br />
gefährliche Stoffe, die nicht in den Hausmüll oder das Abwasser gegeben werden dürfen, sondern<br />
zu entsorgen sind. Grundsätzlich sollte die Menge solcher Abfälle durch exakte Versuchsvorbereitung<br />
und -planung, durch Minimierung der Ansatzgröße und weitgehendes Recycling<br />
so gering wie möglich gehalten werden. Man sollte stets auch prüfen, ob nach einer eventuellen<br />
Vorbehandlung (z. B. Destillation, chemische Umwandlung) Reste oder Rückstände wieder<br />
verwendet werden können. Trotz Beachtung aller dieser Regeln anfallende Abfälle sind entsprechend<br />
den gültigen gesetzlichen Vorschriften - auch in Kleinmengen - zu sammeln oder<br />
sofort unschädlich zu machen. Über die Unschädlichmachung und Beseitigung bzw. Entsorgung<br />
über Dienstleistungsunternehmen ist ein Nachweis zu führen.<br />
Um Laborabfälle fachgerecht entsorgen zu können, werden sie in geeigneten Behältern<br />
getrennt nach ihrer chemischen Beschaffenheit gesammelt. Solche Behälter sollten vorhanden<br />
sein für<br />
halogenfreie organische Lösungsmittel und Lösungen halogenfreier Substanzen<br />
halogenhaltige organische Lösungsmittel und Lösungen halogenhaltiger Stoffe<br />
Salzlösungen, Säuren und Laugen, deren pH-Wert auf 6 bis 8 einzustellen ist<br />
feste organische Laborchemikalieni)<br />
feste anorganische Stoffel)<br />
giftige anorganische Stoffe sowie Schwermetallsalze und ihre Lösungen 1 )<br />
Quecksilber und anorganische Quecksilberverbindungen 1 )<br />
giftige brennbare Verbindungen 1 )<br />
Bunt- und Edelmetalle bzw. -Verbindungen, getrennt nach Metallart<br />
iodhaltige Verbindungen<br />
Filter und Aufsaugmassen, Chromatographieplatten und Füllungen von Chromatographiesäulen<br />
• Glasabfälle.<br />
Kleine Mengen giftiger, ätzender, reizender, selbstentzündlicher oder explosibler Stoffabfälle<br />
sollte man selbst durch geeignete chemische Reaktionen in ungefährliche Verbindungen<br />
überfuhren.<br />
Säuren und Basen werden in wäßriger Lösung vorsichtig mit Natriumhydrogencarbonat<br />
oder Natriumhydroxid bzw. verd. Salz- oder Schwefelsäure neutralisiert (pH-Wert 6-8 kontrollieren).<br />
Säurehalogenide und -anhydride wandelt man durch Zutropfen in einen Überschuß<br />
Methanol in die Methylester um.<br />
Anorganische Säurechloride und hydrolyseempfindliche Reagenzien werden vorsichtig<br />
unter Rühren und Eiskühlung in 10%ige Natronlauge eingetropft (pH 6-8).<br />
Fluoride wandelt man mit Calciumhydroxid in Calciumfluorid um.<br />
<strong>Organisch</strong>e Peroxide werden mit Natriumsulfit oder dessen wäßriger Lösung reduziert.<br />
Anorganische Peroxide, Brom und lod reduziert man durch Zutropfen zu saurer Natriumthiosulfatlösung.<br />
I in der Originalverpackung der Hersteller oder in festverschlossener bruchsicherer Verpackung mit sichtbarer<br />
und haltbarer Kennzeichnung
A. 4.2. Abfälle und ihre Entsorgung 123<br />
Nitrile und Thiole werden durch mehrstündiges Rühren mit höchstens 15%iger Natriumhypochloritlösung<br />
im Überschuß oxidiert. Überschüssiges Natriumhypochlorit zerstört man<br />
mit Natriumthiosulfat.<br />
Wasserlösliche Aldehyde werden mit einer konz. wäßrigen Natriumhydrogensulfitlösung in<br />
die Bisulfitaddukte überführt.<br />
Diazoalkane wandelt man durch Reaktion mit Essigsäure in Ester um.<br />
Hydrolyseempfindliche Organoelementverbindungen (z. B. Alkalimetall- und Grignard-<br />
Verbindungen), die gewöhnlich in organischer Lösung vorliegen, werden im Abzug vorsichtig<br />
unter Rühren in n-Butanol getropft. Entstehende brennbare Gase leitet man mittels Schlauch<br />
direkt in den Abzugskanal. Nach Beendigung der Gasentwicklung wird noch l Stunde gerührt<br />
und danach ein Überschuß Wasser zugegeben.<br />
Die Desaktivierung weiterer gefährlicher Verbindungen ist im Reagenzienanhang (Kap. F)<br />
beschrieben.<br />
5. Die erste Ausrüstung<br />
l Liebig-Kühler<br />
l Luftkühler<br />
l Dimroth-Kühler<br />
l Claisen-Aufsatz<br />
l Thermometer<br />
l Thermometer<br />
l Vakuumvorstoß<br />
l Übergangsstück<br />
l Rund- oder Spitzkolben<br />
je 2 Rundkolben<br />
je 2 Rundkolben<br />
je l Rundkolben<br />
l Zweihalskolben<br />
(mit schrägem Ansatz)<br />
l Dreihalskolben<br />
l Vigreux-Kolonne<br />
1 Vigreux-Kolonne<br />
2 Stopfen<br />
2 Stopfen<br />
l Scheidetrichter<br />
l Tropftrichter<br />
l Saugflasche oder Wittscher Topf<br />
l Büchner-Trichter<br />
l Hirsch-Trichter<br />
l Glastrichter<br />
l Glastrichter<br />
je 2 Bechergläser<br />
l Becherglas<br />
je 2 Erlenmeyer-Kolben<br />
l Erlenmeyer-Kolben<br />
2 x NS 14,5<br />
2 x NS 14,5<br />
2 x NS 29<br />
NS 29 und<br />
3 x NS 14,5<br />
NS 14,5<br />
2 x NS 14,5<br />
Kern NS 29,<br />
Hülse NS 14,5<br />
NS 14,5<br />
NS 14,5<br />
NS 29<br />
NS 29<br />
NS 29<br />
NS 14,5<br />
3 x NS 29<br />
2 x NS 29<br />
2 x NS 14,5<br />
NS 29<br />
NS 14,5<br />
NS 14,5 oder 29<br />
400mm<br />
400mm<br />
36O 0 C<br />
36O 0 C<br />
10ml<br />
25,50,100 ml<br />
100,250 ml<br />
500,1000 ml<br />
250ml<br />
1000ml<br />
20 cm (wirksame Länge)<br />
10 cm (wirksame Länge<br />
500ml<br />
50 oder 100 ml<br />
500ml<br />
8cm0<br />
10 mm Siebplatte<br />
etwa 8 cm 0<br />
etwa 4 cm 0<br />
10,25,50, 250,600 ml<br />
1000ml<br />
25,50,100, 300 ml<br />
500ml
124 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
20 Reagenzgläser 130 x 15 mm<br />
20 Reagenzgläser 70 x 15 mm<br />
20 Reagenzgläser 70 x 7 mm<br />
10 Glühröhrchen<br />
100 Schmelzpunktröhrchen<br />
3 Uhrgläser<br />
5 Objektträger, Deckgläschen<br />
l Calciumchloridrohr evtl. NS 29<br />
je l Meßzylinder 10,100 ml<br />
1 Luftbad (Glas) mit 16 cm 0<br />
2 Keramikabdeckscheiben<br />
Flaschen (enghalsig)<br />
Flaschen (weithalsig) 30,50,100, 250,500ml<br />
Glasrohr<br />
Glasstäbe<br />
Darüber hinaus werden benötigt:<br />
Reagenzglasgestell, Reagenzglashalter, Pinzette, Metallspatel, Gas-, Wasser- und Vakuumschläuche,<br />
Gummistopfen, Drahtnetze, Rund- und Faltenfilter, Korkringe, Klemmen, Muffen,<br />
Stative und Brenner.<br />
Wenn möglich, sollten auch folgende Geräte angeschafft werden:<br />
l Dreihalskolben NS 14,5; 29; 14,5 500 ml<br />
l Zweihalskolben NS 29; 14,5 100 ml<br />
l Übergangsstück Hülse NS 29,<br />
Kern NS 14,5<br />
1 KPG-Rührer NS 29<br />
mehrere verschiedene Magnetrührer (für Rund- und Flachkolben)<br />
2 Waschflaschen<br />
Alle übrigen Geräte, z. B. größere Kolben und Bechergläser, Exsikkatoren, wirksame<br />
Kolonnen, Kolonnenköpfe, Rührrnotoren, Heizgeräte mit Magnetrührern und Geräte für<br />
Mikropräparationen, sollten ausgeliehen werden.<br />
6. Literaturhinweise<br />
Ausführliche Darstellungen der in diesem Kapitel behandelten Methoden findet man in:<br />
HOUBEN-WEYL: Methoden der organischen Chemie. 4. Aufl. Bd. 3. Hrsg.: E. MÜLLER. - Georg Thieme Verlag,<br />
Stuttgart 1955.<br />
Technique of Organic Chemistry. Bd. 1-11. Hrsg.: A. WEISSBERGER. - Interscience Publishers, New York.<br />
ULLMANNS Encyklopädie der technischen Chemie. 3. Aufl. - Urban & Schwarzenberg, München/Berlin<br />
1961. Bd. 2/1: Anwendung physikalischer und physikalisch-chemischer Methoden im Laboratorium; 4.<br />
neubearb. u. erw. Aufl. - Verlag Chemie, Weinheim, Deerfield Beach/Florida, Basel 1980. Bd. 5: Analysen-<br />
und Meßverfahren. Hrsg.: H. KELKER.<br />
Analytikum. Methoden der analytischen Chemie und ihre theoretischen Grundlagen. - Deutscher Verlag<br />
für Grundstoffindustrie, Leipzig 1990.<br />
Darüber hinaus können zur Information über spezielle Gebiete dienen:<br />
Umgang mit Chemikalicn; Arbeitssicherheit<br />
BENDER, H. F.: Sicherer Umgang mit Gefahrstoffen. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1995.<br />
BERNABEI, D.: Sicherheit. Handbuch für das Labor. - GIT Verlag, Darmstadt 1991.
A. 4.2. Abfälle und ihre Entsorgung 125<br />
Einführung in die chemische Laboratoriumspraxis. Von E. FANGHÄNEL u. a. - Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie,<br />
Leipzig 1992.<br />
Gefährliche chemische Reaktionen, Hrsg.: L. ROTH, U. WELLER. - Ecomed Verlagsgesellschaft, Landsberg/<br />
Lech 1991.<br />
RINZE, R: Gefahrstoffe an Hochschulen, Hrsg.: Gesellschaft Deutscher Chemiker. - VCH Verlagsgesellschaft,<br />
Weinheim 1992.<br />
ROTH, L.; WELLER, U: Sicherheitsfibel Chemie. - Ecomed Verlagsgesellschaft, Landsberg/Lech 1991.<br />
SCHÄFER. H. K.: Sicherheit in der Chemie. - Carl Hanser Verlag, München, Wien 1981.<br />
Sicheres Arbeiten in chemischen Laboratorien. Von A. WEISS u.a. - Gesellschaft Deutscher Chemiker,<br />
Frankfurt am Main 1989. - (Schriftenreihe des BAGUV zur Theorie und Praxis der Unfallverhütung).<br />
Sicherheit in chemischen und verwandten Laboratorien. Hrsg.: F. HESKE. - Verlag Chemie, Weinheim 1983.<br />
PICOT, A.; GRENOUILETT, R: Safety in the Chemistry and Biochemistry Laboratory. - VCH, New York 1995.<br />
Wichtige, chemische Arbeiten betreffende Gesetze, Verordnungen und Vorschriften<br />
Gesetz zum Schutz vor gefährlichen Stoffen (Chemikaliengesetz - ChemG); BGBl 1994,1, S.1704.<br />
Verordnung zum Schutz vor gefährlichen Stoffen (Gefahrstoffverordnung - GefStoffV); BGBl 1993, I,<br />
S.1782; 1996, S. 818; 1996 S. 1498.<br />
Verordnung über brennbare Flüssigkeiten (VbF); BArBl 3/1980, S.106; 7-8/1982, S.55.<br />
Gesetz über explosionsgefährliche Stoffe (Sprengstoffgesetz - SprengG); BGBl 1986,1, S. 578.<br />
Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz (KrW/AbfG); BGBl 1986,1, S.!410,1501; 1990,1, S.205.<br />
Rechtsvorschriften für gefährliche Stoffe. Bd.1-2. - Kommission der EG. - Bundesanzeiger, Köln 1987.<br />
Technische Regeln Druckbehälter (TRB)<br />
TRB 700 Betrieb von Druckbehältern<br />
Technische Regeln Druckgase (TRG)<br />
TRG 280 Allgemeine Anforderungen an Druckgasbehälter. Betreiben von Druckgasbehältern<br />
Technische Regeln für brennbare Flüssigkeiten (TRbF)<br />
TRbF 003 Einstufung brennbarer Flüssigkeiten<br />
TRbF 100 Allgemeine Sicherheitsanforderungen<br />
TRbF 200 Allgemeine Sicherheitsanforderungen<br />
Technische Regeln für Gefahrstoffe (TRGS)<br />
TRGS 102 Technische Richtkonzentrationen (TRK) für gefährliche Stoffe<br />
TRGS 451 Umgang mit Gefahrstoffen im Hochschulbereich<br />
TRGS 500 Schutzmaßnahmen beim Umgang mit krebserzeugenden Gefahrstoffen<br />
TRGS 514 Lagern sehr giftiger und giftiger Stoffe in Verpackungen und ortsbeweglichen Behältern<br />
TRGS 515 Lagern brandfördemder Stoffe in Verpackungen und ortsbeweglichen Behältern<br />
TRGS 900 MAK-Werte<br />
TRGS 903 BAT-Werte<br />
TRGS 905 Verzeichnis krebserzeugender, erbgutverändernder oder fortpflanzungsgefährdender Stoffe<br />
Arbeiten mit kleinen Substanzmengen<br />
LIEB, H.; SCHÖNIGER. W.: Anleitung zur Darstellung organischer Präparate mit kleinen Substanzmengen. -<br />
Springer-Verlag, Wien 1961.<br />
MA, T S.; HORAK, V: Microscale Manipulation in Chemistry. - John Wiley & Sons, New York, Sidney,<br />
Toronto 1976.<br />
MAYO, D. W.; PIKE, R. M.; TRUMPER, P. K.: Microscale Organic Laboratory. - John Wiley & Sons, New York<br />
1994.<br />
HARWOOD, L. M.; MOODY, C. J.; PERCY, J. M.: Experimental Organic Chemistry, Standard and Microscale. -<br />
Blackwell Science, Oxford 1998.<br />
Destillation und Rektifikation<br />
KRELL, E.: Handbuch der Laboratoriumsdestillation. - Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin 1976.<br />
Einführung in die Trennverfahren. Von E. KRELL u. a. - Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig<br />
1975.<br />
STAGE. H., CZ-Chem.Techn. l (!972), 263-272.<br />
Chromatographie<br />
GRITTER, R. J.; BOBITT, J. M.; SCHWARTING, A. E.; Einführung in die Chromatographie. - Springer-Verlag,<br />
Berlin, Heidelberg !987.
126 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
HRAPIA, H.: Einführung in die Chromatographie. - Akademie-Verlag, Berlin 1977.<br />
KRAUSS, G.-J.; KRAUSS, G.: Experimente zur Chromatographie. - Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin<br />
1981.<br />
SCHWEDT, G.: Chromatographische Trennmethoden. - Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York 1994.<br />
Dünnschichtchromatographie<br />
FREY, H. R; ZIELOFF, K.: Qualitative und quantitative Dünnschichtchromatographie. - VCH-Verlagsgesellschaft,<br />
Weinheim 1992.<br />
Dünnschicht-Chromatographie. Von H. JORK u. a. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1989.<br />
KRAUS, L.; KOCH, A.; HOFFSTETTER-KUHN, S.: Dünnschichtchromatographie. - Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg<br />
1996.<br />
RANDERATH, K.: Dünnschicht-Chromatographie. - Verlag Chemie, Weinheim 1972.<br />
STAHL, E.: Thin-layer Chromatography. - Springer-Verlag, Berlin, Göttingen, Heidelberg 1988.<br />
Hochleistungs-Flüssigchromatographie<br />
ACED, G.; MÖCKEL, H. J.: Liquidchromatographie. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1991.<br />
ENGELHARDT, H.; Hochdruck-Flüssigkeits-Chromatographie. - Springer-Verlag, Berlin, New York, Heidelberg<br />
1977.<br />
EPPERT, G. J.; Flüssigchromatographie. HPLC - Theorie und Praxis. - Vieweg-Verlag, Wiesbaden 1997.<br />
GOTTWALD, W.: RP-HPLC für Anwender. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1993.<br />
Handbuch der HPLC. Hrsg.: K. K. UNGER. - GIT Verlag, Darmstadt 1995.<br />
MEYER, V R.: Fallstricke und Fehlerquellen der HPLC in Bildern. - Wiley-VCH, Weinheim 1999.<br />
MEYER, V. R.: Praxis der Hochleistungs-Flüssigchromatographie. - Verlag Moritz Diesterweg; Otto Salle<br />
Verlag; Verlag Sauerländer, Frankfurt/Main 1990.<br />
Gaschromatographie<br />
BEREZKIN, V. G.; ZEEUW, J. DE: Capillary Gas Adsorption Chromatography. - Hüthig Verlag, Heidelberg<br />
19%.<br />
ETTRE, L. S.; HINSHAW, J. V; ROHRSCHNEIDER, L.: Grundbegriffe und Gleichungen der Gaschromatographie.<br />
- Hüthig Verlag, Heidelberg 19%.<br />
GOTTWALD, W.: GC für Anwender. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1995.<br />
Handbuch der Gaschromatographie, Hrsg.: E. LEIBNITZ, H. G. STRUPPE. - Akademische Verlagsgesellschaft<br />
Geest & Portig, Leipzig 1984.<br />
JENTSCH, D; Gaschromatographie, - Franckh'sche Verlagshandlung, Stuttgart 1975.<br />
KOLB, B.: Gaschromatographie in Bildern. - Wiley-VCH, Weinheim 1999.<br />
RODEL, W.; WOLM, G.: Grundlagen der Gaschromatographie. - Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin<br />
1982.<br />
SCHOMBURG, G.: Gaschromatographie. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1986.<br />
WOLLRAB, A.: Gaschromatographie. - Verlag Moritz Diesterweg; Otto Salle Verlag, Frankfurt am Main;<br />
Verlag Sauerländer, Aarau 1982.<br />
Spektroskopie (UV-, IR-, NMR-, Massenspektroskopie)<br />
BORSDORF, R.; SCHOLZ, M.: Spektroskopische Methoden in der organischen Chemie. - Akademie-Verlag,<br />
Berlin 1982.<br />
COOPER, J.W.: Spectroscopic Techniques for Organic Chemists. - John Wiley & Sons, New York, Chichester,<br />
Brisbane, Toronto 1980.<br />
DERKOSCH, J.: Absorptionsspektralanalyse im ultravioletten, sichtbaren und infraroten Bereich. - Akademische<br />
Verlagsgesellschaft Geest & Portig, Leipzig 1967.<br />
FAHR, E.; MITSCHKE, M.: Spektren und Strukturen organischer Verbindungen. - Verlag Chemie, Weinheim<br />
1979.<br />
HESSE, M.; MEIER, H.; ZEEH, B.: Spektroskopische Methoden in der organischen Chemie. - Georg Thieme<br />
Verlag, Stuttgart 1991.<br />
PRETSCH, E.; CLERC, J. T: Spectra Interpretation of Organic Compounds. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim<br />
1997.<br />
SILVERSTEIN, R. M.; WEBSTER, F. X.: Spectrometric Identification of Organic Compounds. - John Wiley &<br />
Sons, New York 1997.<br />
SIMON, W.; CLERC, TH.: Strukturaufklärung organischer Verbindungen mit spektroskopischen Methoden. -<br />
Akademische Verlagsgesellschaft Geest & Portig, Leipzig 1967.
A. 4.2. Abfälle und ihre Entsorgung 127<br />
STERNHELL, S.; KALMAN, J. R.: Organic Structures from Spectra. - John Wiley & Sons, New York !992.<br />
Strukturanalytik. Von E. STEGER u. a. - Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie. Leipzig, Stuttgart 1992.<br />
WILLIAMS, D. H.; FLEMING, J.: Strukturaufklärung in der organischen Chemie. - Georg Thieme Verlag, Stuttgart,<br />
New York 1991.<br />
Spektroskopie im sichtbaren und UV-Bereich<br />
DMS-UV-Atlas. Bd.I-V Hrsg.: H.-H. PERKAMPUS; I. SANDEMANN; C. J. TIMMONS. - Butterworth, London;<br />
Verlag Chemie, Weinheim 1966-1971.<br />
GAUGLITZ, G.: Praxis der UV-VIS-Spektroskopie. - Attempto Verlag, Tübingen 1983.<br />
Organic Electronic Spectral Data. Bd. 1-21. - J. Wiley & Sons, New York 1960-1985.<br />
FABIAN, J.; HARTMANN, H.: Light Absorption of Organic Colorants Theoretical Treatment and Empirical<br />
Rules. - Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1980.<br />
LANG, L.: Absorptionsspektren im ultravioletten und im sichtbaren Bereich. Bd. 1-9. - Akademiai Kiadö,<br />
Budapest 1959-67.<br />
PERKAMPUS, H.-H.: UV-VIS-Spektroskopie und ihre Anwendungen. - Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg,<br />
New York, Tokyo 1986.<br />
PERKAMPUS, H.-H.: UV-VIS-Atlas of Organic Compounds. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1992<br />
PESTEMER, M.: Anleitung zum Messen von Absorptionsspektren im Ultraviolett und Sichtbaren. - Georg<br />
Thieme Verlag, Stuttgart 1964.<br />
Infrarotspektroskopie<br />
BELLAMY, L. J.: Ultrarotspektrum und chemische Konstitution. - Dr. Dietrich Steinkopff Verlag, Darmstadt<br />
1974.<br />
The IR-Spectra of Complex Molecules. - Chapman & Hall, London 1975.<br />
BRÜGEL, W.: Einführung in die Ultrarotspektroskopie. - Dr. Dietrich Steinkopff Verlag, Darmstadt 1969.<br />
FALDINI, A.; SCHNEPFEL, FM.: Schwingungsspektroskopie. - Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York<br />
1985.<br />
GOTTWALD, W.; WÄCHTER, G.: IR-Spektroskopie für Anwender. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim<br />
1997.<br />
GÜNZLER; H.; HEISE, H.M.: IR-Spektroskopie. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim !996.<br />
HOLLY, S.; SOHAR, R: Infrarotspektroskopie. Hrsg.: G. MALEWSKI. - Akademie-Verlag, Berlin 1974; Absorption<br />
Spectra in the Infrared Region. - Akademiai Kiadö, Budapest !975.<br />
PACHLER, K. G.; MATLOK, F.; GREMLICH, H.-U: Merck FT-IR Atals. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim<br />
1987.<br />
POUCHERT, C. J.: The Aldrich Library of FT-IR Spectra. Bd. 1-3. - Aldrich Chemical Company !985-1989.<br />
SCHRADER, B.: Raman/Infrared Atlas of Organic Compounds. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 199!.<br />
VOLKMANN, H.: Handbuch der Infrarot-Spektroskopie. - Verlag Chemie, Weinheim 1972.<br />
WEIDLEIN, J.; MÜLLER, U; DEHNICKE, K.: Schwingungsspektroskopie. - Georg Thieme Verlag, Stuttgart,<br />
New York 1988.<br />
NMR-Spektroskopie<br />
BREITMAIER, E.; VOELTER, W.: 13-C-NMR-Spektroskopie. - Verlag Chemie, Weinheim 1989.<br />
BREITMAIER, E.: Vom NMR-Spektrum zur Strukturformel organischer Verbindungen. - B. G. Teubner,<br />
Stuttgart !992.<br />
ERNST, L.: Kohlenstoff-13-NMR-Spektroskopie. - Dr. Dietrich Steinkopff Verlag, Darmstadt !97O.<br />
FRIEBOLIN, H.: Ein- und zweidimensionale NMR-Spektroskopie. - Wiley-VCH, Weinheim 1999.<br />
GÜNTHER, H.: NMR-Spektroskopie. - Georg Thieme Verlag, Stuttgart !992.<br />
HERZOG, W.-D; MESSERSCHMIDT, M.: NMR-Spektroskopie für Anwender. - VCH Verlagsgesellschaft,<br />
Weinheim !994.<br />
KALINOWSKI, H.-O.; BERGER, S.; BRAUN, S.: 13 C-NMR-Spektroskopie. - Georg Thieme Verlag, Stuttgart,<br />
New York !984.<br />
KLEINPETER, E.: NMR-Spektroskopie. Struktur, Dynamik und Chemie des Moleküls. - J. A. Barth, Leipzig,<br />
Berlin, Heidelberg 1992.<br />
KLEINPETER, E.; BORSDORF, R.: 13 C-NMR-Spektroskopie in der <strong>Organisch</strong>en Chemie. - Akademie-Verlag,<br />
Berlin 1981.<br />
SUHR, H.: Anwendung der kernmagnetischen Resonanz in der organischen Chemie. - Springer-Verlag, Berlin,<br />
Heidelberg, New York 1965.
128 A. Einführung in die Laboratoriumstechnik<br />
WEHRLI, F. W.; MARCHAND, A. R; WIRTGLIN, T: Interpretation of Carbon 13 C-NMR-Spectra. - John Wiley<br />
& Sons, New York 1988.<br />
ZSCHUNKE, A.: Kernmagnetische Resonanzspektroskopie in der organischen Chemie. - Akademie-Verlag,<br />
Berlin 1977.<br />
Massenspektroskopie<br />
BENZ, W.: Massenspektrometrie organischer Verbindungen. - Akademische Verlagsgesellschaft Geest &<br />
Portig, Leipzig 1969.<br />
BUDZIKIEWICZ, H.: Massenspektrometrie. - Wiley-VCH, Weinheim 1998.<br />
McLAFFERTY, F. M.: Interpretation of Mass Spectra. - W. A. Benjamin, New York 1973.<br />
REMANE, H.; HERZSCHUH, R.: Massenspektrometrie in der organischen Chemie. - Akademie-Verlag, Berlin<br />
1977.<br />
SPITELLER, G.: Massenspektroskopische Strukturanalyse organischer Verbindungen. - Akademische Verlagsgesellschaft<br />
Geest & Portig, Leipzig 1966.<br />
Optische Rotationsdispersion<br />
CRABB£, R: ORD und CD in Chemistry and Biochemistry. - Academic Press, New York, London 1972.<br />
DJERASSI, C.: Optical Rotatory Dispersion: Application to Organic Chemistry. - McGraw HiIl Book<br />
Comp., New York 1960.[Kaps]<br />
SNATZKE, G.: Optical Rotatory Dispersion and Circular Dichroism in Organic Chemistry. - Heyden & Son,<br />
London 1967.<br />
Röntgenstrukturanalyse<br />
BUERGER, M. J.: Kristallographie. - Walter de Gruyter, Berlin 1977.<br />
DUNITZ, J. D: X-Ray Analysis and Structure of Organic Compounds. - VHCA, Basel 1995.<br />
MASSA, W.: Kristallstrukturbestimmung. - B. G. Teubner, Stuttgart 19%.<br />
WÖLFEL, E. R.: Theorie und Praxis der Röntgenstrukturanalyse. - Vieweg, Braunschweig 1987.
B <strong>Organisch</strong>-chemische Literatur. Protokollführung<br />
Das vorliegende Praktikumsbuch ersetzt kein Lehrbuch. Die den Vorschriften vorangestellten<br />
erläuternden Passagen sollten deshalb grundsätzlich durch das Studium eines entsprechenden<br />
Lehrbuches vertieft werden. Darüber hinaus ist es unumgänglich, sich frühzeitig mit der chemischen<br />
Literatur vertraut zu machen. Diese besteht im wesentlichen aus<br />
- der Originalliteratur 1 ), in der Autoren Originalarbeiten über eigene Forschungsergebnisse<br />
in Fachzeitschriften oder in Patentschriften veröffentlichen.<br />
- Zusammenfassungen und Übersichten, meist auf der Grundlage einer kritisch ausgewerteten<br />
Originalliteratur über einen bestimmten Zeitraum zu einer speziellen Thematik.<br />
- der referierenden Literatur mit einer umfassenden Auswertung von Originalarbeiten und<br />
Informationen über Zusammenfassungen und Übersichten.<br />
- Tabellenbüchern u. ä.<br />
Diese Publikationen sind außer in gedruckter Form zunehmend auch online über das Internet verfügbar. 2 )<br />
Man mache es sich zum Grundsatz, die Literatur in jedem Falle so gründlich wie möglich durchzusehen,<br />
denn oft erspart eine Stunde Literaturarbeit viele Tage Arbeit im Laboratorium!<br />
1. Originalliteratur<br />
1.1. Fachzeitschriften<br />
Originalarbeiten zu einer bestimmten, meist eng begrenzten Thematik werden im allgemeinen in<br />
einer Fachzeitschrift veröffentlicht. Bei Arbeiten mit präparativem Inhalt sollte man nicht nur die<br />
im experimentellen Teil enthaltene Vorschrift, sondern auch die am Anfang des Artikels beschriebenen<br />
allgemeinen Gesichtspunkte studieren. Einige für den organischen Chemiker wichtige Zeitschriften<br />
und deren Abkürzungen nach Chemical Abstracts 3 ) werden nachstehend aufgeführt.<br />
Manche Publikationen verwenden andere Abkürzungen, z. B. BEILSTEIN (vgl. B.3.I.).<br />
Acta Chemica Scandinavica (Acta Chem. Scand.)<br />
Angewandte Chemie (Angew. Chem.)<br />
Australian Journal ofChemistry (Aust. J. Chem.)<br />
1 J Die Originalliteratur zählt man bibliothekarisch zur sog. Primärliteratur, während Monographien, Handbücher,<br />
Referateorgane usw. zur Sekundärliteratur gehören.<br />
2 ) VgI. Nachr. Chem. Tech. Lab. 46 (1998), 1188-1193.<br />
3 ) VgI. Chemical Abstracts Service Source Index (CASSI). Eine „List of Periodicals" findet man auch in<br />
C. A. 55 (1961) im Anschluß an das Autoren- bzw. Patentregister; Veränderungen und neuere Zeitschriftentitel<br />
werden in letzter Zeit am Ende des Referateteils eines Bandes angegeben.<br />
Die Kürzungen sollten auch in Protokollen, Diplomarbeiten und Dissertationen sowie in Publikationen<br />
usw. verwendet werden.
130 B. <strong>Organisch</strong>-chemische Literatur. Protokollführung<br />
Bulletin ofthe Chemical Society of Japan (Bull. Chem. Soc. Japan)<br />
Bulletin de Ia Societe Chimique de France (Bull. Soc. Chim. France)<br />
Canadian Journal ofChemistry (Can. J. Chem.)<br />
Chemische Berichte (Chem. Ber.) (bis 1997)<br />
Chemical Communications (Chem. Commun.)<br />
Chemistry A European Journal (Chem. Eur. J.)<br />
Chemistry Leiters (Chem. Lett.)<br />
Collection of Czechoslovak Chemical Communications (Collect. Czech. Chem. Commun.)<br />
European Jounal ofOrganic Chemistry (Eur. J. Org. Chem.)<br />
Helvetica Chimica Acta (HeIv. Chim. Acta)<br />
Heterocycles (Heterocycles)<br />
Izvestiya Akademii Nauk, Seriya Khimicheskaya (Izv. Akad. Nauk, Ser. Khim.)<br />
Journal ofthe American Chemical Society (J. Am. Chem. Soc.)<br />
Journal ofthe Chemical Society, Perkin Transactions l und 2 (J. Chem. Soc., Perkin Trans, l bzw. 2)<br />
Jounal of Heterocyclic Chemistry (J. Heterocycl. Chem.)<br />
Journal ofOrganic Chemistry (J. Org. Chem.)<br />
Journal of Organometallic Chemistry (J. Organomet. Chem.)<br />
Journal für praktische Chemie (J. Prakt. Chem.)<br />
Liebigs Annalen der Chemie (Liebigs Ann. Chem.) (bis 1997)<br />
Monatshefte für Chemie (Monatsh. Chem.)<br />
Organometallics (Organometallics)<br />
Organic Leuers ( Org. Leiters)<br />
Synlett (Synlett)<br />
Synthetic Communications (Synth. Commun.)<br />
Synthesis (Synthesis)<br />
Tetrahedron (Tetrahedron)<br />
Tetrahedron: Asymmetry<br />
Tetrahedron Leiters (Tetrahedron Lett.)<br />
Zhurnal Obshchei Khimii (Zh. Obshch. Khim.)<br />
Zhurnal Organicheskoi Khimii (Zh. Org. Khim.)<br />
1.2. Patentschriften<br />
Für den präparativ arbeitenden Chemiker sind häufig auch die in der Patentliteratur enthaltenen<br />
Vorschriften zur Darstellung chemischer Verbindungen von Bedeutung.<br />
In den meisten Ländern erfolgt heute die Einordnung der Patentschriften nach der Internationalen<br />
Patentklassifikation, die die nationalen Patentklassifikationen abgelöst hat. Um Verfahren zur Darstellung<br />
bestimmter Verbindungsklassen zu suchen, informiere man sich zunächst über deren exakte Einordnung in<br />
der neuesten Ausgabe der Internationalen Patentklassifikation. Verfahren zur Herstellung von 1,2,4-Thiadiazolen<br />
würde man beispielsweise unter Int. Cl. 3 C 07 D /285/08 finden, wobei bedeutet:<br />
Int.Cl. 3 Internationale Patentklassifikation, 3.Ausgabe<br />
C Sektion Chemie und Hüttenwesen<br />
07 Klasse <strong>Organisch</strong>e Chemie<br />
D Unterklasse Heterocyclische Verbindungen<br />
285 Gruppe Heterocyclische Verbindungen, die Ringe mit Stickstoff- und Schwefelatomen als einzige<br />
Ringglieder enthalten<br />
08 Untergruppe 1,2,4-Thiadiazole.<br />
Zur Recherche über 1,2,4-Thiadiazole muß man dann alle unter dieser Klassifikation eingeordneten<br />
Patentschriften einzeln durchsehen.<br />
In Deutschland ist die Internationale Patentklassifikation seit 1975 verbindlich. Zu der früher verwendeten<br />
Deutschen Patentklassifikation existiert eine Konkordanzliste.
B. 2. Zusammenfassungen und Übersichten 131<br />
In Deutschland wurden Erfindungsbeschreibungen zunächst in Offenlegungsschriften (OS) niedergelegt<br />
und nach entsprechenden Prüfungsverfahren diese dann als Auslege- (AS) und schließlich als Patentschriften<br />
(PS) herausgegeben. Ab 1981 fielen die Auslegeschriften weg.<br />
Die Deutschen Reichspatente (DRP) sind in FRIEDLÄNDER, Fortschritte der Teerfarbenproduktion, Springer-Verlag,<br />
Berlin, bis etwa 1940 enthalten.<br />
Die Chemical Abstracts und das Referaüvnyi Zhurnal (s. B.3.2.) referieren die Patentschriften<br />
chemischen Inhalts aller wichtigen Länder. Daneben gibt es Patentdatenbanken (DPCI,<br />
IFIPAT, INPADOC, JAPIO, PATDPA, WPINDEX/WPIDS/WPIX) die auf elektronischem<br />
Weg über CD-ROM oder auch online über eine Netzwerkverbindung zu einem Zentralcomputer<br />
vollständige Patentrecherchen erlauben (s. B.6.3.) 1 ).<br />
2. Zusammenfassungen und Übersichten<br />
Zusammenfassende Arbeiten und Übersichtsartikel ermöglichen einen schnellen Zugang zu<br />
der Originalliteratur, die ausgewertet und zitiert wird. Sie garantieren aber nicht die Vollständigkeit<br />
der angegebenen Literaturstellen zur behandelten Thematik.<br />
Zeitschriften, die z. T. neben Originalarbeiten Zusammenfassungen über größere Arbeitsgebiete<br />
veröffentlichen, sind:<br />
Accounts of Chemical Research (Acc. Chem. Res.)<br />
Angewandte Chemie (Angew. Chem.)<br />
Chemical Reviews (Chem. Rev.)<br />
Chemical Society Reviews (Chem. Soc. Rev.)<br />
Synthesis (Synthesis)<br />
Tetrahedron (Tetrahedron)<br />
Uspekhi Khimii (Usp. Khim.)<br />
Zusammenfassungen und Fortschrittsberichte erscheinen weiterhin in den folgenden Buchserien:<br />
Advances in Heterocyclic Chemistry. Hrsg.: A. R. KATRITZKY. - Academic Press, New York,<br />
London (Adv. Heterocycl. Chem.)<br />
Advances in Organic Chemistry. Hrsg.: R. A. RAPHAEL, E. C. TAYLOR, H. WYNBERG. - Interscience<br />
Publishers. New York, London (Adv. Org. Chem.)<br />
Advances in Physical Organic Chemistry. Hrsg.: D. BETHELL. - Academic Press, New York,<br />
London (Adv. Phys. Org. Chem.)<br />
Advances in Organometallic Chemistry. Hrsg.: F. G. A. STONE, R. WEST. - Academic Press, San<br />
Diego (Adv. Organomet. Chem.)<br />
Annual Reports in Organic Synthesis. Hrsg.: J. McMuRRAY, R. B. MILLER. - Academic Press,<br />
New York (Ann. Rep. Org. Synth.)<br />
Contemporary Organic Synthesis. Royal Society of Chemistry, London (Contemp. Org. Synth.)<br />
Neuere Methoden der organischen Chemie. Hrsg.: W. FOERST. -Verlag Chemie, Weinheim/<br />
Bergstraße (Neuere Methoden)<br />
Organic Reactions. - John Wiley & Sons, New York, London (Org. React.)<br />
Organic Synthesis Highlights. Hrsg.: J. MULZER, H. WALDMANN, u. a. Wiley-VCH, Weinheim<br />
Progress in Organic Chemistry. Hrsg.: J. COOK, W. CARRUTHERS. - Butterworth, London (Prog.<br />
Org. Chem.)<br />
Progress in Physical Organic Chemistry. Hrsg.: S. G. COHEN, A. STREITWIESER JR., R. W. TAFT. -<br />
Interscience Publishers, New York, London (Prog. Phys. Org. Chem.)<br />
l Zu kostenlosen Patentinformationen im Internet s. Nachr. Chem. Tech. Lab. 47 (1999), 567-569
132 B. <strong>Organisch</strong>-chemische Literatur. Protokollführung<br />
Reakcii i Methody Issledovaniya organicheskikh Soedinenii. - Chimiya, Moskva (Reaktsii i<br />
Metody Issled. Org. Soedin.)<br />
Synthetic Reagents. Hrsg.: J. S. PIZEY. - Ellis Horwood Ltd., Chichester<br />
Topics in Current Chemistry - Fortschritte der chemischen Forschung. - Springer-Verlag, Berlin,<br />
Göttingen, Heidelberg (Top. Gurr. Chem. - Fortschr. Chem. Forsch.)<br />
Zusammenfassungen und Fortschrittsberichte erscheinen auch als Handbücher, Methodenund<br />
Vorschriftensammlungen. Die umfangreichste, vielbändige Sammlung von Methoden zur<br />
Darstellung von Substanzklassen ist: HOUBEN-WEYL, Methoden der organischen Chemie, Hrsg.:<br />
E. MÜLLER, 4.Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart (HOUBEN-WEYL); sie enthält neben den<br />
allgemeinen chemischen Methoden auch umfangreiche Teile über Analyse, Laboratoriumstechnik<br />
und physikalische Methoden.<br />
Eine Auswahl wichtiger Methoden der präparativen organischen Chemie findet man in:<br />
WEYGAND-HILGETAG, <strong>Organisch</strong>-chemische Experimentierkunst, 4.Auflage, Johann Ambrosius<br />
Barth, Leipzig 1970. Ein Vorteil ist, daß man das Register sowohl nach Substanzklassen als<br />
auch nach Methoden (Bindungsknüpfung, -Spaltung, -Umgruppierungen usw.) befragen kann.<br />
Das genannte Registrierprinzip wurde übernommen und ausgebaut von W. THEILHEIMER,<br />
Synthetische Methoden der organischen Chemie (Synthetic Methods ofOrganic Chemistry), Verlag<br />
S. Karger, Basel, New York; Band l bis 4 in deutscher, ab Band 5 in englischer Sprache.<br />
Die jährlich herauskommenden Ergänzungen referieren eine aus organisch-präparativer Sicht<br />
repräsentative Auswahl von Originalarbeiten. Das Auffinden einer bestimmten Reaktion wird<br />
erleichtert durch eine eigene Symbolik.<br />
Zahlreiche Literaturhinweise auf Methoden der organ. Chemie enthalten die Lehrbücher:<br />
J. MARCH, Advanced Organic Chemistry. - John Wiley & Sons, New York 1992<br />
F. A. CAREY, R. J. SUNDBERG, <strong>Organisch</strong>e Chemie. - VCH, Weinheim 1995<br />
J. FUHRHOP, G. PENZLIN, Organic Synthesis. - Concepts, Methods, Starting Materials, VCH Weinheim<br />
1994<br />
R. O. C. NORMAN, J. M. COXON, Principles ofOrganic Synthesis. - Blackie, London 1993<br />
K. C. NICOLAOU, E. J. SORENSEN, Classics in Total Synthesis. - VCH, Weinheim 1996.<br />
Neuere Entwicklungen der organischen Chemie sind zusammengefaßt in:<br />
Methodicum Chemicum. Hrsg.: F. KÖRTE. - Georg Thieme Verlag, Stuttgart; Academic Press,<br />
New York, San Francisco, London<br />
Comprehensive Organic Synthesis. Hrsg.: B. M. TROST, I. FLEMMING. - Pergamon Press, Oxford 1991<br />
The Chemistry of Functional Groups. Hrsg.: S. PATAI. - Interscience Publishers, John Wiley &<br />
Sons, London, New York, Sydney<br />
Comprehensive Organic Functional Group Transformations. Hrsg.: A. R. KATRITZKY, O. METH-<br />
COHN, C. W. REES. - Pergamon, Eise vier Science, Oxford 1995<br />
The Chemistry of Heterocyclic Compounds. Hrsg.: A. WEISSBERGER. - Interscienc Publishers,<br />
New York, London<br />
Heterocyclic Compounds. Hrsg.: R. C. ELDERFIELD. - John Wiley & Sons, New York; Chapman<br />
& Hall, London.<br />
Sehr nützlich sind die umfassenden Zusammenstellungen von Reagenzien für die organische<br />
Synthese:<br />
Reagents for Organic Synthesis. Von M. FIESER, L. F. FIESER. - Wiley-Interscience, New York<br />
Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. Hrsg.: L. A. PAQUETTE. - John Wiley & Sons,<br />
Chichester 1995.<br />
Eine Sammlung gut ausgearbeiteter Arbeitsvorschriften enthalten: Organic Syntheses. - John<br />
Wiley & Sons, New York (Org. Synth.).
3. Referierende Literatur<br />
B. 3.1. Beilsteins Handbuch der <strong>Organisch</strong>en Chemie 133<br />
3.1. Beilsteins Handbuch der <strong>Organisch</strong>en Chemie<br />
Die wichtigste Informationsquelle für den organischen Chemiker ist Beilsteins Handbuch der<br />
<strong>Organisch</strong>en Chemie (BEILSTEIN), das seit 1918 in der 4.Auflage herausgegeben wird. Nach<br />
einem bestimmten Systemi) geordnet, findet man die in der wissenschaftlichen Literatur publizierten<br />
Angaben über Herstellung und Eigenschaften aller Kohlenstoffverbindungen; die aufgenommenen<br />
Fakten sind kritisch überprüft. Es werden erfaßt: Konstitution und Konfiguration;<br />
natürliches Vorkommen und Gewinnung aus Naturprodukten; Herstellung, Bildung, Reinigung;<br />
Struktur- und Energiegrößen des Moleküls; physikalische Eigenschaften; <strong>chemisches</strong><br />
Verhalten; Charakterisierung und Analyse; Salze und Additionsverbindungen.<br />
Achtung: Die im BEILSTEIN zitierte Originalliteratur wird nicht in der in B. 1.1. beschriebenen<br />
üblichen Weise abgekürzt. Man informiere sich in den Zeitschriftenzusammenstellungen am<br />
Anfang des jeweiligen BEILSTEIN-Bandes.<br />
Das Gesamtwerk des Beilstein gliedert sich z. Z. in sechs Serien (Hauptwerk und fünf<br />
Ergänzungswerke) mit folgenden Literaturerfassungszeiträumen:<br />
Serie Abkürzungen Literatur vollständig<br />
erfaßt<br />
Hauptwerk<br />
I. Ergänzungswerk<br />
II. Ergänzungswerk<br />
III. Ergänzungswerk<br />
III. /I V. Ergänzungswerk<br />
IV. Ergänzungswerk<br />
V. Ergänzungswerk<br />
H<br />
EI<br />
EII<br />
EIII<br />
E III/IV (Bd.17-27)<br />
EIV<br />
EV<br />
bis 1909<br />
1910-1919<br />
1920-1929<br />
1930-1949<br />
1930-1959<br />
1950-1959<br />
1960-1979<br />
Normalerweise geht die Aktualität der einzelnen Serien über das angegebene Jahr der vollständigen<br />
Literaturerfassung hinaus.<br />
Der BEILSTEIN umfaßt 27 Textbände, von denen bei den neueren Ergänzungswerken die<br />
meisten mehrfach unterteilt sind, sowie ein General-Sach- und ein General-Formelregister<br />
(nur H bis E II umfassend!). Zusätzlich befindet sich am Ende eines jeden Beilstein-Bandes<br />
ein Sachregister und seit Beginn des E III auch noch ein Formelregister. Sammelregister existieren<br />
für jeweils einen oder mehrere Bände des Hauptwerks einschließlich der Ergänzungswerke<br />
I bis IV. E III und E IV sind für die Bände 17 bis 27 (heterocyclische Verbindungen) zu<br />
einer gemeinsamen Ausgabe zusammengefaßt.<br />
Man beachte, daß mit E III/IV bzw. E IV eine Nomenklaturänderung der registrierten Verbindungen<br />
erfolgte. Während früher die Präfixe nach „zunehmender Komplexität" (s. E III,<br />
Bd. 5, 1. Teilband, „blaue Seiten") geordnet wurden, werden sie nunmehr in alphabetischer<br />
Reihenfolge geschrieben (s. IV. Ergänzungswerk, Gesamtregister für Bd. 17/18 „gelbe Seiten").<br />
Weitere Nomenklaturänderungen sind auf die Einhaltung der IUPAC-Regeln zurückzuführen.<br />
1 J VgI. hierzu Hauptwerk, Band l, S. XIX-XXIX, XXX-XXXV und 1-46.<br />
O. WEISSBACH: Beilstein-Leitfaden. - Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1975.<br />
E. HOFFMANN, J. SUNKEL, R. LUCKENBACH: Beilsteins Handbuch der organischen Chemie - Aufbau,<br />
Inhalt, Benutzungshinweise und Bedeutung. - Chem. Labor Betrieb 33 (1982), 205-214; 403; 451.<br />
Kennen Sie Beilstein? Erläuterungen zu Beilsteins Handbuch der <strong>Organisch</strong>en Chemie. - Beilstein-Institut,<br />
Frankfurt am Main.
134 B. <strong>Organisch</strong>-chemische Literatur. Protokollführung<br />
Käufliche Computerprogramme (Beilstein Key, Sandra) ermöglichen es - ohne Kenntnisse<br />
über das Registriersystem - den Beilstein-Band festzustellen, in den eine gesuchte Verbindung<br />
einzuordnen ist, auch wenn sie noch nicht synthetisiert wurde.<br />
Die im Beilstein-Handbuch enthaltenen Informationen sind auch auf elektronischem Weg<br />
über die Inhouse-Version Beilstein CrossFire (Beilstein Informationssysteme, Frankfurt am<br />
Main) verfügbar.<br />
3.2. Referateorgane<br />
Auch der versierte Chemiker kann nur relativ wenige Fachzeitschriften regelmäßig durchsehen,<br />
zumal deren Umfang und Zahl ständig wachsen. Zur umfassenden Information und für<br />
Recherchen nutzt man deshalb Referateorgane, von denen die gesamte chemische Literatur<br />
erfaßt wird. Die einzelnen Originalarbeiten werden dort nach fachlichen Gesichtspunkten<br />
geordnet und ohne Wertung kurz besprochen. Ein Referat enthält u. a. folgende Angaben:<br />
Autor(en), Originalliteraturstelle, Titel der Arbeit, Inhaltsangabe.<br />
Die American Chemical Society gibt seit 1907 die Chemical Abstracts (C. A.) in gedruckter<br />
Form heraus. Sie referieren die chemische Literatur vollständig. In neuerer Zeit hat der C. A.-<br />
Service (CAS) unter Einbeziehung des früheren gedruckten Referatedienstes Datenbanken<br />
für Online-Recherchen nach Sachverhalten, Verbindungen, Substrukturen und anderen Fragestellungen<br />
aufgebaut, die über STN International (s. B.6.3.) angeboten werden. Die Benutzung<br />
dieser Dateien setzt den Anschluß an einen entsprechenden Host (Datenbankanbieter), die<br />
Ausrüstung mit einem geeigneten Terminal und die Beherrschung der Kommandosprache voraus.<br />
Zuverlässigkeit, Kosten- und Zeitrentabilität sind sowohl bei manuellen als auch Online-<br />
Recherchen nur zu erreichen, wenn die Suchprofile für Verbindungen und Sachverhalte im<br />
genormten Vokabular der C. A. zutreffend formuliert werden. Dafür ist die genaue Kenntnis<br />
des Aufbaus und der Registriergeflogenheiten der C. A. erforderlich.<br />
An Registern können für jeden Band der C. A. genutzt werden:<br />
Subject Index; seit 1972 geteilt in<br />
General Subject Index<br />
Chemical Substance Index (zu Aufbau und Gebrauch s. auch B.6.1.1.; B.6.2.)<br />
Formula Index (geordnet nach dem Hill-System)<br />
Author Index<br />
Numerical Patent Index und Patent Concordance; seit 1981 zu einem Register zusammengefaßt<br />
Ring Index<br />
Index Guide<br />
Der seit 1968 erscheinende Index Guide gibt im alphabetischen Teil Querverweise für Verbindungsnamen,<br />
wie sie in der Literatur gebräuchlich sind, auf die systematischen C. A.-Registriernamen<br />
bzw. von allgemeinen Sachverhalten auf das genormte Vokubalar der C. A. Für<br />
die 5jährigen Registrierperioden liegt seit 1967 jeweils ein Cumulative Index Guide vor.<br />
Sowohl im General Subject Index als auch im Chemical Substance Index findet man Hinweise<br />
auf den jeweils gültigen Index Guide.<br />
Wichtigen Aufschluß über Aufbau und Benutzung der C. A. geben die vier Anhänge des<br />
Index Guide.<br />
Anhang I enthält die Hierarchie des genormten Vokabulars der Suchbegriffe von Sachverhalten für den<br />
General Subject Index, dazu ein alphabetisches Register, an dem man u. a. einen gewählten Suchbegriff<br />
überprüfen kann.<br />
Anhang II informiert über Aufbau und Benutzung der o. g. Bandregister.<br />
Anhang III erläutert die Wahl der Suchbegriffe im General Subject Index.
B. 4. Tabellenbücher 135<br />
Anhang IV enthält die Nomenklaturregeln für die Bildung der systematischen Registriernamen von chemischen<br />
Verbindungen. Sie basieren im wesentlichen auf den lUPAC-Regeln (s. B.5.).<br />
Seit 1969 erhalten alle in C. A. erfaßten chemischen Individuen eine Registriernummer, die<br />
auch in den Referaten und Registern angegeben ist. Sie wird für Online-Recherchen von chemischen<br />
Verbindungen verwendet. Die Aufbereitung von Informationen wird ständig weiterentwickelt.<br />
Deshalb ist es unerläßlich, daß man sich laufend selbständig über Änderungen bzw.<br />
Neuerungen informiert.<br />
Seit 1953 erscheint das Referativnyj Zhurnal, Seriya Chimiya (Ref. Zh.) in russischer Sprache,<br />
herausgegeben vom Institut für wissenschaftliche und technische Information Moskau. Es<br />
referiert die gesamte chemische Literatur und enthält außer den Referaten der periodisch<br />
erscheinenden Zeitschriften kurze Zusammenfassungen über neue Bücher, Monographien,<br />
Broschüren und andere nicht ständig erscheinende Publikationen sowie über Rezensionen,<br />
Dissertationen und Patente. Autoren-, Formel- und Sachregister sind vollständig vorhanden.<br />
Das älteste chemische Referateorgan, das deutschsprachige Chemische Zentralblatt (C.), hat<br />
1969 sein Erscheinen eingestellt. Über Aufbau und Inhalt des Zentralblatts s. z. B. die 15. Auflage<br />
des <strong>Organikum</strong>s.<br />
3.3. Schnellreferatedienste<br />
Zur laufenden Information über bestimmte Arbeitsgebiete sollen Schnellreferate und die meist<br />
weniger nützlichen Zusammenstellungen der Titel von Originalarbeiten dienen. Im allgemeinen<br />
wird nur eine begrenzte Auswahl von Zeitschriften berücksichtigt, eine vollständige<br />
Recherche ist nach diesen Informationsquellen nicht möglich.<br />
Ein Referatedienst dieser Art ist der seit 1970 vom Verlag Chemie, Weinheim/Bergstraße,<br />
herausgegebene Chemische Informationsdienst (Chemlnform). Die wesentlichsten Fachzeitschriften<br />
werden ausgewertet, die Referate enthalten übersichtliche Formelschemata; Patentreferate<br />
fehlen jedoch.<br />
Die Current Contents herausgegeben vom Institute for Scientific Information, Philadelphia, enthalten<br />
die Inhaltsverzeichnisse von über 5000 Zeitschriften. Eine Suche nach Autoren mit bibliographischen<br />
Angaben und nach Schlüsselworten aus den einzelnen Aufsatztiteln ist möglich.<br />
4. Tabellenbücher<br />
Das umfangreichste Tabellenbuch, das in einer größeren Zahl von Einzelbänden erscheint, ist:<br />
LANDOLT-BÖRNSTEIN, Zahlenwerte und Funktionen aus Physik, Chemie, Astronomie, Geophysik<br />
und Technik, 6.Aufl., sowie LANDOLT-BÖRNSTEIN, Neue Serie, Hrsg.: K.-H. HELLWEGE, Springer-<br />
Verlag, Berlin, Göttingen, Heidelberg 1961ff.<br />
Ein einbändiges Tabellenbuch, das physikalische Konstanten der wichtigsten anorganischen<br />
und organischen Verbindungen sowie Zahlenwerte und Funktionen in umfassender Form enthält,<br />
ist das Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, Cleveland, Ohio. Da es jährlich<br />
überarbeitet wird, sind die enthaltenen Daten sehr aktuell.<br />
Deutschsprachige Tabellenwerke ähnlichen Inhalts sind: D'ANS-LAx: Taschenbuch für Chemiker<br />
und Physiker, Bd. 1/1991, Bd. 2/1983, Bd. 3/1970, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg,<br />
New York; Chemikerkalender, Hrsg.: C. SYNOWITZ, K. SCHÄFER, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg,<br />
New York 1984; Tabellenbuch Chemie, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie,<br />
Leipzig 1990.
136 B. <strong>Organisch</strong>-chemische Literatur. Protokollführung<br />
5. Nomenklaturrichtlinien<br />
Die chemische Nomenklatur hat sich im Laufe der Zeit stark verändert. Zunächst herrschten<br />
Trivialnamen vor, die auch heute in vielen Fällen noch verwendet werden können. Der erste<br />
Versuch einer systematischen Namensgebung war die Genfer Nomenklatur, die heutigen<br />
Anforderungen aber nicht mehr genügt.<br />
Die z. Z. gültigen Regeln wurden von der IUPAC (International Union of Pure and Applied<br />
Chemistry) in englischer Sprache ausgearbeitet und für das <strong>Organikum</strong> mit einem Minimum<br />
an orthographischen Veränderungen, die bei der Übertragung ins Deutsche notwendig sind,<br />
übernommen.<br />
Traditionell sind im deutschsprachigen Raum auch abweichende Bezeichnungen (z. B. Benzol, Toluol,<br />
Naphthalin, Glycerin statt Benzen, Toluen, Naphthalen, Glycerol) gebräuchlich; diese Namen werden auch<br />
in der chemischen Literatur weiter verwendet bzw. können nebeneinander benutzt werden.<br />
Nach den lUPAC-Regeln setzt sich der Name einer organisch-chemischen Verbindung aus dem<br />
Namen des Verbindungsstamms, der im allgemeinen das Kohlenstoffgerüst widerspiegelt, und den<br />
Namen der Substituenten sowie deren Anzahl und Verknüpfungsstellen zusammen. Bei Substituenten<br />
unterscheidet man Reste (über ein C-Atom gebundene Alkyl- oder Arylgruppen bzw.<br />
Heterocyclen), die als Präfixe in alphabetischer Reihenfolge in den Verbindungsnamen eingehen,<br />
und charakteristische Gruppen (z. B. -OH, -NH2, -Cl, >C=O, -COOH und deren Derivate), für<br />
die es eine Prioritätsskala gibt. Der in einer Verbindung enthaltene jeweils ranghöchste Substituent<br />
dieser Skala (s. Tab. B.l) wird als Hauptgruppe bezeichnet (substitutive Nomenklatur) bzw. bildet<br />
den funktionellen Klassennamen (radikofunktionelle Nomenklatur) und geht als Suffix in den<br />
Namen ein. Er erhält in der Numerierung des Grundgerüsts stets die niedrigste mögliche Ziffer.<br />
Alle weiteren charakteristischen Gruppen werden dem Stammnamen gemeinsam mit den Resten<br />
als Präfixe in alphabetischer Reihenfolge vorangestellt.<br />
Substitutive und radiofunktionelle Nomenklatur sind Möglichkeiten der Namensgebung<br />
innerhalb der lUPAC-Regeln. Bei der erstgenannten wird der Ersatz eines H-Atoms im Verbindungsstamm<br />
durch einen Substituenten, der als Präfix oder Suffix bezeichnet werden kann,<br />
ausgedrückt, z. B.:<br />
2 1<br />
CI-CH2-CH2-OH Verbindungsstamm: Ethan<br />
Charakteristische Gruppen: Cl, OH<br />
Hauptgruppe: OH; -öl<br />
Name: 2-Chlor-ethanol<br />
4 3 2 1<br />
HO-CH2-CH2-C-CH3<br />
Verbindungsstamm: Butan<br />
O Charakteristische Gruppen: OH, =O<br />
Hauptgruppe: =O; -on<br />
Name: 4-Hydroxy-butan-2-on<br />
Für die radiofunktionelle Namensgebung prüft man anhand der charakteristischen Gruppen,<br />
ob die Verbindung einen Klassennamen besitzt (s.Tab.B.l). Diesem (bei mehreren Möglichkeiten<br />
dem ranghöchsten) setzt man den oder die Reste alphabetisch geordnet als Präfixe<br />
voran. Weitere charakteristische Gruppen werden ebenfalls als Präfixe den sie tragenden<br />
Resten beigefügt.:<br />
CI-CH2-CH2-OH Charakteristische Gruppen: Cl, OH<br />
Klassename: Alkohol<br />
Restname: Ethyl<br />
Name: 2-Chlor-ethylalkohol
Tabelle B. 1<br />
Charakteristische Gruppen in der lUPAC-Nomenklatur nach abnehmender Priorität<br />
Charakteristische Gruppe<br />
Anionen, z.B. -O 0<br />
Kationen, z.B. -NR4 0<br />
-COOH<br />
-(C)OOH 1 )<br />
S<br />
— C \<br />
OH<br />
-SO3H<br />
— COOAlkyl<br />
-SO3AIKyI<br />
-COHaI<br />
-(C)OHaI 1 )<br />
-SO2HaI<br />
-CONH2<br />
-SO2NH2<br />
-C=N<br />
-(C)=N 1 )<br />
\<br />
C=O<br />
H<br />
\<br />
7(C)=0 1 )<br />
H<br />
C=O<br />
X(C)=0 1 )<br />
C=S<br />
\.<br />
/ (C)=S1 )<br />
-OH<br />
-SH<br />
—0OH<br />
-NH2<br />
=NH<br />
-PH2<br />
—OAlkyl<br />
—SAlkyl<br />
—Halogen<br />
—NO<br />
-NO2<br />
Bezeichnung als Präfix<br />
-ato-<br />
-onia-<br />
Carboxy-<br />
Thiocarboxy-<br />
sulfo-<br />
Alkoxycarbonyl-<br />
Alkoxysulfonyl-<br />
Halogenformyl-<br />
Halogensulfonyl-<br />
Carbamoylsulfamoyl-<br />
Cyan-<br />
Formyl-<br />
Oxo-<br />
Oxo-<br />
B. 5. Nomenklaturrichtlinien 137<br />
Bezeichnung als Suffix<br />
substitutiv<br />
-(on)ium<br />
-carbonsäure<br />
-säure<br />
thioncarbonsäure<br />
-sulfonsäure<br />
carbonsäurealkylester<br />
-sulfonsäurealkylester<br />
-carbonsäurehalogenid<br />
-säurehalogenid<br />
-oylhalogenid<br />
-sulfo(nsäure)halogenid<br />
-carbonsäureamid<br />
-sulfon(säure)amid<br />
-carbonitril<br />
-nitril<br />
-carbaldehyd<br />
-al<br />
thioxo- -thion<br />
Hydroxy- -öl<br />
Sulfanyl-, Mercapto- -thiol<br />
Hydroperoxy-<br />
Amino- -amin<br />
Imino- -imin<br />
Phosphino<br />
Alk(yl)oxy-<br />
Alkylsulfanyl-, Alkylthio-<br />
Halogen-<br />
Nitroso-<br />
Nitro-<br />
Radikofunktionell<br />
-cyanid<br />
-keton<br />
-thioketon<br />
-alkohol<br />
-hydroperoxid<br />
amin<br />
-phosphin<br />
-alkylether<br />
-alkylsulfid<br />
-halogenid<br />
] ) Das in Klammern stehende C-Atom wird durch Präfix bzw. Suffix nicht mit ausgedrückt, z. B.<br />
CH3CH2COOH: Propansäure (Propionsäure) oder Ethancarbonsäure.
138 B. <strong>Organisch</strong>-chemische Literatur. Protokollführung<br />
HO-CH2-CH2-C-CH3 Charakteristische Gruppen: OH, C=O<br />
O Klassenname: Keton<br />
Restnamen: Ethyl, Methyl<br />
Name: (2-Hydroxy-ethyl)methylketon<br />
Neben diesen beiden Nomenklaturvarianten, die im <strong>Organikum</strong> nach pragmatischen<br />
Gesichtspunkten angewandt werden, gibt es für spezifische Verbindungsklassen (z. B. Heterocyclen,<br />
bestimmte Naturstoffe usw.) noch weitere Nomenklatursysteme bzw. spezielle Regeln.<br />
Zur Ergänzung sei auf die Literaturhinweise am Ende des Kapitels verwiesen.<br />
Mit den Computerprogrammen ACD/Name (Advanced Chemistry Development) und<br />
AUTONOM (Beilstein) lassen sich sehr schnell die exakten lUPAC-Namen einer Verbindung<br />
aus der chemischen Strukturformel generieren. 1 )<br />
6. Durchführung einer Recherche<br />
Art und Umfang der Literaturdurchsicht hängen wesentlich von der Aufgabenstellung ab. Wir<br />
beschränken uns auf einige häufig vorkommende Fälle.<br />
6.1. Recherche über eine definierte chemische Verbindung<br />
6.1.1. Vollständige Literaturrecherche<br />
Man beginnt mit der Ableitung der Summenformel aus der bekannten Struktur und (oder) mit<br />
der Benennung nach den Nomenklaturprinzipien des BEILSTEIN (E III, Bd. 5, blaue Seiten; E<br />
IV, Gesamtregister zu Bd. 17/18, gelbe Seiten). Durch Nachschlagen im General-Formel- bzw.<br />
General-Sachregister des BEILSTEIN ermittelt man, ob die Verbindung bis 1929 beschrieben<br />
wurde. Ist dies der Fall, so sucht man zusätzlich in E III bzw. E IV unter der gleichen Systemnummer.<br />
Sie ist in der Kopfzeile angegeben. Dort findet man auf den ungeradzahligen Textseiten<br />
der Ergänzungswerke auch einen Konkordanzverweis. Er gibt an, auf welcher Seite des<br />
Hauptwerkes die gleiche Verbindung besprochen wird bzw. hätte eingeordnet werden müssen,<br />
wenn sie vor 1909 bekannt gewesen wäre. Auf Seiten verschiedener Ergänzungswerke gleicher<br />
Bandzahl, die im Konkordanzverweis übereinstimmen, werden demnach Verbindungen mit<br />
gleicher oder eng verwandter Konstitution besprochen. Sind in den Ergänzungswerken sehr<br />
viele Seiten mit dem gleichen Konkordanzverweis durchzusehen, so nutzt man besser das Formel-<br />
bzw. Sachregister des jeweiligen Bandes.<br />
Ist die zu suchende Verbindung in den Generalregistern nicht aufgeführt (kein Hinweis bis<br />
1929), so muß man mit Hilfe des Beilstein-Systems in E III, E III/IV und E IV recherchieren.<br />
Man informiere sich z. B. im Hauptwerk, Band l, im System über den für die Einordnung der<br />
gesuchten Verbindung in Frage kommenden Band. Es ist vorteilhaft, in den für diesen Band<br />
zuständigen Gesamtformel- bzw. -Sachregistern, die das Hauptwerk und die Ergänzungswerke<br />
I bis IV umfassen, zu suchen oder die Rechercheprogramme (vgl. B.3.1.) zu benutzen.<br />
Die sorgfältige Durchsicht des gedruckten BEILSTEIN ist von relativ geringer Mühe und liefert<br />
die gesamte Literatur zur fraglichen Verbindung bis 1949 bzw. 1959. Für den Zeitraum danach<br />
schließt sich die Recherche in den C. A. an: Man beginnt grundsätzlich mit dem neusten Formula<br />
1 J ACD/Name: Advanced Chemistry Development Inc., Toronto; WWW: http://www.acdlabs.com.<br />
AUTONOM: Beilstein Informationssysteme, Frankfurt a. M.; WWW: http.//www.beüstein.com
B. 6. Durchführung einer Recherche 139<br />
Index bzw. Chemical Substance Index. Um den Registernamen der gewünschten Substanz zu finden,<br />
ist es ab Vol. 69 (1968) notwendig, zunächst im Index Guide nachzuschlagen. Da in den einzelnen<br />
Registrierperioden Nomenklaturänderungen vorgenommen wurden, müssen alle im 5-Jahres-<br />
Abstand erscheinenden Cumulative Index Guides durchgesehen werden. Man informiere sich<br />
über die Aufgaben des Index Guide in den Ausgaben von 1991 (Vol. 75) und insbesondere von<br />
1977. Hat man den Registriernamen gefunden, so wird jeder einzelne Chemical Substance Index<br />
(bzw. Subject Index) bzw. das entsprechende Sammelregister durchgesehen. Man findet eine Referatenummer<br />
bzw. bis Vol. 65 (1966) die Seitenzahl des Textteiles; aus dem zugehörigen Kurzreferat<br />
ist die Originalliteraturstelle zu entnehmen. Falls aus dem Referat nicht eindeutig hervorgeht, ob<br />
die Arbeit für das in Frage stehende Problem Bedeutung besitzt, ist grundsätzlich der Artikel im<br />
Original einzusehen. Da alle in der Originalarbeit vorkommenden Verbindungen zwar registriert,<br />
aber nicht unbedingt im Referat aufgenommen werden, wundere man sich nicht, wenn die<br />
gesuchte Verbindung im Referat nicht erscheint.<br />
Bei der Durchsicht der C. A. geht man bis zu dem Jahrgang zurück, der dem Ende der vollständigen<br />
Literaturerfassung des BEILSLTEIN entspricht.<br />
6.1.2. Suche nach einer günstigen Darstellungsmöglichkeit<br />
Wird für eine definierte organische Verbindung eine günstige Darstellungsmöglichkeit gesucht,<br />
die nicht im ORGANIKUM enthalten ist, so schlage man zunächst in L. und M. FIESER, Reagents<br />
for Organic Syntheses, nach. Fehlt auch hier eine Information, so ist der entsprechende<br />
Band des HOUBEN-WEYL zu Rate zu ziehen. Weitere Informationsquellen sind die unter B.2.<br />
genannten Vorschriftensammlungen und wiederum BEILSTEIN und C. A. (s. a. B.6.3.I.). Es ist zu<br />
empfehlen, die neuesten Register der C. A., wie schon in B.6.1.1. besprochen, einzusehen und<br />
jede zugängliche Literaturstelle im Original zu prüfen, auch wenn nur Reaktionen der fraglichen<br />
Verbindung beschrieben sind. Häufig findet man nämlich in den Literaturzitaten auch das<br />
gesuchte günstige Darstellungsverfahren, das sich auf diese Weise sehr leicht ermitteln läßt.<br />
6.2. Recherche über Verbindungsklassen<br />
Will man eine in der Literatur noch nicht beschriebene Verbindung synthetisieren, so informiere<br />
man sich am besten zunächst allgemein über Methoden zur Darstellung von Substanzen,<br />
die der gleichen Stoffklasse angehören. Eine vollständige Information darüber ist nicht leicht<br />
zu erhalten, aber meist auch nicht notwendig. Findet man im ORGANIKUM keinen Hinweis (vgl.<br />
Sachregister sowie die zusammenfassende Literatur am Ende der einzelnen Kapitel), so können<br />
folgende Informationsquellen benutzt werden, die man etwa in dieser Reihenfolge einsehen<br />
sollte:<br />
WEIGAND-HILGETAG, HOUBEN-WEYL, THEILHEIMER (vgl.B.2.). Auch in den C. A. ist eine<br />
Information über methodische Probleme möglich: Im General Subject Index findet man Stichworte<br />
wie Alkylation, Arylation, Addition reaction u. ä., aber auch eingeführte Namenreaktionen<br />
wie Cannizzaro reaction, Claisen rearrangement, Fischer indole synthesis, Grignard reaction<br />
usw. (man überprüfe den gewählten Suchbegriff im Index Guide, Anhang IV; vgl. B.3.2.).<br />
Die Konzipierung eines Syntheseweges für neue Verbindungen, aber auch von Alternativsynthesen<br />
für schon bekannte Produkte, erfordert in der Regel größere Erfahrungen. Vgl. dazu<br />
Kapitel C.8.<br />
Häufig ist auch die Frage zu beantworten, ob Verbindungen bekannt sind, deren Strukturen<br />
zwar nicht exakt derjenigen der gewünschten Substanz entsprechen, die aber strukturell ähnlich<br />
sind. Im BEILSTEIN findet man diese im gleichen Band, es sei denn, daß durch bestimmte
140 B. <strong>Organisch</strong>-chemische Literatur. Protokollführung<br />
funktionelle Gruppen eine Registrierung an einer späteren Stelle im System, d. h. in einem<br />
späteren Band erfolgen muß (Prinzip der letzten Stelle). Es ist daher notwendig, das schon<br />
erwähnte Beilstein-System 1 ) und andere, vom Beilstein-Institut herausgegebene Erläuterungen<br />
zu Rate zu ziehen oder die Rechercheprogramme (vgl. B.3.1.) zu benutzen. Für die Auswertung<br />
der Literatur ab 1949 (bzw. 1959) empfiehlt sich wiederum die Durchsicht der C. A.<br />
Im Chemical Substance Index bzw. Subject Index findet man die chemischen Verbindungen<br />
jeweils unter ihren Grundkörpern zusammengefaßt.<br />
Beispielsweise werden alle Pyridiniumverbindungen gemeinsam unter pyridinium compounds registriert,<br />
durch Komma getrennt folgen in alphabetischer Reihenfolge die Substituenten. Auf diese Weise sind Informationen<br />
über zu der gesuchten Verbindung analoge Strukturen leicht zugänglich. 2 )<br />
6.3. Computergestützte Recherche<br />
Die computergestützte Literatursuche ist eine sehr leistungsfähige Methode, die Recherchen<br />
erlaubt, die manuell nicht oder nur mit einem hohen zeitlichen Aufwand möglich wären. Voraussetzungen<br />
sind ein Personalcomputer, der über Telekommunikationseinrichtungen mit<br />
einem Datenbanksystem verbunden ist, und eine Zugriffsberechtigung (Loginid, Paßwort).<br />
Auf dem Gebiet der Online-Recherchen zu chemischen Sachverhalten hat der Host STN<br />
(Scientific and Technical Network) International eine führende Position inne und erlaubt<br />
Hochschulen, im Rahmen des academic program kostengünstig Recherchen durchzuführend)<br />
Für Informationen über chemische Fragestellungen sind die Chemical Abstracts (CA) die<br />
umfassendste Quelle. Die Online-Version der Chemical Abstracts besteht aus dem File CA mit<br />
den bibliographischen Angaben und den Abstracts, dem File REGISTRY mit Strukturen und<br />
der Nomenklatur für alle durch den Chemical Abstracts Service (CAS) registrierten Verbindungen<br />
und dem File CAOLD mit den CAS-Registry- und den Abstract-Nummern. Die beiden<br />
ersten Files erfassen die Literatur seit 1967 und das CAOLD-FiIe für den Zeitraum 1957-1966.<br />
Eine hervorragende Ergänzung zu den CA-Datenbanken ist die Datenbank BEILSTEIN<br />
(online oder auch als Inhouse-Version BEILSTEIN CrossFire), eine Struktur- und Faktendatenbank,<br />
die die wichtigste organisch-chemische Literatur seit 1779 ausgewertet enthält.<br />
Neben diesen verbindungsorientiert aufgebauten Datenbanken gewinnen spezielle Reaktionsdatenbanken<br />
zunehmend an Bedeutung, wie z. B. CASREACToder CHEMINFORMRX, vgl. C.6.3.3. Mit SPECINFO steht<br />
bei STN auch eine Spektrendatenbank mit integrierten Programmen zur Spektrensimulation zur Verfügung.<br />
Zahlreiche Patentdatenbanken (INPADOC, WPIDS/WPINDEX, PATDPA u.a.) werden ebenfalls online<br />
angeboten. Für komplexe bibliographische Fragestellungen gibt es bei STN-online eine Multifile-Suchfunktion.<br />
Sie erlaubt, Recherchen gleichzeitig in mehreren Datenbanken (sog. Clustern) durchzuführen.<br />
Alle über STN angebotenen Datenbanken können mit einer einzigen benutzerfreundlichen<br />
und leicht erlernbaren Kommandosprache Messenger recherchiert werden.<br />
Von den ca. 20 Messenger-Kommandos reichen für einfache Online-Recherchen die folgenden vier<br />
Hauptbefehle aus:<br />
FILE oder FIL - Auswahl der gewünschten Datenbank<br />
EXPAND, EXP oder E - Durchsuchen eines Index der Datenbank nach einem Suchbegriff<br />
SEARCH, SEA oder S - Durchsuchen eines Files nach Einträgen<br />
DISPLAY, DIS oder D - Anzeige der aufgefundenen Einträge oder Anzeige eines Eintrages mit<br />
einer spezifischen Registernummer.<br />
1 J Vgl. Fußnote l zu Kap. B.3.1.<br />
2 ) Achtung! Die Stammverbindung, die den Registrierort bedingt, kann wechseln! Statt indole, 3-acetyl findet<br />
man beispielsweise ethanone, l-(indol-3-yl). Indol-3-essigsäure ist hingegen unter indole-3-acetic acid<br />
eingeordnet. Man informiere sich deshalb unbedingt immer zunächst im Index Guide.<br />
3 ) Die STN-Datenbanken sind auch über das Internet zugänglich: http://stnweb.fiz-karlsruhe.de; http://<br />
stneasy.fiz-karlsruhe.de
B. 6. Durchführung einer Recherche 141<br />
Durch verschiedene Operatoren (logische oder Boolesche Operatoren: OR, AND, NOT; Nachbarschafts-<br />
oder Proximity-Operatoren: W, A, L, S, P ; numerische Operatoren: =, ,= < oder oder<br />
> =, -) ist eine Verknüpfung der Suchbegriffe und die Festlegung von Abstand und Folge von Suchbegriffen<br />
möglich. Mit Hilfe von Maskierungszeichen (?,!,#) können Buchstabenfolgen, die Teile von Worten<br />
sind, gesucht oder auch unbekannte bzw. unterschiedliche Schreibweisen berücksichtigt werden. Zu beachten<br />
ist, daß einige sehr häufig benutzte Worte und Zeichen, sog. stop words (Artikel, Präposition, alle<br />
Begriffe der Kommandosprache, aber auch Klammern, Schrägstriche, Maskierungssymbole und Hochkommas)<br />
von Messenger als Teile der Kommandosprache angesehen und daher nicht gesucht werden können.<br />
Sind diese reservierten Worte und Zeichen Bestandteil der Suchbegriffe, dann müssen sie oder der gesamte<br />
Suchbegriff z. B. durch Hochkommas gekennzeichnet werden.<br />
Die Suchbegriffe können in Form von Text (Namen von chemischen Verbindungen, Schlagworten, Autoren)<br />
oder Graphik (Strukturformeln) eingegeben werden. Eine korrekte Formulierung der Fragestellung<br />
und die exakte Eingabe sind Voraussetzung für eine erfolgreiche Recherche.<br />
Da alle STN-Datenbanken einen weitgehend einheitlichen Aufbau haben, können datenbankübergreifende<br />
Suchen (crossfile searching) mit denselben Suchbegriffen (ausgenommen in datenbankspezifischen<br />
Feldern) durchgeführt, Suchergebnisse in andere Files transferiert (file crossover) und für weitere Recherchen<br />
eingesetzt werden.<br />
Nach der LOGON-Prozedur gelangt man bei den STN-Datenbanken zuerst in das HOME-<br />
FiIe. Ein Pfeil zeigt in der Suchsprache Messenger an, daß das System auf die Eingabe eines<br />
Kommandos wartet. Das gewünschte File kann nun aufgerufen werden, das CA-FiIe z. B. durch<br />
Eingabe von FILE CA. Mit dem Kommando SEARCH (oder SEA oder S) und der Eingabe<br />
der Suchbegriffe wird die Suche gestartet. 1 ) Gibt man z. B. S TOCOPHEROL ein, so erscheint<br />
auf dem Bildschirm danach<br />
Ll 12308 TOCOPHEROL<br />
Jeder Antwortsatz erhält während der Online-Sitzung eine Listen(L)-Nummer, die direkt<br />
für weitere Suchen an Stelle der Suchterms verwendet werden kann. Die Zahl 12308 sagt aus,<br />
daß in 12308 Abstracts der Begriff Tocopherol enthalten ist.<br />
Man beachte, daß im Basic-Index des CA-Files nur CAS-Registernummern und Einzelworte aus Titeln,<br />
Abstracts und Registerbegriffen als Suchterms eingesetzt werden können, zusammengesetzte Worte werden<br />
zerlegt und alle nicht alphanumerischen Zeichen entfernt.<br />
Der große Vorteil der Online-Recherche liegt in der Möglichkeit, verschiedene Suchbegriffe<br />
unter Verwendung der Operatoren AND, OR oder NOT miteinander zu verknüpfen und so<br />
gleichzeitig zu suchen. Gibt man z. B. S ASYMMETRIC AND SYNTHESIS AND AMINES<br />
ein, so wird auf dem Bildschirm angezeigt:<br />
23683 ASYMMETRIC<br />
618994 SYNTHESIS<br />
138857 AMINES<br />
L2 543 ASYMMETRIC AND SYNTHESIS AND AMINES<br />
Es wurden 543 Einträge mit den gesuchten Begriffen gefunden, die jedoch in den Abstracts<br />
auch ohne direkte Beziehung zueinander auftreten könnten. Um dies auszuschließen kann die<br />
gewünschte Stellung der Begriffe im Kontext durch Nachbarschaftsoperatoren festgelegt werden.<br />
Nach der Eingabe von z.B. S ASYMMETRIC(W)SYNTHESIS(IW)AMINES erhält<br />
man als Antwort<br />
L3 12 ASYMMETRIC(W)SYNTHESIS(IW)AMINES<br />
) In vielen Fällen ist es sehr vorteilhaft, vor der eigentlichen Suche mit Hilfe des Expand-Befehls (EXP,<br />
E) in bestimmten alphabetisch geordneten Registern (Basic Index (BI), Author Index (AU), Chemical<br />
Name Index (CN)) das Vorhandensein der Suchbegriffe zu überprüfen und diese zu präzisieren. Die in<br />
der Expand-Liste angezeigten E-Nummern können bei der weiteren Suche wie Suchterms verwendet<br />
werden (z. B. S E2-E5).
142 B. <strong>Organisch</strong>-chemische Literatur. Protokollführung<br />
nur Publikationen, in denen der Begriff Synthesis direkt dem Wort Asymmetrie folgt und vom<br />
Suchbegriff Amines durch ein Wort getrennt ist. Der W-Operator (nW) erlaubt die Suche von<br />
Begriffen, die in einem Abstand von maximal n Worten hintereinander stehen. Analog dazu ist<br />
mit dem A-Operator (nA) die Suche von Begriffen in einer beliebigen Reihenfolge und einem<br />
maximalen Abstand von n Worten möglich. Der Link- oder L-Operator (L) dagegen begrenzt<br />
die Suche zweier Begriffe, die in beliebiger Reihenfolge angeordnet und beliebig weit voneinander<br />
entfernt sein können, auf die gleiche Informationseinheit.<br />
Ein weiteres nützliches Hilfsmittel bei der Formulierung der Suchbegriffe sind die Maskierungszeichen.<br />
Ein Fragezeichen (?) an einen Wortstamm angefügt (Rechtsmaskierung; eine<br />
entsprechende Linksmaskierung ist nicht immer möglich) kann beliebig viele Zeichen ersetzen.<br />
Der Ausdruck CATALY? könnte also zur Suche der Begriffe CATALYST, CATALYSIS oder<br />
CATALYTIC eingesetzt werden. Ein Ausrufungszeichen (!) in einem Suchbegriff kann exakt<br />
für ein Zeichen stehen (z.B. STABILUER für STABILISER oder STABILIZER), und ein<br />
Doppelkreuz (#) am Ende eines Begriffes (z. B. AMIN#) ersetzt ein oder auch kein Zeichen<br />
und berücksichtigt so die Pluralendung des Begriffes.<br />
Die Zahl der Antworten einer Online-Literatursuche kann eine Größe erreichen, die nicht<br />
mehr vernünftig auswertbar ist und daher sinnvoll reduziert werden muß. Dazu bestehen mehrere<br />
Möglichkeiten. So kann der zeitliche Umfang der Recherche eingeschränkt werden, z. B.<br />
ergibt die Eingabe von S Ll RANGE=(1990,) als Antwort IA 4715 TOCOPHEROL und<br />
erfaßt die Literatur der Liste l seit 1990. Es könnten nur Publikationen in ausgwählten Sprachen<br />
(wie Deutsch, Englisch und Französisch) gesucht (z. B. führt die Eingabe von S IA AND<br />
(GER OR ENG OR FR)/LA zu L5 mit 3514 Antworten) oder Patente ausgeschlossen werden<br />
(S L5 NOT P/DT reduziert die Zahl der Antworten von L5 auf 3132).<br />
Publikationen bestimmter Autoren sind sehr schnell durch Eingabe von S NAME, VOR-<br />
NAME bzw. INITIALEN/AU zu ermitteln. Auch hier ist es angebracht, vor der Suche mit<br />
dem Expand-Befehl im Autorenregister(AAU) die Schreibweise des Namens und die benutzten<br />
Abkürzungen des Vornamens zu prüfen und ggf. mehrere E-Nummern als Suchterme zu verwenden.<br />
Eine Verknüpfung von allgemeinen Suchbegriffen bzw. Antworten mit einem oder<br />
mehreren Autoren ist ebenfalls häufig von Interesse (z. B. S Ll AND INGOLD, K7/AU oder<br />
S FULLEREN? AND DIEDERICH, F7/AU).<br />
Durch Eingabe von DISPLAY (DIS oder D) und der Listen(L)-Nummer, der Nummer der<br />
anzuzeigenden Antworten und des Formates der anzuzeigenden Datenfelder (im CA-FiIe AN<br />
für CA-Abstract-Nummern, BIB für bibliographische Angaben und Abstract-Nummern, ABS<br />
für Abstracts und Abstract-Nummern, AU für Autoren), z. B. D Ll 1-10 BIB, ABS werden die<br />
erhaltenen Antworten auf dem Bildschirm angezeigt. Die Online-Suche kann dann in anderen<br />
Datenbanken unter Verwendung der erhaltenen L-Nummern fortgeführt oder durch den<br />
Befehl LOGOFF oder LOG Y beendet werden.<br />
6.3.1. Suche nach chemischen Verbindungen und ihrer Synthese<br />
In den Files CAS-Registry und Beilstein sind Online-Recherchen nach einer einzelnen Verbindung<br />
mit einer exakten Struktur (und damit auch einer CAS-Registernummer) unter Verwendung<br />
des chemischen Namens (oder chemischer Namensfragmente) oder der chemischen<br />
Strukturformel (s. a. Substruktur-Recherche) als Suchterm möglich. Der erste Weg ist häufig<br />
schneller und billiger, aber auch weniger zuverlässig, da er gute Kenntnisse der chemischen<br />
Nomenklatur und der Namensgebung in den Chemical Abstracts voraussetzt, die nicht immer<br />
mit den lUPAC-Regeln übereinstimmt.<br />
Vor Beginn der Online-Suche ist der Name der chemischen Verbindung so zu formulieren, wie<br />
er nach dem Expand- oder Search-Befehl eingesetzt werden soll. In Namen mit Sonderzeichen<br />
sind alle hoch- und tiefgestellten Zeichen in eine Linie mit regulären Zeichen zu setzen, kursive
B. 6. Durchführung einer Recherche 143<br />
Buchstaben wie normale zu schreiben, griechische Buchstaben auszuschreiben und in Punkte zu<br />
setzen (z. B. .ALPHA.-TOCOPHEROL), eckige Klammern durch runde auszutauschen (z. B.<br />
BICYCLO(2.2.2)OCT-2-ENE) und Begriffe, die Apostrophe enthalten, sind in Hochkommas zu<br />
setzen (z.B. W-DIISOPROPYL BENZIDINE' oder N,N!-DIISOPROPYL BENZIDINE).<br />
Das letztere ist beim Search-Befehl auch für Begriffe der FaU, die runde Klammern enthalten.<br />
Nach diesen Vorbereitungen sollte mit dem Expand-Befehl (kostenfrei) im Feld CN nachgesehen<br />
werden, ob die gesuchte Verbindung im Index vorhanden ist. 1 ) Beispielsweise ergibt die<br />
Eingabe von E BICYCLO(2.2.2)OCT-2-ENE/CN auf dem Bildschirm:<br />
=> E BICYCLO(2.2.1)OCT-2-ENE/CN<br />
El l BICYCLO(2.2.1)OCT-2-EN-2-OL, SODIUM SALT/CN<br />
E2 l BICYCLO(2.2.1)OCT-2-EN-2-YL KETONE/CN<br />
E3 l -> BICYCLO(2.2.1)OCT-2-ENE/CN<br />
E4 l BICYCLO(2.2.1)OCT-2-ENE,<br />
1,2,3,4,5,5,6,6,7,7,8,8-DODECAFLUORO-/CN<br />
Bei Fehlen einer Eintragung (E = O) oder bei mehr als einem Eintrag ist der eingegebene<br />
Name hinsichtlich Schreibweise und Vollständigkeit zu überprüfen.<br />
Danach wird mit dem Search-Befehl die eigentliche Suche gestartet, z. B. durch Eingabe von S<br />
/ BICYCLO(2.2.2)OCT-2-ENEVCN. An Stelle des Namens kann auch die erhaltene E-Nummer<br />
als Suchbegriff eingegeben werden, z. B.: SE3/CN oder SE1-E4/CN oder SE1,E3/CN.<br />
Bei komplizierten chemischen Verbindungen und den damit verbundenen Unsicherheiten<br />
bei der richtigen Namensfindung kann eine Substanz auch mit Hilfe von Namensfragmenten<br />
(CNS), die chemisch sinnvolle Bruchstücke des vollständigen Namens darstellen und maskiert<br />
sein können, gesucht werden. Diese sind im Registry-File und im Beilstein-File sowohl im<br />
Basic Index als auch im Chemical Name Segment Index (/CNS) zu finden. Es empfiehlt sich<br />
jedoch, das CNS-FeId zur Suche zu benutzen, da hier sowohl die Links- als auch die Rechtsmaskierung<br />
(bei Fragmenten mit mindestens 4 Buchstaben) möglich ist. 2 ) Die Namensfragmente<br />
können mit den verschiedensten Operatoren, z. B. (nW), (nA), (L) oder AND, miteinander<br />
oder auch mit anderen Suchbegriffen verbunden und für die Suche eingesetzt werden.<br />
Die Eingabe von S QUINOLINE(L)METHOXY(L)METHYLAMINO(L)CHLORO/CNS<br />
würde so zu Antworten führen, in denen Chinolinderivate mit mindestens einem Chloratom<br />
und einer Methoxy- und Methylamino-Gruppe beschrieben sind. Die Verknüpfung mit der<br />
Summenformel kann bei größeren Molekülen die Zahl der Antworten stark einschränken<br />
(beispielsweise: S ?ISOINDOL?/CNS AND C9H8C13NO2S/MF).<br />
Mit dem Display-Befehl ist dann wieder die Anzeige der erhaltenen Antworten in den im<br />
Registry-File bzw. Beilstein-File verfügbaren Formaten möglich. Mit den durch D RN ausgegebenen<br />
Registry-Nummern oder mit den im Registry-File erhaltenen Antwort(L)-Nummern<br />
muß danach im CA-FiIe nach weiteren Informationen zu diesen chemischen Verbindungen<br />
gesucht werden. So findet man mit S L-Nummer/P (P für preparation) oder mit der CAS-Register-Nummer<br />
(RN) und einem unmittelbar angefügten P (z. B. im Falle des a-Tocopherols: S<br />
10191-41-OP) die Literatur über die Synthese der Verbindungen. 3 )<br />
1 J Die Angabe des CN-Feldes ist erforderlich, weil sonst im Basic Index (BI) gesucht wird, der nur<br />
Namensfragmente an stelle vollständiger chemischer Namen enthält.<br />
2 ) Die Nutzung des Expand-Kommandos (E Namensfragment?/CN oder E LEFT Namensfragment/CNS)<br />
zur Vorbereitung der Suche ist auch hier vorteilhaft.<br />
3 ) Verläßliche und vollständige Informationen über einzelne chemische Verbindungen lassen sich online in<br />
den CA-Datenbanken nur mit der CAS-Registry-Nummer (RN) erhalten. Bei einfachen Verbindungen<br />
eignen sich als Quellen zum Auffinden der RN gedruckte Verzeichnisse wie der CA Chemical Substance<br />
Index, CA Index Guides, der Merck Index, das Dictionary of Organic Compounds und die zahlreichen<br />
Chemikalien-Kataloge. Für weniger gebräuchliche Verbindungen ist dieser Weg durch die beschriebene<br />
Online-Suche im CAS-Registry-File oder auch dem Beilstein-File zu ersetzen.
144 B. <strong>Organisch</strong>-chemische Literatur. Protokollführung<br />
6.3.2. Struktur-Recherchen<br />
Die Recherche über die Nomenklatur ist mühsam oder gar nicht möglich, wenn nach Verbindungen<br />
gesucht wird, die gemeinsame Strukturelemente enthalten, darüber hinaus jedoch<br />
variable Substituenten tragen. Solche Substruktursuchen sind online im CAS-Registry-File und<br />
Beilstein-File (offline auch mit der Datenbank Beilstein CrossFire) möglich. Innerhalb von<br />
Sekunden bis wenigen Minuten können die in diesen Files gespeicherten Millionen von Verbindungen<br />
nach der eingegebenen Struktur oder Substruktur durchsucht werden. Chemische<br />
Strukturen und SubStrukturen können online durch Verwendung von Zeichen-Befehlen<br />
(GRA, NODE, BOND, HCOUNTu. a.) im STRUCTURE mode des Registry-Files eingegeben<br />
werden. Die Kenntnis der Befehle und etwas Übung sind erforderlich, um besonders auch<br />
komplizierte Strukturen in einer vertretbaren Zeit im Online-Betrieb aufbauen zu können.<br />
Mit der Front-End-Software STN EXPRESS ist ein Programm verfügbar, mit dem Strukturen<br />
offline gezeichnet, anschließend gespeichert und zur gegebenen Zeit im Online-Betrieb in<br />
das Strukturfile geladen und gesucht werden können.<br />
Bevor jedoch die kostenintensiven Substruktur-Recherchen durchgeführt werden, sollte<br />
man sich entsprechende Fähigkeiten im Strukturaufbau durch Üben in einem Lernfile (L Registry,<br />
L Beilstein) aneignen.<br />
6.3.3. Recherche von chemischen Reaktionen<br />
Zur Suche nach Reaktionen eignen sich neben dem Beilstein-File (hier sind nach einer Struktursuche<br />
mit dem Display-Befehl REA Informationen über chemische Reaktionen anzeigbar)<br />
besonders die dafür konzipierten Reaktionsdatenbanken CASREACT (Zitate zu Reaktionen<br />
seit 1985) und CHEMINFORMRX (ausgewählte chemische Reaktionen aus dem Referatedienst<br />
Cneminform seit 1991). Die Reaktionen von Verbindungen werden über die entsprechenden<br />
Register-Nummern oder Strukturen gesucht. Besondere Optionen erlauben eine<br />
genaue Präzisierung und Definition der jeweiligen Reaktionszentren (atom mapping).<br />
Da die Reaktionsdatenbanken noch im Aufbau begriffen sind und somit nur die neuere<br />
Literatur erfassen, ist man für zeitlich und inhaltlich umfassende Recherchen auch noch auf<br />
die vorrangig verbindungsorientierten Datenbanken CA und Beilstein angewiesen.<br />
Die Beilstein-Datenbank erlaubt ebenso wie das Registry-File, Strukturrecherchen durch<br />
Eingabe von definierten Strukturen oder Substrukturen und die Suche nach chemischen Verbindungen<br />
mit chemischen Namen (CN), Namensfragmenten (CNS), der Summenformel<br />
(MF) und der CAS-Register-Nummer (RN). Nach dem Auffinden der chemischen Verbindung<br />
und der Anzeige der Identifikationsinformation (Eingabe von D) sollte man durch Aufruf des<br />
Feldes Availability (Eingabe von D FA) feststellen, welche Informationen verfügbar und wieviel<br />
Einträge in den einzelnen Feldern vorliegen. Diese können nun nachfolgend separat aufgerufen<br />
werden (z. B. D PRE für Präparationen, D REA für chemische Reaktionen, D MP für<br />
Schmelztemperaturen, D EAS für Elektronenabsorptionsspektren u. a.). Das für den synthetisch<br />
arbeitenden Chemiker besonders interessante Präparations(PRE)- und Reaktions<br />
(REA)-FeId hat weitere suchbare subfields, wie z.B. PRE.EDT (für Edukte), PRE.RGT (für<br />
Reagenzien, Lösungsmittel, Katalysatoren usw.), PRE.BPRO (für Nebenprodukt), REA.RP<br />
(für Reaktionspartner) oder REA.PRO (für Reaktionsprodukte), deren Anwendung zu präziseren<br />
Antworten führt. Die zahlreichen Möglichkeiten, die die Beilstein-Datenbank bietet,<br />
sind jedoch nur auszunutzen, wenn die Vielfalt der Such- und Anzeigefelder beherrscht wird.<br />
Das ist nicht ohne Training möglich.<br />
Eine vorteilhafte Alternative für die Suche von chemischen Reaktionen bietet die menügesteuerte<br />
Inhouse-Datenbank CrossFireplusReactions, die Informationen über 10 Millionen<br />
chemische Reaktionen enthält.
7. Protokollführung<br />
B. 8. Literaturhinweise 145<br />
Während der Darstellung eines Präparats trägt man alle Daten und Beobachtungen in ein<br />
Laborjournal ein, beispieslweise Größe der Ansätze, beabsichtigte oder unbeabsichtigte<br />
Abweichungen von der Versuchsanweisung, Farbveränderungen, Temperaturerhöhungen, Ausbeuten<br />
usw. Das Laborjournal soll ein fest gebundenes Heft mit fortlaufend numerierten und<br />
jeweils mit Datum versehenen Seiten sein. In das Laborjournal wird auch die Versuchsvorschrift<br />
eingetragen, falls diese nicht gedruckt vorliegt (z. B. bei den gesonderten, aus der Literatur<br />
zu entnehmenden Vorschriften oder bei den Literaturpräparaten).<br />
Nach beendetem Versuch wird aus der Versuchsanleitung und den im Laborjournal festgehaltenen<br />
Beobachtungen ein Versuchsprotokoll angefertigt, das die praktische Durchführung<br />
des Versuches beschreibt. Es soll enthalten: die Bezeichnung der dargestellten Verbindung<br />
(lUPAC-Nomenklatur, auch Trivialname), Literaturkonstanten (Siedetemperatur, Schmelztemperatur,<br />
Dichte, Brechungsindex), gefundene Konstanten, Reaktionsgleichung, Größe des<br />
Ansatzes (alle Angaben in Gramm und Mol), verwendete Apparatur, genaue Beschreibung<br />
der praktischen Durchführung der Synthese, bei durch Destillation gereinigten Substanzen Siedediagramm<br />
bzw. Siedebilanz, Ausbeute und Ausbeuteberechnung.<br />
Die Ausbeute wird in Prozent der theoretischen Ausbeute angegeben (abgekürzt: % d. Th.),<br />
die sich aus den eingesetzten Mengen und der Reaktionsgleichung errechnet. Bei nicht äquimolaren<br />
Ansätzen bezieht man auf die im Unterschuß eingesetzte Komponente. Falls in der<br />
Literatur eine Ausbeuteangabe gegeben wurde, vergleiche man mit der erhaltenen Ausbeute<br />
und versuche, eventuelle Abweichungen zu erklären.<br />
Bei der Literaturzusammenstellung für die Literaturpräparate wird man oft unter einer großen<br />
Anzahl von Verfahren zu entscheiden haben. Es macht sich daher notwendig, diese Verfahren<br />
zu ordnen und in einem übersichtlichen Schema zusammenzustellen, um das günstigste<br />
Verfahren herausfinden zu können. Bei den einzelnen Stufen werden besondere Hinweise, wie<br />
Druck- und Temperaturangaben, Ausbeute usw., vermerkt.<br />
Es ist notwendig, auch im Protokoll alle bekannten Verfahren (mit den Literaturstellen)<br />
anzuführen. Das Protokoll enthält weiter eine kurze Begründung zum ausgewählten Verfahren<br />
sowie die ausführliche Versuchsbeschreibung mit den aus dem Laborjournal entnommenen<br />
Beobachtungen. Für jede Stufe wird eine getrennte Ausbeuteberechnung durchgeführt; eine<br />
Berechnung der Gesamtausbeute (Ausbeute bezogen auf Ausgangssubstanz der ersten Stufe)<br />
folgt im Anschluß an die letzte Stufe. Schließlich diskutiere man das durchgeführte Verfahren<br />
und vergleiche die erzielten Ergebnisse mit den in der Literatur angegebenen Ausbeuten.<br />
Aus dem Protokoll über Stoffanalysen (Identifizierungen organischer Substanzen) muß klar<br />
zu entnehmen sein, daß die gefundene Substanz eindeutig charakterisiert ist. Der Weg, der zur<br />
Lösung der Analyse beschritten wurde, wird kurz beschrieben.<br />
8. Literaturhinweise<br />
Chemische Literatur<br />
MÜCKE, M.: Die chemische Literatur - ihre Erschließung und Benutzung. - Verlag Chemie, Weinheim<br />
1982.<br />
MAIZELL, R. E.: How to find chemical information. - Wiley & Sons, New York, !998.<br />
LOEWENTHAL, H. J. E.; ZASS, E.: Der clevere Organiker. - Johann Ambrosius Barth, Edition Deutscher Verlag<br />
der Wissenschaften, Leipzig, Berlin, Heidelberg 1993.<br />
PICHLER, H. R.: Online-Recherchen für Chemiker. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1986<br />
SCHULZ, H.; GEORGY, U: Von CA bis CAS online. - Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 1994
146 B. <strong>Organisch</strong>-chemische Literatur. Protokollführung<br />
Datenbankbeschreibungen<br />
Using CAS Online. - Chemical Abstracts Service, Columbus, Ohio, 1985.<br />
REGISTRY. - STN International, Fachinformationszentrum Karlsruhe, 1988.<br />
CA, CApreviews, CAOLD. - STN International, Fachinformationszentrum Karlsruhe, 1989.<br />
BEILSTEIN, CHEMINFORMRX. - STN International, Fachinformationszentrum Karlsruhe, 1993.<br />
Focus on CASREACT. - STN International, Chemical Abstracts Service, Columbus, Ohio, 1992.<br />
Kurzanleitung zur Retrievalsprache Messenger, Version S94.1, April 1994.<br />
Detaillierte Datenbankbeschreibungen werden von den Datenbankbetreibern herausgegeben (z.B. von<br />
STN International, c/o Fachinformationszentrum Karlsruhe; WWW: http://www.fiz-karlsruhe.de).<br />
Nomenklatur<br />
IUPAC, Organic Chemistry Division, Commission on Nomenclature of Organic Chemistry: Nomenclature<br />
ofOrganic Chemistry, Section A (Hydrocarbons), B (Fundamental heterocyclic Systems), C (Characteristic<br />
groups containing carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, halogen, sulfur, selenium, and/or tellurium),<br />
D (Organic compounds containing elements which are not exclusively carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen,<br />
halogen, sulfur, selenium, and tellurium), E (Stereochemistry), F (Natural products and related<br />
compounds), H (Isotopically modified compounds). - Pergamon Press, Oxford 1979.<br />
Internationale Regeln für die chemische Nomenklatur und Terminologie. Bd.l. Hrsg.: Deutscher Zentralausschuß<br />
für Chemie. - Verlag Chemie, Weinheim 1978-1990.<br />
Nomenklatur der <strong>Organisch</strong>en Chemie. Hrsg.: G. KRUSE. - VCH, Weinheim 1997.<br />
Handbuch zur Anwendung der Nomenklatur organisch-chemischer Verbindungen. Hrsg.: W. LIEBSCHER. -<br />
Akademie-Verlag, Berlin 1979.<br />
HELLWICH, K.-H.: Chemische Nomenklatur. - Govi-Verlag, Eschborn 1998.<br />
REIMLINGER, H.: Nomenklatur <strong>Organisch</strong>-Chemischer Verbindungen. - Walter de Gruyter, Berlin 1998.
C Einige allgemeine Grundlagen<br />
1. Klassifizierung organisch-chemischer Reaktionen<br />
Reaktionen lassen sich nach verschiedenen Gesichtspunkten klassifizieren:<br />
a) Eine sehr allgemeine Klassifizierung geht davon aus, daß bei chemischen Reaktionen Elektronen<br />
umgruppiert werden. Nach der Art der Umgruppierung unterscheidet man:<br />
- Elektronenübertragungsreaktionen, z. B.:<br />
R3N: + M 3 ® ^=1 R3N? + M 2 © [Cl]<br />
Dazu gehören viele Oxidations- und Reduktionsreaktionen (vgl. D.6). Außer Einelektronenübertragungen<br />
sind auch Zweielektronenübertragungen möglich.<br />
- Reaktionen unter Umgruppierungen von Bindungen<br />
• homolytische (Radikal-) Reaktionen<br />
Hierbei werden Bindungen „symmetrisch" unter Bildung von Radikalen gespalten<br />
bzw. aus Radikalen gebildet:<br />
homolytische Spaltung von Molekülen bzw. Kombination von Radikalen unter Bindungsbildung,<br />
z. B.:<br />
CI-CI ^=^ Cl- + Cl- [C.2]<br />
homolytischer (Radikal-) Austausch, z. B.:<br />
Ch + H-R CI-H + R- [C.3]<br />
• heterolytische (polare, ionische) Reaktionen<br />
Hierbei werden Bindungen „unsymmetrisch" unter Erhalt des Elektronenpaares<br />
gespalten bzw. gebildet:<br />
heterolytische Spaltung von Molekülen bzw. Kombination von elektrophilen mit<br />
nucleophilen Reagenzien:<br />
R-Cl = R® + Cl 0 [C4]<br />
heterolytischer (ionischer) Austausch:<br />
I e + R-CI ^=± I-R + Cl 0 [C.5]<br />
© 0<br />
Bl + H-A ^=== B-H + IA (Bl Base, HA Säure) [C.6]<br />
Bei der heterolytischen Bindungsbildung fungiert stets einer der Partner als Elektronenpaar-Donor<br />
(Lewis-Base, Nucleophit), der andere als Elektronenpaar-Acceptor<br />
(Lewis-Säure, Elektrophil).<br />
Bei heterolytischen Bindungsspaltungen wird die Abgangsgruppe, die das Bindungselektronenpaar<br />
übernimmt, als nucleofug, diejenige, die es zurückläßt, als elektrofug<br />
bezeichnet.
148 C. Einige allgemeine Grundlagen<br />
pericyclische Reaktionen<br />
Hierbei werden mehrere Bindungen gleichzeitig (konzertiert, synchron) über einen<br />
cyclischen Übergangszustand gebildet und gespalten, wobei weder Ionen noch Radikale<br />
entstehen.<br />
Zu dieser Klasse gehören z. B. Diels-Alder-Reaktionen (vgl. D.4.4.3) und die Cope-<br />
Umlagerung (vgl. D.9.2):<br />
,x^N<br />
b) Nach den Strukturänderungen im Substrat einer Reaktion ergibt sich eine andere Klassifizierung:<br />
- Substitutionsreaktionen, z. B.:<br />
[C.7]<br />
Ar-H + HNO3 Ar-NO2 + H2O [C.8]<br />
- Additionsreaktionen, z. B.:<br />
H2C=CH2 + Br2 BrCH2-CH2Br [C.9]<br />
- Eliminierungsreaktionen, z. B.:<br />
H3C-CH2OH H2C=CH2 + H2O [ClO]<br />
- Umlagerungen und Isomerisierungen, z. B.:<br />
/ V=N-OH | N-H [C.ll]<br />
Diese Begriffe können mit denen des unter a) genannten Systems verknüpft werden, so daß<br />
z. B. von einer homolytischen, heterolytischen oder pericyclischen Addition usw. gesprochen<br />
werden kann. Derartige Kombinationen wurden bei der Anordnung der meisten Stoffkapitel<br />
des vorliegenden Buches gewählt.<br />
c) In einer Klassifizierung nach molekular-kinetischen Gesichtspunkten wird zum Ausdruck<br />
gebracht, wie viele Moleküle am geschwindigkeitsbestimmenden Schritt einer Reaktion<br />
beteiligt sind (Molekularität einer Reaktion, vgl. C.3.). Man unterscheidet:<br />
- monomolekulare Reaktionen<br />
- bimolekulare Reaktionen<br />
- trimolekulare Reaktionen.<br />
2. Energieänderungen bei chemischen Reaktionen<br />
Chemische Reaktionen sind stets mit einer Energieumverteilung verbunden: Die innere Energie<br />
der Reaktionspartner verändert sich, und es wird Energie mit der Umgebung ausgetauscht.<br />
Bei Laborsynthesen ist es wünschenswert, Kenntnisse über die Energiebilanz zu haben, um<br />
die Reaktionsbedingungen entsprechend wählen zu können; bei chemisch-technischen Synthesen<br />
sind derartige Kenntnisse unerläßlich.<br />
Die Energieänderung im Verlauf einer einstufigen chemischen Reaktion (Elementarreaktion)<br />
entlang des energetisch günstigsten Reaktionsweges von den Ausgangsstoffen zu den Produkten<br />
(„Reaktionskoordinate") ist in Abbildung C. 12 schematisch wiedergegeben.
E<br />
bzw. H 6<br />
bzw. G®<br />
Übergangszustand<br />
Reaktanden X^ AnH 0 bzw. ARG°<br />
Reaktionskoordinate<br />
C. 2. Energieänderungen bei chemischen Reaktionen 149<br />
Produkte<br />
Abb. C. 12<br />
Energieänderung im Verlauf einer chemischen Elementarreaktion<br />
Die inneren Energien, Enthalpien und Gibbs-Energien 1 ) der Ausgangs- und Endstoffe sind<br />
unabhängig vom Reaktionsweg, sie stellen Zustandsgrößen dar, die mit Hilfe der chemischen<br />
Thermodynamik behandelt werden.<br />
Die Differenz der molaren Standard-Gibbs-Bildungsenergien (ABG^) von End- und Ausgangsstoffen<br />
ist die molare Standard-Gibbs-Reaktionsenergie ARG^:<br />
ARG^ = ABGf - A^Gf [C.13]<br />
Sie hängt unmittelbar mit der thermodynamischen Gleichgewichtskonstanten K der Reaktion<br />
zusammen:<br />
K ist um so größer, je kleiner ARG^ ist:<br />
ARG^1 (vgl. Abb. C. 12) [C.15]<br />
Ist K > l, so liegt das Reaktionsgleichgewicht auf Seiten der Endprodukte. Eine Reaktion mit<br />
K < l kann man unter Umständen durch laufende Entfernung eines Endproduktes aus dem<br />
Gleichgewicht in Richtung der Endstoffe zwingen (vgl. z. B. Veresterung D.7.1.4.1.).<br />
Die Differenz der molaren Standardbildungsenthalpien (ABH^) von End- und Ausgangsstoffen<br />
ist die molare Standardreaktionsenthalpie -<br />
ARH^ = ABH£-<<br />
Sie gibt die Reaktionswärme (Wärmetönung der Reaktion) an und bestimmt (entsprechend<br />
der van't-Hoffschen Reaktionsisobare) die Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtskonstanten:<br />
ZlRH 0 < O: exotherme Reaktion (Abb. C.12) [C.18]<br />
Abnahme von K bei Temperaturerhöhung<br />
JRH e >0: endotherme Reaktion [C.19]<br />
Zunahme von K bei Temperaturerhöhung<br />
Da Standardbildungsenthalpien in Tabellenwerken zu finden sind bzw. mit Hilfe von Inkrementsystemen<br />
berechnet werden können, läßt sich eine Vorstellung über die zu erwartende Wärmetönung<br />
einer Reaktion gewinnen und die Versuchsdurchführung entsprechend gestalten.<br />
) Die Gibbs-Energie wurde früher als „freie Enthalpie", im Englischen auch als „freie Energie" bezeichnet.
150 C. Einige allgemeine Grundlagen<br />
Nach dem Hessschen Wärmesatz ist ^RH° gleich der Differenz der Bindungsdissoziationsenthalpien<br />
der in der Reaktion gespaltenen und gebildeten Bindungen:<br />
Bindungen Bindungen<br />
[C.20]<br />
Anstelle der Standardbildungsenthalpien können deshalb zur Berechnung von ^RH° auch die<br />
Dissoziationsenthalpien der in die Reaktion verwickelten Bindungen verwendet werden (vgl.<br />
D.I.3.).<br />
A R(T 0 ^ und ARH^ sind über die Gibbs-Helmholtz-Gleichung verknüpft:<br />
die molare Standardreaktionsentropie, ist gleich der Differenz der molaren Standardentropien<br />
von End- und Ausgangsstoffen. Die Entropie kann als Maß für die „Unordnung"<br />
eines Systems (im Sinne von höheren Bewegungsmöglichkeiten seiner Teile) interpretiert werden:<br />
ARS^ > O: „Unordnung" nimmt beim Übergang der Ausgangsstoffe in die Endstoffe zu; [C.22]<br />
z. B. Zahl der Reaktanden < Zahl der Produkte<br />
Ringverbindung --> offenkettige Verbindung<br />
ARS^ < O: „Ordnung" nimmt zu (obige Beispiele in umgekehrter Richtung) [C.23]<br />
Nach [C.21] kann eine negative Standard-Gibbs-Reaktionsenergie (K > 1) auf einer negativen<br />
Reaktionsenthalpie (exotherme Reaktion) oder einer positiven Reaktionsentropie beruhen.<br />
K wird besonders groß ausfallen, wenn ARH^ < O und ARS^ > O sind.<br />
Die Anwendung von Gleichung [C.21] läßt sich am Beispiel der Hydrierung/Dehydrierung erläutern:<br />
\ / Katalysator \ /<br />
C=C + H2 -* H-C-C-H [C.24<br />
/ \ Katalysator / \<br />
Für die Hydrierung (Reaktion [C.24] von links nach rechts) ist AR//^ negativ (exotherme Reaktion) und<br />
ARS^ ebenfalls negativ (die Unordnung nimmt ab, da rechts nur ein Teilchen, links dagegen zwei stehen),<br />
d. h. das Entropieglied (-TARS^) wird positiv. Da es aber bei Raumtemperatur viel kleiner als ARH^ ist,<br />
erhält ARG^ nach [C.21] einen negativen Wert, d. h., das Reaktiongsgleichgewicht liegt auf Seiten der<br />
Hydrierungsprodukte. Wenn die Temperatur gesteigert wird, vergrößert sich das Entropieglied und kann<br />
schließlich ARff® überkompensieren, so daß ARG positiv wird und die Hydrierung nicht mehr ablaufen<br />
kann. Bei dieser Temperatur (ca. 200 bis 30O 0 C) erfolgt dann umgekehrt die Dehydrierung (Reaktion<br />
[C.24] von rechts nach links), die zwar endotherm, aber durch einen positiven Wert von /4RSrt.ck» d. h. durch<br />
einen negativen Wert von TARS^ charakterisiert ist.<br />
Die Gibbs-Reaktionsenergie JR(J^ sagt zwar etwas über die thermodynamische Möglichkeit<br />
einer Reaktion aus, sie gibt aber keine Auskunft darüber, mit welcher Geschwindigkeit die<br />
Reaktion tatsächlich abläuft. Vielmehr können Reaktionshemmungen vorliegen, die überwunden<br />
werden müssen, wie z. B. im freiwillig reagierenden System H2 + O2 (Knallgas), dessen<br />
Komponenten sich erst nach Zündung, dann aber explosionsartig umsetzen.<br />
Auch einer thermodynamisch möglichen Reaktion steht, wie in Abbildung C. 12 dargestellt,<br />
eine Energiebarriere entgegen, die auf dem Wege der Ausgangs- in die Endstoffe überwunden<br />
werden muß. Die Differenz der Energie (bzw. Gibbs-Energie) des dabei durchlaufenen Übergangszustandes<br />
UZ (aktivierter Komplex) und der der Ausgangsstoffe ist die Aktivierungsenergie<br />
EA (bzw. die Gibbs-Aktivierungsenergie JG*). Sie bestimmt die Geschwindigkeitskonstante<br />
k der Reaktion. Nach den Gesetzen der chemischen Kinetik gilt:<br />
k = Ae~ ** Arrhenius-Gleichung [C.25]<br />
k = kf. Q- & = Y e^e~ ^ Eyring-Gleichung [C26]
C. 2. Energieänderungen bei chemischen Reaktionen 151<br />
Danach ist k um so größer, je kleiner JG*, JH* bzw. EAi) und je größer JS* bzw. A sind.<br />
Der präexponentielle Faktor A in der Arrhenius-Gleichung bzw. die Aktivierungsentropie<br />
AS* in der Eyring-Gleichung sind ein Maß für die sterischen Anforderungen beim Übergang<br />
der Ausgangsstoffe in den Übergangszustand. A bzw. ZlS* sind um so kleiner, je höher geordnet<br />
der Übergangszustand im Verhältnis zu den Ausgangsstoffen ist (vgl. auch [C.22] und<br />
[C.23]).<br />
Aus Abbildung C. 12 läßt sich auch entnehmen, daß die Gibbs-Aktivierungsenergie (bzw.<br />
die Aktivierungsenergie) der Rückreaktion die Differenz aus der Gibbs-Aktivierungsenergie<br />
(bzw. Aktivierungsenergie) der Hinreaktion und der Gibbs-Reaktionsenergie (bzw. Reaktionsenthalpie)<br />
darstellt. Damit wird ein Zusammenhang zwischen Thermodynamik und Kinetik<br />
hergestellt, der zu folgender Beziehung führt:<br />
K = ^- [C.27]<br />
^rück<br />
Die Aktivierungsenergie kann grundsätzlich nicht kleiner werden als die Reaktionsenthalpie.<br />
Sie ist jedoch häufig um so kleiner, je stärker exotherm eine Reaktion ist, d. h. je energiereicher<br />
die Ausgangsstoffe und je energieärmer die Endprodukte sind (Abb. C.28).<br />
£ M<br />
aktivierter<br />
Reaktanden Komplex Produkte<br />
Reaktionskoordinate<br />
Energieprofile von Reaktionen<br />
unterschiedlicher Gibbs-Reaktionsenergie<br />
(bzw. Reaktionsenthalpie)<br />
(schematisch)<br />
Nach EVANS und POLANYI kann zwischen beiden eine lineare Beziehung bestehen:<br />
A= a AH* + ß [C.29]<br />
Eine analoge Beziehung besteht häufig auch zwischen der Gibbs-Reaktionsenergie und der<br />
Gibbs-Aktivierungsenergie (Lineare-Freie-Energie-(LFE)-Beziehung, vgl. C.5.2.):<br />
AG* = aA*G^ + b [C.30]<br />
Diese empirisch gefundenen Beziehungen gelten allerdings nur befriedigend innerhalb von<br />
Reihen ähnlicher Reaktionen.<br />
An Hand von Abbildung C.28 ist weiterhin erkennbar, daß ein Zusammenhang zwischen<br />
der Wärmetönung (bzw. ARG^) einer Reaktion und der Lage des Übergangszustandes auf der<br />
Reaktionskoordinate besteht (Hammond-Postulat): Der aktivierte Komplex einer exothermen<br />
Reaktion sollte „früh" auf der Reaktionskoordinate liegen und in Energie und Struktur den<br />
Reaktanden ähnlich sein. Für endotherme Reaktionen ist dagegen ein „spät" auf der Reaktionskoordinate<br />
liegender, produktähnlicher Übergangszustand wahrscheinlich. Für Abschätzungen<br />
kann man in diesem Falle die Endprodukte als Modell für den Übergangszustand verwenden<br />
und AG* ~ ARG^ setzen, so daß die Bildungsgeschwindigkeit der Reaktionsprodukte<br />
um so kleiner sein sollte, je energiereicher diese sind (vgl. D.I.3., D.2.1.1., D.5.1.2. u. a.).<br />
Mit Hilfe des Hammond-Postulates können Selektivitäts-Reaktivitäts-Beziehungen begründet<br />
werden, vgl. D. 1.3.<br />
I Zwischen EA und AH* besteht die Beziehung AH* = EA - RT.
152 C. Einige allgemeine Grundlagen<br />
3. Zum zeitlichen Ablauf organisch-chemischer Reaktionen<br />
Die Geschwindigkeit v einer chemischen Reaktion, z. B.<br />
A + B C [C.31]<br />
hängt in charakteristischer Weise von der Art und Konzentration der Reaktionspartner ab. In<br />
einfachen Fällen gelten Geschwindigkeitsgleichungen des Typs:<br />
v = k[A] a [B] b ... [C.32]<br />
k ist die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante, deren Größe entsprechend [C.26] von den Reaktionshemmungen<br />
(AG*) bestimmt wird und die daher ein Maß für die Reaktivität von A und<br />
B ist; k hängt außerdem nach [C.25] bzw. [C.26] von der Temperatur ab.<br />
Nach einer Faustregel steigt die Geschwindigkeit vieler organisch-chemischer Reaktionen bei<br />
einer Temperaturerhöhung um 1O 0 C auf das Zwei- bis Dreifache.<br />
Die Summe der Exponenten (a + b +...), mit denen die Konzentrationen [A],[B],... im<br />
Zeitgesetz erscheinen, ist die Reaktionsordnung. Welche Reaktionspartner im Geschwindigkeitsgleichung<br />
auftreten, wird durch den Mechanismus der Reaktion bestimmt. Aus dem experimentell<br />
bestimmbaren Zeitgesetz können daher Rückschlüsse auf den Reaktionsmechanismus<br />
gezogen werden.<br />
Besonders einfach sind die Verhältnisse bei in einem Schritt verlaufenden Elementarreaktionen.<br />
Hier erscheinen die Konzentrationen aller Ausgangsstoffe im Zeitgesetz, und die Reaktionsordnung<br />
stimmt mit der Molekularität, d. h. der Zahl der an der Reaktion beteiligten<br />
Moleküle, überein. In einem solchen Fall hängt die Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration<br />
aller Ausgangsstoffe ab und steigt, wenn deren Konzentration erhöht wird.<br />
3.1. Folgereaktionen<br />
Die meisten organisch-chemischen Umsetzungen verlaufen nicht in einem Reaktionsschritt,<br />
sondern in mehreren Schritten über eine Folge von Elementarreaktionen. Der Reaktionsmechanismus<br />
wird dabei durch die Art und Zahl dieser Elementarreaktionen, ihre zeitliche<br />
Folge und die auftretenden Zwischenprodukte bestimmt.<br />
Eine Reaktion nach der stöchiometrischen Gleichung [C.31] kann z. B. in zwei Schritten<br />
über ein Zwischenprodukt Z verlaufen:<br />
A ^ Z [C.33]<br />
K-1<br />
Z + B -^* C [C.34]<br />
Wie in Abbildung C.35 angedeutet, ist das Zwischenprodukt Z häufig eine energiereiche<br />
Verbindung, z. B. ein Ion oder Radikal, und daher sehr reaktionsfähig (AG^1, AG^ ki). Es wird in dem Maße, wie es entsteht, sofort wieder verbraucht und liegt nur in<br />
sehr geringer Konzentration vor (Bodenstein'sches Stationaritätsprinzip). Für die Gesamtreaktion<br />
ergibt sich dann die Geschwindigkeitsgleichung:<br />
[C.36]
a)<br />
Reaktionskoordinate<br />
Abb. C.35<br />
Energieprofile für eine Zweistufenreaktion ([C.33]/[C34])<br />
C. 3. Zum zeitlichen Ablauf organisch-chemischer Reaktionen 153<br />
b)<br />
AG2*<br />
Reaktionskoordinate<br />
Dieses komplizierte Zeitgesetz geht für zwei praktisch wichtige Sonderfälle in ein einfacheres über:<br />
a) Wenn k_i < k2[B] ist (Abb. C35a), ergibt sich aus [C36]<br />
ü = ki[A], [C.37]<br />
ein Zeitgesetz erster Ordnung, das mit dem für den ersten Reaktionsschritt [C.33] übereinstimmt. Die<br />
Bildung des Zwischenprodukts Z ist demzufolge hier der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der<br />
Reaktion [C.31]. Im Zeitgesetz für die Gesamtreaktion erscheint nur die Konzentration der an diesem<br />
Schritt beteiligten Reaktionspartner, also nur die Konzentration von A und nicht die der an den folgenden<br />
Schritten beteiligten Stoffe (B), die Reaktionsgeschwindigkeit läßt sich also durch die Erhöhung<br />
von [B] nicht vergrößern.<br />
Charakteristische Beispiele für diesen Fall sind monomolekulare nucleophile Substitutionen (D.2.1.1.)<br />
sowie monomolekulare Eliminierungen (D.3.1.1.1.).<br />
b) Wenn andererseits k_i > k2[B] ist (Abb. C.35b), kann k2[B] im Nenner von [C.36] vernachlässigt werden,<br />
und man erhält ein Zeitgesetz zweiter Ordnung<br />
,[A][B] = JT1MA]P],<br />
[C.38]<br />
dessen Geschwindigkeitskonstante k das Produkt aus der Geschwindigkeitskonstante des zweiten Reaktionsschrittes<br />
k2 und der Gleichgewichtskonstante des diesem vorgelagerten ersten Reaktionsschrittes<br />
Ki ist. Eine große Reaktionsgeschwindigkeitskonstante k kann deshalb sowohl auf einer hohen Reaktivität<br />
(k2) als auch auf einer hohen Bildungstendenz (Konzentration) ([Z] -Ki) des Zwischenproduktes<br />
Z beruhen. Gewöhnlich haben in hoher Konzentration gebildete Zwischenstoffe eine geringe Reaktivität;<br />
großen Werten von K1 stehen kleine von k2 gegenüber und umgekehrt. Es gibt häufig ein Optimum<br />
von k bei mittleren Reaktivitäten der Zwischenprodukte.<br />
Beispiele für den Fall (b) [C.38] sind viele säure-(base-)katalysierte Reaktionen, bei denen reaktionsfähige<br />
Zwischenprodukte (Z) auftreten, die durch Protonierung (bzw. Deprotonierung) aus dem Substrat<br />
(A) in einem vorgelagerten Säure-Base-Gleichgewicht gebildet werden (z. B. D.4.I.3., D.7.1.4.<br />
u. a.).<br />
3.2. Konkurrenzreaktionen<br />
Bei organisch-chemischen Umsetzungen muß man häufig mit Nebenreaktionen (Parallel-,<br />
Konkurrenz-, Simultanreaktionen) rechnen. Eine Verbindung A reagiert also gleichzeitig z. B.<br />
mit zwei Stoffen B und C zu den Produkten D und E:<br />
A + B<br />
A + C<br />
D<br />
E<br />
[C.39]
154 C. Einige allgemeine Grundlagen<br />
Bei irreversiblen Konkurrenzreaktionen gleicher Ordnung ist das Verhältnis der Konzentrationen<br />
der gebildeten Produkte D und E während der gesamten Reaktion konstant und damit<br />
ein Maß für die relative Reaktivität der Verbindungen B und C gegenüber A (vgl. hierzu auch<br />
die Reaktivitätsreihen in D. 1.3. und D.2.2):<br />
M.<br />
[E\<br />
Es ist nicht notwendig, daß B und C unterschiedliche Verbindungen darstellen, es kann sich<br />
auch um zwei verschiedene Positionen innerhalb desselben Moleküls handeln, die zur Reaktion<br />
mit A befähigt sind. Substanzen mit derartigen Eigenschaften bezeichnet man als ambifunktionell<br />
oder ambident (vgl. Abb. C.80, Kap. D.2.3., D.5.I.2., D.7.2.1.10., D.7.4.2.I.).<br />
Kompliziertere Verhältnisse liegen vor, wenn eine oder mehrere Konkurrenzreaktionen<br />
umkehrbar sind. Ein Stoff A reagiere z. B. reversibel zu B und außerdem nicht umkehrbar zu C:<br />
C -±- A ^ B [CAl]<br />
K-1<br />
Es gelte ki > k_i > k2.<br />
Von den Konkurrenzprodukten sei C das thermodynamisch stabilere. Kurze Zeit nach<br />
Beginn der Reaktion wird sich infolge des hohen Werts von ki bzw. der günstigen Gleichgewichtslage<br />
der Reaktion A ^ B (K = ki/k_i) eine relativ große Menge B gebildet haben,<br />
während von C infolge der kleinen Geschwindigkeitskonstante k2 nur wenig entstanden ist.<br />
Bricht man die Reaktion zu diesem Zeitpunkt ab, läßt sich B als bevorzugtes Produkt isolieren.<br />
Man spricht in diesem Falle von kinetischer Kontrolle der Reaktion. Läßt man die Reaktion<br />
dagegen weiterlaufen, so wird das Produkt A dem Gleichgewicht A ^ B in der langsamen<br />
Konkurrenzreaktion zu C (k2) entzogen. Entsprechend der Gleichgewichtslage muß deshalb<br />
weiteres B in A übergehen, das zu C reagiert, so daß schließlich die gesamte Menge B in das<br />
thermodynamisch stabilere C umgewandelt wird. C läßt sich deswegen als hauptsächliches<br />
Reaktionsprodukt isolieren, wenn man die Reaktion bis zum Ende führt. Man spricht in diesem<br />
Falle von einem „thermodynamisch kontrollierten Reaktionsprodukt". Beispiele hierfür<br />
sind die Sulfonierung von Naphthalen, vgl. [5.21], und die Friedel-Crafts-Alkylierung, vgl.<br />
D.5.1.7.<br />
Da Konkurrenzreaktionen normalerweise nicht die gleichen Aktivierungsenergien haben,<br />
sprechen ihre Reaktionsgeschwindigkeiten auf eine Änderung der Reaktionstemperatur unterschiedlich<br />
an (vgl. [C.25]). Reaktionen mit hohen Aktivierungsenergien werden bei Temperaturerhöhung<br />
stärker beschleunigt als solche mit niedrigeren.<br />
Auch die Lage von Gleichgewichten von Konkurrenzreaktionen wird durch Temperaturänderungen<br />
unterschiedlich beeinflußt.<br />
3.3. Einfluß von Lösungsmitteln auf die Reaktivität<br />
Da die Solvatation auf Coulomb-, Dispersions-, Pol/Dipol-Kräftetv und spezifischen chemischen<br />
Wechselwirkungen (z. B. Wasserstoffbrücken, Elektronenpaardonator-Acceptor-Wechselwirkungen)<br />
beruht, hängen ihre Art und Intensität sowohl von den Eigenschaften der gelösten<br />
Teilchen als auch von denen des Lösungsmittels ab.<br />
Durch Solvatation wird die Energie von Verbindungen und Übergangszuständen (vgl. Abb.<br />
C.12) in Lösungen gegenüber der im Gaszustand z. T. drastisch erniedrigt. Das Solvatationsvermögen<br />
der Lösungsmittel kann dadurch die Geschwindigkeit und auch die Gleichgewichtslage<br />
von Reaktionen beeinflussen. Deshalb kommt der Kenntnis des Solvatationsvermögens<br />
der Lösungsmittel für die gezielte Auswahl geeigneter Reaktionsmedien große Bedeutung zu.
C. 3. Zum zeitlichen Ablauf organisch-chemischer Reaktionen 155<br />
Ein grobes Maß für die Solvatationseigenschaften von Lösungsmitteln ist z. B. die Dielektrizitätskonstante<br />
(e), die im wesentlichen die elektrostatischen Wechselwirkungen mit Ionen und<br />
polaren Substanzen bestimmt. Je höher die Dielektrizitätskonstante, um so polarer ist in erster<br />
Näherung ein Lösungsmittel und desto größer ist sein Solvatationsvermögen gegenüber geladenen<br />
oder polaren Stoffen. Die Dielektrizitätskonstante ist jedoch eine makroskopische<br />
Größe und beschreibt deshalb die spezifischen Wechselwirkungen zwischen Lösungsmittel und<br />
gelösten Stoff im molekularen Bereich nicht zutreffend. Es gibt deshalb eine Reihe von Versuchen,<br />
den Lösungsmitteleinfluß auf bestimmte Reaktionstypen durch empirische Parameter<br />
(z. B. £T-Werte, vgl. A.3.5.1.) in Ein- und Mehrparametergleichungen zu erfassen. Sie stellen<br />
Anwendungen der linearen Beziehung zwischen Gibbs-Energien (freien Enthalpien) dar (zu<br />
LFE-Beziehungen vgl. [C30] und C.5.2.).<br />
Man unterscheidet die folgenden Gruppen von Lösungsmitteln:<br />
- unpolare und schwach polare Lösungsmittel<br />
Zu dieser Gruppe gehören Kohlenwasserstoffe (s = 2) und Ether, wie z. B. Dioxan (e = 2,2),<br />
Diethylether (e = 4,2), Tetrahydrofuran (s = 7,4). Die Ether besitzen nucleophile Eigenschaften.<br />
- polare protonische Lösungsmittel<br />
Diese Gruppe umfaßt solche wichtigen Lösungsmittel wie Wasser (s = 78), Alkohole, Carbonsäuren,<br />
Ammoniak und Formamid (s = 109). Infolge ihrer hohen Dielektrizitätskonstante<br />
wirken sie dissoziierend auf lonenpaare und Salze. Außerdem können sie durch ihre<br />
freien Elektronenpaare Stoffe mit Elektronenunterschußzentren (z. B. Kationen) nucleophil<br />
und durch ihre aciden Wasserstoffatome Elektronenüberschußzentren (z. B. Anionen)<br />
elektrophil durch Solvatation stabilisieren. Diese Eigenschaften kommen bereits darin zum<br />
Ausdruck, daß diese Lösungsmittel normalerweise assoziiert vorliegen.<br />
Die Tendenz zur Wasserstoffbrückenbildung steigt mit der Säurestärke des Lösungsmittels<br />
an und ist daher z. B. bei der Ameisensäure besonders ausgeprägt.<br />
- polare aprotonische Lösungsmittel<br />
In diese Gruppe nucleophiler Lösungsmittel gehören: Aceton (s = 20), Acetonitril (e = 37),<br />
Nitromethan (e = 37), Dimethylsulfoxid (s = 47), Tetrahydrothiophen-l,l-dioxid (SuIfolan,<br />
£ = 44), Dimethylformamid (E = 37), Hexamethylphosphorsäuretriamid (s = 30), Tetramethylharnstoff<br />
(s = 23), tyAf'-Dirnethyl-propylenharnstoff (DMPU), Ethylen- und Propylencarbonat<br />
(s - 65), Diether des Ethylenglycols u. a.<br />
Da diese Verbindungen keine ausreichend aciden Wasserstoffatome besitzen, können<br />
Anionen nicht durch Wasserstoffbrückenbindungen, sondern nur durch die wesentlich<br />
schwächeren Dispersionskräfte solvatisiert werden. Vertreter mit einem s > 30 wirken auf<br />
lonenpaare und Salze dissoziierend.<br />
3.4. Katalyse<br />
Viele Reaktionen lassen sich beschleunigen, indem man einen Katalysator zusetzt. Der Katalysator<br />
reagiert mit einem Ausgangsstoff unter Bildung eines reaktiven Zwischenprodukts, das<br />
sich unter Rückbildung des Katalysators zu den Produkten umsetzt. Dadurch wird ein neuer<br />
Reaktionsweg zum Endprodukt eröffnet, der eine niedrigere Aktivierungsenergie benötigt als<br />
die nicht katalysierte Reaktion.<br />
Die energetischen Beziehungen zwischen den Ausgangs- und Endstoffen bleiben dabei<br />
unverändert, so daß ein Katalysator keinerlei Einfluß auf die Lage eines Gleichgewichts hat; er<br />
beschleunigt Hin- und Rückreaktion gleichermaßen.
156 C. Einige allgemeine Grundlagen<br />
Wir betrachten die durch H^Ionen katalysierte Enolisierung eines Methylketons:<br />
O k ^ OH OH<br />
// ß} KI © / /(9 / ff)<br />
H3C-C + H u ^==: H3C-Cx —^ H2C=C + H [C.42]<br />
R *- 1 R R<br />
Mit Hilfe des Bodenstein-Prinzips erhält man das Zeitgesetz [C43a]:<br />
i- = *"^H" ' = *[H®][Keton] = Jf[Keton] [C.43]<br />
k-2 ^-<br />
(a) (b) (c)<br />
Da der Katalysator H® in der Reaktion nicht verbraucht wird, bleibt seine Konzentration konstant, und man<br />
erhält bei der experimentellen Bestimmung das Zeitgesetz [C43c] mit einer Reaktionsgeschwindigkeitskonstante<br />
K = k [H®]. Wird die H®-Konzentration erhöht, so steigt auch der Wert von k? und damit die Reaktionsgeschwindigkeit.<br />
Division von k? durch die H®-Konzentration liefert k des Geschwindigkeitsgesetzes (b).<br />
Ein Katalysator ist demnach ein Stoff, der in die Geschwindigkeitsgleichung, nicht aber in<br />
die stöchiometrische Gleichung der Reaktion eingeht.<br />
Beispiele für säure- und base-katalysierte Reaktionen finden sich im Kapitel D.7., für die<br />
Katalyse durch Lewis-Säuren in D.2.2.I., D.5.I.5., D.5.1.7. u. a., für die Katalyse durch Übergangsmetallkomplexe<br />
in D.4.5.<br />
Bei heterogen katalysierten Reaktionen, in denen ein Feststoff als Katalysator eingesetzt<br />
wird, werden die Zwischenstoffe durch Chemisorption der Reaktanden auf der Katalysatoroberfläche<br />
gebildet. Hier kommen zu den chemisch-kinetischen Vorgängen die Transportvorgänge<br />
der Andiffusion der Ausgangsstoffe an den Katalysator und der Abdiffusion der Reaktionsprodukte<br />
vom Katalysator hinzu, so daß sich häufig recht komplizierte Geschwindigkeitsgleichungen<br />
ergeben. Beispiele für heterogen katalysierte Reaktionen vgl. D.4.5.2. und D.6.3.2.<br />
Transportvorgänge spielen auch bei der in D.2.4.2. näher beschriebenen Phasentransferkatalyse<br />
eine Rolle.<br />
4. Säure-Base-Reaktionen<br />
Säure-Base-Reaktionen sind typische Gleichgewichtsreaktionen. Da sehr viele organischchemische<br />
Umsetzungen heterolytisch, d. h. als Säure-Base-Reaktionen verlaufen (vgl. C.I.),<br />
hat ihre quantitative Erfassung allgemeine Bedeutung für das Problem der Reaktivität in der<br />
organischen Chemie. Nach BRÖNSTED sind Verbindungen, die Protonen abzugeben vermögen,<br />
Säuren (Protonendonatoren) und Stoffe, die Protonen aufnehmen können, Basen (Protonenacceptoren):<br />
A-H ^== A 0 + H @<br />
Säure Base + Proton<br />
Die protonierte Base (A-H) wird auch als konjugierte Säure der^ase (A e ) bezeichnet.<br />
[C.44a]<br />
Der Säure-Base-Charakter ist nicht an einen bestimmten Ladungszustand des Moleküls gebunden (man<br />
vergleiche die Säuren H-Cl, H-NH®, HSO®).<br />
Die Reaktion zwischen einer Brönsted-Säure und einer Brönsted-Base besteht in der Übertragung<br />
eines Protons von der Säure auf die Base:<br />
A-H + B ^==^ A 0 + H-B®<br />
Säure 1 Base 2 Base 1 Säure 2<br />
[C.44b]
C. 4. Säure-Base-Reaktionen 157<br />
Aus der Gleichung ergibt sich, daß Acidität und Basizität stets miteinander korrespondieren,<br />
also nicht voneinander losgelöst vorhanden sein können. Acidität und Basizität sind relative<br />
Größen, die vom jeweiligen Reaktionspartner und vom Reaktionsmedium abhängen.<br />
In der wäßrigen Lösung einer Säure fungiert Wasser als Base:<br />
A-H + H2O ^=^ A 0 + H3O 0 [C.44c]<br />
Die mit der Wasserkonzentration multiplizierte Gleichgewichtskonstante dieser Reaktion, die<br />
konventionelle Aciditätskonstante Ks<br />
v _ [H*][A C ]<br />
ist ein Maß für die Acidität einer Brönsted-Säure in wäßriger Lösung. Ihr negativer dekadischer<br />
Logarithmus wird in Analogie zum pH-Wert als pKs-Wert bezeichnet („Dissoziationsexponent"):<br />
= P*S [C.46]<br />
Er ist um so kleiner, je stärker sauer die Verbindung A-H ist.<br />
In der wäßrigen Lösung einer Base B fungiert das Wasser als Säure:<br />
B + H2O ^^ HB 0 + OH 0 [C.47]<br />
Als Maß für die Basizität dient analog der pKB-Wert, der negative dekadische Logarithmus<br />
der konventionellen Basizitätskonstanten KB der Base.<br />
Die Acidität von HB®, der korrespondierenden Säure der Base B, läßt sich durch dessen<br />
pKs-Wert PKB erfassen:<br />
HB® + H2O ^== B + H30® [C.48]<br />
Da in wäßriger Lösung Acidität und Basizität eines korrespondierenden Säure-Base-Paares<br />
über das lonenprodukt des Wasser (Kw = 10-n l 2 -mol- 2 bei 25 0 C) verknüpft sind, gilt:<br />
PKB + PKHB® - 14 bzw. PKHA+ P^A 0 = 14 [C.49]<br />
Zur besseren Vergleichbarkeit gibt man auch bei Basen häufig den Dissoziationsexponenten<br />
in der pKs-Skala an, man benutzt also den Säure-Dissoziationsexponenten der korrespondierenden<br />
Säure PKHB® als Maß für die Stärke der Base B.<br />
Die korrespondierende Säure einer Base ist um so schwächer, d. h. der pKHB®-Wert um so<br />
größer, je stärker die Base ist.<br />
Eine Auswahl von pKs-Werten ist in Tabelle C.50 zusammengestellt. Die Werte lassen<br />
erkennen, daß Acidität und Basizität empfindlich von den Substituenten im Molekül abhängen.<br />
pKs-Werte werden deshalb auch herangezogen, um Substituenteneffekte quantitativ zu<br />
charakterisieren (vgl. C.5.2.).<br />
Da die Energie der an einer Säure-Base-Reaktion beteiligten Ionen sehr von ihrer Solvatation<br />
abhängt, sind Acidität und Basizität stark lösungsmittelabhängig. In aprotonischen<br />
Medien sind z. B. Anionen sehr viel schwächer solvatisiert als in protonischen Lösungsmitteln,<br />
die zu Wasserstoffbrückenbindungen mit Anionen befähigt sind (s. C.3.3.). Darauf beruht die<br />
enorme Zunahme der Basizität (und Nucleophilie) von Anionen beim Übergang von Wasser<br />
in aprotonische Lösungsmittel.<br />
Man vergleiche die großen Unterschiede der pKs-Werte von Halogenwasserstoffen, Carbonsäuren, Phenolen<br />
und Alkoholen in Wasser und DMSO. Zum Beispiel haben Carboxylationen in Wasser eine um<br />
6 p/C-Einheiten geringere Basizität als aliphatische Amine, in DMSO dagegen sind sie basischer als diese!
158 C. Einige allgemeine Grundlagen<br />
Tabelle C.50<br />
PK5-Werte (in Wasser und Dimethylsulfoxid, 25 0 C)<br />
Säure<br />
H3C-H<br />
CH3CH2-H<br />
C6H5CH2-H<br />
H2C=CHCH2-H<br />
H2C=CH-H<br />
O- \=/<br />
HC=C-H<br />
N-CCH2-H<br />
CH3COCH2-H<br />
N=C-H<br />
HO-H<br />
CH3O-H<br />
C6H5O-H<br />
CH3COO-H<br />
C6H5COO-H<br />
e<br />
H2O-H<br />
©<br />
CH3OH-H<br />
©<br />
(CHs)2O-H<br />
CH3C(O-H)I<br />
©<br />
(CHa)2C=O-H<br />
Wasser<br />
«50<br />
«50<br />
«40<br />
«40<br />
«40<br />
«40<br />
«25<br />
=25<br />
20<br />
9,2<br />
15,74<br />
16<br />
10,0<br />
4,76<br />
4,21<br />
-1,74<br />
-2,2<br />
-3,8<br />
-6<br />
-1<br />
DMSO<br />
56<br />
43<br />
44<br />
31,3<br />
26,5<br />
12,9<br />
31,2<br />
29,0<br />
18,0<br />
12,3<br />
11,1<br />
Säure<br />
H2N-H<br />
CH3NH-H<br />
C6H5NH-H<br />
CH3CONH-H<br />
C2H5NH2-H<br />
(C2Hg)3N-H<br />
©<br />
H3N-H<br />
C6H5(NH2-H<br />
©<br />
CH3CONH2-H<br />
©<br />
CH3C=N-H<br />
HS-H<br />
C2H5S-H<br />
C6H5S-H<br />
(CH3)J-H<br />
0<br />
CH3SH-H<br />
F-H<br />
CI-H<br />
Br-H<br />
I-H<br />
Wasser<br />
35<br />
35<br />
25<br />
17<br />
10,6<br />
9,76<br />
9,24<br />
4,6<br />
-1<br />
-10<br />
7,00<br />
10,6<br />
-5<br />
-7<br />
-7<br />
-9<br />
-10<br />
6,5<br />
3,2<br />
DMSO<br />
Für viele organische Reaktionen ist es wichtig, daß amphotere Verbindungen, wie HO-H,<br />
RO-H, RCOO-H, je nach dem Reaktionspartner sowohl als Säuren wie als Basen reagieren<br />
können, so daß sie durch zwei pKs-Werte, PKHA bzw. PKHB®» charakterisiert sind, z. B.:<br />
CH3CH2OH2<br />
CH3CH2OH<br />
©<br />
H2O ^==: CH3CH2OH + H3O<br />
H2O ^== CH3CH2QI 0 + H3O 0<br />
= 2.2<br />
PKHA = 18<br />
41<br />
30,6<br />
25,5<br />
11,0<br />
9,0<br />
10,5<br />
3,6<br />
10,3<br />
15<br />
1,8<br />
0,9<br />
[C.51]<br />
[C52]<br />
Die protonierte Form der Alkohole [C.51] hat u. a. Bedeutung bei der durch Mineralsäuren<br />
katalysierten Bildung von Ethern (s. D.2.5.2.), der Veresterung durch anorganische Säuren<br />
(s. D.2.5.1.) und der sauer katalysierten Olefinbildung (s. D.3.I.4.). Die protonierte Form von<br />
Carbonsäuren R-C(OH)^ ist bei der Esterbildung mit Alkoholen wichtig (vgl. [7.39]).<br />
Man beachte, welch außerordentlich starke Säuren durch die Protonierung von Carbonylund<br />
Carboxylgruppen zustande kommen (vgl. Tab. C.50)!<br />
Nach der Definition von LEWIS bezeichnet man Verbindungen, die infolge einer unvollständig<br />
besetzten äußeren Elektronenschale als Elektronenpaar-Acceptoren fungieren, als Lewis-
C. 5. Einflüsse von Substituenten auf die Elektronendichteverteilung 159<br />
Säuren, während Lewis-Basen Verbindungen mit n- oder rr-Elektronen sind, die als Elektronenpaar-Donatoren<br />
wirken, z. B.:<br />
Lewis-Säuren<br />
H®, R3C 0 , BF3, AICI3, R2CI (Carbene), R-HaI, R2C=O (am C=) [C.53]<br />
Lewis-Basen<br />
Anionen, INR3, R-Q-R, R2C=CR2, Aromaten, R2C=Q (am =O) [C.54]<br />
Die Säure-Base-Definitionen von BRÖNSTED und LEWIS decken sich nicht. Man mache sich<br />
das an den Beispielen [C.53] und [C.54] klar.<br />
Bei polaren Reaktionen sind die elektrophilen Reaktionspartner Lewis-Säuren, die nucleophilen<br />
Lewis-Basen. Ihre Reaktivität geht häufig ihrer Lewis-Acidität bzw. -Basizität parallel.<br />
Als Maße für die nudeophile Reaktivität (Nudeophilie) von Reagenzien werden die Geschwindigkeitskonstanten<br />
ihrer Reaktionen mit einem bestimmten elektrophilen Substrat verwendet.<br />
Analog dienen als Maße für die Elektrophilie die Geschwindigkeitskonstanten der Reaktionen<br />
elektrophiler Reagenzien mit einem bestimmten Nucleophil. Nucleophilie und Elektrophilie<br />
sind also (im Gegensatz zu Acidität und Basizität) kinetisch definiert. Es handelt sich um relative<br />
Größen, die vom Reaktionspartner und vom Reaktionsmedium abhängen. Gegenüber verschiedenen<br />
elektrophilen (nucleophilen) Reaktionspartnern und in verschiedenen Lösungsmitteln<br />
gelten meist auch unterschiedliche Reihenfolgen und Abstufungen der Nucleophilie<br />
(Elektrophilie) von Reagenzien; vgl. hierzu nucleophile Substitutionen, D.2.2.2.<br />
Die Stärke und Reaktivität von Lewis-Säuren (Elektrophilen) und -Basen (Nucleophilen)<br />
hängen wesentlich davon ab, ob sie „hart" oder „weich" sind.<br />
Harte Lewis-Säuren reagieren bevorzugt mit harten Basen und weiche Säuren bevorzugt mit<br />
weichen Basen (HSAB-Konzept 1 ) nach PEARSON: vgl. hierzu auch C.6.).<br />
Die Härte einer Lewis-Säure oder -Base nimmt mit steigender Ladungsdichte und abnehmender<br />
Polarisierbarkeit zu, die Weichheit umgekehrt mit abnehmender Ladungsdichte und<br />
steigender Polarisierbarkeit. 0<br />
Demnach sind harte Säuren z. B. H 0 , BF3, AlCl3, SO3, RC=O, harte Basen z. B. H2O, HO 0 ,<br />
F 0 , CH3COO 0 , ROH, NH3.<br />
Zu den weichen Lewis-Säuren gehören vor allem Übergangsmetallionen in niedrigen<br />
Ladungsstufen, Radikale (z. B. Cl*, Br*, RO*, R*) und Carbene; zu den weichen Basen R2S,<br />
RSH, R3P, I e , SCN 0 , CN e , Olefine, Aromaten, H e und R e .<br />
5. Einflüsse von Substituenten auf die Elektronendichteverteilung<br />
und die Reaktivität organischer Moleküle<br />
5.1. Polare Effekte von Substituenten<br />
Polare Substituenten verändern auf Grund ihres Elektronendonator- bzw. -acceptorvermögens<br />
die Elektronendichteverteilung (Ladungsverteilung) in organischen Molekülen. Sie beeinflussen<br />
daher deren Reaktionsverhalten.<br />
Elektronenacceptorsubstituenten (X) erniedrigen im Vergleich zu X = H die Elektronendichte<br />
am Reaktionszentrum (Z) einer Verbindung. Sie begünstigen den Angriff eines nucleophilen<br />
Reagens (|Nu) und hemmen den eines elektrophilen Partners (E):<br />
1 J Hard and Soft Acids and Bases
160 C. Einige allgemeine Grundlagen<br />
X-R^Z -MNu X-R-Zr + E<br />
erhöhte Reaktivität erniedrigte Reaktivität<br />
[C.55]<br />
Elektronendonatorsubstituenten (Y) dagegen erhöhen die Elektronendichte am Reaktionszentrum<br />
verglichen mit Y = H. Sie erniedrigen die Reaktivität der Verbindung gegenüber<br />
nucleophilen Reagenzien und erhöhen sie gegenüber Elektrophilen:<br />
Y- 1 R-Y^INu Y- 1 R-ZI^E<br />
erniedrigte Reaktivität erhöhte Reaktivität<br />
[C.56]<br />
Die Kenntnis der polaren Substituenteneffekte gestattet somit, die Reaktivität organischer<br />
Verbindungen abzuschätzen.<br />
Induktionseffekt<br />
Der Induktions- (oder Feld-)effekt beruht im wesentlichen auf der elektrostatischen Anziehung<br />
oder Abstoßung zwischen Substituent und Molekülrest. Er gehorcht dem Coulomb-<br />
Gesetz und klingt demzufolge bereits nach kurzer Entfernung vom Substituenten (Kette von<br />
mehr als drei C-Atomen) ab.<br />
Zur Klassifizierung ordnet man einem Substituenten einen -!-Effekt zu, wenn er bei Bindung<br />
an ein Kohlenstoffatom die Bindungselektronen stärker anzieht als ein Wasserstoffatom.<br />
Das Umgekehrte gilt für den +!-Effekt.<br />
Der !-Effekt nimmt mit steigender Elektronegativität (Positivität) und Ladung der Substituenten<br />
zu. Der -!-Effekt ist um so größer, je weiter rechts und je weiter oben das Zentralatom<br />
eines Substituenten im Periodensystem steht. Ungesättigte Gruppen üben ohne Ausnahme<br />
einen -!-Effekt aus, der mit zunehmendem s-Charakter der Hybridorbitale ansteigt (Doppelbindung<br />
< Dreifachbindung).<br />
Relative Größe und Richtung des Induktionseffekts verschiedener Substituenten sind im<br />
folgenden zusammengestellt:<br />
-I: -NR2 < -OR < -F -I < -Br < -Cl < -F<br />
-NR3 < -OR2<br />
-NR2 < =NR < =N<br />
-CR-CR2 < -J~\ < -C=CR [C.57]<br />
-H: -Ql 0 < -S-R<br />
Auch den Alkylgruppen wurde lange Zeit ein +!-Effekt zugeschrieben. Dieser ist aber nur<br />
sehr klein, annähern gleich null. Alkylgruppen sind jedoch auf Grund ihrer Polarisierbarkeit<br />
befähigt, sowohl benachbarte positive als auch negative Ladungen zu stabilisieren. Dieser<br />
Polarisierbarkeitseffekt steigt mit der Größe der Substituenten in der Reihe an:<br />
CH3 CH3<br />
-CH3 < -CH2-CH3 < -CH < -C-CH3 [C.58]<br />
CH3<br />
CH3<br />
Als Maß für Größe und Richtung des Induktionseffektes eines Substituenten kann man die<br />
induktive Substituentenkonstante a\ heranziehen, vgl. Tab. C.74. (Man beachte, daß die Vorzeichengebung<br />
umgekehrt wie bei den Substituentenkonstanten ist!)
C 5. Einflüsse von Substituenten auf die Elektronendichte Verteilung 161<br />
Der Induktionseffekt ist sowohl in gesättigten als auch ungesättigten Verbindungen wirksam.<br />
In gesättigten Molekülen ist er der allein wirkende polare Effekt eines Substituenten.<br />
Mesomeriee/jfekt<br />
Neben dem Induktionseffekt üben Substituenten einen Mesomerieeffekt aus, wenn sie an ein<br />
ungesättigtes System oder ein Atom mit einsamen Elektronenpaar gebunden sind und mit diesem<br />
in Konjugation treten können.<br />
Als Konjugation wird nach dem quantenchemischen Modell die Überlappung eines doppelt-,<br />
einfach- oder unbesetzten p-Orbitals des Substituenten mit dem Ti-MO einer benachbarten<br />
Doppelbindung aufgefaßt. Auf diese Weise ist eine Delokalisation der rc-Elektronen möglich,<br />
und es ergeben sich charakteristische Änderungen gegenüber nicht konjugierten Verbindungen,<br />
wie ein geringerer Energieinhalt (Stabilisierung), eine Verkürzung der (formalen) Einfachbindungslängen<br />
und eine modifizierte Ladungsverteilung. Die Elektronenverteilung in<br />
konjugierten Verbindungen läßt sich deshalb nicht mehr durch eine einzige Strukturformel<br />
erfassen. Man beschreibt den tatsächlichen Zustand eingrenzend durch mehrere Grenzformeln,<br />
die sich eng an die klassischen Strukturformeln anlehnen, z. B.:<br />
_ © _ß 8+ 8~<br />
H3C-CH=CH-CH=Q - H3C-CH-CH=CH-QI = H3C-CH=CH=CH=O [C.59]<br />
H2N-CH=Q H2N=CH-QI 0 = H2N =CH=O [C.60]<br />
H2C=CH-Sl - H2C-CH=CI 0 = H2C =CH=CI [C.61]<br />
Die Grenzformeln sind lediglich Schreibhilfen; sie haben keine physikalische Realität. Deshalb darf der<br />
Doppelpfeil keinesfalls mit dem Symbol ^± für Gleichgewichte verwechselt werden. Die reale Elektronendichteverteilung<br />
ergibt sich ungefähr durch die Überlagerung der Grenzformeln und kann durch die jeweils<br />
rechts stehenden Formeln in [C.59] bis [C.61] ausgedrückt werden. Solche Formeln haben allerdings den<br />
Nachteil, daß sie die Zahl der delokalisierten Elektronen nicht erkennen lassen.<br />
Die Erscheinung, daß die tatsächliche Struktur eines Moleküls zwischen den zu ihrer<br />
Beschreibung benutzten (fiktiven) Grenzformeln liegt, wird als Mesomerie („zwischen den Teilen")<br />
bezeichnet. Der Mesomerie-Effekt eines Substituenten erhält jeweils das Vorzeichen, das<br />
die Ladung der betrachteten Gruppe annimmt. 1 ) Zum Beispiel besitzt in [C.59] und [C.60] die<br />
C=O-Gruppe einen -M- und in [C.61] das Cl-Atom einen +M-Effekt.<br />
Der +M-Effekt ist um so größer, je weiter links der Substituent innerhalb einer Periode des<br />
Periodensystems steht und je höher seine (negative) Ladung ist. Das Umgekehrte gilt für den<br />
-M-Effekt. Über einige Abstufungen unterrichtet die nachfolgende Zusammenstellung:<br />
l Die Vorzeichengebung ist umgekehrt wie bei den Substituentenkonstanten er, vgl. C.5.2.
162 C. Einige allgemeine Grundlagen<br />
+M: -F) < -QR < -NR2<br />
-Il < -BrI < -CII < -FP [C.62]<br />
-QR < -Ql 0<br />
_ ©<br />
-M: =NR < =NR2<br />
=CR2 < =NR < =0 [C.63]<br />
=CR < =NI<br />
*) Diese Reihenfolge beruht darauf, daß sich die für eine Konjugation in Frage kommenden Elektronen<br />
beim Kohlenstoffatom in einem 2p-Orbital (bzw. dem entsprechenden Hybrid-Orbital) befinden und<br />
ebenso im Fluoratom. Die entsprechenden Orbitale des Chlor-, Brom- und lodatoms sind dagegen vom<br />
Typ 3p, 4p und 5p, wodurch die räumlichen Verhältnisse für die Überlappung mit dem Kohlenstoff-2p-<br />
Orbital ungünstiger werden.<br />
In geringerem Ausmaß sind auch die a-Elektronen gesättigter Reste in der Lage, mit<br />
Ti-Elektronensystemen in Konjugation zu treten (Hyperkonjugatiori). Darauf beruhen die kleinen<br />
+M-Effekte von Alkylgruppen.<br />
Mesomeriefähige Gruppen üben stets noch einen Induktionseffekt aus, der dem Mesomerieeffekt<br />
gleichgerichtet oder entgegengerichtet sein kann. Beim Cl überwiegt der -I- den +M-<br />
Effekt, so daß Cl (an einen ungesättigten Rest gebunden) insgesamt ein Elektronenacceptor<br />
ist; im Gegensatz dazu gilt für NR2: -I < +M, und NR2 besitzt insgesamt Donoreigenschaften.<br />
Da die Größe vor allem des M-Effekts stark vom übrigen Molekülteil abhängt (vgl. hierzu die<br />
elektrophile Zweitsubstitution am Aromaten, D.5.I.2.), ist die Abschätzung des summarischen<br />
Effekts nicht immer leicht. In dieser Hinsicht sind die Hammett-Substituentenkonstanten (vgl.<br />
Tab. C.74) wertvoll, die die gemeinsame Wirkung des induktiven und mesomeren Effekts eines<br />
an einen Benzenring gebundenen Substituenten wiedergeben.<br />
Durch geeignete Zerlegung dieser summarischen Substituentenkonstante läßt sich ein quantitatives<br />
Maß für den Mesomerieeffekt in Form der Konstante
C. 5. Einflüsse von Substituenten auf die Elektronendichte Verteilung 163<br />
H<br />
R2N-CH=C [C.66]<br />
Ar<br />
und die chemische Verschiebung des zur Carboxylgruppe vinylogen Protons Jm 1 H-NMR-SpCktrum<br />
der Crotonsäure (vgl. Abb. E.38).<br />
5.2. Quantitative Behandlung von polaren Substituenteneffekten.<br />
Hammett-Gleichung<br />
Empirisch wurde gefunden, daß polare Substituenten in der gleichen Reihenfolge, wie sie die Acidität von<br />
Säuren und die Basizität von Basen verändern, auch die Reaktivität organischer Verbindungen beeinflussen.<br />
Im Falle der Reaktionen m- und p-substituierter Benzenderivate kann diese Korrelation quantitativ<br />
beschrieben werden. Die Logarithmen der Geschwindigkeitskonstanten der Reaktionen substituierter<br />
Benzene stehen mit den Logarithmen der Dissoziationskonstanten Ks (= -pKs) der entsprechend substituierten<br />
Benzoesäuren in einer linearen Beziehung (Abb. C.68):<br />
Ig k = p Ig K8 + b p Reaktionskonstante [C.67]<br />
[C.67] ist eine Form der bereits in [C.30] vorgestellten linearen Beziehung zwischen den Gibbs-Energien<br />
(freien Enthalpien) JRG e und AG*. Sie ergibt sich aus [C.30] durch Einsetzen von [C.14] und [C.26].<br />
1,0<br />
P-NHj<br />
p-i<br />
5,0 45 4,0 35<br />
Abb. C.68<br />
Abhängigkeit der Verseifungsgeschwindigkeit<br />
m- und p-substituierter<br />
Benzoesäureethylester von der<br />
Acidität der entsprechenden<br />
3 O Benzoesäuren.<br />
Wird von [C.67] die entsprechende Gleichung für die unsubstituierte Verbindung subtrahiert (X = H;<br />
k = ko, K = Ko), so ergibt sich:<br />
lg— = pa Hammett-Gleichung [C.69]<br />
mit:<br />
o = Ig— o- Substituentenkonstante<br />
Ko<br />
[C.70]<br />
Die Hammett-Beziehung gilt für viele Reaktionen m- und p-substituierter Benzenderivate und kann<br />
sowohl auf deren Geschwindigkeitskonstanten als auch auf deren Gleichgewichtskonstanten angewendet<br />
werden.<br />
Die Substituentenkonstanten a sind Maße für die elektronischen Effekte von Substituenten in m- und<br />
p-Stellung. Sie geben die Summe ihres Induktions- und Mesomerieeffektes wieder, a erhält ein positives<br />
(bzw. negatives) Vorzeichen, wenn der Substituent das Reaktionszentrum positiviert (bzw. negativiert).<br />
Einige Werte sind in Tabelle C.74 aufgeführt.<br />
Die Reaktionskonstante ist ein Maß für die Empfindlichkeit einer Reaktion gegenüber dem Einfluß<br />
polarer Substituenten. Reaktionen, die um so schneller oder vollständiger ablaufen, je positiver (bzw. negativer)<br />
das Reaktionszentrum am Substrat wird, erhalten ein positives (bzw. negatives) p-Vorzeichen, so daß<br />
gilt:
164 C. Einige allgemeine Grundlagen<br />
nucleophile Reaktionen: p positiv, Beschleunigung durch Elektronenacceptoren<br />
elektrophile Reaktionen: p negativ, Beschleunigung durch Elektronendonoren<br />
Die Hammett-Beziehung wird gewöhnlich graphisch ausgewertet, indem man auf der Abszisse die<br />
ff-Werte für die einzelnen Substituenten und auf der Ordinate die experimentellen Werte Ig(k/k0) aufträgt<br />
(Abb. C.71). Als Steigung erhält man dann die Reaktionskonstante p, deren Vorzeichen in der eben<br />
genannten Art Rückschlüsse auf den Mechanismus der Reaktion zuläßt.<br />
Abb. C.71<br />
Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeiten<br />
von den Hammettschen ff-Werten<br />
•-• Alkalische Hydrolyse von Benzoesäureethylestern;<br />
25 0 C, p = +2,54<br />
0 0 Reaktion von substituierten Anilinen mit<br />
Benzoylchlorid; 25 0 C, p = -2,78<br />
O—O Bromierung von substituierten Toluenen;<br />
8O 0 C, p = -1,39 (mit G + -Werten, s. unten)<br />
Die Hammett-Gleichung ist nicht anwendbar, wenn außer den elektronischen Effekten der Substituenten<br />
noch andere, z. B. sterische, auf das Reaktionszentrum einwirken, wie z. B. bei Reaktionen o-substituierter<br />
Benzenderivate und aliphatischer Verbindungen. Weiterhin treten Abweichungen von der Hammett-Gleichung<br />
auf, wenn eine direkte Konjugations Wechsel Wirkung (Mesomerie) zwischen dem Substituenten<br />
X und dem Reaktionszentrum Y besteht. So erhöhen -M-Substituenten in p-Stellung (p-NO2,<br />
p-CN u. a.) z. B. die Acidität von Phenolen oder Aniliniumionen viel stärker, als ihren a-Konstanten entspricht,<br />
weil sie durch Konjugation das Phenolation bzw. das Anilin zusätzlich stabilisieren:<br />
P X ^ /=<br />
©<br />
Q £/<br />
NH2<br />
\ ©<br />
N<br />
/=\ © =NH2<br />
[C.72]<br />
Man ist daher gezwungen, in solchen Fällen besondere Substituentenkonstanten, die o--Werte, zu verwenden.<br />
Umgekehrt erhöhen Elektronendonorsubstituenten (+M-Gruppen) in p-Stellung Reaktionen mit einem<br />
positiven Reaktionszentrum (mit Carbeniumionencharakter) viel stärker, als ihren normalen a-Werten<br />
entspricht. In solchen Fällen müssen daher sog. ^+-Konstanten für diese Substituenten verwendet werden,<br />
die auch die zusätzliche Stabilisierung des positivierten Reaktionszentrums wiedergeben, wie z. B. bei
C. 5. Einflüsse von Substituenten auf die Elektronendichte Verteilung 165<br />
SN l-Reaktionen (vgl. D.2.1.) substituierter a,a-Dimethyl-benzylhalogenide (Cumylhalogenide), wo als<br />
Zwischenprodukt das entsprechende Kation auftritt:<br />
H3CO-<br />
\\ // x /•"! ^-<br />
^ 7 CH3 - Cl<br />
Tabelle C 74<br />
Substituentenkonstanten<br />
Nr.<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
8<br />
9<br />
10<br />
11<br />
12<br />
13<br />
14<br />
15<br />
16<br />
17<br />
!8<br />
Substituent<br />
N(CH3),<br />
NH2<br />
OH<br />
OCH3<br />
CH3<br />
C(CH3),<br />
C6H5<br />
H<br />
F<br />
Cl<br />
Br<br />
I<br />
COOC2H5<br />
COCH3<br />
CN<br />
SO2CH3<br />
NH2<br />
N(CH3Jf<br />
H3CO [C.73]<br />
Vm<br />
-0,21<br />
-0,16<br />
0,12<br />
0,12<br />
-0,07<br />
-0,10<br />
0,06<br />
O<br />
0,34<br />
0,37<br />
0,39<br />
0,35<br />
0,37<br />
0,38<br />
0,56<br />
0,60<br />
0,71<br />
0,88<br />
0 P<br />
-0,83<br />
-0,66<br />
-0,37<br />
-0,27<br />
-0,17<br />
-0,20<br />
-0,01<br />
O<br />
0,06<br />
0,23<br />
0,23<br />
0,18<br />
0,45<br />
0,50<br />
0,66<br />
0,72<br />
0,78<br />
0,82<br />
fff<br />
-1,7<br />
-1,3<br />
-0,92<br />
-0,78<br />
-0,31<br />
-0,26<br />
-0,18<br />
O<br />
-0,07<br />
0,1!<br />
0,15<br />
0,14<br />
0,48<br />
0,66<br />
0,79<br />
0,41<br />
^i<br />
0,10<br />
0,10<br />
0,25<br />
0,25<br />
-0,05<br />
-0,07<br />
0,10<br />
O<br />
0,52<br />
0,47<br />
0,45<br />
0,39<br />
0,30<br />
0,28<br />
0,58<br />
0,59<br />
0,63<br />
0,86<br />
ffR<br />
-0,76<br />
-0,61<br />
-0,50<br />
-0,13<br />
-0,13<br />
-0,09<br />
O<br />
-0,44<br />
-0,24<br />
-0,22<br />
-0,10<br />
0,20<br />
0,25<br />
0,07<br />
0,14<br />
0,15<br />
0,00<br />
166 C. Einige allgemeine Grundlagen<br />
negativer. Weiterhin beeinflussen Konformationseffekte (stereoelektronische Effekte) die<br />
Reaktivität. Dies wird an speziellen Beispielen in D.3.1.3. behandelt.<br />
Gespannte Ringsysteme (z. B. Cyclopropyl-, Cyclobutyl-, Bicyclo[2.2.1]-heptylsysteme) sind<br />
infolge der Deformation von Bindungswinkeln energiereich und demzufolge dann besonders<br />
reaktiv, wenn die Ringspannung bei der Reaktion abgebaut werden kann.<br />
6. Zur störungstheoretischen Behandlung<br />
der chemischen Reaktivität<br />
Fragen der chemischen Reaktivität lassen sich mit Hilfe der Störungstheorie behandeln. Man<br />
kann damit das Anfangsstadium von Reaktionen, d. h. die Anfangssteigung der Energiekurve<br />
zum Übergangszustand, beschreiben (vgl. Abb. C. 12), indem man die wechselseitige Annäherung<br />
der Reaktanden und die dabei auftretenden Energieänderungen betrachtet. Zutreffende<br />
Aussagen über den Übergangszustand und die Gesamtreaktion folgen daraus nur, wenn bereits<br />
in diesem Anfangsstadium der weitere Reaktionsverlauf bestimmt wird (vgl. Abb. C.28).<br />
Als Grundlagen für die störungstheoretische Behandlung der Reaktivität benötigt man die<br />
quantenchemisch zu berechnenden Energien E der Molekülorbitale (MO) und die zugehörigen<br />
Koeffizienten c nach Betrag und Vorzeichen, wie sie in Abbildung C.77 für die Ti-C=O-Bmdung<br />
dargestellt sind. Diese Daten werden durch das Verfahren der Linearkombination von<br />
Atomorbitalen (LCAO) erhalten.<br />
-08 +0,6<br />
+0,6 +0,8<br />
Energien Koeffizienten<br />
LUMO<br />
HOMO<br />
Abb. C.77<br />
Darstellung der Energien und Koeffizienten von<br />
HOMO und LUMO der 7t-C=O-Bindung.<br />
Die Koeffizientenquadrate entsprechen den<br />
Elektronendichten an den Atomen. Als HOMO wird<br />
hier das höchste besetzte 7r-Orbital angegeben.<br />
Das höchste besetzte Orbital der<br />
eigentlich ein n-Orbital.<br />
\ C=O-Gruppe ist<br />
In der Regel genügen derartige Informationen für das höchste besetzte (HOMO, f/ighest Occupied<br />
Afolecular Orbital) und das niedrigste unbesetzte (LUMO, Lowest i/noccupied A/olecular Orbital) MO<br />
der Reaktionspartner, die man auch als Grenzorbitale (frontier orbitals) bezeichnet.<br />
Für die Grenzorbitalenergien sind auch experimentell zugängliche Werte einsetzbar. Ein Maß für die Energie<br />
des HOMO (£HOMO) ist die lonisierungsenergie der betreffenden Verbindung (bezogen auf die Energie<br />
des Elektrons im Vakuum, -£HOMO = lonisierungsenergie) bzw. das elektrochemische Oxidationspotential.<br />
Als Maß für die Energie des LUMO (£LUMO) wird die Elektronenaffinität der betreffenden Verbindung<br />
(bezogen auf die Energie des Elektrons im Vakuum, -£LUMO = Elektronenaffinität) bzw. das elektrochemische<br />
Reduktionspotential benutzt. lonisierungsenergien und Elektronenaffinitäten lassen sich z. B. aus<br />
der Lichtabsorption von Charge-Transfer-Komplexen gewinnen, lonisierungsenergien auch aus Photoelektronenspektren.<br />
Der Anstieg der Energiekurve zum Übergangszustand und die Höhe der Aktivierungsenergie<br />
werden durch gegenläufig wirkende Faktoren bestimmt. Energieerhöhend sind dabei insbesondere<br />
die Wechselwirkung zwischen den besetzten Orbitalen der Reaktanden sowie die Aufweitung<br />
der Bindungsabstände innerhalb der reagierenden Moleküle. Die energiesenkenden
C. 6. Zur störungstheoretischen Behandlung der chemischen Reaktivität 167<br />
Beiträge, die im folgenden ausführlicher behandelt werden, sind zwar wesentlich schwächer,<br />
beeinflussen jedoch den Verlauf der Energiekurve und in der Regel auch die Größe der Aktivierungsenergie<br />
in charakteristischer Weise.<br />
Bei der störungstheoretischen Behandlung der energiesenkenden Faktoren berücksichtigt<br />
man:<br />
a) die Coulomb-Wechselwirkung bei geladenen oder polaren Reaktanden (Coulomb-Term,<br />
[C.78]);<br />
b) die Wechselwirkung zwischen besetzten Orbitalen des einen und unbesetzten Orbitalen des<br />
anderen Reaktionspartners (Grenzorbitalterm, [C.78]).<br />
Man betrachtet meist nur die Energien von HOMO und LUMO der Reaktanden (weil<br />
Wechselwirkungen zwischen anderen besetzten und unbesetzten MOs normalerweise zu<br />
einem wesentlich kleineren Energiegewinn führen).<br />
Die HOMO-Energie charakterisiert dabei ein Nucleophil, das als Elektronendonator das Elektronenpaar<br />
in die Kovalenz einbringt. Das Elektrophil wird analog durch die Energie des<br />
LUMO beschrieben.<br />
Für den Energiegewinn AE gilt die folgende Gleichung:<br />
AF_ QnQe 2(cnceß) 2 [C.78]<br />
— ^LUMO(e)<br />
Coulomb- Grenzorbitalterm<br />
term<br />
Q Gesamtladung an Nucleophil (n) und Elektrophil (e); £ lokale Dielektrizitätskonstante; R Abstand der Zentren<br />
in Nucleophil und Elektrophil, die miteinander in Wechselwirkung treten; c Koeffizienten der Orbitale im<br />
HOMO bzw. LUMO von Nucleophil und Elektrophil; ß Resonanzintegral (Wechselwirkungsenergie zwischen<br />
den beiden Atomorbitalen in Nucleophil und Elektrophil); E Energie von HOMO bzw. LUMO<br />
Überwiegt der Coulomb-Term, so bezeichnet man die Reaktion als ladungskontrolliert.<br />
Überwiegt der Grenzorbitalterm, so spricht man von einer orbitalkontrollierten Umsetzung.<br />
Die meisten Reaktionen werden in unterschiedlichem Maße von beiden Faktoren beeinflußt.<br />
Im folgenden sollen nur die im wesentlichen orbitalkontrollierten Reaktionen näher<br />
betrachtet werden. Aus dem Grenzorbitalterm [C.78] ist ersichtlich, daß der Energiegewinn<br />
bei einer Reaktion um so größer ist<br />
a) je größer die Koeffizientenbeträge der in Wechselwirkung tretenden Zentren sind;<br />
b) je geringer die Energiedifferenz zwischen dem HOMO des einen und dem LUMO des anderen<br />
Reaktionspartners ist.<br />
Das bedeutet, daß jeweils diejenige HOMO-LUMO-Wechselwirkung mit der geringeren<br />
Energieaufwendung bevorzugt ist (Abb. C.79). Das korrespondiert mit der Zuordnung der<br />
Reaktionspartner als Nucleophil bzw. Elektrophil, vgl. auch Gl. und C.4.<br />
Mit Hilfe der Grenzorbitalenergien wird die qualitative Charakterisierung von Nucleophilen<br />
und Elektrophilen durch das HSAB-Konzept theoretisch fundiert (vgl. C.4.):<br />
- Harte Säuren (Elektrophile) haben ein relativ energiereiches LUMO (relativ niedrige Elektronenaffinität),<br />
relativ hohe positive Ladungsdichte und geringe Polarisierbarkeit.<br />
Weiche Säuren (Elektrophile) haben dagegen ein weniger energiereiches LUMO (relativ<br />
hohe Elektronenaffinität) und hohe Polarisierbarkeit.<br />
- Harte Basen (Nucleophile) haben ein relativ energiearmes HOMO (relativ hohe lonisierungsenergie),<br />
relativ hohe negative Ladungsdichte und eine geringe Polarisierbarkeit.<br />
Weiche Basen (Nucleophile) haben dagegen ein weniger energiearmes HOMO (vergleichsweise<br />
niedrige lonisierungsenergie) und hohe Polarisierbarkeit.<br />
Da weiche Basen ein hochliegendes HOMO aufweisen, weiche Säuren dagegen ein tiefliegendes<br />
LUMO, ist die Orbitalenergiedifferenz kleiner als für die Kombination einer weichen<br />
Base (hochliegendes HOMO) mit einer harten Säure (hochliegendes LUMO), und die Weichweich-Reaktion<br />
ist bevorzugt.
168 C. Einige allgemeine Grundlagen<br />
HOMi<br />
B<br />
LUMO<br />
Abb. C.79<br />
Unterschiede in der Energiedifferenz von HOMO (LUMO) zu LUMO (HOMO) zweier Reaktanden A<br />
und B (I) und der bei ihrer Wechselwirkung erzielbare Energiegewinn (II bzw. III).<br />
Die HOMO-LUMO-Wechselwirkungen sind in beiden Fällen für den gleichen Punkt am Beginn der Energiekurve<br />
(vgl. z. B. Abb. C.12) dargestellt.<br />
Zwischen harten Basen (tiefliegendes HOMO) und harten Säuren (hochliegendes LUMO)<br />
ist die Energiedifferenz dagegen relativ groß, und die Reaktion verläuft deshalb weitgehend<br />
ladungskontrolliert, d. h., in [C.78] wird der Coulomb-Term bestimmend.<br />
Der Einfluß von Substituenten auf Nucleophilie oder Elektrophilie eines Reaktanden läßt<br />
sich ebenfalls erfassen. Vergleicht man beispielsweise die lonisierungsenergien (als Maß für<br />
die HOMO-Energien) unterschiedlich substituierter Benzene, so wird die abnehmende<br />
Nucleophilie in folgender Reihe deutlich: A/^/V-Dimethyl-anilin -7,51 eV; Benzen -9,40 eV;<br />
Nitrobenzen -10,26 eV. Den gleichen Gang findet man qualitativ bei der Betrachtung des<br />
mesomeren Effekts der Substituenten auf das Benzenmolekül (vgl. C.5.) und quantitativ aus<br />
der Größe und dem Vorzeichen der Hammettschen Substituentenkonstanten (vgl. Tab.C.76).<br />
Zum Einfluß von Donator- und Acceptorsubstituenten auf die HOMO- und LUMO-Energien<br />
von Olefinen vgl. D.4.4.<br />
Orbitalkontrollierte Umsetzungen an Reaktanden mit mehreren elektrophilen und nucleophilen<br />
Zentren (d. h. ambifunktionellen oder ambidenten Systemen) lassen sich durch die<br />
Orbitalenergien unter zusätzlicher Berücksichtigung der Koeffizienten beschreiben:<br />
- Bei ambidenten Elektrophilen besitzt das Zentrum mit dem größten Koeffizientenbetrag im<br />
LUMO die höchste Elektrophilie.<br />
- Bei ambidenten Nudeophilen besitzt das Zentrum mit dem größten Koeffizientenbetrag im<br />
HOMO die höchste Nucleophilie.<br />
Das folgt aus dem Grenzorbitalterm [C.78].<br />
Abbildung C.80 zeigt Beispiele für ambidente Nucleophile (vgl. auch D.2.3.). Für die Wechselwirkung<br />
mit dem Elektrophil stehen beim Cyanidion zwei Orbitale mit relativ geringem<br />
Energieunterschied zur Verfügung: Das höchste besetzte Ti-MO sowie das höchste besetzte<br />
(7-MO (in Abb. C.80 ist für dieses Beispiel die Charakteristik beider MOs in einem Bild vereinigt).<br />
Bei der Besprechung der Regioselektivität von Cycloadditionen (vgl. D.4.4.) wird auch<br />
auf die Ambivalenz des elektrophilen Reaktionspartners eingegangen.<br />
Das Konzept der Grenzorbitalbetrachtung von vorzugsweise orbitalkontrollierten Reaktionen<br />
wird durch eine Reihe von Faktoren, insbesondere in Hinsicht auf Voraussagemöglichkeiten<br />
von Reaktionsabläufen eingeschränkt. Probleme ergeben sich beispielsweise aus der<br />
Zugänglichkeit der Orbitalenergien. So können quantenchemisch berechnete HOMO- und<br />
LUMO-Energien nur verglichen werden, wenn sie konsistent sind, d. h. mit den gleichen<br />
Näherungen ermittelt wurden. Experimentell sind insbesondere genaue Werte für LUMO-<br />
Energien relativ schwer zugänglich.<br />
m
0 CEN<br />
vgl. C-/0-Alkylierung,<br />
D.2. und D.7.4.<br />
vgl. O-Alkylierung, D.2.,<br />
und Phenolatreaktionen, D.5.<br />
C. 7. Stereoisomerie 169<br />
vgl. Bildung aliphatischer Nitroverbindungen<br />
bzw. Salpetrigsäureester, D.2.<br />
vgl. Bildung von Cyaniden<br />
und Isocyaniden, D.2.<br />
Abb. C.80<br />
Ambidente (ambifunktionelle) Nucleophile<br />
Darstellung mit delokalisierter negativer Ladung; gebräuchliche mesomere Grenzformel; Koeffizienten im<br />
HOMO<br />
Die quantenchemisch berechneten Orbitalenergien sowie die lonisierungsenergien und<br />
Elektronenaffinitäten gelten exakt nur für den Gaszustand. Die Berücksichtigung von Solvatationseffekten<br />
ist schwierig. Zudem sind die Reaktionen zu unterschiedlichen Anteilen ladungsund<br />
orbitalkontrolliert.<br />
Aus diesen Gründen sind die Reaktionsfähigkeit eines Moleküls und die relativen Reaktivitäten<br />
verschiedener Reagenzien (vgl. C.3.2.) keine absoluten, unter allen Umständen feststehenden<br />
Größen, sondern sie hängen entscheidend von der Art der Reaktion, vom Reaktionspartner<br />
und vom Medium ab.<br />
7. Stereoisomerie<br />
Verbindungen gleicher Konstitution (Topologie, Verknüpfung der Atome), die sich nur durch<br />
die räumliche Anordnung ihrer Atome unterscheiden, nennt man Stereoisomere. Sie können<br />
unterschiedliche physikalische Eigenschaften und chemische Reaktivitäten haben.<br />
7.1. Konformation<br />
Stereoisomere, die durch Drehung um eine Einfachbindung zustande kommen, heißen Konformere<br />
und die dementsprechende räumliche Anordnung der Atome eines Moleküls Konformation.<br />
Einige der bei der Drehung um eine C-C-Bindung, z. B. der zentralen C-C-Bindung des<br />
Butans, durchlaufenen Konformationen sind in [C.81] dargestellt.<br />
Da sich die Substituenten an den beiden C-Atomen in Abhängigkeit vom Drehwinkel um die<br />
C-C-Bindung unterschiedlich beeinflussen, sind die Energien der einzelnen Konformeren verschieden,<br />
vgl. Abb. C.82. In der Regel sind Konformationen wie I und II, [C.81], in denen die Substituenten<br />
an den benachbarten C-Atomen gestaffelt (engl. staggered) angeordnet sind, wegen der<br />
geringeren sterischen Behinderung energieärmer als die ekliptischen (engl. eclipsed) Konformationen<br />
III und IV. Am stabilsten ist gewöhnlich die voll gestaffelte antiperiplanare Konformation, in<br />
der sich die größten Substituenten in anti-(trans)-Stellung befinden. Die größte sterische Behinde-
170 C. Einige allgemeine Grundlagen<br />
rung liegt in der voll ekliptischen synperiplanaren Konformation IV vor, in der die großen Substituenten<br />
syn-(cis)-ständig sind. Sie ist daher meist die energiereichste.<br />
H3C H3C<br />
H H CH3<br />
CH3<br />
CH3<br />
antiperiplanar<br />
an//, trans<br />
H^ ^H H<br />
CH3<br />
H<br />
n<br />
(schief) gestaffelt<br />
syndinal<br />
engl. auch gauche, skew<br />
H3C<br />
HCH3<br />
III<br />
ekliptisch<br />
anticiinal<br />
H CH3<br />
CH3<br />
H3C<br />
H<br />
CH3<br />
n<br />
H3CCH3<br />
rv<br />
(voll) ekliptisch<br />
synperiplanar<br />
[C81]<br />
Zur Darstellung von Konformeren auf dem Papier sind verschiedene Projektionen gebräuchlich. In der<br />
sog. Sagebock-Schreibweise zeichnet man die C-C-Bindung diagonal und etwas verlängert und projiziert<br />
die Substituenten an den beiden C-Atomen in die Papierebene, s. [C.81] oben. In der Newman-Projektion<br />
wird die C-C-Bindung senkrecht zur Papierebene angeordnet und zwischen die C-Atome eine Kreisscheibe<br />
gezeichnet, [C.81] unten.<br />
0° 60° 120° 180° 240° 300° 360°<br />
Abb. C.82<br />
Energie von Butan in Abhängigkeit von der Drehung um die innere C-C-Bindung<br />
Wenn jedoch zwischen den Substituenten an den beiden C-Atomen eine attraktive Wechselwirkung<br />
besteht, wie z. B. zwischen zwei Hydroxylgruppen, die über eine Wasserstoffbrücke<br />
verbunden sind, können die synclinale und die synperiplanare Konformation stabiler sein als<br />
die antiperiplanare und anticlinale.<br />
In offenkettigen Verbindungen sind die Energieunterschiede zwischen den einzelnen Konformationen<br />
im allgemeinen klein, z. R beim Butan [C81] zwischen der gestaffelten Konformation I<br />
und der schief gestaffelten II etwa 4 kJ-moH, zwischen I und der ekliptischen III etwa<br />
16 kJ • mol-i, vgl. Abb. C.82. Unter normalen Bedingungen ist daher die Rotation um die C-C-Bindung<br />
nur wenig behindert, und die verschiedenen Konformeren lassen sich nicht einzeln isolieren.<br />
Einer (Gibbs)-Energie-Differenz von -4 kJ-moH entspricht nach Gleichung [C. 14] eine Gleichgewichtskonstante<br />
K von 5,0 bei 25 0 C und einer (Gibbs-)Energie-Barriere von 16 kJ • moH nach Gleichung<br />
[C26] eine Geschwindigkeitskonstante k von 1,0-10 11 S -1 , d. h., im thermodynamischen Gleichgewicht<br />
liegen zwar die Konformeren I und II im Verhältnis 5 : l vor, aber sie wandeln sich mit so großer<br />
Geschwindigkeit ineinander um, daß sie sich nicht einzeln isolieren lassen.<br />
Wenn jedoch die Substituenten an den benachbarten C-Atomen so groß sind, daß die freie<br />
Drehbarkeit um die C-C-Bindung nicht mehr möglich ist, so lassen sich Konformere einzeln<br />
19<br />
16
C. 7. Stereoisomerie 171<br />
isolieren, wie z.B. im Falle von 1,1,2,2-Tetra-tert-butylethan oder von o-substituierten Diphenylen.<br />
In diesen sog. Atropisomeren sind die beiden Benzenringe um etwa 90° verdrillt.<br />
[C.83]<br />
Bei unterschiedlichen o-Substituenten verhalten sich die beiden Atropisomeren wie Bild und Spiegelbild,<br />
die nicht miteinander zur Deckung gebracht werden können, und sind daher Enantiomere, siehe Kapitel<br />
C.7.3.1.<br />
In alicyclischen Verbindungen ist die Zahl der möglichen Konformationen begrenzt, da die<br />
vollständige Drehung um eine C-C-Bindung im Ring nicht möglich ist.<br />
Vom Cyclohexan gibt es zwei Konformationen, in denen die C-C-Bindungswinkel tetraedrisch<br />
und daher ringspannungsfrei sind, die Sessel- und die Wannenform:<br />
H a u Ha H H H H<br />
H6<br />
^<br />
Sesselform Wannenform Twistform<br />
a: axial, e: äquatorial<br />
-u H<br />
[C.84]<br />
Die Wannenform, die jedoch ekliptische Konformationen enthält, ist um etwa 27 kJ • moH<br />
energiereicher als die Sesselform, in der nur gestaffelte Konformationen vorkommen. Etwas<br />
weniger gespannt ist die verdrillte Twist form, aber immer noch 21 k J • moH energiereicher als<br />
die Sesselform. Cyclohexan und die meisten seiner Derivate liegen daher bevorzugt in der Sesselform<br />
vor. Die einzelnen Sesselformen gehen durch Drehung um die C-C-Bindungen und<br />
„Umklappen" des Ringes über die Twistform sehr schnell ineinander über. Die Aktivierungsenergie<br />
dafür beträgt 45 kJ • moH und die Geschwindigkeitskonstante l OMO 5 s- 1 bei 25 0 C.<br />
In substituierten Cyclohexanen können die Bindungen zwischen einem Ringkohlenstoffatom<br />
und einem Substituenten entweder ajcial (a), d. h. parallel zur Symmetrieachse des Ringes,<br />
oder äquatorial (e, vom engl. equatorial), d. h. angenähert in der Ringebene liegend, sein,<br />
vgl. [C.84]. Axiale und äquatoriale Konformere liegen wegen des leicht möglichen Umklappens<br />
der Sesselformen ineinander im Gleichgewicht vor, das um so weiter auf der Seite der<br />
energieärmeren äquatorialen Konformation liegt, je größer der Substituent ist.<br />
CH3 (a)<br />
. K = 2l [C.85]<br />
So ist z. B. die äquatoriale Form des Methylcyclohexans [C.85] 7,5 kJ • moH energieärmer als die axiale<br />
und liegt im Gleichgewicht zu 95,4% vor (K = 21). Für terr-Butylcyclohexan betragen die entsprechenden<br />
Werte 20 kJ - moH und 99,97% (K = 3200).<br />
Bei chemischen Reaktionen von Cyclohexanen, z.B. Eliminierungen (vgl. D.3.I.3.), ist stets<br />
mit den Umwandlungen der äquatorialen und axialen Konformationen zu rechnen. 1 )<br />
1 J Wenn, besondere konstitutionelle Faktoren das Molekül starr machen, ist eine solche Umwandlung nicht<br />
möglich, z. B. in kondensierten Ringsystemen wie dem trans-Decalin [C.9O].
172 C. Einige allgemeine Grundlagen<br />
7.2. c/s-frans-lsomerie<br />
Verbindungen mit zwei Substituenten an Atomen, um deren Bindung eine Rotation nicht möglich<br />
ist, kommen als cis-trans-Isomere vor (früher als geometrische Isomere bezeichnet). Das ist<br />
bei Verbindungen mit Doppelbindungen und bei cyclischen Verbindungen der Fall.<br />
In substituierten Alkenen stehen im cis-Isomer die Substituenten auf der gleichen Seite der<br />
Doppelbindung, im trans-Isomer auf gegenüberliegenden Seiten, z. B.:<br />
HOOCx COOH HOOCx H<br />
C=C C=C [C.86]<br />
H Vl H COOH<br />
eis- oder (Z)-Ethen-1,2-dicarbonsäure frans- oder (E)-Ethen-1,2-dicarbonsäure<br />
Maleinsäure Fumarsäure<br />
Da bei Verbindungen mit mehr als zwei verschiedenen Substituenten die cis-trans-Zuordnung<br />
nicht eindeutig ist, werden heute die Isomere nach dem f/Z-System benannt. Stehen die<br />
beiden Substituenten mit der höchsten Priorität nach den Sequenzregeln von CAHN, INGOLD<br />
und PRELOG (vgl. C.7.3.1.) auf derselben Seite der Doppelbindung, so handelt es sich um das<br />
(Z)-Isomere (von zusammen), andernfalls liegt das (£")-Isomere (von entgegen) vor.<br />
H3C COOH H3C CH3<br />
C=C C=C [C.87]<br />
H CH3 H COOH<br />
(Z) (E)<br />
Man beachte, daß cis und Z bzw. trans und E nicht notwendigerweise korrespondieren.<br />
(E)- und (Z)-Alken sind verschiedene chemische Species mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen<br />
Eigenschaften.<br />
Die Schmelztemperaturen von Malein- und Fumarsäure [C.86] z.B. betragen 130 bzw. 286 0 C, und ihre<br />
Aciditätskonstanten sind pKs = 1,8 bzw. 3,0.<br />
(E)- und (Z)-Alken sind nach der in C.7.3.2. gegebenen Definition Diastereomere.<br />
Die E/Z-Bezeichnung wird auch bei anderen Doppelbindungen, z. B. C=N und N=N, angewandt.<br />
Ph OH Ph<br />
C=N C=Nx [C.88]<br />
H H OH<br />
(Z)- oder syn-Benzaldehydoxim (E)- oder antf-Benzaldehydoxim<br />
Daneben sind die älteren Bezeichnungen syn und anti gebräuchlich.<br />
Disubstituierte cydische Verbindungen werden ebenfalls mittels der cis-trans-Symbolik<br />
benannt. Im cis-Isomer stehen die beiden Substituenten auf der gleichen Seite des Ringes, im<br />
trans-Isomer auf verschiedenen Seiten.<br />
c/s-1,2-Dimethyl-cyclopropan f/ans-1.2-Dimethyl-cyclopropan<br />
[C89]<br />
Auch bei diesen Verbindungen handelt es sich entsprechend C.7.3.2. um Diastereomere. Die substituierten<br />
Ring-C-Atome sind jedoch hier Chiralitätszentren mit vier verschiedenen Substituenten, so daß die cis-
C. 7. Stereoisomerie 173<br />
trans-Isomeren in jeweils zwei optisch aktiven enantiomeren Formen vorkommen, die gewöhnlich als racemisches<br />
Gemisch vorliegen, vgl. C.7.3.3.1. Sind wie in [C.90] die an den beiden Ring-C-Atomen gebundenen<br />
Substituenten identisch, so ist das cis-Isomere nicht chiral und kommt nur in einer Form, der optisch<br />
inaktiven meso-Verbindung vor.<br />
Die Bezeichnungen a's und rrans werden analog bei höhergliedrigen Ringen, die nicht eben sind,<br />
gebraucht und dann auch zur Charakterisierung der Verknüpfung in kondensierten Ringsystemen, z. B.:<br />
H<br />
"^\ I^<br />
cis-Decalin frans-Decalin<br />
[C.90]<br />
In [C.90] sind wie meist üblich (vgl. C.7.3.1.) die oberhalb der Ringebene stehenden Substituenten mit<br />
keilförmigen und die unterhalb der Ebene stehenden mit gestrichelten Bindungen dargestellt.<br />
7.3. Chiralität und Stereoisomerie<br />
7.3.1. Enantiomerie<br />
Eine Verbindung mit einem Kohlenstoffatom, das tetraedrisch von vier verschiedenen Substituenten<br />
umgeben ist, wie z. B. Glyceraldehyd (Glycerinaldehyd) [C.91], kommt in zwei Stereoisomeren<br />
vor, die Spiegelbilder, aber nicht deckungsgleich sind. Solche Objekte, die nicht mit<br />
ihrem Spiegelbild zur Deckung gebracht werden können, nennt man chiral (vom griechischen<br />
cheir, Hand) und die beiden Stereoisomere Enantiomere (früher auch optische Isomere oder<br />
Antipoden).<br />
H OH<br />
3/<br />
HOH2C CHO<br />
HO H<br />
OHC CH2OH<br />
(+)-Glyceraldehyd Spiegelebene (-)-Glyceraldehyd<br />
[C.91]<br />
Das zentrale Kohlenstoffatom bezeichnet man als asymmetrisch und die Anordnung der<br />
Substituenten um das Zentralatom als Konfiguration. l ) Das asymmetrische C-Atom ist ein stereogenes<br />
Zentrum oder ChiralitätsZentrum . 2 )<br />
Die beiden Enantiomere haben die gleiche Konstitution und unterscheiden sich nur durch ihre<br />
Konfiguration (Topographie). In achiraler Umgebung besitzen sie daher die gleichen physikalischen<br />
und chemischen Eigenschaften, z. B. die gleiche Energie, gleiche Schmelz- und Siedetempe-<br />
1 J Auch Verbindungen mit anderen asymmetrischen Atomen, z. B. Si, N, P, sind chiral.<br />
2 ) Außer einem Chiralitätszentrum kann Chiralität u. a. auch durch eine Chiralitätsachse, wie in Atropisomeren<br />
[C.83] und Allenen, oder eine Chiralitätsebene, wie in Cycloalkenen, bedingt sein.<br />
•>~£<br />
Allen Cycloalken
174 C. Einige allgemeine Grundlagen<br />
raturen, Löslichkeiten, Spektren und gleiche Reaktivität. In einer chiralen Umgebung dagegen<br />
verhalten sie sich unterschiedlich, z. B. gegenüber polarisiertem Licht und chiralen Reagenzien.<br />
Eine Lösung des einen Enantiomeren dreht die Ebene des linear polarisierten Lichtes nach<br />
rechts, die Lösung des anderen Enantiomeren um den gleichen Betrag nach links, was mit (+)<br />
bzw. (-) gekennzeichnet wird. Man bezeichnet dieses Verhalten als optische Aktivität, auf<br />
Grund derer beide Enantiomere unterscheidbar und quantitativ erfaßbar sind, s. Kap. A.3.4.<br />
Polarimetrie. In einem Gemisch aus gleichen Teilen der beiden Enantiomere kompensieren<br />
sich die Drehungen der (+)- und (-)-Form, und ein solches racemisches Gemisch oder Racemat<br />
ist optisch inaktiv.<br />
Um die räumliche Konfiguration einer chiralen Verbindung mit asymmetrischem Zentralatom<br />
auf der Papierebene darzustellen, legt man wie in [C.91] zwei der vier Bindungen in die<br />
Papierebene und verbindet die vor bzw. hinter der Ebene liegenden Substituenten mit einer<br />
keilförmigen bzw. gestrichelten Linie. Längere Kohlenstoffketten zeichnet man zick-zack-förmig<br />
und läßt die C- und H-Atome weg, wie in [C.93].<br />
Nach einer älteren auf EMIL FISCHER zurückgehenden Übereinkunft projiziert man das<br />
Tetraeder in die Zeichenebene, indem man zwei der Substituenten vor der Papierebene in eine<br />
Waagerechte legt und die beiden hinter der Ebene liegenden Substituenten ober- und unterhalb<br />
davon anordnet. Die längste Kohlenstoffkette wird dabei gewöhnlich senkrecht mit der<br />
am höchsten oxidierten Gruppe oben gezeichnet, siehe [C.92]. Da die OH-Gruppe im (+)-<br />
Enantiomer dann rechts (lateinisch dexter) vom asymmetrischen C-Atom und im (-)-Enantiomer<br />
links (laevus) davon steht, werden diese Konfigurationen mit D bzw. L bezeichnet.<br />
CHO<br />
CHO H OH<br />
H-4-OH<br />
-~-H = HOH2CH-CHO = OHC-T-CH2OH<br />
CH2OH CH2OH OH H<br />
CHO<br />
-J-OH<br />
CH2OH<br />
D-(+)-Glyceraldehyd L-(-)-Glyceraldehyd<br />
CHO H OH<br />
HO—[—H = HOH2C-|-CHO = OHC-J-CH2OH<br />
CH2OH OH H<br />
[C.92]<br />
Man beachte, daß man eine Fischer-Projektionsformel in der Papierebene nur um 180° drehen kann,<br />
ohne die Konfiguration zu verändern. Beim Drehen um 90° in der Papierebene oder um 180° um die<br />
Längsachse des Moleküls müssen zwei gegenüberliegende Substituenten vertauscht werden, wie an Hand<br />
der Stereoformeln erkennbar ist, vgl. [C.92] L-(-)-Glyceraldehyd.<br />
Der Drehsinn des betreffenden Enantiomers im Polarimeter, (+) bzw. (-), hängt nicht in einfacher<br />
Weise mit seiner Konfiguration, D bzw. L, zusammen, d. h. auch D-Verbindungen können<br />
links- und L-Verbindungen rechtsdrehend sein, wie z. B. die Tetrosen [C.93].<br />
Da das D,L-System bei komplizierten Verbindungen zu Problemen führt, wurde von CAHN,<br />
INGOLD und PRELOG ein eindeutiges System für die Beschreibung der Konfiguration eingeführt<br />
(nach den Autoren abgekürzt CIP-System genannt). Es legt die Reihenfolge (Sequenz) der<br />
vier Substituenten am asymmetrischen Zentrum entsprechend ihrer Priorität fest. Die Priorität<br />
sinkt<br />
- mit abnehmender Ordnungszahl des gebundenen Atoms<br />
- bei gleichem Atom in der ersten Bindungssphäre mit der Priorität des Atoms in der zweiten<br />
und dann in der dritten Bindungssphäre<br />
- von dreifach über zweifach zu einfach gebundenen Atomen.
Auf diese Weise ergibt sich die folgende Reihe der Prioritäten:<br />
C. 7. Stereoisomerie 175<br />
I > Br > Cl > SO3H > SR > F > OR > OH > NR2 > NHR > NH2 > COOR<br />
> COOH > CHO > CH2OH > CR3 > CHR2 > CH2R > CH3 > H.<br />
Betrachtet man nun das Tetraeder von der Seite her, die dem Substituenten der niedrigsten<br />
Priorität abgewandt ist, d. h. im Falle des Glyceraldehyds [C.91] und [C.92] (3. und 4. Formel)<br />
von vorn (H liegt hinten), dann wird das betreffende Enantiomere mit R (von lateinisch rectus,<br />
rechts) bezeichnet, wenn man vom Substituenten der höchsten Priorität zum Substituenten der<br />
niedrigsten Priorität im Uhrzeigersinn vorgehen muß bzw. entgegen dem Uhrzeigersinn mit S<br />
(von lat. sinister, links). (+)-Glyceraldehyd ist demnach (R)-Glyceraldehyd und (-)-Glyceraldehyd<br />
entsprechend (S)-Glyceraldehyd.<br />
7.3.2 Diastereomerie<br />
Verbindungen mit zwei (allgemein n) asymmetrischen C-Atomen treten in vier (2") optisch<br />
aktiven Formen auf, wie z. B. die einfachsten Zucker der Struktur HOCH2-CHOH-CHOH-<br />
CHO (Tetrosen) [C.93]. Davon sind (+)- und (-)-Erythrose sowie (+)- und (-)-Threose jeweils<br />
Spiegelbilder, also Enantiomerenpaare. Dagegen ist keine der Erythrosen Spiegelbild einer<br />
Threose. Stereoisomere, die keine Spiegelbilder sind, heißen Diastereomere.^) Sie unterscheiden<br />
sich im Gegensatz zu Enantiomeren in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften.<br />
OH<br />
OH<br />
OH<br />
OH I 9 H<br />
HCT ^ ^<br />
CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH<br />
H^k/OH HCX/+^H H(XO^H<br />
HCTV^ H H V^OH HO"V^ H<br />
CHO CHO CHO CHO<br />
(/?,fl)-(-)-Erythrose (S,S)-(+)-Erythrose (2S,3ft)-(-)-Threose (2R3S)-(+)-Threose<br />
[C.93]<br />
In [C.93] sind die vier Tetrosen auch in der Newman-Projektion ihrer gestaffelten Konformationen<br />
dargestellt. Ihre Konfiguration ist nach dem CIP-System bezeichnet, die Zahlen<br />
geben die Nummern der betreffenden C-Atome (beginnend mit der CHO-Gruppe) an.<br />
Nach dem D,L-System unter Zugrundelegung der Fischer-Projektionen ergeben sich die in<br />
[C.94] genannten Bezeichnungen. Für die Zuordnung zur D- bzw. L-Konfiguration ist die Stellung<br />
der OH-Gruppe an dem von der CHO-Gruppe am weitesten entfernten asymmetrischen<br />
C-Atom ausschlaggebend.<br />
I In diesem Sinne sind auch die E/Z-lsomeren von Olefinen Diastereomere (vgl. C.7.2.). Sie sind jedoch<br />
nicht chiral.<br />
OH
176 C. Einige allgemeine Grundlagen<br />
CHO<br />
H— r-OH<br />
H-4—OH<br />
CH2OH<br />
D-(-)-Erythrose<br />
CHO<br />
H-4-OH<br />
H— [-OH<br />
CH2OH<br />
CHO<br />
HO— J-H<br />
HO— |— H<br />
CH2OH<br />
L-(+)-Erythrose<br />
CHO<br />
HO-|-H<br />
H-KOH<br />
CH2OH<br />
D-(-)-Threose<br />
CHO<br />
H-j— OH<br />
HO— h-H<br />
CH2OH<br />
L-(+)-Threose<br />
[C.94]<br />
L J<br />
In Anlehnung an die Konfiguration der Tetrosen werden die Bezeichnungen erythro und threo auch für<br />
andere Diastereomere mit zwei benachbarten asymmetrischen C-Atomen verwendet, s. z.B. [7.155]. In<br />
einer gestaffelten Sägebock- oder Newman-Projektion einer erythro-Form stehen Substituenten entsprechender<br />
Priorität in anti-Stellung, in einer t/ireo-Form in syn-Stellung. In den voll ekliptischen Fischer-Projektionen<br />
dagegen sind diese Substituenten in der eryt/iro-Form svn-ständig und in der tnreo-Form antiständig,<br />
vgl. [C.93] und [C.94].<br />
Verbindungen mit zwei asymmetrischen C-Atomen, die die gleichen Substituenten tragen,<br />
kommen nur in drei stereoisomeren Formen vor, wie z. B. die Weinsäuren:<br />
OH OH OH<br />
HOOC<br />
COOH<br />
HOOC. X<br />
COOH<br />
HOOC<br />
COOH<br />
OH OH OH<br />
COOH<br />
H- -OH<br />
HO- -H<br />
COOH<br />
(R,R)-(+) oder L-(+)<br />
COOH<br />
HO- -H<br />
H- -OH<br />
COOH<br />
(S1SH-) oder D-H<br />
COOH<br />
COOH<br />
(R9S)- oder meso-Weinsäure<br />
[C.95]<br />
Zwei von ihnen sind Enantiomere und optisch aktiv, während die zu diesen diastereomere<br />
meso-Weinsäure optisch inaktiv ist. Sie enthält eine Symmetrieebene (•— in [C.95] senkrecht<br />
zur Papierebene), so daß ihr Spiegelbild mit ihr zur Deckung gebracht werden kann. Die optische<br />
Aktivität der beiden asymmetrischen C-Atome ist quasi intern kompensiert.<br />
7.3.3. Synthese chiraler Verbindungen<br />
Voraussetzung für die Synthese einer chiralen Verbindung aus einer achiralen ist eine prochirale<br />
Ausgangsverbindung. Ein achirales Molekül oder Molekülteil heißt prochiral, wenn es<br />
durch die Einführungung eines neuen achiralen Substituenten in ein chirales überführt werden<br />
kann. Prochiral sind Moleküle mit C-Atomen, die drei verschiedene Substituenten tragen. Das<br />
können trigonal ebene C-Verbindungen mit zwei verschiedenen Resten und einer Doppelbindung<br />
[C.96] sein oder tetraedrische C-Verbindungen mit vier Resten, von denen zwei gleich<br />
sind [C.97]. Wird in diese Moleküle ein weiterer Substituent durch Addition an die Doppelbindung<br />
(wie in [C.96]) bzw. durch Substitution einer der beiden gleichen Reste (wie in [C.97])<br />
eingeführt, so entsteht ein asymmetrisches C-Atom, und die Produkte sind chiral.<br />
Eine prochirale Verbindung hat eine Symmetrieebene, die das Molekül in zwei Hälften teilt,<br />
die Spiegelbilder sind. Die beiden Seiten werden dann als enantiotop bezeichnet. Je nach dem,<br />
von welcher Seite der vierte Substituent eingeführt wird, entsteht das eine oder andere Enantiomere<br />
des Produktes.
OX<br />
(S )-Enantiomer<br />
R" 1<br />
R 1<br />
R"<br />
(S)-Enantiomer<br />
O<br />
+R 111 X<br />
OX<br />
C. 7. Stereoisomerie 177<br />
R J\ Prioritäten OX >R m >R" >R' [C.96]<br />
R1/ R'"<br />
(R )-Enantiomer<br />
R 1<br />
^T<br />
(R)-Enantiomer<br />
Prioritäten: R" 1 > R" > R 1 > R<br />
[C.97]<br />
Besitzt das Substrat außer einer prochiralen Einheit zusätzlich ein Chiralitätszentrum, so<br />
teilt eine entsprechend durch das Molekül gelegte Ebene dieses in zwei sog. diastereotope Seiten.<br />
Bei der Einführung des neuen Substituenten von unterschiedlichen Seiten entstehen dann<br />
Diastereomere, vgl. [C.99].<br />
7.3.3.1. Racematspaltung<br />
In achiraler Umgebung sind die beiden enantiotopen Seiten einer prochiralen Verbindung<br />
gleichwertig. Die Addition an die Carbonylgruppe [C.96] bzw. die Substitution am C-Atom<br />
[C.97] führen dann zu einem racemischen Gemisch (Racemat), da beide Enantiomere über<br />
Übergangszustände gleicher Energie mit gleicher Aktivierungsenergie und gleicher Reaktionsgeschwindigkeit<br />
gebildet werden. Aus dem Racemat können die reinen Enantiomeren mit verschiedenen<br />
Methoden gewonnen werden.<br />
Man kann z.B. das racemische Gemisch mit einer chiralen Verbindung umsetzen, wobei<br />
Diastereomere gebildet werden. Diese haben im Gegensatz zu den Enantiomeren unterschiedliche<br />
physikalische Eigenschaften, z.B. Löslichkeiten, und können daher durch fraktionierte<br />
Kristallisation oder Chromatographie getrennt werden. Aus den getrennten Diastereomeren<br />
spaltet man die optisch aktive Hilfsverbindung wieder ab und gewinnt so die reinen Enantiomeren.<br />
Diese Methode ist besonders dann einfach anwendbar, wenn die zu trennenden Enantiomere<br />
saure oder basische Gruppen haben, die mit optisch aktiven Basen (z. B. Chinin, Brucin,<br />
a-Phenyl-ethylamin) bzw. Säuren (z. B. Weinsäure) diastereomere Salze bilden:<br />
(R)-B + (S)-HA<br />
(S)-B + (S)-HA<br />
Racemat<br />
(fl)-BH® (S)-A 0<br />
(S)-BH® (S)-A 0<br />
Diastereomere<br />
[C.98]<br />
Ähnliche Wechselwirkungen wie bei der Salzbildung liegen auch bei der Komplexbildung<br />
von Enantiomeren mit einem chiralen Partner (vgl. Trennung von D,L-a-Phenyl-ethylamin,<br />
Abschn. D.7.1.7.1.) und bei der Adsorption an einem chiralen Feststoff vor (vgl. A.2.7. Chromatographische<br />
Trennung von Racematen an chiralen stationären Phasen).<br />
Schließlich können racemische Gemische rasch und ökonomisch durch kinetische Racematspaltung<br />
getrennt werden, indem in einer stereoselektiven Reaktion mit einem chiralen Reagens,<br />
z. B. einem Enzym, nur eines der beiden Enantiomere umgesetzt wird und das andere<br />
zurückbleibt, s. unten.
178 C. Einige allgemeine Grundlagen<br />
7.3.3.2. Stereoselektive Synthese<br />
In einer chiralen Umgebung sind die beiden Seiten oder Reste einer prochiralen Verbindung<br />
nicht mehr gleichwertig. Sie reagieren in den Umwandlungen [C.96] bzw. [C.97] mit unterschiedlicher<br />
Geschwindigkeit, und eines der beiden Enantiomere wird bevorzugt gebildet<br />
(stereoselektive oder asymmetrische Synthese).<br />
Die für eine stereoselektive Synthese notwendige Chiralitätsinformation, die die Stereodifferenzierung<br />
am Reaktionszentrum bewirkt, wird als asymmetrische Induktion bezeichnet.<br />
Sie kann auf verschiedene Weise erreicht werden.<br />
Substratinduktion liegt vor, wenn einer der Ausgangsstoffe bereits ein chirales Strukturelement<br />
besitzt. Enthält z. B. das Substrat eine chirale Gruppe, wie die Carbonylverbindung mit<br />
asymmetrischem C-Atom in [C.99], so verläuft die Reaktion über diastereomere Übergangszustände,<br />
die unterschiedliche Energien haben. Eines der beiden diastereomeren Produkte wird<br />
daher bevorzugt gebildet (diastereoselektive Synthese).<br />
Gut untersucht sind diese Verhältnisse bei nucleophilen Additionen an chirale Carbonylverbindungen<br />
(vgl. z. B. D.7.3.1.1.).<br />
O 1.Nu 0 Nui OH Hq Nu<br />
- M x^R + M X^R [c.99]<br />
K "G KG KG<br />
K: kleiner, M: mittelgroßer, G: großer Rest;<br />
Nu 0 : Hydrid oder C-Nukleophil<br />
Hauptprodukt Nebenprodukt<br />
Wenn die Reste am asymmetrischen C-Atom unterschiedlich groß sind (K
C. 7. Stereoisomerie 179<br />
bei Reagensinduktion im Gegensatz zur Auxiliarinduktion keine diastereomeren Zwischenprodukte<br />
auftreten, sollten solche Reaktionen hoch enantioselektiv verlaufen. Als Beispiel für<br />
die stöchiometrische Variante sei die asymmetrische Hydroborierung (vgl. D.4.1.8.) erwähnt;<br />
synthetisch bedeutende Beispiele für die asymmetrische Katalyse sind die Hydrierung in<br />
Gegenwart von Metallkomplexen mit chiralen Liganden (s. D.4.5.I.), die asymmetrische<br />
Epoxidierung und Dihydroxylierung (s. D.4.1.6.) sowie enzymkatalysierte Reaktionen<br />
(s. D.7.3.I.6.).<br />
Reagiert ein chirales Substrat mit einem chiralen Reagens, so liegt doppelte Diastereodifferenzierung<br />
vor. Entsprechend den dabei auftretenden unterschiedlichen Wechselwirkungen<br />
zweier chiraler Reaktionspartner werden zwei Fälle unterschieden. Ergänzen sich die Induktionen<br />
von Substrat und Reagens positiv, so spricht man von einem gleichsinnigen Paar (englisch<br />
matched pair). Bewirken die beiden Reaktanden andererseits eine entgegengesetzte<br />
stereochemische Steuerung, handelt es sich um ein ungleichsinniges Paar (mismatched pair).<br />
Erklärt sei dies am Beispiel der Sharpless-Katsuki-Epoxidierung (D.4.1.6.) eines vom o-Glyceraldehyd<br />
abgeleiteten Allylalkohols.<br />
ohne WeinsDureester 2,3 : 1<br />
(+)-Diethyltartrat 1 : 2<br />
(-)-Diethyltartrat 90 : 1<br />
[ClOl]<br />
Während ohne Zusatz von Weinsäureester die beiden diastereomeren Epoxide im Verhältnis 2,3:1 erhalten<br />
werden, hat der Zusatz eines zweiten chiralen Reaktionspartners (hier einer der beiden enantiomeren<br />
Weinsäureester, die am katalytisch wirksamen Komplex beteiligt sind) eine Veränderung des Diastereomerenverhältnisses<br />
zur Folge. Beim Einsatz des natürlichen (+)-/?,./?-Weinsäurediethylesters wird nun das<br />
andere Diastereomer bevorzugt gebildet, wobei die Selektivität allerdings nur gering ist. Der enantiomere<br />
(-)-S,S-Weinsäurediethylester hingegen bewirkt eine wesentlich stärkere Differenzierung und erzeugt mit<br />
großem Überschuß das Diastereomer, das auch in Abwesenheit von Weinsäureester hauptsächlich entsteht.<br />
Demzufolge handelt es sich im ersten Fall um das ungleichsinnige, im zweiten Fall um das gleichsinnige<br />
Paar. Da die Chiralität des Weinsäureesters, der in Kombination mit Titanalkoholat und tert-Butylhydroperoxid<br />
einen sterisch anspruchsvollen Komplex bildet, in beiden Fällen dominant ist, liegt hier -<br />
wenn auch z. T. nur schwache - Reagenskontrolle vor.<br />
Eine stark ausgeprägte Reagenskontrolle im stöchiometrischen oder katalytischen Sinn<br />
gestattet hingegen die effiziente Synthese des gewünschten Produktstereoisomers allein durch<br />
Wahl des benötigten Reagensenantiomers unabhängig von bereits im Substrat vorhandenen<br />
Chiralitätselementen. Sie ist daher höchst wünschenswert.<br />
Reagenskontrolle kann auch zur kinetischen Racematspaltung genutzt werden, wenn sich die<br />
Reaktionsgeschwindigkeiten der beiden Enantiomere des Substrats deutlich voneinander<br />
unterscheiden. Mit der Hilfe von Enzymen, aber auch mittels moderner chiraler Reagenzien<br />
können so zahlreiche racemische Gemische rasch und ökonomisch durch selektive Umsetzung<br />
nur eines der beiden Enantiomere gespalten werden.<br />
Als Maß für die bevorzugte Bildung eines Enantiomers bei einer enantioselektiven Synthese wird meist<br />
der Enantiomerenüberschuß (enantiomeric excess, ee) in Prozent angegeben:<br />
/(~ _ E+ — E- E+ Masse des im Überschuß gebildeten Enantiomeren<br />
€e/ ~ E+ +£_ £- Masse des im Unterschuß gebildeten Enantiomeren l c 102 I
180 C. Einige allgemeine Grundlagen<br />
Aus Gleichung [C.26] folgt, daß die Stereoselektivität um so höher ist, je größer der Unterschied der<br />
Gibbs-Energien (freien Enthalpien) der zu den beiden Enantiomeren führenden diastereomeren<br />
Übergangszustände und je niedriger die Temperatur ist:<br />
RT<br />
Beträgt der Energieunterschied z. B. 10 kJ • moH, so wird bei 25 0 C bereits ein Verhältnis E+ : E_ von<br />
56,5 : l erzielt, was einem Enantiomerenüberschuß von 96,5 % entspricht. Bei -78 0 C steigen diese Werte<br />
auf EJE_ = 475 und ee = 99,6 %. Stereoselektive Synthesen werden daher bei möglichst niedrigen Temperaturen<br />
durchgeführt.<br />
8. Syntheseplanung<br />
Sowohl im Laboratorium als auch in der industriellen Produktion sind Stoffe bestimmter<br />
Struktur mit speziellen Eigenschaften, wie Pharmaka, Pflanzenschutzmittel, Riechstoffe, Farbstoffe,<br />
das Ziel der organischen Synthese. Es gelingt gewöhnlich nicht, das Zielprodukt in<br />
einem einzigen Reaktionsschritt aus verfügbaren Ausgangsstoffen zu synthetisieren, sondern<br />
es muß schrittweise in mehreren Stufen aufgebaut werden, wobei meist mehrere verschiedene<br />
Reaktionsfolgen möglich sind. Bei komplizierten Molekülen, wie vielen Naturstoffen und Arzneimitteln,<br />
kann die Zahl der möglichen Reaktionswege und der erforderlichen Reaktionsstufen<br />
sehr groß werden, und es ist keine triviale Aufgabe, den optimalen Reaktionsweg zu finden.<br />
Man wird unter den vorhandenen Möglichkeiten natürlich diejenige anstreben, die mit<br />
der geringsten Stufenzahl und der höchsten Gesamtausbeute zum Ziel führt. Weiterhin spielen<br />
ökonomische und ökologische Gesichtspunkte als Auswahlkriterien eine Rolle, wie die Kosten,<br />
die Toxizität der Ausgangs-, Zwischen- und Nebenprodukte, sowie die Menge und Entsorgbarkeit<br />
(möglichst Recycling) der Abfallprodukte und Lösungsmittel.<br />
8.1 Retrosynthese<br />
Den optimalen Syntheseweg zu planen, erleichtert die retrosynthetische Analyse (englisch disconnection<br />
approach).<br />
Man prüft mögliche Varianten, nach denen das Zielmolekül aus Teilstrukturen durch<br />
bekannte und effiziente Reaktionen aufgebaut werden könnte. Dazu zerlegt man es (auf dem<br />
Papier) durch Spaltung einer geeigneten Bindung in Bruchstücke, die als Synthons (Syntheseäquivalente)<br />
bezeichnet werden. Diesen Synthons ordnet man dann reale Reagenzien zu,<br />
deren Umsetzung wieder das Molekül ergibt. Die so erhaltenen Vorläufer des Zielmoleküls<br />
werden nun ihrerseits als neue Zielstrukturen betrachtet und weiter in Bruchstücke gespalten.<br />
Diese Prozedur wird so lange wiederholt, bis man zu käuflichen oder einfach synthetisierbaren<br />
bekannten Verbindungen als Ausgangsstoffe gelangt. Das Zielmolekül wird sozusagen rückwärts<br />
schrittweise in Zwischenprodukte zerlegt, aus denen es wieder synthetisiert werden<br />
kann.<br />
Die einzelnen retrosynthetischen Schritte werden gewöhnlich durch einen speziellen Pfeil<br />
(=>) symbolisiert.<br />
In vielen Fällen werden durch die bei der Synthese verwendeten Reagenzien funktionelle<br />
Gruppen eingeführt, die nicht denen im Zielmolekül entsprechen und die daher noch umgewandelt<br />
werden müssen. Man bezeichnet diese Operation als Umwandlung funktioneller Gruppen<br />
(englisch fiinctional group interconversion, kurz FGI).<br />
Bei der retrosynthetischen Analyse wird gewöhnlich berücksichtigt, daß die überwiegende<br />
Zahl der Synthesemethoden polare Reaktionen verwendet, in denen ein elektrophiles und ein
C. 8. Syntheseplanung 181<br />
nucleophiles Reagens miteinander reagieren. Man spaltet daher bei der Zerlegung der Moleküle<br />
die Bindungen heterolytisch, so daß Synthons mit elektrophilen Elektronenacceptorzentren<br />
und nucleophilen Donorzentren entstehen. Im Molekül vorhandene funktionelle Gruppen<br />
steuern dabei durch ihre polaren Substituenteneffekte (vgl. Kapitel C.5.1), welcher Bindungspartner<br />
das Bindungselektronenpaar übernimmt, welche Ladung also die Bruchstücke erhalten.<br />
Es kann vorkommen, daß bei der Zerlegung eines Moleküls ein Synthon mit unnatürlicher<br />
Ladung entsteht, dem kein Reagens mit einem Reaktionszentrum entsprechender Polarität<br />
zugeordnet werden kann. In diesem Falle ist eine Umpolung erforderlich, man muß ein Acceptorzentrum<br />
(Elektrophil) durch geeignete Reaktionen in ein Donorzentrum (Nucleophil)<br />
umwandeln oder umgekehrt. Möglichkeiten dieser Reaktivitätsinversion werden am Beispiel<br />
der Carbonylfunktion in Kapitel D.7.2.1.6 dieses Buches illustriert.<br />
Eine einfache retrosynthetische Analyse sei am Beispiel der Synthese von 3-Benzoyl-propionsäure-diethylamid<br />
erläutert (Abb. C.104). Man sieht sofort, daß es mehrere Möglichkeiten<br />
gibt, das Molekül durch Spaltung einer Bindung zu zerlegen. Sie führen zu verschiedenen Synthons<br />
und weiter zu unterschiedlichen Reagenzien und Synthesewegen.<br />
O<br />
NEt2<br />
Synthons Reagenzien FGI<br />
Y O<br />
X "" S N<br />
OEt<br />
(D<br />
.0Et NEt2<br />
(2)<br />
/NEt2 OEt OEt NEt2<br />
(3)<br />
Abb. C104<br />
Retrosynthetische Analyse von 3-Benzoyl-propionsäure-diethylamid<br />
CN<br />
NEt2<br />
(4)<br />
Zerlegung (1) spaltet die C-C-Bindung zwischen dem Phenylrest und der Ketogruppe. Den<br />
gebildeten Synthons können die Reagenzien Benzen und Bernsteinsäureanhydrid zugeordnet<br />
werden, die in einer Friedl-Crafts-Reaktion (D.5.1.8.1) die 3-Benzoyl-propionsäure ergeben. In<br />
einem weiteren Syntheseschritt muß dann noch die Carboxygruppe in das Diethylamid umgewandelt<br />
werden.
182 C. Einige allgemeine Grundlagen<br />
Der zweiten Zerlegung liegt eine Spaltung in ein Acylanion und einen Acrylester zugrunde.<br />
Während im Esterteil durch das o,ß-ungesättigte Carbonylsystem ein Michael-Acceptor vorhanden<br />
ist, muß die zweite Komponente durch Umpolung der Normalreaktivität aus Benzaldehyd<br />
hergestellt werden. Ein hier vorgestelltes metalliertes 1,3-Dithian ist prinzipiell synthetisch<br />
zugänglich, neigt aber vorzugsweise zum nucleophilen Angriff der Carbonylgruppe (l,2-Addition<br />
als Konkurrenz zur l,4-Addition).<br />
In der dritten Zerlegung wird eine Alkylierung des Enolats des Acetophenons mit Chloressigsäureester<br />
vorgestellt. Allerdings findet hier zunächst eine Umprotonierung, bedingt<br />
durch die höhere CH-Acidität des Chloressigsäureesters statt. Eine sich anschließende Aldolreaktion,<br />
gekoppelt mit der intramolekularen Abspaltung von Chlorid führt statt zum<br />
gewünschten Produkt zu einem Glyzidester (Darzens-Claisen-Reaktion, D.7.2.1.3).<br />
Schließlich ist die Zerlegung in den Michael-Acceptor Phenylvinylketon (D.7.4.1.3.) und<br />
Cyanidionen als Nucleophil aufgeführt.<br />
Obwohl für dieses Beispiel vier verschiedene (neben weiteren, nicht aufgeführten) retrosynthetische<br />
Varianten existieren, eignen sich nur Nr. l und 4 für den Aufbau des Zielmoleküls.<br />
Bei Vielstufensynthesen sollte aus ökonomischen und ökologischen Gründen der kürzeste<br />
Syntheseweg beschritten werden. Dabei unterscheidet man lineare und konvergente Synthesen.<br />
Beim ersten Typ wird das Zielprodukt Schritt für Schritt aus einem Ausgangsstoff synthetisiert.<br />
Bei einer fünf stufigen linearen Synthese, z. B., deren Einzelstufen mit der jeweils hohen Ausbeute<br />
von 90% verlaufen, beträgt dann die Gesamtausbeute lediglich 0,95 = o,59 = 59 %. In<br />
zunehmendem Maße bedient man sich daher vor allem bei Naturstoffsynthesen der konvergenten<br />
Strategie, wobei zunächst zwei oder mehrere Teilstrukturen dargestellt werden, deren<br />
Vereinigung durch geeignete Verknüpfungsreaktionen in einem Finalschritt zum gewünschten<br />
Produkt führt. Als sehr elegant und ökonomisch erweisen sich Kaskaden von mehreren aufeinanderfolgenden<br />
Reaktionen (sogenannte Tandem- oder Domino-Reaktionen), wodurch ein<br />
rascher Aufbau komplexer Moleküle ermöglicht wird.<br />
8.2 Schutzgruppen<br />
Bei vielen Synthesen ist eine temporäre Desaktivierung im Molekül vorhandener funktioneller<br />
Gruppen erforderlich, um zu verhindern, daß sie an der Reaktion teilnehmen. Dazu bedient<br />
man sich sogenannter Schutzgruppen, die in die funktioneile Gruppe eingeführt und nach der<br />
Reaktion wieder entfernt werden. Gängige Schutzgruppen, die in den folgenden Kapiteln dieses<br />
Buches erwähnt werden, sind in Tabelle C. 105 aufgeführt.<br />
Tabelle C105<br />
Schutzgruppen<br />
Zu schützende<br />
Gruppe<br />
Hydroxy-<br />
HO-<br />
Schutzgruppe<br />
geschützte Gruppe<br />
tert-Alkyl- (Einer)<br />
R3CO-<br />
Benzyl- (Benzylether)<br />
PhCH2O-<br />
Trialkylsilyl- (Silylether)<br />
R3SiO-<br />
Acetale<br />
ROCHRO-<br />
Einführung durch<br />
Umsetzung mit<br />
Isobuten, Triphenylmethylchlorid<br />
vgl. D.4.1.3. und D.2.6.2.<br />
Benzylhalogenid<br />
vgl. D.2.6.2.<br />
Trimethylsilylchlorid u. a.<br />
vgl. D.2.7.<br />
Carbonylverbindungen<br />
(vgl. D.7.I.2.), Vinylethern<br />
(vgl. [9.21]) oder<br />
Alkoxyalkylchloriden<br />
Abspaltung durch<br />
saure Hydrolyse<br />
Hydrogenolyse,<br />
Lewis-Säuren<br />
saure Hydrolyse<br />
saure Hydrolyse,<br />
Lewis-Säuren
Tabelle C105 (Fortsetzung)<br />
Zu schützende Schutzgruppe<br />
Gruppe geschützte Gruppe<br />
Amino- tert-Butyloxycarbonyl- (BOC)<br />
H2N- t-BuOCONH-<br />
Benzyloxycarbonyl-<br />
PhCH2OCONH-<br />
Phthalimide<br />
vgl. [2.78]<br />
Benzyl-<br />
(PhCH2)2N-<br />
Trialkylsilyl-<br />
(R3Si)2N-<br />
Carbonyl- O,O-, 5,5- und O,5-Acetale<br />
-CO- vgl. [7.28], [7.32]<br />
Carboxy- Alkyl- (Alkylester)<br />
-COOH -COOR<br />
Benzyl- (Benzylester)<br />
-COOCH2Ph<br />
1,3-Oxazoline<br />
vgl. [7.48]<br />
Einführung durch<br />
Umsetzung mit<br />
Di-tert-butyldicarbonat u. a.<br />
vgl. D.7.1.4.2.<br />
Chlorkohlensäurebenzylester<br />
vgl. D.7.1.4.2.<br />
Phthalimid<br />
vgl. D.2.6.4.<br />
Benzylbromid<br />
vgl. D.2.6.4.<br />
Trimethylsilylchlorid<br />
vgl. D.2.7.<br />
Ethandiol, Ethandithiol,<br />
2-Mercapto-ethanol<br />
vgl.D.7.1.2.undD.7.1.3.<br />
Veresterung<br />
vgl.D.7.1.4.1.undD.2.6.3.<br />
Benzylbromid<br />
vgl. D.2.6.4.<br />
2-Amino-alkanolen<br />
oder Aziridinen<br />
vgl. D.7.1.4.2.<br />
C. 9. Literaturhinweise 183<br />
Abspaltung durch<br />
Trifluoressigsäure,<br />
p-Toluensulfonsäure<br />
Hydrogenolyse mit<br />
H2, Pd/C<br />
Hydrazinolyse<br />
vgl. [2.80]<br />
Hydrogenolyse<br />
Hydrolyse<br />
saure Hydrolyse<br />
basische Hydrolyse<br />
Hydrogenolyse<br />
saure Hydrolyse<br />
Wichtige Kriterien für die Auswahl einer Schutzgruppe sind:<br />
- Die Einführung und Abspaltung sollten unter möglichst milden Bedingungen und mit annähernd<br />
quantitativen Ausbeuten ohne Veränderung des restlichen Moleküls möglich sein.<br />
- Die zur Einführung der Schutzgruppe nötigen Reagenzien sollten gut zugänglich sein und<br />
eine möglichst geringe Toxizität aufweisen.<br />
- Eine geschützte funktionelle Gruppe muß unter den Bedingungen der beabsichtigten Synthesereaktionen<br />
stabil sein.<br />
Neben Schutzgruppen, die durch rein chemische Methoden wieder abgespalten werden,<br />
haben sich auch solche bewährt, die photochemisch, elektrochemisch oder enzymatisch entfernbar<br />
sind. Bei Peptid- und Nucleotid-Synthesen sowie in der kombinatorischen Chemie<br />
bedient man sich vor allem polymer-gebundener Schutzgruppen.<br />
9. Literaturhinweise<br />
Zur umfassenden Unterrichtung über die in diesem Kapitel behandelten Probleme können Lehrbücher der<br />
physikalischen organischen bzw. physikalischen Chemie dienen; weiterhin:<br />
Thermodynamik organisch-chemischer Verbindungen<br />
BARIN, L: Thermochemical Data of Pure Substances. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1993.<br />
BENSON, S. W.: Thermochemical Kinetics. - John Wiley & Sons, New York 1968.<br />
BENSON, S. W.; CRUICKSHANK, F. R.; GOLDEN, D. M.; HAUGEN, G. R.; O'NEAL, H. E.; RODGERS, A. S.; SHAW,<br />
R.; WALSH, R., Chem. Rev. 69 (1969), 279-324.<br />
Cox, J. D; PILCHER, G.: Thermochemistry of Organic and Organometallic Compounds. - Academic Press,<br />
London !97O.<br />
STULL, D. R.; WESTRUM, E. F.; SINKE, G. C.: The Chemical Thermodynamics of Organic Compounds. - John<br />
Wiley & Sons, New York 1969.
184 C. Einige allgemeine Grundlagen<br />
Kinetik<br />
FROST, A. A.; PEARSON, R. G.: Kinetik und Mechanismen homogener chemischer Reaktionen. - Verlag<br />
Chemie, Weinheim 1964.<br />
HOMANN, K. H.: Reaktionskinetik. - Dr. Dietrich Steinkopff Verlag, Darmstadt 1975.<br />
HUISGEN, R., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 3/1 (1955), S. 99-162.<br />
LAIDLER, K. J.: Reaktionskinetik. - Bibliographisches Institut, Mannheim 1970.<br />
LOGAN, S. R.: Grundlagen der chemischen Kinetik. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1997.<br />
SCHWETLICK, K.: Kinetische Methoden zur Untersuchung von Reaktionsmechanismen. - Deutscher Verlag<br />
der Wissenschaften, Berlin 1971.<br />
Techniques of Chemistry, Hrsg.: A. WEISSBERGER. Bd. 6/1-2. - John Wiley & Sons, New York 1974.<br />
Lösungsmitteleffekte<br />
PARKER, A. J.; Chem. Rev. 69 (1969), 1-32.<br />
REICHARDT, C, Angew. Chem. 91 (1979), 119.<br />
REICHARDT, C.: Solvents and Solvent Effects in Organic Chemistry. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim<br />
!988.<br />
WADDINGTON, TC; Nicht-wäßrige Lösungsmittel.- Hüthig-Verlag, Heidelberg 1972.<br />
Säuren und Basen<br />
BELL, K. R: The Proton in Chemistry. - Chapman and Hall, London 1973.<br />
BORDWELL, F. G., Acc. Chem. Res. 21 (1988), 456-463.<br />
CHALBNA, Ju. L., Usp. Khim. 49 (1980), 1174.<br />
DJUMAEV, K. M.; KOROLEV, B. A., Usp. Khim. 49 (1980), 2065-2085.<br />
EBEL, H. F.: Die Acidität der CH-Säuren. - Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1969.<br />
IZUTZU, K.: Acid Base Dissociation Constants in Dipolar Aprotic Solvents. - Blackwell Scientific Publications,<br />
Oxford 1990.<br />
JENSEN, W. B., Chem. Rev. 78 (1978), 1-22.<br />
JENSEN, W. B.: The Lewis Acid-Base Concepts. - John Wiley & Sons, New York 1980.<br />
JONES, J. R.: The Ionisation of Carbon Acids. - Academic Press, London 1973.<br />
KORTÜM, G.; VOGEL, W.; ANDRUSSOW, K.: Dissociation Constants of Organic Acids in Aqueous Solution. -<br />
Butterworths, London 1961.<br />
PERRIN, D. D.: Dissociation Constants of Organic Bases in Aqueous Solution. - Butterworths, London 1965.<br />
REUTOV, O. A.; BELETSKAYA, I. R; BUTIN, K. R: CH-Acids. - Pergamon Press, New York 1979.<br />
SERJEANT, E. R; DEMPSEY, B.: Ionisation Constants of Organic Acids in Aqueous Solution. - Pergamon<br />
Press, New York 1979.<br />
Hammett-Beziehung<br />
Correlation Analysis in Chemistry. Hrsg.: N. B. CHAPMAN, J. SHORTER. - Plenum Press, New York, London<br />
1978.<br />
JAFFE, H. H., Chem. Rev. 53 (1953), 191.<br />
JOHNSON, C. D.: The Hammett Equation. - Cambridge University Press, Cambridge 1973.<br />
PAL'M, V. A.: Grundlagen der quantitativen Theorie organischer Reaktionen. - Akademie-Verlag, Berlin<br />
1971.<br />
RITCHIE, C D; SAGER, W. F., Progr. Phys. Org. Chem. 2 (1964), 323.<br />
SHORTER, J., Quart. Rev. 24 (1970), 433.<br />
WELLS, P. R.: Chem. Rev. 63 (1963), 171.<br />
Stömngstheorie organischer Reaktionen<br />
Chemical Reactivity and Reaction Paths. Hrsg.: G. KLOPMAN. - John Wiley & Sons, New York 1974.<br />
FLEMING, L: Grenzorbitale und Reaktionen organischer Verbindungen. - Verlag Chemie, Weinheim 1979.<br />
HUDSON, R. F., Angew. Chem. 85 (1973), 63-^84.<br />
Stereoisomerie<br />
IUPAC. Rules for the Nomenclature of Organic Chemistry. Section E: Stereochemistry. Pure Appl. Chem.<br />
54 (1976), 13-30.<br />
BAHR, W.; THEOBALD, H.: <strong>Organisch</strong>e Stereochemie - Begriffe und Definitionen. - Springer-Verlag, Berlin,<br />
Heidelberg, New York 1973.
C. 9. Literaturhinweise 185<br />
ELIEL, E. L.; WILEN, S. H.: <strong>Organisch</strong>e Stereochemie. - Wiley-VCH, Weinheim, 1998.<br />
HAUPTMANN, S.; MANN, G.: Stereochemie. - Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin, Oxford<br />
1996.<br />
KAGAN, H. B.: <strong>Organisch</strong>e Stereochemie. - Georg Thieme Verlag, Stuttgart !977.<br />
Stereoselektive Synthese<br />
Stereoselective Synthesis. Hrsg.: G. HELMCHEN, R. W. HOFMANN, J. MULZER, E. SCHAUMANN: HOUBEN-WEYL,<br />
Vol. E 21. - Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York 1995.<br />
Asymmetrie Synthesis. Hrsg.: J. D. MORRISON. - Academic Press, New York 1983-1985.<br />
AGER, D. J.; EAST, M. B.: Asymmetrie Synthetic Methodology. - CRC Press, Boca Raton 1996.<br />
AITKEN, R. A.; KILENYI, S. N. .-Asymmetrie Synthesis. - Blackie Academic & Professional 1994.<br />
ATKINSON, R. S.: Stereoselective Synthesis. - John Wiley & Sons, New York 1995.<br />
CERWINKA, O.: Enantioselective Reactions in Organic Chemistry. - Harwood, London 1994.<br />
GAWLEY, R. E.; AUBE, J.: Principles of Asymmetrie Synthesis. - Pergamon, Oxford !996.<br />
IZUMI, Y.; TAI, A.: Stereodifferentiating Reactions. - John Wiley & Sons, New York !995.<br />
MANDER, L. N.: Stereoselektive Synthese. - Wiley-VCH, Weinheim 1998.<br />
MORRISON, J. D.; MOSHER, H. S.: Asymmetrie Organic Reactions. - Prentice-Hall, Englewood Cliffs 1971.<br />
NOGRADI, M.: Stereoselective Synthesis. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim, New York 1995.<br />
OTTO, E.; SCHÖLLKOPF, K.; SCHULZ. B.-G.: Stereoselective Synthesis. - Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg,<br />
New York 1993.<br />
RAHMAN, A.-U; SHA, Z.: Stereoselective Synthesis in Organic Chemistry. - Springer-Verlag, New York<br />
1993.<br />
STEPHENSON, G. R.: Advanced Asymmetrie Synthesis. - Blackie Academic & Professional 1996<br />
WINTERFELD, E.: Prinzipien und Methoden der stereoselektiven Synthese. - Vieweg Verlag, Braunschweig,<br />
Wiesbaden 1988.<br />
Catalytic Asymmetrie Synthesis. Hrsg.: I. OHMA. - VCH Publishers, New York 1993.<br />
Comprehensive Asymmetrie Catalysis. Hrsg.: E. N. JACOBSEN, A. PFALTZ, H. YAMAMOTO. - Springer Verlag,<br />
Berlin, Heidelberg, New York 1999.<br />
BRUNNER, H.; ZETTLMEYER, W.: Handbook of Enantioselective Catalysis. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim<br />
1993.<br />
NOYORI, R.: Asymmetrie Catalysis in Organic Synthesis. - John Wiley & Sons, New York 1994.<br />
Syntheseplanung<br />
WILLIS, C. L.; WILLS, M.: Syntheseplanung in der <strong>Organisch</strong>en Chemie. - VCH, Weinheim 1997.<br />
WARREN, S.: <strong>Organisch</strong>e Retrosynthese. - B. G. Teubner, Stuttgart !997<br />
WARREN, S.: The Disconnection Approach. - John Wiley & Sons, Chichester 1982.<br />
COREY, E. J.; CHENG, X.-M.: The Logic of Chemical Synthesis. - J. Wiley & Sons, New York 1999.<br />
FUHRHOP, J.; PENZLIN, G.: Organic Synthesis - Concepts, Methods, Starting Materials. - VCH, Weinheim<br />
!994<br />
LAROCK, R. C.: Comprehensive Organic Transformations. - VCH, Weinheim 1989<br />
SEEBACH, D.: Methoden der Reaktivitätsumpolung. - Angew. Chem. 91 (!979), 259-278<br />
Umpoles Synthons. A Survey of Sources and Uses in Synthesis. Hrsg.: T. P. HASE. - J. Wiley & Sons, New<br />
York !987.<br />
TSE-LOK Ho: Tandem Organic Reactions. - John Wiley & Sons, New York 1992<br />
TIETZE, L. F.; BEIFUSS, U: Sequentielle Tranformationen in der <strong>Organisch</strong>en Chemie - eine Synthesestrategie<br />
mit Zukunft. - Angew. Chem. 105 (!993), 137-HO.<br />
TIETZE, L. F.: Domino Reactions in Organic Synthesis. - Chem. Rev. 96 (1996), \\5-\36.<br />
Schutzgruppen<br />
GREENE, T. W.; WUTS, P. G. M.: Protecting Groups in Organic Synthesis. - John Wiley & Sons, New York<br />
1999.<br />
KOCIENSKI, P. J.: Protecting Groups. - Georg Thieme Verlag, Stuttgart !994.<br />
SCHELHAAS, M.; WALDMANN, H., Angew. Chem. 108 (!996), 2192-2219.
fr<br />
<strong>Organisch</strong>-präparativer Teil<br />
Zur Benutzung der Arbeitsvorschriften und Tabellen<br />
Für die Darstellung der einzelnen Präparate werden in der Mehrzahl Allgemeine Arbeitsvorschriften<br />
angegeben, die als Standardvorschriften für die betreffende Methode gelten können.<br />
Ihr Anwendungsbereich geht über die in den Tabellen aufgeführten Beispiele hinaus. Bei<br />
Übertragung auf andere Verbindungen und Verbindungstypen müssen deren chemische<br />
Besonderheiten - vor allem bei der Aufarbeitung der Reaktionsprodukte - berücksichtigt werden.<br />
Die allgemeinen Arbeitsvorschriften geben zwar das Wesentliche der betreffenden<br />
Methode wieder, gestatten aber nicht in jedem Einzelfall, optimale Ausbeuten zu erzielen.<br />
Hierzu sind, wie stets in der organischen Chemie, sorgfältig zu ermittelnde spezielle Bedingungen<br />
notwendig.<br />
I<br />
Vor Aufnahme der Experimente informiere man sich unbedingt im Reagenzienanhang<br />
(Kap. F) und im Gefahrstoffanhang (Kap. G) und in den dort angegebenen einschlägigen<br />
Quellen über die Gefährlichkeit der verwendeten Chemikalien.<br />
Die wichtigsten der in den Arbeitsvorschriften vorkommenden Substanzen sind in Tabelle G. l<br />
entsprechend der Gefahrstoffverordnung durch Gefahrensymbole, Hinweise auf besondere<br />
Gefahren (R-Sätze) und Sicherheitsratschläge (S-Sätze) gekennzeichnet (vgl. hinterer innerer<br />
Buchdeckel). In Tabelle G.l sind jedoch nur solche Chemikalien aufgeführt, über deren<br />
Gefährlichkeit Angaben im Anhang der Gefahrstoffverordnung und in der TRGS 900 vorliegen.<br />
Darüber hinaus gehende Hinweise, auch über Stoffe, die nicht in Tabelle G.l enthalten<br />
sind, sind den Katalogen und Sicherheitsdatenblättern der Chemikalienhersteller und Sicherheitsdatensammlungen,<br />
die in Kapitel G angegeben sind, zu entnehmen.<br />
I<br />
Stoffe, über deren Gefährlichkeit keine Angaben vorliegen, sollten aus Vorsorgegründen<br />
grundsätzlich als gefährlich betrachtet und mindestens nach den S-Sätzen 22, 23, 24 und 25<br />
behandelt werden.<br />
Auf die Pflicht, sich vor Aufnahme der Versuche über die Gefährlichkeit der verwendeten<br />
Chemikalien zu informieren, wird im folgenden in jeder Arbeitsvorschrift durch das nebenstehende<br />
Symbol hingewiesen.<br />
| Die Gefahrenhinweise und Sicherheitsratschläge sind Bestandteil der Arbeitsvorschriften.<br />
Es wird empfohlen, das Versuchsprotokoll in Form einer Betriebsanweisung (gemäß § 22<br />
der Gefahrstoffverordnung) zu gestalten, die das Gefährdungspotential der Reagenzien, der<br />
Reaktionen und der Produkte zusammen mit Schutzmaßnahmen und Verhaltensregeln im<br />
Gefahrfall, Erste-Hilfe-Maßnanmen und Hinweisen für die sachgerechte Entsorgung enthält.
Zur Benutzung der Arbeitsvorschriften und Tabellen 187<br />
Die Arbeitsvorschriften sind, wenn nicht anderes vermerkt ist, sowohl für Präparationen im<br />
Makro- als auch im Halbmikro- und Mikromaßstab geeignet.<br />
Unter einem „Makroansatz" ist ein Ansatz in der Größenordnung von 0,1 bis l mol zu verstehen,<br />
unter einem „Halbmikroansatz" ein Ansatz im Bereich von l bis 10 mmol (~ 0,1 bis<br />
2 g) und unter einem „Mikroansatz" eine Ansatzgröße von 15 bis 150 mg. Über die notwendigen<br />
Unterschiede in der Arbeitstechnik orientiere man sich im Kapitel A.<br />
Einige Vorschriften sind speziell für analytische Zwecke bestimmt, wodurch sich Besonderheiten<br />
ergeben können. So wird hier z. B. das Hauptaugenmerk nicht auf hohe Ausbeuten<br />
gelegt, sondern auf eine möglichst umfassende Gültigkeit der angegebenen Vorschrift. Ausgesprochene<br />
Analysenvorschriften werden daher als solche gekennzeichnet.<br />
Schmelz- und Siedetemperaturen sind Literaturwerte oder durch Testung ermittelt. Bei der<br />
Destillation sollte der jeweilige Siedebereich vom Experimentator nach Abschnitt A.2.3.2.2.<br />
selbst festgelegt werden.<br />
Der Druck bei einer Siedetemperatur ist generell in kPa (in Klammern in Torr) angegeben.<br />
Die Druckangabe soll gleichzeitig als Anleitung verstanden werden, ob bei Normaldruck, im<br />
Wasserstrahl- oder im Feinvakuum zu destillieren ist.<br />
Die Angabe eines Lösungsmittels in Klammern hinter der Schmelztemperatur weist darauf<br />
hin, daß dieses Lösemittel zum Umkristallisieren des betreffenden Stoffs geeignet ist.<br />
Neben den Arbeitsvorschriften sind an zahlreichen Stellen noch weitere Präparationsmöglichkeiten<br />
als Literaturzitate angeführt. Es werden hier vor allem Vorschriften in englischer, russischer<br />
oder französischer Sprache zitiert, um dem Studenten bereits während der Grundpräparate Gelegenheit<br />
zu geben, seine Sprachkenntnisse zu vertiefen. In sachlicher Hinsicht handelt es sich um<br />
Präparate, die entweder die voranstehende allgemeine Arbeitsvorschrift illustrieren oder aber<br />
eine Variante der Methode zur Darstellung der abgehandelten Stoffklasse wiedergeben. In einigen<br />
Fällen beziehen sich die Literaturangaben auf die Darstellung von Ausgangsprodukten, die für die<br />
in der Tabelle aufgeführten Präparationen benötigt werden.<br />
Im folgenden sind einige wichtige Abkürzungen zusammengefaßt:<br />
Ac<br />
Ac2O<br />
AcOH<br />
Bu<br />
BuOH<br />
i-BuOH<br />
t-BuOH<br />
ChIf.<br />
DMF<br />
Et<br />
EtOH<br />
Et2O<br />
HMPT<br />
Me<br />
MeOH<br />
Me2CO<br />
Acetyl<br />
Acetanhydrid<br />
Essigsäure (Eisessig)<br />
Butyl<br />
Butanol<br />
Isobutanol<br />
tert-Butylalkohol<br />
Chloroform<br />
Dimethylformamid<br />
Ethyl<br />
Ethanol<br />
Diethylether<br />
Hexamethylphosphorsäuretriamid<br />
Methyl<br />
Methanol<br />
Aceton<br />
Ph<br />
PhH<br />
PhMe<br />
Pr<br />
PrOH<br />
i-PrOH<br />
Tetra<br />
THF<br />
W.<br />
[«HP<br />
Ausb.<br />
D|°<br />
Phenyl<br />
Benzen<br />
Toluen<br />
Propyl<br />
Propanol<br />
Isopropylalkohol<br />
Tetrachlorkohlenstoff<br />
Tetrahydrofuran<br />
Wasser<br />
spezifische optische<br />
Drehung<br />
(für D-Linie bei 20 0 C)<br />
Ausbeute<br />
Dichte (bei 20 0 C,<br />
bezogen auf Wasser<br />
von 4 0 C)<br />
e<br />
F<br />
korr.<br />
Kp<br />
KPx(y)<br />
Min.<br />
nff<br />
Sek.<br />
Std.<br />
std.<br />
Vol.<br />
wss.<br />
Zers.<br />
Dielektrizitätskonstante<br />
Schmelztemperatur<br />
korrigiert<br />
Siedetemperatur bei<br />
Normaldruck<br />
Siedetemperatur im<br />
Vakuum bei x kPa<br />
bzw. y Torr<br />
Minute(n)<br />
Brechungsindex (bei<br />
20 0 C für D-Linie)<br />
Sekunde(n)<br />
Stunde(n)<br />
stündlich<br />
Volumen, Volumina<br />
wäßrig(e)<br />
Zersetzung(en)
188 Dl. Radikalische Substitution<br />
D.1 Radikalische Substitution<br />
In einer Substitutionsreaktion wird in einem Substrat (RX) ein Substituent (X) durch einen<br />
anderen (Y), ersetzt:<br />
R-X -i- Y-Z - R-Y + X-Z M n<br />
Solche Reaktionen können nach verschiedenen Mechanismen verlaufen (vgl. z. B. Kapitel<br />
D.2., D.5. und D.7.I.4.). An einem gesättigten Kohlenstoffatom sind Substitutionen nach einem<br />
radikalischen (homolytischen) Mechanismus möglich.<br />
Wichtige radikalische Substitutionsreaktionen sind in Tabelle 1.2 aufgeführt.<br />
Tabelle 1.2<br />
Radikalische Substitutionen<br />
R—H + Y-Y »• R-Y + H-Y Halogenierung mit molekularen Halogenen<br />
Y=F, Cl, Br<br />
R—H + CI-Z - R-CI + H—Z Chlorierung mit N-Chloraminen, N-Chlor-<br />
2 _ _NP« _5o ci -PCI -COCI succinimid, Sulfurylchlorid, Phosphorpentachlorid,<br />
-OC(CH3)3!-CCI3 4 Phosgen, tert-Butylhypochlorit, Tetrachlormethan<br />
R—H + Br-Z R-Br + H—Z Bromierung mit N-Bromsuccinimid, tert-Butyl-<br />
Q hypochlorit, Bromtrichlormethan<br />
Z = -N J , -OC(CHg)3, -CCI3<br />
/7<br />
o<br />
R—H + O2 R-O-O-H Peroxygenierung<br />
R-H + SO2 + Cl2<br />
R-SO2CI + H-CI Sulfochlorierung<br />
2 R-H + 2 SO2 + O2 2 R-SO3H Sulfoxidation<br />
R-H + NO2-Z R-NO2 + H-Z Nitrierung<br />
Z = -OH, -NO2<br />
R-X + H-MRa - R-H + X-MRa Reduktion von Halogenverbindungen,<br />
Sulfonsäureestern und Dithiokohlensäureestern mit<br />
» = ~ Hal ;7° S ° 2R '' -° CS 2 R Trialkylstannanen und -silanen<br />
M = Sn, Si<br />
J<br />
Radikalische Substitutionsreaktionen [1.1] verlaufen nach einem Kettenmechanismus (siehe<br />
unten, D.I.2.), in dem „freie" Radikale (R« und Y-) als kurzlebige Zwischenprodukte auftreten.<br />
Radikale 1 ) sind Atome oder Moleküle mit einem oder mehreren ungepaarten Elektronen,<br />
aus diesem Grunde valenzmäßig ungesättigt und meist sehr instabil und reaktionsfähig.<br />
Um eine radikalische Substitutionsreaktion auszulösen, zu „starten", muß zunächst eins der<br />
beiden Radikale R« oder Y- in einer „Startreaktion" aus den Ausgangsstoffen RX oder YZ<br />
gebildet werden.<br />
> Radikale sind nicht mit den Resten R in chemischen Formeln zu verwechseln.
1.1. Erzeugung und Stabilität von Radikalen<br />
D. 1.1. Erzeugung und Stabilität von Radikalen 189<br />
Die wichtigste Art, Radikale zu bilden, ist die als Homolyse bezeichnete „symmetrische" Spaltung<br />
einer homöopolaren Bindung unter Entkopplung des Bindungselektronenpaares.<br />
Y-Z<br />
CI-CI<br />
Y-<br />
Cl-<br />
•Z<br />
•Cl<br />
Bei einer derartigen homolytischen Spaltung muß dem Molekül die Bindungsdissoziationsenergie<br />
zugeführt werden (vgl. Tab. 1.4.). Da man diese in verschiedener Weise aufbringen<br />
kann, ergeben sich folgende Möglichkeiten der Radikalerzeugung:<br />
Tabelle 1.4<br />
Molare Standardbindungsdissoziationsenthalpien (A0H^ in kJ • moH bei 25 0 C)<br />
H-H<br />
F-F<br />
Cl-Cl<br />
Br-Br<br />
I-I<br />
H3C-CH3<br />
H2N-NH2<br />
HO-OH<br />
H3C-H<br />
CH3CH2-H<br />
(CH3)2CH-H<br />
(CH3)3C-H<br />
C6H5-H<br />
CH2-CHCH2-H<br />
C6rl5 CH2-H<br />
432<br />
!55<br />
239<br />
190<br />
!49<br />
370<br />
253<br />
214<br />
435<br />
4!1<br />
396<br />
385<br />
458<br />
37!<br />
356<br />
H-F<br />
H-Cl<br />
H-Br<br />
H-I<br />
Bindungsspaltung durch Wärmeenergie (Thermolyse)<br />
566<br />
428<br />
363<br />
295<br />
HO-H<br />
499<br />
HOO-H<br />
375<br />
(CH3)3CO-H<br />
435<br />
(CH3)3CO-OC(CH3)3<br />
157<br />
C6H5COO-OCOC6H5 126<br />
CH3-N=N-CH3<br />
210<br />
N=C(CH3)2C-N=N-C(CH3)2ON<br />
131<br />
(CH3)3Sn-H<br />
293<br />
(CH3)3Sn-CH3<br />
255<br />
CH3Hg-CH3<br />
218<br />
Das Dissoziationsgleichgewicht von Bindungen kleiner Spaltungsenergie liegt schon bei niedrigeren<br />
Temperaturen merklich auf Seiten der Dissoziationsprodukte. So ist z. B. das 3-Triphenylmethyl-ö-diphenylmethylen-cyclohexa-M-dien<br />
1 ) (JDH^_C = 46 kJ-moH) in 0,lmolarer<br />
benzenischer Lösung bei Zimmertemperatur zu 2% in Triphenylmethylradikale dissoziiert:<br />
Vf» = «"v n-fl<br />
Ph<br />
Ph Ph<br />
Ph<br />
Bindungen mit Dissoziationsenthalpien von 120 bis 170 kJ -moH, wie sie in Peroxiden und<br />
aliphatischen Azoverbindungen vorliegen, werden bei wenig erhöhten Temperaturen (70 bis<br />
150 0 C) gespalten. Solche Verbindungen sind daher als Radikalgeneratoren z. B. für die Initiierung<br />
von Kettenreaktionen geeignet (s. unten).<br />
Bei Temperaturen über 80O 0 C werden auch die stabilen Kohlenwasserstoffbindungen<br />
gespalten. Deswegen laufen die meisten organisch-chemischen Reaktionen bei solchen Temperaturen<br />
radikalisch ab (Pyrolysen, Crackprozesse).<br />
] ) Dem lange Zeit als Hexaphenylethan angesehenen Dimeren des Triphenylmethylradikals wurde bereits<br />
im Jahre !905 von P. JACOBSON die hier angegebene Struktur zugeordnet. Spätere Untersuchungen konnten<br />
dies bestätigen.<br />
[1.3]
190 D. 1. Radikalische Substitution<br />
Bindungsspaltung durch Strahlungsenergie (Photolyse 1 ), Radiolyse 2 ))<br />
Die Energie eines Lichtquants ist nach der Planckschen Gleichung: E =hv. Demnach hat z. B.<br />
UV-Licht der Wellenlänge A = 300 nm eine Energie von 400 kJ • moH. Bei einem Vergleich mit<br />
Tabelle 1.4 wird deutlich, daß durch Bestrahlung mit kurzwelligem (ultraviolettem) Licht die<br />
meisten Bindungen gespalten werden können.<br />
Man berechne die Energie von gelbem (A = 600 nm) und violettem (A = 400 nm) Licht und<br />
überlege, ob rotes Licht (A = 700 nm) in der Lage ist, das Chlormolekül zu spalten!<br />
Nur solche Strahlung ist photochemisch wirksam, die absorbiert wird. Hierbei ist es nicht immer erforderlich,<br />
daß die Absorption durch die reagierenden Stoffe erfolgt; vielmehr kann auch ein nicht unmittelbar<br />
an der Reaktion beteiligter Sensibilisator das Licht absorbieren und die aufgenommene Energie dann<br />
auf den reagierenden Partner übertragen. Als Sensibilisatoren können organische Farbstoffe, Ketone u. a.<br />
dienen.<br />
Radikalbildung durch Redoxprozesse (chemische Energie)<br />
Viele Redoxprozesse sind mit einem Ein-Elektronen-Übergang unter Bildung von Radikalen<br />
verbunden, z. B.:<br />
R-Q-Q-H + Fe 20 - R-Q- + 0 IQH + Fe 3 ® [1.6]<br />
Man vergleiche dazu D.I.5. Auch die Kolbesche Synthese von Kohlenwasserstoffen durch Elektrolyse<br />
der Salze von Carbonsäuren schließt einen solchen Prozeß ein:<br />
/P /°<br />
R-c -TT R-C -^- R- [1-7]<br />
2R- R-R<br />
Bindungsspaltung durch mechanische Energie<br />
Ultraschall, sehr schnelles Rühren oder Vermählen von Substanzen in einer Schwingmühle<br />
können zu Bindungsspaltungen führen (Mechanochemie).<br />
Man erkennt aus Tabelle 1.4, daß die einzelnen Bindungen sehr unterschiedliche Dissoziationsenthalpien<br />
besitzen. Selbst der Wert für eine bestimmte Bindung (z. B. C-H) ist stark von<br />
der Struktur des übrigen Moleküls abhängig. Generell ist die Dissoziationsenthalpie einer Bindung<br />
um so niedriger, je energieärmer (stabiler) die bei der Spaltung entstehenden Radikale<br />
sind. Die thermodynamische Stabilität eines Radikals hängt davon ab, inwieweit das freie<br />
Radikalelektron im Molekül delokalisiert werden kann. Zu einer Delokalisation sind konjugationsfähige<br />
Substituenten, z. B. Phenyl- und Allylgruppen in der Lage:<br />
) ^CH=CH2, =<br />
-^VCH, — /^V=CH, —<br />
1 J Photolyse: Bindungsspaltung durch Einwirkung von sichtbarem oder UV-Licht<br />
2 ) Radiolyse: Bindungsspaltung durch energiereiche Strahlung<br />
[1.8]
D. 1.2. Reaktionen und Lebensdauer von Radikalen. Radikalkettenreaktionen 191<br />
Die Dissoziationsenthalpie der Benzyl-H-Bindung (Allyl-H-Bindung) erhält dadurch den<br />
im Vergleich mit anderen C-H-Bindungen niedrigen Wert von 356 kJ • moH.<br />
Man beachte in diesem Zusammenhang die besonders niedrige Dissoziationsenthalpie von<br />
Bindungen, bei deren Spaltung Triphenylmethylradikale entstehen (z. B. nach [1.5])!<br />
Auch sterische Substituenteneffekte üben einen großen Einfluß auf die Dissoziationsenthalpie<br />
einer Bindung aus. Da Alky!radikale eben gebaut sind, geht bei der homolytischen Spaltung<br />
einer C-X-Bindung das C-Atom aus einer tetraedrischen Konfiguration in eine trigonal<br />
ebene über. Substituenten an diesem C-Atom rücken dabei weiter auseinander, wodurch sie<br />
sich sterisch weniger behindern. Mit zunehmender Größe der Substituenten nimmt demzufolge<br />
die Dissoziationsenthalpie einer Bindung ab. Solche sterischen Effekte sind die Ursache für<br />
den Abfall der Dissoziationsenthalpie von einer primären über eine secundäre zu einer tertiären<br />
C-H-Bindung (vgl. C-H-Bindungen in Methan, Ethan, Propan und Isobutan).<br />
1.2. Reaktionen und Lebensdauer von Radikalen.<br />
Radikalkettenreaktionen<br />
Radikale können reagieren:<br />
a) unter Verlust der Radikaleigenschaften<br />
Man unterscheidet:<br />
- Kombination zweier Radikale 1 ), z. B.:<br />
- Disproportionierung von Radikalen, z. B.:<br />
/CH3<br />
CH3<br />
2 H3C-C H2C=C + H3C-CH [1.10]<br />
b) unter Übertragung der Radikaleigenschaften<br />
Hierbei unterscheidet man:<br />
- Zersetzung oder Isomerisierung von Radikalen, z. B.:<br />
O<br />
CO2<br />
- Addition von Radikalen an Mehrfachbindungen, z. B.:<br />
[1.9]<br />
[1.11]<br />
Br- + H2C=CH2 - Br-CH2-CH2 [1.12]<br />
Dieser Reaktionstyp wird in D.4.3. behandelt.<br />
- Abspaltung von Atomen oder Gruppierungen durch Radikale, z. B.:<br />
R-H + Cl- R- + H-CI [1.13]<br />
Reaktionen dieser Art sind die wesentlichen Teilschritte radikalischer Substitutionen<br />
(s. unten).<br />
Die angeführten Reaktionen können auch neben- und nacheinander auftreten.<br />
) Bei der Kombination zweier Radikale wird die Dissoziationsenergie der neu geknüpften Bindung frei.<br />
Mehratomige Moleküle sind in der Lage, diese Energie aufzunehmen. Bei Kombinationsreaktionen von<br />
Atomen muß sie jedoch durch Stoß mit einem dritten Partner (Molekül, Wand) abgeführt werden.
192 D. l. Radikalische Substitution<br />
Die meisten Radikale sind sehr reaktionsfähig (s. D. 1.3.). Sie liegen daher nur in niedrigen<br />
Konzentrationen vor und haben eine sehr geringe Lebensdauer (< 10~ 3 s). In Anwesenheit<br />
eines geeigneten Reaktionspartners, der auch das Lösungsmittel sein kann, reagieren sie mit<br />
diesem schnell unter Addition [1.12] bzw. Substitution [1.13]. Ihre Selbstreaktionen unter<br />
Kombination [1.9] bzw. Disproportionierung [1.10] sind dann von untergeordneter Bedeutung.<br />
Diese spielen jedoch als Abbruchreaktionen von Radikalreaktionsfolgen, z. B. von Kettenreaktionen<br />
(s. unten), eine Rolle.<br />
In Abwesenheit eines genügend reaktiven Partners und bei Radikalen geringerer Reaktionsfähigkeit,<br />
die ein gegebenes Substrat oder das Lösungsmittel nur langsam angreifen können,<br />
sind dagegen Rekombination und Disproportionierung oft die einzige Reaktionsmöglichkeit.<br />
Diese Vorgänge werden außerdem durch die in diesem Fall höhere Konzentration der<br />
Radikale begünstigt.<br />
Im Grenzfall kann die Reaktivität eines Radikals so gering sein, daß es nicht mehr zur vollständigen<br />
Dimerisierung befähigt ist. Solche Radikale können in Abwesenheit von O2 in hohen<br />
Konzentrationen vorliegen und eine lange Lebensdauer haben (z. B. Ph3C- [1.5]).<br />
Radikale geringer Reaktivität mit einer Lebensdauer im Bereich von Sekunden bis Jahren<br />
bezeichnet man als persistent (langlebig). Ist ihre Persistenz so hoch und ihre Reaktivität so gering,<br />
daß sie in Substanz isoliert und gehandhabt werden können, spricht man von stabilen Radikalen<br />
(z. B. Diphenylpicrylhydrazyl, DPPH; 2,2,6,6-Tetramethyl-piperidin-l-oxyl, TEMPO):<br />
DPPH Me-^ /^Me TEMPO [1.14]<br />
Me y Me<br />
O2N ?<br />
Reaktivität und Lebensdauer von Radikalen werden sehr wesentlich durch sterische Effekte<br />
von Substituenten beeinflußt. Große Substituenten (Ph, t-Bu) in Nachbarschaft zum Radikalelektron<br />
behindern dessen Annäherung an einen Reaktionspartner und senken die Reaktivität<br />
des Radikals, wie z. B. im Triphenylmethyl oder DPPH. Auch thermodynamisch nicht stabile<br />
Radikale können dadurch persistent werden, wie z. B. TEMPO oder (t-Bu)2CH% das in sauerstofffreier<br />
Lösung bei 25 0 C eine mittlere Lebensdauer von l Minute besitzt.<br />
Radikalkettenreaktionen<br />
Die Übertragung der Radikaleigenschaften auf andere Moleküle kann sich in bestimmten Zyklen<br />
viele Male wiederholen, so daß Radikalkettenreaktionen ablaufen. Beispielsweise ist die radikalische<br />
Halogenierung organischer Verbindungen, bei der in einer C-H-Bindung ein Wasserstoffdurch<br />
ein Halogenatom substituiert wird, eine solche Kettenreaktion (Y = Halogen):<br />
Y-Y 2 Y- Kettenstartreaktion [1.15a]<br />
Y- -l- R-H - R- -l- H-Y Kettenfortpflanzungsreaktionen [1.15b]<br />
R- + Y-Y R-Y -I- Y- usw. [1.15c]<br />
Dieser Zyklus wiederholt sich bis zum Kettenabbruch. Die wichtigsten Kettenabbruchreaktionen<br />
sind Kombinationen und Disproportionierungen der „Kettenträger" (R% Y-):<br />
Y- + Y- Y-Y<br />
R- + Y- R-Y Kettenabbruchreaktionen [1.15d]<br />
R- + R- R-R
D. 1.3. Reaktivität und Selektivität bei radikalischen Substitutionen 193<br />
Der Kettenabbruch kann auch durch Reaktion der Kettenträger mit Lösungsmittelmolekülen<br />
oder zugesetzten Stoffen, sog. Inhibitoren, erfolgen. Inhibitoren sind entweder selbst Radikale<br />
(Sauerstoff [1.42], Stickoxid, stabile Radikale), die mit den Kettenträgern kombinieren,<br />
oder Verbindungen (Arylamine, Phenole, Chinone), die durch Reaktion mit den Kettenträgern<br />
Radikale ergeben, die zu energiearm sind, um die Kette fortzupflanzen (vgl. z. B. [1.19]).<br />
In der Kettenstartreaktion werden die reaktionsfähigen Kettenträger gebildet. Dafür kommen<br />
alle in D. 1.1. genannten Radikalbildungsreaktionen in Frage. So liefert z. B. die Photolyse<br />
des Chlormoleküls 2 Chloratome, die Kettenträger bei radikalischen Chlorierungen sind (vgl.<br />
[1.15]). Häufig startet man eine Kette auch durch Zusatz eines Initiators, d. h. einer Verbindung,<br />
die bereits bei geringer Energiezufuhr in Radikale zerfällt (Peroxide, Azoverbindungen;<br />
vgl. Tab.1.4). Die dabei entstehenden Radikale bilden dann in einer Folgereaktion einen Kettenträger,<br />
z. B.:<br />
(H3C)3CO-OC(CH3)3 2(H3C)3CO- ^ ^<br />
(H3C)3CO- + R-H - (H3C)3CO-H + R-<br />
Man formuliere die bei der Einwirkung von Brom auf Toluen mit Azo-bis-isobutyronitril<br />
bzw. Benzoylperoxid als Initiator ablaufende Kettenreaktion!<br />
Die Zahl der Reaktionszyklen einer Kettenreaktion pro Startradikal bezeichnet man als<br />
Kettenlänge. Bei der photochemischen Initiierung definiert man als Quantenausbeute die Zahl<br />
der durch ein absorbiertes Lichtquant ausgelösten Reaktionszyklen.<br />
1.3. Reaktivität und Selektivität bei radikalischen Substitutionen<br />
Im allgemeinen sind radikalische Substitutionsreaktionen durchführbar, wenn die Umsetzung<br />
mit einem Energiegewinn verbunden ist, d. h. exotherm verläuft 1 ). Bei solchen Kettenreaktionen<br />
muß die Summe der Reaktionsenthalpien aller Schritte des Reaktionszyklus negativ bleiben,<br />
auch wenn einzelne Schritte endotherm sind.<br />
Die molare Standardreaktionsenthalpie ^RH° läßt sich aus den Dissoziationsenthalpien<br />
der in der Reaktion gespaltenen und neu gebildeten Bindungen nach [C.20] berechnen. Sie ist<br />
um so kleiner (stärker exotherm), je schwächer die zu spaltende und je stärker die gebildete<br />
Bindung ist. Beispielsweise gilt für die erste Kettenfortpflanzungsreaktion [1.15b] der Chlorierung<br />
von Ethan:<br />
Cl- + H-CH2CH3 CI-H +-CH2CH3 H- 17 I<br />
, = ADHfH3CH2_H -ADH^_C1 = (411-428) KJ • mol- 1 = -17 kJ - moT 1<br />
Das Chloratom vermag die stabile C-H-Bindung im Ethan anzugreifen, weil dabei die noch<br />
stabilere H-Cl-Bindung gebildet wird. Da auch der zweite Kettenfortpflanzungsschritt [1.15c]<br />
der Ethanchlorierung exotherm ist, läuft die gesamte Umsetzung als Kettenreaktion ab, wenn<br />
sie einmal durch ein Chloratom, das durch homolytische Bindungsspaltung aus dem Chlormolekül<br />
gebildet werden kann, gestartet worden ist.<br />
Feststellung gilt nicht allgemein für chemische Reaktionen (vgl. [C.21]). Tatsächlich beweist<br />
jedoch ein großes Erfahrungsmaterial, daß sie bei Radikalreaktionen sehr weitgehend gültig ist.
194 Dl. Radikalische Substitution<br />
Das lodatom ist dagegen nicht in der Lage, mit Ethan zu reagieren, und die direkte lodierung<br />
von Kohlenwasserstoffen gelingt daher normalerweise nicht. Zwar ist für die Spaltung des<br />
lodmoleküls eine geringere Energie notwendig als für die Spaltung des Chlormoleküls, aber<br />
der Energiegewinn bei der Bildung der H-I-Bindung beträgt nur 295 kJ • moH i), die Reaktion<br />
des lodatoms mit Ethan wäre endotherm:<br />
I- + H-CH2CH3 I-H + -CH2CH3 [1.18]<br />
AnH^8 = A0AYfH3CH2-H -ADH^H = (411-295) kJ - mol' 1 = 116 kJ - moT 1<br />
lod wirkt deshalb umgekehrt als Inhibitor von Radikalreaktionen, indem es die Radikaleigenschaften<br />
übernimmt, aber nicht erneut auf das Substrat zu übertragen imstande ist:<br />
R- + I-1 - R-I + I-<br />
I- + R-H —#-~ H-I + R-<br />
[1.19]<br />
Obwohl sich mit Hilfe der Thermodynamik zunächst nur feststellen läßt, ob eine radikalische<br />
Substitutionsreaktion möglich ist oder nicht und nichts über ihre Geschwindigkeit ausgesagt wird<br />
(vgl. C.2.), findet man jedoch, daß stark exotherme Radikalreaktionen schneller ablaufen als weniger<br />
exotherme (vgl. Abb. C.28). Man kann daher mit Hilfe der angestellten thermodynamischen<br />
Betrachtungen auch die Reaktivitäten von Radikalen und Bindungen abschätzen.<br />
Die Reaktionsfähigkeit eines Radikals gegenüber einem gegebenen Substrat ist danach um<br />
so größer, je höher der Energiegewinn bei der Bildung der neu zu knüpfenden Bindung, d. h.<br />
je größer die Dissoziationsenergie dieser Bindung ist.<br />
Bei Reaktionen eines gegebenen Radikals mit verschiedenen C-H-Bindungen ist die<br />
Umsetzung um so stärker exotherm, je niedriger die Dissoziationsenergien dieser Bindungen<br />
sind. Aus diesem Grunde ist die Reaktionsfähigkeit der tertiären (3°)-C-H-Bindungen größer<br />
als die der secundären (2°) und primären (I 0 ). 2 ) Besonders leicht angegriffen werden C-H-Bindungen<br />
in Benzyl- und Allylstellung (z.B. im Propen und Toluen). Man mache sich das an<br />
Hand der Tabelle 1.4 verständlich!<br />
Ein Maß für die Reaktivität eines Radikals ist die Geschwindigkeitskonstante seiner Reaktion<br />
mit einem gegebenen Partner. Zur Bestimmung relativer Reaktivitäten (vgl. C.3.2.) verschiedener<br />
Radikale setzt man diese mit dem gleichen Substrat (z. B. Toluen) um und bezieht<br />
die gefundenen Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten auf die eines der Radikale. Aus solchen<br />
Untersuchungen ist die folgende Reaktivitätsreihe gefunden worden:<br />
F- > HO- > Cl- > -CH3 > Br- > ROO- [1.20]<br />
Zur Bestimmung der relativen Reaktivitäten etwa der (1°)-, (2°)- und (3°)-C-H-Bindung<br />
hält man andererseits das Reagens konstant, setzt also mit dem gleichen Radikal um und<br />
bezieht z. B. auf die primäre C-H-Bindung, die in diesem Fall sogar im gleichen Molekül vorhanden<br />
sein kann. Ein Ergebnis derartiger Bestimmungen zeigt Tabelle 1.21. In dieser Tabelle<br />
sind jeweils nur die in einer Waagerechten stehenden Werte miteinander vergleichbar. Man<br />
erkennt, daß gegenüber allen drei tabellierten Halogenradikalen jeweils die tertiäre C-H-Bindung<br />
am reaktionsfähigsten ist, weniger leicht wird die secundäre C-H-Bindung angegriffen<br />
und am schwersten die primäre C-H-Bindung.<br />
1 ) Man erkennt daran deutlich, daß das Vermögen, eine Bindung anzugreifen, nicht ohne weiteres mit der<br />
Stabilität (der Leichtigkeit der Bildung) eines Radikals gleichgesetzt werden darf. Man vergleiche auch<br />
die niedrige Dissoziationsenergie des Fluormoleküls mit der außerordentlich hohen Reaktivität des<br />
Fluorradikals.<br />
2 ) Häufig wird die Kurzbezeichnung (1°)-, (2°)-, (3°)-C-H-Bindung für die primäre, secundäre und tertiäre<br />
C-H-Bindung benutzt.
D. 1.3. Reaktivität und Selektivität bei radikalischen Substitutionen 195<br />
Tabelle 1.21<br />
Relative Reaktivität der C-H-Bindungen in Butan bzw. Isobutan gegenüber Halogenatomen (Gasphase;<br />
27 0 C)<br />
Radikal<br />
F-<br />
Cl-<br />
Br- 1 )<br />
i) bei 127 0 C<br />
Primäre<br />
C-H-Bindung<br />
1<br />
1<br />
1<br />
Secundäre<br />
C-H-Bindung<br />
1,2<br />
3,9<br />
32<br />
Tertiäre<br />
C-H-Bindung<br />
1,4<br />
5,1<br />
1600<br />
Als weiteres wichtiges Ergebnis läßt sich aus Tabelle 1.21 entnehmen, daß die relativen<br />
Reaktivitäten der drei Typen von C-H-Bindungen nicht für alle Reaktionen konstant sind. Sie<br />
unterscheiden sich beispielsweise bei der Fluorierung nur ganz wenig voneinander, sind dagegen<br />
bei der Bromierung um Größenordnungen verschieden.<br />
Das läßt sich mit Hilfe des Hammond-Postulats (s. C.2.) erklären: Das reaktive F-Atom reagiert<br />
mit einer R-H-Bindung in exothermer Reaktion, der Übergangszustand ist reaktandähnlich<br />
(Kurve 3 in Abb. C.28). Die Reaktionen des weniger reaktiven Br-Atoms dagegen sind<br />
(meist) endotherm, und der aktivierte Komplex ist produktähnlich (Kurve l in Abb.C.28). Im<br />
Übergangszustand R-H-F ist daher die R-H-Bindung nur wenig gedehnt, im R-H-Br dagegen<br />
schon weitgehend gespalten. Unterschiedlich starke R-H-Bindungen wirken sich daher<br />
auf die Geschwindigkeit der Reaktion mit dem hoch reaktiven F- nur wenig aus, die Selektivität<br />
ist gering. Mit dem weniger reaktiven Br- dagegen reagieren diese R-H-Bindungen mit<br />
stark unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeiten (hoher Selektivität).<br />
Häufig gilt: Große Reaktivität bedingt eine geringe Selektivität und umgekehrt. In Übereinstimmung<br />
damit nimmt die Selektivität von Radikalreaktionen bei Temperaturerhöhung ab, da<br />
die Reaktivität der Radikale mit der Temperatur ansteigt. Allerdings ist dieser Einfluß nicht<br />
groß. Man findet z. B. für die relativen Reaktivitäten der C-H-Bindungen (1°: 2°: 3°) in gesättigten<br />
Kohlenwasserstoffen gegenüber Chloratomen in flüssiger Phase bei -50 0 C das Verhältnis<br />
l: 7,2:11,8, während es bei +50 0 C l: 2,9:4,5 beträgt.<br />
In der Technik bedient man sich solcher Radikalreaktionen in großem Umfange (Pyrolysen, Crackprozesse,<br />
Halogenierungen, Oxidationen), da man sich hier vielfach mit Isomerengemischen begnügen kann.<br />
Die bisher angestellten Betrachtungen sind häufig nicht ausreichend, den Verlauf von Radikalreaktionen<br />
hinreichend zu erklären. Vor allem sind oft polare Einflüsse auf die Reaktivität<br />
der Radikale und auch auf die relativen Reaktivitäten der anzugreifenden C-H-Bindungen zu<br />
berücksichtigen.<br />
Tabelle 7.22<br />
Relative Reaktivitäten und Isomerenverteilung bei der Chlorierung von C-H-Bindungen<br />
Isomerenverteilung in % 31 64 5<br />
H3C—CH2—CH2—COOHi)<br />
relative Reaktivität l 3,1 0,24<br />
31 69 O<br />
H3C—CH2—CH2—CN<br />
l 3,3 O<br />
21 47 22 9<br />
H3C—CH2—CH2—CH2—Cl<br />
l 3,4 1,6 0,7<br />
Die Chlorierung von Carbonylverbindungen ist auch nach einem polaren Mechanismus in Gegenwart von<br />
Halogenüberträgern möglich und führt dann vorrangig zu den cc-Substitutionsprodukten, vgl. D.7.4.2.2.
196 Dl. Radikalische Substitution<br />
Entsprechend ihrer Stellung im Periodensystem besitzen Radikale unterschiedliche Elektronenaffinitäten.<br />
So ist z.B. bei Halogenatomen und Sauerstoffradikalen (HO% HOO-, RO%<br />
ROO-) der elektrophile Charakter ausgeprägt. Sie greifen daher bevorzugt Stellen hoher Elektronendichte<br />
an. Aus diesem Grunde erhöhen +1- und +M-Substituenten die Reaktivität<br />
benachbarter C-H-Bindungen gegenüber solchen Radikalen, während -I- und -M-Gruppen<br />
sie herabsetzen. Einige in Tabelle 1.22 aufgeführte Beispiele sollen das veranschaulichen.<br />
Zur Berechnung der bei der betreffenden Reaktion auftretenden Isomerenverteilung aus den relativen<br />
Reaktivitäten muß man außer der Reaktivität auch die Anzahl der betreffenden C-H-Bindungen berücksichtigen,<br />
z.B. bei der Chlorierung von Butyronitril: drei primäre C-H-Bindungen mit der Reaktivität l,<br />
zwei ß-C-H-Bindungen mit der Reaktivität 3,3. Die Isomerenverteilung ergibt sich daraus zu (3-1): (2-3,3)<br />
= 31% :69%. Man berechne die Isomerenverteilung bei der Gasphasenchlorierung von n-Butan und Isobutan<br />
mit Hilfe der Werte der Tabelle 1.21!<br />
Die polaren Eigenschaften von Radikalen lassen sich mit Hilfe der Störungstheorie gut verstehen<br />
(vgl. C.6). Das Grenzorbital eines Radikals R- ist einfach besetzt, man bezeichnet es als<br />
SOMO (Singly Occupied MO). Es kann mit dem LUMO, aber auch mit dem HOMO des<br />
Reaktionspartners S in Wechselwirkung treten. In beiden Fällen ergibt sich ein Energiegewinn.<br />
In Abbildung 1.23b ist das ohne weiteres zu erkennen, in Abbildung 1.23a beträgt der Energiegewinn<br />
2AE2 - AEi, da das neu gebildete energieärmere Orbital mit zwei, das energiereichere<br />
aber nur mit einem Elektron besetzt ist.<br />
LUMO / ) LUMO<br />
SOMO-<br />
a) b)<br />
HOMO<br />
Abb.1.23<br />
HOMO-SOMO- bzw. LUMO-SOMO-Wechselwirkungen bei Radikalreaktionen<br />
a) elektrophiles Radikal; b) nucleophiles Radikal<br />
Radikale mit einem energetisch tief liegenden SOMO, wie z. B. das Chloratom (ESOMO = 13 eV), bei dem<br />
sich das Radikalelektron an einem elektronegativen Atomkern befindet, bezeichnet man als elektrophil.<br />
Derartige Radikale treten vorzugsweise mit dem HOMO von S in Wechselwirkung, vgl. a) in Abbildung<br />
1.23. Wenn dagegen die Energie des SOMO hoch liegt, wie z.B. im tert-Butylradikal, £SOMO = -6»9 eV, ist<br />
die Wechselwirkung mit dem LUMO von S günstiger, und dieses Radikal reagiert bevorzugt nucleophil,<br />
vgl. b) in Abbildung 1.23. In Übereinstimmung damit abstrahieren Chlorradikale bzw. Methylradikale Wasserstoff<br />
aus der a- bzw. ß-Position von Propionsäure in den nachstehend angegebenen Verhältnissen:<br />
,Cl- -CH3<br />
50( )1 1( ><br />
HH HH [1.24]<br />
H2C-CH-COOH H2C-CH-COOH<br />
ß a ß a<br />
(T-C-H-Orbitale haben generell eine niedrige Energie. Die COOH-Gruppe senkt durch ihren Induktionseffekt<br />
die Energie für das a-C-H-Orbital stärker als für das ß-C-H-Orbital. Nach Abbildung 1.23a<br />
muß deshalb das energetisch höher liegende HOMO für die ß-C-H-Bindung einen kleineren Energie-
D. 1.4. Radikalische Halogenierungen 197<br />
abstand zum SOMO des Chlorradikals haben als für die a-C-H-Bindung und damit eine höhere Reaktivität.<br />
Bei der Reaktion mit Methylradikalen wird dagegen die SOMO-LUMO-Wechselwirkung entscheidend.<br />
Die LUMO-Energien von C-H-Orbitalen (er*) liegen generell sehr hoch. Durch die elektronenziehende<br />
COOH-Gruppe wird die LUMO-Energie für die a-C-H-Bindung stärker gesenkt als für die<br />
ß-C-H-Bindung; das Orbital für die a-C-H-Bindung rückt auf diese Weise näher an das SOMO des<br />
Methylradikals heran, und die a-H-Abstraktion wird zur bevorzugten Reaktion.<br />
1.4. Radikalische Halogenierungen<br />
Der Ersatz von Wasserstoff durch Halogen 1 ) ist eine präparativ wichtige radikalische Substitutionsreaktion,<br />
die als typische Kettenreaktion abläuft. Die einzelnen Schritte der Kette wurden<br />
bereits formuliert (vgl. [1.15]).<br />
Die Reaktivität der Halogene ist sehr unterschiedlich (vgl. D.I.3.). Bei der Einwirkung von<br />
elementarem Fluor auf organische Stoffe tritt in den meisten Fällen explosionsartige Umsetzung<br />
zu hochfluorierten Verbindungen unter teilweiser Crackung des Moleküls (Bildung von<br />
Kohlenstoff, Kohlenstofftetrafluorid ) ein. Um definierte Fluorverbindungen zu erhalten, sind<br />
daher Umwege nötig (vgl. D.2.6.7. und D.8.3.I.).<br />
Demgegenüber ist das lod nicht mehr in der Lage, C-H-Bindungen radikalisch unter Substitution<br />
anzugreifen (vgl. D. 1.3.). Hier wird vielmehr die umgekehrte Reaktionsrichtung eingeschlagen:<br />
Alkyliodide, die z. B. leicht aus den entsprechenden Alkoholen erhältlich sind (vgl.<br />
D.2.5.I.), werden durch lodwasserstoff zu Kohlenwasserstoffen reduziert:<br />
Rl + Hl - RH + I2 [1.25]<br />
Nur die Chlorierung und die Bromierung sind deswegen von praktischer Bedeutung.<br />
1.4.1. Chlorierung<br />
Die Chlorierung mit elementarem Chlor verläuft zwar glatt, ihre Selektivität ist jedoch gering.<br />
Präparative Bedeutung besitzt die Reaktion daher hauptsächlich zur Chlorierung von Alkylaromaten<br />
in der Seitenkette, weil die Reaktivität der a-C-H-Bindungen wesentlich größer als<br />
die der C-H-Bindungen im Phenylrest ist. Darüber hinaus sind auch die Unterschiede in den<br />
relativen Reaktivitäten der a-C-H-Bindungen z. B. im Toluen, Benzylchlorid und Benzylidendichlorid<br />
so groß, daß man bei rechtzeitigem Abbrechen der Chlorierung alle drei möglichen<br />
Chlorierungsprodukte erhalten kann.<br />
Benzylidendichloride und Trichlormethylbenzene sind wegen ihrer Hydrolysierbarkeit zu<br />
Aldehyden bzw. Carbonsäuren von Bedeutung.<br />
Bei der Durchführung von Chlorierungen muß darauf geachtet werden, daß keine Friedel-<br />
Crafts-Katalysatoren (Lewis-Säuren; vgl. D.5.I.5., D.5.1.7.) vorhanden sind, die die ionische<br />
Substitution im Kern beschleunigen. Aus diesem Grund darf z. B. auch nicht in Eisengefäßen<br />
gearbeitet werden.<br />
Zur Initiierung von Chlorierungen wird vornehmlich energiereiches Licht verwendet. Die<br />
Quantenausbeute der Photochlorierung kann bis zu 40 000 betragen. In Gegenwart geringer<br />
Mengen Sauerstoff, der als Inhibitor wirkt, ist sie jedoch meist nicht höher als 2000.<br />
l Die Substitution des Wasserstoffs einer C-H-Bindung durch Halogen entspricht einer Oxidation, vgl.<br />
D.6.1.
198 Dl. Radikalische Substitution<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Photochlorierung von Alkylaromaten (Tab.1.27)<br />
Wegen der schwierigen Dosierbarkeit des Chlorgases eignet sich die nachstehende Vorschrift<br />
vor allem für Makroansätze.<br />
Achtung! Augen bei der Arbeit mit der Tauchlampe vor gefährlicher UV-Strahlung schützen,<br />
auch die benachbarten Arbeitsplätze beachten! Chlor ist giftig und gesundheitsschädlich<br />
1 ), man arbeite unter einem wirksamen Abzug. Benzylhalogenide sind stark haut- und<br />
schleimhautreizend (vgl. hierzu auch D. 1.4.2. Photobromierung). Alle Geräte sind nach<br />
Abschluß der Präparation noch unter dem Abzug mit methanolischem KOH zu spülen,<br />
Gummihandschuhe verwenden!<br />
Die Chlorierung wird am besten in einem Dreihalskolben mit Quecksilbertauchlampe, Gaseinleitungsrohr<br />
und intensiv wirkendem Rückflußkühler durchgeführt (Abb. 1.26). Steht keine<br />
Quecksilbertauchlampe zur Verfügung, kann man mit einer 500-Watt-Photolampe von außen<br />
belichten oder im direkten Sonnenlicht chlorieren. Die Reaktion verläuft dann etwas langsamer,<br />
auch sind die Ausbeuten meist geringer. Das Chlor wird einer Druckgasflasche entnommen<br />
und durch Leiten durch eine Waschflasche mit konz. Schwefelsäure getrocknet. Zu beiden<br />
Seiten dieser Waschflasche ist je eine leere Waschflasche als Sicherheitsgefäß anzuschließen. 2 )<br />
Abb.1.26<br />
Photoreaktionsapparatur<br />
Der Kohlenwasserstoff wird in der oben beschriebenen Apparatur unter Benutzung eines<br />
den Arbeitsschutzvorschriften entsprechenden Heizbades zum Sieden erwärmt und ein lebhafter<br />
Chlorstrom eingeleitet. Höher siedende Kohlenwasserstoffe werden bei 18O 0 C chloriert.<br />
Aus dem Kühler soll kein Chlor austreten (Farbe!). Man chloriert bis zur berechneten Massenzunahme<br />
oder bis der lebhaft siedende Kolbeninhalt eine empirisch festgelegte Temperatur<br />
(im Sumpf) erreicht hat (vgl. Tab.1.27).<br />
Beim Abkühlen fest werdende Chlorierungsprodukte können direkt durch Absaugen und<br />
Umkristallisieren gereinigt werden. Flüssigkeiten fraktioniert man unter Zusatz einer Spatelspitze<br />
Natriumhydrogencarbonat durch eine 20-cm-Vigreux-Kolonne im Vakuum. Soll das<br />
Chlorierungsprodukt auf Alkohol, Aldehyd oder Carbonsäure weiterverarbeitet werden,<br />
genügt ein Siedeintervall von 10 0 C. Für die Darstellung eines reineren Stoffs rektifiziert man<br />
die Hauptfraktion nochmals und fängt Fraktionen in engeren Grenzen auf. Die Destillation ist<br />
zu bilanzieren, und die einzelnen Fraktionen sind durch ihre physikalischen Konstanten zu charakterisieren<br />
(vgl. A.2.3.3.2.).<br />
1 J Vgl. Reagenzienanhang.<br />
2 ) Vgl. dazu auch A.1.6. und A.l.10.1.
Tabelle 7.27<br />
Photochlorierung von Alkylaromaten<br />
Produkt<br />
Benzylchlorid<br />
Benzylidendichlorid<br />
(Trichlormethyl)benzen<br />
o-Methyl-benzylchlorid<br />
1 -Phenyl-ethy Ichlorid 3 )<br />
o-Chlor-benzylchlorid<br />
o-Chlor-benzylidendichlorid<br />
p-Chlor-benzylchlorid<br />
p-Chlor-benzylidendichlorid<br />
p-Nitro-benzylidendichlorid<br />
Ausgangsverbindung<br />
Toluen<br />
Toluen<br />
Toluen<br />
o-Xylen<br />
Ethylbenzen<br />
o-Chlor-toluen<br />
o-Chlor-toluen<br />
p-Chlor-toluen<br />
p-Chlor-toluen<br />
p-Nitro-toluen<br />
D. 1.4. Radikalische Halogenierungen 199<br />
Endtemperatur<br />
Hl 0 C 1 )<br />
157<br />
187<br />
175<br />
205<br />
Kp (bzw. F)<br />
Jn 0 C 2 )<br />
692?0(15)<br />
86^9(14)<br />
1113.U23)<br />
912,4(18)<br />
772,o(15)<br />
92l,6(12)<br />
100!,3(1O)<br />
9213(1o) 4 )<br />
1292,9(22)<br />
F 46<br />
(EtOH/Hexan)<br />
«D°<br />
1,5390<br />
1,5509<br />
1,5581<br />
1,5427<br />
1,5273<br />
1,5621<br />
1,5633<br />
1,56515)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
1<br />
J Man chloriert, bis die angegebene Innentemperatur erreicht ist. Diese gilt nur bei Belichtung von außen.<br />
Bei Verwendung eines Tauchbrenners stelle man die Massenzunahme fest!<br />
2<br />
) Die physikalischen Konstanten (Kp, F, nD) beziehen sich hier und in den folgenden Tabellen - wenn<br />
nicht anders angegeben - auf die Produkte. Die Indizes geben für die jeweilige Siedetemperatur den<br />
Druck in kPa (Torr) an.<br />
3<br />
) Daneben entstehen 15...20% 2-Phenyl-ethylchlorid.<br />
4) F 28 0 C<br />
5) n 25 unterkühlte Schmelze<br />
Leicht und selektiv chlorieren lassen sich auch aromatische Aldehyde und deren Af-Derivate<br />
(Oxime, Hydrazone, Azine, vgl. D.7.I.), wobei Carbonsäurechloride (bzw. deren Af-Derivate)<br />
entstehen (vgl. auch [1.32]):<br />
X<br />
R-C +<br />
\ H<br />
Cl2 R-C + HCI<br />
Cl<br />
^N-NFT2 u.a.<br />
80<br />
80<br />
90<br />
70<br />
60<br />
85<br />
75<br />
85<br />
85<br />
80<br />
[1.28]<br />
o-Chlor-benzoylchlorid aus Benzaldehyd: CLARKE, H. T; TAYLOR, E. R.: Org. Synth., CoIl.<br />
Vol. I (1956), 155.<br />
Außer elementarem Chlor können auch andere Chlorverbindungen als Reagenzien für<br />
Chlorierungen eingesetzt werden, z. B. Tetrachlorkohlenstoff CCl4, Phosgen O=CCl2, N-Chlorsuccinimid<br />
(NCS, s. [1.32]), Phosphorpentachlorid PCl5, tert-Butylhypochlorit (CH3)3COC1<br />
oder Sulfurylchlorid SO2Cl2, vgl. Tabelle 1.2. Sie reagieren nach Radikalkettenmechanismen<br />
analog dem mit elementarem Halogen beschriebenen [1.15] und bedürfen im allgemeinen des<br />
Kettenstarts durch Peroxide (z. B. [1.16]) oder UV-Licht.<br />
Eine präparativ wichtige Methode ist die Chlorierung von Kohlenwasserstoffen ffiit Sulfurylchlorid<br />
in Gegenwart eines Initiators:<br />
RH + SO2CI2 RCI + SO2 + HCI [1.29]<br />
Die Chlorierung mit Sulfurylchlorid ist selektiver als die mit elementarem Chlor, und die Darstellung<br />
z. B. von Trichlormethylbenzen aus Toluen gelingt mit SO2Cl2 nicht mehr. Das deutet darauf hin, daß nicht<br />
Chloratome, sondern bevorzugt die weniger reaktiven SO2Cl-Radikale die eigentlichen Kettenträger sind:
200 D. 1. Radikalische Substitution<br />
Initiator -<br />
R 1 - + SO2CI2<br />
RH + SO2CI -<br />
R- + SO2CI2<br />
-<br />
-<br />
2 R 1 -<br />
R 1 CI -»- SO2CI<br />
R- + HCI + SO2<br />
RCI + SO2CI<br />
Kettenstart<br />
Kettenfortpflanzung<br />
[1.30]<br />
Bei Alkylaromaten, die Brom im Kern enthalten, findet ein Austausch sowohl des Halogens im Kern als<br />
auch des Wasserstoffs in der Seitenkette statt, so daß keine einheitlichen Reaktionsprodukte entstehen.<br />
Wegen der bequemen Dosierbarkeit des Sulfurylchlorids ist die Reaktion gut für Präparationen<br />
im Halbmikromaßstab geeignet und dann der Chlorierung mit molekularem Chlor häufig<br />
vorzuziehen.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Chlorierung von Kohlenwasserstoffen mit Sulfurylchlorid<br />
(Tab.1.31)<br />
Achtung! Zum Arbeitsschutz vgl. vorstehende AAV! Bei der Reaktion entstehen Schwefeldioxid<br />
und Chlorwasserstoff. Unter dem Abzug arbeiten! Da Kegelschliffe bei der<br />
Umsetzung leicht verkleben, zwischen Kern und Hülse eine Polytetrafluorethylenfolie<br />
legen. Man kann auch Schraubverschlüsse mit PTFE-(Teflon-)Dichtung nach Abbildung<br />
A.l.e) bzw. PTFE-beschichtete Schliffe verwenden.<br />
Zur Darstellung der Monochlorverbindungen wählt man ein Molverhältnis von Kohlenwasserstoff<br />
zu Sulfurylchlorid wie 1,2:1, zur Darstellung von Benzylidendichloriden ein Molverhältnis<br />
von l: 2.<br />
Kohlenwasserstoff und Sulfurylchlorid werden nach Zusatz von 2 mmol Benzoylperoxid<br />
oder noch besser Azo-bis-isobutyronitril (bezogen auf l mol Sulfurylchlorid) in einem Rundkolben<br />
mit sehr gut wirkendem Rückflußkühler (warum?) und Calciumchloridrohr zum Sieden<br />
erhitzt. Nach jeweils l Stunde setzt man nochmals die gleiche Menge Kettenstarter zu. Die<br />
Reaktion ist beendet, wenn keine Gasentwicklung mehr zu beobachten ist (8 bis 10 Stunden).<br />
Man läßt abkühlen, wäscht mit Wasser 1 ), trocknet mit Magnesiumsulfat und fraktioniert durch<br />
eine 20-cm-Vigreux-Kolonne. Die Ausbeuten in der Tabelle 1.31 sind auf Sulfurylchlorid bezogen.<br />
Tabelle 1.31<br />
Chlorierung von Kohlenwasserstoffen mit Sulfurylchlorid<br />
Produkt<br />
Chlorcyclohexan<br />
Benzylchlorid<br />
o-Chlor-benzylchlorid<br />
p-Chlor-benzylchlorid<br />
1 -Phenyl-ethylchlorid<br />
Benzylidendichlorid<br />
Ausgangsverbindung<br />
Cyclohexan<br />
Toluen<br />
o-Chlor-toluen<br />
p-Chlor-toluen<br />
Ethylbenzen<br />
Toluen<br />
1) ng (unterkühlte Schmelze)<br />
2 ) nicht völlig rein, enthält etwas l-Chlor-2-phenyl-ethan<br />
i) VgI. A.2.5.2.1.<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
678,3(62)<br />
61l,3(10)<br />
92^6(I2)<br />
921>3(1o><br />
F 28<br />
772>o(15)<br />
86i,9(14)<br />
-»<br />
1,4626<br />
1,5390<br />
1,5621<br />
1,565l 1 )<br />
1,5278<br />
1,5503<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
60<br />
80<br />
75<br />
70<br />
85 2 )<br />
75
D. 1.4. Radikalische Halogenierungen 201<br />
Für die Herstellung kleiner Mengen fester Arylhydroximsäurechloride, die als Precursor für<br />
Nitriloxide verwendet werden (s. [4.91]), eignet sich die Chlorierung von Araldoximen mit<br />
N-Chlorsuccinimid (NCS):<br />
Ar<br />
NOH<br />
+ CI-N<br />
[1.32]<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Chlorierung von substituierten Benzaldoximen mit<br />
Ar-Chlorsuccinimidi) (Tab. 1.33)<br />
In einem 500-ml-Dreihalskolben, versehen mit Rührer und Thermometer, löst man 0,3 mol<br />
substituiertes Benzaldoxim 2 ) in 250 ml Dimethylformamid, erwärmt auf 25-30 0 C und setzt<br />
unter Rühren 1/10 bis 1/5 von 0,3 mol N-Chlorsuccinimid (NCS) zu. Innerhalb von 10 Minuten<br />
muß ein leichter Temperaturanstieg von mindestens 3 0 C erfolgen. Springt die Reaktion nicht<br />
an, werden ca. 20 ml HCl-Gas eingeleitet. Sobald die Reaktion beginnt, ist die Temperatur<br />
unter 35 0 C zu halten, während der Rest des NCS in Portionen zugegeben und zeitweise mit<br />
Eis/Kochsalz gekühlt wird. Nach Abklingen der Reaktion erkennt man deren Ende an der<br />
schwachen oder negativen Reaktion eines Tropfens der Lösung mit feuchtem Kaliumiodid-<br />
Stärke-Papier. Danach wird in das vierfache Volumen Eiswasser eingerührt und zweimal mit je<br />
250 ml Ether ausgeschüttelt. Der Etherextrakt wird dreimal mit Wasser gewaschen, mit<br />
Na2SO4 getrocknet und der Ether bei 30-40 0 C im Vakuum verdampft. Das anfallende Produkt<br />
kann nach Schmelzpunktkontrolle für Nitriloxidreaktionen eingestzt werden.<br />
Tabelle 1.33<br />
Benzhydroximoylchloride durch Chlorierung von Benzaldoximen mit N-Chlor-succinimid<br />
Subst. Benzhydroximoylchlorid<br />
(Produkt)<br />
3-Chlor-<br />
4-Chlor-<br />
2-Methoxy-<br />
4-Trifluormethyl-<br />
2,4,6-Trimethyl-<br />
Subst. Benzaldoxim 2 )<br />
(Ausgangsstoff)<br />
3-Chlor-<br />
4-Chlor-<br />
2-Methoxy-<br />
4-Trifluormethyl-<br />
2,4,6-Trimethyl-<br />
F<br />
in 0 C<br />
58-61<br />
87-89<br />
105-108<br />
89-91<br />
62-69<br />
Rohausbeute<br />
in%<br />
Mit ungewöhnlicher Selektivität lassen sich Chlorierungen mit W-Chlor-aminen und Schwefelsäure<br />
in Gegenwart von Metallsalzen oder unter Bestrahlung durchführen:<br />
RH + R'2NCI RCI + R'2NH<br />
86<br />
89<br />
85<br />
80<br />
80<br />
[1.34]<br />
Die Reaktion verläuft nach einem Kettenmechanismus, an dem als Kettenträger Kationradikale<br />
von Aminen, die durch Einelektronenübertragung gebildet werden, beteiligt sind:<br />
1<br />
) Nach KOU-CHANG LIU, SHELTON, B. R., HOWE, R. K.; J. Org. Chem. 45 (1980), 39!6.<br />
2<br />
) Herstellung siehe 0.7.LL
202 D. 1. Radikalische Substitution<br />
FfcNCI + H®<br />
©<br />
Fe 20 + RJjNHCI<br />
©•<br />
R2NH -i- RH<br />
©<br />
R- + R2NHCI<br />
©<br />
^== R2NHCI<br />
©.<br />
~ Fe 30 H- R2NH + Cl 0<br />
©<br />
R^NH2 H- R-<br />
©•<br />
- RCI H- R2NH<br />
[1.35]<br />
Alkylhalogenide, Alkohole, Fettsäuren und deren Ester werden hierbei vorrangig in<br />
(co - l)-Stellung chloriert, z. B.:<br />
[1.36]<br />
In der Technik wird die Chlorierung von Methan, Ethan, Pentan, höheren Paraffinen, Propylen und<br />
Toluen mit elementarem Chlor in größtem Umfange durchgeführt. Über die Verwendung der dabei entstehenden<br />
Produkte gibt Tabelle 1.37 eine Übersicht.<br />
Tabellen/<br />
Technisch wichtige Chlorkohlenwasserstoffe<br />
Chlorierungsprodukt Verwendung<br />
Methylchlorid<br />
Methylendichlorid<br />
Chloroform<br />
Tetrachlorkohlenstoff<br />
Ethylchlorid<br />
Monochlorpentane<br />
(Pentylchloride)<br />
Polychlorcyclopentane<br />
höhere Monochlorparaffine<br />
Allylchlorid<br />
Benzylchlorid<br />
Benzylidendichlorid<br />
(Trichlormethyl)benzen<br />
Kältemittel<br />
-> Silicone<br />
—> Methylcellulose<br />
Lösungs- und Extraktionsmittel für Öle, Fette, Kunststoffe (Acetylcellulose,<br />
PVC) und Lacke<br />
Lösungsmittel für Fette, Öle, Harze, Penicillin u. a.<br />
-»CHF2Cl -»C2F4-* Polytetrafluorethylen (PTFE)<br />
Lösungsmittel für Öle, Fette, Harze und Lacke<br />
Reinigungsmittel für Textilien und Metalle<br />
->Ethylcellulose<br />
Kältemittel<br />
Narkotikum, Anästhetikum<br />
Lösungs- und Extraktionsmittel<br />
—> Pentylalkohole —> Pentylester (Lösungsmittel und Weichmacher)<br />
—»Hexachlorcyclopentadien —> Schädlingsbekämpfungsmittel<br />
—> Alkylbenzensulfonate (Waschmittel)<br />
—> Alkylnaphthalene (Schmierölzusätze)<br />
ff Allylester (Weichmacher) —> Polymere<br />
—> Allylalkohol —> Acrolein<br />
\ 21 Glycerol<br />
-> Epichlorhydrin (l-Chlor-2,3-epoxy-propan)-> Epoxidharze<br />
-> Allylamin<br />
-> Benzylcellulose<br />
—> Benzylalkohol<br />
—> Benzylcyanid u. a.<br />
—> Benzaldehyd<br />
—> Benzoylchlorid<br />
-> (Trifluormethyl)benzen (Pflanzenschutzmittel)^ Pharmaka, Farbstoffe
1.4.2. Bromierung<br />
D. l .4. Radikalische Halogenierungen 203<br />
Für präparative Arbeiten ist die Bromierung mit elementarem Brom der Chlorierung wegen<br />
der leichteren Dosierbarkeit des Halogenienmgsmittels und der größeren Selektivität häufig<br />
überlegen. Für technische Zwecke ist Brom allerdings zu teuer.<br />
Aus den gleichen Gründen, die bei der Chlorierung besprochen wurden, findet die Bromierung<br />
präparativ hauptsächlich zur Darstellung der Benzyl- und Benzylidendibromide Anwendung.<br />
Kernsubstituierte Alkylaromaten reagieren ebenso wie unsubstituierte recht glatt. Die<br />
Geschwindigkeit, mit der ein zweites Bromatom in die Seitenkette eintritt (Bildung der Benzylidendibromide),<br />
ist meist deutlich geringer als die Bildung des entsprechenden Benzylbromids.<br />
Tribrommethylbenzene werden nicht mehr gebildet.<br />
Die kinetische Kettenlänge radikalischer Bromierungen ist klein, da die Reaktionen nur<br />
noch schwach exotherm sind. So beträgt z. B. die Quantenausbeute der Bromierung von Cyclohexan<br />
bei Zimmertemperatur ~ 2. Sichtbares Licht ist zur Initiierung gut geeignet.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Photobromierung von Alkylaromaten in der Seitenkette<br />
(Tab.1.38)<br />
Achtung! Benzylbromide und ähnliche Bromalkylaromaten sind meist stark haut- und tränenreizende<br />
Stoffe. Man arbeite deshalb stets im Abzug und trage beim Ausschütteln usw.<br />
Gummihandschuhe und Schutzbrille (vgl. auch D.I.4.1., Photochlorierung). Bei Verätzungen<br />
der Haut stets erst mit Alkohol waschen und nicht mit Wasser! Solange nicht alle Substanzen<br />
von den betroffenen Stellen entfernt sind, darf keine Salbe angewandt werden, da<br />
diese lediglich die Resorption fördern würde. Bei Verätzungen der Augen mit schwach basischem<br />
Wasser spülen (stark verd. Natriumhydrogencarbonatlösung).<br />
0,2 mol des Alkylaromaten werden in der fünffachen Menge trockenem Tetrachlorkohlenstoff<br />
(vgl. Reagenzienanhang) gelöst und in einen Zweihalskolben mit Rückflußkühler und gut eingespanntem<br />
1 ) Tropftrichter gegeben. Das Auslaufrohr des Tropftrichters soll in die Flüssigkeit<br />
eintauchen, um Verluste an Brom einzuschränken. Man erhitzt zum Sieden und tropft 0,205 mol<br />
vorher durch Ausschütteln mit konz. Schwefelsäure getrocknetes Brom (Br2!) zu. Sollen zwei bzw.<br />
vier Wasserstoffatome ersetzt werden, verwendet man die zwei- bzw. vierfache Menge an Brom.<br />
Während des Zutropfens wird mit einer 500-Watt-Photolampe bestrahlt. Die Geschwindigkeit der<br />
Bromzugabe ist so zu regeln, daß der vom Rückflußkühler abtropfende Tetrachlorkohlenstoff<br />
immer nahezu farblos bleibt. Bei den Monobromverbindungen sind hierzu etwa 30 Minuten bis<br />
2 Stunden, bei den DibromVerbindungen 2 bis 10 Stunden erforderlich.<br />
Den entweichenden Bromwasserstoff leitet man durch den Rückflußkühler, der einen durchbohrten<br />
Stopfen mit einem Glasrohr und Gummischlauch (besser PVC-Schlauch) trägt, in einen zur Hälfte mit<br />
Wasser gefüllten Erlenmeyer-Kolben. Das Einleitungsrohr soll dabei nicht eintauchen, sondern etwa l cm<br />
über der Wasseroberfläche enden (warum?). Die entstehende verdünnte Brom Wasserstoff säure wird durch<br />
Destillation über eine kurze Kolonne gewonnen: Man fängt die bei Kp 126 0 C azeotrop siedende 48%ige<br />
Bromwasserstoffsäure auf (Verwendung für Veresterungen und Etherspaltungen, vgl. D.2.5.2.).<br />
Nach Beendigung der Reaktion unterbricht man die Bestrahlung. Sofern ein festes Produkt<br />
zu erwarten ist, gießt man die heiße Lösung sofort in einen Erlenmeyer-Kolben (Vorsicht!<br />
Abzug, Gummihandschuhe, Schutzbrille), läßt auskristallisieren (wenn nötig, im Kühlschrank)<br />
und reinigt durch Umkristallisation.<br />
Bei festen Produkten, die nicht oder nur in ungenügender Menge aus der Reaktionslösung<br />
auskristallisieren, und bei Flüssigkeiten wäscht man die abgekühlte Lösung rasch mit Eiswasser,<br />
sodann mit eiskalter wäßriger Natriumhydrogencarbonatlösung und nochmals mit Eiswas-<br />
I Brom hat die Dichte 3,14 g-cm- 3 ! Tropftrichter und Kolben am selben Stativ einspannen!
204 D. 1. Radikalische Substitution<br />
ser, trocknet mit Magnesiumsulfat und dampft den Tetrachlorkohlenstoff auf dem Wasserbad<br />
im schwachen Vakuum ab. Der Rückstand wird umkristallisiert oder im Vakuum unter Zusatz<br />
einer Spatelspitze Natriumhydrogencarbonat mit einem Heizbad destilliert.<br />
Um optimale Ausbeuten zu erhalten, verwendet man reine Ausgangsprodukte und arbeitet<br />
die Mutterlaugen auf. Hierzu dampft man sie im Vakuum auf dem Wasserbad ein und kristallisiert<br />
den Rückstand um.<br />
Die Benzylbromide neigen oberhalb 150 0 C zur Zersetzung. Beim Stehen färben sie sich rot<br />
und werden am besten bald weiterverarbeitet. Ihre Hydrolysebeständigkeit ist gering.<br />
Tabelle 1.38<br />
Photobromierung von Alkylaromaten<br />
Produkt<br />
Benzylbromid<br />
o-Methyl-benzylbromid<br />
o-Chlor-benzylbromid<br />
m-Chlor-benzylbromid<br />
p-Chlor-benzylbromid<br />
o-Brom-benzylbromid<br />
m-Brom-benzylbromid<br />
p-Brom-benzylbromid<br />
p-Nitro-benzylbromid<br />
Benzylidendibromid<br />
p-Chlor-benzylidendibromid<br />
Essigsäure(3-dibrommethylphenyl)ester<br />
p-Nitro-benzylidendibromid<br />
2,4-Dichlor-benzylidendibromid<br />
1 ,2-Bis(dibrommethyl)benzen<br />
1 ,3-Bis(dibrommethyl)benzen<br />
1 ,4-Bis(dibrommethyl)benzen<br />
Ausgangsverbindung<br />
Toluen<br />
o-Xylen<br />
o-Chlor-toluen<br />
m-Chlor-toluen<br />
p-Chlor-toluen<br />
o-Brom-toluen<br />
m-Brom-toluen<br />
p-Brom-toluen<br />
p-Nitro-toluen<br />
Toluen<br />
p-Chlor-toluen<br />
m-Cresylacetat<br />
p-Nitro-toluen<br />
2,4-Dichlor-toluen<br />
o-Xylen<br />
m-Xylen<br />
p-Xylen<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
782,0(i5)<br />
IM1 ,9(14)<br />
F2i<br />
104^12)<br />
109i ,3(10)<br />
F 17,5<br />
1242j(20)<br />
F 50 (EtOH oder<br />
Petrolether)<br />
130,,6(12)<br />
F 31 (EtOH oder<br />
Ligroin)<br />
126i,6(i2)<br />
F 41 (EtOH)<br />
FoI(EtOH)<br />
F 99 (EtOH)<br />
12O2^15)<br />
1451,6(12)<br />
167lj5(11)<br />
F 78 (EtOH)<br />
90o,1(o,8)<br />
FlIo(ChIf.)<br />
F 107 (ChIf.)<br />
F 170 (ChIf.)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Durch radikalische Brornierung werden technisch im größeren Maßstab Methylbromid zur Verwendung<br />
als Bodendesinfektionsmittel und höher bromierte Kohlenwasserstoffe als Feuerlöschmittel für elektrische<br />
Anlagen und Kraftfahrzeuge gewonnen.<br />
Anstelle von elementarem Brom können auch andere Bromverbindungen für radikalische<br />
Bromierungen verwendet werden, z.B. Bromtrichlormethan BrCCl3, tert-Butylhypobromit<br />
BrOC(CH3)3 oder N-Brom-succinimid, vgl. Tabelle 1.2.<br />
Ein vielbenutztes Bromierungsreagens ist N-Brom-succinimid. Seine größte Bedeutung<br />
besteht darin, daß man Olefine in Allylstellung substituierend bromieren kann, wobei die Doppelbindung<br />
erhalten bleibt:<br />
CH2<br />
+ Br-N + H-N<br />
CH-Br<br />
70<br />
80<br />
80<br />
60<br />
70<br />
80<br />
75<br />
65<br />
70<br />
80<br />
50<br />
70<br />
75<br />
65<br />
50<br />
50<br />
80<br />
[1.39]
D. IA Radikalische Halogenierungen 205<br />
Es handelt sich dabei um eine Radikalkettenreaktion, bei der molekulares Brom, das in geringer Konzentration<br />
aus dem N-Brom-succinimid gebildet wird, als bromierendes Agens wirkt.<br />
C-H-Bindungen in Nachbarschaft zu einem aromatischen Kern verhalten sich wie allylständige<br />
C-H-Bindungen, so daß auch a-Brom-alkylaromaten durch Bromierung mit N-Bromsuccinimid<br />
zugänglich sind.<br />
Als Reaktionsmedium verwendet man Tetrachlorkohlenstoff, in dem das Af-Brom-succinimid<br />
unlöslich ist. Lösungen des Reagens in polaren Solventien führen zu anderen Reaktionen,<br />
z. B. Bromaddition und Kernsubstitution, wie überhaupt polare Substanzen (Salze, Säuren)<br />
schon in geringer Menge diese Nebenreaktionen begünstigen.<br />
[ Achtung! Benzylbromide und ähnliche Verbindungen sind stark haut- und tränenreizend i .<br />
AUgemeine Arbeitsvorschrift für Bromierungen mit W-Brom-succinimid in AHylstellung<br />
(Tab. 1.40)<br />
(s. oben). +<br />
0,1 mol der zu halogenierenden Substanz wird in 100 ml über Phosphor(V)-oxid getrockne- G<br />
tem Tetrachlorkohlenstoff 1 ) gelöst, mit 0,1 mol getrocknetem, nicht umkristallisiertem N-<br />
Brom-succinimid 1 ) und 0,2g Azobisisobutyronitril versetzt. Diese Mischung erwärmt man<br />
im Rundkolben vorsichtig unter Rückfluß, bis die Reaktion anspringt, was sich an der Wärmeentwicklung<br />
(stärkeres Sieden!) erkennen läßt. Notfalls muß man dann etwas kühlen, hat<br />
dabei aber darauf zu achten, daß die Reaktion nicht zum Stillstand kommt.<br />
Das Ende der Umsetzung ist daran zu erkennen, daß sich das spezifisch schwerere Af-Bromsuccinimid<br />
aufgelöst hat und in Succinimid übergegangen ist, das auf der Oberfläche<br />
schwimmt. Man erhitzt zur Sicherheit noch 10 Minuten zum Sieden. Die Reaktion mit Olefinen<br />
ist in etwa einer Stunde beendet, Alkylaromaten erfordern eine längere Zeit. Nach dem<br />
Abkühlen wird abgesaugt, das Succinimid 2 ) mit etwas Tetrachlorkohlenstoff gewaschen und<br />
aus den vereinigten Filtraten der Tetrachlorkohlenstoff im schwachen Vakuum auf dem Wasserbad<br />
abdestilliert. Den Rückstand läßt man, falls ein festes Produkt erwartet wird, im Kühlschrank<br />
oder in einer Kältemischung kristallisieren, saugt ab und reinigt durch Umkristallisation.<br />
Flüssige Produkte werden unter Verwendung eines Heizbades im Vakuum destilliert.<br />
Die Methode ist für Präparationen im Halbmikromaßstab gut geeignet.<br />
Tabelle 1.40<br />
Bromierungen mit N-Bromsuccinimid<br />
Produkt<br />
3-Brom-cyclohexen<br />
l-(Brommethyl)naphthalen<br />
2-(Brommethyl)naphthalen<br />
2-Chlor-benzylbromid<br />
Ausgangsverbindung<br />
Cyclohexen 1 )<br />
1-Methyl-naphthalen<br />
2-Methyl-naphthalen<br />
2-Chlor-toluen<br />
l ) l Stunde über P4Oi0 kochen und destillieren.<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
752,0(15)<br />
nj* 1,5285<br />
175i,3(io)<br />
F 53 (EtOH)<br />
150...17Q2,1(16)<br />
F 56 (EtOH)<br />
104l,6(12)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
1 J VgI. Reagenzienanhang.<br />
2 ) Das zurückgewonnene Succinimid wird gesammelt und wieder zur Darstellung von N-Brom-succinimid<br />
verwendet (vgl. Reagenzienanhang).<br />
40<br />
60<br />
60<br />
80
206 D. 1. Radikalische Substitution<br />
1.5. Peroxygenierung<br />
Das Sauerstoffmolekül ist ein Diradikal 'O-O-. Es kann daher mit gewissen organischen Verbindungen<br />
nach einem Radikalmechanismus reagieren, wobei zunächst Hydroperoxide gebildet<br />
werden:<br />
R-H + O2 R-O-O-H [1.41]<br />
Solche Reaktionen verlaufen oft langsam bereits unter milden Bedingungen, z. B. bei Zimmertemperatur.<br />
Man bezeichnet sie auch als Autoxidationen.<br />
Es handelt sich um Kettenreaktionen mit folgenden Teilschritten:<br />
R-H + -O-O R- + HOO- Kettenstart<br />
R- -i- -O-O- R-O-O- Kettenfortpflanzung [1.42]<br />
R-O-O- + H-R R-O-O-H + R-<br />
Der Kettenabbruch erfolgt vorrangig durch Reaktion der Kettenträger ROO- miteinander.<br />
Die Oxidation wird durch Radikalgeneratoren (Peroxide, AzoVerbindungen), Belichtung<br />
und Spuren von Schwermetallionen beschleunigt. Da Peroxide im Verlauf der Reaktion gebildet<br />
werden, verläuft sie autokatalytisch. Die katalytische Wirkung von Schwermetallionen<br />
beruht auf der Bildung von Radikalen aus den Peroxiden, z. B. (vgl. auch [1.6]):<br />
ROOH + M 2 ® ROO- + H® + M® [1.43]<br />
ROOH + M® RO- + OH - + M 2 ® [1.44]<br />
RO- + H-R ROH + R- [1.45]<br />
Das Peroxylradikal ist wenig reaktiv (vgl. A DH HOO-H = 378 kJ-moh 1 ) und deshalb recht<br />
selektiv. Es greift also bevorzugt C-H-Bindungen hoher Reaktivität (in Nachbarstellung zum<br />
aromatischen Kern, in Allylstellung, tertiäre C-H-Bindungen, C-H-Bindungen in Nachbarstellung<br />
zum Sauerstoff wie in Aldehyden, Ethern) an.<br />
Von technischer Bedeutung sind die Oxidationen von Isobutan zu tert-Butylhydroperoxid und von Isopropylbenzen<br />
(Cumen) zu a,a-Dimethyl-benzylhydroperoxid (Cumylhydroperoxid). Man formuliere die<br />
Schritte dieser Kettenreaktionen! tert-Butylhydroperoxid dient als Oxidant bei der Herstellung von Propylenoxid<br />
aus Propylen (vgl. D.4.1.6). Bei der Säurebehandlung von Cumylhydroperoxid werden Phenol und<br />
Aceton gebildet (vgl. D.9.I.3.). Beide Peroxide werden außerdem als Initiatoren für Polymerisationsreaktionen<br />
und als Reagenzien für die Vernetzung von Polymeren verwendet.<br />
Bei Temperaturen über 10O 0 C werden in Gegenwart von Peroxiden und Schwermetallsalzen auch secundäre<br />
C-H-Bindungen angegriffen. Darauf beruhen die technisch wichtigen Oxidationen von Paraffinen<br />
(vgl. D.6.5.).<br />
Auch die als Trocknung bezeichnete Verharzung gewisser stark ungesättigter Öle in Gegenwart von<br />
Schwermetallsalzen („Siccative") ist ein Autoxidationsprozeß, der zunächst in der reaktionsfähigen Allylstellung<br />
einsetzt. Ähnliche Reaktionen verlaufen unerwünscht beim Ranzigwerden von Fetten und Ölen<br />
und beim Altern von Kautschuk und anderen Polymeren. Von Bedeutung ist weiterhin die Autoxidation<br />
von Aldehyden, die zunächst entsprechend der oben formulierten Radikalkette zu einer Peroxycarbonsäure<br />
führt, die sich dann in einer säurekatalysierten polaren Folgereaktion mit weiterem Aldehyd zur<br />
Säure umsetzt:
O<br />
R-C + O2<br />
H<br />
HO,.," VS, .<br />
R-C<br />
CMDH<br />
O<br />
2 R-C<br />
OH<br />
+ R-CHO(H 0 )<br />
D. 1.5. Peroxygenierung 207<br />
Diese Reaktion wird technisch zur Darstellung von Essigsäure aus Acetaldehyd angewendet. Sie verläuft<br />
darüber hinaus oft unerwünscht bei der Aufbewahrung von Aldehyden besonders in Gegenwart von<br />
Metallsalzspuren und im Licht. Aromatische Amino- und Hydroxyverbindungen (z. B. Hydrochinon) inhibieren<br />
die Kettenreaktion (vgl. D. 1.2.) und werden infolgedessen als „Antioxidantien" zugesetzt.<br />
[1.46]<br />
Die meisten Peroxyverbindungen sind energiereich und neigen deshalb zum explosiven<br />
Zerfall. Besonders gefürchtet sind Etherperoxide, die z.B. aus Diethylether, Diisopropylether,<br />
Tetrahydrofuran und Dioxan beim Stehen an der Luft und im Licht leicht gebildet<br />
werden 1 ). Sie sind weniger flüchtig als die Ether und reichern sich deshalb beim Abdestillieren<br />
dieser Lösungsmittel im Destillationsrückstand an.<br />
Man prüfe Ether daher stets vor ihrer Verwendung auf Peroxidfreiheit, indem man sie<br />
mit einer wäßrigen schwefelsauren Titan(IV)-sulfat- oder essigsauren Kaliumiodidlösung<br />
schüttelt. Gelbfärbung zeigt Peroxide an.<br />
Als saure Verbindungen bilden Hydroperoxide mit Alkali Salze, die in Ether unlöslich<br />
sind. Aus diesem Grunde bewahrt man die genannten Lösungsmittel stets über Ätzkali in<br />
braunen Flaschen auf.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Hydroperoxiden aus Kohlenwasserstoffen<br />
(Tab. 1.47)<br />
Reinigung der Kohlenwasserstoffe<br />
Die zu oxydierenden Kohlenwasserstoffe müssen frei von Olefinen sein. Man schüttelt sie mit<br />
ungefähr 1/10 ihres Volumens an konz. Schwefelsäure aus (Vorsicht! Unter Umständen Erwärmung!)<br />
und wiederholt diese Prozedur, bis die Schwefelsäure nicht mehr braun oder gelb wird.<br />
Anschließend wird zweimal mit Wasser gewaschen, über festem Kaliumhydroxid getrocknet<br />
und über Natrium destilliert.<br />
Ausführung der Oxidation<br />
In einen Kolben mit gut wirkendem Rückflußkühler, Gaseinleitungsrohr und Sicherheitswaschflasche<br />
(vgl. A. 1.6.) gibt man 0,2 mol des gereinigten Kohlenwasserstoffs und 0,1 g Azobisisobutyronitril,<br />
erhitzt den Kolben in einem Wasser- bzw. Glycolbad auf die angegebene<br />
Temperatur und leitet 8 bis 10 Stunden langsam Sauerstoff in den Kohlenwasserstoff ein.<br />
Bestimmung des Hydroperoxidgehaltes<br />
0,2 bis 0,5 g der Reaktionslösung werden in einem 200-ml-Erlenmeyer-Kolben mit Schliffstopfen<br />
genau eingewogen. Man gibt l g Kaliumiodid und 10 ml Essigsäureanhydrid p.a. zu, schüttelt<br />
mehrmals um, bis sich das lodid gelöst hat, und versetzt nach 10 Minuten mit 50 ml Wasser.<br />
Dann wird 1/2 Minute kräftig geschüttelt und das ausgeschiedene lod mit 0,1 N Natriumthiosulfatlösung<br />
und Stärke als Indikator titriert.<br />
Hydroperoxidgehalt der Lösung (in %) =<br />
Verbrauch l Molmasse des Peroxids<br />
(in gJ • 200<br />
Die Hydroperoxidbestimmung wird alle 2 Stunden wiederholt.<br />
1 J Auch ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Tetralin und Ketone neigen zur Peroxidbildung
208 D. 1. Radikalische Substitution<br />
Tabelle 7.47<br />
Hydroperoxide aus Kohlenwasserstoffen<br />
Produkt Ausgangsverbindung Reaktions- Hydroperoxidtemperatur<br />
gehalt der Lösung<br />
in 0 C in%<br />
a,a-Dimethyl-benzylhydroperoxid Cumen 80 20<br />
(Cumylhydroperoxid)<br />
a-Ethyl-a-methyl-benzylhydroperoxid sec-Butylbenzen 120 12 1 )<br />
1,2,3,4-Tetrahydro-naphth-l-ylhydro- 1,2,3,4-Tetrahydro-naphthalen 80 20<br />
peroxid (Tetralinhydroperoxid) (Tetralin)<br />
Decalin-9-ylhydroperoxid Decalin 80 20<br />
1-Methyl-cyclohexylhydroperoxid Methylcyclohexan 80 3,5<br />
O nach 20 Stunden: 20%<br />
1.6. Weitere radikalische Substitutionsreaktionen<br />
Die gemeinsame Einwirkung von Chlor und Schwefeldioxid, die sog. Sulfochlorierung höherer Paraffine<br />
(C12 bis C18), findet technische Anwendung. Auch diese Reaktion ist eine über Radikale verlaufende Kettenreaktion:<br />
Cl2 ^- 2 Cl-<br />
R-H + Cl- - R- + HCI<br />
xP<br />
R- + SO2 - R-S; [1.48]<br />
R-Sx- + Ci2 —- R ~ s xr cl + Cl *<br />
Die bei der Verseifung der Alkansulfochloride entstehenden alkansulfonsauren Salze sind gute Waschrohstoffe:<br />
RSO2CI + 2 NaOH RSO3Na + NaCI + H2O [1-49]<br />
Die Sulfochloride selbst werden als Gerbstoffe verwendet.<br />
In einer analogen Kettenreaktion entstehen bei der Oxidation von Paraffinen mit Sauerstoff in Gegenwart<br />
von Schwefeldioxid („Sulfoxidation") zunächst Peroxosulfonsäuren:<br />
R-H + SO2 -»- O2 R-SO2-O-O-H [1-50]<br />
Sie gehen in Folgereaktionen mit H2O und SO2 in Alkansulfonsauren und H2SO4 über.<br />
Unter geeigneten Reaktionsbedingungen gelingt auch die Nitrierung aliphatischer Kohlenwasserstoffe.<br />
Technisch führt man die Nitrierung der niederen (gasförmigen) Kohlenwasserstoffe bei etwa 45O 0 C mit<br />
Salpetersäuredampf durch. Für höhere Kohlenwasserstoffe ist dieses Verfahren nicht geeignet, da weitgehende<br />
Crackung der Verbindungen eintritt. Man nitriert diese z.B. bei 170 bis 18O 0 C in flüssiger Phase,<br />
evtl. unter Druck, mit Salpetersäure bzw. Distickstofftetroxid. In großem Umfang wird technisch Propan<br />
nitriert. Dabei fallen Nitromethan, Nitroethan und die Nitropropane an, die wichtige Lösungsmittel und<br />
Zwischenprodukte sind. Nitrocyclohexan gewinnt als Ausgangsprodukt zur Darstellung von e-Caprolactam<br />
an Bedeutung. Das durch Nitrierung von Cyclohexan zugängliche Nitrocyclohexan läßt sich katalytisch zu<br />
Cyclohexanonoxim hydrieren, aus dem .s-Caprolactam hergestellt wird (vgl. D.7.1.4.2. und D.9.I.2.4.).<br />
Die radikalische Nitrosierung von aliphatischen und araliphatischen Kohlenwasserstoffen ist mit Stickstoffmonoxid<br />
bei höherer Temperatur oder unter der Einwirkung energiereicher Strahlung möglich. Sie
D. 1.6. Weitere radikalische Substitutionsreaktionen 209<br />
gelingt auch mit einem NO/Cl2-Gemisch bzw. mit Nitrosylchlorid, NOCl, unter Bestrahlung mit UV-Licht,<br />
wobei HCl als Nebenprodukt entsteht. Unter seinem Einfluß lagern sich zunächst gebildete primäre und<br />
secundäre Nitrosoverbindungen in Oxime um. Auf diese Weise wird Cyclohexanonoxim (Vorprodukt für<br />
6-CaproIactam, s. oben) durch Photonitrosierung von Cyclohexan technisch hergestellt. Man formuliere die<br />
entsprechenden Reaktionsgleichungen!<br />
Die bisher behandelten radikalischen Substitutionen betrafen ausschließlich den Ersatz von<br />
Wasserstoff durch verschiedene funktionelle Gruppen. Es ist umgekehrt auch möglich, funktionelle<br />
Gruppen in organischen Verbindungen durch Wasserstoff zu substituieren. Solche radikalischen<br />
Reduktionen gelingen mit gewissen Metallhydriden, wie Stannanen R3SnH, Germanen<br />
R3GeH und Silanen R3SiH, z. B.:<br />
R-X + Bu3Sn-H R-H + Bu3Sn-CI [1.51]<br />
Sie verlaufen nach einem Radikalkettenmechanismus und werden durch die üblichen Initiatoren<br />
(Azoverbindungen, Peroxide, UV-Licht) gestartet:<br />
Initiator - 2 R 1 - Kettenstart<br />
R'« + Bu3SnH R 1 H + Bu3Sn- Kettenfortpflanzung<br />
RX + Bu3Sn- - R- + Bu3SnX<br />
R- + Bu3SnH - RH + Bu3Sn-<br />
[1.52]<br />
Mit Tri-n-butylzinnhydrid, das meist verwendet wird, lassen sich auf diese Weise Nitroverbindungen<br />
(R-NO2), Halogenverbindungen (R-Cl, R-Br, R-I) und Ester anderer anorganischer<br />
und organischer Säuren, wie p-Toluensulfonsäurealkylester (R-OSO2C6H4CH3) und Dithiokohlensäureester<br />
(R-OCS2CH3) zu den entsprechenden Kohlenwasserstoffen reduzieren 1 ).<br />
Die beiden zuletzt genannten Reaktionen sind auch gut zur Überführung von Alkoholen in<br />
Kohlenwasserstoffe geeignet:<br />
R-OH R-X R-H [1.53]<br />
Man stellt, wie in den Kapiteln D.3.2. und D.8.5. beschrieben, aus den Alkoholen zunächst die<br />
genannten Ester her und reduziert diese dann mit Tributylzinnhydrid.<br />
In allen Fällen findet man in Abhängigkeit von der Natur von R folgende Abstufung der<br />
Reaktivität:<br />
Allyl, Benzyl > tert-Alkyl > sec-Alkyl > prim-Alkyl > Aiyl [1-54]<br />
(warum?). Sterisch gehinderte Verbindungen RX, die nach ionischen Mechanismen schwer<br />
oder gar nicht reagieren, lassen sich daher leicht reduzieren. Außerdem ist die Reaktion mit<br />
Vinyl-X und unter Umständen auch mit Aryl-X möglich.<br />
l-Chlor-2-methyl-2-phenyl-cyclopropan aus 1,1 -Dichlor-2-methyl-2-phenyl-cyclopropan:<br />
McKiNNEY, M. A.; NAGARAJAN, S. C: J. Org. Chem. 44 (1979), 2233.<br />
7-Chlor-bicyclo[4.LO]heptan aus 7,7-Dichlor-bicyclo[4.1.0]heptan: SEYFERTH, D.; YMAZAKI,<br />
H.; ALLESTON, D. L.: J. Org. Chem. 28 (1963), 703.<br />
3-Desoxy-l,2:5,6-di-O-isopropyliden-(x-D-ribo-hexofuranose aus Isopropyliden-glucofuranose:<br />
IACONO, S.; RASMUSSEN, J. R.: Org. Synth. 64 (1986), 57.<br />
! ) Auch andere Methallhydride, z. B. LiAlH4 oder NaBH4 (vgl. 0.7.3.LL), sind zur Reduktion der genannten<br />
Verbindungen befähigt. Sie reagieren jedoch nach ionischen Mechanismen (nucleophile Substitutionen)<br />
und daher mit anderer Selektivität.
210 D. 1. Radikalische Substitution<br />
1.7 Literaturhinweise<br />
Allgemeines über Radikalreaktionen<br />
C-Radikale. Hrsg.: M. REGITZ, B. GIESE, in: HOUBEN-WEYL. Bd. E19a (1989), S. 1-1567.<br />
CURRAN, D. R, Synthesis 1988,417^39; 489-513.<br />
CURRAN, D. R; PORTER, N. A.; GIESE, B.: Stereochemistry of Radical Reactions. - VCH Verlagsgesellschaft,<br />
Weinheim 1996.<br />
DAVIES, D. L; PARROTT, M. J.: Free Radicals in Organic Synthesis. - Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg<br />
1978.<br />
FOSSEY, J.; LEFORT, D; SORBA, J.: Free Radicals in Organic Chemistry. - John Wiley & Sons, New York 1995.<br />
Free Radicals. Hrsg.: J. K. KOCHI. Bd. 1-2. - John Wiley & Sons, New York 1973.<br />
LINKER, T; SCHMITTEL, M.: Radikale und Radikalionen in der <strong>Organisch</strong>en Synthese. - Wiley-VCH, Weinheim<br />
1998.<br />
MOTHERWELL, W. B.; CRICH, D: Free Radical Chain Reactions in Organic Synthesis. - Academic Press, London<br />
1992.<br />
NONHEBEL, D. C.; TEDDER , J. M.; WALTON, J. C.: Radicals. - Cambridge University Press, Cambridge 1979.<br />
NONHEBEL, D. C.; WALTON, J. C.: Free-radical Chemistry. - Cambridge University Press, Cambridge 1974.<br />
PERKINS, M. J.: Radical Chemistry. - Ellis Horwood, New York 1994.<br />
PRYOR, W. A.: Einführung in die Radikalchemie. - Verlag Chemie, Weinheim 1974.<br />
RAMAIAH, M.; Tetrahedron 43 (1987), 3541-3676.<br />
RUCHARDT, CH.: Steric Effects in Free Radical Chemistry. - In: Topics in Current Chemistry. Bd. 88. -<br />
Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1980. S. 1-32.<br />
TEDDER, J. M., Angew. Chem. 94 (1982), 433^142.<br />
Halogeniening mit N-Halogen-aminen (und andere homolytische Substitutionen)<br />
DENO, N. C, Methods Free Radical Chem. 3 (1972), 135-154.<br />
MINISCI, F.; Synthesis 1973,1-36.<br />
SOSNOVSKY, G.; RAWLINSON, D. J., Adv. Free-Radical Chem. 4 (1972), 703-284.<br />
Chlorierung<br />
POUTSMA, M. L., Methods Free Radical Chem. l (1969), 79.<br />
STROH, R., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 5/3 (1962), S. 511-528; 564-650; 735-748.<br />
Bromierung<br />
ROEDIG, A., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 5/4 (1960), S. 153-162; 331-347.<br />
THALER, W. A., Methods Free Radical Chem. 2 (1969), 121.<br />
mit N-Brom-succinimid<br />
HORNER, L.; WINCKELMANN, E. H., in: Neuere Methoden. Bd. 3 (1961), S. 98-135; Angew. Chem. 71 (1959),<br />
349-365.<br />
Reduktionen mit TVibutylzinnhydrid<br />
KUIVILA, H. G., Synthesis 1970,499-509.<br />
NEUMANN, W. R, Synthesis 1987,665-683.<br />
Oxidation mit molekularem Sauerstoff (s. auch D.6.7.)<br />
Autoxidation von Kohlenwasserstoffen. Von W. PRITZKOW u. a. - Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie,<br />
Leipzig 1981.<br />
CRIEGEE, R., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 8 (1952), S. 9-27.<br />
EMANUEL, N. M.: Teoriya i praktika zhidkofaznogo okisleniya. - Izd. Nauka, Moskva 1974.<br />
EMANUEL, N. M.; DENISOV, E. T; MAJZUS, E. K.: Cepnie reakcii okisleniya uglevodorodov v zhidko faze. -<br />
Izd. Nauka, Moskva 1965.<br />
HIATT, R., in: Organic Peroxides. Bd. 2. Hrsg. D. SWERN. - WUey-Interscience, New York 1971.<br />
KRÖPF, H.; MÜLLER, W.; WEICXMANN, A., in: HOUBEN-WEYL, Bd. 4/la (1981), S. 77-87.<br />
KRÖPF, H.; MUNKE, S.; in: HOUBEN-WEYL, Bd. E13/1 (1988), S.59-126.
D. 2.1. Allgemeiner Verlauf und Mechanismus der Reaktion 211<br />
D.2 Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
2.1. Allgemeiner Verlauf und Mechanismus der Reaktion<br />
Bei der nucleophilen Substitution am gesättigten C-Atom ersetzt ein Reagens Nu ein an Kohlenstoff<br />
gebundenes Atom oder eine Atomgruppe X, wobei Nu das Elektronenpaar für die zu<br />
bildende Bindung liefert und X mit beiden Bindungselektronen aus dem Substrat verdrängt:<br />
NuI + R-X Nu-R + Xl [2.1]<br />
Die Reaktionspartner Nu werden als nucleophile Reagenzien bezeichnet; die wichtigsten<br />
Vertreter sind Neutralstoffe mit einem freien Elektronenpaar oder Anionen, z. B.:<br />
NuI = ICII 0 , IBrI 0 , IJJ 0 , HQI 0 , ROI® HSI 0 , RSI 0 , INECI 0 , H-Q-H, R-Q-H, NH3, RNH2, R2NH [2.2]<br />
Die Reaktionen von Carbanionen, die sich von CH-aciden Verbindungen (Ketonen, Estern<br />
u. a.) ableiten, werden in Kapitel D.7.4.2.1. behandelt.<br />
Auch ungesättigte Kohlenwasserstoffe und Aromaten können als nucleophile Reagenzien<br />
fungieren, z. B. in der Friedel-Crafts-Alkylierung (vgl. Tab. 2.4). Dieser Reaktionstyp wird in<br />
Kapitel D.5. als elektrophile Substitution am Aromaten besprochen.<br />
Der zu ersetzende Substituent X stellt allgemein eine elektronenanziehende Gruppierung<br />
dar, die durch ihren Induktionseffekt die C-X-Bindung polarisiert, z. B.<br />
-X = -Cl, -Br, -I, -Q-SO2-OH1-O-SO2-OR, -Q-SO2^x \\ //<br />
© H** 0 / R#) © ., ©<br />
-Ox , -O , -NR3), -NEN u.a.<br />
H H<br />
Die nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom ist ein häufig vorkommender<br />
Reaktionstyp, wie die Übersicht in Tabelle 2.4. zeigt.<br />
Eine nucleophile Substitutionsreaktion umfaßt zwei Vorgänge, den nucleophilen Angriff<br />
des Reagens Nu auf RX unter Bildung der Nu-C-Bindung und den nucleofugen Abgang des<br />
Substituenten X unter Spaltung der C-X-Bindung:<br />
NuI 7 ^C ^X [2.5]<br />
Diese beiden Prozesse können gleichzeitig in einem Reaktionsschritt oder nacheinander in<br />
zwei Schritten erfolgen. Es ergeben sich damit drei Möglichkeiten des Reaktionsablaufes:<br />
a) Die Spaltung der C-X-Bindung geht der Bildung der C-X-Bindung voraus. Im geschwindigkeitsbestimmenden<br />
ersten Reaktionsschritt entsteht zunächst ein Carbeniumion als<br />
Zwischenprodukt, das in einem zweiten Schritt schnell mit dem Nucleophil Nu reagiert. Die<br />
Energie ändert sich dabei wie in Abbildung C.35a gezeigt. Am geschwindigkeitsbestimmenden<br />
Schritt ist nur RX beteiligt; und dieser Mechanismus wird deshalb als monomolekulare<br />
nucleophile Substitution (SN1) bezeichnet.<br />
*) HO-, RO- und R2N-Gruppen sind allgemein nicht unmittelbar, sondern erst nach Protonierung bzw.<br />
Alkylierung (bei R2N) ersetzbar, vgl. D.2.2.1.
212 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
Tabelle 2.4<br />
Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoff und am Silicium<br />
R-OH<br />
R-X 1 )<br />
R-X<br />
R-X<br />
— Si- X + NHR2<br />
+ HX =^<br />
+ R'OH ^^<br />
0<br />
+ OH<br />
0<br />
+ OR'<br />
0<br />
-i- OCOR'<br />
©<br />
+ SH<br />
©<br />
+ SR'<br />
©<br />
+ SCN<br />
+ SR2<br />
+ NHR2<br />
+ NRb -<br />
+ CN G — -<br />
+ NO2 0 _<br />
+ X' 0 — -<br />
e<br />
+ ICH(COK)2<br />
+ H-Ar Ä<br />
+ CN 0 —<br />
—<br />
R-X + H2O<br />
R-OR' + H2O<br />
R-OH + X 0<br />
R-OR' + X 0<br />
R-OCOR' + X 0<br />
R-SH + X 0<br />
R-SR' + X 0<br />
R-SCN + X 0<br />
© o<br />
R-SW2 + X u<br />
R-NR2 -i- HX<br />
© Q<br />
R-NR|j + X U<br />
R-CN + X 0<br />
(+ R-NC)<br />
R-NO2 +X 0<br />
(+ R-ONO)<br />
R-X' + X 0<br />
R-CHfCOR'fc + X 0<br />
R-Ar + HX<br />
-Si-NR2 + HX<br />
-Si-CN + X 0<br />
-Si-N3 + X 0<br />
Veresterung von Alkoholen mit Halogenwasserstoffsäuren<br />
und anderen<br />
Säuren (s. auch D.7. 1.4.1.); saure<br />
Hydrolyse von Alkylhalogeniden, -sulfaten<br />
u. a.<br />
saure Veretherung; Etherspaltung<br />
alkalische Hydrolyse<br />
Williamson-Ethersynthese<br />
Synthese von Carbonsäureestern<br />
Synthese von Thiolen<br />
Synthese von Sulfiden<br />
Synthese von Alkylthiocyanaten<br />
Bildung von Sulfoniumverbindungen<br />
Alkylierung von Aminen<br />
Quaternisierung von Aminen<br />
Kolbe-Nitrilsynthese<br />
(Synthese von Isocyaniden)<br />
Synthese von Nitroalkanen<br />
(Salpetrigsäureestern)<br />
Finkelstein-Reaktion<br />
Alkylierung von CH-aciden<br />
Verbindungen (s. D.7.4.2.1.)<br />
Friedel-Crafts- Alkylierung (s. D.5.1.7.)<br />
Synthese von Trialkylsilylaminen<br />
Synthese von Trialkylsilylcyanid<br />
Synthese von Trialkylsilylazid<br />
—X= -Cl, -Br, —l, — O-SO2OH (Mkylhydrogensulfate), -Q-SO2OR (Dialkylsulfate),<br />
-CH3 (Toluensulfonate, Tosylate")
D. 2.1. Allgemeiner Verlauf und Mechanismus der Reaktion 213<br />
b) C-Nu-Bindungsbildung und C-X-Bindungsbruch erfolgen gleichzeitig konzertiert in einem<br />
einzigen Reaktionsschritt (Energieverlauf entsprechend Abb. C.12). An diesem bimolekularen<br />
Elementarschritt sind beide Reaktionspartner beteiligt, ein solcher Mechanismus wird<br />
als bimolekulare nucleophile Substitution (SN2) bezeichnet.<br />
c) Die C-Nu-Bindungsbildung geht der C-X-Bindungsspaltung voraus. Es entsteht zunächst in<br />
einem ersten Reaktionsschritt ein Zwischenprodukt Nu-R-X, das in einem zweiten Schritt<br />
X abspaltet. Dieser Fall einer nicht konzertierten nucleophilen Substitution ist am gesättigten<br />
Kohlenstoffatom nicht möglich, da eine Aufweitung der Achtelektronenschale am Kohlenstoffatom<br />
zu hohe Energie erfordern würde. Er kommt aber z. B. an Si-Verbindungen vor<br />
(vgl. D.2.7.), und auch die nucleophilen Substitutionen an aktivierten Aromaten (vgl.<br />
D.5.2.1.) und Carboxylverbindungen (vgl. D.7.1.4.) verlaufen in dieser Weise.<br />
2.1.1. Monomolekulare nucleophile Substitution (SN1)<br />
Entsprechend dem oben Gesagten läßt sich dieser Mechanismus wie folgt formulieren:<br />
\ langsam<br />
/C-X -<br />
©<br />
+ INu-H<br />
©<br />
schnell<br />
+ xr<br />
Substitution<br />
Eliminierung<br />
Umlagerung<br />
/C-Nu-H /C-Nu + H ,©<br />
Olefin + H2Nu^<br />
(vgl. D.3.1.1.)<br />
umgelagertes Produkt<br />
(vgl. D.9)<br />
Geladene Nucleophile Nu - reagieren analog: das Endprodukt der nucleophilen Substitution<br />
bildet sich dann unmittelbar aus dem Carbeniumion.<br />
Das Carbeniumion 1 ) ist ein energiereiches Zwischenprodukt (vgl. Abb. C.35a), das sein<br />
eigenes Schicksal hat und sehr schnell und wenig selektiv zum Substitutionsprodukt und weiteren<br />
Produkten (Olefinen, Umlagerungsprodukten) reagiert.<br />
Allgemein sind SN l -Reaktionen an folgenden typischen Merkmalen zu erkennen:<br />
a) Die SN1-Reaktion gehorcht in der Anfangsperiode 2 ) einem Geschwindigkeitsgesetz erster<br />
Ordnung:<br />
d[RX] -ki [RX] [2.7]<br />
Da der Reaktionspartner Nu nicht in den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt der Reaktion<br />
eingreift, führt eine Erhöhung seiner Konzentration nicht zur Steigerung der Reaktionsgeschwindigkeit.<br />
1 J Der Übergangszustand, der bei der Bildung des Carbeniumions durchlaufen wird, ist diesem ähnlich, da<br />
er spät auf der Reaktionskoordinate liegt, vgl. Hammond-Postulat C.2.<br />
2 ) Im weiteren Verlauf kommt die Rückreaktion mit X - ins Spiel, und die Verhältnisse werden relativ<br />
kompliziert, vgl. C.3.1.<br />
[2.6]
214 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
b) Im Verlauf der SN1-Reaktion geht das zentrale Kohlenstoffatom des Substrates RX aus der<br />
vierbindigen, tetraedrischen Form in die dreibindige des Carbeniumions über, das ein<br />
ebenes Dreieck mit dem Kohlenstoff in der Mitte darstellt. An diese Zwischenstufe kann<br />
der im zweiten Schritt reagierende Partner Nu mit gleicher Wahrscheinlichkeit von jeder<br />
Seite herantreten, wobei zwei spiegelbildlich gleiche tetraedrische Reaktionsprodukte RNu<br />
entstehen [2.8]. Optisch aktive Verbindungen werden deshalb im Verlauf der SN1-Reaktion<br />
racemisiert.<br />
Nu 0 Nu<br />
i<br />
Nu<br />
SN l-Reaktionen über sehr reaktionsfähige Carbeniumionen und in weniger polaren<br />
Lösungsmitteln verlaufen meist überwiegend unter Inversion der Konfiguration (wie SN2-<br />
Reaktionen, vgl. [2.9]). In diesen Fällen bleibt während der Reaktion die Abgangsgruppe<br />
X - mit dem intermediären Carbeniumion als lonenpaar verbunden, so daß das Reagens Nu<br />
nur von der durch X - nicht abgeschirmten Seite an das Carbeniumion herantreten kann.<br />
c) Bei SN1-Reaktionen treten im allgemeinen Olefine bzw. umgelagerte Verbindungen als<br />
Nebenprodukte auf. Olefine bilden nicht selten sogar den Hauptanteil der Reaktionsprodukte<br />
(über das Verhältnis von Eliminierung zu Substitution vgl. D.3.1.1.).<br />
d) Da im geschwindigkeitsbestimmenden Schritt der SN l-Reaktion Ionen entstehen, die solvatisiert<br />
werden, hat das Solvatationsvermögen des Lösungsmittels einen großen Einfluß auf<br />
die Reaktionsgeschwindigkeit (vgl. D.2.2.I.).<br />
e) Die Aktivierungsentropien von SNl-Reaktionen liegen meist um O, weil das intermediäre Carbeniumkation<br />
ohne hohe sterische Anforderungen gebildet werden kann (vgl. dazu C.2.).<br />
2.1.2. Bimolekulare nucleophile Substitution (SN2)<br />
Bei diesem Reaktionstyp erfolgen Bindungsbruch und Bindungsbildung gleichzeitig (konzertiert):<br />
Der Reaktionspartner Nu nähert sich dem polarisierten Molekül R-X von der dem Substituenten<br />
X entgegengesetzten Seite her und tritt mit R in Wechselwirkung. Synchron mit der<br />
Bildung der R-Nu-Bindung vergrößert sich der Bindungsabstand zwischen R und X. Dabei<br />
wird ein Übergangszustand durchlaufen, in dem Nu noch nicht sehr fest gebunden und X noch<br />
nicht völlig vom Rest gelöst ist:<br />
NuI + C-X<br />
^ i<br />
\ • *<br />
[2.8]<br />
Nu-p—X | Nu-C^ + Xl [2.9]<br />
Dieser Übergangszustand ist der Zustand höchster Energie auf der Reaktionskoordinate<br />
(vgl. Abb. C.12).<br />
SN2-Reaktionen zeigen folgende charakteristische Merkmale:<br />
a) Da sich die beiden Reaktionspartner Nu und RX in einem einzigen Reaktionsschritt zu den<br />
Produkten RNu und X umsetzen, gehorcht die SN2-Reaktion einem Geschwindigkeitsgesetz<br />
zweiter Ordnung:<br />
dt<br />
= Jk2[RX][Y] [2.10]
D. 2.2. Faktoren, die den Verlauf nucleophiler Substitutionen beeinflussen 215<br />
Eine Erhöhung der Konzentration an Nu bewirkt also auch eine Steigerung der Reaktionsgeschwindigkeit.<br />
b) Da das Reagens Nu von der X gegenüberliegenden Seite an das zentrale Kohlenstoffatom<br />
herantritt [2.9], bleibt die optische Aktivität asymmetrischer Kohlenstoffatome voll erhalten,<br />
und es entsteht ein der Ausgangsverbindung spiegelbildlich analoges Molekül (Umkehr<br />
der Konfiguration, „Inversion"). Dieser Vorgang, der dem Umstülpen eines Regenschirmes<br />
vergleichbar ist, wird als Waiden-Umkehr bezeichnet.<br />
c) Bei SN2-Reaktionen läßt sich im Gegensatz zu SN1-Reaktionen die Bildung von Olefinen<br />
und Umlagerungsprodukten durch geeignete Wahl der Reaktionsbedingungen vermeiden.<br />
d) Die Aktivierungsentropie von SN2-Reaktionen ist meist stark negativ, weil der Übergangszustand<br />
ein Gebilde hohen Ordnungsgrades darstellt, bei dessen Bildung hohe sterische<br />
Anforderungen gestellt werden.<br />
2.2. Faktoren, die den Verlauf nucleophiler Substitutionen<br />
beeinflussen<br />
Reaktionen vom reinen SN1- bzw. SN2-Typ sind Grenzfälle, zwischen denen es ein kontinuierliches<br />
Spektrum von Übergängen gibt. Inwieweit eine Substitution mehr nach einem SN1- oder<br />
SN2-Mechanismus verläuft, hängt in erster Linie von der Struktur des Substrates RX und von<br />
den Reaktionsbedingungen (vor allem vom Lösungsmittel und von Katalysatoren) ab und läßt<br />
sich in gewissem Umfang voraussagen (s. D.2.2.I.).<br />
Für die präparative Praxis ist wichtig, daß man Reaktionen, die im Grenzgebiet zwischen<br />
SN! und SN2 verlaufen, durch geeignete Wahl der Reaktionsbedingungen in Richtung auf den<br />
SN!- bzw. SN2-Typ verschieben kann, da die Art der Reaktionsprodukte vom Reaktionstyp<br />
abhängt: Während bei der SN2-Reaktion sowohl Eliminierungs- als auch Umlagerungsprodukte<br />
bei geeigneter Wahl der Reaktionsbedingungen meist vermieden werden können, ist das<br />
beim SNl-Typ normalerweise nicht möglich (vgl. D.3.1.1.).<br />
Aber auch die Substitution selbst führt bei Konkurrenzreaktionen verschiedener nucleophiler<br />
Reagenzien bzw. bei Reaktionen bifunktioneller Nucleophile je nach dem Substitutionstyp<br />
zu verschiedenen Reaktionsprodukten. Darauf wird in Abschnitt D.2.3. näher eingegangen.<br />
2.2.1. Reaktivität des Substrates RX<br />
Substituenten am zentralen Kohlenstoffatom beeinflussen ausgeprägt die Reaktivität des Substrates<br />
RX sowohl in SN1- als auch in SN2-Reaktionen.<br />
So steigt die Reaktivität von RX in SN l-Reaktionen an, wenn die positive Ladung des im<br />
geschwindigkeitsbestimmenden Schritt sich bildenden Carbeniumions R® durch Substituenten<br />
mit +1- und/oder +M-Effekt stabilisiert (delokalisiert) werden kann. Aus diesem Grunde<br />
erhöht sich die Tendenz zu SN1-Reaktionen von der Methyl- zur tert-Butylverbindung:<br />
H3C H3C<br />
H3C-X < H3C-CH2-X < CH-X « H3C-C-X [2.11]<br />
H3C H3C<br />
In der gleichen Richtung wirken sich die sterischen Substituenteneffekte der Alkylgruppen<br />
aus. Beim Übergang der tetraedrischen Ausgangsverbindung RX in das trigonal-planare Carbeniumion<br />
rücken die Substituenten weiter auseinander, so daß sterische Spannungen zwischen<br />
ihnen abgebaut werden. Das ist bei den voluminösen tertiären Alkylresten stärker ausgeprägt<br />
als bei den secundären und am wenigsten bei den primären, so daß auch dadurch die
216 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
Tendenz zur heterolytischen Spaltung der R-X-Bindung, die geschwindigkeitsbestimmend in<br />
der SN l-Reaktion ist, von primären über secundäre zu tertiären RX zunimmt (Tab.2.12)<br />
Tabelle 2./2<br />
Solvolyse 1 ) von Alkylbromiden in 80%igem Ethanol bei 55 0 C<br />
Mechanismus<br />
SN1<br />
SN2<br />
Reaktionsgeschwindigkeitskonstante<br />
lOSk^s- 1<br />
105k2/l-mol -1 -s- 1<br />
k2/k!<br />
CH3Br<br />
0,35<br />
2040<br />
5840<br />
CH3CH2Br<br />
0,14<br />
171<br />
1230<br />
(CH3)2CHBr<br />
0,24<br />
5,0<br />
21<br />
!) Solvolyse: Reaktion, bei der das Lösungsmittel gleichzeitig das nucleophile Reagens ist<br />
(CH3)3CBr<br />
1010<br />
sehr klein<br />
O<br />
Die Reaktivität von RX in einer SN2-Reaktion dagegen wird durch die sterischen Effekte<br />
von Alkylgruppen gerade in umgekehrter Reihe verändert. Die Alkylgruppen im Ethyl-, Isopropyl-<br />
und tert-Butylhalogenid erschweren zunehmend den Angriff eines Nucleophils auf das<br />
zentrale Kohlenstoffatom „von der Rückseite" der C-X-Bindung [2.9] und verlangsamen deshalb<br />
die SN2-Reaktion (Tab.2.12).<br />
Es gilt demzufolge allgemein: Tertiäre Alkylverbindungen reagieren in nucleophilen Substitutionen<br />
normalerweise monomolekular (SN1), primäre Verbindungen dagegen bimolekular (SN2).<br />
Secundäre Alkylverbindungen stellen häufig „Grenzgebietsfälle" dar, die sowohl Merkmale der<br />
SN2- wie der SNl-Reaktion zeigen. In diesem Fall kann durch ein geeignetes Lösungsmittel, vgl.<br />
D.2.2.I., häufig der gewünschte Verlauf nach SN1 oder SN2 erzwungen werden.<br />
Ganz ähnlich wie bei den Alkylsystemen gibt es einen Übergang vom SN2- zum SNl-Typ in der<br />
Reihe Benzyl-, Diphenylmethyl- und Triphenylmethylhalogenid bzw. Benzyl-, 2-Methoxy-benzyl-,<br />
2,4-Dimethoxy-benzylhalogenid. In diesen Fällen kann ein Carbeniumion durch die +M-Effekte<br />
der Arylgruppen bzw. der Methoxygruppen stabilisiert werden. Man formuliere dies!<br />
Auch der SN2-Übergangszustand kann durch Mesomerieeffekte stabilisiert werden. Aus diesem<br />
Grunde reagieren Benzyl- und Allylsysteme ca. 100- bis 200mal schneller als die entsprechenden<br />
Alkylverbindungen, jedoch ebenfalls nach SN2. Diese Stabilisierung beruht auf einer<br />
Überlappung der rc-Orbitale mit den sich im Übergangszustand der SN2-Reaktion entwickelnden<br />
quasi-p-Orbitalen, wie die nachstehende Formulierung zeigt:<br />
NuI 0 +<br />
/\<br />
+ xr [2.13]<br />
Für derartige Verbindungen ergeben sich auf diese Weise hohe Reaktionsgeschwindigkeiten,<br />
z. B. für die Umsetzung mit KI in Aceton bei 60 0 C:<br />
H3C-CH2-CH2-CI H2C=CH-CH2-CI Ph-CH2-CI EtOOC-CH2-CI<br />
1<br />
NEC-CH2-CI<br />
2800<br />
90 250<br />
Ph-CO-CH2-CI<br />
32 000 (75 0 C)<br />
1600<br />
[2.14]<br />
Man nützt diese hohe Reaktivität bei der selektiven Umsetzung von Chloressigsäureestern zu<br />
Aminoessigsäureestern, zur Darstellung „aktivierter Ester" aus dem Salz einer Carbonsäure<br />
und z. B. Chloracetonitril und von Phenacylestern, vgl. D.2.6.3.
D. 2.2. Faktoren, die den Verlauf nucleophiler Substitutionen beeinflussen 217<br />
Außer durch direkte Konjugation kann ein Substituent das Reaktionszentrum auch aus<br />
einer sterisch günstigen Position durch intramolekulare nucleophile Wechselwirkung beeinflussen:<br />
+ INu ,(CH2)„<br />
Zl<br />
.Nu<br />
[2.15]<br />
Durch diese „Nachbargruppenwirkung" der nucleophilen Gruppe Nu (R2N-, RS-, RO-,<br />
Halogen, vor allem I-, Aryl-) wird die Energie eines sich bildenden Carbeniumions gesenkt<br />
und die Geschwindigkeit von SNl-Reaktionen erhöht. Derartige Reaktionen sind mit zweimaliger<br />
Walden-Umkehr verbunden, so daß insgesamt Retention der Konfiguration am Reaktionszentrum<br />
eintritt. Man informiere sich im Lehrbuch.<br />
Reaktivitätssenkende sterische Effekte treten in SN2-Reaktionen nicht nur bei Verbindungen<br />
auf, die am a-Kohlenstoffatom mehrfach durch sperrige Gruppen substituiert sind, sondern<br />
ganz ausgeprägt auch bei entsprechenden Substitutionen am ß-Kohlenstoffatom. So reagieren<br />
Neopentylverbindungen (t-BuCH2X) ca. 1O 6 HIaI langsamer als Verbindungen des Typs<br />
CH3CH2X.<br />
In Vinyl- und Arylhalogeniden ist das Halogen im Verhältnis zu den Alkylhalogeniden nur<br />
unter wesentlich schärferen Bedingungen nucleophil austauschbar. Die Bindungsenergien von<br />
Phenylhalogenverbindungen liegen gegenüber den Werten in Tabelle 2.15 um ca. 60 kJ-moh 1<br />
höher, und die nucleophile Substitution verläuft gewöhnlich nach anderen Mechanismen, vgl.<br />
D.5.2.<br />
Der Substituent X löst sich entsprechend [2.5] im Verlauf der nucleophilen Substitution mit<br />
beiden Bindungselektronen aus dem Substrat R-X. Dabei muß die Energie für die heterolytische<br />
Spaltung der R-X-Bindung aufgebracht werden, die sich aus der homolytischen Bindungsdissoziationsenergie,<br />
der lonisierungsenergie von R- und der Elektronenaffinität von Xzusammensetzt.<br />
Tabelle 2.76<br />
Heterolytische Bindungsdissoziationsenergien (in kJ-moH) in der Gasphase 1 )<br />
Me-NH2 Me-OH Me-OCH3 Me-F Me-Cl Me-Br Me-I<br />
1240 l 150 1150 1070 950 920 890<br />
l ) In Lösung sind die Werte infolge von Solvationseffekten drastisch erniedrigt, vgl. auch D.2.2.1.<br />
In Tabelle 2.16 sind einige heterolytische Bindungsdissoziationsenergien aufgeführt. In<br />
Übereinstimmung damit steigt die Reaktivität von R-X (in Dimethylformamid) in der Reihe:<br />
R-NH2 « R-OH « R-F « R-CI < R-Br < R—I [2.17]<br />
Diese Reihenfolge gilt sowohl für SN1- als auch SN2-Reaktionen. Sie entspricht zugleich der<br />
abnehmenden Basizität der Anionen X - , d. h., die Abspaltungstendenz einer Gruppe X ist in<br />
erster Näherung um so größer, je schwächer basisch sie ist. Aus diesem Grunde haben Alkylamine,<br />
Alkohole und Alkylfluoride als Substrate RX trotz der hohen Elektronegativität ihrer<br />
Heteroatome eine extrem niedrige Reaktivität in nucleophilen Substitutionsreaktionen.<br />
Die Basizität einer Abgangsgruppe läßt sich durch die Einführung von Substituenten beeinflussen.<br />
Die niedrige Abspaltungstendenz der OH-Gruppe wird z. B. stark erhöht, wenn sie in<br />
die viel schwächer basische p-Toluensulfonatgruppe („Tosy l at"-Gruppe, TsO-) übergeführt<br />
wird. Eine noch höhere Reaktivität haben Trifluormethansulfonate („Triflate", R-OSO2CF3),<br />
die die von Tosylaten bis um das 10 4 fache übertrifft.
218 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
Entsprechend ihrer Basizität sollte die p-Toluensulfonatgruppe eine Abspaltungstendenz<br />
haben, die zwischen der von Chlorid und Bromid liegt. Tatsächlich jedoch können Alkyltosylate<br />
auch sehr viel reaktiver als Alkylbromide und -iodide sein, was zeigt, daß die Basizität<br />
nicht das einzige Kriterium für die Abspaltungstendenz einer Gruppe ist. Sie hängt darüber<br />
hinaus noch von der Natur des Restes R und des Reagens Nu sowie vom Lösungsmittel ab, so<br />
daß es keine allgemein gültige Reihenfolge der Abspaltungstendenz gibt.<br />
So beobachtet man bei S^-Reaktionen, daß sich Substrate, in denen die austretende<br />
Gruppe X leicht polarisierbar („weich") ist (z. B. I - ), schneller mit weichen Reagenzien umsetzen,<br />
während Abgangsgruppen mit schwach polarisierbarem („hartem") Heteroatom (z.B.<br />
TsO - ) schneller durch harte Nucleophile verdrängt werden. Die relative Reaktivität von<br />
Methyltosylat und Methyliodid gegenüber verschiedenen nucleophilen Reagenzien Nu - in<br />
Methanol bei 25 0 C beträgt z. B.:<br />
Nu -<br />
kMeOTs /kMel<br />
N?<br />
6,6<br />
CH3O^^<br />
Cl -<br />
4,6<br />
2,8<br />
Br -<br />
SCN -<br />
I -<br />
O^ft Cn+JG Tfi<br />
0,72<br />
0,28<br />
0,13<br />
[2.18]<br />
In SNl-Reaktionen in protonischen Lösungsmitteln sind gewöhnlich Alkylsulfonate ebenfalls<br />
reaktiver als Alkyliodide.<br />
Die Abspaltungstendenz der HO- bzw. RO-Gruppe läßt sich auch durch Protonierung so<br />
stark erhöhen, daß nucleophile Substitutionen möglich werden, z.B. bei der Bildung von<br />
Estern anorganischer Säuren oder der Spaltung von Ethern, vgl. D.2.5.1. und D.2.5.2. Aminogruppen<br />
sind in ähnlicher Weise nach Quaternisierung abspaltbar, was bei der analogen E2-<br />
Reaktion (Hofmann-Eliminierung, vgl. D.3.) präparativ genutzt wird.<br />
Primäre Aminogruppen können außerdem durch Diazotierung in Diazoniumgruppen umgewandelt<br />
werden (vgl. D.8.). Alkyldiazoniumkationen sind nicht stabil und zerfallen spontan in<br />
Carbeniumionen und elementaren Stickstoff. Die Diazoniumgruppe ist daher der am leichtesten<br />
abspaltbare Substituent und wird stets nach einem SN1-Mechanismus substituiert.<br />
Die nucleofuge Abspaltung des Substituenten X aus RX läßt sich schließlich durch protonische<br />
Lösungsmittel beschleunigen. Protonische Lösungsmittel sind besonders zur Solvatation<br />
von Anionen über Wasserstoffbrücken befähigt (vgl. C.3.3.), wodurch die Stabilität der entstehenden<br />
Anionen X - erhöht und ihre Abspaltung erleichtert wird. Dieser Lösungsmitteleffekt<br />
ist um so stärker ausgeprägt, je H-acider das Lösungsmittel und je härter die Abgangsgruppe X<br />
ist. Die Unterschiede zwischen den einzelnen Abgangsgruppen sind außerdem erheblich kleiner<br />
als in polaren aprotonischen Lösungsmitteln; d. h., protonische Lösungsmittel nivellieren<br />
die Abspaltungstendenzen in einem gewissen Umfang.<br />
Da die H-Brückenbindung in protonischen Lösungsmitteln andererseits die Nucleophilie<br />
des Reagens senkt (vgl. D.2.2.2.), verschiebt sich der Übergangszustand der Reaktion um so<br />
weiter in Richtung zum SNl-Gebiet, je stärker sauer das Lösungsmittel ist. Wie groß der<br />
Lösungsmitteleinfluß auf SN l -Reaktionen ist, zeigen die Relativgeschwindigkeiten für die SoIvolyse<br />
von tert-Butylchlorid (Bildung des tert-Butylkations):<br />
Lösungsmittel<br />
kre.(25°C)<br />
EtOH<br />
1<br />
MeOH<br />
9<br />
HCOOH<br />
12200<br />
Wasser<br />
335000<br />
[2.19]<br />
Eine ähnliche Wirkung wie durch protonische Lösungsmittel ist auch durch Lewis-Säuren<br />
erzielbar, die als elektrophile Katalysatoren mit freien Elektronenpaaren von Substituenten X<br />
in Wechselwirkung treten. Hier sind vor allem zu nennen: Ag - , SnCl4, BF3, AlCl3, FeQ3,<br />
ZnCl2, SbCl5, die besonders starke Wechselwirkungen mit Halogenverbindungen eingehen.<br />
Davon wird bei der Friedel-Crafts-Alkylierung Gebrauch gemacht, vgl. D.5.1.7.
D. 2.2. Faktoren, die den Verlauf nucleophiler Substitutionen beeinflussen 219<br />
2.2.2. Nucleophilie von Reagenzien<br />
Im Verlauf einer nucleophilen Substitution entsteht zwischen dem nucleophilen Reagens Nu<br />
und dem elektrophilen Substrat RX (bzw. dem Carbeniumion R® bei der SN1 -Reaktion) eine<br />
neue C-Nu-Bindung, deren heterolytische Bindungsenergie dabei freigesetzt wird. Da beide<br />
Bindungselektronen vom Reagens geliefert werden, nimmt die Elektronendichte am Reagens<br />
ab; anionische Nucleophile Nu - gehen in neutrale Produkte RNu, neutrale Nucleophile, wie<br />
Alkohole oder Amine, in Kationen RNu - über:<br />
Nu 0 + R-X [Nu--R—-X]* Nu-R + X 0 [2.20]<br />
Nu + R-X [Nu R X]* N + U-R + X 0 [2.21]<br />
Mit diesen Ladungsänderungen sind bei Reaktionen in polaren Lösungsmitteln Solvationsänderungen<br />
und damit Energieänderungen verbunden. Im Falle [2.20] wird das Nucleophil<br />
Nu - beim Übergang in den aktivierten Komplex partiell desolvatisiert, wozu Energie aufgebracht<br />
werden muß, im Falle [2.21] sind Übergangszustand und Reaktionsprodukte stärker solvatisiert<br />
als die Reaktanden, was mit einer Energieabnahme verbunden ist.<br />
Diese beiden Faktoren, Energiefreisetzung infolge R-Nu-Bindungsbildung und die Energieänderungen<br />
infolge Solvatationsänderungen, bestimmen die Reaktivität eines nucleophilen<br />
Reagens, seine Nucleophilie.<br />
Wegen der unterschiedlichen Beeinflussung dieser Faktoren durch unterschiedliche<br />
Lösungsmittel und unterschiedliche Reaktionspartner ist die Reihenfolge der Nucleophilie verschiedener<br />
Reagenzien nicht in allen Reaktionen die gleiche, sondern hängt von der Natur des<br />
elektrophilen Partners und des Lösungsmittels ab. Als Maß für die Nucleophilie benutzt man<br />
die Relativgeschwindigkeiten gegenüber einem bestimmten elektrophilen Substrat.<br />
Am einfachsten liegen die Verhältnisse in polaren aprotonischen Lösungsmitteln wie Dimethylformamid<br />
(DMF), Dimethylsulfoxid (DMSO) oder Hexamethylphosphorsäuretriamid<br />
(HMPT). In ihnen sind Nucleophile nicht so stark solvatisiert wie in protonischen Lösungsmitteln<br />
(s. C.3.3.), und der Energiewinn bei der Bildung der Nu-R-Bindung, d. h. die Affinität des<br />
nucleophilen Reagens zum elektrophilen Partner R, wird ausschlaggebend für seine Reaktivität.<br />
Es zeigt sich, daß in erster Näherung die Nucleophilie eines Reagens um so größer ist, je<br />
höher seine (Brönsted-)Basizität ist. Das gilt besonders gut in einer Reihe ähnlicher Nucleophile,<br />
z. B. solcher mit gleichem nucleophilen Atom:<br />
RO - > PhO - > RCOO - > ROH > PhOH > RCOOH [2.22]<br />
Auch die Nucleophilie der Halogenidionen geht in aprotonischen Lösungsmitteln ihrer<br />
Basizität parallel (s. [2.25]).<br />
Der Zusammenhang zwischen Nucleophilie und Basizität ist verständlich, da sowohl in der<br />
nucleophilen Substitutionsreaktion als auch in der Brönsted-Säure-Base-Reaktion das Reagens<br />
Nu als Elektronenpaardonator (Lewis-Base) fungiert. Allerdings wird die Brönsted-Basizität<br />
durch das thermodynamische Gleichgewicht eines Elektronendonators mit dem H - -Ion charakterisiert,<br />
während die Nucleophilie die Reaktionsgeschwindigkeit mit einem mehr oder<br />
weniger positivierten Kohlenstoffatom wiedergibt.<br />
Da nach dem HSAB-Konzept (s. C.4.) Alkylhalogenide und -sulfonate „weiche" Elektrophile<br />
sind (im Gegensatz zum „harten" H - ), reagieren sie leichter mit „weichen" Basen. Darauf<br />
beruht, daß in SN2-Reaktionen weiche, hoch polarisierbare Nucleophile häufig reaktiver<br />
als harte Nucleophile gleicher Basizität sind, z. B.:
220 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
RSe - > RS - > RO -1 ) [2.23]<br />
Neben der Basizität bestimmt daher noch die Polarisierbarkeit eines Reagens seine Nucleophilie.<br />
Im einzelnen ist schwer abzuschätzen, welcher Faktor überwiegt.<br />
Tabelle 2.24<br />
Geschwindigkeitskonstanten der SN2-Reaktion von Methyliodid mit verschiedenen Nucleophilen Nu - in<br />
Dimethylformamid und Methanol (bei O 0 C)<br />
Nu -<br />
CN -<br />
CH3COO -<br />
4-NO2C6H4S -<br />
N?<br />
F -<br />
Cl -<br />
Br -<br />
I -<br />
SeCN -<br />
SCN -<br />
4-NO2C6H4O -<br />
in DMF<br />
30<br />
2,0<br />
1,36<br />
0,31<br />
0,1<br />
0,24<br />
0,12<br />
k/l-mol -1 -s -1<br />
9,2 • 1O -2<br />
6,9 - 1O -3<br />
1,4 - 1O -3<br />
in MeOH<br />
3,3 • 10-5<br />
4,5 - 1(H<br />
5,7 • 1O -3<br />
3,0 - !(H<br />
6,3 - 10-8<br />
1,0 - 10-7<br />
1,8-10-6<br />
1,6 - 1(H<br />
4,0 • 1(H<br />
3,0 - 10-5<br />
9,6 - !(H<br />
kMeOH<br />
kDMF<br />
1-1(H<br />
2-10-8<br />
4-1O -3<br />
1-10-5<br />
6-10-7<br />
4-10-7<br />
1-10-5<br />
4-1O -3<br />
4-1O -3<br />
7-10-5<br />
Experimentell wurde in der SN2-Reaktion mit Methyliodid in Dimethylformamid (Tabelle 2.24)<br />
folgende Reihe zunehmender Nucleophilie gefunden:<br />
SCN - < I - < Br - < Cl - < F - < Nf> < CH3COO - < CN - [2.25]<br />
Diese Reihe kann sich für die Reaktionen mit anderen Substraten RX ändern, was sich zur<br />
Steuerung der Selektivität ambidenter Nucleophile ausnutzen läßt (s. D.2.3.).<br />
Auch in aprotonischen Medien hat die Natur des Lösungsmittels einen erheblichen Einfluß<br />
auf die Nucleophile. Da anionische Nucleophile beim Übergang in den aktivierten Komplex<br />
der SN2-Reaktion partiell desolvatisiert werden, ist ihre Reaktivität um so größer, je schwächer<br />
solvatisiert sie von vornherein sind. Mit zunehmender Lewis-Acidität des Lösungsmittels<br />
(Fähigkeit zur Anionensolvatation) sinkt daher die Nucleophilie anionischer Reagenzien in<br />
aprotonischen Solventien etwa in der Reihe Hexamethylphosphorsäuretriamid > Aceton ><br />
Dimethylformamid > Propylencarbonat« Acetonitril ~ Dimethylsulfoxid > Nitromethan.<br />
Bei der Reaktion neutraler Nucleophile, wie Alkohole oder Amine, ist dagegen der Übergangszustand<br />
stärker solvatisiert als die Ausgangsstoffe, und die Reaktionsgeschwindigkeit<br />
steigt mit zunehmender Lewis-Acidität des aprotonischen Lösungsmittels in der umgekehrten<br />
Reihenfolge.<br />
In protonischen Lösungsmitteln sind nucleophile Reagenzien wesentlich stärker solvatisiert<br />
als in aprotonischen, da sich Wasserstoffbrücken zwischen Nu - und dem Lösungsmittel bilden.<br />
Dadurch steigt der Energieaufwand für die Desolvatation von Nu - beim Übergang in den aktivierten<br />
Komplex der S^-Reaktion [2.9], und die Nucleophilie sinkt entsprechend. Da die aciden<br />
Wasserstoffatome der protonischen Lösungsmittel im Sinne des HSAB-Konzepts „hart"<br />
sind, bilden sich feste Wasserstoffbrücken besonders zu „harten", d. h. stark basischen und<br />
schwach polarisierbaren Nucleophilen aus, deren Reaktivität deshalb besonders stark erniedrigt<br />
wird (vgl. Tab. 2.19). Umgekehrt bilden „weiche", d. h. schwach basische und stark polari-<br />
) Da in der Gasphase die umgekehrte Reihenfolge der Nucleophilie dieser Ionen beobachtet wird, die der<br />
ihrer Basizität entspricht, ist möglicherweise die Reaktivitätsabstufung in Lösung auf Solvatationseffekte<br />
zurückzuführen. Die kleinen Ionen sind auch in aprotonischen Lösungsmitteln stärker solvatisiert und<br />
damit weniger reaktiv als die größeren.
D. 2.2. Faktoren, die den Verlauf nucleophiler Substitutionen beeinflussen 221<br />
sierbare Nucleophile nur schwache H-Brücken aus, und ihre Reaktivität wird durch das protonische<br />
Lösungsmittel nicht so stark herabgesetzt. Die Reihenfolge der Nucleophilie kehrt sich<br />
infolgedessen ungefähr um, wenn man von den polaren aprotonischen Lösungsmitteln (vgl.<br />
[2.25]) zu protonischen Lösungsmitteln übergeht:<br />
CH3COO - - F - < Cl - < OH - < Br - - I - < CN - < SCN - < S2O3 2- [2.26]<br />
In protonischen Lösungsmitteln geht also die Nucleophilie nicht mehr der Basizität, sondern<br />
überwiegend der Polarisierbarkeit dieser Ionen parallel.<br />
Der Reaktivitätsabfall beim Übergang von polaren aprotonischen zu protonischen Lösungsmitteln<br />
ist deshalb besonders bei harten Nucleophilen sehr groß, z. B. in der Reaktion von RBr<br />
in Aceton bzw. Wasser mit X - beim F - 8 • 10^, Cl - l • 10«, I - l • io 2 .<br />
Die Verhältnisse komplizieren sich dadurch, daß ionische nucleophile Reagenzien (als Salze in die Reaktion<br />
eingesetzt) nur nucleophil wirken, wenn sie als freie Ionen vorliegen, während lonenpaare (z.B.<br />
Li^Br - ) praktisch nicht reagieren. In die experimentell zu beobachtende Bruttogeschwindigkeitskonstante<br />
der SN2-Reaktion geht also noch die Dissoziationskonstante des betreffenden Salzes im vorliegenden<br />
Lösungsmittel ein. Die Dissoziation und damit die Reaktivität des Salzes steigen in erster Näherung mit<br />
der Polarität (Dielektrizitätskonstante) des Lösungsmittels und mit der Größe von Kation und Anion an,<br />
also z. B. in den Reihen<br />
LiCl < NaCl < KCl bzw. LiF < LiCl < LiBr < LiI [2.27]<br />
In den weniger polaren Lösungsmitteln mit e < 30 (z. B. Aceton) sind die Salze kleiner Ionen nicht vollständig<br />
dissoziiert, und man findet dann eine Abhängigkeit der Nucleophilie von der Größe der Ionen entsprechend<br />
[2.27]. Für die Halogenide ist diese Reihe gerade umgekehrt wie die der freien Ionen in aprotonischen<br />
Lösungsmitteln [2.25], was aber durch die unvollständige Dissoziation der lonenpaare bedingt ist.<br />
Um die nucleophile Reaktivität anionischer Nucleophile voll auszunutzen, wird man also besser das<br />
Kaliumsalz als das Lithiumsalz einsetzen. Als geeignete Kationen kommen auch Tetraalkylammoniumionen<br />
in Frage. Die entsprechenden Salze leiten bereits zu den Phänomenen der Phasentransferkatalyse<br />
über, die in D.2.4.2. besprochen wird.<br />
Die Dissoziation eines lonenpaares und damit die Reaktivität eines Salzes läßt sich darüber hinaus durch<br />
ein Lösungsmittel hoher Polarität und guter Potenz zur Kationensolvatisierung steigern, die für aprotonische<br />
Lösungsmittel etwa in folgender Reihe ansteigen:<br />
Et2O < THF < MeOCH2CH2OMe ^ DMF < DMSO [2.28]<br />
Analoge, aber besonders drastische Effekte lassen sich erzielen, wenn man Cryptanden,<br />
z.B. Kronenether (vgl. D.2.4.1.) oder Polyglycole, als Komplexbildner zusetzt, die Metallkationen<br />
(im Gegensatz zu den Anionen) stabilisieren. Ihre Wirkung kann so groß sein, daß z. B.<br />
KF in derartig komplexierter Form in Acetonitril oder Benzen gut löslich wird. Infolge der<br />
hohen Basizität des Fluoridions (vgl. [2.25]) sind dann nucleophile Substitutionen möglich, die<br />
in protonischen Lösungsmitteln nicht gelingen, z. B.:<br />
R-OSO2Ar + K 0 F 0 r *t . • R-F + ArSO3 0 K 0 [2.29] L J<br />
Cryptand/Acetonitril<br />
R-X + CH3COO 0 Na 0 — —* CH3COOR + X 0 Na 0 l [2.30] J<br />
Cryptand/Acetonitril<br />
Außer den soweit behandelten elektronischen und Solvatationsfaktoren beeinflussen natürlich<br />
auch sterische Effekte ausgeprägt die Reaktivität eines Nucleophils. Große raumfüllende<br />
Gruppen im Reagens erschweren oder verhindern sogar dessen Annäherung an das elektrophile<br />
C-Atom -des Substrates RX und erniedrigen die Nucleophilie. Diese Effekte werden<br />
andererseits ausgenutzt, um mit sterisch gehinderten Basen Substitutionsreaktionen zurückzudrängen,<br />
wo diese unerwünscht sind, wie z.B. bei baseinduzierten Eliminierungen, siehe<br />
D.3.1.1.2.
222 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
2.3. Zur Regioselektivität ambifunktioneller Nucleophile<br />
Einige nucleophile Reagenzien besitzen nicht nur ein reaktives Zentrum, sondern zwei (oder<br />
mehrere) reaktive Positionen. Sie werden deshalb als ambifunktionell oder ambident bezeichnet.<br />
Sie liefern je nach Reaktionsbedingungen und Struktur des Substrates RX unterschiedliche<br />
Produkte, z. B.:<br />
X 0 + R-O-N=O O=N-QI 0 + R-X R-W + X 0 [2.31]<br />
SalpetrigsDure- Nitroester<br />
Verbindung<br />
(Z) © 0 0 O<br />
X + R-NECI IC=NI + R-X R-C=NI + X [2.32]<br />
Isocyanid Nitril<br />
X 0 + R-N=C=S - IN=C-SI 0 + R-X R-S-C=N + X° [2.33]<br />
Isothiocyanat Thiocyanat<br />
(Senföl) (Rhodanid)<br />
\ P^ \ / u/v " \<br />
X 0 + C=C - C=C -i- R-X - R-C-C' + X 0 [2.34]<br />
/ \ / \ / \<br />
O-Alkylprodukt C-Alkylprodukt<br />
(Enolether) (vgl. 7.4.2.1)<br />
Das Verhältnis der beiden Isomeren hängt vom Lösungsmittel und vom Reaktionstyp (und<br />
damit vom Substrat RX) ab, vor allem aber davon, ob die Umsetzung ladungs- oder orbitalkontrolliert<br />
verläuft (vgl. C.6.).<br />
a) Der Lösungsmitteleinfluß auf die Regioselektivität bei SN-Reaktionen ambidenter Reagenzien beruht<br />
darauf, daß die Solvatation und damit die Nucleophilie der beiden Positionen in verschiedenen Lösungsmitteln<br />
unterschiedlich sein kann. So ist in aprotonischen Lösungsmitteln die Position mit der höheren<br />
Ladungsdichte gewöhnlich das stärker basische der beiden Zentren und reagiert bevorzugt mit RX.<br />
In protonischen Lösungsmitteln, und zwar zunehmend mit deren H-Acidität, ist dieses Zentrum<br />
jedoch über Wasserstoffbrücken stärker solvatisiert und seine Nucleophilie erniedrigt, so daß besonders<br />
in den stark H-aciden Lösungsmitteln (Phenol, Trifluorethanol) die Reaktion am weniger solvatisierten<br />
und damit nucleophileren weicheren Zentrum eintritt.<br />
Ein typisches Beispiel ist die SN2-Reaktion von Phenolat (das dem Enolat in [2.34] entspricht) mit<br />
Allylbromid. Im aprotonischen Ethylenglycoldimethylether und in den schwach aciden protonischen<br />
Lösungsmitteln Methanol (pKHA 16) und Wasser (pKHA 15,7) entstehen 100 % Allylphenylether<br />
(0-Allyl-produkt), während im stärker aciden Phenol (pKHA 10) 77 % o- und p-Allyl-phenol (C-AHyIprodukt)<br />
und nur 23 % Allylphenylether gebildet werden.<br />
b)In einem gegebenen aprotonischen Lösungsmittel hängt die Regioselektivität außerdem vom Substrat<br />
R-X ab. So liefert z. B. die Alkylierung von Propiophenonenolat mit R-X in HMPT die folgenden Mengen<br />
an O-Alkylprodukt: R-115 %, R-Br 40 %, R-Cl 67 %, R-OTs 85 %. Die Reaktion folgt in allen<br />
Fällen dem SN2-Mechanismus. Diese Abstufung der Reaktivität läßt sich im Rahmen des HSAB-Konzepts<br />
erklären: Im ambidenten Enolat ist das Sauerstoffatom ein „hartes 44 , das ß-Kohlenstoffatom dagegen<br />
ein „weiches" Zentrum. Auf der anderen Seite hängt die Härte des a-Kohlenstoffatoms im Substrat<br />
R-X vom Substituenten X ab. Alkyliodide und -bromide haben ein „weiches" Reaktionszentrum, Alkylchloride<br />
und -tosylate dagegen ein „hartes" Reaktionszentrum. Da stets die Reaktionsrichtung „hart"-<br />
„hart" bzw. „weich"-„weich" gegenüber der Kombination „hart"-„weich" bevorzugt ist, lassen sich die<br />
beobachteten Regioselektivitäten zwanglos interpretieren:
D. 2.4. Reaktionsbedingungen nucleophiler Substitutionen mit anionischen Nucleophilen 223<br />
R-CH2-C-C<br />
\ / \<br />
c) Die Härte des zentralen Kohlenstoffatoms im Substrat R-X steigt auch beim Übergang vom SN2- zum<br />
SNl-Mechanismus, da dann als Zwischenprodukt ein Carbeniumion entsteht und die Härte von Verbindungen<br />
mit steigender positiver Ladung ansteigt. Aus diesem Grunde liefern z. B. primäre Alkylhalogenide<br />
mit Silbernitrit (SN2-Reaktion) 70 bis 80% Nitroalkane, tertiäre Alkylhalogenide dagegen keine<br />
Nitroalkane, sondern nur noch ca. 60% tert-Alkylnitrite (neben erheblichen Mengen Olefinen, die auf<br />
den SNl-Verlauf hinweisen).<br />
d) Besondere Verhältnisse herrschen in den Metallchelaten von ß-Dicarbonylverbindungen, die infolge<br />
ihres quasi-aromatischen Charakters auch in stark polaren aprotonischen Lösungsmitteln nicht mehr dissoziieren.<br />
Sie liefern deshalb gewöhnlich ausschließlich die C-Alkyl-produkte, und nur mit den härtesten<br />
Alkylierungsmitteln (Dimethylsulfat, R-O-SO2CF3) entstehen größere Mengen an O-Alkyl-derivaten.<br />
Die vorstehend diskutierten Hart-weich-Beziehungen entsprechen den Aussagen der Grenzorbitaltheorie<br />
(vgl. Kap. C.6.): Harte Zentren reagieren bevorzugt ladungskontrolliert, weiche Zentren dagegen orbitalkontrolliert.<br />
Wie in neuerer Zeit gefunden wurde, kann jedoch die Regioselektivität bei der Alkylierung ambidenter<br />
Anionen auch darauf beruhen, daß die Reaktion am (harten) Ladungszentrum in der vorstehend diskutierten<br />
Weise über einen SN1- oder SN2-Mechanismus abläuft, die Reaktion am weichen Zentrum dagegen die<br />
Folge einer Ein-Elektronübertragung ist, d. h. eine Reaktion von Radikalen und Radikalanionen darstellt.<br />
Die Regioselektivitäten kommen auf diese Weise durch die Konkurrenz von zwei grundsätzlich unterschiedlichen<br />
Reaktionsmechanismen zustande. Man vergleiche die am Ende des Kapitels zitierte Literatur.<br />
2.4. Reaktionsbedingungen nucleophiler Substitutionen<br />
mit anionischen Nucleophilen<br />
2.4.1. Möglichkeiten der Reaktionsführung<br />
Die Wahl von Reaktionsbedingungen, unter denen nucleophile Substitutionen mit ausreichender<br />
Geschwindigkeit verlaufen, bietet bei der Umsetzung von ungeladenen Nucleophilen, z. B.<br />
Aminen, im allgemeinen keine besonderen Probleme. Anders ist das bei den in Form von<br />
Alkalisalzen eingesetzten anionischen Nucleophilen, weil sie zwar in Wasser gut, in den meisten<br />
organischen Lösungsmitteln jedoch nur unzureichend oder nicht löslich sind. Die Substrate<br />
sind dagegen in Wasser oft unlöslich, gut löslich aber in den gängigen organischen<br />
Lösungsmitteln.<br />
Experimentell hat sich daher eine Reihe von Möglichkeiten der Reaktionsführung bewährt,<br />
bei denen die Umsetzung in homogener Phase ablaufen kann.<br />
Für Alkalisalze verwendet man mit Wasser mischbare Lösungsmittel (z.B. Alkohol, Aceton)<br />
und setzt soviel Wasser zu, daß das Salz gerade gelöst ist, das Substrat sich jedoch nicht<br />
wieder ausscheidet. Der einfachen Durchführbarkeit steht bei dieser Reaktionsführung oft der<br />
Nachteil gegenüber, daß das Substrat schon bei geringem Zusatz von Wasser wieder ausfällt<br />
oder daß das Salz nur in einer sehr geringen Konzentration in Lösung gehalten werden kann.<br />
Da Alkalisalze auch in einigen polaren protonischen (Ethylenglycol) und polaren aprotonischen<br />
Lösungsmitteln (DMF, DMSO) begrenzt löslich sind, eignen sich diese Lösungsmittel<br />
gut als Reaktionsmedien für nucleophile Substitutionen (man vgl. auch D.2.2.2.). Als Nachteil<br />
[2.35]
224 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
sind der Preis dieser Lösungsmittel und z. T. ihre schwierigere Entfernung bei der Aufarbeitung<br />
des Reaktionsgemisches zu nennen.<br />
In eleganter Weise lassen sich Alkalisalze mit Hilfe von Kronenethern sogar in unpolaren<br />
Lösungsmitteln in Lösung bringen. Dabei werden die Alkaliionen von Kronenethern und zum<br />
Teil bereits auch von Polyglycolethern über die Wechselwirkung mit den freien Elektronenpaaren<br />
der Sauerstoffatome der überwiegend lipophilen Ether komplexiert. Die Komplexierung<br />
eines Kaliumsalzes mit dem cyclischen Polyether lS-Krone-6 1 ) ist in [2.36] formuliert:<br />
(X<br />
O<br />
O<br />
O<br />
,O<br />
O<br />
Nu 0 [2.36]<br />
Zur Reaktivität der nucleophilen Anionen in diesen Komplexen vgl. D.2.2.2. Die Kronenether<br />
sind jedoch teuer und recht toxisch, was einer breiten Anwendung Grenzen setzt.<br />
Gut lösen sich anionische Nucleophile auch in Form ihrer quartären Ammoniumsalze, insbesondere,<br />
wenn die Ammoniumgruppe durch eine genügend große Anzahl von Kohlenstoffatomen<br />
in den Alkylresten (in der Summe 16 oder mehr) ausgeprägt lipophile Eigenschaften<br />
besitzt. Da viele Anionen durch quartäre Ammoniumionen quantitativ als lonenpaare aus der<br />
wäßrigen in die organische Phase überführt werden, müssen entsprechende Salze nicht in Substanz<br />
hergestellt werden. Häufig sind die Anionen mit einem gegebenen Ammoniumrest um<br />
so besser „extrahierbar", je polarisierbarer (je größer) sie sind. Eine Abstufung der Extrahierbarkeit<br />
von Tetrabutylammoniumsalzen aus Wasser durch Chloroform ist in [2.37] gegeben:<br />
CH3COO - < Cl - < C6H5COO - < Br - < NOf < I - [2.37]<br />
Methodisch vorteilhaft angewendet wird diese lonenpaarextraktion in der phasentransferkatalysierten<br />
Reaktionsführung von nucleophilen Substitutionen.<br />
2.4.2. Phasentransferkatalyse<br />
Unter Phasentransferkatalyse versteht man die Beschleunigung von Reaktionen im Zweiphasensystem,<br />
z. B. Wasser/organisches Lösungsmittel oder Alkalisalz/organisches Lösungsmittel,<br />
wobei sich das Substrat in der lipophilen organischen Phase, das Reagens in der wäßrigen bzw.<br />
festen Phase befindet und durch sogenannte Phasentransferkatalysatoren der Transport des<br />
Reagens zum Substrat über die Phasengrenzfläche bewirkt wird. Als Phasentransferkatalysatoren<br />
werden für flüssig/flüssig-Systeme vor allem lipophile quartäre Ammoniumsalze mit möglichst<br />
hartem Anion wie Hydrogensulfat oder Chlorid, z. B. Tetrabutylammoniurnhydrogensulfat,<br />
Aliquat 336 bzw. Adogen 464 (technische Produkte, die hauptsächlich aus Methyltridecylammoniumchlorid<br />
bestehen) verwendet, für fest/flüssige Systeme insbesondere Kronenether<br />
(vgl. D.2.2.2.). Nucleophile Substitutionen werden unter Phasentransferkatalyse meist im<br />
System Wasser/Methylenchlorid, Wasser/Chloroform oder Wasser/Dichlorethan durchgeführt.<br />
Das lipophile quartäre Ammoniumsalz transportiert das anionische Nucleophil als lonenpaar<br />
aus der wäßrigen in die organische Phase, wo die Reaktion mit RX stattfindet. Danach<br />
übernimmt das Ammoniumion das freigesetzte X - , überführt es in die wäßrige Phase, und der<br />
Zyklus beginnt von neuem, so daß katalytische Mengen des Ammoniumsalzes genügen. Eine<br />
Katalyse auf Grund dieses Prinzips ist begünstigt, wenn X - aus R-X härter ist und in Wasser<br />
1 J Cyclische Polyether dieses Typs werden als Kronenether bezeichnet. Vor dem Namen gibt man die<br />
Anzahl der Ringglieder, dahinter die Anzahl der Ethersauerstoffatome an.
D. 2.4. Reaktionsbedingungen nucleophiler Substitutionen mit anionischen Nucleophilen 225<br />
stärker hydratisiert wird als das anionische Nucleophil Nu - . Für phasentransferkatalysierte<br />
nucleophile Substitutionen sind deshalb Alkylchloride und -bromide günstiger als Alkyliodide,<br />
da nach [2.37] das während der Reaktion freiwerdende lodidion den Rücktransport des Katalysators<br />
in die wäßrige Phase drastisch vermindert.<br />
Für die Umsetzung des Azidions mit Alkylhalogenid ist der phasentransferkatalysierte<br />
Reaktionsverlauf in [2.38] formuliert. Das Ionenpaar (Q - N^) wird gemeinsam mit seiner<br />
Hydrathülle in die organische Phase überführt, so daß die Nucleophilie des Anions etwa der in<br />
wäßriger Lösung entspricht:<br />
wäßrige Phase Na®, N3 0 , Q®. X 0 Na®, X 0 Na®, X 0<br />
organische Phase R-X R-X + [Q 0 N3 0 ] R-N3, [Q 0 X 8 ]<br />
Als Vorzüge einer nucleophilen Substitution im Zweiphasensystem flüssig/flüssig im Vergleich<br />
zur Reaktion in homogener Phase sind zu nennen:<br />
- hohe Umsätze bei niedrigen Reaktionstemperaturen und damit schonenden Reaktionsbedingungen<br />
- bequeme Aufarbeitung des Reaktionsgemisches (das Reaktionsprodukt befindet sich ausschließlich<br />
in der organischen Phase)<br />
- Verwendung billiger Lösungsmittel, die zudem nicht wasserfrei sein müssen (s. auch unten).<br />
Der Einsatz von Phasentransferkatalysatoren vom Typ der quartären Ammoniumsalze<br />
erweist sich auch als vorteilhaft für die intermediäre Darstellung solch präparativ wichtiger<br />
nucleophiler Reagenzien wie Alkoholat-, Thiolat- oder Carbeniationen, die als Salze nicht sehr<br />
beständig oder nicht handelsüblich sind und im allgemeinen in wasserfreien Lösungsmitteln<br />
aus den entsprechenden schwachen Säuren und starken Basen (Alkoholat, Natriumamid usw.)<br />
hergestellt werden müssen.<br />
Im Zweiphasensystem kann man dagegen unter Verwendung von quartären Ammoniumsalzen<br />
mit wäßrigem Alkali arbeiten. Die quartären Ammoniumsalze beeinflussen dabei das<br />
Deprotonierungsgleichgewicht der schwachen Säure dadurch, daß sie die nach der Deprotonierung<br />
in der Grenzfläche befindlichen lipophilen Anionen in das Innere der organischen Lösung<br />
transportieren, wo sie mit dem elektrophilen Substrat reagieren. Für die Deprotonierung des<br />
Chloroforms mit 40%iger Kalilauge zum Trichlormethanid (Cl3C - ) ist dieser Reaktionsverlauf<br />
in [2.39] formuliert:<br />
wäßrige Phase K®, OH 0 © H2O K® Cl 0 , H2O<br />
CI3C-H 0 CCI3 [^1G]<br />
organische Phase r © 01<br />
An der Grenzfläche geben Chloroformmoleküle ein Proton in die wäßrige Phase unter Bildung<br />
von Wasser ab. Das lipophile Trichlormethanidion wird in der organischen Phase an der<br />
Grenzfläche fixiert, da das hydratisierte Alkaligegenion K - aus der wäßrigen Schicht nicht in<br />
die organische Phase übertreten kann. Das in der organischen Phase befindliche lipophile<br />
Ammoniumion (Ionenpaar [Q - X - ]) kann dagegen unter Abgabe von X - in die wäßrige Phase<br />
das Trichlormethanidion von der Phasengrenze ablösen und als Ionenpaar in das Innere der<br />
organischen Phase transportieren, wo es zum Dichlorcarben weiterreagiert (vgl. auch D.3.,<br />
DA).
226 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
Unter diesen einfachen und bequemen Reaktionsbedingungen können auch relativ schwach<br />
acide Verbindungen in ihre nucleophilen Anionen überführt und weiter zur Reaktion gebracht<br />
werden (vgl. z. B. auch Tab. 7.306).<br />
2.5. Nucleophile Substitution an Alkoholen und Ethern<br />
Wie bereits im Abschnitt D.2.2.1. begründet, sind Hydroxyl- und Alkoxylgruppen schlechte<br />
nucleofuge Abgangsgruppen und ihr nucleophiler Austausch nur nach vorangegangener Aktivierung<br />
durch Einführung einer Elektronenacceptorgruppe möglich. Am einfachsten kann die<br />
Aktivierung durch Addition eines Protons an das O-Atom erreicht werden 1 ), aber auch die<br />
Substitution des H-Atoms der OH-Gruppe durch eine Sulfonyl- oder eine Phosphoniumgruppe<br />
(wie bei der Mitsunobu-Reaktion, s. unten [2.58]) kann dafür genutzt werden.<br />
Für die Protonierung der Hydroxyl- und Alkoxylgruppe sind starke Säuren nötig. Die Veresterung<br />
der Alkohole mit starken anorganischen Säuren gelingt daher leicht und ist eine präparativ<br />
wichtige Substitutionsreaktion:<br />
R-OH + H® ^== R-OH2<br />
© @<br />
R-OH2 + HX ^^ R-X + H2O + H<br />
HX = Halogenwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Borsäure<br />
[2.40]<br />
Die saure Hydrolyse eines Alkylhalogenids, -sulfats usw. stellt die Umkehrung dieser Reaktion<br />
dar; sie wird im Abschnitt D.2.6.1. besprochen. Die wichtigsten Nebenprodukte sind Olefine<br />
(durch Eliminierung; s. D.3.1.4.) und Ether. Die Bildung eines Ethers beruht darauf, daß der im<br />
Reaktionsgemisch vorhandene Alkohol ebenfalls als nucleophiles Reagens fungieren kann:<br />
R-OH2 + R-OH ——- R-6' — R-O-R [2.41]<br />
- H2U H _ H u<br />
Temperaturerhöhung begünstigt die Etherbildung, gleichzeitig aber auch die Eliminierung.<br />
Ein Alkoholüberschuß fördert die Etherbildung, Säureüberschuß die Veresterung. Das Ausmaß<br />
der Etherbildung hängt darüber hinaus von der Struktur des Alkohols ab: Die Tendenz<br />
zur Bildung der symmetrischen Ether ist bei den tertiären Alkoholen aus sterischen Gründen<br />
am geringsten.<br />
Auch die Veretherung verläuft reversibel, und die sonst sehr reaktionsträgen Ether lassen<br />
sich in Gegenwart starker Säuren spalten. Dabei wird der Ether zunächst protoniert und im<br />
zweiten Schritt nucleophil durch das Säureanion substituiert:<br />
R-Q^ + HX ^== R-X + ROH + H® (SN1oderSN2) [2.42]<br />
H<br />
Diese Reaktion ist der Veresterung der Alkohole durch anorganische Säuren [2.40] völlig<br />
analog.<br />
l ) Die Oniumsalzbildung kann auch mit Lewis-Säuren (ZnCl2, BF3) erfolgen, z. B.:<br />
Rx_ R^) Q<br />
£ + BF3 —* /Q-BF3<br />
H H
D. 2.5. Nucleophile Substitution an Alkoholen und Ethern 227<br />
2.5.1. Ersatz der Hydroxylgruppe in Alkoholen durch anorganische<br />
Säurereste<br />
Die einfachste Methode der Bildung von Alkylhalogeniden ist die Umsetzung von Alkoholen<br />
mit Halogenwasserstoffsäuren:<br />
H®<br />
ROH + HX ^- R-X + H2O [2.43]<br />
Die Reaktivität der Halogenwasserstoffsäuren fällt in der Reihe HI > HBr > HCl > HF<br />
(abnehmende Säurestärke, abnehmende Nucleophilie der Anionen, vgl. [2.26]).<br />
lodwasserstoffsäure und Bromwasserstoffsäure reagieren in den meisten Fällen leicht, während<br />
Chlorwasserstoffsäure bereits so wenig aktiv ist, daß nur noch die reaktionsfähigeren<br />
Alkohole (tertiäre Alkohole, Benzylalkohole) ohne Schwierigkeiten von wäßriger Salzsäure<br />
verestert werden. In den anderen Fällen muß die Konzentration des Chlorwasserstoffs durch<br />
Sättigen des Alkohols mit gasförmigem Chlorwasserstoff möglichst hoch gehalten und evtl. im<br />
Einschlußrohr bei höherer Temperatur gearbeitet werden. Ein Zusatz von wasserfreiem Zinkchlorid<br />
erhöht sowohl die Reaktivität des Alkohols als auch die der Salzsäure, bewirkt aber<br />
gleichzeitig in verstärktem Maße Nebenreaktionen (Umlagerungen und Isomerisierungen vor<br />
allem bei Reaktionen, die im SNl-Gebiet verlaufen).<br />
Für die Substitution der OH-Gruppe von Alkoholen durch Fluor hat sich die Lösung von<br />
Fluorwasserstoff in Pyridin bewährt. Kationische Polymerisationen und Umlagerungen treten<br />
hierbei nur in untergeordnetem Maße ein.<br />
Die Reaktivität der Alkohole nimmt mit wachsender Kettenlänge ab. Die Veresterungsgeschwindigkeit<br />
steigt vom primären zum tertiären Alkohol an. Primäre Alkohole reagieren<br />
mit Halogenwasserstoffsäuren normalerweise bimolekular zum Alkylhalogenid, tertiäre monomolekular,<br />
secundäre nach einem Grenzgebietsmechanismus.<br />
Da es sich bei der Veresterung von Alkoholen mit anorganischen Säuren um eine typische<br />
Gleichgewichtsreaktion handelt, ergeben sich aus dem Massenwirkungsgesetz Möglichkeiten,<br />
die Ausbeute optimal zu gestalten:<br />
a) Erhöhung der Konzentration eines der beiden Reaktanden<br />
b) Abführung von Reaktionsprodukten.<br />
Das bei der Veresterung entstehende Wasser läßt sich entweder mit wasserentziehenden<br />
Mitteln (z.B. konzentrierter Schwefelsäure) oder mitunter durch Destillation mit einem<br />
„Schlepper" als azeotropes Gemisch (vgl. A.2.3.5.) aus dem Reaktionsgemisch entfernen.<br />
Schwefelsäure als wasserentziehendes Mittel empfiehlt sich nicht bei secundären und tertiären<br />
Alkoholen, da sich leicht Olefine bilden können. Aus dem gleichen Grund arbeitet man<br />
bei der Veresterung dieser Alkohole bei möglichst tiefer Temperatur.<br />
Bei den niederen Alkylhalogeniden kann auch der gebildete Ester häufig abdestilliert werden,<br />
da er einen niedrigeren Siedepunkt besitzt als der Alkohol (warum?). Mitunter ist der<br />
Ester auch durch Extraktion aus dem Gleichgewicht entfernbar (extraktive Veresterung; vgl.<br />
Beispiel D.7.1.4.1.).<br />
lodwasserstoff kann auf gebildetes Alkyliodid reduzierend wirken, wobei der Kohlenwasserstoff<br />
entsteht (vgl. [1.25]). Diese Reaktion tritt besonders leicht bei tertiären Alkyliodiden ein,<br />
die man daher besser aus Alkohol, lod und rotem Phosphor (vgl. Tab.2.52) oder durch Finkelstein-Austausch<br />
(vgl. D.2.6.7.) darstellt.<br />
In den Fällen, in denen die Reaktion infolge der Struktur der Alkohole weitgehend nach einem SN1-<br />
Mechanismus abläuft, sind neben der Olefinbildung besonders Umlagerungen als Nebenreaktionen zu<br />
erwarten. Bereits bei der Veresterung secundärer Alkohole besteht diese Gefahr! Ein Alkan-2-ol liefert<br />
teilweise 3-Halogen-alkan. Bei in a-Stellung verzweigten primären und secundären Alkoholen werden<br />
Gerüstumlagerungen u. U zur Hauptreaktion, wobei tertiäre Alkylhalogenide entstehen (vgl. [2.6] und<br />
D.9.), z. B.:
i G<br />
228 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
HsC +H 5 V-H2O " 30 N e<br />
H3C-C-CH2OH - " H3C-C-CH2<br />
H3C -H®,+ H2O HC'<br />
CH3<br />
=^ Br-C-CH2-CH3<br />
CH3<br />
C-CH2-CH3<br />
H3C<br />
[2.44]<br />
In diesen Fällen stellt man die Alkylhalogenide am besten mit PX^Pyridin, SOCl2/Pyridin<br />
oder über die entsprechenden Tosylate her (vgl. D.2.6.7.)<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Veresterung von Alkoholen mit Bromwasserstoffsäure<br />
(Tab. 2.45)<br />
l mol des betreffenden primären Alkohols wird unter Kühlung zunächst mit 0,5 mol konz.<br />
Schwefelsäure und dann mit 1,5 mol Bromwasserstoff (in Form von 48%iger konstant siedender<br />
Säure) versetzt und das Gemisch zum Sieden erhitzt. Secundäre und tertiäre Alkohole werden<br />
ohne Zusatz von H2SO4 verestert, um die Bildung von Olefinen einzuschränken.<br />
Variante A: Leicht flüchtige Alkylbromide destilliert man direkt aus dem Reaktionsgemisch<br />
ab (20-cm-Vigreux-Kolonne, absteigender Kühler, Destillationsgeschwindigkeit 2 bis 3 Tropfen<br />
pro Sekunde).<br />
Variante B: Zur Darstellung der schwerer flüchtigen Alkylbromide wird 6 Stunden unter<br />
Rückfluß gekocht. Dann destilliert man mit Wasserdampf und trennt das Alkylbromid im<br />
Scheidetrichter ab.<br />
Reinigung der Rohprodukte nach Variante A bzw. B<br />
Das Rohprodukt wird zweimal mit etwa 1/5 seines Volumens kalter konz. Schwefelsäure oder<br />
dem gleichen Volumen konz. Salzsäure im Scheidetrichter vorsichtig geschüttelt (Gefahr der<br />
Emulsionsbildung!), um den als Nebenprodukt entstandenen Ether herauszulösen. Man wäscht<br />
das rohe Bromid mit Wasser bzw. oberhalb 10O 0 C siedende Alkylbromide zweimal mit je<br />
75 ml 40%igem wäßrigem Methanol. Dann entsäuert man mit Natriumhydrogencarbonatlösung,<br />
wäscht nochmals mit Wasser, trocknet über Calciumchlorid und destilliert über eine<br />
20-cm-Vigreux-Kolonne.<br />
Achtung! Bei allen Extraktionen prüfe man stets, in welcher Schicht sich das Alkylbromid<br />
befindet (vgl. A.2.5.2.I.)!<br />
Die Vorschrift ist für Halbmikropräparationen geeignet.<br />
Tabelle 2.45<br />
Veresterung von Alkoholen mit Bromwasserstoff<br />
Produkt<br />
Ethylbromid<br />
Propylbromid<br />
Isopropylbromid<br />
Kp<br />
in 0 C<br />
38<br />
71<br />
59<br />
n 2 ?<br />
1,4239<br />
1,4341<br />
1,4251<br />
£>20<br />
1,4586<br />
1,3539<br />
1,425<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
90<br />
80<br />
80<br />
Variante<br />
A<br />
A<br />
A<br />
Bemerkungen<br />
Vorlage mit<br />
Eiswasser<br />
kühlen<br />
ohne<br />
Schwefelsäure
Tabelle 2.45 (Fortsetzung)<br />
Produkt<br />
Allylbromid<br />
Butylbromid<br />
sec-Butylbromid<br />
Isobutylbromid<br />
tert-Butylbromid<br />
Pentylbromid<br />
Hexylbromid<br />
Cyclohexylbromid<br />
Heptylbromid<br />
Octylbromid<br />
Decylbromid<br />
Dodecylbromid<br />
2-Phenylethylbromid<br />
1 ,3-Dibrom-propan<br />
1 ,4-Dibrom-butan<br />
Kp<br />
in 0 C<br />
70<br />
100<br />
91<br />
92<br />
73<br />
129<br />
154<br />
164<br />
5913(10)<br />
932)9(22)<br />
HS^iö)<br />
1482.1(16)<br />
981?9(14)<br />
167<br />
981>6(12)<br />
D. 2.5. Nucleophile Substitution an Alkoholen und Ethern 229<br />
n 2 ?<br />
1,4689<br />
!,4398<br />
1,435<br />
1,437<br />
1,4283<br />
1,4446<br />
,4478<br />
,4956<br />
,4506<br />
,4526<br />
,4559<br />
1,4581<br />
1,556<br />
1,5233<br />
1,5175<br />
D 2 O<br />
1,432<br />
1,2829<br />
1,2556<br />
1,256<br />
1,2220<br />
1,219<br />
1,175<br />
1,140<br />
1,112<br />
1,0683<br />
1,0382<br />
1,359<br />
1,9822<br />
1,8080<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
80<br />
80<br />
80<br />
80<br />
60<br />
80<br />
80<br />
65<br />
80<br />
80<br />
90<br />
90<br />
70<br />
80<br />
80<br />
Variante<br />
A<br />
B<br />
A<br />
A<br />
A<br />
B<br />
B<br />
B<br />
B<br />
B<br />
B<br />
B<br />
B<br />
B<br />
B<br />
Bemerkungen<br />
ohne<br />
Schwefelsäure<br />
ohne<br />
Schwefelsäure<br />
ohne<br />
Schwefelsäure<br />
ohne<br />
Schwefelsäure<br />
Alkylchloride können in prinzipiell gleicher Weise dargestellt werden, indem man pro mol<br />
Alkohol 2 mol konzentrierte Salzsäure und 2 mol wasserfreies Zinkchlorid einsetzt: VOGEL,<br />
A. L, J. Chem. Soc. 1943, 636.<br />
Darstellung von tert-Butylchlorid: NORRIS, J. F.; OLMSTED, A. W, Org. Synth. I (Asmus),<br />
(1937), 137.<br />
In der Technik werden Methyl- und Ethylchlorid durch Veresterung von Methyl- bzw. Ethylalkohol mit<br />
Chlorwasserstoff hergestellt. Eine andere wichtige Darstellungsweise und die Verwendung dieser Produkte<br />
wurden bereits in Kapitel D. 1.4. L, Tab. 1.37 beschrieben.<br />
Alkylhalogenide lassen sich aus Alkoholen auch mit anorganischen Säurehalogeniden, wie<br />
Phosphortrichlorid, Phosphorpentachlorid und Thionylchlorid, herstellen:<br />
3 ROH + PX3<br />
ROH + PX5<br />
ROH + SOCI2<br />
3 RX + H3PO3<br />
RX + HX + POX3<br />
RCI + HCI + SO2<br />
[2.46]<br />
[2.47]<br />
[2.48]<br />
Die Reaktionen verlaufen nach komplizierten Mechanismen. Die anorganischen Säurechloride<br />
setzen sich mit den Alkoholen zunächst zu Estern der entsprechenden anorganischen<br />
Säuren um, PCl3 z. B. zu Phosphorigsäureestern:<br />
ROH + PCI3 ^^ ROPCI2 ^L (RO)2PC. _HC| (RO)3P [2.49]<br />
Die Ester reagieren dann mit dem entstandenen Halogenwasserstoff unter Substitution zu<br />
Alkylhalogeniden weiter, z. B.:<br />
H-CI + R-OPCI2 R-CI + HOPCI2 [2.50]<br />
Wenn diese Substitution nach einem SN2-Mechanismus verläuft und das Reaktionszentrum<br />
chiral ist, tritt Inversion der Konfiguration von R (Walden-Umkehr) ein.
230 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
Bei der Umsetzung von Phosphortrihalogeniden mit Alkoholen kann man Säurefänger, z. B.<br />
Pyridin, zusetzen. Man vermeide jedoch äquimolare Mengen davon, da sonst als Hauptprodukte<br />
die Phosphorigsäureester [2.49] und nicht die Alkylhalogenide gebildet werden.<br />
Auch bei der Umsetzung von Thionylchlorid mit Alkoholen entsteht zunächst der Schwefligsäureester<br />
[2.51], der auf zwei verschiedenen Wegen weiterreagieren kann. In Gegenwart<br />
von Pyridin wird er von einem Chloridion in einer SN2-Reaktion angegriffen, wobei RCl unter<br />
Inversion der Konfiguration entsteht. In Abwesenheit von Pyridin läuft eine „innere nucleophile<br />
Substitution" (SNi) ab, die zum Alkylchlorid mit der Konfiguration des Ausgangsalkohols<br />
(Retention der Konfiguration) führt:<br />
i Cl<br />
Bei der Umsetzung von Thionylchlorid mit Alkoholen arbeitet man meist unter Zusatz eines Säurefängers<br />
wie Pyridin oder andere tertiäre Amine. Es gelingt so, die Reaktion schonend bei niedriger Temperatur<br />
durchzuführen.<br />
Phosphorylchlorid POCl3 liefert im allgemeinen nur die betreffenden Phosphorsäureester und ist daher<br />
wenig gebräuchlich. Im PCIs läßt sich maximal nur ein Chloratom ausnutzen, und deshalb ist es nicht zu<br />
empfehlen.<br />
Die Darstellung von Alkylhalogeniden mit Hilfe anorganischer Säurehalogenide ist bei<br />
hochverzweigten primären und bei secundären und tertiären Alkoholen der direkten Veresterung<br />
mit Halogenwasserstoffsäuren überlegen. Vor allem bei niedriger Temperatur entstehen<br />
weniger Olefine und umgelagerte Verbindungen als Nebenprodukte.<br />
Die anorganischen Säurehalogenide werden normalerweise im Überschuß eingesetzt. Man<br />
muß darauf achten, daß sie vom Reaktionsprodukt destillativ abtrennbar sind.<br />
Phosphortribromid und -triiodid lassen sich während der Reaktion aus rotem Phosphor und<br />
dem betreffenden Halogen erzeugen. Diese Methode ist besonders gut zur Darstellung von<br />
lodalkanen geeignet, weil so ein Überschuß an lodwasserstoff, der lodalkane reduzieren kann<br />
(vgl. [1.25]), vermieden wird.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von lodalkanen aus Alkoholen, lod und rotem<br />
Phosphor (Tab. 2.52)<br />
Man arbeitet in einer Apparatur nach Abbildung A.87. Die Extraktionshülse wird mit 0,5 mol<br />
lod beschickt. In den Rundkolben gibt man l mol des betreffenden (absoluten!) Alkohols 1 )<br />
und 0,33 mol roten Phosphor. Dann wird zum Sieden erhitzt. Der vom Kühler zurücklaufende<br />
Alkohol löst lod auf. Die Badtemperatur wird so einreguliert, daß die Geschwindigkeit der<br />
lodextraktion eine gut kontrollierte Reaktion ermöglicht. Die auftretende Reaktionswärme<br />
deckt mitunter den gesamten Wärmebedarf für die Destillation des Alkohols. Nach Beendigung<br />
der Reaktion kann folgendermaßen aufgearbeitet werden:<br />
Variante A: Siedet das Reaktionsprodukt unterhalb 10O 0 C, destilliert man es direkt. Dann wird<br />
mit wenig Wasser gewaschen, über Magnesiumsulfat getrocknet und redestilliert.<br />
Variante B: Bei höheren lodalkanen verdünnt man die abgekühlte Reaktionslösung mit Wasser,<br />
trennt die organische Phase ab und ethert die wäßrige Phase aus. <strong>Organisch</strong>e Phase und<br />
Etherauszüge werden vereinigt und über Natriumsulfat getrocknet; der Ether wird abdestilliert<br />
und das Produkt fraktioniert.<br />
Variante C: Im allgemeinen destilliert man das Reaktionsprodukt mit Wasserdampf. Das Wasserdampfdestillat<br />
wird ausgeethert, der Extrakt getrocknet und fraktioniert.<br />
Bei Präparationen im Halbmikromaßstab setzt man die Reaktionsteilnehmer in einem<br />
Rundkolben mit Rückflußkühler um.<br />
l ) Zur Trocknung von Alkoholen vgl. Reagenzienanhang.
Tabelle 2.52<br />
lodalkane aus Alkoholen, lod und rotem Phosphor<br />
Produkt<br />
Methyliodid<br />
Ethyliodid<br />
Propyliodid<br />
Isopropyliodid<br />
Butyliodid<br />
Hexyliodid<br />
Cyclohexyliodid<br />
1-Methyl-heptyliodid<br />
Kp<br />
in 0 C<br />
42,5<br />
72<br />
102<br />
89<br />
130<br />
6O1^13)<br />
822,7(20)<br />
92l,6(12)<br />
D. 2.5. Nucleophile Substitution an Alkoholen und Ethern 231<br />
n 2 ?<br />
1,5320<br />
1,5140<br />
1,5050<br />
1,4996<br />
1,5006<br />
1,4926<br />
1,5475<br />
1,4888<br />
Ausbeute<br />
in %<br />
80<br />
80<br />
80<br />
80<br />
80<br />
80<br />
80<br />
90<br />
Aufarbeitung<br />
A<br />
C oder A<br />
C<br />
A<br />
C oder B<br />
B oder C<br />
C oder B<br />
B oder C<br />
Pentylchlorid aus Pentan-1-ol und Thionylchlorid in Gegenwart von Pyridin: WHITEMORE,<br />
F. C; KARNATZ, F. A.; POPKIN, A. H., J. Am. Chem. Soc. 60 (1938), 2540.<br />
Die direkte Veresterung anderer anorganischer Säuren wird im Laboratorium seltener durchgeführt. In<br />
der Technik jedoch besitzen vor allem Schwefelsäure- und Salpetersäureester eine große Bedeutung:<br />
R-OH + HO-SO2-OH RO-SO2-OH + H2O [2.53]<br />
Die Natriumsalze höherer Alkylhydrogensulfate (fälschlich oft „Fettalkoholsulfonate" genannt) sind<br />
wichtige Wasch-, Reinigungs- und Flotationsmittel.<br />
Über das Ethylhydrogensulfat ist je nach den Reaktionsbedingungen Diethylether oder Ethylen aus<br />
Alkohol zugänglich (s. D.2.5.2. und D. 3.1.4.).<br />
Aus Methylhydrogensulfat („Methylschwefelsäure") wird durch Erhitzen das wichtige Methylierungsmittel<br />
Dimethylsulfat hergestellt:<br />
2 CH3OSO2OH (CH3O)2SO2 + H2SO4<br />
Ein weiteres Verfahren geht von Dimethylether (s. Tab. 2.61) und Schwefeltrioxid aus:<br />
CH3OCH3 + SO3<br />
(CH3O)2SO2<br />
Salpetersäureester von PolyhydroxyVerbindungen sind wichtige Sprengstoffe: Glycoldinitrat („Nitroglycol"),<br />
Diglycoldinitrat, Cellulosedinitrat (Kollodium), Cellulosetrinitrat („Schießbaumwolle"), Mannitolhexanitrat<br />
und Pentaerythritoltetranitrat („Nitropenta"). Cellulosedinitrat wird darüber hinaus als<br />
Kunststoff (Celluoid) und als Lackrohstoff verwendet („Nitrolack"). Glyceroltrinitrat („Nitroglycerin",<br />
früher ein wichtiger Sprengstoff) und „Nitropenta" finden bei akuten Herzbeschwerden als Arzneimittel<br />
zur verbesserten Sauerstoffversorgung des Herzens Verwendung.<br />
Borsäureester sind ebenfalls durch direkte Veresterung von Borsäure oder Bortrioxid zugänglich. Da solche<br />
Ester Lewis-Säuren darstellen, lagern sie ein weiteres Molekül Alkohol unter Komplexbildung an. Die Lösung<br />
der so gebildeten einbasischen Säure leitet den elektrischen Strom besser als Borsäure selbst. Man benutzt diese<br />
Tatsache, um zu entscheiden, ob in cyclischen 1,2-Diolen (z. B. in Zuckern) die beiden OH-Gruppen in eis- oder<br />
trans-Stellung zueinander stehen, da nur in ersterem Fall eine Esterbildung sterisch möglich ist:<br />
HO -V OH<br />
i +<br />
~/ C B-OH<br />
^OH HO<br />
\<br />
/ \<br />
[2.54]<br />
[2.55]<br />
H® [2.56]<br />
Eine weitere Möglichkeit, einen Alkohol zur Umsetzung mit einer Säure HX zu befähigen,<br />
besteht darin, ihn intermediär in ein Alkoxyphosphoniumsalz zu überführen, was durch Reaktion<br />
mit Triphenylphosphin und Azodicarbonsäurediethylester geschehen kann (Mitsunobu-<br />
Reaktiori):
232 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
ROH + HX + EtOOC-N=N-COOEt + Ph3P ß 5 -<br />
ROH + HX<br />
-EtOOC-NHNH-COOEt - Ph3P = O<br />
RX l J<br />
Zunächst bildet sich aus dem Triphenylphosphin, dem Azodicarbonsäurediethylester und HX ein Hydrazophosphoniumsalz,<br />
das sich mit dem Alkohol unter Abspaltung von Hydrazodicarbonsäurediethylester<br />
zum Alkoxyphosphoniumsalz umsetzt. Dieses reagiert dann mit dem Nucleophil X - zum Endprodukt RX,<br />
wobei Triphenylphosphinoxid als gute Abgangsgruppe abgespalten wird:<br />
COOEt Ph3P® COOEt<br />
Ph3PI ^ ""^ N ^N' + H^X N-N' + IX 0<br />
EtOOC ^ ^" EtOOC H<br />
+ ROH<br />
-EtOOC-NHNH-COOEt<br />
Ph3P=O + R-X<br />
[2.58]<br />
An einem chiralen Kohlenstoffatom, das die Hydroxylgruppe trägt, tritt Inversion ein (Mitsonobu-Inversion).<br />
Das Nucleophil greift - wie bei der Walden-Umkehr - von der der<br />
Abgangsgruppe entgegengesetzten Seite an (vgl. [2.9]).<br />
In der Mitsunobu-Reaktion können auch schwach acide Verbindungen HX, wie Stickstoffwasserstoffsäure,<br />
Carbonsäuren, Phenole, Imide, Thiole, Thioamide und ß-Dicarbonylverbindungen,<br />
durch Alkohole alkyliert werden. Man formuliere diese Reaktionen!<br />
cis-l-Azido-2-chlor-cyclohexan aus trans-2-Chlor-cyclohexanol: LEUBNER, H.; ZBIRAL, E.,<br />
HeIv. Chim. Acta 59 (1976), 2100.<br />
(2S)-(+)-Octanthiol aus Thioglycolsäure: VOLANTE, R. R; Tetrahedron Leu. 22 (1981), 3119.<br />
Eng verwandt mit der Mitsunobu-Reaktion ist die Redoxkondensation nach MUKAIYAMA. Hier erzeugt<br />
man ein Phosphoniumsalz (Ph3PY - ; X - ) aus Triphenylphosphin und Verbindungen, die über eine schwache<br />
Heteroatom-Heteroatom- bzw. Heteroatom-Kohlenstoff-Bindung verfügen (X-Y = Hai-Hai, HaI-<br />
CHaI3, PhS-SPh, RSe-CN u. a.). Das Phosphoniumion reagiert mit dem Alkohol unter Freisetzung des<br />
Nucleophils X - , das dann das Alkoxyphosphoniumion unter Abspaltung von Triphenylphosphinoxid zu<br />
RX substituiert:<br />
Ph3P + Y-X - Ph3P-Y + X 0 + R °"- Ph3P-OR + X 0 - Ph3PO + RX P-59]<br />
— HY<br />
Man formuliere die Reaktionen der angegebenen Verbindungen X-Y mit dem Alkohol ROH!<br />
2.5.2. Saure Veretherung von Alkoholen. Etherspaltung<br />
Die in [2.41] formulierte Darstellung von Dialkylethern aus Alkoholen in Gegenwart von starken<br />
Säuren hat im Laboratorium nur geringe Bedeutung. Sie ist meist eine unerwünschte<br />
Nebenreaktion. In der Technik jedoch wird diese Methode in großem Umfang angewandt, u. a.<br />
zur Darstellung von Diethylether aus Ethanol, von Tetrahydrofuran aus Butan-l,4-diol und<br />
von Dioxan aus Ethylenglycol.<br />
Eine Variante des Verfahrens ist die Veretherung in der Gasphase an dehydratisierenden<br />
Kontakten (Aluminiumoxid, Aluminiumsulfat).<br />
Man kann die saure Veretherung von Alkoholen auch in zwei Stufen durchführen, indem<br />
man zuerst aus dem Alkohol und Schwefelsäure das Alkylhydrogensulfat herstellt [2.53], das<br />
dann mit weiterem Alkohol bei erhöhter Temperatur zum Ether umgesetzt wird:<br />
RO-SO2-OH + HOR ROR + H2SO4 [2.60]<br />
Da Alkylhydrogensulfate auch durch Addition von Schwefelsäure an Olefine zugänglich<br />
sind (vgl. [4.16a]), ist es möglich, Dialkylether aus Olefinen und Schwefelsäure darzustellen.
D. 2.5. Nucleophile Substitution an Alkoholen und Ethern 233<br />
Aus dem gleichen Grunde treten bei allen durch Säure katalysierten Additionen von Wasser<br />
an Olefine Ether als Nebenprodukte auf. Einige technisch wichtige Ether sind in Tabelle 2.61<br />
angeführt.<br />
Tabelle 2.61<br />
Technisch wichtige Ether und ihre Verwendung<br />
Ether Verwendung<br />
Dünethylether 1 ) Methylierungsmittel<br />
—> Dimethylsulfat<br />
Diethylether Lösungsmittel, z. B. im Gemisch mit Alkohol für Kollodium (Celluloid),<br />
viel gebrauchtes Lösungsmittel im Laboratorium<br />
Diisopropylether 2 ) hochklopffester Treibstoff, Zusatz zu Vergaserkraftstoffen,<br />
Lösungsmittel<br />
Methyl-tert-butylether (MTBE) hochklopffester Treibstoff, Zusatz zu Vergaserkraftstoffen,<br />
Lösungsmittel<br />
Bis(2-chlorethyl)ether Lösungsmittel für Ethylcellulose, Harze und Fette<br />
—> Thioplaste<br />
Tetrahydrofuran Lösungsmittel für Polymere<br />
—> Polytetramethylenglycol —» Polyurethane<br />
-»1,4-Dichlor-butan vgl. [2.62]<br />
1,4-Dioxan Lösungsmittel<br />
1 J Fällt bei der Methanolsynthese aus Kohlenmonoxid als Nebenprodukt an.<br />
2 ) Fällt bei der Synthese von Isopropylalkohol aus Propen und Schwefelsäure als Nebenprodukt an<br />
(s. Tab. 4.20).<br />
In Umkehrung der Bildung wird die Spaltung der Ether durch starke Säuren im Laboratorium<br />
vor allem für analytische Zwecke häufig angewandt.<br />
Aliphatische Ether werden am besten mit konstant siedender lodwasserstoffsäure gespalten<br />
(hohe Reaktivität des lodwasserstoffs, leichtere Isolierung der niederen Alkyliodide gegenüber<br />
den Bromiden).<br />
Auch araliphatische Ether sind mit lodwasserstoffsäure spaltbar. Es treten dabei jedoch<br />
Nebenreaktionen auf (z. B. lodierung des aromatischen Kerns). Diarylether werden im allgemeinen<br />
von lodwasserstoffsäure nicht gespalten, man identifiziert sie durch Substitution am<br />
aromatischen Kern (Chlorsulfonierung, vgl. D.5.I.4.).<br />
An Stelle der teuren lodwasserstoffsäure kann zur Etherspaltung 48%ige Brom wasserstoffsäure<br />
in Eisessig im Verhältnis 1:1 verwendet werden. Da die niederen Alkylbromide leicht<br />
flüchtig sind, ist diese Variante nur für höhere Ether geeignet, ebenso auch für Phenolether mit<br />
niederem Alkylrest, wenn auf den Nachweis des aliphatischen Restes verzichtet werden kann.<br />
Etherspaltung (Allgemeine Arbeitsvorschrift für die qualitative Analyse)<br />
Variante A: Der symmetrische 1 ) aliphatische Ether wird mit etwa dem Sfachen Volumen konstant<br />
siedender lodwasserstoffsäure 3 bis 4 Stunden unter Rückfluß gekocht. Danach setzt man<br />
die 4fache Menge Wasser zu und destilliert das Alkyliodid mit Wasserdampf über, extrahiert<br />
die organische Phase mit wenig Ether, trocknet und identifiziert das Alkyliodid als S-Alkylthiouroniumsalz<br />
(vgl. D.2.6.6.).<br />
Variante B: Man kocht 0,5 g Phenolether mit 5 ml eines Gemisches aus Eisessig und der gleichen<br />
Menge 48%iger Bromwasserstoffsäure l Stunde unter Rückfluß. Danach schüttet man<br />
1 J Unsymmetrische Ether können analog identifiziert werden, wenn das Gemisch der entstehenden Alkylhalogenide<br />
destillativ zu trennen ist oder der gaschromatographische Nachweis der Alkylhalogenide<br />
gelingt.
234 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
das Ganze in 20 ml Wasser, macht mit Natronlauge schwach alkalisch und ethert nicht umgesetzten<br />
Phenolether und eventuell noch vorhandenes Alkylbromid aus. Nach dem Ansäuern<br />
mit verd. Schwefelsäure ethert man das Phenol aus und identifiziert es durch ein geeignetes<br />
Derivat (vgl. E.2.5.3.).<br />
Beispiele für die präparative Anwendung der Etherspaltung:<br />
1,4-Dichlor-butan aus Tetrahydrofuran: FRIED, S.; KLEENE, R. D., J. Am. Chem. Soc. 63 (1941),<br />
2691; Reppe, W., Liebigs Ann. Chem. 596 (1955), 90; 118.<br />
1,4-Dibrom-butan aus Tetrahydrofuran: FRIED, S.; KLEENE, R. D., J. Am. Chem. Soc. 62<br />
(1940), 3258.<br />
Analytische Anwendung findet die Etherspaltung zur quantitativen Bestimmung von Methoxygruppen,<br />
wobei das bei der Einwirkung von lodwasserstoffsäure entstehende Methyliodid abdestilliert und anschließend<br />
titrimetrisch bestimmt wird.<br />
In der Technik wendet man die Etherspaltung z.B. zur Darstellung von 1,4-Dichlor-butan aus Tetrahydrofuran<br />
und Chlorwasserstoff an:<br />
1,4-Dichlor-butan ist ein Ausgangsprodukt zur Darstellung von Nylon (s. [2.111]).<br />
2.6. Nucleophile Substitution an Alkylhalogeniden, -sulfaten<br />
und -sulfonaten<br />
2.6.1. Hydrolyse<br />
In Umkehrung ihrer Bildung reagieren Alkylhalogenide mit Wasser zu Alkoholen und Halogenwasserstoffsäure:<br />
[2.62]<br />
RX + HOH ROH + HX [2.63]<br />
Wasser stellt jedoch ein Reagens von geringer Nucleophilie dar, so daß sich nur sehr reaktionsfähige<br />
Alkylhalogenide mit ihm glatt hydrolysieren lassen (s. unten, Darstellung von Triphenylmethanol).<br />
Man kann den fehlenden Elektronendruck des Wassers durch erhöhten Elektronenzug auf<br />
das zu ersetzende Halogen ausgleichen, indem man z. B. Lewis-Säuren, wie Eisen(III)-chlorid<br />
u. a., zusetzt:<br />
"Ö -t- R-X -t- FeCI3 N Q-R + X-FeCI3 0 - HOR + HX + FeCI3 [2.64]<br />
H H<br />
Die Hydrolyse von Alkylhalogeniden läßt sich auch durch Zusatz von Lauge beschleunigen.<br />
Die Nucleophilie bzw. die Basizität des Hydroxylions sind bedeutend größer als die des Wassers.<br />
Außerdem wird durch den Laugezusatz die Lage des Gleichgewichts in Richtung der<br />
Hydrolyseprodukte verschoben, da die Rückreaktion im alkalischen Medium nicht möglich ist.<br />
Alkylhalogenide sind in Wasser nicht löslich. Die Hydrolyse kann daher nur an der Phasengrenzfläche<br />
stattfinden. Um eine homogene Mischung zu erhalten, setzt man häufig Alkohol<br />
als Lösungsmittel zu oder arbeitet im Zweiphasensystem unter Bedingungen der Phasentransferkatalyse.<br />
Sowohl der bei der Hydrolyse gebildete als auch der zur Homogenisierung zugesetzte Alkohol<br />
geben Anlaß zu Nebenreaktionen. Der Alkohol steht im (allerdings weit links liegenden)
D. 2.6. Nucleophile Substitution an Alkylhalogeniden, -sulfaten und -sulfonaten 235<br />
Gleichgewicht mit den Hydroxylionen, so daß geringe Mengen Alkoholat entstehen, die mit<br />
dem Alkylhalogenid zum Ether reagieren (diese Reaktion läßt sich auch zur Hauptreaktion<br />
gestalten: Williamson-Synthese, vgl. D.2.6.2.):<br />
R-O-H + 0 OH ^=^ R-O 0 + H2O [2.65a]<br />
R-O 0 + R-X - R-O-R + X 0 [2.65b]<br />
Außer zur als Nebenreaktion zu befürchtenden Etherbildung führen starke Basen häufig<br />
zur Eliminierung von Halogenwasserstoffen, so daß Olefine oder Acetylene gebildet werden<br />
(vgl.D.3.)-<br />
Man erkläre das Auftreten von Ethern bei der sauren Hydrolyse von Alkylhalogeniden,<br />
-sulfaten usw.!<br />
Die genannten Nebenreaktionen bei der Hydrolyse von Alkylhalogeniden lassen sich umgehen,<br />
wenn man in Gegenwart von feuchtem Silberoxid („Silberhydroxid") mit Wasser arbeitet.<br />
Die Reaktion läuft an der Oberfläche des festen „Silberhydroxids" ab.<br />
Darstellung von Triphenylmethanol (Tritylalkohol)<br />
Triphenylmethylchlorid wird 10 Minuten lang in wäßriger Suspension unter Rückfluß erhitzt.<br />
Nach dem Abkühlen saugt man das Triphenylmethanol ab und kristallisiert um. Ausbeute:<br />
95 %, F 162 0 C (Tetrachlorkohlenstoff 1 ) oder EtOH 1 )).<br />
Auch die geminalen Dihalogenide und Trihalogenide lassen sich im sauren oder alkalischen<br />
Medium hydrolysieren. Bei der Hydrolyse von 1,1-Dihalogeniden, die Halogenwasserstoffsäureester<br />
von Aldehydhydraten darstellen, werden Aldehyde gebildet:<br />
O<br />
R-C' [2.66]<br />
H "" H ' H<br />
Trihalogenide ergeben Carbonsäuren als Hydrolyseprodukte. Die Reaktion läßt sich bei<br />
(THchlormethyl)aromaten auch auf der Stufe des Säurechlorids aufhalten:<br />
QH O<br />
R-C' [2.67]<br />
Cl<br />
Für die Hydrolyse der geminalen Dihalogenide dürfen keine starken Basen angewendet<br />
werden, da die entstehenden Aldehyde gegen Alkalien empfindlich sind. Man arbeitet daher<br />
in Gegenwart von Calciumcarbonat, Natriumformiat oder Kaliumoxalat. Für zwei solcher<br />
Fälle werden unten Literaturzitate angegeben.<br />
Benzylidendichloride und -bromide werden in vielen Fällen sehr glatt zu den entsprechenden<br />
Benzaldehyden hydrolyisert, wenn man sie mit konzentrierter Schwefelsäure behandelt.<br />
Elektronendonatoren im Kern (z. B. Hydroxylgruppen) erleichtern die Hydrolyse, Elektronenacceptoren<br />
erschweren sie (warum?). Im letzten Fall müssen die Reaktionstemperaturen<br />
erhöht werden, wobei als obere Grenze etwa UO 0 C gelten, da die entstehenden Aldehyde<br />
oberhalb 9O 0 C durch die Schwefelsäure z. T. bereits merklich oxidiert werden.<br />
1 J VgI. Reagenzienanhang.
236 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Hydrolyse von Benzylidendihalogeniden in konzentrierter<br />
Schwefelsäure (Tab. 2.68)<br />
Achtung! Benzylidenhalogenide sind stark haut- und schleimhautreizende Stoffe. Im Abzug<br />
arbeiten! Schutzhandschuhe tragen!<br />
Das betreffende Benzylidendichlorid oder -bromid wird in einem Dreihalskolben mit Rührer,<br />
Rückflußkühler und einer als Gaseinleitungsrohr dienenden weiten Kapillare unter Rühren<br />
mit der Stachen Menge (Masse) konz. Schwefelsäure versetzt. Man leitet durch die Kapillare<br />
Stickstoff und legt gleichzeitig am oberen Ende des Rückflußkühlers ein leichtes Vakuum an.<br />
Bei den reaktionsfähigen Benzylidendihalogeniden setzt bereits bei O 0 C eine kräftige Halogenwasserstoffentwicklung<br />
ein. Die reaktionsträgeren Benzylidendihalogenide werden im<br />
Wasserbad oder Glycolbad auf die in der Tabelle angegebenen Temperaturen erwärmt. Das<br />
Reaktionsgemisch färbt sich in allen Fällen stark rotbraun.<br />
Wenn die Halogenwasserstoffentwicklung abgeklungen ist - in den angegebenen Fällen<br />
etwa nach 3 A bis 2 Stunden -, gießt man auf Eis und ethert den gebildeten Aldehyd dreimal<br />
aus. Die Etherextrakte werden mit Natriumhydrogencarbonatlösung entsäuert, dann mit Wasser<br />
gewaschen und über Magnesiumsulfat getrocknet. Nach Verdampfen des Ethers wird im<br />
Vakuum destilliert oder bei höher schmelzenden Aldehyden umkristallisiert. Aus der Hydrogencarbonatlösung<br />
kann mitgebildete Säure durch Ansäuern gewonnen werden. Sie entsteht<br />
entweder aus Trihalogenmethylbenzen, das meist als Nebenprodukt im nicht sorgfältig gereinigten<br />
Benzylidendihalogenid enthalten ist, oder infolge einer Oxidation des gebildeten Aldehyds<br />
durch konz. Schwefelsäure bzw. Luft.<br />
Bei einem Halbmikroansatz arbeitet man unter Normaldruck in einem offenen Erlenmeyer-<br />
Kolben. Auf einen Rührer kann verzichtet werden, da das Reaktionsgemisch durch den Gasstrom<br />
hinreichend durchmischt ist.<br />
Tabelle 2.65<br />
Aldehyde durch Hydrolyse von Benzylidendihalogeniden mit konzentrierter Schwefelsäure<br />
Produkt<br />
Benzaldehyd<br />
4-Chlorbenzaldehyd<br />
2-Chlorbenzaldehyd2,4-Dichlorbenzaldehyd<br />
4-Nitrobenzaldehyd<br />
Terephthalaldehyd<br />
Ausgangsverbindung<br />
Benzylidendichlorid,<br />
Benzylidendibromid<br />
4-Chlor-benzylidendichlorid,4-Chlor-benzylidendibromid2-Chlor-benzylidendichlorid2,4-Dichlor-benzylidendichlorid,2,4-Dichlor-benzylidendibromid4-Nitro-benzylidendibromid<br />
1 ,4-Bis(dibrommethyl)benzen<br />
Reaktionstemp.<br />
in 0 C<br />
O<br />
20<br />
20<br />
90 1 )<br />
90 1 )<br />
90 1 )<br />
Kp (bzw. F) n 2 «<br />
in 0 C<br />
64U(12)<br />
Hl2,7(20)<br />
F48(Ligroin)<br />
1,5446<br />
841300) 1,5670<br />
F 71 (Ligroin)<br />
F 196<br />
(Et2O/Petrolether)<br />
2 )<br />
F115<br />
(9OW./<br />
10 MeOH)<br />
!) Die Reaktion kann auch bei 110 0 C durchgeführt werden und ist dann in wenigen Minuten beendet.<br />
2 ) Kann auch durch Wasserdampfdestillation gereinigt werden.<br />
Ausb.<br />
in%<br />
65<br />
70<br />
70<br />
80<br />
85<br />
80
D. 2.6. Nucleophile Substitution an Alkylhalogeniden, -sulfaten und -sulfonaten 237<br />
Phthalaldehyd und Isophthalaldehyd durch Hydrolyse von 1,2- bzw. l,3-Bis(dibrommethyl)benzen<br />
in Alkohol/Wasser in Gegenwart von Kaliumoxalat; THIELE, J.; GÜNTHER, O., Liebigs<br />
Ann. Chem. 347 (1906), 106.<br />
3-Hydroxy-benzaldehyd durch Hydrolyse von Essigsäure(3-dibrommethyl-phenyl)ester in<br />
AlkoholAVasser in Gegenwart von Natriumformiat: ELIEL, E. L.; NELSON, K. W., J. Chem. Soc.<br />
1955,1628.<br />
In manchen Fällen ist zur Hydrolyse von Alkylhalogeniden der Umweg über einen Carbonsäureester<br />
zweckmäßig (vgl. D.2.6.3.):<br />
R-X + 0 O-CO-R'<br />
R'COOR + H2O<br />
e<br />
—- R-O-CO-R' + X<br />
R'COOH + ROH<br />
[2.69]<br />
Die Umsetzung des Alkylhalogenids mit dem Säureanion verläuft im allgemeinen ohne Bildung<br />
von Olefin, weil das Säureanion zwar eine ausreichende Nucleophilie (Reaktionsvermögen<br />
gegenüber dem Kohlenstoff im Alkylhalogenid), aber eine zu geringe Basizität (Reaktionsvermögen<br />
gegenüber einem Proton) besitzt.<br />
Ähnlich wie Alkylhalogenide lassen sich die Ester anderer anorganischer Säuren hydrolysieren.<br />
Die Hydrolyse von Alkylchloriden und -sulfaten stellt eine wichtige technische Synthesemethode für<br />
Alkohole dar. Die Chloride werden dabei entweder durch Chlorierung von Kohlenwasserstoffen (vgl. D.I.)<br />
oder durch Addition von Chlor bzw. unterchloriger Säure an Olefine (s. D.4.) hergestellt. Die Alkylhydrogensulfate<br />
erhält man allgemein durch Addition an Olefine (s. DA). Auf diese Weise werden in größerem<br />
Umfang technisch erzeugt: Pentanol, Allylalkohol (vgl. Tabelle 1.37), Ethylenglycol, Glycerol (vgl. Tabelle<br />
4.26), Ethanol, Isopropylalkohol und Butanole (vgl. Tabelle 4.20).<br />
2.6.2. Synthese von Ethern aus Alkoholaten bzw. Phenolaten<br />
Bei der Umsetzung von Alkylhalogeniden, Dialkylsulfaten, Toluensulfonsäureestern usw. mit<br />
den Alkalisalzen von Alkoholen oder Phenolen bilden sich Ether:<br />
R-O 0 + R'—X R-O-R' + X 0<br />
[2.70]<br />
Diese Reaktion wurde bereits als Nebenreaktion bei der alkalischen Hydrolyse von Alkylhalogeniden<br />
in Gegenwart von Alkohol ([2.65]) beschrieben.<br />
Die Darstellung der Alkalisalze der Phenole gelingt infolge der relativ hohen Acidität der<br />
Phenole bereits mit wäßriger Natronlauge, während das Gleichgewicht der Alkoholatbildung<br />
in diesem Falle noch weit auf der Seite des freien Alkohols liegt (vgl. [2.65]). Warum sind Phenole<br />
wesentlich saurer als Alkohole?<br />
Zur Darstellung von Methylethern setzt man meist das reaktive und billige Dimethylsulfat<br />
und nur selten das leicht flüchtige und teure Methyliodid ein. Unter den üblichen Reaktionsbedingungen<br />
(wäßrige Lösung, niedrige Temperatur) wird allerdings nur eine Methylgruppe<br />
des Dimethylsulfats zur Alkylierung ausgenutzt, z. B.:<br />
-0-R + 0 IQ-SO2-OR [2.71]<br />
Das Gleiche gilt für die Darstellung der Ethylether mit Diethylsulfat. Die Alkylbromide<br />
oder -iodide sind die bevorzugten Reagenzien zur Darstellung höherer Ether.
238 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Veretherung von Phenolen mit Dimethylsulfat (Tab. 2.72)<br />
[ Achtung! Dimethylsulfat ist ein starkes Gift! Es wirkt im Tierversuch krebserregend. Im<br />
Abzug arbeiten! Schutzhandschuhe tragen!<br />
Das betreffende Phenol wird in einem Dreihalskolben, der mit Rückflußkühler, Rührer,<br />
Innenthermometer und Tropftrichter versehen ist, unter Rühren rasch mit 1,25 mol Ätzkali<br />
pro saure Gruppe in Form einer 10%igen Lauge versetzt. Bei den Polyphenolen färbt sich der<br />
Kolbeninhalt infolge Oxidation durch den Luftsauerstoff sofort dunkel. Man schließt die<br />
Apparatur in diesem Falle gegen den Luftsauerstoff mit Hilfe eines Bunsen-Ventils 1 ) ab.<br />
Danach wird aus dem Tropftrichter unter gutem Rühren für jede zu verethernde phenolische 2 )<br />
Hydroxylgruppe l mol Dimethylsulfat derart zugesetzt, daß die Temperatur unter 40 0 C bleibt<br />
(Wasserkühlung). Um die Reaktion zu vervollständigen und nicht umgesetztes Dimethylsulfat<br />
zu zerstören, wird noch 30 Minuten auf dem siedenden Wasserbad erhitzt. Nach dem Erkalten<br />
trennt man bei flüssigen Produkten die organische Schicht ab und extrahiert die wäßrige<br />
Lösung mit Ether. Die vereinigten organischen Phasen werden mit verd. Natronlauge, dann<br />
mit Wasser gewaschen, mit Calciumchlorid getrocknet und fraktioniert. Feste Reaktionsprodukte<br />
werden unter Verwendung einer Glasfritte abgesaugt, mit Wasser gewaschen und umkristallisiert.<br />
Durch Ansäuern und Ausethern der wäßrigen Reaktionslösung und der Waschlauge<br />
ist nicht umgesetztes Phenol zurückzugewinnen.<br />
In den Fällen, wo partiell veretherte Phenole dargestellt werden sollen bzw. als Nebenprodukte<br />
entstehen (wann ist das der Fall?), macht man die Reaktionslösung alkalisch und ethert<br />
zunächst den neutralen Phenolether aus. Durch Ansäuern der wäßrigen Lösung mit konz. Salzsäure<br />
werden die partiell veretherten Phenole ausgefällt und in der oben beschriebenen Weise<br />
aufgearbeitet. Das Waschen der Etherextrakte mit Natronlauge entfällt (warum?).<br />
Phenolethercarbonsäuren isoliert man ebenso wie partiell veretherte Phenole.<br />
Bei Halbmikropräparationen schüttelt man die Komponenten in einem mit Stopfen verschlossenen<br />
Rundkölbchen, erhitzt wie angegeben abschließend unter Verwendung eines<br />
Rückflußkühlers auf dem Wasserbad und arbeitet wie oben auf. Auf die Temperaturkontrolle<br />
in der Reaktionsmischung kann man verzichten.<br />
Tabelle 2.72<br />
Phenolether durch Methylierung mit Dimethylsulfat<br />
Produkt<br />
Methylphenylether (Anisol)<br />
o-Cresyl-methylether<br />
w-Cresyl-methylether<br />
p-Cresyl-methylether<br />
Methyl-ß-naphthylether (Nerolin)<br />
Hydrochinonmonomethylether 1 )<br />
Hydrochinondimethylether 2 )<br />
Resorcinolmonomethylether<br />
Ausgangsverbindung<br />
Phenol<br />
o-Cresol<br />
m-Cresol<br />
p-Cresol<br />
ß-Naphthol<br />
Hydrochinon<br />
Hydrochinon<br />
Resorcinol<br />
Kp (bzw. F) n 2 ?<br />
in 0 C<br />
154 1,5173<br />
64li9C14) 1,5179<br />
65li9C14) 1,5130<br />
65L904) 1,512<br />
F 72 (PhH)<br />
128l,6(12)<br />
F56(Petrolether)<br />
1092,7(20)<br />
F 56 (EtOH)<br />
14433(25)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
1 J Der Rückflußkühler wird mit einem Stopfen verschlossen, durch den ein Glasrohr mit einem kurzen<br />
Stück Gummischlauch führt. Der Schlauch erhält mit einer Rasierklinge einen kurzen Schnitt in Längsrichtung<br />
und wird auf der anderen Seite mit einem Stopfen oder einer Schlauchklemme verschlossen.<br />
2 ) Carboxylgruppen reagieren infolge der geringeren Nucleophilie schwerer als phenolische Hydroxylgruppen.<br />
Daher gelingt die Darstellung von aromatischen Alkoxycarbonsäuren.<br />
85<br />
80<br />
80<br />
80<br />
73<br />
60<br />
95<br />
50
Tabelle2.72 (Fortsetzung)<br />
Produkt<br />
D. 2.6. Nucleophile Substitution an Alkylhalogeniden, -sulfaten und -sulfonaten 239<br />
Resorcinoldimethylether<br />
4-Methoxy-benzoesäure (Anissäure)<br />
3,4,5-Trimethoxy-benzoesäure<br />
3,4-Dimethoxy-benzaldehyd<br />
(Veratrumaldehyd) 3 )<br />
2-Nitro-anisol<br />
Ausgangsverbindung<br />
Resorcinol<br />
4-Hydroxy-benzoesäure<br />
3,4,5-Trihydroxy-benzoesäure<br />
(Gallussäure)<br />
4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyd<br />
(Vanillin) 3 )<br />
2-Nitro-phenol<br />
Kp (bzw. F) n 2 ?<br />
in 0 C<br />
1102,7(20) 1,5223<br />
F184(W./AcOH)<br />
F 170 (EtOHAV.)<br />
153^8)<br />
F46(Ligroin)<br />
133li5(11)<br />
1,5620<br />
Ausbeute<br />
in %<br />
1) Nicht wasserdampf flüchtig, daneben entsteht der Dimethylether.<br />
2) flüchtig mit Wasserdampf<br />
3) Um das Natriumsalz des Vanillins stets in Lösung zu halten, wird auf dem siedenden Wasserbad gearbeitet.<br />
Vanillin und Veratrumaldehyd sind gegen Alkali stabil. Veratrumaldehyd ist gegen Luftsauerstoff<br />
empfindlich, in gut schließender Flasche aufzubewahren!<br />
Alkylarylether durch Alkylierung von Phenolen unter Phasentransferkatalyse: McKiLLOP,<br />
A.; FIAUD, J.-C, HUG, R. R., Tetrahedron 30 (1974), 1379.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Veretherung von Alkoholen und Phenolen mit Alkylhalogeniden,<br />
Alkyl-p-toluensulfonaten oder Dimethylsulfat (Williamson-Synthese) (Tab. 2.73)<br />
Achung! Dimethylsulfat ist ein starkes Gift! Es wirkt im Tierversuch krebserregend. Im<br />
Abzug arbeiten! Schutzhandschuhe tragen!<br />
Zur Darstellung der aliphatischen Ether stellt man zunächst in einem Dreihalskolben mit<br />
Rührer und Rückflußkühler eine Alkoholatlösung aus 0,25 mol Natrium und 1,2 mol des<br />
betreffenden abs. Alkohols her. 1 ) Hierzu gibt man 0,2 mol Alkyliodid, -bromid oder -p-toluensulfonat<br />
bzw. 0,14 mol Dimethylsulfat 2 ) sowie bei Verwendung der reaktionsträgeren Alkylbromide<br />
eine Spatelspitze Kaliumiodid (wasserfrei) und erhitzt unter Feuchtigkeitsausschluß<br />
und Rühren 5 Stunden unter Rückfluß.3)<br />
Zur Darstellung der Phenolether stellt man analog zunächst eine Natriummethylatlösung<br />
aus 0,25 mol Natrium und 300 ml abs. Ethanol 1 ) her, in die man 0,2 mol des in wenig abs.<br />
Ethanol gelösten Phenols einträgt. Nach Zusatz des Alkylierungsmittels wird wie oben verfahren.<br />
Das Phenolat reagiert infolge seiner höheren Nucleophilie leichter mit dem Alkylierungsmittel<br />
als der Alkohol.<br />
Aufarbeitung<br />
Variante A: Das Reaktionsgemisch wird nach Abkühlen in die 5fache Menge Wasser gegeben,<br />
der Ether abgetrennt, nochmals mit Wasser gewaschen, mit Calciumchlorid getrocknet und<br />
destilliert.<br />
Variante B: Aus dem Reaktionsgemisch destilliert man den Alkohol unter Rühren über eine<br />
20-cm-Vigreux-Kolonne weitgehend ab, gießt den erkalteten Destillationsrückstand in 100 ml<br />
5%ige Natronlauge, nimmt die organische Phase mit Diethylether auf, wäscht mit Wasser,<br />
trocknet mit Calciumchlorid, destilliert das Lösungsmittel ab und fraktioniert bzw. kristallisiert<br />
um.<br />
J ) Darstellung vgl. Reagenzienanhang. Bei niedermolekularen Alkoholen (C1 bis C3) kann man die 3fache<br />
Menge nehmen, um eine besser rührbare Reaktionsmischung zu erhalten.<br />
2 ) Unter den angegebenen Bedingungen werden beide Methylgruppen des Dimethylsulfats ausgenutzt.<br />
3 ) Bei Verwendung leicht flüchtiger Alkylierungsmittel sollte mit einem Intensivkühler gearbeitet werden.<br />
85<br />
75<br />
70<br />
70<br />
50
240 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
Variante C: Unter gutem Rühren wird das Reaktionsprodukt direkt aus dem Gemisch herausdestilliert,<br />
bis die Siedetemperatur des verwendeten Alkohols erreicht ist. Das Destillat, das<br />
aus dem Ether und dem eingesetzten Alkohol besteht, wird anschließend in engeren Grenzen<br />
durch eine 30-cm-Vigreux-Kolonne fraktioniert. Man schneidet mehrere Fraktionen und<br />
bestimmt deren Brechungsindizes. Diejenigen Fraktionen, die hiernach den Hauptteil des<br />
gewünschten Ethers enthalten, werden vereinigt und über 5% Natrium redestilliert, bis der<br />
angegebene Brechungsindex erreicht ist.<br />
Für Halbmikro- und Mikropräparationen eignen sich solche Kombinationen, die nach<br />
Variante A oder B aufgearbeitet werden können. Auf einen Rührer kann man dann meist verzichten.<br />
Die Produkte sollten grundsätzlich fraktioniert destilliert werden, für Mikropräparationen<br />
verwendet man eine Apparatur nach Abb. A.34c.<br />
Tabelle 2.73<br />
Ether durch Williamson-Synthese<br />
Produkt<br />
Butylmethylether<br />
Butylethylether<br />
Methylpentylether<br />
2 )<br />
Hexylmethylether<br />
2 )<br />
Ethylhexylether 2 )<br />
Ethoxybenzen<br />
(Phenetol)<br />
Propoxybenzen<br />
Butoxybenzen<br />
Benzylphenylether<br />
p-Nitro-phenetol<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
n 2 ?<br />
71<br />
1,3736<br />
92<br />
1,3818<br />
99<br />
1,3873<br />
126<br />
1,3972<br />
142<br />
1,4008<br />
571<br />
117<br />
1,3993<br />
117<br />
1,3993<br />
138<br />
1,4099<br />
156<br />
1,4179<br />
156<br />
1,4179<br />
Alkylierungsmittel<br />
CH3-I-OTs, 1 )<br />
Dimethylsulfat<br />
C4H9-Br, -OTs<br />
C2H5-Br, -OTs<br />
C4H9-Br, -OTs<br />
CH3-I, -OTs,<br />
Dimethylsulfat<br />
CH3-I, -OTs,<br />
Dimethylsulfat<br />
C2H5-Br, -OTs<br />
C2H5-Br, -I, -OTs<br />
C3H7-Br, -I, -OTs<br />
C4H9-Br, -OTs<br />
Benzylchlorid<br />
1) R-OTs: Alkyl-p-toluensulfonat.<br />
2 ) Gut auch aus der umgekehrten Kombination nach Variante A erhältlich.<br />
C2H5-Br, -I, -OTs<br />
Variante<br />
C<br />
A<br />
C<br />
A<br />
C<br />
C<br />
C<br />
B<br />
B<br />
B<br />
B<br />
B<br />
Ausbeute<br />
in %<br />
Beispiele für eine Variante der Williamson-Veretherung von Phenolen, bei der die Darstellung<br />
von Natriumethylat umgangen wird (Reaktion in Gegenwart von Kaliumcarbonat in Aceton),<br />
finden sich bei ALLEN, C K H., und GATES, J. W., Org. Synth., CoIl. Vol. III (1955), 140,<br />
die eine Reihe von Alkylethern des o-Nitro-phenols darstellen.<br />
Allylphenylether. TARBELL, D. S., Org. React. 2 (1944), 26.<br />
Durch Veretherung kann man Hydroxylgruppen „blockieren". Soll eine Verbindung z. B. unter Erhalt<br />
der Hydroxylgruppe oxidiert werden, kann man sie vor der Reaktion verethern und die Etherbindung nach<br />
vollzogener Oxidation wieder spalten. Besonders geeeignet für die Blockierung primärer Hydroxylgruppen<br />
ist das Triphenylmethylchlorid (Tritylchlorid), das in Pyridinlösung leicht mit primären Alkoholen reagiert.<br />
80<br />
80<br />
80<br />
80<br />
80<br />
80<br />
80<br />
80<br />
80<br />
80<br />
80<br />
60
D. 2.6. Nucleophile Substitution an Alkylhalogeniden, -sulfaten und -sulfonaten 241<br />
Die Triphenylmethylether lassen sich bereits in der Kälte sauer hydrolysieren. Diese auch als Tritylierung<br />
bezeichnete Reaktion wird vor allem in der Chemie der Zucker häufig angewendet.<br />
Die Veretherung mit Dimethylsulfat und besonders mit Chloressigsäure besitzt Bedeutung zur Identifizierung<br />
von Phenolen:<br />
/ )KOH + CI-CH2-COOH + 2 NaOH
242 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
Tabelle 2.76<br />
Benzoesäureester durch phasentransferkatalysierte Veresterung<br />
Produkt<br />
Benzoesäurebutylester<br />
Benzoesäureallylester<br />
Benzoesäurehexylester<br />
Benzoesäurebenzylester<br />
2 g NaI zusetzen.<br />
Ausgangsverbindung<br />
Butylbromid<br />
Allylbromid<br />
Hexylbromid<br />
Benzylchlorid 1 )<br />
Kp in 0 C<br />
250<br />
H0l,3(10)<br />
230<br />
106li6(i2)<br />
138...140i.1(8)<br />
172...173!,3(!O)<br />
Ausbeute<br />
in %<br />
Darstellung von Phenacyl- und p-Nitro-benzylestern (Allgemeine Arbeitsvorschrift für die<br />
qualitative Analyse)<br />
Variante A: für reine Säuren<br />
1 mmol Triethylamin, gelöst in 2 ml trockenem Aceton 1 ), wird mit der betreffenden Säure neutralisiert<br />
und zu dieser Mischung eine Lösung von 0,5 mmol des Phenacylbromids (Phenacylbromid,<br />
p-Brom-phenacylbromid, p-Phenyl-phenacylbromid) in 3 ml trockenem Aceton gegeben.<br />
Nach kurzer Zeit fällt ein Niederschlag von Triethylammoniumbromid aus. Man läßt<br />
3 Stunden bei Raumtemperatur stehen, verdünnt mit 10 ml Wasser, saugt den ausgefallenen<br />
Ester ab und wäscht gründlich mit 5%iger Natriumhydrogencarbonatlösung und anschließend<br />
mit Wasser. Dann wird aus verd. Alkohol umkristallisiert.<br />
Die p-Nitro-benzylester lassen sich nach derselben Vorschrift darstellen; man muß jedoch<br />
hier wegen der geringeren Reaktionsfähigkeit des p-Nitro-benzylchlorids etwa 10 mg Natriumiodid<br />
zusetzen und 2 Stunden unter Rückfluß erhitzen. An Stelle von Aceton lassen sich bei<br />
dieser Reaktion auch Alkohole als Lösungsmittel verwenden.<br />
Variante B: für Säuren in wäßriger Lösung<br />
2 ml einer schwach salzsauren Lösung mit einem ungefähren Gehalt von 0,1g Carbonsäure<br />
werden mit 2 ml einer Lösung von 0,2g Phenacylbromid in Alkohol versetzt und unter Rückfluß<br />
erhitzt (Monocarbonsäuren l Stunde, Dicarbonsäuren 2 Stunden, Tricarbonsäuren 3 Stunden).<br />
Gelegentlich werden während des Kochens Kristalle ausgeschieden, die man durch<br />
Zusatz von wenig Alkohol wieder in Lösung bringt. Nach beendeter Reaktion läßt man abkühlen,<br />
saugt ab und kristallisiert um.<br />
2.6.4. Alkylierung von Ammoniak und Aminen<br />
Alkylhalogenide, -sulfate usw. setzen sich mit Ammoniak um:<br />
R-X -i- NH3 R-NH3 + x 0 ^=^ R-NH2 + HX<br />
R-X + R-NH2<br />
• e [2 ' 77]<br />
- R2NH2 + X ^=^ R2NH + HX<br />
Das zunächst entstehende primäre Amin konkurriert als starke Base mit dem Ammoniak<br />
um weiteres Alkylhalogenid. Aus diesem Grunde entstehen nicht nur primäre, sondern auch<br />
secundäre und in analoger Weise tertiäre Amine und quartäre Ammoniumverbindungen.<br />
Formulieren Sie diese Umsetzungen!<br />
!) VgI. Reagenzienanhang<br />
70<br />
60<br />
80<br />
70
D. 2.6. Nucleophile Substitution an Alkylhalogeniden, -sulfaten und -sulfonaten 243<br />
Durch einen großen Ammoniaküberschuß bzw. Zusatz von Ammoniumcarbonat oder -cnlorid<br />
kann man die Ausbeute an primärem Amin erhöhen.<br />
Zur Darstellung reiner primärer und secundärer Amine muß man jedoch wegen der Bildung<br />
höherer Alkylierungsprodukte häufig Umwege wählen. In allen Fällen wird dabei ein reversibel<br />
blockiertes Derivat des Ammoniaks, das nur noch ein freies Wasserstoffatom enthält, mit<br />
dem Alkylhalogenid umgesetzt. Die blockierende Gruppe spaltet man nach der Alkylierungsreaktion<br />
wieder ab. Für diese reversible Blockierung eignet sich z. B. das Phthalimid (Gabriel-<br />
Synthese). Die Aminogruppe des Phthalimids bzw. der Sulfonamide ist infolge des Elektronenzuges<br />
der beiden Carbonylgruppen bzw. der Sulfonylgruppe für die Reaktion mit Alkylhalogeniden<br />
nicht mehr basisch genug. Sie besitzt im Gegenteil sauren Charakter, so daß mit Alkalihydroxiden<br />
Salze entstehen, die in die Reaktion eingesetzt werden müssen:<br />
O O<br />
N 0 K 0 + R-X -KX<br />
N-R<br />
[2.78]<br />
Das gebildete N-Alkyl-phthalimid kann als Säureamid zur Phthalsäure und dem reinen primären Amin<br />
hydrolysiert werden:<br />
COOH<br />
COOH<br />
+ H2N-R [2.79]<br />
Da man die Hydrolyse im allgemeinen bei hohen Temperaturen unter Druck durchführen muß, ist die<br />
Hydrazinolyse günstiger:<br />
O<br />
Zur Synthese secundärer Amine mit unterschiedlichen Alkylresten kann man die Umsetzung von Alkylhalogeniden<br />
mit Sulfonamiden primärer Amine verwenden, z. B.:<br />
-<br />
-N-<br />
© K<br />
C2H5I<br />
H2O1H v_/- s ° 3H CH3<br />
HN<br />
C2H5<br />
Auch Azomethine 1 ) sind für denselben Zweck geeignet:<br />
/=\ ~/=\ ©R 1 "<br />
(\ /V-CH=NR 1 + RX (\ /V-CH=N<br />
V // Yv //<br />
C2H5<br />
l ) Über die Darstellung und Hydrolysierbarkeit von Azomethinen bzw. Urotropin vgl. D.7.1.1.<br />
[2.80]<br />
[2.81]<br />
[2.82]
*<br />
244 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
Die Reaktion von Urotropin 1 ) mit Alkylhalogeniden liefert ebenfalls quartäre Salze, die mit verdünnten<br />
Säuren zum primären Amin hydrolysiert werden können (Delepine-Reaktion).<br />
© p) H-»O®<br />
RX + (CH2J6N4 - N3(CH2)SNRX ——- RNH2 [2.83]<br />
Die leicht durchführbare Reaktion von primären Aminen mit Benzylhalogeniden zu zweifach<br />
aralkylierten (tertiären) Aminen kann man zur Blockierung der Aminogruppe bei Umsetzungen<br />
von Aminoverbindungen ausnutzen. Soll beispielsweise eine Aminosäure mit Lithiumaluminiumhydrid<br />
zu einem Aminoalkohol reduziert werden (vgl. D.7.3.1.1.), so führt man sie<br />
zunächst mit Benzylbromid in die N, W-Dibenzy l Verbindung über. Hierbei wird auch die Carboxylgruppe<br />
in den Benzylester umgewandelt. Die beiden Benzylreste an der Aminogruppe wirken<br />
als Schutzgruppen und werden nach durchgeführter Reduktion der Estergruppe wieder<br />
abgespalten. Das ist einfach hydrogenolytisch, z. B. durch Hydrierung mit Palladiumkohle als<br />
Katalysator, möglich, wobei die Benzylreste in Toluen übergehen.<br />
R-CH-COOH + 3 PhCH2Br Ty^p R-CH-COOCH2Ph<br />
NH2 f N(CH2Ph)2<br />
R-CH-COOCH2Ph LIAIH4 * R-CH-CH2OH _2 + phcH • R-CH-CH2OH<br />
N(CH2Ph)2 N(CH2Ph)2 3 NH2<br />
(5)-AUV-Dibenzyl-alaninbenzylester 2 )<br />
0,2 mol (S)-Alanin, 50 ml 2 N NaOH und 36g Kaliumcarbonat werden in 100 ml Ethanol suspendiert<br />
und auf etwa 4O 0 C erhitzt. Man tropft innerhalb von 15 Minuten unter gutem Rühren<br />
0,65 mol frisch destilliertes Benzylbromid zu und erhitzt anschließend unter weiterem Rühren<br />
über Nacht unter Rückfluß. Die von der organischen Schicht abgetrennte wäßrige Phase wird<br />
noch zweimal mit je 75 ml Ether extrahiert, anschließend wäscht man die vereinigten organischen<br />
Phasen mit gesättigter Kochsalzlösung und trocknet mit Magnesiumsulfat. Nach Abdestillieren<br />
des Lösungsmittels und überschüssiger Ausgangsverbindung (bis 11O 0 C Badtemperatur<br />
bei 1,3 kPa [10 Torr]) wird bei einer Badtemperatur von 40 bis 5O 0 C (0,002 kPa [0,015<br />
Torr]) im rotierenden Kugelrohr destilliert. Ausbeute 65 %. Das Produkt wird ohne weitere<br />
Reinigung weiterverarbeitet, vgl. Tab. 7.231.<br />
Darstellung von Dicyclohexylethylamin<br />
In einem 1-1-Dreihalskolben mit Rückflußkühler, Rührer und Tropftrichter werden unter<br />
Feuchtigkeitsausschluß 2 mol yV,jY-Dicyclohexylamin innerhalb von 2 Stunden auf dem siedenden<br />
Wasserbad mit 2 mol Diethylsulfat versetzt. Man rührt noch 15 Stunden bei dieser Temperatur.<br />
Dann werden in die abgekühlte Mischung 2,5 mol 50%ige Kalilauge eingerührt; das<br />
abgeschiedene Amin wird abgetrennt und die wäßrige Phase viermal ausgeethert. Das Amin<br />
und die Etherauszüge vereinigt man und trocknet über Nacht mit Ätzkali, destilliert den Ether<br />
ab und fraktioniert das Amin über eine 30-cm-Vigreux-Kolonne im Vakuum. Kp1 9(14) 138 0 C,<br />
Ausbeute 337g (94%, bezogen auf umgesetztes Amin). Als Vorlauf geht nicht umgesetztes<br />
Dicyclohexylamin (etwa 15%) über; Kp2,1(i6) 125 0 C. Man prüfe das Produkt gaschromatographisch<br />
auf seine Reinheit. 3 )<br />
!) Über die Darstellung und Hydrolysierbarkeit von Azomethinen bzw. Urotropin vgl. D.7.1.1.<br />
2 ) H.-U. REISSIG, Privatmitteilung<br />
3 ) Folgende Bedingungen sind zur Trennung von Dicyclohexylamin und Dicyclohexylethylamin geeignet:<br />
Kolonnenlänge: l m; Phase: Hexamannitpropiononitrilether (10 %); Träger: Kieselgur; Temperatur:<br />
195 0 C; Gasstrom: 41 H2/Stunde.
D. 2.6. Nucleophile Substitution an Alkylhalogeniden, -sulfaten und -sulfonaten 245<br />
Dicyclohexylethylamin ist ein tertiäres Amin mit starker Abschirmung des Stickstoffatoms<br />
durch die raumfüllenden Cyclohexylgruppen. Es ist ein wichtiges Reagens zur Darstellung von<br />
Olefinen (vgl. D.3.I.5.).<br />
Analog den Alkylhalogeniden lassen sich auch a-Halogen-carbonsäuren ammonolysieren.<br />
Dabei entstehen a-Amino-carbonsäuren. Bei den höheren Fettsäuren werden am besten die a-<br />
Bromderivate eingesetzt, da die entsprechenden Chloride sehr lange Reaktionszeiten erfordern.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von a-Amino-carbonsäuren aus a-Halogencarbonsäuren<br />
(Tab. 2.85)<br />
In einem Rundkolben mit Rückflußkühler werden 8 mol Ammoniumcarbonat in 140 ml Wasser<br />
auf 55 0 C erwärmt und unter Schütteln auf 40 0 C gekühlt; bei dieser Temperatur werden<br />
6 mol konz. wäßrige Ammoniaklösung zugegeben. Diese Mischung läßt man 30 Minuten stehen.<br />
Dann wird l mol der betreffenden a-Halogencarbonsäuren nach und nach zugesetzt und<br />
das Gemisch im Falle der Bromverbindungen 24 Stunden, im Falle der Chlorverbindungen 40<br />
Stunden bei 40 bis 50 0 C belassen. Im Abzug werden Ammoniak und Kohlendioxid anschließend<br />
durch Erhitzen in einer Porzellanschale auf freier Flamme vertrieben, und dabei wird die<br />
Lösung eingeengt, bis die Innentemperatur UO 0 C erreicht hat. Man kühlt auf 6O 0 C und setzt<br />
3 l Methanol zu. Nach Stehen über Nacht im Kühlschrank wird filtriert und mit Methanol<br />
gewaschen. Die Aminosäure fällt in hoher Reinheit an.<br />
Tabelle 2.55<br />
a-Amino-carbonsäure aus a-Halogen-carbonsäuren<br />
Produkt<br />
a-Amino-essigsäure (Glycin)<br />
a-Amino-propionsäure (Alanin)<br />
a-Amino-buttersäure<br />
a-Amino-valeriansäure (Norvalin)<br />
Ausgangsverbindung<br />
ClCH2COOH<br />
CH3CHBrCOOH<br />
CH3CH2CHBrCOOH<br />
CH3(CH2)2CHBrCOOH<br />
F in 0 C<br />
232<br />
295<br />
Zers.<br />
(geschl. Rohr)<br />
l-Amino-3-methyl-butancarbonsäure (Leucin) (CH3)2CHCH2CHBrCOOH 292 50<br />
(geschl. Rohr)<br />
1-Amino-pentancarbonsäure (Norleucin) CH3(CH2)3CHBrCOOH 275 65<br />
303<br />
Ausbeute<br />
in %<br />
Tertiäre Amine reagieren mit Alkylierungsmitteln zu quartären Ammoniumsalzen und können<br />
so identifiziert werden.<br />
Quaternisierung von tertiären Aminen (Allgemeine Arbeitsvorschrift für die qualitative Analyse)<br />
0,5 g des betreffenden tertiären Amins und l g Quaternisierungsmittel (Methyliodid, p-Toluensulfonsäuremethylester<br />
u. a.) werden für sich im doppelten Volumen Nitromethan, Acetonitril<br />
oder Alkohol gelöst. (Die genannten Lösungsmittel eignen sich etwa in der angegebenen Reihenfolge<br />
abnehmend für die Quaternisierung.) Die Lösungen werden vereinigt, l Stunde stehengelassen<br />
und anschließend noch 30 Minuten auf dem Wasserbad erwärmt. Die quartären<br />
Salze scheiden sich mitunter direkt ab, anderenfalls dampft man im Vakuum ein und kristallisiert<br />
aus trockenem Essigester/Alkohol um.<br />
Quartäre Salze mit einem höheren Alkylrest (Q2 bis Ci8) sind oberflächenaktiv und bakterizid und werden<br />
daher als Textilhilfsmittel, Flotationsmittel und Desinfektionsmittel verwendet. Quartäre Salze von<br />
Dipyridylen, z. B. Paraquat, finden als Herbizide Verwendung.<br />
Ein wirtschaftlich sehr bedeutendes Herbizid ist Glyphosat, N-(Phosphonomethyl)-glycin, das durch<br />
Alkylierung von Glycin mit Chlormethylphosphonsäure hergestellt wird.<br />
70<br />
60<br />
60<br />
60
246 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
o ^c<br />
ty// \\ // \\i±> (C) u / \ /.v<br />
Me-N x >—(/ N-Me 2CI U (HO)2P-CH2-NH-CH2-COOH ( P(<br />
\=/ V=/ ^-NH N(CH2CH2CI)2<br />
Paraquat Glyphosat Cyclophosphamid<br />
[2.85a]<br />
Die alkylierende Wirkung von Bis(ß-chlorethyl)aminen (Stickstofflosten) auf die Desoxyribonucleinsäure<br />
(DNA) nutzt man in der Chemotherapie des Krebses. Ein Arzneimittel dieser Art ist Cyclophosphamid.<br />
Niedere aliphatische primäre, secundäre und tertiäre Amine gewinnt man in der Technik aus Ammoniak<br />
und Alkoholen durch katalytische Wasserabspaltung an Aluminiumoxidkontakten. Die anfallenden Gemische<br />
werden destillativ aufgearbeitet.<br />
2.6.5. Alkylierung von Phosphorverbindungen<br />
2.6.5.1. Alkylierung von tertiären Phosphinen<br />
Ebenso wie tertiäre Amine lassen sich auch die entsprechenden Phosphine durch Alkylierungsmittel<br />
quarternisieren:<br />
R-X + PRs [R-PRa] X 0 [2.86]<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Alkyltriphenylphosphoniumsalzen<br />
(Tab. 2.87)<br />
0,1 mol Triphenylphosphin wird mit einer gut gekühlten Lösung von 0,1 mol Alkylhalogenid in<br />
150 ml abs. Toluen versetzt und 20 Stunden im Autoklaven auf 130 0 C erhitzt. Der Niederschlag<br />
wird abgesaugt und gut mit heißem Toluen ausgewaschen.<br />
Bei kleineren Ansätzen verwendet man ein Bombenrohr; über 80 0 C siedende Alkylhalogenide<br />
kann man auch in Toluenlösung mit dem Phosphin 48 Stunden unter Rückfluß erhitzen.<br />
Tabelle 2.57<br />
Alkyltriphenylphosphoniumhalogenide<br />
Produkt Alkylhalogenid F in 0 C Ausbeute<br />
Methyltriphenylphosphoniumbromid<br />
Methyltriphenylphosphoniumiodid<br />
Ethyltriphenylphosphoniumbromid<br />
Isopropyltriphenylphosphoniumbromid<br />
Butyltriphenylphosphoniumbromid<br />
Benzyltriphenylphosphoniumbromid<br />
Methylbromid<br />
Methyliodid<br />
Ethylbromid<br />
Isopropylbromid<br />
Butylbromid<br />
Benzylbromid<br />
Zur Umsetzung der aus Alkyltriphenylphosphoniumsalzen zugänglichen Ylide bei der Carbonylolefinierung<br />
(Wittig-Reaktion) vgl. D.7.2.1.7.2.<br />
2.6.5.2. Michaelis-Arbuzov-Reaktion<br />
Bei der Michaelis-Arbuzov-Reaktion wird das Phosphoratom in Estern von Säuren des dreiwertigen<br />
Phosphors alkyliert. Dabei quaternisiert das Alkylierungsmittel zunächst den nucleophilen<br />
dreiwertigen Phosphor [2.88], I unter Bildung von [2.88], II. Dieses instabile Zwischenprodukt<br />
geht unter den Reaktionsbedingungen in die Verbindung des fünfwertigen Phosphors<br />
[2.88], III über:<br />
228<br />
185<br />
209<br />
238<br />
243<br />
280<br />
90<br />
90<br />
90<br />
80<br />
80<br />
80
R-X + Px-OR'<br />
D. 2.6. Nucleophile Substitution an Alkylhalogeniden, -sulfaten und -sulfonaten 247<br />
©/
T G<br />
248 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
Phosphororganische Verbindungen anderer Struktur finden als Insektizide Verwendung (z. B. Parathion,<br />
E 605 [Diethyl(4-nitro-phenyl)thionphosphat]; Chlorthion [(3-Chlor-4-nitro-phenyl)dimethylthionphosphat]).<br />
Die sogenannten Ultragifte DFP (Diisopropylfluorphosphat), Soman (Methylphosphonsäurefluoridpinacolylester),<br />
Sarin (Methylphosphonsäurefluoriddisopropylester), Tammelinscher Ester (Methylphosphonsäurefluoridcholinester)<br />
u. a. sind Phosphor- bzw. Phosphonsäurefluoride. Sie wirken als Cholinesterasehemmer.<br />
Die Cholinesterase ist verantwortlich für die Spaltung des bei der Reizleitung im vegetativen<br />
Nervensystem gebildeten Acetylcholins in Cholin und Essigsäure. Die Ultragifte blockieren diese Wirkung<br />
durch Phosphorylierung der Cholinesterase. 5-1O -7 g/l Luft dieser Verbindungen können beim Menschen<br />
schon nach l bis 2 Minuten starke Vergiftungserscheinungen hervorrufen. Die Ultragifte wurden als chemische<br />
Kampfstoffe vorgeschlagen. Auf Grund einer internationalen Konvention ist Produktion, Lagerung<br />
und Einsatz dieser Stoffe verboten.<br />
2.6.6. Alkylierung von Schwefelverbindungen<br />
In Analogie zur alkalischen Hydrolyse lassen sich Alkylhalogenide, -sulfate u. a. mit Natriumhydrogensulfid<br />
zu Thiolen umsetzen:<br />
R-X + 0 S-H R-S-H + X 0 [2.90]<br />
Als Nebenprodukte entstehen hierbei symmetrische Dialkylsulfide, da das in der alkalischen<br />
Lösung aus dem Thiol gebildete Thiolation mit noch nicht umgesetztem Alkylhalogenid reagiert:<br />
R-X + 0 S-R - R-S-R + X 0 [2.91]<br />
Diese Reaktion wird zur Hauptreaktion, wenn man 2 mol Alkylhalogenid mit Natriumsulfid<br />
umsetzt:<br />
2 R-X + Na2S R-S-R + 2 NaX [2.92]<br />
bzw. in Analogie zur Williamson-Synthese Thiolate mit Alkylhalogeniden zur Reaktion<br />
bringt. Hierdurch sind auch unsymmetrische Dialkylsulfide zugänglich.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung symmetrischer Dialkylsulfide (Tab. 2.93)<br />
Achtung! Viele Thiole und manche Dialkylsulfide haben einen äußerst unangenehmen,<br />
noch in großer Verdünnung lästigen Geruch! Im Abzug und mit Schutzhandschuhen arbeiten!<br />
Zur Verminderung der Geruchsbelästigung Reaktionsgefäße nach Abschluß der Präparation<br />
mit Kaliumpermanganatlösung behandeln!<br />
In einem Dreihalskolben mit Rückflußkühler (Intensivkühler), Tropftrichter und Rührer werden<br />
1,2 mol Natriumsulfid (Na2S - 9H2O) in 250 ml Wasser und 100 ml Methanol gelöst. Dann<br />
setzt man 2 mol des betreffenden Alkylbromids zu und kocht unter sehr kräftigem Rühren 5<br />
Stunden unter Rückfluß. Die Etherschicht wird nach dem Abkühlen abgetrennt und die wäßrige<br />
Lösung nochmals ausgeethert; die vereinigten organischen Phasen werden mit 10%iger<br />
Natronlauge und anschließend mit Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen mit Calciumchlorid<br />
wird destilliert. Feste Endprodukte saugt man ab, wäscht mit Wasser und kristallisiert um.<br />
Bei Halbmikroansätzen kann man auf den Rührer verzichten und im Rundkolben mit<br />
Rückflußkühler arbeiten.
D. 2.6. Nucleophile Substitution an Alkylhalogeniden, -sulfaten und -sulfonaten 249<br />
Tabelle 2.93<br />
Dialkylsulfide durch Alkylierung von Natriumsulfid<br />
Produkt<br />
Diethylsulfid<br />
Dipropylsulfid<br />
Dibutylsulfid<br />
Dibenzylsulfid<br />
Alkylierungsmittel<br />
Ethylbromid<br />
Propylbromid<br />
Butylbromid<br />
Benzylchlorid<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
91<br />
142<br />
75 i3(io)<br />
F 49 (MeOH)<br />
" 2 D°<br />
1,4426<br />
1,4473<br />
1,4529<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
2,2'-Dihydroxy-diethylsulfid (Thiodiglycol) aus 2-Chlor-ethanol (Ethylenchlorhydrin): FABER,<br />
E. M.; MILLER, G. E., Org. Synth., CoIl. Vol. D (1943), 576.<br />
Wertvolle Zwischenprodukte für weitere Umsetzungen, wie die Darstellung von Alkylthiolen,<br />
Thioethern und Dialkyldisulfiden, sind Alkylthiocyanate (Alkylrhodanide), die aus primären<br />
und secundären Alkylhalogeniden und Alkalithiocyanaten leicht zugänglich sind:<br />
R-X + S-C-N - R-S-C=N + X 0 [2.94]<br />
Das ambidente Nucleophil greift dabei das Substrat RX bevorzugt mit dem Zentrum höchster<br />
Polarisierbarkeit, dem Schwefel, an (Orbitalkontrolle). Mit Alkylhalodeniden, die bevorzugt nach<br />
einem SN1-Mechanismus reagieren, wie z. B. tert-Butylhalogenide, bilden sich dagegen Gemische<br />
aus Alkylthiocyanat und -isothiocyanat (zum Reaktionsverhalten ambifunktioneller nucleophiler<br />
Reagenzien vgl. C.6. und D.2.3.). Da die Alkylisothiocyanate die thermodynamisch stabilen Produkte<br />
sind, lassen sich in Fällen der leichten Bildung eines Alkyl-, Benzhydryl- oder Allylkations<br />
die Thiocyanate thermisch (ggf. unter Zusatz einer Lewis-Säure) in die entsprechenden Isothiocyanate<br />
(Senföle) umlagern. Man vergleiche die angegebene Literatur zur Darstellung von tert-Butylisothiocyanat<br />
sowie die am Ende des Kapitels.<br />
Die Reaktivität der Alkylthiocyanate wird durch die leichte Spaltbarkeit der S-CN-Bindung<br />
durch Basen bestimmt. So lassen sich diese Verbindungen durch alkalische Spaltung leicht in<br />
Alkylthiolate überführen ([2.95]) bzw. als maskierte Alkylsulfenverbindungen zur Substitution<br />
von C-Nucleophilen wie Acetyliden heranziehen ([2.96]):<br />
e ©<br />
RS-CN + OH + H2O RS + NH3 + CO2 [2.95]<br />
© ~<br />
RS-CN + ICEC-R' RS-C=C-R' + CN Ü [2.96]<br />
In der nachfolgenden Vorschrift werden die Alkylthiocyanate über eine Festphasenreaktion<br />
gewonnen, indem das Alkylthiocyanat auf Silicagel aufgebracht und in dieser Form mit dem<br />
Alkylhalogenid in Substanz (ohne Lösungsmittelzusatz) umgesetzt wird. Die Reaktion verläuft<br />
einheitlich und mit hohen Ausbeuten.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Alkylthiocyanaten über an Kieselgel aktiviertem<br />
Kaliumthiocyanat (Tab. 2.97)1)<br />
I<br />
Achtung! Arylmethylhalogenide sind stark haut- und schleimhautreizend. Abzug! Schutzhandschuhe<br />
tragen!<br />
In einem Rundkolben werden 7,5 g (0,075 mol) Kaliumthiocyanat in 25 ml destilliertem Wasser<br />
gelöst. Dazu gibt man in einem Schwung 7,5 g Silicagel 60. destilliert das Wasser unter einem<br />
Vakuum von 20 mbar und einer Badtemperatur von 5O 0 C im Rotationsvcrdampfer ab, und<br />
I Vorschrift in Anlehnung an: KODOMARI, M.; KUZUOKA, T; YOSHITOMI, S., Synthesis 1983,141<br />
65<br />
70<br />
70<br />
85
250 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
trocknet das Siligagel unter diesen Bedingungen weitere 4 Stunden. Zum abgekühlten Reagens<br />
wird 0,025 mol Alkylhalogenid gegeben. Ist die Substanz bei Raumtemperatur fest, so wird das<br />
Gemisch im Wasserbad auf eine Temperatur kurz oberhalb der Schmelztemperatur des Alkylhalogenids<br />
erwärmt, der Kolben verschlossen und mehrmals umgeschüttelt. Unter wiederholtem<br />
Schütteln läßt man 48 Stunden bei Raumtemperatur stehen. Danach wird das Silicagel auf<br />
eine Glasfritte gegeben und das Reaktionsprodukt unter Anlegen eines schwachen Vakuums<br />
mit fünf Portionen von jeweils 20 ml Methylenchlorid extrahiert. Nach Abdestillation des<br />
Lösungsmittels wird das Produkt durch Vakuumdestillation oder im Falle der Feststoffe durch<br />
Umkristallisation aus Ethanol gewonnen.<br />
Tabelle 2.97<br />
Alkylthiocyanate aus Alkylhalogeniden<br />
Produkt<br />
Butylthiocyanat<br />
Hexylthiocyanat<br />
Benzylthiocyanat<br />
4-Methyl-benzylthiocyanat<br />
2-Methyl-benzylthiocyanat<br />
1 ,4-Bis(thiocyanatomethyl)-benzen<br />
4-Methoxy-benzylthiocyanat<br />
2-Brom-benzylthiocyanat<br />
1 -Ihiocy anatomethyl-naphthalen<br />
2-Thiocyanatomethyl-naphthalen<br />
Alkylhalogenid<br />
Butyliodid<br />
Hexyliodid<br />
Benzylchlorid<br />
Benzylbromid<br />
4-Methyl-benzylchlorid<br />
4-Methyl-benzylbromid<br />
2-Methyl-benzylchlorid<br />
2-Methyl-benzylbromid<br />
1 ,4-Bis(dibrommethyl)benzen<br />
4-Methoxy-benzylchlorid<br />
2-Brom-benzylbromid<br />
1 -Chlormethyl-naphthalen<br />
2-Brommethyl-naphthalen<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
64i>6(12)<br />
931>3(10)<br />
39 (EtOH)<br />
1512,7(20)<br />
18 (EtOH)<br />
33 (EtOH)<br />
13Vi(D<br />
H3o,01(0,13)<br />
91 (EtOH)<br />
101 (EtOH)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Gemisch von tert-Butylthiocyanat und tert-Butylisothiocyanat aus tert-Butylchlorid und<br />
Alkalithiocyanat sowie Umlagemng des Gemisches zum tert-Butylisothiocyanat: SCHMIDT, E.;<br />
STRIEWSKY, W.; SEEFELDER, M.; HITZLER, F., Liebigs Ann. Chem. 568 (1950) 193.<br />
Wie die tertiären Amine und Phosphine reagieren auch Sulfide mit Alkylhalogeniden zu tertiären<br />
Sulfoniumsalzen:<br />
R-X + SR2<br />
©<br />
R-SR2I X" [2.98]<br />
Auch der Schwefel im Thioharnstoff besitzt eine hohe Nucleophilie, so daß er leicht alkylierbar<br />
ist. Mit Alkylhalogeniden bilden sich die S-Alkyl-thiouroniumsalze (von thiourea = Thioharnstoff):<br />
NH2<br />
R-X + S=C [2.99]<br />
© r<br />
R-S=C<br />
NH2<br />
NH2<br />
,NH2<br />
R-S-C<br />
NH2<br />
R-S-C<br />
©<br />
NH2<br />
^NH2<br />
NH2<br />
0<br />
X 0 -<br />
NH2<br />
85<br />
87<br />
95<br />
93<br />
90<br />
92<br />
90<br />
96<br />
98<br />
95
D. 2.6. Nucleophile Substitution an Alkylhalogeniden, -sulfaten und -sulfonaten 251<br />
Sie finden Anwendung zur Identifizierung von Alkylhalogeniden, indem sie in die besser<br />
kristallisierenden Prikrate umgewandelt werden, deren Schmelzpunkte tabelliert sind (vgl.<br />
Tab. E.45).<br />
Darstellung von 5-Alkyl-thiouroniumpikraten (Allgemeine Arbeitsvorschrift für die qualitative<br />
Analyse)<br />
0,2 g des Alkylhalogenids werden zu einer Lösung von 0,2 g Thioharnstoff in 0,6 ml Wasser und<br />
0,4 ml Ethanol gegeben. Man erwärmt die Mischung so lange auf dem Wasserbad unter Rückfluß,<br />
bis die Alkylhalogenidschicht verschwunden ist. Dann wird noch 15 Minuten weiter<br />
erhitzt. Man gibt daraufhin die Lösung noch heiß zu 40 ml einer siedenden wäßrigen l % igen<br />
Pikrinsäurelösung. Nach dem Erkalten werden die ausgeschiedenen Kristalle abgesaugt, mit<br />
Wasser gewaschen und aus wäßrigem Alkohol umkristallisiert.<br />
Äquivalentmassebestiimnung von 5- Alkyl-thiouroniumpikraten:<br />
0,3 bis 0,35g eines S-Alkyl-thiouroniumpikrats werden genau eingewogen, in 25 bis 50 ml<br />
Eisessig gelöst und mit einer 0,1 N Perchlorsäure in Eisessig 1 ) gegen Kristallviolett titriert.<br />
Berechnung<br />
Ä • i * /m *\ Einwaage (in g) • 1000<br />
Aquivalentmasse (Pikrat) = TT^.^ T .. -^— 5 / XT r—<br />
M v ' HClO4-Lösung (m ml) • Normalität<br />
Äquivalentmasse (Alkohol) = Äquivalentmasse (Pikrat) - 288,2<br />
S-Benzyl-thiouroniumchlorid bildet mit Sulfonsäuren und vielen Carbonsäuren schwerlösliche,<br />
gut kristallisierende S-Benzyl-thiouroniumsalze dieser Säuren, die zu deren Identifizierung<br />
geeignet sind.<br />
S-Alkyl-thiouroniumsalze lassen sich alkalisch leicht verseifen, wobei Thiole entstehen:<br />
1®<br />
.NH2<br />
R-S=C,<br />
NH2<br />
+ OT + H2O - R-S-H + CO2 + 2 NH3 [2.100]<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Thiolen über 5-Alkyl-thiouroniumsalze<br />
(Tab. 2.101)<br />
Achtung! Wegen des äußerst unangenehmen Geruchs der Thiole arbeite man in einem<br />
besonderen Stinkraum unter einem sehr gut ziehenden Abzug und benutze bei der Aufarbeitung,<br />
zum Reinigen der Geräte usw. Gummihandschuhe. Beim Reinigen der benutzten<br />
Gefäße spüle man diese mit konz. Salpetersäure oder Kaliumpermanganatlösung. Die<br />
Thiole werden dabei oxidiert, und die Geruchbsbelästigung wird vermindert.<br />
In einem Rundkolben wird zu 1,1 mol Thioharnstoff und 50 ml 95%igem Ethanol l mol Alkylbromid<br />
bzw. Alkylchlorid oder 0,5 mol Dialkylsulfat gegeben und 6 Stunden unter Rückfluß<br />
erhitzt. Zur Darstellung von Dimercaptoalkanen setzt man die doppelte Menge Thioharnstoff<br />
und Alkohol ein. Beim Abkühlen kristallisiert das Alkylthiouroniumsalz aus. Es wird abgesaugt<br />
und ohne weitere Reinigung zum Thiol verseift. Bleibt die Kristallisation aus, wird das<br />
Reaktionsgemisch gleich verseift. Hierzu versetzt man im Zweihalskolben l mol Thiouroniumsalze<br />
(im Falle der Thiouroniumsulfate nur 0,5 mol) mit 600 ml 5 N Natronlauge und erhitzt<br />
l ) VgI. Reagenzienhang
252 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
bei schwachem Einleiten von Stickstoff 2 Stunden unter Rückfluß. Zur Verminderung der<br />
Geruchsbelästigung wird der thiolhaltige Stickstoff durch eine Kaliumpermanganatlösung<br />
geleitet. Die abgekühlte Reaktionsmischung säuert man mit 2 N Salzsäure an, trennt die Thiolschicht<br />
ab, trocknet mit Magnesiumsulfat, wäscht bei den hochsiedenden Verbindungen (Kp ><br />
13O 0 C) das Trockenmittel mit Ether nach und fraktioniert über eine Vigreux-Kolonne. Die<br />
Vakuumdestillationen führt man unter Stickstoffatmosphäre aus. 1 )<br />
Vor allem bei den höheren Thiolen ist die Bildung von Disulfiden nicht ganz zu vermeiden.<br />
Sie bleiben im Destillationsrückstand.<br />
Die Vorschrift ist zur Halbmikropräparation geeignet.<br />
Tabelle 2.101<br />
Thiole über S-Alkylthiouroniumsalze<br />
Produkt Kp in 0 C no(°C) Ausbeute<br />
Butan- 1-thiol<br />
2-Methy 1-propan- 1 -thiol<br />
Butan-2-thiol<br />
Hexan- 1-thiol<br />
Dodecan- 1-thiol<br />
Phenylmethanthiol<br />
2-Phenyl-ethan-l-thiol<br />
Propan-l,3-dithiol<br />
Hexan- 1,6-dithiol<br />
98<br />
88<br />
85<br />
151<br />
i542,7(20)<br />
73i 3(io)<br />
1053,1(23)<br />
571>6(12)<br />
1192,0(15)<br />
1,4401 (25)<br />
1,4358 (25)<br />
1,4338 (25)<br />
1,4473 (25)<br />
1,4575 (20)<br />
1,5730(20)<br />
1,5642 (18)<br />
1,5403 (20)<br />
Darstellung von Dithioglycol aus 1,2-Dibrom-ethan und Thiohamstoff: SPEZI ALE, A. J., Org.<br />
Synth., CoIl. Vol. FV (1963), 401.<br />
Einige Mercaptoverbindungen besitzen technische Bedeutung, z.B. als Vulkanisationsbeschleuniger,<br />
Alterungsschutzmittel u. ä. Thioglycolsäure, die aus dem Natriumsalz der Chloressigsäure und Natriumhydrogensulfid<br />
oder Natriumthiosulfat hergestellt wird, ist der wirksame Bestandteil der Kaltwellenpräparate.<br />
Dodecylthiol (aus Dodecylchlorid und Natriumhydrogensulfid) wird als Regler bei der Butadienpolymerisation<br />
verwendet.<br />
2.6.7. Synthese von Alkylhalogeniden durch Finkelstein-Reaktion<br />
Halogenatome in Alkylhalogeniden lassen sich in einer Gleichgewichtsreaktion durch andere<br />
Halogene austauschen (Finkelstein-Reaktion):<br />
R-X + Y 0 - R-Y + X 0 [2.102]<br />
Die Reaktion wird meist zur Synthese von Alkylfluoriden und primären Alkyliodiden, die sich<br />
aus dem betreffenden Alkohol und lodwasserstoffsäure häufig nicht erhalten lassen, angewandt.<br />
Primäre Alkyliodide werden aus den entsprechenden Chloriden und Bromiden gewonnen.<br />
Als Lösungsmittel dient Aceton, in dem zwar Natriumiodid, nicht aber Natriumchlorid und<br />
-bromid löslich sind. Das bei der Umsetzung gebildete Natriumchlorid bzw. -bromid fällt aus,<br />
wodurch sich das Gleichgewicht zugunsten der Bildung des Alkyliodids verschiebt. Bei secundären<br />
und vor allem tertiären Alkylverbindungen versagt diese Reaktion.<br />
1 J VgI. A.2.3.2.2.<br />
90<br />
55<br />
60<br />
70<br />
70<br />
70<br />
70<br />
70<br />
60
D. 2.6. Nucleophile Substitution an Alkylhalogeniden, -sulfaten und -sulfonaten 253<br />
Das Fluoridion kann auf diese Weise ebenfalls eingeführt werden. Da das Fluoridion eine<br />
schlechte Abgangsgruppe ist (vgl. D.2.2.I.), verlagert sich das Gleichgewicht [2.102] zugunsten<br />
der Bildung des Alkylfluorids. Man setzt hierbei am besten die reaktionsfähigen Alkyliodide<br />
oder -tosylate mit Kaliumfluorid in polaren aprotonischen Lösungsmitteln (z.B. Dimethylformamid,<br />
Tetramethylensulfon) um. Die Ausbeuten lassen sich zum Teil beträchtlich steigern,<br />
wenn man in Acetonitril oder Toluen in Gegenwart eines Kronenethers (vgl. D.2.4.1.) oder<br />
unter den Bedingungen der Phasentransferkatalyse arbeitet (vgl. D.2.4.2.). Die Reaktion kann<br />
auch in Gegenwart von Lewis-Säuren, AgF, HgF2, HF/SbF3 (vgl. auch [2.104]), durchgeführt<br />
werden.<br />
Der Austausch des Tosylatrestes gegen Brom (mit Lithiumbromid in Aceton, Natriumbromid<br />
in Dimethylsulfoxid oder Calciumbromid in Alkohol) und lod (mit Kaliumiodid in Aceton)<br />
ist für die Darstellung solcher Alkylhalogenide bedeutungsvoll, die im sauren Gebiet zu<br />
Umlagerungen neigen (vgl. D.2.5.I.).<br />
Darstellung von secundären Alkylbromiden aus den Tosylaten mit Natriumbromid in Dimethylsulfoxid:<br />
CASON, J.; CORREIA, J. S., J. Org. Chem. 26 (1961), 3645.<br />
Darstellung von Alkyl- und Benzyliodiden und lodessigsäureethylester aus den Bromiden<br />
mit wasserfreiem Natriumiodid in Aceton: FINKELSTEIN, H., Ber. Deut. Chem. Ges. 43 (1910),<br />
1528. Zur Entfernung von lod kann an Stelle von Quecksilber mit einer verdünnten Natriumthiosulfatlösung<br />
oder Natriumhydrogensulfitlösung ausgeschüttelt werden.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Alkylfluoriden aus Alkyltosylaten (Tab. 2.103)<br />
| Achtung! Alkylfluoride sind starke Gifte! 1 ) Im Abzug arbeiten! F.<br />
In einer Destillationsapparatur mit einem in die Flüssigkeit eintauchenden Thermometer (KoI- ^<br />
ben mit zusätzlichem, schrägem Ansatz, vgl. Abb. A.4) werden 1,5 mol fein gepulvertes, trok- G<br />
kenes Kaliumfluorid in der acht- bis zehnfachen Masse Diethylenglycol bei etwa 50 0 C gelöst.<br />
Dann setzt man l mol des betreffenden p-Toluensulfonsäureesters zu und erhitzt etwa l Stunde<br />
auf 110 bis 120 0 C. Dabei destillieren die niederen Alkylfluoride (bis etwa C5) zum Teil ab. Der<br />
Rest wird danach bei einer Kolbeninnentemperatur von etwa 20O 0 C überdestilliert, bei den<br />
Alkylfluoriden mit Kettenlängen über C7 legt man zum Schluß schwaches Vakuum an.<br />
Das Destillat wird mit Wasser gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und über eine<br />
20-cm-Vigreux-Kolonne fraktioniert.<br />
Tabelle 2.103<br />
Alkylfluoride aus Alkyltosylaten<br />
Produkt Kp in 0 C nD 20 Ausbeute<br />
Butylfluorid<br />
Pentylfluorid<br />
Hexylfluorid<br />
Heptylfluorid<br />
Octylfluorid<br />
33<br />
64<br />
93<br />
120<br />
142<br />
1,3398<br />
1,3600<br />
1,3750<br />
1,3872<br />
1,3960<br />
In der Technik werden Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) aus Polychloralkanen und wasserfreier<br />
Flußsäure in Gegenwart von Lewis-Säuren, vor allem Antimonpentachlorid, hergestellt. Der Katalysator<br />
verschiebt die Reaktion in Richtung auf einen SNl-Typ:<br />
1 J Vgl. hierzu PATTISON, F. L. M.; NORMAN, J. J., J. Am. Chem. Soc. 79 (1959), 2311.<br />
50<br />
50<br />
50<br />
60<br />
60
254 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
H-F<br />
[2.104]<br />
Technisch bedeutungsvoll ist Chlordifluormethan, das durch Pyrolyse bei 70O 0 C zu Tetrafluorethylen<br />
umgesetzt wird, aus dem das chemisch inerte Polytetrafluorethylen (Teflon) gewonnen wird.<br />
Die früher als Kältemittel und Treibgase eingesetzten FCKW (CF2Cl2, CFCl3, CF2Cl-CFCl2) tragen zum<br />
Abbau der stratosphärischen Ozonschicht bei, deshalb wurden Produktion und Verwendung in Deutschland<br />
1995 eingestellt.<br />
2.6.8. Darstellung von Nitroalkanen 1)<br />
Alkyliodide und -bromide setzen sich mit Metallnitriten zu Gemischen aus Nitroalkanen und<br />
Salpetrigsäureestern (Isonitroalkanen) um. Zur Reaktionsweise ambifunktioneller nucleophiler<br />
anionischer Reagenzien vgl. C.6., D.2.3. und [2.31].<br />
Aus primären Halogeniden entstehen überwiegend Nitroalkane. Selbst bei Verwendung von<br />
Silbernitrit bilden sich keine größeren Mengen Alkylnitrit, sofern man in unpolaren Lösungsmitteln<br />
(Ether) arbeitet.<br />
Bei den secundären lodiden und Bromiden werden mit Silbernitrit in Ether nur noch etwa<br />
15% Nitroverbindung erhalten. Tertiäre Halogenide geben praktisch keine Nitroalkane, sondern<br />
Salpetrigsäureester und durch Eliminierung vor allem Olefine.<br />
Bei der Umsetzung primärer und auch secundärer Halogenide mit Natriumnitrit z. B. in<br />
Dimethylformarnid als Lösungsmittel entstehen auch im Falle der secundären Halogenide<br />
überwiegend die Nitroalkane. Die Reaktion mit tertiären Halogeniden führt auch unter diesen<br />
Bedingungen hauptsächlich zu Olefmen.<br />
Silbernitrit liefert zwar recht gute Ausbeuten an primären Nitroalkanen (wegen seiner hohen<br />
Reaktionsfähigkeit und der Bildung unlöslichen Silberhalogenids), Natriumnitrit ist dagegen viel<br />
billiger, so daß etwas niedrigere Ausbeuten in Kauf genommen werden können. Bei der Umsetzung<br />
secundärer Alkylhalogenide ist Natriumnitrit in Dimethylformamid vorzuziehen.<br />
Dimethylformamid ist wegen seines relativ guten Lösungsvermögens für beide Reaktionspartner<br />
und seiner geringen Fähigkeit, Anionen zu solvatisieren, als Reaktionsmedium gut geeignet.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Nitroalkanen (Tab. 2.105)<br />
0,3 mol des betreffenden Alkylhalogenids werden rasch zu einer Mischung von 0,5 mol Natriumnitrit<br />
und 0,5 mol Harnstoff (zur Erhöhung der Löslichkeit des Nitrits im Dimethylformamid)<br />
in 600 ml trockenem Dimethylformamid 2 ) gegeben und - je nach Reakvitität des HaIogenids<br />
- l bis 6 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Danach wird in 1,5 l Eiswasser gegossen,<br />
mehrmals mit Ether extrahiert, über Calciumchlorid getrocknet und über eine 30-cm-Vigreux-<br />
Kolonne rektifiziert. Als Vorlauf läßt sich der tiefer siedende, als Nebenprodukt entstandene<br />
Salpetrigsäureester gewinnen.<br />
1 J Zur Darstellung durch direkte Nitrierung aliphatischer Kohlenwasserstoffe vgl. D. 1.6.<br />
2 ) Vgl. Reagenzienanhang.
D. 2.6. Nucleophile Substitution an Alkylhalogeniden, -sulfaten und -sulfonaten 255<br />
Tabelle 2.105<br />
Nitroalkane und Salpetrigsäureester aus Alkylhalogeniden<br />
Nitroalkan<br />
2-Nitro-propan<br />
1-Nitro-hexan<br />
1-Nitro-octan<br />
2-Nitro-octan<br />
Phenylnitromethan<br />
Ausgangsverbindung<br />
Isopropyliodid<br />
1 J<br />
Hexylbromid<br />
Hexyliodid<br />
Octylbromid<br />
1-MethylheptyliodidBenzylbromid<br />
Zeit<br />
in h<br />
4<br />
4<br />
1<br />
4<br />
8<br />
5 3 )<br />
Kp<br />
in 0 C<br />
120<br />
822,oo5)<br />
1112,(H1S)<br />
9S1^14)<br />
93 0,4(3)<br />
no 20<br />
1,3971<br />
1,4235<br />
1,4323<br />
1,4279<br />
1,5323<br />
Ausb.<br />
in%<br />
26<br />
52<br />
55<br />
50<br />
52<br />
Alkylnitrit<br />
Kp in 0 C<br />
4S 2 )<br />
322,o(i5)<br />
852,o(i5)<br />
6O1^14)<br />
66 9i4(3)<br />
n 2 ?<br />
1,3990<br />
1,4301<br />
1,4082<br />
1,5010<br />
Ausb.<br />
in%<br />
1 J Das Isopropyliodid muß vorher von Spuren von lodwasserstoff befreit werden. Hierzu schüttelt man<br />
mit eiskalter Sodalösung aus, wäscht mit Eiswasser, trocknet stufenweise mit Magnesiumsulfat und verwendet<br />
das undestillierte Produkt.<br />
2 ) destilliert mit dem Ether<br />
3 ) Bei -20 bis -15 0 C arbeiten.<br />
Darstellung primärer Nitroalkane durch Umsetzung von Alkylbromiden oder -iodiden mit<br />
Silbermtrit in Ether: KORNBLUM, N; TAUB, B.; UNGNADE, H. E. J., J. Am. Chem. Soc. 76 (1954),<br />
3209; Org. Synth. CoIl. Vol. IV (1963), 724.<br />
Nitromethan stellt man im Laboratorium am besten durch Reaktion des Natriumsalzes der<br />
Chloressigsäure mit Natriumnitrit in wäßriger Lösung dar. (Warum kann man nicht die freie<br />
Chloressigsäure einsetzen, sondern muß erst neutralisieren?) Die entstehende Nitroessigsäure<br />
decarboxyliert beim Erhitzen. Man formuliere diese Reaktion! Eventuell entstandene Isonitroverbindungen<br />
kann nicht gefaßt werden, weil sie in der Reaktionslösung hydrolysiert.<br />
Darstellung von Nitromethan 1 )<br />
1,05 mol Chloressigsäure werden in einem großen Becherglas in 200 ml Wasser gelöst, mit Soda<br />
neutralisiert und mit einer Lösung von l mol Natriumnitrit in 120 ml Wasser versetzt. 100 ml dieser<br />
Lösung werden in einer Destillationsapparatur (500-ml-Kolben) auf dem Drahtnetz erhitzt, wobei<br />
unter Kohlendioxidentwicklung das gebildete Nitromethan gemeinsam mit Wasser abdestilliert.<br />
Durch einen auf dem Thermometerstutzen angebrachten Tropftrichter läßt man den Rest der<br />
Reaktionslösung so zur erhitzten Destillationslösung fließen, daß die Reaktion gut unter Kontrolle<br />
gehalten werden kann. Sobald in das Destillat keine Öltropfen mehr einfallen, wechselt man die<br />
Vorlage und destilliert noch 100 ml Wasser über. Das Nitromethan wird von der ersten Fraktion<br />
getrennt; die beiden wäßrigen Lösungen werden vereinigt und mit Kochsalz gesättigt. Danach wird<br />
nochmals etwa 1 A von dieser Lösung abdestilliert, wobei ein weiterer Anteil Nitromethan erhalten<br />
wird, das man ebenfalls abtrennt. Nach Trocknen mit Calciumchlorid wird erneut destilliert. Kp<br />
101 0 C; nD 2 o 1,3827; Ausbeute etwa 20 bis 24 g (33 bis 39 %).<br />
Mit etwa der gleichen Ausbeute läßt sich Dimethylsulfat mit Natriumnitrit zu Nitromethan<br />
umsetzen: DECOMBE, M. J., Bull. Soc. Chim. France 1953,1038.<br />
Die Überführung von Alkylhalogeniden in Nitroverbindungen kann man zur Unterscheidung<br />
primärer, secundärer und tertiärer Alkylhalogenide (bzw. der entsprechenden Alkohole)<br />
heranziehen. Die dabei gebildeten primären und secundären Nitroverbindungen ergeben nämlich<br />
mit salpetriger Säure leicht unterscheidbare Reaktionsprodukte (vgl. D.8.2.3.), während<br />
tertiäre Nitroverbindungen überhaupt nicht erhalten werden (s. oben).<br />
> STEINKOPF, W.; KIRCHHOFF, G., Ber. Deut. Chem. Ges. 42 (1909), 3438.<br />
23<br />
27<br />
28<br />
25
*G<br />
256 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
2.6.9. Darstellung von Alkylcyaniden (Kolbe-Nitrilsynthese)<br />
Bei der Umsetzung von Alkylhalogeniden mit Metallcyaniden sind wie bei der Reaktion mit<br />
Nitriten zwei Möglichkeiten für den Angriff am ambidenten Cyanidion gegeben, und es entstehen<br />
normalerweise Gemische von Nitrilen und Isocyaniden:<br />
R-C=N + X 0<br />
R-X + IC=N / Nitril [2.106]<br />
X © - Q<br />
R-N=CI + X°<br />
Isocyanid<br />
Das Verhältnis von Nitril zu Isocyanid hängt vom Reaktionstyp und von den Reaktionsbedingungen<br />
ab; zum Reaktionsverhalten ambifunktioneller nucleophiler Reagenzien vgl. C.6. und D.2.3.<br />
Bei aliphatischen primären Alkylhalogeniden und Benzylhalogeniden verläuft die Reaktion<br />
mit Alkylcyaniden auch in protonischen Lösungsmitteln (z. B. Alkohol, Alkohol/Wasser-Gemischen)<br />
weitgehend zum Nitril, und die unerwünschten Isocyanide, die sich durch ihren äußerst<br />
unangenehmen charakteristischen Geruch erkennen lassen, werden nur in untergeordnetem<br />
Maße gebildet. Bei substituierten Benzylhalogeniden, z. B. solchem mit +1- und +M-Substituenten<br />
(Alkyl- und Alkoxygruppen; vgl. D.2.2.I.), ist es ratsam, in einem protonen-freien<br />
Lösungsmittel zu arbeiten. Dadurch wird außerdem die bei diesen reaktionsfähigen Halogeniden<br />
mögliche Solvolyse zu Benzylalkoholen oder Benzylalkylethern verhindert.<br />
Secundäre Bromide oder Chloride lassen sich nur mit schlechten Ausbeuten umsetzen, während<br />
tertiäre Halogenide nicht mehr in der gewünschten Weise reagieren.<br />
Halogenalkohole, Halogenether und Halogencarbonsäuren (nach Neutralisation der Carboxylgruppe)<br />
reagieren glatt. An Stelle der Alkylhalogenide lassen sich häufig die entsprechenden<br />
Sulfate oder Sulfonate verwenden.<br />
Silbercyanid liefert in Ether in erwarteter Weise hauptsächlich Isocyanide.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Nitrilen (Tab. 2.107)<br />
Achtung! Alkalicyanide sind giftig! Besonders gefährlich ist die beim Ansäuern frei werdende<br />
Blausäure. Ein gutziehender Abzug ist unbedingt erforderlich. Größte Vorsicht beim<br />
Vernichten der Rückstände! Siehe auch Reagenzienanhang. Halogenmethylaromaten sind<br />
stark haut- und schleimhautreizend. Schutzhandschuhe tragen!<br />
Variante A: Umsetzung reaktionsfähiger Halogenide<br />
In einem mit Rückflußkühler versehenen 2-1-Zweihalbskolben wird l mol des betreffenden<br />
Halogenids mit 1,5 mol fein gepulvertem und bei 105 0 C getrocknetem Natriumcyanid,<br />
0,05 mol Natriumiodid und 500 ml trockenem Aceton unter Feuchtigskeitsausschuß 20 Stunden<br />
unter Rückfluß erhitzt. Dann kühlt man ab und saugt vom Salz ab, das mit 200 ml Aceton<br />
gewaschen wird. Der Filterrückstand wird unter Beachtung der notwendigen Vorsichtsmaßregeln<br />
1 ) vernichtet (enthält noch Natriumcyanid). Von den vereinigten Filtraten destilliert man<br />
das Aceton ab und fraktioniert den Rückstand im Vakuum.<br />
Bei Halbmikroansätzen wird im Rundkölbchen ohne Rührer gearbeitet.<br />
Variante B: Umsetzung reaktionsträger Halogenide<br />
Variante B.L Man arbeitet unter Verwendung von 90%igem Alkohol statt Aceton nach<br />
Variante A. Beim Abdestillieren des Lösungsmittels fällt häufig etwas Salz aus, das vor der<br />
Destillation des Produkts abgetrennt wird.<br />
1 J Vgl. Reagenzienanhang.
D. 2.6. Nucleophile Substitution an Alkylhalogeniden, -sulfaten und -sulfonaten 257<br />
Variante B.2. In einem 1-1-Dreihalskolben mit Rührer, Rückflußkühler und Innenthermometer<br />
werden 250 ml Triethylenglycol, 1,25 mol gut gepulvertes, trockenes Natriumcyanid und l mol<br />
Alkylbromid oder Alkylchlorid unter gutem Rühren vorsichtig erhitzt. Der Beginn der stark<br />
exothermen Reaktion ist bei den niederen Alkylhalogeniden daran zu erkennen, daß die<br />
Lösung aufsiedet. Man steigert die Temperatur langsam auf 14O 0 C, bei der Umsetzung von<br />
Benzylhalogeniden nur auf 100 0 C, und rührt bei dieser Temperatur noch 30 Minuten.<br />
Die Aufarbeitung richtet sich nach dem Siedepunkt des gebildeten Nitrils und seiner Löslichkeit<br />
in Wasser:<br />
2.1. Die niederen, leicht wasserlöslichen und leicht flüchtigen Nitrile (Alkylkette kleiner als<br />
C5) werden direkt aus der Reaktionsmischung, evtl. im schwachen Vakuum, abdestilliert, mit<br />
gesättigter Kochsalzlösung gewaschen, über Calciumchlorid getrocknet und über eine 30-cm-<br />
Vigreux-Kolonne redestilliert.<br />
2.2. Bei höheren Nitrilen gießt man die Reaktionsmischung in Wasser (etwa l 1) und extrahiert<br />
viermal mit je 150 ml Chloroform. Anhaftendes Isocyanid kann aus den vereinigten<br />
Chloroformextrakten entfernt werden, indem man etwa 5 Minuten mit 100 ml 5%iger Schwefelsäure<br />
schüttelt, mit verdünnter Natriumhydrogencarbonatlösung entsäuert, anschließend<br />
nochmals mit Wasser wäscht und über Calciumchlorid trocknet; das Nitril wird durch Destillation<br />
gereinigt.<br />
Bei Halbmikroansätzen arbeitet man ohne Rührer und Innenthermometer und kontrolliert<br />
die Temperatur im Heizbad.<br />
Tabelle 2.107<br />
Nitrile aus Alkylhalogeniden<br />
Produkt Ausgangsverbindung Variante Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
Benzylcyanid<br />
4-Methoxy-benzylcyanid3,4-Dimethoxy-benzylcyanid2,5-Dimethoxy-benzylcyanid2,4-Dimethyl-benzylcyanid2,5-Dimethyl-benzylcyanid2,4,6-Trimethylbenzylcyanid<br />
2-Chlor-benzylcyanid<br />
3-Chlor-benzylcyanid<br />
4-Chlor-benzylcyanid<br />
2-Brom-benzylcyanid<br />
3-Brom-benzylcyanid<br />
4-Brom-benzylcyanid<br />
Naphth-1-yl-acetonitril<br />
Acetonitril<br />
Propiononitril<br />
Butyronitril<br />
Benzylchlorid<br />
4-Methoxy-benzylchlorid<br />
3,4-Dimethoxy-benzylchlorid2,5-Dimethoxy-benzylchlorid2,4-Dimethyl-benzylchlorid2,5-Dimethyl-benzylchlorid2,4,6-Trimethyl-benzylchlorid<br />
2-Chlor-benzylchlorid<br />
2-Chlor-benzylbromid<br />
3-Chlor-benzylbromid<br />
4-Chlor-benzylchlorid<br />
4-Chlor-benzylbromid<br />
2-Brom-benzylbromid<br />
3-Brom-benzylbromid<br />
4-Brom-benzylbromid<br />
1-Chlormethylnaphthalen<br />
Dimethylsulfat 1 )<br />
Diethylsulfat 1 )<br />
Propylbromid<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
B.2.2<br />
B.2.2<br />
B.2.2<br />
B.2.2<br />
B.2.2<br />
B.2.2<br />
B.2.2<br />
A<br />
B.2.1<br />
B.2.1<br />
B.2.!<br />
1091j(13)<br />
94o,03(o,3)<br />
1500?2(1,5)<br />
F 68 (EtOH)<br />
!6 2 I^12)<br />
F 55 (EtOH)<br />
138^5(I1)<br />
102o.i
258 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
Tabelle 2.707 (Fortsetzung)<br />
Produkt Ausgangsverbindung Variante Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
Valeronitril<br />
Hexannitril<br />
Heptannitril<br />
Nonannitril<br />
Undecannitril<br />
Dodecannitril<br />
Tridecannitril<br />
Tetradecannitril<br />
Succinonitril<br />
Glutaronitril<br />
Adiponitril<br />
Butylbromid<br />
Butylchlorid<br />
Pentylbromid<br />
Pentylchlorid<br />
Hexylbromid<br />
Hexylchlorid<br />
Octylbromid<br />
Decylbromid<br />
Undecylbromid<br />
Dodecylbromid<br />
Dodecylchlorid<br />
Tridecylbromid<br />
1 ,2-Dibrom-ethan<br />
1 ,3-Dibrom-propan,<br />
1 ,3-Dichlor-propan<br />
1 ,4-Dibrom-butan,<br />
1 ,4-Dichlor-butan<br />
B.2.1<br />
B.2.2<br />
B.1<br />
B.2.2<br />
B.1<br />
B.2.2<br />
B.2.2<br />
B.2.2<br />
B.2.2<br />
B.1<br />
B.2.2<br />
B.1<br />
B.1<br />
B.1<br />
139<br />
806>6(5o)<br />
966,6(50)<br />
981>3(1o)<br />
131i,66(12)<br />
16O2^i8)<br />
167i)3(io)<br />
F 19<br />
H4o,3(2)<br />
F 53<br />
101o,2(1,5)<br />
H5o,i(i)<br />
1,3939<br />
1,4050<br />
1,4125<br />
1,4235<br />
1,4312<br />
1,4341<br />
1,4389<br />
1,4392<br />
1,4339<br />
1,4369<br />
Ausbeute<br />
Das Sulfat wird wegen seiner höheren Siedetemperatur eingesetzt. Unter den Reaktionsbedingungen<br />
treten beide Alkylgruppen in Reaktion. Das Endprodukt wird nicht mit Kochsalzlösung gewaschen.<br />
Aliphatische Nitrile lassen sich mit ausgezeichneten Ausbeuten auch in Dirnethylsulfoxid als<br />
Lösungsmittel darstellen: SMILEY, R. A.; ARNOLD, C, J. Org. Chem. 25 (1960), 257; FRIEDMAN,<br />
L.; SHECHTER, H., J. Org. Chem. 25 (1960), 877 (Arbeiten mit zahlreichen Beispielen).<br />
Nitrile sind präparativ sehr wertvolle Verbindungen, da sie leicht zugänglich und zu vielfältigen<br />
Reaktionen befähigt sind. So lassen sie sich durch Hydrolyse in Carbonsäureamide und<br />
weiter in Carbonsäuren (vgl. D.7.1.5.) und durch Reduktion in Alkylamine (vgl. D.7.1.7. und<br />
D.7.3.1.1.) überführen:<br />
R-CEN + H2O<br />
R-CEN + 2 H2<br />
/y + HO //<br />
R_c/ _Ü2^NH3+R_C/<br />
NH2<br />
R-CH2-NH2<br />
OH<br />
80<br />
80<br />
80<br />
75<br />
80<br />
90<br />
80<br />
85<br />
50<br />
60<br />
60<br />
[2.108]<br />
[2.109]<br />
Die Umsetzung von Alkylcyaniden mit Halogenverbindungen wird aus diesen Gründen auch technisch<br />
durchgeführt, z. B.:<br />
Ph-CH2-CI Ph-CH2-CN<br />
Benzylcyanid<br />
Ph-CH2-COOH (t<br />
Phenylesslgsäure<br />
Vh-CH2-CH2-NH2<br />
ß-Phenylethylamin<br />
• Ester: Riechstoffe,<br />
Pharmazeutika)<br />
[2.110]
D. 2.7. Nucleophile Substitution an substituierten Silanen 259<br />
CI-CH2-COOH NC-CH2-COOH HOOC-CH2-COOH (— Pharmazeutika)<br />
Cyanessigsäure Malonsäure [2.111]<br />
4-lsobutyl-benzylcyanid<br />
/-Bu^ 7 X ^CH-CN /-Bu^ 7 ^CH-COOH<br />
Ibuprofen<br />
(Antiphlogistikum, Antirheumatikum)<br />
2.7. Nucleophile Substitution an substituierten Silanen<br />
[2.112]<br />
Gewisse Organosiliciumverbindungen sind in der Lage, wie die analogen Kohlenstoffverbindungen<br />
zu reagieren. So können Silane mit geeigneter Abgangsgruppe am Silicium nucleophil<br />
substituiert werden. Chlortrimethylsilan reagiert mit Aminen, Amiden, Alkoholen und anderen<br />
Nucleophilen zu Trimethylsilylammen, -amiden, Trimethylalkoxysilanen und anderen trimethylsilylierten<br />
Verbindungen, z. B.:<br />
H3Cx H3Cx @<br />
H3C-Si-CI +2HNR2 H3C-Si-NR2 +R2NH2CI [2.113]<br />
H3C H3C<br />
Es handelt sich dabei um eine SN2-Si-Reaktion. Aus den Reaktanden gebildete Additionsverbindungen<br />
mit fünfbindigem Silicium, an denen sich das Si-Atom mit den d-Elektronen beteiligt,<br />
werden als Zwischenprodukte nur in speziellen Fällen diskutiert.<br />
Viele Trimethylsilylverbindungen werden nicht direkt mit Chlortrimethylsilan hergestellt,<br />
sondern vorteilhafter durch Austausch mit einem zunächst synthetisierten silylierten secundärem<br />
Amin oder Amid, z. B.:<br />
Me3Si-NEt2 + H2N-R —r^zr* Me3Si-NH-R [2.114]<br />
— HNc:t2<br />
Die Reaktion kann durch Säure, mitunter auch bereits mit Arnmoniunisulfat katalysiert werden.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Triniethylsilylierung von Amino- und HydroxyVerbindungen<br />
(Tab. 2.115)<br />
Achtung! Alle Agenzien und verwendeten Geräte müssen wasserfrei sein! Im Abzug und<br />
mit Schutzhandschuhen arbeiten!<br />
In einem 250-ml-Dreihalskolben mit Rührer, Tropftrichter und Rückflußkühler, der mit einem<br />
CaCl2-Rohr versehen ist, legt man 100 ml trockenen Ether, 0,2 mol der Ausgangsverbindung<br />
und 0,2 mol Triethylamin, für Hydroxyverbindungen 0,2 mol Pyridin vor. Für die Umsetzung<br />
von Amiden verwendet man 100 ml Toluen als Lösungsmittel. Innerhalb 20 bis 30 Minuten<br />
wird eine Lösung von 0,2 mol frisch destilliertem Chlortrimethylsilan in 50 ml des verwendeten<br />
Lösungsmittels zugetropft. Anschließend erhitzt man bei Aminoverbindungen 2 Stunden im<br />
Wasserbad unter Rückfluß. Alle Ansätze bleiben gut verschlossen ca. 12 Stunden stehen. Dann<br />
wird abgesaugt, der Rückstand mit 30 ml Lösungsmittel gewaschen, das Lösungsmittel im<br />
Vakuum abdestilliert und der Rückstand fraktioniert.
260 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
Tabelle 2.775<br />
Trimethylsilylierung von Amino- und Hydroxyverbindungen<br />
Produkt<br />
N-Trimethylsilyl-diethylamin<br />
N-Trimethylsilyl-piperidin<br />
N-Trimethylsilyl-acetamid 2 )<br />
N-Methyl-N-trimethylsilylformamid<br />
Butoxytrimethylsilan<br />
Cyclohexyloxytrimethylsilan<br />
Ausgangsverbindung<br />
Diethylamin 1 )<br />
Piperidin<br />
Acetamid<br />
N-Methyl-formamid<br />
Butanol<br />
Cyclohexanol<br />
Kp in 0 C<br />
126<br />
Af\ _,_„.<br />
**^2,7(20)<br />
161<br />
663,3(25)<br />
841J(13)<br />
78 1 ,1(8)<br />
64i,6(12)<br />
123... 124<br />
169... 170<br />
n 2 ?<br />
1,4112<br />
1,4423<br />
1,4179<br />
1,4408<br />
1,3930<br />
1,4315<br />
(p-Brom-phenoxy)trimethylsilan p-Brom-phenol ^>l,9(14) 1,5145 55<br />
Ausbeute<br />
in %<br />
1 J 0,4 mol vorlegen; der Triethylaminzusatz unterbleibt.<br />
2 ) F 29...33 0 C; falls das Produkt im Kühler erstarrt, wird das Kühlwasser abgestellt und der Wassermantel<br />
evtl. erwärmt.<br />
Chlortrimethylsilan ist ein Hilfsmittel in der organischen Synthese. Der Trimethylsilylrest<br />
dient als leicht hydrolysierbare Schutzgruppe für die Carboxylgruppe, z. B. bei speziellen Peptidsynthesen<br />
(s. z. B. [7.54]). Silylenolether sind wichtige Zwischenprodukte für Substitutionen<br />
von Carbonylverbindungen in ß-Stellung (vgl. D.7.4.2.). Der Trimethylsilylrest kann gezielt<br />
durch Elektrophile ersetzt werden, z. B. bei der Reaktion mit Alkylhalogeniden. In der Analytik<br />
werden Gemische von amino- oder hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen, die selbst nur<br />
unter Zersetzung flüchtig sind, trimethylsilyliert und anschließend gaschromatographisch<br />
getrennt. Chlortrimethylsilan dient aber auch zur Maskierung bekannter nucleophiler Agenzien:<br />
Me3Si-CN Me3Si - © 0<br />
Me3Si-N=N=NI<br />
75<br />
60<br />
65<br />
70<br />
50<br />
65<br />
[2.116]<br />
Trimethylsilylcanid ist für einige Reaktionen besser geeignet als Blausäure selbst (vgl. [7.15O]).<br />
Trimethylsilylazid benutzt man vorteilhaft an Stelle der explosiven Stickstoffwasserstoffsäure.<br />
Trimethylsilylazid: BIRKHOFER, L.; WEGENER, R, Org. Synth. 50 (1970), 107.<br />
Chlortrimethylsilan wird technisch aus Methylchlorid und Silicium (Müller-Rochow-Synthese) hergestellt.<br />
Es hydrolysiert leicht zum Trimethylsilanol, das rasch intermolekular zum Hexamethyldisiloxan kondensiert.<br />
Diese Eigenschaft der Chlorsilane nützt man aus bei der technischen Herstellung der Silicone.<br />
Dabei werden Dialkyl- oder Diaryldichlorsilane zu disubstituierten Silandiolen hydrolysiert, die unter<br />
Polykondensation weiterreagieren.<br />
Silicone sind makromolekulare Polysiloxane und als Siliconöle, -harze und -kautschuk im Handel.<br />
Persilylierung von Cellulose mit Trimethylsilychlorid ergibt ein in Kohlenwasserstoffen lösliches Cellulosederivat,<br />
wodurch für dieses Biopolymer neue Anwendungsmöglichkeiten erschlossen werden.<br />
Über die Fluorid-induzierte Spaltung von speziellen, cyclische Peroxide enthaltende Silylethern, die zu<br />
Chemilumineszenz führt, und über die Bedeutung dieser Reaktion in der medizinisch-biochemischen Analytik<br />
vgl.: ALBRECHT, S.; BRANDL, H.; ADAM, W., Chem. unserer Zeit 24 (1990), 227-238
2.8. Literaturhinweise<br />
Zum Mechanismus der nucleophilen Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
D. 2.8. Literaturhinweise 261<br />
BENTLEY, T. W.; SCHLEYER, P. v. R., Adv. Phys. Org. Chem. 14 (1977), 1.<br />
BUNTON, C. A.: Nucleophilic Substitution at a Saturated Carbon Atom. - Eisevier, Amsterdam, London,<br />
New York 1963.<br />
GOMPPER, R., Angew. Chem. 76 (1964), 412^23.<br />
HARRIS, J. M., Progr. Phys. Org. Chem. 11 (1974), 89-173.<br />
HARTSHORN, S. R.: Aliphatic Nucleophilic Substitution . - Cambridge University Press, Cambridge 1973.<br />
DE La MARE, P. B. D.; SWEDLUND, B. E., in: The Chemistry of the Carbon-Halogen Bond. Hrsg.: S. PATAI. -<br />
John Wiley & Sons, London, New York, Sydney, Toronto 1973, S. 407^90.<br />
PARKER, A. K., Quart. Rev. 16 (1962), 163-187; Adv. Org. Chem. 5 (1965), 1; Adv. Phys. Org. Chem. 5<br />
(1967), 173.<br />
RUBAKOV, E. S.; KOZHEVNIKOV, I. V; SAMASHIKOV, V. V, Usp. Khim. 43 (1974), 707-726.<br />
STREITWIESER jun., A.: Solvolytic displacement reactions. - McGraw HiIl Book Comp., New York 1962;<br />
Chem. Rev. 56 (1956), 571-752.<br />
THORNTON, E. R.: Solvolysis Mechanism. - Ronald Press Comp., New York 1964.<br />
Nucleophile Substitution über Radikalanionen<br />
BELECKAJA, I. R; DROZD, V. N., Usp. Khim. 48 (1979), 793-828.<br />
CHANON, N.; TOBE, M. L., Angew. Chem. 94 (1982), 27.<br />
KORNBLUM, R, Angew. Chem. 87 (1975), 797-808.<br />
Nucleophile Substitutionen unter Phasentransferkatalyse<br />
DEHMLOW, E. V, Angew. Chem. 89 (1977), 521; 86 (1974), 187.<br />
DEHMLOW, E.V.; DEHMLOW, S. S.: Phase Transfer Catalysis. - Verlag Chemie Weinheim/Bergstr., Deerfield<br />
Beech/Florida, Basel 1980.<br />
STARKS, C. M.; LIOTTA, C.: Phase Transfer Catalysis. - Academic Press, New York 1978.<br />
WEBER, W. R; GOKEL, G. W.: Phase Transfer Catalysis in Organic Syntheses. - Springer Verlag, Berlin, Heidelberg,<br />
New York 1977.<br />
Darstellung von Alkylhalogeniden aus Alkoholen<br />
ROEDIG, A., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 5/4 (1960), S. 361^11,610-628.<br />
STROH, R. in: HOUBEN-WEYL. Bd. 5/3 (1962), S. 830-838, 862-870.<br />
Mitsunobu-Reaktion<br />
MITSUNOBU, O., Synthesis 1981,1-28.<br />
HUGHES, D. L., Org. React. 42 (1992), 335-656.<br />
Hydrolyse von geminalen Dihalogeniden zu Aldehyden<br />
BAYER, O., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 7/1 (1954), S. 211-220.<br />
Darstellung von Ethern<br />
MEERWEIN, H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 6/3 (1965), S. 1(MO.<br />
Etherspaltung<br />
BHATT, M. V; KULKARNI, S. U, Synthesis 1983, 249-282.<br />
BURWELL JR., R. L., Chem. Rev. 54 (!954), 615-685.<br />
MEERWEIN, H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 6/3 (1965), S. 143-!7L<br />
ROTH, H.; MEERWEIN, H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 2 (195 ), S.423-426.<br />
Darstellung von Thiolen, Thioethera und Thiocyanaten<br />
FIELD, L., Synthesis 1972, 10!-133; 1978, 713-740.<br />
GUNDERMANN, K.-D; HÜMKE, K., in: HOUBEN-WEYL. Bd. E H/1 (1985), S. 32-63; 158-187.<br />
SCHÖBERL, A.; WAGNER, A., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 9 (!955), S. 7-19; 97-1.13.
262 D. 2. Nucleophile Substitution am gesättigten Kohlenstoffatom<br />
BÖGEMANN, M.; PETERSEN, S.; SCHULTZ, O.-E.; SOLL, H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 9 (1955), 856-867<br />
HARTMANN, A., in: HOUBEN-WEYL. Bd. E 4 (1983), S. 834-883; 940-970.<br />
Darstellung von Carbonsäureestern durch Alkyliening von Carbonsäuresalzen<br />
HENECKA, H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 8 (1952), S. 514-543.<br />
PIELARTZIK, H.; IRMISCH-PIELARTZIK, B.; EICHER, T, in: HOUBEN-WEYL.Bd. E 5/1 (1985), S. 684-690.<br />
Fmkelstein-Reaktion<br />
MILLER, J. A.; NUNN, M. J., J. Chem. Soc., Perkin Trans. 11976,416.<br />
ROEDIG, A., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 5/4 (1960), S. 595-605.<br />
Darstellung von Pluoriden<br />
BOCKEMÜLLER, W., in: Neuere Methoden, Bd. l (1944), S. 217-236.<br />
FORCHE, W. E., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 5/3 (1962), S. 1-397.<br />
HENNE, A. L.: Org. React. 2 (1949), 49-93.<br />
Darstellung aliphatischer Nitroverbindungen<br />
KORNBLUM, N.: Org. React. 12 (1962), 101-156.<br />
PADEKEN, H. G., u. a., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 10/1 (1971), S. 46-60.<br />
Darstellung von Nitriten aus Alkylhalogeniden, -sulfaten u. a.<br />
GUNDERMANN, C., in: HOUBEN-WEYL. Bd. E 5/2 (1985), S. 1447-1485.<br />
KURTZ, R, in: HOUBEN-WEYL. Bd. 8 (1952), S. 290-311.<br />
MOWRY, D. T, Chem. Rev. 42 (1948). 189-284.<br />
Darstellung von Aminen aus HaJogenverbindungen<br />
GIBSON, M. S.; BRADSHAW, R. W., Angew. Chem. 80 (1968), 986.<br />
SPIELBERGER, G, in: HOUBEN-WEYL. Bd. 11/1 (1975), S. 24-108.<br />
Darstellung quartärer AmmonJumverbindungen<br />
GOERDELER, J., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 11/2 (1958), S. 591-630.<br />
Darstellung quartärer Phosphoniumverbindungen<br />
JÖSDEN, K., in: HOUBEN-WEYL. Bd. E l (1982), S. 491-572.<br />
SASSE, K., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 12/1 (1963), S. 79-104.<br />
Michaelis- Arbuzov-Reaktion<br />
BHATTACHARVA, A. K.; THYAGARAJAN, G., Chem. Rev. 81 (1981), 415-430.<br />
HEYDT, H.; REGITZ, M., in: HOUBEN-WEYL. Bd. E 2 (1982), S. 19-23; 198-204; 366-377.<br />
SASSE, K., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 12/1 (1963), S. 150-152; 251-257; 433-^46.<br />
Nucleophile Substitutionen an Halogentrialkylsilanen<br />
BURKHOFER, L.; STUHL, O., in: Topics in Current Chemistry. Bd. 88. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg,<br />
New York 1980. S. 33-88.<br />
KLEBE, J. F., in: Advances in Organic Chemistry. Bd. 8. Wiley-Interscience, New York, London 1972. S. 97-<br />
178.
D. 3.1. Ionische a,ß-Eliminierungen 263<br />
D.3 Eliminierung unter Bildung von C-C-Mehrfachbindungen<br />
Bei Eliminierungsreaktionen werden zwei Atome oder Atomgruppen (z.B. Y und X) aus<br />
einem Molekül abgespalten. Die Stellung dieser beiden Gruppen zueinander bestimmt die<br />
Struktur des Endproduktes und kann zur Klassifizierung der Eliminierungsreaktion dienen.<br />
Die wichtigsten Fälle sind:<br />
a) o,ß- (bzw. l,2-)Eliminierungen,<br />
die unter Bildung von Mehrfachbindungen verlaufen:<br />
Y-C-C-X C=C [3.1]<br />
b) a, a- (bzw. IJ-)Eliminierungen,<br />
die zu Systemen mit Elektronensextett, z. B. zu Carbenen, führen:<br />
Y-C-X IC [3.2]<br />
Eliminierungen können nach ionischen, radikalischen oder pericyclischen Reaktionsmechanismen<br />
verlaufen.<br />
3.1. Ionische a^-Eliminierungen<br />
Die wichtigsten ionischen a,ß-Eliminierungsreaktionen findet man in Tabelle 3.3.<br />
Tabelle 3.3<br />
Wichtige ionische Eliminierungsreaktionen<br />
I \ /<br />
H-C-C-OH C=C + H-OH Dehydratisierung<br />
/ \ («,ß-Hydro-hydroxyeliminierung 1 ))<br />
M \ /<br />
H-C-C-OR C-C + H-OR 0,0-Hydro-alkoxyeliminierung 1 )<br />
M \ /<br />
H-C-C-HaI C=C + H-HaI o,ß-Dehydrohalogenierung<br />
I l / \ («,ß-Hydro-haloeliminierung 1 ))<br />
\ /<br />
C=Cx -C=C- -i- H-HaI<br />
H' HaI<br />
I /P<br />
H-C-C<br />
\<br />
C=C=O + H-CI Ketensynthese<br />
I b<br />
7<br />
I I © \ / © ©<br />
H-C-C-NR3 - C=C + H-NR3 OH<br />
| | 0 / \ Hofmann-Abbau quaternärer<br />
OH A O ~ Ammoniumsalze<br />
= NR3 + H2O (a,ß-Hydro-trialkylaminoeliminierung<br />
1 ))<br />
1 J lUPAC-Nomenklatur
264 D. 3. Eliminierung unter Bildung von C-C-Mehrfachbindungen<br />
Durch a,ß-Eliminierung sind außer Olefinen und Acetylenen auch heteroanaloge ungesättigte<br />
Verbindungen (z. B. >C=N-, -ON) präparativ zugänglich.<br />
3.1.1. Substitution und Eliminierung als Konkurrenzreaktionen.<br />
Mechanismus ionischer Eliminierungen<br />
Nucleophile Substitutionen (D.2.) und ionische Eliminierungen sind Umsetzungen, die nach<br />
verwandten Mechanismen ablaufen. In beiden Fällen handelt es sich um die Reaktion einer<br />
Lewis-Base Bl mit einem Substrat RX, wobei X nucleofug aus RX verdrängt wird. Im Falle der<br />
nucleophilen Substitution reagiert Bl als Nucleophil und verbindet sich mit R zu R-B [2.5], im<br />
Falle der Eliminierung reagiert es jedoch als Base und spaltet ein Proton vom ß-C-Atom des<br />
Restes R ab, wobei ein Olefin entsteht:<br />
Bl 0 H-^Cr-C^X ^== HB + X C=C 7 + Xl 0 1) [3.4]<br />
I l / \<br />
Außer dem Proton kann aus geeigneten Substraten auch ein anderes, positiv geladenes Molekülfragment<br />
abgespalten werden, z. B.:<br />
© i i \ / \_2_<br />
H2O-C-C-C-OH H2O + C=C + C-OH<br />
' ' / \ /<br />
H® I-H® [3.5]<br />
HO-C-C-C-OH C=O<br />
I I /<br />
Reaktionen dieses Typs werden als Fragmentierungen bezeichnet. 2 ) Die Eliminierung kann formal als Spezialfall<br />
einer Fragmentierung aufgefaßt werden.<br />
Bei ionischen a,ß-Eliminierungen lassen sich je nach dem Verhältnis der Geschwindigkeiten<br />
der Spaltung der C-X-Bindung und der Spaltung der C-H-Bindung folgende Grenzfälle unterscheiden:<br />
Monomolekulare Eliminierung El<br />
Die Spaltung der C-X-Bindung geht der C-H-Bindungsspaltung voraus. Es entsteht zunächst<br />
wie bei der SN1-Reaktion ein Carbeniumion, aus dem in einem zweiten Reaktionsschritt das<br />
H®-Ion abgespalten und das Olefin gebildet wird:<br />
M I /<br />
H-C-C-X H-C-C©<br />
I l I \<br />
/ \ /<br />
H-C-C© HB + C=C<br />
I \ / \<br />
1<br />
) Sowohl das basische Agens als auch die Abgangsgruppe können auch nicht geladene Verbindungen<br />
sein.<br />
2<br />
) VgI. GROB, C. A.; SCHIESS, P. W., Angew. Chem. 79 (1967), 1; GROB, C. A., Angew. Chem. 81 (1969), 543.<br />
[3.6]
D. 3.1. Ionische a,ß-Eliminierungen 265<br />
Geschwindigkeitsbestimmend ist der erste Schritt; in das Zeitgesetz einer El-Reaktion geht<br />
daher nur die Konzentration des Substrates RX ein, die Konzentration der Base B hat keinen<br />
Einfluß auf die Reaktionsgeschwindigkeit.<br />
Für Verbindungen, die am ß-Kohlenstoff deuteriert sind, wird ein secundärer Isotopeneffekt<br />
k//k£> von 14 bis 1,2 gefunden. Elektronendonorsubstituenten am a-Kohlenstoffatom erhöhen<br />
erwartungsgemäß die Eliminierungsgeschwindigkeit. Für entsprechende Substrate wird eine<br />
negative Reaktionskonstante in der Hammett-Beziehung gefunden (vgl. C.5.2.).<br />
Bimolekulare Eliminierung E2<br />
Die Umgruppierung der Bindungen verläuft konzertiert in einem Reaktionsschritt über einen<br />
Übergangszustand, an dem Substrat und Reagens beteiligt sind:<br />
Bl 0 + H-C-C-X<br />
5- I I 8-<br />
B—H—C-C-X<br />
I I<br />
\ / Q<br />
HB + C=C + Xl<br />
/ \<br />
Substrat und basisches Reagens gehen in das Geschwindigkeitsgesetz ein. Bei am ß-C-Atom<br />
deuterierten Verbindungen wird ein großer primärer Isotopeneffekt (k//k# = 3...7) gefunden.<br />
Die Hammettsche Reaktionskonstante für Eliminierungen entsprechender Substrate ist positiv<br />
und liegt zwischen 2 und 3.<br />
Monomolekulare Eliminierung EIcB<br />
Die Spaltung der C-H-Bindung geht der der C-X-Bindung voraus. Im ersten Reaktionsschritt<br />
entsteht zunächst ein Carbanion, die konjugierte Base („cB") des Substrates, aus der X in<br />
einem zweiten monomolekularen Schritt abgespalten wird:<br />
I<br />
+ H - C - CX<br />
\© i<br />
ic-c-x<br />
/ I<br />
\G I<br />
HB + IC-C-X<br />
,©<br />
Bei am ß-C-Atom deuterierten Verbindungen wird kein kinetischer Isotopeneffekt gefunden.<br />
Die Reaktionskonstante ist bei diesem Reaktionstyp stark positiv. 1 )<br />
Die meisten tatsächlich beobachteten Mechanismen liegen zwischen diesen Grenzfällen,<br />
d.h., in der Regel findet eine konzertierte, aber nicht synchrone Abspaltung von X und H<br />
statt.<br />
Das Verhältnis von Eliminierung zu Substitution wird von den folgenden Faktoren beeinflußt:<br />
- Elektronische und sterische Effekte in Substrat und Reagens; Lösungsmitteleffekte<br />
- Temperatur: Erhöhte Temperaturen begünstigen ganz allgemein die Eliminierung.<br />
C2H5OH<br />
H2SO4, 18O 0 C H2C=CH2 + H2O (Eliminierung) [3.9]<br />
2 C2H5OH H2SO4, 13O 0 C C2H5-O-C2H5 + H2O (Substitution) [3.10]<br />
I Ein solcher ElcB-Verlauf tritt nur ein, wenn intermediär ein sehr stabiles Carbanion entsteht.<br />
[3.7]<br />
[3.8]
266 D. 3. Eliminierung unter Bildung von C-C-Mehrfachbindungen<br />
3.1.1.1. Monomolekulare Eliminierung<br />
Für präparative Zwecke ist die El-Umsetzung im allgemeinen nicht erwünscht, weil das intermediär<br />
entstehende Kation nicht nur durch Eliminierung weiterreagieren, sondern auch in<br />
Substitutionen und Umlagerungen ausweichen kann. Zudem verläuft die Ei-Reaktion oft<br />
reversibel (vgl. D.4.I., elektrophile Addition). Ist die konkurrierende SNl-Reaktion dagegen<br />
irreversibel, so verschiebt sich bei thermodynamischer Kontrolle der Umsetzung das Gleichgewicht<br />
zugunsten des Substitutionsprodukts (vgl. C.3.2.).<br />
Bei kinetischer Kontrolle der Reaktion wirken sich die obengenannten Faktoren in der folgenden<br />
Weise auf das Verhältnis von Substitution zu Eliminierung aus:<br />
Einfluß elektronischer und sterischer Effekte in Substrat und Reagens<br />
Wie bei der SN1-Reaktion neigen Substrate, bei denen das Carbeniumion durch Substituenten<br />
mit +1- und/oder +M-Effekten stabilisiert wird, stark zu El-Reaktionen. Entscheidend für das<br />
Ausmaß der Olefinbildung ist die Struktur des Alkylrests im Substrat. So steigt bei der sauer<br />
katalysierten Dehydratisierung von Alkoholen der Anteil an Olefin gegenüber dem Substitutionsprodukt<br />
(Ether) in der Reihe prim-Alkohol < sec-Alkohol < tert-Alkohol. Besonders<br />
begünstigt sind die Bildung des Carbeniurnions und der El-Mechanismus bei der säurekatalysierten<br />
Dehydratisierung von sekundären und tertiären Alkoholen, z. B.:<br />
HaC H3C ^ OU CI-U<br />
H3C-C-OH + H 0 ^^ H3C-Cp-Sh2 *S-5L H3C- 0 < .H2O-* H2C=< * H3O 0 [3.11]<br />
H3C H3C CH3 CH3<br />
i n<br />
In einer dem geschwindigkeitsbestimmenden Schritt vorgelagerten schnellen Protonierungsreaktion wird<br />
zunächst das Oxoniumion I gebildet, das monomolekular in das Carbeniumion II und ein energiearmes<br />
Wassermolekül zerfällt.<br />
Ähnlich wie unter D.2.2. gesagt, wird im intermediären Carbeniumion und im Olefin sterische<br />
Spannung voluminöser Substituenten abgebaut, so daß die Eliminierung um so stärker<br />
begünstigt wird, je verzweigter die Reste am Carbeniumkohlenstoff sind. Zum Beispiel entstehen<br />
bei der Solvolyse von tert-Pentylchlorid 34% Olefin, aus 4-Chlor-2,2,4-trimethyl-pentan<br />
65% und aus 4-Chlor-2,2,4,6,6-pentamethyl-heptan sogar 100% Olefin. (Man formuliere die<br />
Reaktionen!)<br />
Bei reinem monomolekularem Verlauf hat die Natur der Abgangsgruppe keinen Einfluß<br />
auf das Verhältnis von Substitution zu Eliminierung, da sie lediglich die Bildung des Carbeniurnions<br />
beeinflußt.<br />
Begünstigt wird die Eliminierung aber durch Substituenten X mit hoher Abgangstendenz<br />
(F < Cl < Br < I < N2®). Typische Austrittsgruppen X sind außerdem H2O bei der sauer katalysierten<br />
Dehydratisierung von Alkoholen und ROSO3- bzw. RSO3- bei der Olefinbildung aus<br />
Schwefelsäure- bzw. Sulfonsäureestern.<br />
Da die Deprotonierung aus dem sehr energiereichen Kation erfolgt, findet sie meist sehr<br />
rasch statt. Ein Einfluß der Basizität des Reagens B ist deshalb im allgemeinen nicht festzustellen.<br />
Einfluß des Reaktionsmediums<br />
Stark solvatisierende polare protonische Lösungsmittel (H2O1 primäre Alkohole, HCOOH)<br />
stabilisieren Anionen und Carbeniumionen und begünstigen dadurch die monomolekulare<br />
Reaktion. Nach einem Ei-Mechanismus verlaufen beispielsweise solvolytische Dehydrohalogenierungen<br />
von secundären und tertiären Alkylhalogeniden:
Cl<br />
MXxIItMI \\ // _ U^ \\ //<br />
und Solvolysen von Schwefelsäure- bzw. Sulfonsäureestern:<br />
Welches Nebenprodukt ist bei der Reaktion [3.13] zu erwarten?<br />
3.1.1.2. Bimolekulare Eliminierung<br />
D. 3.1. Ionische a,ß-Eliminierungen 267<br />
[3.12]<br />
[3.13]<br />
Die Mechanismen von E2- und SN2-Reaktionen unterscheiden sich wesentlich stärker als diejenigen<br />
von El- und SN1-Reaktionen. Bei der E2-Reaktion greift B an einem Wasserstoff am<br />
ß-C-Atom des Substrats, also an der Peripherie des Moleküls an; bei der SN2-Reaktion dagegen<br />
am a-C-Atom. Aus diesem Grunde läßt sich das Verhältnis von Substitution zu Eliminierung<br />
bei bimolekularem Verlauf stärker beeinflussen. Dazu nutzt man die Wirkung von elektronischen,<br />
sterischen und Lösungsmitteleffekten aus. Der E2-Verlauf ist auch deshalb präparativ<br />
erwünscht, weil im allgemeinen keine Umlageningen als Nebenreaktion zu erwarten sind.<br />
Insbesondere Eliminierungsreaktionen an secundären Alkylverbindungen, die häufig im<br />
Grenzgebiet zwischen El und E2 verlaufen, können in das präparativ vorteilhaftere E2-Gebiet<br />
gedrängt werden. Das gleiche gelingt sogar mit tertiären Alkylverbindungen, die normalerweise<br />
bevorzugt zur Ausbildung eines Carbeniumions und damit zur E l-Eliminierung neigen.<br />
Einfluß elektronischer Effekte<br />
Ein Angriff der Base auf den Wasserstoff am ß-C-Atom des Substrats ist bevorzugt, wenn das<br />
a-C-Atom ein möglichst weiches elektrophiles Zentrum darstellt, d. h. durch die Abgangsgruppe<br />
X nicht zu stark positiv polarisiert wird. Eine geringe Austrittstendenz von X begünstigt<br />
gleichzeitig den synchronen Verlauf der drei Teilschritte der Eliminierung. Zur bimolekularen<br />
Eliminierung neigen besonders die Substituenten -NR3 - , -PR3 - und -SRa - (Hofmann-<br />
Eliminierung an Ammonium-, Phosphonium- und Sulfoniumhydroxiden).<br />
Bei der E2-Reaktion ist B der Reaktionspartner des Protons. Maßgebend für die Reaktionsfähigkeit<br />
von B ist deshalb seine Basizität (vgl. C.4.). Aus diesem Grunde wird für OH - und<br />
Alkoholationen die folgende Abstufung der Reaktivität gefunden: OH - < MeO - < EtO - <<br />
i-PrO - < t-BuO — . Neben Hydroxid- und Alkoholationen werden als Reagenzien häufig auch<br />
geeignete Basen wie R3N, NH2 - sowie RCOO - eingesetzt. Wesentlich ist jedoch, daß die Basizität<br />
der Reagenzien nicht durch protische Lösungsmittel abgeschwächt wird.<br />
Durch Anwendung möglichst starker und konzentrierter Basen (die Konzentration von B<br />
geht in das Geschwindigkeitsgesetz der E2-Reaktion ein!) hat man es häufig in der Hand, eine<br />
Eliminierungsreaktion in das E2- bzw. ElcB-Gebiet zu verschieben. So sind mit starken Basen<br />
auch andere als die oben aufgeführten nucleofugen Gruppen bimolekular eliminierbar, wie<br />
z.B. Cl-, Br-, I- bei der Dehydrohalogenierung von Alkylhalogeniden und -OSO2R bzw.<br />
-OSO2OR bei der Olefinbildung aus Sulfonsäure- bzw. Schwefelsäureestern. (Man formuliere<br />
einige Beispiele!)<br />
Einfluß sterischer Effekte<br />
Sterische Abschirmung des a-C-Atoms im Substrat durch stark verzweigte Alkylreste<br />
erschwert die Substitutionsreaktion gegenüber der Eliminierung, bei der B an der Peripherie<br />
des Moleküls angreift.
268 D. 3. Eliminierung unter Bildung von C-C-Mehrfachbindungen<br />
Auch durch den Einsatz voluminöser Basen, die nur den Wasserstoff am ß-C-Atom, nicht<br />
aber das a-C-Atom erreichen können, läßt sich die Eliminierung gegenüber der Substitution<br />
begünstigen.<br />
Bei der Einwirkung von voluminösen starken Basen auf tertiäre Alkylhalogenide wird deshalb<br />
ausschließlich Halogenwasserstoff abgespalten, und es tritt keine Substitution am a-C-<br />
Atom ein. Letztere läßt sich an derartigen Substraten lediglich unter solvolytischen Bedingungen<br />
erreichen.<br />
Als besonders raumfüllende Basen kommen z. B. Alkali-tert-butanolat und Dicyclohexylethylamin<br />
sowie einige Amidine, wie l,5-Diazabicyclo[4.3.0]non-5-en (DBN) und 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en<br />
(DBU) [3.14] in Frage.<br />
DBN DBU<br />
[3.14]<br />
Aus Octylbromid erhält man beispielsweise bei der Eliminierung mittels Dicyclohexylethylamin<br />
99% Oct-l-en; Substitution (Quaternisierung des Amins) tritt praktisch nicht ein. Die<br />
genannten Amidine 1 ) ermöglichen Eliminierungsreaktionen bei niedriger Temperatur, z.B.<br />
Dehydrohalogenierungen an empfindlichen Substraten.<br />
Einfluß des Reaktionsmediums<br />
Aprotonische Lösungsmittel, wie Dimethylformamid und Dimethylsulfoxid, können Anionen<br />
nur wenig stabilisieren und unterstützen deshalb nicht die Abspaltung von X aus RX. Da derartige<br />
Lösungsmittel auch nicht die Basizität des Reagens B durch die Bildung von Wasserstoffbrücken<br />
abschwächen, sind sie geeignete Reaktionsmedien für bimolekulare Eliminierungen.<br />
Um Eliminierungen in den präparativ vorteilhaften E2-Verlauf zu verschieben, wählt man<br />
Abgangsgruppen X mit niedriger Abspaltungstendenz, verwendet voluminöse, starke Basen in<br />
hoher Konzentration und arbeitet in polaren aprotonischen Lösungsmitteln.<br />
3.1.2. Einfluß der Molekularität und der allgemeinen räumlichen<br />
Verhältnisse auf die Richtung der Eliminierung<br />
Bei secundären und tertiären Ausgangsverbindungen kann die Eliminierung in zwei Richtungen<br />
erfolgen und zu Olefinen mit verschiedener Lage der Doppelbindungen führen:<br />
ß « ß<br />
I4 I3 I2 h<br />
-C-C-C-C<br />
i i i - HX<br />
H X H<br />
-C-C=C-C-<br />
Zartsev-Produkt<br />
(A 2 -Olefin)<br />
Hofmann-Produkt<br />
-C-C-C=C- (Al.olefin)<br />
[3.15]<br />
) Diese Amidine sind präparativ gut zugänglich, vgl. D.7.1.5. Über ihre Verwendung bei Eliminierungsreaktionen<br />
vgl. OEDIGER, H.; MÖLLER, F.; EITER, K., Synthesis 1972,591.
D. 3.1. Ionische a,ß-Eliminierungen 269<br />
Von Zaitsev-Eliminierung bzw. -Orientierung spricht man, wenn das Olefin mit der größten<br />
Anzahl Alkylgruppen an der Doppelbindung entsteht. Das abgespaltene Proton stammt hier<br />
von dem ß-Kohlenstoffatom, das die meisten Alkylgruppen trägt. Hofmann-Eliminierung bzw.<br />
-Orientierung liegt vor, wenn das Olefin mit der kleineren Anzahl Alkylgruppen an der Doppelbindung<br />
entsteht. Das eliminierte Proton stammt hier von dem ß-Kohlenstoffatom mit der<br />
geringeren Anzahl von Alkylgruppen. Im allgemeinen ist das Zaitsev-Produkt thermodynamisch<br />
stabiler als das Hofmann-Produkt.<br />
Die monomolekulare Eliminierung liefert meistens überwiegend das Zaitsev-Produkt, z. B.<br />
die solvolytische Dehydrohalogenierung von secundären und tertiären Alkylhalogeniden und<br />
von Tosylaten sowie die Dehydratisierung von secundären und tertiären Alkoholen:<br />
CH3<br />
,-C-C<br />
OH<br />
15%igeH2SO4<br />
-H2O<br />
CH3<br />
H3C-CH=C-CH3<br />
CH3<br />
H3C-CH2-C=CH2<br />
87,5 % Zaitsev-Produkt<br />
12,5 % Hofmann-Produkt<br />
[3.16]<br />
Es sei bemerkt, daß noch ein statistischer Faktor das in [3.16] angegebene Ergebnis beeinflußt: Für eine<br />
Eliminierung zum Hofmann (J^Olefin stehen insgesamt sechs Wasseratome zur Verfügung gegenüber<br />
nur zwei für die Zaitsev-Eliminierung. Rein statistisch sollte also in diesem Falle die Hofmann-Orientierung<br />
dreimal wahrscheinlicher sein als die Bildung des J 2 -Olefins. Man beachte diesen statistischen Einfluß<br />
auch bei der Beurteilung der Eliminierungsrichtung in anderen Fällen!<br />
Bei bimolekularen Eliminierungen ist häufig nicht das thermodynamisch stabilere Olefin<br />
bevorzugt.<br />
Die Hofmann-Orientierung wird begünstigt:<br />
- mit abnehmender Abspaltungstendenz der nucleofugen Gruppe<br />
N2 - > I - > Br - > Cl - > OTs - > R2S - > F - > R3N - [3.17]<br />
Tabelle 3.18<br />
Abhängigkeit der Eliminierungsrichtung von der Austrittstendenz des zu eliminierenden<br />
Substituenten<br />
H3C-CH2 - CH2 - CH-CH3<br />
X<br />
X<br />
Zaitsev-Produkt (%)<br />
Hofmann-Produkt (%)<br />
KOC2H5<br />
C2H5OH<br />
F<br />
17<br />
83<br />
H3C-CH2-CH=CH-CH3<br />
H3C-CH2-CH2-CH=CH2<br />
Cl<br />
64<br />
36<br />
Br<br />
75<br />
25<br />
I<br />
80<br />
20<br />
Zaitsev<br />
Hof mann
270 D. 3. Eliminierung unter Bildung von C-C-Mehrfachbindungen<br />
Tabelle 3.18 bestätigt diese allgemeine Regel. Sie zeigt, daß leichter austretende Gruppen die Zaitsev-Orientierung<br />
begünstigen. Substrate mit positiv geladenen Gruppen, z. B. Trialkylammoniumgruppen,<br />
ergeben normalerweise hauptsächlich das Hofmann-Produkt. Die thermische Zersetzung von Trialkylammoniumhydroxiden<br />
wird im engeren Sinne als Hofmann-Eliminierung bezeichnet.<br />
- mit zunehmender Raumerfüllung und Basizität der Base und zunehmender sterischer<br />
Abschirmung des Substrats.<br />
Tabelle 3.19<br />
Hofmann-Orientierung bei der Dehydrobromierung von 2-Brom-2-methyl-butan in Abhängigkeit vom<br />
Raumbedarf der eingesetzten Basen (Kaliumalkoholate)<br />
H<br />
/~» pi_| _<br />
3U On2<br />
Base<br />
J 1 -Olefin(%)<br />
J 2 -Olefin (%)<br />
CH3<br />
i +ROK<br />
P pui ^ nwrv<br />
V CHs -ROH, -KBr<br />
Br<br />
H3C-CH2-OK<br />
38<br />
62<br />
CH3<br />
i ~ H3C-CH=C-CH3<br />
CH3<br />
•• HßC" CH2 - C=CH2<br />
CH3<br />
H3C-C-OK<br />
CH3<br />
73<br />
27<br />
CpH3<br />
H3C-C-OK<br />
H3C-CH2<br />
78<br />
22<br />
A 2 -Olefin (Zaitsev)<br />
A 1 -Olefin (Hof mann)<br />
H3C-CH2<br />
H3C-CH2-C-OK<br />
HsC CH2<br />
Einige Beispiele für den Einfluß der Base sind in Tabelle 3.19 aufgeführt. Mit dem weniger voluminösen<br />
Kaliummethanolat entsteht noch überwiegend Zaitsev-Produkt, während sperrige Basen überwiegend<br />
zur Hofmann-Eliminierung führen. Es ist zu erwarten, daß die Hofmann-Orientierung um so mehr<br />
begünstigt ist, je schwerer die protonenablösende Base an den für die Zaitsev-Orientierung zu lösenden<br />
„inneren" Wasserstoff gelangen kann. Dieser sterischer Einfluß kann sowohl vom Reagens als auch<br />
vom Substrat ausgehen. So findet man bei der Dehydratisierung von 2,4,4-Trimethyl-pentan-2-ol überwiegend<br />
das Hofmann-Produkt (Weg A):<br />
Me Me<br />
Me Me Me Me<br />
Me OH<br />
H H<br />
Me Me<br />
Me Me<br />
89<br />
11<br />
Hofmann-Produkt<br />
(80%)<br />
Zaitsev-Produkt<br />
Me (20 %)<br />
[3.20]<br />
Das beruht darauf, daß die zur Ablösung des Protons notwendige Base (hier: Wasser) nur schwer an<br />
den Wasserstoff am Kohlenstoffatom 3 heran kann (Weg B), da dieser durch die voluminösen Methylgruppen<br />
abgeschirmt wird. Es liegt hier einer der relativ seltenen Fälle vor, wo eine El-Eliminierung<br />
vorwiegend das Hofmann-Produkt ergibt, während die protonenablösende Base sonst meistens ohne<br />
Hinderung an den „inneren" Wasserstoff herantreten kann.
D. 3.1. Ionische a,ß-Eliminierungen 271<br />
3.1.3. Stereoelektronische Verhältnisse und Richtung der Eliminierung.<br />
Sterischer Verlauf von Eliminierungen<br />
Es ist günstig, wenn die beiden p-Atomorbitale, die sich bei der Eliminierung am a- und ß-C-Atom ausbilden,<br />
parallel zueinander stehen, so daß ihre Überlappung unmittelbar zur Ausbildung der 7r-Bindung führen<br />
kann. Dieser stereoelektronische Einfluß auf Eliminierungsreaktionen muß zusätzlich zu den vorstehend<br />
betrachteten allgemeinen räumlichen Verhältnissen berücksichtigt werden.<br />
Es gilt die Regel von INGOLD, daß bimolekulare Eliminierungen besonders dann glatt verlaufen, wenn<br />
die abzuspaltenden Substituenten in einer gestaffelten anti-periplanaren Konformation (vgl. [C.81], I)<br />
zueinander stehen. Die vier an der Reaktion beteiligten Zentren X, C, C, Y liegen dann in einer Ebene.<br />
Man spricht deshalb auch von anti-Eliminierung. Die Bedingung der Coplanarität ist ebenso in der ekliptischen<br />
syn-periplanaren Konformation ([C.81, IV]) erfüllt, weshalb in speziellen Fällen auch aus dieser Konformation<br />
heraus eine E2-Eliminierung möglich ist (syn-Eliminierung). Da jedoch eine solche Konformation<br />
energetisch ungünstig ist (vgl. Kapitel C.7.1), verlaufen im allgemeinen E2-Reaktionen stereospezifisch<br />
als anti-Eliminierungen (Tab. 3.21).<br />
Tabelle 3.21<br />
Sterischer Verlauf bimolekularer Eliminierungen von HX<br />
Bevorzugt Möglich Erschwert<br />
BI^H>C^ ^C^ I ^<br />
Von Bedeutung ist der stereoelektronische Verlauf von bimolekularen Eliminierungen bei acyclischen<br />
Verbindungen dann, wenn das entstehende Olefin Z.^-Isomere 1 ) bilden kann. Das soll am Beispiel der<br />
HBr- bzw. DBr-Eliminierung aus eryt/iro-2-Brom-l-deutero-l,2-diphenyl-ethan gezeigt werden. Unter Einwirkung<br />
von Alkoholat wird £-Stilben gebildet, wobei das Molekül 91% des Deuteriums verliert.<br />
[3.22]<br />
Die Eliminierung erfolgt anti-coplanar aus der Konformation [3.23], IV. Sie ist energetisch begünstigt,<br />
weil sich die beiden voluminösen Phenylreste sterisch nicht beeinträchtigen:<br />
H -<br />
H -<br />
Ph H ph D<br />
D H^>£ H y6f Br H— ßr H ^ Br « D — ß r H<br />
~<br />
-Br' SK Ph^H^D ^ D^^H SK<br />
ph PhPh Ph DPh Ph HPh Ph<br />
I II III IV V VI<br />
Aus den Konformationen II und V ist weder svn- noch anti-coplanare Eliminierung, aus l und III ist svncoplanare<br />
und aus IV und VI ist anti-coplanare Eliminierung möglich. Diskutieren Sie, ob jeweils HBr oder<br />
DBr abgespalten wird und ob das E- oder Z-Olefin entsteht.<br />
Wichtig wird der Einfluß der Konformation vor allem bei alicyclischen Verbindungen, da hier die relative<br />
Lage der Substituenten durch die Ringbildung festgelegt wird. Wir wollen uns das am Beispiel des<br />
Cyclohexansystems verdeutlichen: In ihm ist aus Gründen der Ringspannung keine ebene Anordnung der<br />
Kohlenstoffatome möglich, sondern das Molekül liegt in der sog. Sesselform bzw. der sog. Wannenform vor,<br />
siehe Kapitel C.7.1:<br />
Die Anwendung der oben genannten Ingoldschen Regel auf solche alicyclischen Systeme führt nach<br />
BARTON zu folgender Aussage: Bimolekulare Eliminierungen an Cyclohexanen erfolgen nur dann glatt,<br />
1 J Zur Benennung von ds-frans-lsomeren nach dem £/Z-System siehe Kapitel C.7.2.<br />
[3.23]
272 D. 3. Eliminierung unter Bildung von C-C-Mehrfachbindungen<br />
wenn beide abzuspaltenden Substituenten die axiale (trans-) Lage (volle gestaffelte Konformation) einnehmen.<br />
Bimolekulare Eliminierungen zweier Substituenten aus der bis-äquatorialen (trans-) Lage sind im allgemeinen<br />
nicht möglich. Verbindungen, in denen zwei benachbarte Substituenten axial/äquatorial zueinander<br />
angeordnet sind (syn-Position), reagieren sehr schwer oder überhaupt nicht.<br />
Die e.e-Konformation der zu eliminierenden Substituenten kann allerdings nach obigen Erörterungen<br />
leicht in die für die bimolekulare Eliminierung nötige a,a-Lage übergehen (vgl. auch [3.24]). Man mache<br />
sich verständlich, daß durch „Umklappen" des Ringes dagegen niemals aus a,e- bzw. e.a-Substituenten a,abzw.<br />
e,e-ständige Substituenten werden können!<br />
Die praktischen Konsequenzen dieser Gesetzmäßigkeiten für das Ergebnis einer bimolekularen Eliminierung<br />
sollen am Beispiel der Eliminierung von p-Toluensulfonsäure aus p-Menth-3-yl-tosylat mit Alkoholat<br />
erläutert werden:<br />
"<br />
OTs TsO<br />
CH3 ^<br />
(e) ^ (e) rTI -TsOH<br />
I II III<br />
Im p-Menthyltosylat I liegt die Tosylgruppe in der äquatorialen Konformation vor. Sie kann deshalb erst<br />
nach Umklappen des Ringes (I—»II) bimolekular eliminiert werden. In dieser Konformation steht nur ein<br />
axiales Wasserstoffatom für die Eliminierung zur Verfügung, und es entsteht ausschließlich das p-Menth-<br />
2-en (III) 1 ). Analog haben auch andere bimolekulare Eliminierungen in alicyclischen Verbindungen, z.B.<br />
die Überführung von 1,2-Dibromverbindungen in Olefine mit Kaliumiodid in Aceton, ebenfalls die bisaxiale<br />
(anti-)Stellung der Bromatome zur Voraussetzung:<br />
Br C? r(3) ^ ? na) ^.Br<br />
Br<br />
-~ ^r i \ / " • • \ / 1 ^<br />
[3.25]<br />
Obwohl E2-Reaktionen bevorzugt unter anti-Eliminierung verlaufen, kann syn-Eliminierung auftreten,<br />
wenn besondere strukturelle Bedingungen eine anti-Eliminierung erschweren oder unmöglich machen.<br />
In den deuterierten Norbornylderivaten [3.26], z. B., ist es wegen der Starrheit des bicyclischen Ringsystems<br />
unmöglich, daß der Rest X und das ß-H-Atom eine anti-coplanare Position einnehmen können.<br />
Die Reaktion verläuft daher weitgehend unter svn-Eliminierung von DX zum deuteriumfreien Norbornen.<br />
©<br />
X = Br1OTs1NMe3<br />
[3.26]<br />
Auch in anderen Ringsystemen, in denen im Gegensatz zum Cyclohexan ein Umklappen des Ringes<br />
nicht möglich ist, um die anti-Konformation der zu eliminierenden Reste zu erreichen, ist die syn-Eliminierung<br />
bevorzugt, wie Tabelle 3.27 am Beispiel von Cycloaliphaten verschiedener Ringgröße zeigt.<br />
) Für das Menthangerüst ist folgende Numerierung der C-Atome üblich (die gestrichelt gezeichneten Bindungen<br />
liegen hinter der Zeichenebene).<br />
In 3-substituierten p-Menthanen und p-Neomenthanen sind Methyl- und Isopropylrest bisaxial<br />
(bzw. bisäquatorial) angeordnet. Beim p-Methanderivat stehen die Methylgruppe und<br />
der Substituent in 3-Stellung bisaxial (bzw. bisäquatorial), beim p-Neomenthanderivat äquatorial/axial<br />
(bzw. axial/äquatorial) zueinander.
D. 3.1. Ionische a,ß-Eliminierungen 273<br />
Tabelle 3.27<br />
Anteil der syn-EIiminierung bei der E2-Reaktion von Deuterocycloalkyltrimethylammoniumhydroxiden<br />
Ringröße syn-Eliminierung (%) Ringgröße syn-Eliminierung(%)<br />
Cyclobutyl 90 Cyclopentyl 4<br />
Cyclohexyl 46 Cycloheptyl 37<br />
Allgemein zeigen Tetraalkylammoniumverbindungen eine erhöhte Tendenz, syn-Eliminierungsprodukte<br />
zu ergeben. Man nimmt an, daß die Base mit dem Substrat einen cyclischen Komplex bildet, in dem die<br />
«yyw-Lage der abzuspaltenden Substituenten fixiert ist:<br />
\©<br />
H, 0.NR3 -H2O1-NR3 / \<br />
O H<br />
Die anderen, früher besprochenen Faktoren, wie Substituenteneinflüsse, Bau und Basizität der Basen<br />
usw., bleiben auch hier gültig, sind aber bei cyclischen Verbindungen dem stereoelektronischen Einfluß<br />
untergeordnet. Wenn jedoch von der Konformation her keine Eliminierungsrichtung bevorzugt ist, sind sie<br />
auch bei cyclischen Verbindungen bestimmend. Das zeigt die Eliminierung von Chlorwasserstoff aus Neomenthylchlorid<br />
mittels Natriumethanolat. Hier stehen sowohl am C-Atom 2 als auch am C-Atom 4 zum<br />
Chlor antiständige (axiale) Wasserstoffatome zur Verfügung. Daher entsteht ein den thermodynamischen<br />
Verhältnissen entsprechendes Gemisch aus 75% p-Menth-3-en und 25% p-Menth-2-en (bevorzugte Bildung<br />
des Zaitsev-Produkts):<br />
H (a) H (a)<br />
^^ \^<br />
75 % 25 %<br />
[3.29]<br />
Monomolekulare Eliminierungen sind wegen des ebenen Carbeniumions bzw. Carbanions als Zwischenstufe<br />
sowohl aus der syn- als auch aus der anti-Lage möglich. Sie sind normalerweise nicht stereospezifisch.<br />
Anders liegen die Dinge z. B. bei ungesättigten Verbindungen, wo die betreffenden Substituenten durch<br />
die nicht mehr frei drehbaren Doppelbindungen fixiert sind:<br />
C 'x P OH 0 OH 0 C 'x / H<br />
C=C • H-C=C-CI • , C=C [3.30]<br />
H' ^. schnell langsam) ^ \Q|<br />
3.1.4. Eliminierung von Wasser aus Alkoholen (Dehydratisierung)<br />
und von Alkoholen aus Ethern<br />
In Gegenwart starker Säuren läßt sich aus Alkoholen in flüssiger Phase häufig sehr glatt Wasser<br />
abspalten. Die Leichtigkeit der Eliminierung steigt vom primären zum tertiären Alkohol,<br />
da im wesentlichen ein E l-Mechanismus durchlaufen wird. Man erhält Zaitsev-Orientierung.<br />
(Formulieren!)<br />
Um das Verhältnis Substitution (Bildung von Estern des Alkohols, Bildung von Ethern) zu Eliminierung<br />
weitestgehend zugunsten der Eliminierung zu verschieben, sind bei primären Alkoholen<br />
hohe Temperaturen (vgl. D.3.1.1.) (180 bis 20O 0 C) und für eine ausreichende Reaktionsgeschwindigkeit<br />
hohe Konzentrationen an starken Säuren (Schwefelsäure, Phosphorsäure) nötig.<br />
*) vermutlich überhaupt nur nach intermediärer Umlagerung der E- in die Z-Verbindung
274 D. 3. Eliminierung unter Bildung von C-C-Mehrfachbindungen<br />
Infolge dieser drastischen Bedingungen entstehen erhebliche Mengen an Nebenprodukten<br />
(s. unten), und die sauer katalysierte Dehydratisierung von primären Alkoholen ist der katalytischen<br />
Dehydratisierung an Aluminiumoxid unterlegen.<br />
Secundäre Alkohole reagieren dagegen bereits bei etwa 140 0 C in Gegenwart von Phosphorsäure<br />
sehr glatt. Bei tertiären Alkoholen bewirkt bereits Oxalsäure oder Phosphorsäure bei<br />
etwa 10O 0 C die gewünschte Eliminierung von Wasser. Auch katalytische Mengen von p-<br />
Toluensulfonsäure eignen sich gut.<br />
Sehr leicht reagieren auch ß-Hydroxy-carbonylverbindungen (Aldoladdukte, vgl. Tab. 7.123),<br />
da die Eliminierung von Wasser hier zu den energiearmen a,/?-ungesättigten Carbonylverbindungen<br />
führt. Die für tertiäre Alkohole genannten Bedingungen sind auch hier anwendbar.<br />
Besonders vorteilhaft kann die Wasserabspaltung in diesen Fällen auch in Gegenwart von etwa<br />
l % lod erreicht werden, wobei wahrscheinlich die entstehende lodwasserstoffsäure der eigentliche<br />
Katalysator ist.<br />
Infolge des El-Charakters der Reaktion sind allerdings Umlagerungen im intermediären<br />
Carbeniumion die Regel, wenn sie zu einem energieärmeren Carbeniumion führen können<br />
(vgl. [2.52] und [4.17]). Es bilden sich dann doppelbindungsisomere Olefine 1 ), und es gelingt in<br />
diesen Fällen nicht, durch saure Dehydratisierung von Alkoholen einheitliche Olefine zu<br />
erhalten.<br />
aber:<br />
+ H® ©<br />
-CH2—CH2—CH2—OH — •• HßC—CH2—CH2—CH2 ^r" HßC—CH2—CH-CH2<br />
— H<br />
Bildung des<br />
energieärmeren Ions<br />
©<br />
H3C-CH2-CH-CH3<br />
^* H3C-CH=CH-CH3<br />
— H<br />
©<br />
HaC-CH2 — CH2 — CH2<br />
H3C-CH2-CH-CH3 -^rC* H3C-CH2-CH-CH3 ^ (energiereicher)<br />
OH -H® H3C-CH=CH-CH3<br />
In anderen Fällen (vgl. D.9.1.1.2., Wagner-Meerwein-Umlagerung) entstehen bei der Dehydratisierung<br />
bevorzugt im Kohlenstoffgerüst umgelagerte Produkte. So bildet sich bei der<br />
Dehydratisierung von 3,3-Dimethylbutan-2-ol nicht 3,3-Dimethylbut-l-en, sondern 2,3-Dimethyl-but-2-en:<br />
H3C @ H3Cx CH3<br />
H3C-C-CH-CH3 -T5- C=C [3.33]<br />
H3C OH 2 H3C CH3<br />
Bei der Dehydratisierung von Alkoholen in Gegenwart von Säuren kann leicht Polymerisation<br />
der Olefine als weitere Nebenreaktion eintreten (vgl. D.4.I.9.).<br />
Um das Dehydratisierungsgleichgewicht in die gewünschte Richtung zu verschieben, destilliert<br />
man, wenn möglich, das gebildete Olefin direkt ab (und schützt es so gleichzeitig vor Folgereaktionen,<br />
wie Isomerisierung, Polymerisation) oder schleppt bei hochsiedenden olefinischen<br />
Produkten das Wasser azeotrop mit Toluen o. ä. aus dem Reaktionsgemisch heraus.<br />
] ) Es ist bekannt, daß Olefine durch Säuren isomerisiert werden können. Man kann daher auch eine nachträgliche<br />
Isomerisierung des gebildeten Olefins, etwa entsprechend [4.17] annehmen.
D. 3.1. Ionische a,ß-Eliminierungen 275<br />
Die Dehydratisierung von Alkoholen gelingt ebenfalls glatt in der Gasphase bei Temperaturen<br />
von 300 bis 400 0 C an Aluminiumoxid, Aluminiumphosphat, Thoriumoxid, Titandioxid usw. Dabei<br />
findet man, auch bei primären Alkoholen, weniger Nebenprodukte. Bei der Verwendung von AIuminiumoxid<br />
können Umlagerungsreaktionen fast ganz vermieden werden, wenn man die sauren<br />
Zentren des Katalysators mit Piperidin oder anderen Basen partiell vergiftet.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Dehydratisierung von secundären und tertiären Alkoholen<br />
und von Aldoladdukten in Gegenwart von Säuren (Tab. 3.34)<br />
Secundäre Alkohole werden mit 50% (bezogen auf die Masse des Alkohols) 85%iger Phosphorsäure,<br />
tertiäre Alkohole mit 20% wasserfreier Oxalsäure oder 5% 85%iger Phosphorsäure<br />
und ß-Hydroxy-ketone oder -aldehyde mit 1% lod versetzt.<br />
Dieses Gemisch erhitzt man in einer Destillationsapparatur im Metall- oder Ölbad auf 120<br />
bis 16O 0 C, so daß das gebildete Olefin ständig abdestilliert. Man achte darauf, daß nur das<br />
Olefin überdestilliert. Bei den tiefsiedenden Olefinen muß eine 20-cm-Vigreux-Kolonne verwendet<br />
und die Vorlage zusätzlich mit Eiswasser gekühlt werden.<br />
Das Destillat wird im Scheidetrichter von der wäßrigen Phase abgetrennt, mit Natriumsulfat<br />
getrocknet und redestilliert. Bei den empfindlicheren Verbindungen (Diene, a,ß-ungesättigte<br />
Carbonylverbindungen) gibt man dabei zweckmäßig Polymerisationsinhibitoren (z. B. Hydrochinon)<br />
zu und destilliert überdies bei möglichst tiefer Temperatur.<br />
Die Methode ist in der beschriebenen Form für Halbmikropräparationen geeignet.<br />
Tabelle 3.34<br />
Saure Dehydratisierung von Alkoholen<br />
Produkt<br />
Pent-2-en<br />
2-Methyl-but-2-en<br />
1,1-Diphenyl-ethen<br />
2,3-Dimethyl-but-2-en<br />
Cyclohexen<br />
Cyclopenten<br />
3-Methyl-but-3-en-<br />
2-on*)<br />
4-Methyl-pent-3-en-<br />
2-on<br />
(Mesityloxid)<br />
3-Methyl-pent-3-en-<br />
2-on*)<br />
But-2-enal5)<br />
(Crotonaldehyd)<br />
Ausgangsverbindung<br />
Pentan-2-ol<br />
2-Methyl-butan-2-ol<br />
1 ,1 -Diphenyl-ethanol<br />
2,3-Dimethyl-butan-2-ol<br />
Cyclohexanol<br />
Cyclopentanol<br />
4-Hydroxy-3-methylbutan-2-on4-Hydroxy-4-methylpentan-2-on<br />
(Diacetonalkohol)<br />
4-Hydroxy-3-methylpentan-2-on<br />
3-Hydroxy-butanal<br />
(Acetaldol)<br />
Kp<br />
in 0 C<br />
37<br />
38<br />
13413(10)<br />
73 3 )<br />
83<br />
45<br />
36133(1oo)<br />
131<br />
636,65(50)<br />
102<br />
ng><br />
1,3830<br />
1,3859<br />
1,6085<br />
1,4115<br />
1,4464<br />
1,4223<br />
1,4432<br />
1,4425<br />
1,4489<br />
1,4366<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
70<br />
80<br />
70<br />
80<br />
80<br />
80<br />
85<br />
90<br />
80<br />
80<br />
Bemerkungen<br />
')<br />
2 ><br />
enthält 10%<br />
^-Isomeres<br />
1 ) Stellen Sie durch Aufnahme und Auswertung der entsprechenden Banden des Infrarotspektrums fest,<br />
ob neben Pent-2-en auch Pent-1-en entstanden ist und ob Pent-2-en in Z- oder £-Form vorliegt.<br />
Pent-1-en: 912,994,1642,3083 cnH<br />
E-Pent-2-en: 964,1670,3027 cm -1<br />
Z-Pent-2-en: 933, 964,1406,1658, 3018 cnH<br />
2 ) Man untersuche das Isomerengemisch (2-Methyl-but-l-en, 2-Methyl-but-2-en und 3-Methyl-but-l-en)<br />
gaschromatographisch und schätze die Mengenverhältnisse der entstandenen Isomeren ab! Für die<br />
Trennung sind folgende Bedingungen geeignet: Länge der Kolonne: l m; Trägermaterial: Kieselgur;<br />
Phase: Paraffinöl; Temperatur: 2O 0 C; Gasstrom: Wasserstoff 5 1/Std.<br />
Relative Retentionen (bezogen auf Ether): 2-Methyl-but-!-en 1,0;<br />
2-Methyl-but-2-en 1,45; 3-Methyl-but-l-en 0,55.<br />
3 ) Als Vorlauf wird wenig 2,3-Dimethyl-but-l-en, Kp 55 0 C, erhalten.<br />
4 ) Im Vakuum redestillieren, mit je 0,5% Eisessig und Hydrochinon stabilisieren.<br />
5 ) Bei Redestillation mit je 0,5% Eisessig und Hydrochinon stabilisieren.
276 D. 3. Eliminierung unter Bildung von C-C-Mehrfachbindungen<br />
Darstellung einiger Styrene durch Dehydratisierung von (a-Hydroxyethyl)benzenen: OVER-<br />
BERGER, C. G.; SAUNDERS, J. H., Org. Synth., CoIl. Vol. III (1955), 204.<br />
Darstellung von Methacrylsäureamid aus Acetoncyanhydrin: WILEY, R. H.; WADDEY, W. E.,<br />
Org. Synth., CoIl. Vol. III (1955), 560.<br />
In prinzipiell gleicher Weise wie Wasser aus Alkoholen lassen sich Alkohole aus Ethern eliminieren.<br />
Dieses Verfahren besitzt meist gegenüber der Dehydratisierung keinen Vorteil. Aus<br />
Acetalen lassen sich jedoch so Enolether darstellen:<br />
H®<br />
R-CH2-CH(OR 1 J2 " - R-CH=CH-OR' [3.35]<br />
— R Un<br />
Diese Reaktion wird bereits durch etwa 0,5% Phosphorsäure katalysiert, da als Zwischenprodukt<br />
ein relativ energiearmes Carbeniumion entsteht (warum?). Den abgespaltenen Alkohol<br />
destilliert man aus dem Reaktionsgemisch heraus. Das führt dann zu Schwierigkeiten, wenn<br />
der eliminierte Alkohol und der entstehende Enolether einen ähnlichen Siedepunkt besitzen<br />
(niedrige Glieder der homologen Reihen). In diesen Fällen muß mit einer wirksamen Kolonne<br />
gearbeitet werden.<br />
Es sei vermerkt, daß sich Acetale auch in der Gasphase an Aluminiumoxid zu Alkoholen<br />
und Enolethern spalten lassen.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Enolethern aus Acetalen durch Eliminierung<br />
von Alkohol (Tab. 3.36)<br />
Das betreffende Acetal wird mit 0,5% 85%iger Phosphorsäure und 1,2% Pyridin versetzt und<br />
in einem Rundkolben mit Hahn-Aufsatz (vgl. Abb. A.77) und absteigendem Kühler zum Sieden<br />
erhitzt. Als Kühlflüssigkeit im Hahn-Aufsatz verwendet man den jeweils im Acetal gebundenen<br />
Alkohol. Der in der Reaktion langsam gebildete Alkohol destilliert ab und wird in<br />
einem Meßzylinder aufgefangen, so daß der Fortgang der Umsetzung leicht verfolgt werden<br />
kann.<br />
Nach Beendigung der Alkoholabspaltung destilliert man den Kolbeninhalt.<br />
Tabelle 3.36<br />
Enolether aus Acetalen<br />
Produkt<br />
2-Ethoxy-hex- 1 -en<br />
a-Ethoxy-styren<br />
ß-Methoxy-styren<br />
1 -Ethoxy-cyclohexen<br />
Ausgangsverbindung<br />
Butylmethylketondiethylacetal<br />
Acetophenondiethylacetal<br />
Phenylacetaldehyddimethylacetal<br />
Cyclohexanondiethylacetal<br />
Kp<br />
in 0 C<br />
135<br />
89lvs(11)<br />
99ij(i3)<br />
160<br />
n 2 ?<br />
1,4180<br />
1,5292<br />
1,5620<br />
1,4580<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
In ähnlicher Weise läßt sich 2-Ethoxy-buta-l,3-dien aus Methylvinylketon (über 1,3,3,-Triethoxy-butan)<br />
darstellen (formulieren!): DYKSTRA, H. B., J. Am. Chem. Soc. 57 (1935), 2255.<br />
Weitere Beispiele: NAZAROV, I. N.; MARKIN, S. M.; KRUPTSOV, B. K., Zh. Obshch. Khim. 29<br />
(1959), 3692.<br />
Die Dehydratisierung von Hydroxyverbindungen hat technische Bedeutung zur Herstellung von Olefinen<br />
und Vinylderivaten, die wichtige Zwischenprodukte und Monomere für Kunststoffe und Kunstfasern<br />
sind (Tab. 3.37). Die Hauptmenge der technisch wichtigen Olefine wird jedoch durch Dehydrierungs- und<br />
Pyrolyseprozesse aus Erdölkohlenwasserstoffen hergestellt (s. D.6.6.).<br />
90<br />
95<br />
90<br />
95
Tabelle 3.37<br />
D. 3.1. Ionische a,ß-Eliminierungen 277<br />
Technisch wichtige ungesättigte Verbindungen, die durch Dehydratisierung hergestellt werden, und ihre<br />
Verwendung<br />
Ausgangsprodukt Produkt Verwendung<br />
Acetaldol (s. D.7.2.1.3) Crotonaldehyd —> Crotonsäure —» Copolymere<br />
-> Sorbinsäure (Konservierungsmittel)<br />
-» 3-Methoxy-butanol (Hydraulikflüssigkeit) -»<br />
3-Methoxy-butylacetat (Lösungsmittel für Lacke)<br />
Acetoncyanhydrin Methacrylsäuremethylester —» Polymethacrylsäuremethylester (Plexiglas)<br />
Acetanhydrid Keten -» Acetylierungsmittel<br />
Ein analytisches Anwendungsbeispiel der sauren Dehydratisierung ist die quantitative<br />
Bestimmung von tertiären Alkoholen im Gemisch mit primären und secundären. Hierbei wird<br />
das Gemisch zusammen mit Xylen unter Verwendung eines Wasserabscheiders in Gegenwart<br />
einer kleinen Menge Zinkchlorid oder lod unter Rückfluß gekocht. Unter diesen Bedingungen<br />
wird nur der tertiäre Alkohol dehydratisiert. Sein Anteil läßt sich aus der gebildeten Wassermenge<br />
errechnen.<br />
3.1.5. Eliminierung von Halogenwasserstoff aus Alkylhalogeniden<br />
Obwohl für die Darstellung von Olefmen aus Alkoholen die direkte Dehydratisierung am einfachsten<br />
ist, wählt man häufig den Umweg über die Dehydrohalogenierung der entsprechenden Alkylhalogenide<br />
bzw. die Detosylierung der p-Toluensulfonsäureester, vor allem dann, wenn die<br />
Abspaltung von Wasser wegen ihres E l-Charakters zu Olefmgemischen oder Umlagerungsprodukten<br />
führen kann. Es gelingt nämlich fast immer, durch Anwendung von hohen Konzentrationen<br />
an starken Basen die genannten Reaktionen in das bimolekulare Gebiet zu lenken.<br />
Als Basen finden meist Verwendung: Alkalihydroxide in Alkoholen oder in polaren aprotonischen<br />
Lösungsmitteln, Alkalialkoholate im entsprechenden Alkohol oder in Dimethylsulfoxid,<br />
Alkaliamide in inerten Lösungsmitteln und tertiäre organische Basen wie Pyridin, Chino-<br />
Hn, Dimethylanilin, Dicyclohexylethylamin sowie die Amidine DBN und DBU [3.14].<br />
Die Art der Base und des Lösungsmittels sowie die Temperatur müssen dem jeweiligen Substrat<br />
und dem gewünschten Olefin angepaßt werden. So neigen z. B. primäre Alkylhalogenide<br />
zu Substitutionsreaktionen und bilden bei der Behandlung mit Alkalihydroxid-Alkohol oder<br />
Alkalialkoholat hauptsächlich die entsprechenden Ether (vgl. D.2.6.2.). Für die Darstellung<br />
von Olefinen verwendet man deshalb in diesen Fällen voluminöse Basen, wie Dicyclohexylethylamin,<br />
oder Basen mit hohem pKB-Wert, wie Kalium-tert-butanolat, und arbeitet bei<br />
erhöhten Temperaturen, u.U. in Gegenwart eines geeigneten Lösungsmittels. Weniger<br />
anspruchsvolle Reaktionsbedingungen erfordern secundäre und tertiäre Alkylhalogenide.<br />
Dehydrohalogenierungen gelingen mit NaOH auch in zweiphasigen Systemen unter Verwendung<br />
von Phasentransferkatalysatoren (vgl. D.2.4.2. und die Präparate vor Abschnitt<br />
D.3.I.6.).<br />
Elektronenacceptorgruppen in Nachbarstellung zum abzuspaltenden H-Atom beschleunigen<br />
die Eliminierung, da sie die Acidität der C-H-Bindung erhöhen und damit die Abspaltung<br />
des Protons erleichtern. Die konkurrierende nucleophile Substitution tritt in den Hintergrund.<br />
ß-Chlor-propionsäure reagiert schon mit verdünnter Natronlauge zu Acrylsäure, aus ß-Chlorethylmethylketon<br />
und tyN-Diethyl-anilin entsteht Methylvinylketon (s. auch D.3.I.6.). Man<br />
formuliere diese Umsetzungen!<br />
In ß-Stellung zu Elektronenacceptorgruppen lassen sich auch solche Substituenten, die sich<br />
im allgemeinen nicht als Abgangsgruppen eignen, eliminieren. Man formuliere als Beispiel die<br />
basenkatalysierte Spaltung von l-Phenyl-3-piperidino-propan-l-on zu Phenylvinylketon und
278 D. 3. Eliminierung unter Bildung von C-C-Mehrfachbindungen<br />
Piperidin! Carbonsäurehalogenide mit nachbarständiger CH-Bindung reagieren mit Triethylamin<br />
bereits unterhalb O 0 C, wobei Ketene entstehen:<br />
R , JP Et3N R<br />
P H " c x ^5T l<br />
H Cl H<br />
Unter den Reaktionsbedingungen sind die meisten Ketene nicht beständig, da das Amin die<br />
Dimerisierung katalysiert. Sie können jedoch in Secundärreaktionen abgefangen werden (vgl.<br />
[7.314]). Aus Diphenylacetylchlorid erhält man mit Triethylamin das stabile Diphenylketen<br />
(formulieren!).<br />
In analoger Weise entstehen aus aliphatischen Sulfonsäurechloriden die nicht in freier Form<br />
faßbaren Sulfene (R2C=SO2).<br />
In der Technik findet die Dehydrohalogenierung vor allem zur Darstellung von halogenierten Olefinen<br />
Anwendung:<br />
1,2-Dichlor-ethan -> Vinylchlorid (-»Polyvinylchlorid)<br />
1,1,2,2-Tetrachlor-ethan -> Trichlorethylen (Lösungsmittel) -> Chloressigsäure<br />
2,4-Dichlor-2-methyl-butan —» Isopren (—» Polymere)<br />
chlorierte Cyclopentane —> Hexachlorcyclopentadien (—> Insektizide)<br />
Hexachlorcyclohexan —> 1,2,4-Trichlor-benzen (—> 2,4-Dichlor-phenol —» 2,4-Dichlor-phenoxyessigsäure,<br />
vgl. D.2.6.2.).<br />
In prinzipiell gleicher Weise wie die Olefine lassen sich durch Dehydrohalogenierung von<br />
1,1- oder 1,2-Dihalogeniden Acetylene (Alkine) darstellen:<br />
H H<br />
i i<br />
-C-Ci<br />
i<br />
XX<br />
H X<br />
i i<br />
-C-C-<br />
I I<br />
H X<br />
—<br />
-2HB.-2X<br />
-CEC- [3.39]<br />
Im allgemeinen erfordert die Abspaltung von zwei Molekülen Halogenwasserstoff energische<br />
Reaktionsbedingungen; am häufigsten werden Suspensionen von Alkaliamiden in unpolaren<br />
Lösungsmitteln bzw. deren Lösungen in flüssigem Ammoniak sowie alkoholische Lösungen<br />
von Ätzkali oder Alkalialkoholaten verwendet.<br />
Da unter dem Einfluß starken Alkalis und höherer Temperaturen die C=C-Bindung dazu<br />
neigt, sich in das Innere des Moleküls zu verlagern oder zur Allen-Gruppierung >C=C=C< zu<br />
isomerisieren, empfiehlt sich zur Darstellung von Alkinen mit endständiger Dreifachbindung<br />
die Verwendung von Natriumamid in flüssigem Ammoniak (die erforderlichen Reaktionstemperaturen<br />
liegen z. T. unter -30 0 C) oder von unpolaren Lösungsmitteln, wie z. B. Ligroin. In<br />
diesem Medium ist das Natriumsalz des Alk-1-ins unlöslich und wird so der weiteren Reaktion<br />
entzogen. 1 ) Präparativ einfacher ist die Dehydrohalogenierung mit Ätzkali/Triethylenglycol<br />
(„Triglycol") 2 ), die sich allerdings bei Verbindungen mit alkaliempfindlichen Gruppen verbietet.<br />
Auch hier bleibt die Gefahr einer Bindungsisomerisierung gering, da das Alkin sofort aus<br />
dem Reaktionsgemisch herausdestilliert.<br />
1<br />
J Umgekehrt bewirkt Natriumamid bei Alkinen mit innenständiger Dreifachbindung deren Isomerisierung<br />
zum Alk-1-in.<br />
2<br />
) HO-CH2CH2-O-^CH2CH2-O-CH2CH2-OH, a-Hydro-o>-hydroxy-tri(oxyethylen); Trivialnamen sind<br />
jedoch sehr gebräuchlich. Sie werden deshalb in diesem Buch auch verwendet, obwohl sie in den<br />
Nomenklaturregeln nicht vorgesehen sind.
D. 3.1. Ionische a,ß-Eliminierungen 279<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Dehydrohalogenierung von Alkylhalogeniden mit Dicyclohexylethylamini)<br />
(Tab. 3.40)<br />
In einem 250-ml-Dreihalskolben mit Destillationsaufsatz und absteigendem Kühler (Variante A)<br />
bzw. Innenthermometer, Rührer und Rückflußkühler mit Calciumchloridrohr (Variante B) werden<br />
0,1 mol des Alkylhalogenids und 0,15 mol Dicyclohexylethylamin unter kräftigem Rühren auf<br />
180 0 C erhitzt, bei tiefer siedenden Alkylhalogeniden auf eine Temperatur, die 20 0 C über dem Siedepunkt<br />
des Alkylhalogenids liegt. Wegen ihres höheren Siedepunkts sind die Alkylbromide besser<br />
geeignet als die Chloride. (Wieso ist der höhere Siedepunkt vorteilhaft?)<br />
Unterhalb 13O 0 C siedende Olefine werden direkt aus dem Reaktionsgemisch herausdestilliert<br />
(Variante A). Gegen Schluß, wenn nur noch geringe Mengen Olefin übergehen, steigert<br />
man die Kolbentemperatur auf 23O 0 C. Nach beendeter Reaktion (Dauer etwa 15 bis 20 Stunden)<br />
wird das abdestillierte Olefin über Calciumchlorid getrocknet und rektifiziert.<br />
Bei oberhalb 130 0 C siedenden Olefinen (Variante B) erhitzt man unter Rühren 20 Stunden<br />
unter Rückfluß, läßt abkühlen und saugt vom ausgeschiedenen Dicyclohexylethylammoniumsalz<br />
ab. Der Filterrückstand wird mit Petrolether gewaschen. Aus den vereinigten Filtraten<br />
wird zunächst der Petrolether abdestilliert und der Rückstand über eine 20-cm-Vigreux-<br />
Kolonne im Vakuum fraktioniert.<br />
Das Dicyclohexylethylamin ist in jedem Falle zurückzugewinnen: Bei Variante B wird der<br />
Destillationsrückstand der Fraktionierung des Olefins, der in der Hauptsache aus dem Amin<br />
besteht, bis zur sauren Reaktion mit verd. Salzsäure versetzt, die wäßrige Lösung zur Entfernung<br />
nicht umgesetzten Bromids und restlichen Olefins ausgeethert, mit dem abgesaugten<br />
Dicyclohexylethylammoniumbromid vereinigt und mit überschüssiger 50%iger Kalilauge das<br />
Amin in Freiheit gesetzt. Weitere Verarbeitung s. siehe D.2.6.4.<br />
Bei Variante A wird der Kolbenrückstand analog aufgearbeitet: Lösen in Salzsäure (saure<br />
Reaktion prüfen!), ausethern, mit Kalilauge alkalisch machen, Amin abtrennen usw.<br />
Tabelle 3.40<br />
Dehydrohalogenierung von Alkylbromiden mit Ethyldicyclohexylamin<br />
Produkt<br />
Hex-l-en<br />
Hept-1-en<br />
Oct-l-en<br />
Dec-l-en<br />
Dodec-1-en<br />
Ausgangsverbindung<br />
(Kp in 0 C)<br />
Hexylbromid (156)<br />
Heptylbromid (178)<br />
Octylbromid (200)<br />
Decylbromid<br />
Dodecylbromid<br />
Variante<br />
A<br />
A<br />
A<br />
B<br />
B<br />
Kp<br />
in 0 C<br />
63<br />
93<br />
122<br />
52!,5(H)<br />
962,o(i5)<br />
n 2 «<br />
1,3877<br />
1,3998<br />
1,4091<br />
1,4215<br />
1,4308<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Dehydrohalogenierung (Detosylierung) mit Ätzkali/Triglycol<br />
(Tab. 3.41)<br />
In einem Zweihalskolben mit Rührer, Destillationsaufsatz und absteigendem Kühler löst man<br />
pro 0,1 mol abzuspaltendem Halogenwasserstoff 0,25 mol Ätzkali in 60 ml Triglycol unter<br />
Erwärmen im Metallbad auf etwa 10O 0 C (Braunfärbung) 2 ). Man kühlt die Lösung etwas ab,<br />
gibt das betreffende Alkylhalogenid oder -tosylat zu und erhitzt danach langsam auf 200 0 C<br />
Badtemperatur, wobei das Eliminierungsprodukt abdestilliert. Man verwende kein Innenthermometer,<br />
da das Glas durch die heiße Ätzkalilösung sehr stark angegriffen wird! Die Reaktion<br />
kann plötzlich und unter Schäumen eintreten, daher muß vorsichtig geheizt werden. Die Reaktion<br />
ist meist in etwa 30 Minuten beendet.<br />
1 ) Es kann auch Dicyclohexylmethylamin, DBN oder DBU (vgl. [3.14]) verwendet werden.<br />
2 ) Das Volumen des Kolbens soll mindestens doppelt so groß wie das des Reaktionsgemisches sein.<br />
80<br />
90<br />
95<br />
80<br />
90
280 D. 3. Eliminierung unter Bildung von C-C-Mehrfachbindungen<br />
Das Reaktionsprodukt wird vom Wasser (aus dem Lösungsmittel und aus Nebenreaktionen)<br />
abgetrennt und die wäßrige Schicht ausgeethert; die vereinigten organischen Phasen werden<br />
mit Natriumsulfat getrocknet. Nach Abdestillieren des Ethers wird das Eliminierungsprodukt<br />
fraktioniert.<br />
Die Präparationen sind auch im Halbmikromaßstab durchführbar. Man verzichtet in diesem<br />
Falle auf den Rührer und arbeitet in einer einfachen Destillationsapparatur.<br />
Tabelle 5.47<br />
Dehydrohalogenierung (Detosylierung) mit Ätzkali/Triglycol<br />
Produkt<br />
Hex- 1 -in<br />
OcM -in<br />
Dec-l-in<br />
Dodec-1-in<br />
Phenylacetylen<br />
Cyclohexen 1 )<br />
Cyclohexa-13-dien 1 ) 2 )<br />
(+)p-Menth-2-en 3 )<br />
Ausgangsverbindung<br />
1,2-Dibrom-hexan<br />
1 ,2-Dibrom-octan<br />
1 ,2-Dibrom-decan<br />
1 ,2-Dibrom-dodecan<br />
1 ,2-Dibrom-ethylbenzen<br />
Bromcyclohexan<br />
1 ,2-Dibrom-cyclohexan 2 )<br />
(-)p-Menth-3-yl-tosylat<br />
Kp /<br />
in 0 C<br />
* 2 o°<br />
71 11,3960<br />
127<br />
,4134<br />
69i ,3(io) ,4242<br />
952,o(i5)<br />
143<br />
,4351<br />
,5460<br />
83<br />
,4438<br />
80<br />
,4730<br />
562,0(15) 11,4506<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
1 ) Nicht ausethern! <strong>Organisch</strong>e Phase abtrennen, trocknen, destillieren.<br />
2 ) Man gibt nur ein Viertel der Ausgangsverbindung zum Reaktionsgemisch, erhitzt dann bis zum<br />
Anspringen der Reaktion und tropft anschließend den Rest des Dibromides zu. Das Produkt enthält 10<br />
bis 15% Cyclohexa-l,4-dien.<br />
3 ) Über Natrium redestillieren. Man ermittle polarimetrisch (vgl. A.3.4.) den Gehalt an p-Menth-2-en:<br />
p-Menth-2-en: [a] 2 *) = +132°,p-3-Menthen: [a] 2 » = +110° (gemessen in Substanz).<br />
I<br />
Darstellung von Diketen<br />
Vorsicht! Diketen ist giftig und reizt die Atmungsorgane sowie die Haut! Abzug!<br />
Schutzhandschuhe tragen! Geräte mit verdünnter Lauge reinigen!<br />
l mol Acetylchlorid wird in 400 ml Diethylether gelöst und unter gutem Rühren tropfenweise<br />
mit einer Mischung aus l mol Triethylamin und 400 ml Ether versetzt. Man reguliert die<br />
Zugabe so, daß die Reaktion nicht zu heftig wird. Die etherische Lösung wird danach vom<br />
gebildeten Triethylaminhydrochlorid abgesaugt, indem man eine Fritte entsprechend Abbildung<br />
3.42 in den Reaktionskolben einführt. Man destilliert anschließend im schwachen<br />
Vakuum über eine 20-cm-Vigreux-Kolonne. Kpi3,3(100) 72 0 C; Ausbeute 55%.<br />
Für weitere Umsetzungen des Diketens ist es normalerweise nicht notwendig, das Produkt<br />
zu destillieren. Da die Trennung vom Diethylether relativ schwierig ist, sollte man die Folgereaktionen<br />
direkt in der erhaltenen Etherlösung durchführen.<br />
Fritte<br />
Woulfesche Flasche,<br />
Wasserst ra h l pu m pe<br />
60<br />
60<br />
80<br />
80<br />
90<br />
90<br />
65<br />
85<br />
Abb. 3.42<br />
Anordnung zur inversen Filtration
D. 3.1. Ionische a,ß-Eliminierungen 281<br />
Ketendiethylacetal aus Bromacetaldehyddiethylacetal: MC£LVAIN, S. M.; KUNDIGER, D., Org.<br />
Synth., CoIl. Vol. ffl (1955), 506;<br />
Acroleindiethylacetal aus ß-Chlor-propionaldehydacetal: WITZEMANN, E. J.; HASS, H.;<br />
SCHROEDER, E. F., Org. Synth., CoIl. Vol. II (1943), 17;<br />
2-Vinyl-thiophen aus 2-(l-Chlorethyl)thiophen: EMERSON, W. S.; PATRICK, T. M., Org. Synth.,<br />
CoIl. Vol. IV (1963), 980;<br />
Diphenylketen aus Diphenylacetylchlorid: TAYLOR, E. C.; McKiLLOP, A.; HAWKS, G. H., Org.<br />
Synth. 52 (1972), 36.<br />
Beispiele für die Darstellung von Alkinen durch Dehydrobromierung mit Ätzkali/Alkohol:<br />
Acetylendicarbonsäure aus meso-Dibrombernsteinsäure: ABBOTT, T. W; ARNOLD, R. T;<br />
THOMPSON, R. B., Org. Synth., CoIl. Vol. II (1943), 10;<br />
Phenylpropiolsäure aus o,ß-Dibrom-zimtsäureethylester: ABBOTT, T. W, Org. Synth., CoIl.<br />
Vol. II (1943), 515;<br />
Tolan aus 1,2-Dibrom-stilben: SMITH, L. J.; FALKOFF, M. M., Org. Synth., CoIl. Voll. IH (1955)<br />
350;<br />
Dehydrobromierung unter Verwendung von Phasentransferkatalysatoren: Propinaldiethylacetal<br />
aus 2,3-Dibrom-propionaldehyddiethylacetal und andere Beispiele: LE COQ, A.; GOR-<br />
GUES, A., Org. Synth. 59 (1979), 10.<br />
3.1.6. Eliminierung von Trialkylamin aus quartären Ammoniumbasen<br />
(Hofmann-Abbau) 1 )<br />
Durch Alkylierung von Aminen mit überschüssigem Alkylierungsmittel (man verwendet meist<br />
Methyliodid oder Dimethylsulfat) erhält man die quartären Ammoniumsalze, die sich mit Silberhydroxid<br />
bzw. unter Verwendung von Ionenaustauschern leicht in die quartären Ammoniumhydroxide<br />
überführen lassen. Diese zerfallen beim einfachen Erhitzen oder Eindampfen<br />
der wäßrigen Lösung in Olefin, tertiäres Amin und Wasser:<br />
H-C-C-N(CHa)3 + OH C=Cx + N(CH3J3 + H2O [3.43]<br />
Bei Anwesenheit mehrerer ß-H-Atome im Molekül verläuft diese bimolekulare Eliminierung<br />
in vielen Fällen nach der Hofmann-Regel, z. B.<br />
0<br />
H3C-CH-CH2-CH3 + OH<br />
©N(CH3)3<br />
H2C=CH - CH2 - CH3<br />
H3C-CH=CH-CH3<br />
95 %<br />
5%<br />
[3.44]<br />
Wenn eine Eliminierung nicht möglich ist, weil kein ß-ständiger Wasserstoff vorhanden ist,<br />
beobachtet man Substitutionen, z. B.:<br />
0 Q<br />
CH3N(CHa)3 + OH - CH3OH + N(CH3J3 I 3 - 45 !<br />
Der Hofmann-Abbau ist vor allem für die Konstitutionsermittlung von stickstoffhaltigen, aus Naturprodukten<br />
isolierten Verbindungen (Alkaloiden) von großer Bedeutung gewesen. Das Prinzip besteht darin,<br />
daß man das betreffende Amin mit überschüssigem Methyliodid quaterniert („erschöpfende Methylierung")<br />
und das nach der Pyrolyse entstehende Olefin untersucht. Auf diese Weise bestimmte HOFMANN die<br />
Struktur des Piperidins:<br />
I Man verwechsle nicht mit dem Hofmann-Abbau von Säureamiden (vgl.D.9.)!
fr<br />
282 D. 3. Eliminierung unter Bildung von C-C-Mehrfachbindungen<br />
r"^ -f 2 MeI; Ag2O r x ""N A ^"1 + MeI, + V2 Ag2O, + V2 H2O ^^ 1<br />
Ix J -2AgI L 0 J - -H2O L ' -AgI " L^©" ©<br />
U U OH ^N /N, OH<br />
H Me Me Me Me Me Me<br />
- H2O, - NMe3<br />
Piperylen (Penta-1,3-dien)<br />
Man informiere sich in den Lehrbüchern über die klassischen Arbeiten von R. WILLSTÄTTER (Abbau von<br />
Pseudopelletierin zu Cyclooctatetraen).<br />
[3.46]<br />
Der Hofmann-Abbau wird heute im Laboratorium mitunter angewandt, wenn definierte<br />
Olefine (z. B. mit endständiger Doppelbindung) unter relativ milden Bedingungen dargestellt<br />
werden sollen. In manchen Fällen ist es dabei unnötig, das quartäre Ammoniumsalz in die<br />
Ammoniumbase überzuführen. So lassen sich die Salze von Mannich-Basen der Struktur<br />
0, R<br />
R-CO-CH2-CH2-N-R<br />
[3.47]<br />
H<br />
(vgl. D.7.2.1.5.) glatt in die entsprechenden Vinylketone umwandeln, indem man sie auf 100 bis<br />
15O 0 C erwärmt. Die Spaltung gelingt häufig auch durch Destillation mit Wasserdampf. Die<br />
leichte Eliminierung ist darauf zurückzuführen, daß ein relativ energiearmes konjugiertes<br />
Elektronensystem entstehen kann. Man formuliere das nachstehende Beispiel!<br />
Darstellung von Methylvinylketon<br />
I<br />
Vorsicht! Methylvinylketon ist stark giftig, ruft auf der Haut Verätzungen hervor und reizt<br />
die Atmungsorgane. Abzug! Schutzhandschuhe tragen! Geräte mit Permanganatlösung reinigen!<br />
l mol 4-Dimethylamino-butan-2-on-hydrochlorid oder 4-Diethylamino-butan-2-on-hydrochlorid<br />
1 ) wird in der eben zureichenden Menge Wasser gelöst und mit l g Hydrochinon und<br />
l ml Eisessig versetzt. Man läßt diese Lösung im Verlauf von l bis 2 Stunden unter Rühren zu<br />
250 ml Phthalsäurediethylester (als „innerer" Wärmeüberträger) zutropfen, der sich in einem<br />
1-1-Dreihalskolben mit KPG-Rührer, Tropftrichter, Innenthermometer und Destillationsaufsatz<br />
mit absteigendem Kühler befindet und auf 16O 0 C erhitzt ist. Das gebildete Methylvinylketon<br />
destilliert zusammen mit dem Reaktionswasser ab. Die Vorlage wird über einen Vakuumvorstoß<br />
mit dem Kühler verbunden, zusätzlich in Eiswasser gekühlt und zur Stabilisierung<br />
des Methylvinylketons mit 0,5 g Hydrochinon und 0,5 ml Eisessig beschickt.<br />
Nach Beendigung der Reaktion sättigt man das Destillat mit Kaliumcarbonat, trennt das<br />
Methylvinylketon ab, trocknet mit Natriumsulfat und destilliert im schwachen Vakuum 2 ),<br />
wobei man sowohl in den Siedekolben als auch in die Vorlage 0,5 g Hydrochinon und 0,5 ml<br />
Eisessig gibt. Die Vorlage muß dabei in Eis/Kochsalz-Mischung gekühlt werden. KpI3300O)<br />
33 0 C; Ausbeute 80%.<br />
Darstellung von Hex-l-en durch Hofmann-Abbau aus Hexylamin: COPE, A. C; TRUMBULL,<br />
E. R., Org. React. 11 (1960), 381.<br />
1 ) Es kann das in der Mannich-Reaktion unmittelbar abgeschiedene Hydrochlorid ohne Reinigung verwendet<br />
werden. Bei Verwendung der freien, destillierten Mannich-Base wird mit der äquimolaren Menge<br />
konzentrierter Salzsäure unter Eiskühlung neutralisiert.<br />
2 ) Man muß bei möglichst niedriger Siedetemperatur destillieren. Bei vollem Wasserstrahlvakuum liegt der<br />
Siedepunkt jedoch bereits unter der Zimmertemperatur.
D. 3.2. Thermische syn-Eliminierungen 283<br />
Alkene durch Hofmann-Eliminierung unter Verwendung von Ionenaustauschern für die<br />
Herstellung der quaternären Ammoniumhydroxide: Diphenylmethylvinylether: KAISER, C.;<br />
WEINSTOCK, J., Org. Synth. 55 (1976), 3.<br />
3.2. Thermische syn-Eliminierungen<br />
Das Prinzip dieser Eliminierungen sei am klassischen Beispiel der Chugaev-Reaktion erläutert:<br />
Aus einem Kaliumalkoholat wird zunächst mit Schwefelkohlenstoff das entsprechende<br />
Kalium-O-alkyl-dithiocarbonat (Kaliumxanthogenat) hergestellt ([3.4Sa]). Durch Alkylierung<br />
dieses Salzes (man verwendet meist Methyliodid) gewinnt man den Dithiokohlensäure-O,Sdialkylester<br />
(Xanthogensäurealkylester) (b), der beim trockenen Erhitzen in ein Olefin, Alkylthiol<br />
und Kohlenoxidsulfid zerfällt (c):<br />
I I I I /, s @<br />
H-C-C-OK + CS2 - H-C-C-O-C K [3.48a]<br />
h Rl<br />
+ RSH + COS<br />
[3.48c]<br />
Diese Pyrolyse ist eine monomolekulare Reaktion. Sie verläuft jedoch im Gegensatz zur<br />
El-Reaktion nicht über freie Ionen, sondern über einen cyclischen Übergangszustand, in dem<br />
Bindungsbruch und -bildung annähernd gleichzeitig erfolgen. Durch die Ringstruktur des<br />
Übergangszustandes ist gleichzeitig der sterische Verlauf als syn-Eliminierung festgelegt:<br />
-crÄ>r SR ^C^ °V SR<br />
I^ J - n + i (-* COS + R-SH) [3.49]<br />
*) C V S ^ C \ H" S<br />
So werden bei der Chugaev-Eliminierung aus (-)-Menthol 66% p-Menth-3-en (neben 34%<br />
p-Menth-2-en) gebildet, woraus auf syn-Eliminierung zu schließen ist, da am C-Atom 4 kein<br />
zur OH-Gruppe anti-ständiger Wasserstoff zur Verfügung steht:<br />
—X=-OCSMe [3.50]<br />
Man vergleiche das Ergebnis mit dem einer bimolekularen Eliminierung, z.B. am Menthyltosylat<br />
(D.3.I.3.)! Ähnlich lassen sich auch andere Ester, z. B. Urethane, Kohlensäure- und Carbonsäureester,<br />
Selen- und Sulfoxide, sowie Aminoxide (Cope-Eliminierung) pyrolysieren,<br />
wobei die Tendenz zur Pyrolyse in folgender Reihe abnimmt:<br />
/H
284 D. 3. Eliminierung unter Bildung von C-C-Mehrfachbindungen<br />
So erfordert z. B. die Pyrolyse der Essigsäureester Temperaturen von 400 bis 500 0 C, während<br />
Dithiokohlensäure-O,S-dialkylester (Xanthogensäureester) bei 120 bis 20O 0 C und Aminoxide<br />
schon bei 80 bis 16O 0 C umgesetzt werden können. Sulfoxide unterliegen einer thermischen<br />
Eliminierung bei ca. 8O 0 C, Selenoxide zersetzen sich dagegen schon häufig während<br />
ihrer Herstellung bei Raumtemperatur.<br />
Formulieren Sie die angegebenen Reaktionen im einzelnen!<br />
Die Abspaltungsrichtung ist bei solchen thermischen Eliminierungen meist uneinheitlich.<br />
Bei offenkettigen Verbindungen kompensieren sich häufig sterische (konformative) und thermodynamische<br />
Einflüsse, so daß die Eliminierungsrichtung im wesentlichen statistisch<br />
bestimmt ist (vgl. D.3.I.2.). Bei der Pyrolyse von But-2-yl-acetat erhält man z. B. 51% But-l-en<br />
und 49% But-2-en.<br />
Bei cyclischen Verbindungen kann die Konformation bestimmend werden. Sind von der Konformation her<br />
zwei Eliminierungsrichtungen möglich, wird überwiegend das thermodynamisch stabilere Produkt gebildet.<br />
1-Methyl-cyclohexylacetat ergibt z. B. 75% 1-Methyl-cyclohex-l-en und 25% Methylencyclohexan.<br />
Obwohl recht scharfe Pyrolysebedingungen notwendig sind, um Essigsäureester in die<br />
Olefine zu überführen, werden die Acetate als leicht herstellbare Ester doch häufig als Ausgangsmaterial<br />
verwendet, zumal ihre Pyrolyse trotz der häufig notwendigen hohen Temperatur<br />
mit beachtlich wenig Nebenreaktionen bzw. Isomerisierungen der Doppelbindung verläuft. So<br />
erhält man aus Alkylacetaten ziemlich reine A i-Olefine. Selbst das Acetat des 2,2-Dimethylpentan-3-ols<br />
liefert neben 77% des normalen Eliminierungsproduktes (4,4-Dimethyl-pent-2en)<br />
nur etwa 7% umgelagertes Olefin, während bei einer sauren Dehydratisierung weitgehende<br />
Skelettisomerisierung eintritt (vgl. auch [3.33].) Nitrilgruppen, Methoxygruppen,<br />
Nitrogruppen oder weitere Estergruppen stören die Reaktion im allgemeinen nicht, so daß<br />
auch die Darstellung von
iv°<br />
\ /<br />
°^c^cr<br />
n P Oh<br />
i i \ /<br />
Erhitzen ^ C^ OH ^ Jc^ /OH<br />
-CO2 "C H C<br />
n n<br />
substituierte Malens ure substituierte Essigs Cure<br />
\ /<br />
*c'&c- R<br />
l~x /Il<br />
°V°<br />
ß-Oxocarbonsü ure<br />
HOOC<br />
-CO2<br />
^R OH<br />
\/<br />
r c y<br />
o<br />
Keton<br />
D. 3.3. a,a-Eliminierung 285<br />
[3.52]<br />
[3.53]<br />
[3.54]<br />
Da das bei der Decarboxylierung eliminierte Kohlendioxid besonders energiearm ist, erfolgen<br />
diese Eliminierungen bereits bei niederen Temperaturen (Malonsäuren 140 bis 16O 0 C,<br />
ß-Oxo-carbonsäuren unter 100 0 C). Über die präparative Durchführung dieser Reaktionen vgl.<br />
D.7.1.4.3.<br />
Analog verläuft die Pyrolyse von Acetanhydrid zu Keten<br />
C o 70OjC<br />
CH2<br />
C Il<br />
O<br />
Keten läßt sich auch durch thermische Spaltung von Aceton herstellen:<br />
H3C-CO-CH3<br />
- H2C=C=O + CH4<br />
OH<br />
[3.55]<br />
[3.56]<br />
Die beiden Verfahren werden auch technisch durchgeführt. Zu einigen Reaktionen des<br />
Ketens vgl. D.7.1.6. und D.7.4.2.3.<br />
3.3. a,a-Eliminierung<br />
Durch a,a-Eliminierung geminal angeordneter Substituenten entstehen Carbene R2C: Sie treten<br />
meistens als kurzlebige, sehr reaktive Zwischenprodukte auf. So bilden sich kurzlebige<br />
Halogencarbene HaI(H)CI, bzw. HaI2CI, durch Dehydrohalogenierung von Di- und Trihalogenmethanen<br />
sowie von Di- und Trihalogenessigsäuren (unter Decarboxylierung):<br />
Cl<br />
H-C-CI<br />
i<br />
Cl<br />
Cl<br />
CI-C-COO<br />
I<br />
H<br />
OH"<br />
0<br />
Cl<br />
IC<br />
Cl<br />
,©<br />
Cl ,©<br />
Cl<br />
IC + CO2 + Cl<br />
Cl<br />
0<br />
[3.57]<br />
[3.58]
286 D. 3. Eliminierung unter Bildung von C-C-Mehrfachbindungen<br />
Methylene RzCI, (R = Alkyl, Aryl oder H) dagegen entstehen aus aliphatischen Diazoverbindungen<br />
(vgl. D.8.4.) durch Pyrolyse, beim Bestrahlen mit UV-Licht oder in Gegenwart von<br />
Katalysatoren, vgl. auch die Zersetzung von a-Diazo-ketonen [8.41].<br />
In Analogie zur Carbenbildung aus Diazoalkanen bilden sich bei der Thermolyse bzw. Photolyse von<br />
Aziden Nitrene als kurzlebige Zwischen Verbindungen, z. B.:<br />
© © _ _<br />
R-N-N=N R-N + N2 [3.59]<br />
Sie gehen analoge Reaktionen ein wie die Carbene (s. u.), außerdem dimerisieren sie leicht zu Azoverbindungen<br />
(man informiere sich in einem Lehrbuch).<br />
Wegen des Elektronensextetts am Carbenkohlenstoff reagieren Carbene im allgemeinen als elektrophile<br />
Agenzien. Die beiden freien Elektronen am Carbenkohlenstoff können entgegengesetzten Spin haben. Sie<br />
liegen dann als Elektronenpaar vor. Man bezeichnet diesen Zustand als Singulettzustand. Sind die beiden<br />
Elektronen ungepaart (Diradikal), so spricht man vom Triplettzustand. Viele Carbene entstehen im Singulettzustand<br />
und gehen dann in den energieärmeren Triplettzustand über, dessen Reaktionen über radikalische<br />
Zwischenstufen verlaufen. Der Spinzustand der Carbene beeinflußt in starkem Maße den Mechanismus<br />
und damit auch den sterischen Ablauf ihrer Reaktionen. Man informiere sich hierüber in der am Ende<br />
des Kapitels gegebenen Literatur.<br />
Die wichtigsten Reaktionen der Carbene sind:<br />
- Der Einschub in kovalente Bindungen, z. B. in C-H-Bindungen (Insertion). So isoliert man bei der Photolyse<br />
von Diazomethan in Diethylether neben kleinen Mengen Ethylen ein Gemisch aus Ethylpropylether<br />
und Ethylisopropylether:<br />
C2H5-O-CH2-CH3<br />
C2H5-O-CH2 - CH2 - CH3<br />
C2H5-O-CH-CH3<br />
[3.60]<br />
Alkylcarbene bilden durch intramolekularen C-H-Einschub leicht Cyclopropane (formulieren!).<br />
Seit langem bekannte Einschubreaktionen des in Gegenwart von Natronlauge aus Chloroform entstehenden<br />
Dichlorcarbens sind beispielsweise die Carbylaminreaktion, die sowohl zur präparativen Darstellung<br />
von Isocyaniden als auch zum analytischen Nachweis primärer Amine (vgl. E.l.2.8.1.) genutzt wird,<br />
und die Synthese von o-Hydroxy-benzaldehyden. Man informiere sich über die Reimer-Tiemann-Synthese!<br />
- Die elektrophile Anlagerung von Carbenen an Mehrfachbindungen, vgl. D.4.4.1.<br />
- Die intra- und intermolekulare H-Abspaltung und Folgereaktionen der sich bildenden Radikale:<br />
R-CH + H-R' R-CH2 + R' [3.61]<br />
Auf diese Weise können sich z. B. durch Radikalkombination Einschubprodukte bilden.<br />
Im Gegensatz zur hohen Reaktivität der beschriebenen kurzlebigen Carbene können sich aus geeigneten<br />
N- oder S,N-Heterocycliumsalzen durch Deprotonierung reaktionsträge, stabile Carbene bilden, die in<br />
Substanz isolier- und charakterisierbar sind. Die Stabilität dieser Carbene resultiert aus der Mesomerie<br />
zwischen dem Elektronenpaar am Kohlenstoff und dem nachbarständigen Heteroatom, z. B.:<br />
Man informiere sich über stabile Carbene in der am Ende des Kapitels angegebenen Literatur.<br />
[3.62]
3.4. Literaturhinweise<br />
Zum Mechanismus von Eliminierungsreaktionen<br />
D. 3.4. Literaturhinweise 287<br />
ALESKEROV, M. A.; JUFIT, S. S.; KUCHEROV, V. F., Usp. Khim. 47 (1978), 233-259.<br />
BANTHORPE, D. V: Elimination Reactions. - Eisevier, Amsterdam, London, New York 1963.<br />
BUNNETT, J. F., Angew.Chem. 74 (1962), 731-741.<br />
COCKERILL, A. F.; HARRISON, R. G., in: The Chemistry of Doublebonded Funktional Groups. Hrsg.: S. PATAI.<br />
- John Wiley & Sons, London 1977.<br />
INGOLD, C., Proc. Chem. Soc. 1962,265-274.<br />
SAUNDERS, Jr., W. H., in: The Chemistry of Alkenes. Hrsg.: S. PATAI. - Interscience Publishers, London, New<br />
York, Sydney 1964.<br />
SAUNDERS, W. H.; COCKERILL, A. F.: Mechanisms of Elimination Reactions. - John Wiley & Sons, New York<br />
1973.<br />
SICHER, J., Angew. Chem. 84 (1972), 177-191.<br />
Synthese von Olefinen<br />
HOUBEN-WEYL. Bd. 5/1 b. - Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1972.<br />
HUBERT, A. J.; REIMLINGER, H., Synthesis 1%9,97; 1970,405^30.<br />
KNÖZINGER, H., Angew. Chem. 80 (1968), 778-792.<br />
LEVINA, R. JA-SKVARCHENKO, V. R., Usp. Khim. 18 (1949), 515-545.<br />
Hofmann- und Cope-Eliminierung<br />
COPE, A. C; TRUMBULL, E. R., Org. React. 11 (1960), 317^93.<br />
Chugaev-Eliminierung<br />
NACH, H. R., Org. React. 12 (1962), 57-100.<br />
Synthese von Acetylenen<br />
CRAIG, J. C; BERGENTHAL, M. D.; FLEMING, L; HARLEY-MASON, H., Angew. Chem. 81 (1969), 437-446.<br />
FRANKE, W., u. a. Angew. Chem. 72 (1960), 391-400;<br />
„Neuere Methoden", Bd. 3 (1961), S. 261-279.<br />
JACOBS, T. L., Org. React. 5 (1949), 1-78.<br />
KÖBRICH, G., Angew. Chem. 77 (1965), 75-94.<br />
LEVINA, R. JA.; VIKTOROVA, E. A., Reakts. Metody Issled. Org. Soedin. 7 (1951), 7-98.<br />
Darstellung von Ketenen<br />
HANFORD, W. E.; SAUER, J. C., Org. React. 3 (1946), 108-140.<br />
SCHAUMANN, E.; SCHEIBLICH, S., in: HOUBEN-WEYL. Bd. E15/2 (1993), S. 2353-2530.<br />
TIDWELL, T. T: Ketenes. - John Wiley & Sons, New York 1994.<br />
Carbene (Methylene), Nitrene<br />
BURKE, ST. D; GRIECO, P. A., Org. React. 26 (1979), 361^75.<br />
Carbene (Carbenoide). Hrsg, M. REGITZ, in HOUBEN-WEYL. Bd. E19b (1989), S. 1-2214.<br />
CHINOPOROS, E., Chem. Rev. 63 (1963), 235-255.<br />
DAVE, V; WARNHOFF, E. W., Org. React. 18 (1970), 217^101.<br />
GILCHRIST, T. L.; REES, C. W.: Carbenes, Nitrenes, Arynes. - Th. Nelson & Sons, London 1969.<br />
JONES, M., JR.; Moss, R. A.: Carbenes. Bd. 1-2. - John Wiley & Sons, New York 1973-1975.<br />
KIRMSE, W., Angew. Chem. 71 (1959), 537-541; 73 (1961), 161-166; 77 (1965), 1-10;<br />
Prog. Org. Chem. 6 (1964), 164^216;<br />
Carbene Chemistry. - Academic Press, New York 1964;<br />
Carbene, Carbenoide und Carbenanalyse. - Verlag Chemie, Weinheim/Bergstr. 1969.<br />
LWOWSKI, L., Angew.Chem. 79 (1967), 922-931.<br />
ROZANCEV, G. G.; FAJNZIL-BERG, A. A.; NOVIKOV, S. S.; Usp. Khim. 34 (1965), !77-218.<br />
WENTRUP, C, in: Topics in Current Chemistry. Bd. 62. - Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York<br />
1976. S. 173-25!.
288 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
Dihalogencarbene durch Phasentransferreaktion<br />
WEBER, W. P.; GOKEL, G. W., in: Phase Transfer Catalysis in Organic Synthesis. - Springer-Verlag, Berlin,<br />
Heidelberg, New York 1977, S. 18-72.<br />
Stabile Carbene aus Heterocycliumsalzen<br />
ARDUENGO, A. J.; KRAFCYK, R., Chem. unserer Zeit 32 (1998) 6-XX<br />
HERRMANN, W. A.; KÖCHER, C, Angew. Chem. 109 (1997), 2256-2282.<br />
D.4 Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
Typisch für C-C-Doppel- und Dreifachbindungen sind Additionsreaktionen entsprechend [4.1]:<br />
\ / i i<br />
C=C + X-Y ^^ X-C-C-Y [4.1al<br />
/ \ I l<br />
—CHC- + X-Y<br />
/ C=C \<br />
[4.Ib]<br />
Formal handelt es sich dabei um die Umkehrung der in D.3. besprochenen Eliminierungen.<br />
Wichtige Additionsreaktionen sind in Tabelle 4.2 zusammengestellt.<br />
Tabelle 4.2<br />
Wichtige Additionsreaktionen an Alkene und Alkine<br />
\ /<br />
C=C + H-HaI<br />
+ H-OSO3H<br />
+ H-OH<br />
+ H-OR<br />
-i- Hai— HaI<br />
HO-CI<br />
AcOHg®/OH®<br />
I I<br />
H-C-C-HaI<br />
I I<br />
I I<br />
H-C-C-OSO3H<br />
H 0 I I<br />
~ H-C-C-OH<br />
I I<br />
H @ I I<br />
- H-C-C-OR<br />
I |<br />
I I<br />
HaI-C-C-HaI<br />
I I<br />
HO-C-C-CI<br />
I I<br />
AcOHg-C-C-OH<br />
Red. I |<br />
H-C-C-OH<br />
I I<br />
HCl-, HBr-, HI-Addition unter<br />
Bildung von Alkylhalogeniden<br />
H2SO4- Addition zu sauren<br />
Schwefelsäureestern<br />
Saure Hydratisierung zu<br />
Alkoholen<br />
Alkoholaddition zu Ethern<br />
Halogen- bzw. Interhalogenaddition<br />
zu vicinalen<br />
Dihalogeniden<br />
Hypochloritaddition zu<br />
Chlorhydrinen<br />
Oxymercurierung<br />
Reduktion der Oxymercurierungsprodukte<br />
zu Alkoholen
Tabelle 4.2 (Fortsetzung)<br />
\ /<br />
C=C +<br />
/ \<br />
/<br />
H-B \<br />
© G<br />
—C=N-(T<br />
CO + H2<br />
-C=C- + H-OH<br />
Kat.<br />
Kat.<br />
Kat.<br />
H-OR C<br />
H<br />
I I /<br />
H-C-C-B<br />
I I \<br />
*&- H-(U-OH<br />
I<br />
\ /<br />
H2O I I<br />
— ? —- HO-C-C-OH<br />
I I<br />
0-0<br />
/ \<br />
I I<br />
H-C-C-H<br />
I I<br />
I I /P<br />
H-C-C-C<br />
I I H<br />
C=O + O=C<br />
H2 I I<br />
—^ H-C-C-CH2OH<br />
'I l\ I I<br />
C-C^-C-C-<br />
I/J I<br />
OH<br />
C=C<br />
-* -CH2-C<br />
OR<br />
Hydroborierung<br />
289<br />
Oxidation der Organoborane zu<br />
Alkoholen<br />
Epoxidierung<br />
Dihydroxylierung zu vicinalen<br />
Dihydroxyverbindungen<br />
Cycloaddition mit Carbenen und<br />
Carbenoiden zu Cyclopropanen<br />
Ozonierung<br />
Reduktion der Ozonide zu<br />
Aldehyden bzw. Ketonen<br />
Cycloaddition mit 1,3-Dipolen<br />
zu 5-Ringheterocyclen<br />
(z. B. zu A -1,2-Oxazolinen)<br />
Cycloaddition mit Dienen zu<br />
Cyclohexenen (Diels-Alder-<br />
Reaktion)<br />
Hydrierung<br />
Umsetzung mit CO(H2 zu Aldehyden<br />
(Hydroformylierung,<br />
Oxosynthese) bzw. Alkoholen<br />
Oligomerisierung, Cyclisierung<br />
und Polymerisation<br />
Hydratisierung von<br />
Acetylenen zu Aldehyden bzw.<br />
Ketonen<br />
Alkoholaddition an<br />
Acetylene zu Enolethern
290 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
Tabelle 4.2 (Fortsetzung)<br />
\ OCOR<br />
-C=C- + H-OCOR C=C Carbonsäureaddition an<br />
H \ Acetylene zu Enolestern<br />
\<br />
N<br />
H-N ^ C=C : /<br />
C<br />
Aminaddition an Acetylene zu<br />
\ H \ Enaminen<br />
\ /<br />
+ Hai—HaI C=C Halogenaddition an<br />
HaI \ Acetylene zu vicinalen<br />
Dihalogenalkenen<br />
Alkene besitzen leicht polarisierbare 7r-Bindungen. Ihre nucleophilen Eigenschaften kommen<br />
auch in ihren relativ energiereichen Ti-HOMOs 1 ) zum Ausdruck (vgl. C.6.). Bei der nichtkonjugierten<br />
olefmischen Doppelbindung überwiegt deshalb die Fähigkeit, elektrophil angegriffen<br />
zu werden.<br />
Alkine haben energieärmere Tr-HOMOs als Olefine 2 ). Sie reagieren folgerichtig bevorzugt<br />
mit nucleophilen Reagenzien.<br />
Sowohl Doppel- als auch Dreifachbindungen gehen außerdem Radikalreaktionen ein.<br />
Man unterscheidet demzufolge:<br />
a) elektrophile Additionen (Symbol AdE)<br />
b) nucleophile Additionen (Symbol AdN)<br />
c) radikalische Additionen (Symbol AdR).<br />
Insbesondere konjugationsfähige Substituenten steigern die Polarität von C-C-Mehrfachbindungen.<br />
+M-Substituenten, wie -NR2, -OR und -OH, erhöhen die Elektronendichte an<br />
einer benachbarten Doppelbindungi). Sie begünstigen die Reaktion mit Elektrophilen (vgl.<br />
D.7.4.2.). -M-Substituenten, wie Carbonyl-, Nitril- und Nitrogruppen, vermindern die Elektronendichte<br />
benachbarter Doppelbindungen 1 ) und erhöhten dadurch ihre Reaktivität gegenüber<br />
nucleophilen Reagenzien (vgl. D.7.4.I.).<br />
Bei den „elektronenreichen" donor-substituierten Olefinen (z. B. N-alkylierte Tetraaminoethene) ist die<br />
Tendenz zur Elektronenabgabe so groß, daß sie in organischen Lösungsmitteln als lösliche Reduktionsmittel<br />
wirken. Im Gegensatz dazu sind die „elektronenarmen" acceptor-substituierten Olefine (z. B. Tetracyanethen)<br />
Oxidationsmittel.<br />
4.1. Elektrophile Addition an Olefine und Acetylene<br />
4.1.1. Mechanismus der elektrophilen Addition<br />
Die elektrophile Addition an Olefine läßt sich als Säure-Base-Beziehung auffassen. Reaktionen<br />
dieses Typs verlaufen um so besser, je basischer (genauer: je nucleophiler) das Olefin<br />
und je sauer (genauer: je elektrophiler) das Reagens ist.<br />
1 J Die 7r-HOMO-Energien nichtaktivierter Olefine liegen bei ~ -10,5 eV, die LUMO-Energien bei<br />
—l,5eV. Für elektronendonorsubstituierte Olefine betragen die entsprechenden Energiewerte<br />
~ -9,0 eV bzw. ~ +3,0 eV und für elektronenacceptorsubstituierte Olefine ~ -10,9 eV bzw. ~ O eV<br />
2 ) Die HOMO-Energien von Alkinen liegen zwischen etwa -10,9 und -11,4 eV und die LUMO-Energien<br />
zwischen etwa +1,1 und +0,6 eV.
D. 4.1. Elektrophile Addition an Olefine und Acetylene 291<br />
Der schon erwähnte Einfluß von +M- und +1- bzw. von -M- und -I-Substituenten läßt sich<br />
aus folgender experimentell ermittelter Reihenfolge der zunehmenden Basizität von Olefinen<br />
entnehmen:<br />
CI-CH=CH2 - HOOC-CH=CH2 < H2C=CH2 < AIk-CH=CH2<br />
< (AIk)2C=CH2 < AIk-CH=CH-AIk < (AIk)2C=C(AIk)2<br />
Als elektrophile Agenzien addieren sich an Olefine Protonen- und Lewis-Säuren, wie z. B.<br />
Halogenwasserstoffe, Schwefelsäure, Salpetersäure, H3O - , Halogene, Interhalogenei), unterhalogenige<br />
Säuren u. a.<br />
Die freien Halogene sind potentielle Lewis-Säuren, weil sie durch elektrophile Partner<br />
(Lösungsmittel oder Katalysatoren, wie AlCl3, ZnCl2, BF3 u. ä.) polarisiert werden können.<br />
Die Reaktivität der zu addierenden Reagenzien nimmt mit ihrer Acidität zu, z.B. bei den<br />
Halogenwasserstoffsäuren HF
292 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
I ©/<br />
r*i P c*<br />
c. c Cx<br />
+ ei 0 I<br />
l ! — - CI-C-C-CI [4.5a]<br />
+ Br 0 I l<br />
— — - CI-C-C-Br [4.5b]<br />
+ H,0 I © ..<br />
CI-C-C-OH2<br />
-H ,©<br />
CI-C-C-OH 1 )<br />
-H ,©<br />
[4.5c]<br />
I I<br />
CI-C-C-OR [4.5d]<br />
Das Ausmaß, in dem die einzelnen Konkurrenzreaktionen ablaufen, richtet sich nach der<br />
Reaktivität und Konzentration der nucleophilen Partner und kann durch geeignete Wahl der<br />
Reaktionsbedingungen (z. B. der Konzentration) beeinflußt werden.<br />
Bei der Reaktion elektrophiler Reagenzien mit konjugierten Dienen wird im ersten Schritt<br />
der Addition ebenfalls ein Carbeniumion gebildet. Seine positive Ladung ist aber über das<br />
gesamte konjugierte System delokalisiert. Deshalb kann es den nucleophilen Partner im zweiten<br />
Schritt sowohl am C-Atom 2 als auch am C-Atom 4 addieren, z. B.:<br />
H2C=CH-CH=CH2 + CI-CI —- CI-CH2-CH-CH=CH2 CI-CH2-CH=CH-CH2 + Cl 0 [4.6a]<br />
CI-CH2-CH=CH-CH2-CI (1,4-Addukt)<br />
er [4.6b]<br />
CI-CH2-CH-CH=CH2<br />
Cl<br />
(1,2-Addukt)<br />
Es werden daher im allgemeinen Gemische von 1,2- und 1,4-Addukten erhalten. Das thermodynamisch<br />
stabilere ist das 1,4-Addukt, das auch häufig in größerer Menge entsteht (im<br />
angeführten Beispiel: 1,2- zu 1,4-Addukt = 1:4).<br />
4.1.2. Zur Additionsrichtung und zum sterischen Verlauf<br />
elektrophiler Additionen<br />
Die meisten elektrophilen Reaktionspartner, die im ersten Schritt [4.4] an das Olefin addiert<br />
werden, können als „Nucleophil" intramolekular mit dem Carbeniumkohlenstoff in Wechselwirkung<br />
treten („Verbrückung") und ihn dadurch zeitweilig stabilisieren.<br />
Es lassen sich dafür die folgenden Grenzfälle formulieren:<br />
} entspricht der Addition von unterchloriger Säure
* 0<br />
\ ©<br />
c-c^'<br />
*i I^<br />
Y Y<br />
i--© /®\<br />
,C-C^ -C-C^<br />
*i l\. ^r )><br />
I II III IV<br />
D. 4.1. Elektrophile Addition an Olefine und Acetylene 293<br />
^. "' - ? ^<br />
C "V<br />
Y X U.71<br />
Mit ihrer Hilfe können die Additionsrichtung bei unsymmetrischen Olefinen und der sterische Verlauf von<br />
Additionen erklärt werden.<br />
In [4.7], I liegt ein klassisches Carbeniumion vor. Das nucleophile X| kann im zweiten Additionsschritt<br />
von beiden Seiten an den trigonal ebenen Carbeniumkohlenstoff herantreten. Die Addition verläuft nicht<br />
stereoselektiv. Das Carbeniumion [4.7], II ist unsymmetrisch verbrückt. Es läßt nur eine stereoselektive<br />
anti-Addition von X| zu. Bei symmetrischer Verbrückung [4.7], III kann aus dem gleichen Grunde nur anti-<br />
Addition eintreten. [4.7], III ist auch als delokalisierter 7r-Komplex aufzufassen. Die Additionsrichtung von<br />
X und Y an unsymmetrische Olefine ist hier nicht mehr eindeutig festgelegt. Ist die Heterolyse des Agens<br />
X-Y erschwert, so kann die Addition über einen Vierzentrenübergangszustand [4.7], IV als syn-Addition<br />
verlaufen (vgl. z. B. Hydroborierung).<br />
Wird ein unsymmetrisches Reagens, wie z.B. Halogenwasserstoffsäure oder H2O, an ein<br />
unsymmetrisches Olefin addiert, so entsteht eines der beiden formulierbaren Additionsprodukte<br />
nahezu ausschließlich:<br />
^ R-CH-CH3<br />
R-CH=CH2 + HX
294 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
Die Markovnikov-Regel wird aber im allgemeinen auch befolgt, wenn ein Vierzentrenübergangszustand<br />
[4.7], IV durchlaufen wird (vgl. D.4.I.8., Addition von Borwasserstoff an<br />
Olefine).<br />
Bei nucleophilen und radikalischen Additionen gilt die Markovnikov-Regel nicht!<br />
Der sterische Verlauf der Addition ist für die entstehenden Produkte nur von Bedeutung, wenn durch<br />
die Addition zwei asymmetrische C-Atome entstehen bzw. bei cyclischen Verbindungen, bei denen die<br />
freie Drehbarkeit um die C-C-Einfachbindung aufgehoben ist. Die konfigurationserhaltende Wirkung des<br />
im ersten Schritt an das Olefin addierten elektrophilen Agens steigt dabei mit seiner Polarisierbarkeit an:<br />
Cl < Br < I.<br />
Bei der Addition von Brom wird ein weitgehend symmetrisch verbrücktes Carbeniumion durchlaufen,<br />
an das das Bromidion im zweiten Schritt nur unter anti-Addition herantreten kann:<br />
Br-Br<br />
-Br 0<br />
bzw.<br />
Br<br />
Br<br />
Br<br />
Br<br />
Br<br />
Br<br />
[4.11]<br />
Bei der Addition von Brom an Maleinsäure entsteht mit 80%iger Ausbeute racemische Dibrombernsteinsäure.<br />
Fumarsäure liefert bei der gleichen Reaktion meso-Dibrombernsteinsäure:<br />
HOOC<br />
COOH<br />
HOOC<br />
COOH<br />
COOH<br />
Br<br />
COOH<br />
H/^COOH<br />
Br<br />
COOH<br />
Br -<br />
COOH<br />
H D-DJbrom-<br />
-Br bernsteinsäure<br />
COOH<br />
COOH<br />
H—I—Br L-Dibrom-<br />
Br-^H<br />
COOH<br />
COOH<br />
bernsteinsäure<br />
Br-J-H Dibrom.<br />
Br——H bernstein-<br />
COOH Säure<br />
[4.12a]<br />
[4.12b]<br />
Bei Cyclohexenen entsteht von den beiden möglichen trans-Formen normalerweise primär nur das Produkt<br />
der bis-axialen Addition (vgl. Abb. 3.25), das anschließend durch „Umklappen" des Sessels eine Konformation<br />
mit bis-äquatorialer Orientierung der Bromatome einnehmen kann:<br />
Br2<br />
-Br 0<br />
Br2<br />
-Br 0<br />
Br<br />
Br 0<br />
Br 0<br />
Br<br />
Br<br />
[4.13]
D. 4.1. Elektrophile Addition an Olefine und Acetylene 295<br />
4.1.3. Addition von Protonensäuren und Wasser an Olefine und Acetylene<br />
Die Anlagerung starker Säuren (Halogenwasserstoffsäuren, Schwefelsäure usw.) an Olefine<br />
erfolgt entsprechend dem in D.4.1.1. geschilderten Mechanismus als Zweistufenprozeß, in dessen<br />
erster Phase ein Proton addiert wird, während das Anion erst im zweiten Schritt reagiert:<br />
C=C + H-X - H-C-C© +X 0 - H-C-C-X [4.14]<br />
Bei der Addition von Halogenwasserstoffsäuren entstehen so Alkylhalogenide, während<br />
Schwefelsäure Monoalkylsulfate ergibt.<br />
Wasser läßt sich allein nicht an Olefine addieren, da seine Acidität (H3O®-Konzentration)<br />
zu niedrig ist. Die Addition gelingt dagegen leicht in Gegenwart starker Säuren, wie Schwefelsäure,<br />
Salpetersäure u. a. Sie ist ein direkter Prozeß und verläuft nicht intermediär über die<br />
Säureester:<br />
C=C + H3O 0 - H-C-C0 + H2O - H-C-C-OH2 - H-C-C-OH + H® [4.15]<br />
Genauso wie das Wasser können auch die anderen im Reaktionsgemisch vorhandenen<br />
nucleophilen Reagenzien, z.B. das Anion der als Katalysator verwendeten Säure (vgl. [4.14]),<br />
der bereits gebildete Alkohol und das noch nicht umgesetzte Olefin mit dem intermediären<br />
Carbeniumion reagieren. So laufen beispielsweise bei der Umsetzung von Olefinen mit wäßriger<br />
Schwefelsäure die in Gleichung [4.16] aufgeführten Konkurrenzreaktionen ab.<br />
Mit wasserfreien oder hochkonzentrierten Säuren können praktisch nur die Bildung der<br />
Ester und die Polymerisation erfolgen, wobei große Mengen Säure die Esterbildung begünstigen,<br />
während eine hohe Basizität des Olefins die Polymerisation fördert. In Gegenwart verdünnterer<br />
Säuren gewinnt in zunehmendem Maße die direkte Hydratisierung an Bedeutung,<br />
bei der stets Ether als Nebenprodukte auftreten.<br />
Über die Reaktivität der Olefine und Säuren gilt das in D.4.1.1. gesagte. Je reaktionsträger<br />
die Olefine sind, desto stärker oder höher konzentriert muß die verwendete Säure sein. So<br />
setzt sich z. B. Ethylen mit konzentrierter wäßriger Salzsäure nicht um, wohl aber mit Bromwasserstoffsäure<br />
und lodwasserstoffsäure. Isobuten reagiert dagegen leicht mit Chlorwasserstoff,<br />
der sich in Gegenwart saurer Katalysatoren, wie Aluminiumchlorid, auch mit Ethylen<br />
umsetzt. Mit Schwefelsäure reagieren Isobuten und andere tertiäre Olefine bereits glatt bei<br />
O 0 C, wobei eine 65%ige Säure genügt. Für Propen und n-Buten muß man eine 85%ige Säure<br />
verwenden, während sich Ethylen erst mit 98%iger Schwefelsäure in der Wärme schnell<br />
umsetzt. Man kann daher z. B. leicht aus der C4-Fraktion der Crackgase das Isobuten mit 60 bis<br />
65%iger Schwefelsäure „auswaschen".
296 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
I /<br />
H-C-C©<br />
I \<br />
+ HO-SO2 -O 0 I I<br />
2 ^ HP^ ncr._ruj<br />
j w \^*j\^-£\~t\ i<br />
I<br />
Alkylhydrogensulfat<br />
+ H-C-C-OSO2O 0<br />
*-•<br />
I<br />
H P j \j ^ vy ^ vJW2 er» ^* r.<br />
| |<br />
C — o P— nH<br />
I |<br />
HH2O<br />
+H-C-C-OH<br />
C=C<br />
I I ©<br />
H-C-C-OH2<br />
Dialkylsulfat<br />
H-C-C-O-C-C-H<br />
IM/<br />
H-C-C-C-C© F<br />
\ -H €<br />
I I<br />
H-C-C-OH<br />
I I<br />
Alkohol<br />
I I I<br />
-=+ H-C-C-O-C-C-H<br />
-H® I I I<br />
Ether<br />
H-C-C-C=C usw.<br />
I I \<br />
Dimeres, Polymere<br />
[4.16a]<br />
[4.16b]<br />
[4.16c]<br />
[4.16d]<br />
[4.16e]<br />
Bei den hohen Schwefelsäurekonzentrationen, die bei diesen technisch in großem Umfang durchgeführten<br />
Reaktionen angewendet werden, wird die neben der Hydratisierung ablaufende Bildung der Monoalkylsulfate<br />
zur Hauptreaktion. Außerdem findet man auch Dialkylsulfat im Reaktionsgemisch, das gewöhnlich durch<br />
saure Hydrolyse bzw. Alkoholyse zu Alkohol bzw. Ether verarbeitet wird (vgl. D.2.5.2. und Tab. 4.20).<br />
Bei Additionen von Säuren und Wasser an Olefine findet man nicht nur das einheitliche,<br />
nach der Markovnikov-Regel zu erwartende Additionsprodukt, sondern Gemische. Das nach<br />
der Addition eines Protons an die Doppelbindung des Olefins [4.17], I entstandene Carbeniumion<br />
II kann sich in ein energieärmeres umlagern (III). Durch Wiederabspaltung des Protons<br />
bildet sich das Olefin IV (vgl. dazu auch [3.31]):<br />
H3C-CH2-CH2-CH=CH2<br />
.H® ©<br />
H3C-CH2-CH2-CH-CH3 II<br />
-H<br />
IV<br />
-H" [4.17]<br />
+ hT ©<br />
H3C-CH2-CH-CH2-CH3<br />
So addiert sich z.B. konzentrierte Schwefelsäure bei -1O 0 C an Dodec-1-en zu einem<br />
Gemisch aller stellungsisomeren Dodecylsulfate. Aus dem gleichen Grunde wird unter dem<br />
Einfluß von Säuren in Olefinen leicht die Doppelbindung verschoben. Es entstehen bei ausreichender<br />
Reaktionszeit die verschiedenen möglichen Olefine im Verhältnis ihrer thermodynamischen<br />
Stabilität.<br />
Die elektrophile Addition von Wasser, Alkoholen und Säuren an Acetylene verläuft nur in<br />
Gegenwart spezieller Katalysatoren (Quecksilber- und Kupfersalze), weil die Acetylenbindung<br />
gegenüber elektrophilen Reagenzien relativ wenig reaktionsfähig ist (vgl. D.4., Einleitung).<br />
Der Mechanismus ist noch nicht in allen Einzelheiten geklärt.<br />
III
D. 4.1. Elektrophile Addition an Olefine und Acetylene 297<br />
Die bei der Addition von Wasser an Acetylene gebildeten Enole lagern sich sofort in Carbonylverbindungen<br />
um:<br />
—CEC- + H2O<br />
H O<br />
//<br />
-C-C<br />
,', \<br />
[4.18]<br />
Aus Acetylen selbst entsteht Acetaldehyd, während aus substituierten Acetylenen Ketone<br />
gebildet werden. Es lassen sich so auch a,ß-ungesättigte Ketone und a-Hydroxyketone aus den<br />
entsprechenden Acetylenen darstellen. Olefinische Doppelbindungen reagieren im allgemeinen<br />
unter den Hydratisierungsbedingungen für Acetylene nicht.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Hydratisierung von Acetylenen (Tab. 4.19)<br />
In einem 500-ml-Dreihalskolben mit Rührer, Rückflußkühler und Tropftrichter werden 8 ml<br />
konz. Schwefelsäure, 5 g Quecksilber(II)-sulfat und 200 ml Wasser vorgelegt, auf 60 0 C erwärmt<br />
und innerhalb einer Stunde 0,5 mol des betreffenden Alkins unter gutem Rühren zugetropft.<br />
Dann rührt man noch 3 Stunden bei 6O 0 C, kühlt im Eisbad ab und extrahiert fünfmal mit je<br />
40ml Ether. Die vereinigten Etherextrakte werden mit gesättigter Kochsalzlösung neutral<br />
gewaschen und mit Natriumsulfat getrocknet. Nach Entfernen des Ethers destilliert man das<br />
Keton. Bei höheren Ketonen kann man die Reaktionstemperatur auf 80 0 C steigern.<br />
Für Halbmikroansätze kann wie folgt verfahren: Zunächst wird aus 100 mg rotem Quecksilberoxid,<br />
10 mg Trichloressigsäure, 0,25 ml Methanol und 0,15 ml Bortrifluoridetherat der<br />
Additionskatalysator hergestellt, indem man in einem Reagenzglas l Minute auf 50 bis 6O 0 C<br />
erwärmt, l g des betreffenden Acetylens wird in 3 ml Methanol gelöst, mit der Katalysatorlösung<br />
versetzt und 30 Minuten auf 50 bis 6O 0 C erwärmt. Es entsteht durch Addition von<br />
2 mol Alkohol das Acetal, wobei sich ein grauer Niederschlag bildet. Man hydrolysiert das<br />
Acetal zum Keton durch Zugabe von 2 bis 3 ml Wasser, dem zur Bindung der Säure 10%<br />
Kaliumcarbonat zugesetzt wurde. Dann wird ausgeethert und wie oben aufgearbeitet.<br />
Diese Variante eignet sich zur analytischen Identifizierung von Acetylenen, indem die entstandenen<br />
Ketone (Rohprodukte) durch geeignete Derivate charakterisiert werden.<br />
Tabelle 4.79<br />
Ketone durch Hydratisierung von Alkinen<br />
Produkt<br />
Hexan-2-on<br />
Heptan-2-on<br />
Octan-2-on<br />
( 1 -Hydroxy-cyclohexy 1 ) -<br />
methylketon<br />
(1 -Hydroxy-cyclopentyl)methylketon<br />
Ausgangsverbindung<br />
Hex- 1 -in<br />
Hept-1-in<br />
Oct-l-in<br />
1 -Ethinyl-cyclohexanol<br />
1 -Ethinyl-cyclopentanol<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
126<br />
148<br />
168<br />
932j0(i5)<br />
77 i,3(i o)<br />
" 2 D 5<br />
1,3985<br />
!,4066<br />
1,4134<br />
1,4670<br />
1,46! 9<br />
3-Hydroxy-3-methyl-pentan-2-on 3-Methyl-pent-l -in-3-ol 726 7(5o) 1,4200 60<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Weitere Hydratisierungen von Acetylenderivaten finden sich bei KUPIN, B. S.; PETROV, A., Zh.<br />
Obshch. Khim. 31 (1961), 2963.<br />
Hydratisierung von 1,1-disubstituierten Propargylalkoholen, auch unter gleichzeitiger Dehydratisierung<br />
des tertiären Alkohols zu a,ß-ungesättigten Ketonen in Gegenwart von Ionenaustauschern:<br />
NEWMAN, M. S., J. Am. Chem. Soc. 75 (1953), 4740.<br />
Die Addition von anorganischen Säuren und Wasser an Olefine ist präparativ von geringer<br />
Bedeutung. Die einfachen Halogenide sind anders meist leichter zugänglich, beispielsweise aus<br />
Alkoholen, und dienen umgekehrt oft zur Darstellung der Olefine.<br />
78<br />
85<br />
90<br />
65<br />
65
298 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
Industriell dagegen findet die Anlagerung von Chlorwasserstoff, Schwefelsäure und Wasser an Olefine<br />
sowie die Addition von Wasser, Chlorwasserstoff, Blausäure und Essigsäure an Acetylen 1 ) häufig Anwendung.<br />
Die wichtigsten Produkte sind in Tabelle 4.20 aufgeführt.<br />
Tabelle 4.20<br />
Technisch wichtige Additionsprodukte von anorganischen Säuren, Wasser und Alkoholen an Alkene und<br />
Alkine<br />
Produkt Verwendung<br />
Ethylchlorid (vgl. Tab. 1.37) -> Ethylcellulose (vgl. D.2.6.2.)<br />
Ethanol Lösungsmittel<br />
-» Acetaldehyd —> Essigsäure<br />
-»Diethylether (vgl. Tab. 2.61)<br />
—»Ester (Lösungsmittel)<br />
-> Chloral -»DDT (vgl. D.5.1.8.5) u. a. Schädlingsbekämpfungsmittel<br />
Isopropylalkohol Lösungsmittel<br />
—> Ester (Lösungsmittel)<br />
sec-Butylalkohol —> Ethylmethylketon (Lösungsmittel)<br />
tert-Butylalkohol Alkylierungsmittel (—»tert-Butylphenol u. a.)<br />
Alkylhydrogensulfate (Cu bis C16) Waschmittel<br />
tert-Butylmethylether (MTBE) Kraftstoffzusatz<br />
Vinylchlorid 1 ) -» Polyvinylchlorid (vgl. Tab.3.37)<br />
Vinylacetat 1 ) —> Polyvinylacetat (—> Polyvinylalkohol)<br />
—> Mischpolymerisate (z. B. mit Vinylchlorid)<br />
Acetaldehyd 1 ) -> Essigsäure, Acetanhydrid<br />
-» Essigsäureethylester (Claisen-Tlshchenko- Reaktion, vgl.<br />
D.7.3.1.3.)<br />
-> Acetaldol -» Crotonaldehyd (vgl. Tab. 3.37)<br />
—> Pentaerythritol<br />
-> Choral -> DDT (vgl. D.5.1.8.5.)<br />
-> Peressigsäure<br />
-» Glyoxal<br />
—> Pyridin und Alkylpyridine<br />
2-Chlor-buta-l,3-dien —» Chloropren<br />
l ) Diese Produkte werden überwiegend nicht aus Acetylen, sondern auf Ethylenbasis hergestellt.<br />
Für die Wasseraddition an Alkene wird neben der schwefelsäurekatalysierten Reaktion<br />
(vgl. [4.15]) auch ein Gasphasenprozeß genutzt, bei dem das Alken mit Wasserdampf bei<br />
erhöhter Temperatur und Druck (ca. 30O 0 C, 7 MPa) über saure Katalysatoren (Phosphorsäure<br />
auf Kieselgur, WO3/Fe2O3, TiO2TFe2O3) geleitet wird.<br />
4.1.4. Addition von Halogenen und unterhalogenigen Säuren an Olefine<br />
und Acetylene<br />
Die Addition von Chlor und Brom ist eine charakteristische Reaktion der C=C-Doppelbindung,<br />
die leicht und in vielen Fällen quantitativ verläuft. Die Reaktivität (Basizität) verschiedener<br />
Olefine geht aus [4.3] hervor.<br />
Es gibt einzelne Olefine, die infolge zu geringer Elektronendichte an der C=C-Doppelbindung<br />
oder auch aus sterischen Gründen nur sehr schwer oder gar nicht Brom addieren (z. B.<br />
Tetracyanethylen, Tetraphenylethylen, o,ß-ungesättigte Säuren und Ketone).<br />
Die Addition von lod gelingt wegen der verminderten Reaktivität dieses Halogens (vgl.<br />
D.4.1.1.) im allgemeinen nicht. Sie verläuft nur bei sehr reaktionsfähigen Olefinen befriedigend<br />
i) Weitere technisch wichtige Vinylierungsprodukte vgl. D.4.2.2.
D. 4.1. Elektrophile Addition an Olefme und Acetylene 299<br />
(z. B. bei Styren, Allylalkohol u. a.). Dagegen ist die Umsetzung von Fluor mit C=C-Doppelbindungen<br />
so heftig, daß im allgemeinen das Olefin in Bruchstücke kleinerer Kohlenstoffzahl<br />
gespalten wird.<br />
Olefine, die an der C=C-Doppelbindung eine Verzweigung tragen, wie 2-Methyl-propen<br />
(Isobuten), Trimethylethylen, reagieren mit Chlor unter Substitution, wobei die Doppelbindung<br />
erhalten bleibt:<br />
H3Cx<br />
H2C<br />
C=CH2 + Cl2 C-CH2-CI -i- HCI [4.21]<br />
H3C H3C<br />
Methallylchlorid<br />
Auch hier werden Chlorkationen addiert. Das entstehende Carbeniumion eliminiert jedoch<br />
ein Proton, wobei das Halogenolefin gebildet wird.<br />
Bei höheren Temperaturen (400 bis 50O 0 C, „Heißchlorierung") lassen sich auch n-Olefine,<br />
allerdings radikalisch, in der Allylstellung substituierend chlorieren (vgl. auch D. 1.4.1.)<br />
H2C=CH-CH3 + Cl2 50 ° |C » H2C=CH-CH2CI + HCI t 4 - 22 ]<br />
Allylchlorid<br />
Die C=C-Dreifachbindung ist gegenüber Halogenen weniger reaktionsfähig als die C=C-<br />
Doppelbindung (vgl. D.4., Einleitung). Das zeigt z. B. folgende Reaktion:<br />
H2C=CH-CH2-CECH — H2C-CH-CH2-CECH [4.23]<br />
Br Br<br />
Führt man die Halogenaddition an Olefine in wäßriger Lösung durch, so erhält man die<br />
Halogenhydrine (Halogenhydroxyalkane) (vgl. [4.5c]). Um die Halogenidionenkonzentration<br />
niedrig zu halten und damit die als Nebenreaktion stets ablaufende Halogenaddition zu unterdrücken,<br />
bricht man den Prozeß im allgemeinen bereits nach einem Umsatz von wenigen Prozenten<br />
ab. Daher ist präparativ die Darstellung von Chlorhydrinen durch direkte Addition von<br />
unterhalogeniger Säure (z. B. aus Chloramin T, tert-Butylhypochlorit) günstiger.<br />
Die Halogenaddition ist die wichtigste präparative Methode zur Darstellung vicinaler Dihalogenide.<br />
Diese spielen eine Rolle bei der Darstellung von Acetylenen (vgl. [3.39]) und Dienen.<br />
Man kann die Bromaddition auch zur Reinigung von Olefinen benutzen, indem man aus<br />
den leichter zu reinigenden Dibromiden das Halogen mit Zinkstaub oder mit Kaliumiodid in<br />
Aceton wieder abspaltet (vgl. [3.28]).<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Addition von Brom an Olefine und Acetylene (Tab. 4.24)<br />
Vorsicht beim Arbeiten mit Brom (vgl. Reagenzienanhang)! Abzug benutzen, Gummihandschuhe<br />
tragen! +<br />
In einem Dreihalskolben mit Rührer, Tropftrichter und Innenthermometer wird die ungesät- G<br />
tigte Verbindung in der 2- bis 3fachen Menge Tetrachlorkohlenstoff oder Chloroform auf O 0 C<br />
gekühlt. Bei O bis 5 0 C tropft man die äquimolare Menge Brom in etwa dem doppelten Volumen<br />
des gleichen Lösungsmittels unter gutem Rühren so zu, daß die Temperatur in den angegebenen<br />
Grenzen gehalten wird und keine größere Konzentration unverbrauchten Broms auftritt<br />
(Farbe!). Das Additionsprodukt fällt aus und wird abgesaugt; anderenfalls destilliert man<br />
das Lösungsmittel ab und reinigt den Rückstand durch Destillation oder Umkristallisation.<br />
Die Reaktion ist gut im Halbmikromaßstab durchführbar. Man verzichtet dann auf Rührer<br />
und Innenthermometer und schüttelt bei der Zugabe des Brom gut um.
300 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
Tabelle 4.24<br />
Addition von Brom an C-C-Mehrfachbindungen<br />
Produkt<br />
1 ,2-Dibrom-hexan<br />
1 ,2-Dibrom-heptan<br />
1 ,2-Dibrom-octan<br />
1 ,2-Dibrom-decan<br />
1 ,2-Dibrom-dodecan<br />
trans-l ,2-Dibrom-cyclohexan 1 )<br />
1 ,2-Dibrom-l-phenyl-ethan 2 )<br />
meso-Dibrom-bernsteinsäure 3 )<br />
1 ,2,3-Tribrom-propan<br />
( E)-1 ,2-Dibrom-stilben 4 )<br />
1 ,2-Dibrom-styren<br />
Ausgangsverbindung<br />
Hex-l-en<br />
Hept-1-en<br />
Oct-l-en<br />
Dec-l-en<br />
Dodec-1-en<br />
Cyclohexen<br />
Styren<br />
Fumarsäure<br />
Allylbromid<br />
Diphenylacetylen<br />
Phenylacetylen<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
902,4(18)<br />
103l,6(12)<br />
H7l,9(14)<br />
1602,4(18)<br />
1743,3(25)<br />
901.5(11)<br />
13320(15)<br />
F 74 (EtOH)<br />
n 2 ?<br />
1,5010<br />
1,5015<br />
1,4956<br />
1,5010<br />
1,5540<br />
1,5868<br />
DL-Dibrom-bernsteinsäure 5 ) Maleinsäureanhydrid F166... 167 (W.) 80<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
! ) Mit 10% weniger Brom arbeiten, da sonst als Nebenreaktion auftretende Substitution die Ausbeute vermindert.<br />
Zusätzliche Reinigung: Rohprodukt mit 1/3 seines Volumens 20%iger alkoholischer Kalilauge<br />
5 Minuten schütteln, mit dem gleichen Volumen Wasser verdünnen, alkalifrei waschen, mit Natriumsulfat<br />
trocknen und destillieren. Die Reinigung ist mit etwa 10% Verlust verbunden.<br />
2 ) Frisch destilliertes Styren verwenden! Vorsicht, Produkt reizt die Haut, Gummihandschuhe tragen!<br />
3 ) Fumarsäure im doppelten Volumen siedendem Wasser suspendieren, Brom ohne Lösungsmittel in der<br />
Siedehitze zutropfen. Das Additionsprodukt fällt beim Abkühlen auf -10 0 C aus und wird mit Wasser<br />
bromfrei gewaschen.<br />
4 ) In Ether arbeiten, der das gleichzeitig entstehende Z-Produkt (F 64 0 C) leicht löst.<br />
5 ) Reaktion bei 50 0 C durchführen. Nach dem Abkühlen ausgefallenes Reaktionsprodukt abtrennen und<br />
aus heißem Wasser Umkristallisieren.<br />
Die Bromaddition dient darüber hinaus zum qualitativen Nachweis der C=C-DDoppelbindung:<br />
Qualitativer Nachweis von C=C-DoppeIbindungen mittels Bromaddition<br />
Man tropft eine verdünnte Lösung von Brom in Chloroform oder Tetrachlorkohlenstoff langsam<br />
in eine Lösung des Olefins in demselben Lösungsmittel. Wird das Brom schlagartig entfärbt,<br />
ist die Anwesenheit einer Doppelbindung sehr wahrscheinlich. Bei langsamer Entfärbung<br />
oder gleichzeitigem Auftreten von Bromwasserstoffnebeln ist die Probe wenig beweiskräftig,<br />
da auch Verbindungen mit gesättigtem Charakter, wie z. B. manche Alkohole, Ketone,<br />
Amine und Aromaten, Brom verbrauchen (Substitution, Oxidation). Andererseits reagieren,<br />
wie schon erwähnt, manche Olefine mit Brom nicht oder nur langsam.<br />
Zur quantitativen Bestimmung von C=C-Doppelbindungen wird gewöhnlich die Bromaddition (Bromzahl,<br />
Bromverbrauch), weniger die lodaddition (lodzahl) genutzt. Bei Substanzgemischen hat man jedoch<br />
stets mit Nebenreaktionen zu rechnen, die einen zu hohen Wert vortäuschen können. Einige Alkene addieren<br />
das Halogen nicht in der äquivalenten Menge (z.B. l,4-Addition an konjugierte Diene), so daß die<br />
Methode nur einen Richtwert für den ungesättigten Charakter der zu untersuchenden Probe gibt.<br />
Die Addition von Chlor an Alkene und Alkine sowie die Herstellung von Chlorhydroxyalkanen (Chlorhydrinen)<br />
werden vielfach im industriellen Maßstab durchgeführt (Tab. 4.26).<br />
Durch die Addition von Dischwefeldichlorid an C=C-Doppelbindungen werden beim Kaltvulkanisierverfahren<br />
die ungesättigten Polymerketten durch S-S-Brücken vernetzt:<br />
\ /<br />
/ c=c \<br />
S2Cl2 ci—c-c-s- S-C-C-CI<br />
I I<br />
90<br />
90<br />
90<br />
90<br />
90<br />
95<br />
95<br />
80<br />
90<br />
60<br />
78<br />
[4.25]
D. 4.1. Elektrophile Addition an Olefine und Acetylene 301<br />
Tabelle 4.26<br />
Technisch wichtige Additionsprodukte von Halogenen und unterhalogenigen Säuren an AJkene und Alkine<br />
Produkt Ausgangsstoffe Verwendung<br />
1,2-Dichlor-ethan Ethylen<br />
(Ethylendichlorid)<br />
2,3-Dichlor-but-l-en Butadien<br />
l,4-Dichlor-but-2-en Butadien<br />
1,1,2,2-Tetrachlor-ethan Acetylen<br />
2,3-Dichlor-propan-1 -öl<br />
(1,2-Dichlor-hydrin)<br />
3-Chlor-propan-1,2-diol<br />
(1-Chlor-hydrin)<br />
Allylchlorid<br />
Allylalkohol<br />
4.1.5. Oxymercurierung<br />
Lösungsmittel z. B. für Harze, Kautschuk<br />
-» Vinylchlorid (vgl. Tab. 4.20 u. D.3.1.5.)<br />
—> Trichlorethan —» Vinylidendichlorid<br />
—> Tetrachlorethan —» Trichlorethylen<br />
—»Ethylendiamin<br />
—> 2-Chlor-buta-l,3-dien —> Chloropren<br />
-» But-2-en-l,4-dicarbonitril -» Adiponitril (vgl. Tab. 2.107)<br />
-> Hexamethylendiamin —> Polyamide, Polyurethanlacke<br />
—> Trichlorethylen (Lösungsmittel)<br />
—> Chloressigsäure<br />
—> Epichlorhydrin (l-Chlor-2,3-epoxy-propan) —» Epoxidharze<br />
-> Glycerol (vgl.Tab. 4.34)<br />
-> Glycerol (vgl. D.4.1.6.)<br />
Quecksilber(II)-ionen lassen sich aufgrund ihrer hohen Elektrophilie leicht an Olefine addieren.<br />
Mit Quecksilber(II)-acetat in wäßrigem Medium in Gegenwart eines Lösungsvermittlers<br />
wird zunächst das Carbeniumion (vgl. [4.27], I) gebildet (vgl. auch [4.7], II), das durch Reaktion<br />
mit Wasser das Oxymercurierungsprodukt [4.27], II liefert. Meist wird dieses sofort zum<br />
entsprechenden Alkohol III reduziert. Die Methode stellt, insbesondere bei weniger reaktiven<br />
Olefinen, eine wertvolle Ergänzung der Alkenhydratisierung dar, wobei im allgemeinen die<br />
nach der Markovnikov-Regel zu erwartenden Alkohole gebildet werden:<br />
© ,HgOAc<br />
HgOAc & .-- \<br />
R-CH = CH2 -* ^ R-CH-CH2 R-CH-CH2-HgOAc<br />
OH<br />
Il<br />
NaBH4, OH ~ r. „,<br />
R-CH-CH3 [4.27]<br />
-Hg1-HOAc i 3 L J<br />
OH<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Herstellung von Alkoholen durch Oxymercurierung<br />
(Tab. 4.28)<br />
Achtung! Quecksilberacetat ist giftig! Bei der Reaktion entstehendes Quecksilber nicht in<br />
den Ausguß schütten, sondern zur Aufarbeitung sammeln!<br />
In einem 250-ml-Erlenmeyerkolben mit Magnetrührer wird eine Lösung von 0,05 mol Quecksilber(II)-acetat<br />
in 50 ml Wasser bereitet. Man gibt dazu nacheinander 50 ml peroxidfreies<br />
Tetrahydrofuran 1 ) und 0,05 mol Olcfin. Die Innentemperatur soll dabei 3O 0 C nicht übersteigen.<br />
Man rührt so lange weiter, bis bei einer Probe des Reaktionsgemisches auf Zusatz von<br />
Natronlauge kein Quecksilberoxid mehr ausfällt, versetzt dann mit 50 ml 3 N Natronlauge,<br />
tropft eine Lösung von 0,025 mol Natriumborhydrid in 50 ml 3 N Natronlauge zu und rührt<br />
noch weitere 60 Minuten. Das ausgefallene Quecksilber wird in einem Scheidetrichter abgetrennt,<br />
die wäßrige Lösung mit Kochsalz gesättigt und zweimal mit je 50 ml Ether extrahiert.<br />
Man trocknet mit Natriumsulfat, destilliert das Lösungsmittel ab und reinigt durch Umkristallisieren<br />
oder Vakuumdestillation.<br />
I Vgl. Reagenzienanhang<br />
III
302 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
Tabelle 4.2«<br />
Alkohole durch Oxymercurierung von Alkenen<br />
Produkt<br />
Octan-2-ol<br />
Decan-2-ol<br />
1-Phenyl-ethanol<br />
Norbornan-2-endo-ol<br />
Ausgangsverbindung<br />
Oct-l-en<br />
Dec-l-en<br />
Styren<br />
Norbornen<br />
4.1.6. Epoxidierung und Dihydroxylierung<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
872j(2o)<br />
105...1061J(13)<br />
94i,6(i2)<br />
F 20<br />
F 149. ..15O<br />
n 2 ?<br />
1,4260<br />
1,4306<br />
1,5275<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Sauerstoff addiert sich an Olefine zu Oxiranen (Epoxiden). Als elektrophiles Reagens kann<br />
entweder molekularer Sauerstoff oder chemisch gebundener Sauerstoff dienen, wie er in den<br />
Peroxysäuren (z.B. Perbenzoesäure, m-Chlor-perbenzoesäure, Monoperoxyphthalsäure, Perameisensäure,<br />
Peressigsäure, Perwolf ramsäure), Hydroperoxiden und im Wasserstoffperoxid<br />
vorliegt:<br />
C n<br />
C<br />
H-<br />
O O<br />
HQ<br />
C-R<br />
O'<br />
85<br />
90<br />
95<br />
90<br />
[4.29]<br />
Die Epoxide lassen sich in vielen Fällen fassen, wenn man in indifferenten Lösungsmitteln<br />
arbeitet, z.B. mit Perbenzoesäure in Ether oder Chloroform (Reaktion von PRILEZHAEV).<br />
Andernfalls unterliegt das Epoxid in der Reaktionslösung einer Hydrolyse bzw. Solvolyse zum<br />
entsprechenden 1,2-Diol bzw. seinen Estern.<br />
Unter sehr milden Bedingungen in neutralem Milieu lassen sich Olefine mit Dioxiranen,<br />
cyclischen Peroxiden, epoxidieren:<br />
VM<br />
\<br />
R<br />
JP-R-<br />
[4.29a]<br />
Die Dioxirane können leicht aus Ketonen und Kaliumhydrogenperoxysulfat hergestellt und in situ (ohne<br />
Isolation als Substanz) eingesetzt werden. Man kann auch mit katalytischen Mengen Keton und Peroxysulfat<br />
als Oxidans arbeiten. Verwendet werden Oxirane aus einfachen Ketonen, wie Aceton oder Trifluoraceton,<br />
und aus chiralen Ketonen, z. B. Fructose-Derivaten, mit denen die Epoxidierung enantioselektiv<br />
verläuft.<br />
Die Ringöffnung von Epoxiden in verdünnten Säuren oder Laugen ist eine SN2-Reaktion,<br />
die daher ausgehend von cis-Epoxiden zu trans-l,2-Diolen führt:<br />
H2O-C-C-OH H® + HO-C-C-OH [4.30]<br />
Man formuliere die basische Hydrolyse eines Epoxids!<br />
Auch die Dihydroxylierung von Z-Olefinen mit Wasserstoffperoxid in Gegenwart katalytischer<br />
Mengen von Metalloxiden führt über die Stufe der Epoxide zu trans-Diolen. In Ameisensäure<br />
oder Essigsäure entstehen intermediär Perameisensäure bzw. Peressigsäure; als Reaktionsprodukte<br />
können auch die Ameisensäure- oder Essigsäureester der trans-Diole erhalten<br />
werden.
D. 4.1. Elektrophile Addition an Olefine und Acetylene 303<br />
Die Epoxidierung in einem indifferenten bzw. die Dihydroxylierung im sauren Medium<br />
erfordern ein relativ stark basisches Olefin (durch Alkyl- oder Arylgruppen substituiertes<br />
Ethylen). o,ß-ungesättigte Ketone oder Aldehyde reagieren nicht, lassen sich jedoch im<br />
schwach alkalischen Medium mit Wasserstoffperoxid epoxidieren.<br />
Primäre Allylalkohole können nach SHARPLESS und KATSUKI mit tert-Butylhydroperoxid in<br />
Gegenwart von (R,R)- bzw. (S,S)-Weinsäurediethylester und Titan(IV)isopropoxid enantioselektiv<br />
in Epoxide überführt werden.<br />
Diese „AE"-Reaktion (asymmetric epoxidation) verläuft über einen Komplex, in dem<br />
sowohl der Weinsäureester, als auch der Allylalkohol und das Hydroperoxid koordinativ an<br />
Titan gebunden sind. Dabei steuert die absolute Konfiguration des verwendeten Weinsäureesters<br />
vorhersagbar die Konfiguration des gebildeten Epoxids, vgl. C.7.3.3.2. Die chemischen<br />
Ausbeuten der Reaktion liegen bei 70-90%; die resultierenden Epoxide weisen meist einen<br />
Enantiomerenüberschuß von >90% auf und sind wertvolle chirale Ausgangsstoffe für die Synthese<br />
von Kohlenhydraten, Terpenen, Antibiotika usw.<br />
(2S,3S)-3-Propyl-oxiranmethanol aus £-Hex-2-en-l-ol: HILL, J. G., SHARPLESS, K. B.; EXON,<br />
C. M.; REGENYE, R., Org. Synth. 63 (1985), 66.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Epoxidierung von Olefmen (Tab. 4.31)<br />
Achtung! Epoxidierungen und Dihydroxylierungen können sehr heftig verlaufen. Die Reaktionen<br />
sind stets hinter einem Schutzschild durchzuführen. Bei unbekannten Substanzen<br />
sind Vorversuche mit kleinen Substanzmengen anzustellen. Die Reaktionsprodukte dürfen<br />
erst destilliert werden, wenn keine Peroxysäure mehr nachweisbar ist, s. u.!<br />
Zu einer Lösung von 0,30 mol Perbenzoesäure in 500 ml Ether gibt man bei O 0 C vorsichtig<br />
0,29 mol des betreffenden Olefins. Die Lösung bleibt unter häufigem Umschütteln 24 Stunden<br />
bei O 0 C stehen. Man kann den Fortgang der Reaktion verfolgen, indem man von Zeit zu Zeit<br />
2 ml der Lösung entnimmt, diese zu einem Gemisch von 15 ml Chloroform, 10 ml Eisessig und<br />
2 ml gesättigter wäßriger Kaliumiodidlösung gibt und 5 Minuten stehen läßt. Nach Zugabe von<br />
75 ml Wasser titriert man das ausgeschiedene lod mit 0,1 N Thiosulfat. Die Reaktionslösung<br />
wird nach Beendigung der Epoxidierung mehrmals mit 10%iger Natronlauge, sodann mit Wasser<br />
gewaschen, über Magnesiumsulfat getrocknet und fraktioniert.<br />
Tabelle 4.37<br />
Epoxide aus Alkenen<br />
Produkt<br />
1 ,2-Epoxy-cyclohexan<br />
1 ,2-Epoxy-cyclopentan<br />
1 ,2-Epoxy-ethyl benzen<br />
Ausgangsverbindung<br />
Cyclohexen<br />
Cyclopenten<br />
Styren<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
132<br />
100<br />
77^11)<br />
n20<br />
1,4519<br />
1,4341<br />
!,5361<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Darstellung von mz/ts-Cyclohexan-l,2-diol (trans-Dihydroxylierung mit Ameisensäure/Wasserstoffperoxid)<br />
In einem 250-ml-Dreihalskolben mit Rührer, Rückflußkühler und Tropftrichter wird zu einer<br />
Mischung von 100 ml 98%iger Ameisensäure 1 ) und 0,12 mol 30%igem Wasserstoffperoxid<br />
(Perhydrol) innerhalb von 5 Minuten 0,1 mol Cyclohexen zugetropft. Dabei erwärmt sich die<br />
Reaktionslösung auf 65 bis 7O 0 C und wird homogen. 2 ) Man hält danach in einem Wasserbad<br />
1 ) Es kann auch die entsprechende Menge 88%ige Säure verwendet werden.<br />
2 ) Bei größeren Ansätzen als dem angegebenen kann bei der beschriebenen Arbeitsweise die Temperatur den<br />
genannten Wert überschreiten und die Reaktion außer Kontrolle geraten. Es macht sich dann eine Variation<br />
der Vorschrift erforderlich; vgl. ROEBUCX, A.; ADKINS, H., Org. Synth., CoIl. Voll. III (1955), 2!7.<br />
80<br />
30<br />
70
304 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
noch 2 Stunden auf dieser Temperatur. Dann darf eine Probe aus einer Kaliumiodidlösung<br />
kein lod mehr ausscheiden, andernfalls muß das Erwärmen fortgesetzt werden. Die Hauptmenge<br />
der Ameisensäure und des Wassers werden im Vakuum abdestilliert, und der Rückstand<br />
wird 45 Minuten mit 50 ml 20%iger Natriumhydroxidlösung auf dem Dampfbad erhitzt,<br />
um den Ameisensäureester zu verseifen. Dann läßt man abkühlen, neutralisiert mit verd. Salzsäure<br />
und dampft auf dem Wasserbad im Vakuum das Lösungsmittel ab. Der Rückstand wird<br />
mehrfach mit warmem Essigsäureethylester extrahiert und der vom Lösungsmittel befreite<br />
Extrakt umkristallisiert oder destilliert. Kpi,9(i4) 12O 0 C; F103 0 C (EtOH); Ausbeute 70%.<br />
Die Reaktion ist auch im Halbmikromaßstab durchführbar. Die Mischung wird dabei<br />
geschüttelt, bis sie homogen ist, und dann wie oben weiterverarbeitet.<br />
Phenylethan-l,2-diol läßt sich in gleicher Weise aus Styren gewinnen. F 67 0 C (Ligroin);<br />
Ausbeute 40%.<br />
Darstellung von Glycerol aus Allylalkohol (Dihydroxylierung mit Perwolframsäure/Wasserstoffperoxid)<br />
In einem Dreihalskolben mit Rührer, Rückflußkühler und Tropftrichter wird eine 9% ige wäßrige<br />
Lösung von Allylalkohol auf 7O 0 C erwärmt und unter gutem Rühren Perhydrol (10%<br />
Überschuß) zugetropft, in dem vorher 3% Wolframtrioxid (bezogen auf Allylalkohol) gelöst<br />
wurden. Man erhitzt anschließend solange auf 70 0 C, bis die Probe auf Peroxide mit angesäuerter<br />
Kaliumiodidlösung negativ bleibt (etwa 3 Stunden). Dann wird im Vakuum destilliert.<br />
,180 0 C; Ausbeute 90%.<br />
Die vorstehende Vorschrift ist eine Illustration eines modernen technischen Verfahrens zur Darstellung<br />
von Glycerol. Weitere Verfahren s. Tabellen 1.37 und 4.26. Glycerol ist ein wichtiges Erzeugnis der chemischen<br />
Industrie (s. Tab. 4.34).<br />
Die herkömmlichen technischen Gewinnungsverfahren für Epoxide über die Chlorhydrine oder die Oxidation<br />
mit Peroxyverbindungen werden gegenwärtig vorzugsweise für die Synthese von Propylenoxid<br />
angewendet, da die direkte Oxidation mit molekularem Sauerstoff oder Hydroperoxiden an der Methylgruppe<br />
des Propylens einsetzt und hauptsächlich zu Acrolein führt. Besondere Bedeutung erlangte die Oxidation<br />
von Ethylen zu Ethylenoxid mit Sauerstoff am Silberkontakt und die Reaktion von Propylen mit<br />
Hydroperoxiden in Gegenwart von Metallen der V. und VI. Nebengruppe. Auch andere Olefine können,<br />
insbesondere mit Molybdän- und Vanadiumverbindungen als Katalysatoren, unter relativ milden Bedingungen<br />
mit Hydroperoxiden (wie tert-Butylhydroperoxid, tert-Pentylhydroperoxid, a,a-Dimethyl-benzylhydroperoxid)<br />
epoxidiert werden. Als Beiprodukte fallen Alkohole an.<br />
Epoxide sind sehr reaktionsfähige Verbindungen, die außer Wasser und Säuren (vgl. [4.3O])<br />
auch andere nucleophile Reagenzien, z. B. Alkohole, Thiole, Amine, Grignard-Verbindungen,<br />
in Gegenwart saurer oder basischer Katalysatoren addieren. In der Technik werden solche<br />
Reaktionen, ausgehend von Ethylenoxid, in großem Umfang durchgeführt. Die dabei entstehenden<br />
Verbindungen können selbst wieder an Ethylenoxid angelagert werden, so daß bei der<br />
Reaktion mit Wasser außer Ethylenglycol auch Di-, Tri- und Polyethylenglycolei), bei der<br />
Addition von Alkoholen Mono- und Polyethylenglycolether und beim Umsatz mit Ammoniak<br />
Mono-, Di- und Triethanolamin entstehen:<br />
H2C-CH2<br />
+ ROH<br />
HO-CH2-CH2-OH —- HO-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH usw. [4.32a]<br />
HO-CH2 - CH2 - OR —- HO-CH2 - CH2 - Q-CH2 - CH2 - OR usw. [4.32b]<br />
-^- HO-CH2-CH2-NH2^ (HO-CH2-CH2)2NH —-(HO-CH2-CH2)3N [4.32c]<br />
Bei großem Ethylenoxidüberschuß erhält man vorzugsweise höhermolekulare Produkte.<br />
) a-Hydro-eo-hydroxy-di-, -tri- bzw. -poly-(oxyethylene)
D. 4.1. Elektrophile Addition an Olefine und Acetylene 305<br />
Reaktionen analog [4.32c] nutzt man für die Aushärtung von Epoxidharzen, wobei als Amin<br />
(Härter) z. B. Bis(2-amino-ethyl)amin verwendet wird.<br />
Die Addition von Blausäure an Ethylenoxid liefert ß-Hydroxy-propionitril (Ethylencyanhydrin),<br />
während Grignard-Verbindungen (vgl. D.7.3.1.5.) primäre Alkohole ergeben, wobei<br />
der Alkylrest der Grignard-Verbindung um zwei Kohlenstoffatome verlängert wird:<br />
Ox<br />
RMgX + H2C-CH2 — R-CH2-CH2-OMgX<br />
-H2O<br />
- HOMgX<br />
-OH [4.33]<br />
In Tabelle 4.34 sind technisch wichtige Folgeprodukte von Ethylen- und Propylenoxid aufgeführt.<br />
Tabelle 4J4<br />
Technische Verwendung von Folgeprodukten aus Epoxiden<br />
Produkte Verwendung<br />
aus Ethylenoxid (Epoxyethan, OxIran):<br />
Ethylenglycol<br />
Diethylenglycol<br />
Triethylenglycol<br />
Polyethylenglycol<br />
Mono- bzw. Diethylenglycolmonoalkylether<br />
niederer Alkohole (C1 bis C4)<br />
Polypropylenglycolalkyl- und monoarylether<br />
höherer Alkohole (C12 bis C18) und Alkylphenole<br />
(Alkyl: C9 bis C12)<br />
Ethanolamine<br />
aus Propylenoxid:<br />
Ethylen-Propylenoxid-Polymere<br />
Epichlorhydrin<br />
l -Chlor-2,3-epoxy-propan<br />
2,3-Epoxy-propanol<br />
Gefrierschutzmittel (Glysantin)<br />
—> Polyester mit Terephthalsäure (Polyesterfasern)<br />
-» Dinitrat (Sprengstoff vgl. D.2.5.L)<br />
Weichmacher für Cellophan<br />
Flüssigkeit für Hydrauliksysteme (z. B. Bremsflüssigkeit)<br />
—> Polyester mit Maleinsäure (härtbare Polyesterharze)<br />
-» Dinitrat (Sprengstoff)<br />
—> Polyurethane (mit Diisocyanaten vgl. D.7.1.6.)<br />
—» Polyesterharze (Alkoholkomponente)<br />
Lösungsmittel für Lacke u. a. (Cellosolve bzw. Carbitole)<br />
Nichtionogene, härtebeständige, biologisch abbaubare Tenside,<br />
Textilhilfsmittel, Emulgatoren (Dispersal)<br />
Absorptionsmittel in Gaswäschen (H2S-, CO2-EnIfernung)<br />
—> Fettsäurederivate als Emulgatoren für Mineralöle<br />
schaumarme, nichtionische Tenside<br />
—> Glycerol<br />
—> Epoxidharze (Epilox) durch Umsetzung mit Bisphenol A<br />
-» Alkydharz (Glyptale) durch Umsetzung mit Phthalsäure<br />
u. a. mehrbasischen Säuren<br />
—> Glycerol Befeuchtungsmittel für Tabak, Kosmetika<br />
Frostschutzmittel<br />
Weichmacher (Cellophan)<br />
—> Kondensate mit Ethylen- und Propylenoxid<br />
zu Glyceroltripolyethern<br />
—> oberflächenaktive Substanzen<br />
-> Polyurethane und Alkydharze<br />
(Alkoholkomponente)<br />
—> Trinitrat (Sprengstoff)<br />
Auch in der Natur wird die Epoxidierung zum Abbau z. B. von kondensierten aromatischen<br />
Kohlenwasserstoffen im tierischen Organismus genutzt. So bildet sich mit Hilfe des Ferments<br />
Cytochrom P 450 in der Leber aus Benzpyren ein Diepoxid, dem eine starke cancerogene Wirkung<br />
zugeschrieben wird:
306 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
[4.35]<br />
Bei der Einwirkung von Lewis-Säuren (z.B. Bortrifluorid) werden Epoxide in Aldehyde<br />
bzw. Ketone umgelagert (vgl. [9.17]). Diese Reaktion läßt sich zur Identifizierung von Olefinen<br />
heranziehen.<br />
Die Epoxidierung eignet sich auch zur quantitativen Bestimmung der C=C-Doppelbindung.<br />
Als Reagens dient eine Lösung von Perbenzoesäure oder Monoperoxyphthalsäure in wasserfreien<br />
Lösungsmitteln. Man stellt die Zahl der in ungesättigten Systemen vorhandenen Doppelbindungen<br />
durch iodometrische Titration der unverbrauchten Peroxysäure fest.<br />
Während die Dihydroxylierung von Z-Olefinen über cis-Epoxide zu trans-Diolen führt<br />
([4.3O]), erhält man bei der Dihydroxylierung mit Kaliumpermanganat in der Kälte in neutraler<br />
oder alkalischer Lösung bzw. mit Osmiumtetroxid cis-Diole:<br />
\/ ~ ^ _V-O u ~ ___!—OH u ~ __V-O n Mor,0 \/<br />
C OsO4 C \ _ H2Ü C H2O C N © MnO4 C fA ^1<br />
c ~ c ° s ° 2 7 ^oT c ^^ c - Mn ° 2 ~ c<br />
/ C \ —f^O 3 -"y^OH -MnO3 -^p-Q / C \<br />
[ ]<br />
Die Hydrolyse der intermediär entstehenden cyclischen Ester greift am Metallatom an, so<br />
daß die cis-Diol-Struktur erhalten bleibt.<br />
Die Reaktion mit Osmiumtetroxid verläuft in sehr guten Ausbeuten. Das Reagens ist jedoch<br />
toxisch und sehr teuer. Diese Nachteile können durch Verfahren, die mit katalytischen Mengen<br />
an Osmiumtetroxid auskommen, minimiert werden. Als stöchiometrische Oxidationsmittel lassen<br />
sich hier Aminoxide wie Af-Methylmorpholm-Af-oxid (NMO), tert-Butylhydroperoxid,<br />
Bariumchlorat und Wasserstoffperoxid verwenden, die das gebildete Osmiumtrioxid wieder<br />
zum Tetroxid reoxidieren.<br />
Eine Vielzahl unterschiedlich substituierter, prochiraler Olefine kann nach SHARPLESS mit katalytischen<br />
Mengen Kaliumosmat und Kaliumhexacyanoferrat(III) als stöchiometrischem Oxidans in Gegenwart von<br />
Phthalazinderivaten der enantiomerenreinen Alkaloide Dihydrochinin bzw. Dihydrochinidin hoch enantioselektiv<br />
dihydroxyliert werden. Mit dieser „AD"-Reaktion (asymmetric dihydroxylation) läßt sich durch<br />
wahlweise Verwendung der Reagenzmischungen „AD-mix-a" (enthält das Dihydrochinin-Derivat) oder<br />
„AD-mix-ß" (enthält das Dihydrochmidin-Derivat) vorhersagbar das eine oder andere Enantiomer des<br />
Produkts synthetisieren.<br />
Die Dihydroxylierung mit Kaliumpermanganat führt leicht zur C-C-Spaltung und weiteren<br />
Oxidation der Spaltprodukte zu Aldehyden und Säuren, vgl. D.6.5. Die Cyclohexendihydroxylierung<br />
ist ein Beispiel für die Umsetzung von Olefinen mit Permanganat in neutralem<br />
Medium.<br />
Darstellung von cis-Cyclohexan-l^-diol<br />
In einem durch Eis-Kochsalz gekühlten 750-ml-Dreihalskolben mit Innenthermometer, Tropftrichter<br />
und Rührer wird zu 0,1 mol Cyclohexen, gelöst in 200 ml Ethanol, unter kräftigem<br />
Rühren eine Lösung von 0,09 mol Kaliumpermanganat und 10g Magnesiumsulfat in 250 ml<br />
Wasser so zugetropft, daß die Innentemperatur zwischen O und 5 0 C bleibt. Man rührt anschließend<br />
weitere zwei Stunden und saugt vom ausgeschiedenen Braunstein ab. Der Filterkuchen<br />
wird dreimal mit je 50 ml Aceton gewaschen. Man engt die vereinigten Filtrate im<br />
Wasserstrahlvakuum auf etwa 120 ml ein, sättigt den Rückstand mit Kochsalz und extrahiert
D. 4.1. Elektrophile Addition an Olefine und Acetylene 307<br />
vier- bis fünfmal mit je 50 ml Chloroform. Nach dem Trocknen mit Natriumsulfat wird das<br />
Chloroform abdestilliert und der Rückstand aus Benzen umkristallisiert. F 99 bis 12O 0 C,<br />
Kpi,9(i4) 118 0 C; Ausbeute 65%.<br />
cis-Cyclohexan-l,2-diol aus Cyclohexen und N-Methylmorpholin-N-oxid unter OsO4-KaIalyse:<br />
VAN RHEENEN, V.; CHA, D. Y.; HARTLEY, W. H., Org. Synth. 58 (1978), 43.<br />
2-Methyl-propan-l,2-diol aus Isobuten mit Osmiumtetroxid: MILAS, N.A.; SUSSMAN, S., J.<br />
Am. Chem. Soc. 58 (1936), 1302.<br />
cis-l,2-Diole durch Reaktion von Olefmen mit Kaliumpermanganat unter Anwendung der<br />
Phasentransferkatalyse: WEBER, W. R; SHEPARD, J. R; Tetrahedron Lett. 1972,4907.<br />
(R,R)-l,2-Diphenyl-l,2-ethandiol (Stilbendiol) aus Stuben durch asymmetrische Dihydroxylierung:<br />
McKEE, B. H.; GILHEANY, D. G.; SHARPLESS, K. B., Org. Synth. 70 (1992), 47-53.<br />
4.1.7. Ozonierung<br />
Die Reaktion von Ozon mit Olefinen und Aromaten, die Ozonierung, hat präparative Bedeutung<br />
zur Herstellung anderweitig nur schwer zugänglicher Carbonylverbindungen.<br />
Der erste Schritt der Reaktion ist eine pericylische 1,3-Dipoladdition von Ozon an die Doppelbindung<br />
(vgl. Cycloadditionen, D.4.4.):<br />
\/ A^o<br />
Jj + O3 ~ J O [437]<br />
^O<br />
Das Cycloaddukt zerfällt in einer Folgereaktion (Cycloreversion), und die Bruchstücke vereinigen<br />
sich im Sinne einer 1,3-Dipol-Cycloaddition zum eigentlichen Ozonid:<br />
-C'°s /1° V^ 0 V 7<br />
-L> — u w —- b-cT [438]<br />
u u<br />
/ o So-o-c<br />
Bei der reduktiven Spaltung der Ozonide (Dimethylsulfid, Zinkstaub in Essigsäure, katalytische<br />
Hydrierung an Palladium auf Calciumcarbonat, Natriumdithionit u. a.) entstehen Aldehyde<br />
bzw. Ketone:<br />
W! _±Hu -W- ±^ 2 V OH . 2 V=0 .2H2O [4.39]<br />
0-0 OH OH / "OH /<br />
Da bei tiefen Temperaturen nur die C=C-Bindung in Alkenen, nicht aber in Aromaten und Alkinen<br />
angegriffen oder andere Gruppen oxidiert werden, benutzt man die Ozonolyse zur Strukturaufklärung<br />
ungesättigter Verbindungen, insbesondere von Elastomeren und Naturstoffen. Ozon wird teilweise technisch<br />
genutzt, um aus Oleinsäure Azelainsäure, aus Cyclododecatrien über das entsprechende Monocycloalken<br />
Dodecandisäure, aus Isoeugenol Vanillin und aus Isosafrol Heliotropin herzustellen.<br />
Ozonierungsapparatur sowie allgemeine Arbeitsvorschrift und Einzelvorschriften für die Ozonierung:<br />
<strong>Organikum</strong>, 15.AufL, Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin 1976ff„ S. 332 f.<br />
Biphenyl-2,2 f -dicarbaldehyd (Diphenylaldehyd) und 2 / -Formyl-biphenyl-2-carbonsäure (Diphenaldehydsäure):<br />
BAILEY, P. S.; ERICKSON, R. E., Org. Synth. 41 (1961), 41,46.
308 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
4.1.8. Hydroborierung<br />
Durch die leicht und quantitativ verlaufende syn-Addition von Borwasserstoff an die nichtaktivierte<br />
C=C-Doppelbindung erhält man Alkylborane. An endständige Olefine lagert sich Boran<br />
entsprechend der Markovnikov-Regel an, indem das Boratom als Elektrophil fungiert (vgl.<br />
z. B. auch [4.9]). Dabei wird ein Vierzentrenübergangszustand durchlaufen.<br />
Hydroborierungen werden im allgemeinen mit Diboran 1 ) durchgeführt, das gewöhnlich in<br />
situ erzeugt wird, beispielsweise aus NaBH4 und BF3-Etherat in Diglym oder auch in saurer<br />
Lösung aus NaBH4 (vgl. allgemeine Arbeitsvorschrift). Bei der Reaktion mit dem Alken bildet<br />
sich durch Substitution aller Wasserstoffatome des Diborans das entsprechende Trialkylboran:<br />
/ c=c \<br />
H-B<br />
3 RCH=CH2 + BH3<br />
8-H--E<br />
-i t<br />
(RCH2CH2)3B<br />
I I<br />
"C-(T<br />
[4.40]<br />
Die Hydroborierung ist als vielseitiges Syntheseverfahren eine wichtige Methode der präparativen<br />
organischen Chemie. Die Organoborane werden meist ohne Isolierung weiterverarbeitet.<br />
In [4.41] sind die wesentlichsten Folgeprodukte zusammengestellt:<br />
(RCH2CH2)3B<br />
H2O21OhT<br />
H2NOSO3H<br />
Br2, OH 0<br />
R'-COOH<br />
R'-COOD<br />
AgNO3 , OH e<br />
co<br />
3 RCH2CH2OH<br />
3 RCH2CH2NH2<br />
3 RCH2CH2Br<br />
3 RCH2CH3<br />
3 RCH2CH2D<br />
3 ^ RCH2CH2CH2CH2R<br />
(RCH2CH2)3C-B=0<br />
H2O2 , OH 0<br />
(RCH2CH2)3C-OH<br />
[4.41]<br />
Die weitaus größte Bedeutung hat die Oxidation der Organoborane mit alkalischem Wasserstoffperoxid<br />
zum Alkohol 2 ), der somit formal durch anti-Markovnikov-Addition von Wasser<br />
an das Ausgangsolefin entsteht.<br />
1 J Eigentlich Diboran(6): Die Zahl der Wasserstoffatome wird bei Boranen durch eine arabische Zahl<br />
angegeben, die in Klammern unmittelbar dem Namen folgt.<br />
2 ) Es handelt sich hierbei um eine 1,2-Umlagerung am Sauerstoffatom, vgl. D.9.1.3.
D. 4.1. Elektrophile Addition an Olefine und Acetylene 309<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Herstellung von Alkoholen durch Hydroboriening 1 )<br />
(Tab. 4.42)<br />
Achtung! Das bei der Reaktion entstehende gasförmige Diboran ist stark giftig. Unter gut<br />
wirkendem Abzug arbeiten. Geräte nach Benutzung mit Natronlauge oder wäßrigem<br />
Ammoniak einige Stunden stehen lassen.<br />
Boranhaltige Lösungen nicht aufbewahren, da sie zu explosionsartigen Zersetzungen<br />
neigen.<br />
In einem trockenen 500-ml-Dreihalskolben mit Tropftrichter, Innenthermometer, ^-Einleitung<br />
und Rückflußkühler mit Calciumchloridröhrchen sowie Magnetrührer werden 0,1 mol<br />
Alken (wasserfrei) 2 ) und 0,037 mol Natriumborhydrid in 250 ml wasserfreiem Tetrahydrofuran<br />
3 ) gelöst. Unter Eiskühlung tropft man langsam eine Lösung von 0,037 mol wasserfreier<br />
Essigsäure 2 ) in 50 ml wasserfreiem Tetrahydrofuran vorsichtig zu und hält dabei die Innentemperatur<br />
auf 10 bis 20 0 C. Nach beendetem Zutropfen wird noch 2 Stunden weitergerührt und<br />
dann vorsichtig eine Lösung von 4g Ätznatron in 20 ml Wasser und danach 14 ml 30%iges<br />
Wasserstoffperoxid zugetropft. Nach weiterem 2stündigem Rühren wird die sich bildende<br />
organische Phase abgetrennt, die wäßrige Phase noch dreimal mit je 10 ml Ether extrahiert<br />
und die vereinigten Extrakte mit Magnesiumsulfat getrocknet. Das Lösungsmittel destilliert<br />
man dann ab und destilliert den Rückstand im Vakuum oder kristallisiert um.<br />
Tabelle 4.42<br />
Alkohole durch Hydroborierung<br />
Produkt Ausgangsverbindung Kp (bzw. F) ng> Ausbeute<br />
in 0 C in%<br />
Octan-1-ol<br />
Decan-1-ol<br />
2-Phenyl-ethanol 1 )<br />
(±)-Norbornan-2-ejto-ol 2 )<br />
(-)-Isomyrtanol 3 )<br />
[(lS,2/?)-Pinan-10-ol]<br />
(-)-Isopinocampheol<br />
Oct-l-en<br />
Dec-l-en<br />
Styren<br />
Norbornen<br />
(-)-ß-Pinen<br />
(+)-a-Pinen<br />
1) Im Reaktionsprodukt sind 20% 1-Phenyl-ethanol Kp1(6(i2) 94 0 C enthalten.<br />
10027(20) 1,4925 80<br />
m...ii3lvlI) 1,4368 80<br />
98...11Ö16(12) 1,5240 70<br />
F128(Petrolether) 70<br />
US2O(IS) 1,4910 70<br />
72040) Mg> -32,8° 75<br />
F 56 (10%inToluen)<br />
2 ) HON/^/"~^^; nach dem Umkristallisieren Produkt im Wasserstrahlvakuum sublimieren.<br />
3 ) [a]g>-20,9° (4% in CHCl3); beim Arbeiten in Diglym und Erhitzen der Reaktionslösung auf 14O 0 C vor<br />
der Zugabe der Wasserstoffperoxidlösung bildet sich (-)-Myrtanol [(lS,2S)-Pinan-10-ol], [a] 2 ? -28,5°<br />
(4% in CHCl3)<br />
CH2OH rjH3<br />
CH2OH<br />
,CH3<br />
(-Hsomyrtanol (-)-Myrtanol (-)-lsopinocampheol<br />
O nach HACH, V, Synthesis 1974, 340<br />
2 ) mit Molekularsieb 4Ä trocknen<br />
3 ) VgI. Reagenzienanhang
310 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
Dialkylborane mit sterisch anspruchsvollen Substituenten, wie z. B. Disiamylboran (BMB)<br />
(darstellbar durch Addition von Diboran an 2-Methyl-but-2-en), sind wertvolle selektive<br />
Hydroborierungsagenzien. Bei der Addition an (Z)-4-Methyl-pent-2-en bildet sich, wie aus<br />
Tabelle 4.43 ersichtlich, die C-B-Bindung bevorzugt am sterisch weniger gehinderten C-Atom<br />
2 aus. Dagegen entsteht bei der Hydroborierung mit Diboran eine Mischung der beiden isomeren<br />
Alkohole. Einheitliche Alkan-1-ole kann man in diesem Fall erhalten, wenn man die<br />
Eigenschaft der Borane ausnutzt, bei etwa 16O 0 C zu isomerisieren. Das Bor wandert dabei<br />
über einen Eliminierungs-Additions-Mechanismus an das endständige C-Atom.<br />
Tabelle 4.43<br />
Orientierung der Addition verschiedener Hydroborierungsagenzien an (Z)-4-Methyl-pent-2-en<br />
Ausgangsverbindung Produkt Hydroborierungsagens in %<br />
Z-4-Methyl-pent-2-en 4-Methyl-pentan-2-ol<br />
2-Methyl-pentan-3-ol<br />
B2H6<br />
57<br />
43<br />
BMB<br />
Die Hydroborierung von (-)-a-Pinen führt zu (+)-Diisopinocampheylboran (+)-(Ipc)2BH,<br />
das als chirales Hydroborierungsagens genutzt werden kann. So liefert die Hydroborierung<br />
prochiraler Z-Alkene mit (+)-(Ipc)2BH mit nachfolgender Oxidation Alkohole in hohen Enantiomerenüberschüssen:<br />
Norbomen exo-Norbomeol<br />
(Bicyclo[2.2.1 ]hept-2-en) (Bicyclo[2.2.1 ]heptan-2-ol)<br />
83% optische Reinheit<br />
4.1.9. Kationische Oligomerisierung und Polymerisation<br />
97<br />
3<br />
[4.44]<br />
Unter der katalysierenden Wirkung von Säuren können Olefme polymerisieren. Das nach der<br />
Addition eines Protons an ein Olefin gebildete Carbeniumion ist als Lewis-Säure ein elektrophiles<br />
Reagens, das ebenso wie das Proton, Chlorkation usw. an ein weiteres Molekül Olefin<br />
addiert werden kann. Das Ergebnis ist dann nach Wiederabspaltung des Protons eine Dimerisierung<br />
bzw. bei Wiederholung dieses Vorgangs eine Polymerisation des Olefins (vgl. [4.16e]).<br />
Der Reaktionsablauf soll am Beispiel des Isobutens formuliert werden:<br />
C*W C*l I<br />
H® + H2C=C 3 H3C-C© 3 * H 2 C=C < CH ^. H3C-C-CH2-CO ~ usw. [4.45]<br />
CH3 CH3 CH3<br />
Die Addition folgt auch hier der Regel von MARKOVNIKOV.<br />
Der Abbruch der Reaktionskette erfolgt meist durch Abspaltung eines Protons, wobei AIk-<br />
1-en und Alk-2-en nebeneinander entstehen (vgl. [3.2O]):
CH3<br />
H3C-C-CH2-CO<br />
CH3<br />
CH3<br />
©<br />
D. 4.1. Elektrophile Addition an Olefine und Acetylene 311<br />
CH3<br />
H3C-C-CH=Cx<br />
CH3<br />
CH3<br />
/<br />
CH3<br />
(20%)<br />
CH3 CH2<br />
H3C-C-CH2-C (80%)<br />
CH3<br />
CH3<br />
[4.46]<br />
Die Polymerisation ist, wie schon erläutert, eine Nebenreaktion bei der säurekatalysierten<br />
Hydratisierung der Olefine (vgl. [4.16]). Besonders leicht lassen sich Olefine vom Typ des Isobutens<br />
kationisch polymerisieren, da einerseits die intermediär auftretenden tert-Alkylkationen<br />
energetisch besonders begünstigt sind (vgl. D.2.2.I.), andererseits das Isobuten eine hohe<br />
Basizität besitzt und deshalb schnell mit dem Kation reagieren kann. Der Polymerisationsgrad<br />
ist je nach Katalysator und Temperatur verschieden. Die Länge der Kette wächst mit fallender<br />
Temperatur und steigender Reinheit des eingesetzten Olefins. Die Durchschnittsmolmasse<br />
kann bis 10 5 steigen.<br />
Darstellung von Isoocten (Isomerengemisch entsprechend Gl. [4.46])<br />
17Og kalte 60%ige Schwefelsäure werden mit 50g tert-Butylalkohol gut vermischt und 20 Stunden<br />
auf dem Wasserbad erhitzt. Das sich bildende Dimerisat scheidet sich als ölige Schicht<br />
während des Erhitzens ab. Es wird mit Wasser und Sodalösung gewaschen, über Magnesiumsulfat<br />
getrocknet und schließlich 5 Stunden über metallischem Natrium unter Rückfluß<br />
gekocht. Nach dem Fraktionieren über eine wirksame Kolonne (warum?) werden 25 g Diisobuten-Isomeren-Gemisch<br />
vom Kp 100 bis 128 0 C (Redestillation Kp 100 bis 105 0 C) erhalten.<br />
Auch auf andere Weise erzeugte Carbeniumionen können entsprechend [4.45] mit Alkenen reagieren.<br />
So läßt sich z. B auch Styren leicht kationisch polymerisieren:<br />
Kationische Polymerisation von Styren<br />
Katalysatorherstellung: In einem 100 ml-Dreihalskolben, der sich in einem Wasserbad befindet,<br />
mit Rückflußkühler, Rührer und Tropftrichter werden 20 g wasserfreies Aluminiumchlorid<br />
mit 30g Toluen auf etwa 10O 0 C erhitzt, und dann werden langsam 0,6 ml Wasser zugetropft.<br />
Unter heftiger Reaktion (HCl-Entwicklung) bildet sich der rotbraune Katalysatorkomplex.<br />
Nach beendeter Wasserzugabe wird noch 5 min. bei 90 0 C gerührt.<br />
Polymerisation: In einem auf ca. 15 0 C gekühlten Wasserbad werden in einem 250 ml Sulfierkolben<br />
mit Rührer, Thermometer, Rückflußkühler und Tropftrichter 20g Styren und 80 ml<br />
Toluen vorgelegt. Unter Kühlen und starkem Rühren werden 0,5 ml der oben hergestellten<br />
Katalysatorlösung dazugetropft. Dabei darf die Innentemperatur nicht über 25 0 C steigen.<br />
Nach beendeter Zugabe wird noch weitere 15 min. gerührt und weitere 30 min. stehen gelassen.<br />
Durch Dekantieren trennt man die Polymerisationslösung ab, wäscht diese mit 4 ml Wasser<br />
und danach mit 4 ml 15%iger Natronlauge und trocknet mit Natriumsulfat. Die Farbe der<br />
Polymerisationslösung muß bei der Wäsche von rotbraun nach gelb umschlagen. Durch Vakuumdestillation<br />
werden das Lösungsmittel und Niederpolymere abgetrennt. Der Rückstand<br />
besteht aus dem Harz.<br />
Ausbeute ca. 80-85%, schwach gelb, Erweichungspunkt ca. 50-10O 0 C, Molmasse ca. 500lOOOg/mol.
312 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
Tabelle 4.47<br />
Industrielle Anwendung der kationischen Dimerisierung und Polymerisation von Alkenen<br />
Alken Verwendungszweck<br />
C^C4-AIkCnC Alkylatbenzin<br />
Isobuten -»Isoocten -> Isooctan (Eichkraftstoff, OZ = 100)<br />
B?3<br />
—> Polyisobuten<br />
AlCIi<br />
—> Butylkautschuk (im Gemisch mit 2% Isopren)<br />
Propen —» „Tetrapropylen" (—»Alkylbenzensulfonate)<br />
Ethylen -> synthetische Schmieröle<br />
Styren/Inden und Methylhomologe —> Kohlenwasserstoffharze (Inden-Cumaron-Harze), Komponenten<br />
für Kleber, Lacke, Druckfarben und Isoliermassen<br />
Auch mit wasserfreier Flußsäure kann man aus einem Alken (Propen, Buten) ein Carbeniumkation<br />
erzeugen, das mit zugesetztem Isobutan durch H-Übertragung unter Bildung eines<br />
tert-Butylkations reagiert. Dieses addiert sich dann im Sinne einer AdE-Reaktion an das<br />
Alken. Auf diese Weise werden die sogenannten Alkylatbenzine aus Isobutan und Propen/<br />
Buten/Isobuten-Gemischen erzeugt (HF-Alkylierung).<br />
Wichtige industriell genutzte, kationisch verlaufende Oligo- und Polymerisationen sind in<br />
Tabelle 4.47 zusammengestellt.<br />
4.2. Nucleophile Addition<br />
4.2.1. Anionische Polymerisation von Olefinen<br />
Olefine sind infolge ihres basischen Charakters normalerweise nicht in der Lage, nucleophile Reagenzien<br />
zu addieren 1 ) (vgl. D.4.1.1.). Die Nucleophilie einiger metallorganischer Verbindungen ist<br />
allerdings so hoch, daß eine nucleophile Addition erzwungen wird. Der wichtigste Fall dieses<br />
Reaktionstyps ist die anionische Polymerisation von Monoolefinen und konjugierten Dienen.<br />
Die Diene sind dabei infolge der stärker delokalisierten Elektronenwolke und der damit verbundenen<br />
größeren Polarisierbarkeit der Doppelbindungen etwas reaktionsfähiger als Monoolefine und in der Lage,<br />
Natrium zu addieren.<br />
Als Initiatoren der in Lösung durchgeführten Polymerisationen nach [4.48] fungieren vorzugsweise<br />
metallorganische Verbindungen, wie z. B. Phenyllithium, Naphthylnatrium sowie Natriumamid:<br />
Start:<br />
Ph Ph<br />
Kettenwachstum: [4.48]<br />
Ph Ph Ph Ph Ph Ph<br />
Ein Kettenabbruch durch Rekombination ist bei der anionischen Polymerisation nicht möglich. Verhindert<br />
man den durch Verunreinigungen bedingten Kettenabbruch, so behalten die polymeren Anionen als<br />
„lebende" Polymere beliebig lange die Fähigkeit, mit erneut zugegebenen Monomeren weiterzuwachsen.<br />
Diese Tatsache nutzt man für die Blockcopolymerisation z. B. von Styren mit Butadien zu thermoplastisch<br />
I VgI. aber auch D.7.4.<br />
usw.
D. 4.2. Nucleophile Addition 313<br />
verformbaren Elastomeren aus. Diese bestehen aus relativ langen Sequenzen von polymerem Styren und<br />
polymerem Butadien. In lebende Polymere können beispielsweise durch Umsetzung mit Ethylenoxid auch<br />
reaktive Endgruppen eingeführt werden. Diese Gruppen lassen sich durch Polykondensationsreaktionen<br />
ebenfalls zu Blockcopolymerisationen ausnutzen.<br />
Man formuliere die Umsetzung [4.48] mit Butadien und mit Ethylenoxid!<br />
Die Substanzpolymerisation von Butadien mit Natrium wurde früher zur Herstellung der sogenannten<br />
Zahlen-Buna-Typen verwendet.<br />
4.2.2. Nucleophile Addition an Acetylene<br />
Infolge der größeren Neigung der Acetylene zu nucleophilen Additionen (vgl. D.4., Einleitung)<br />
lagern sich z. B. die stark basischen Anionen von Alkoholen leicht an die Dreifachbindung<br />
an:<br />
-CEC-<br />
R H OR<br />
0 O<br />
+ R-O! 0 —- §=C ^H. RO 0 + C=C<br />
/ \ / \<br />
[4.49]<br />
l n<br />
Das zunächst entstehende stark basische Carbanion I entreißt einem Molekül Alkohol ein<br />
Proton, wobei der Vinylether II entsteht. Da dabei das Alkoholation zurückgebildet wird,<br />
genügen katalytische Mengen davon. Auch bei der Addition von Alkohol in Gegenwart von<br />
Natriumhydroxid ist das Alkoholation das wirksame Agens (vgl. [2.65a]).<br />
In gleicher Weise können an Acetylen Carbonsäuren, Phenole, Thiole sowie gewisse Amide,<br />
sekundäre Amine usw. nucleophil addiert werden. Ein Teil dieser Vinylierungen 1 ) gelingt auch<br />
in Gegenwart von Schwermetallsalzen nach einem elektrophilen Mechanismus ([4.18]).<br />
Die Darstellung von Vinylethern verläuft leicht und mit hohen Ausbeuten. Um die notwendige<br />
Reaktionstemperatur und eine brauchbare Reaktionsgeschwindigkeit zu erreichen, muß<br />
man jedoch im allgemeinen unter Druck arbeiten. Dabei sind gewisse Sicherheitsmaßnahmen<br />
strikt zu beachten (s. unten).<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Vinylierung von Alkoholen (Tab. 4.50)<br />
Achtung! Der bei diesen Reaktionen verwendete Autoklav muß mindestens das Zehnfache<br />
des Drucks aushaken, der bei normalem Reaktionsverlauf zu erwarten ist (Prüfdruck<br />
35 MPa, 350 atm). Da Acetylen mit Silber und Kupfer explosive Verbindungen ergibt, dürfen<br />
Autoklav und Zubehör (Manometer!) keine Teile aus diesen Metallen enthalten, die<br />
mit dem Acetylen in Berührung kommen können. Der Autoklav muß unbedingt dicht sein,<br />
damit kein explosives Acetylen-Luft-Gemisch im Arbeitsraum auftreten kann. Aus dem<br />
gleichen Grunde muß beim Spülen des Autoklavs und beim Ablassen des Drucks das Acetylen<br />
ins Freie geleitet werden (vgl. auch A. 1.8.).<br />
Da das Arbeiten mit Acetylen unter Druck unvorhergesehene Gefahren in sich bergen<br />
kann, ist die Durchführung dieses Versuches nur ratsam, wenn entsprechende Sicherheitsvorkehrungen<br />
getroffen werden.<br />
Siehe auch REPPE, W.: Neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Chemie des Acetylens<br />
und Kohlenoxids. - Springer-Verlag, Berlin 1949; REPPE, W.: Chemie und Technik der Acetylen-Druck-Reaktion.<br />
- Verlag Chemie, Weinheim/Bergstr. 1951.<br />
l ) Die Anlagerung von Acetylen an OH-, SH-, NH-acide Verbindungen wird allgemein als Vinylierung<br />
bezeichnet.
314 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
l mol des betreffenden Alkohols bzw. Phenols wird mit etwa 10 Masse-% feingepulvertem<br />
Ätzkali in einen Edelstahl-Ruhr- oder Schüttelautoklav gefüllt, der mindestens das 5fache<br />
(besser lOfache) Volumen der Reaktionslösung haben soll. Bei der Vinylierung von Phenolen<br />
wird außerdem etwas Wasser zugesetzt (15 bis 17 ml pro mol Phenol), um die Bildung von Harzen<br />
einzuschränken. Dann verschließt man, verdrängt die Luft sorgfältig durch Acetylen oder<br />
Stickstoff, leitet Acetylen bis zu einem Druck von 0,8-1,6 MPa (8 bis 16 atm) ein und erwärmt<br />
langsam, bei Phenolen auf etwa 18O 0 C, bei Alkoholen auf etwa 14O 0 C. Sobald kein Acetylen<br />
mehr verbraucht wird und der Druck konstant bleibt, läßt man wieder abkühlen und preßt<br />
erneut Acetylen bis auf 0,8-1,6 MPa (8 bis 16 atm) auf. Dann wird wieder auf die oben<br />
genannte Temperatur erhitzt. Dies wiederholt man, bis die berechnete Menge Acetylen 1 ) aufgenommen<br />
bzw. keine Reaktion mehr erkennbar ist. Bei den aliphatischen Alkoholen verläuft<br />
die Addition an das Acetylen sehr rasch, so daß man meist unmittelbar nach Erreichen der<br />
Reaktionstemperatur wieder abkühlen und erneut Acetylen aufdrücken kann. Wenn die Vinylierung<br />
beendet ist, wird nach dem Abkühlen des Autoklavs entspannt.<br />
Phenolvinylether werden aus der Reaktionslösung mit Wasserdampf abgetrieben, Vinylether<br />
von Alkoholen destilliert man, gegebenenfalls im Vakuum, direkt aus der Reaktionslösung<br />
über eine 20-cm-Vigreux-Kolonne ab.<br />
Man trocknet die Vinylether mit Kaliumcarbonat und destilliert erneut. Dabei setzt man<br />
zweckmäßigerweise eine kleine Menge Kaliumcarbonat zu, um sauer katalysierte Folgereaktionen<br />
der Vinylether auszuschalten.<br />
Tabelle 4.50<br />
Vinylierung von Alkoholen und Phenolen<br />
Produkt<br />
Ethylvinylether<br />
Propylvinylether<br />
Butylvinylether<br />
Isobutylvinylether<br />
Cyclohexylvinylether<br />
Benzylvinylether<br />
Pheny Iviny lether l )<br />
(2-Methoxyphenyl)vinylether 1 )<br />
1 ,2-Divinyloxy-ethen 2 )<br />
Acetaldehydethylenacetal 3 )<br />
Ausgangsverbindung<br />
Ethanol<br />
Propanol<br />
Butanol<br />
Isobutanol<br />
Cyclohexanol<br />
Benzylalkohol<br />
Phenol<br />
Guajacol<br />
Ethylenglycol<br />
Ethylenglycol<br />
Kp<br />
in 0 C<br />
36<br />
65<br />
94<br />
83<br />
533,i(23)<br />
472,0(15)<br />
156<br />
112^30)<br />
127<br />
82<br />
n 2 ?<br />
1,3790<br />
1,3913<br />
1,4017<br />
1,3981<br />
1,4547<br />
1,5185<br />
1,5224<br />
1,5356<br />
1,4338<br />
1,3972<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
1) l mol Wasser zusetzen.<br />
2 ) Acetylen bis zur Sättigung einleiten; daneben 14% Acetaldehydethylenacetal.<br />
3 ) Reaktionstemperatur 19O 0 C; nach beendeter Acetylenabsorption noch 3 Std. auf 19O 0 C halten; daneben<br />
8% l,2-Divinyloxy-ethen.<br />
Die drucklose Vinylierung von Butanol in Gegenwart einer sehr großen Menge Ätzkali (um<br />
die notwendige Temperatur von etwa 140 0 C zu erreichen) wird beschrieben bei: DUHAMEL, A.,<br />
Bull. Soc. Chim. France 1956,156.<br />
1 J Man kann die aufgenommene Acetylenmenge mit genügender Genauigkeit nach der allgemeinen Gasgleichung<br />
aus der Druckabnahme berechnen. Die Druckablesungen erfolgen jeweils bei abgekühltem<br />
Autoklav, da hier die Dampfdrücke der flüssigen Reaktionspartner vernachlässigt werden können. Für<br />
die vollständige Vinylierung des Alkohols wird etwas mehr als die berechnete Acetylenmenge verbraucht<br />
(Nebenreaktionen, Löslichkeit des Acetylens in Vinylether).<br />
80<br />
90<br />
75<br />
80<br />
68<br />
63<br />
70<br />
60<br />
60<br />
68
D. 4.2. Nucleophile Addition 315<br />
Wegen ihrer sehr reaktionsfähigen Doppelbindungen besitzen die Vinylether für verschiedene<br />
Synthesen präparative Bedeutung. So lassen sie sich z. B. als Dienophil bei Cycloadditionen<br />
verwenden (vgl. D.4.4.).<br />
Vinylether addieren in saurer Lösung leicht Wasser zum Acetaldehydhalbacetal, das in Acetaldehyd und<br />
Alkohol zerfällt (s. D.7.I.2.):<br />
OR +H0.H© OR O<br />
H2C=C ^-^ - H3C-C-OH ^== H3C-Cx 7 + ROH [4.51]<br />
H H H<br />
Vinylverbindungen haben große technische Bedeutung für die Gewinnung von Polymeren (vgl. D.4.3.)<br />
mit unterschiedlichsten Eigenschaften und Verwendungszwecken. Auch zur Copolymerisation werden spezielle<br />
Vinylverbindungen genutzt.<br />
Eine präparativ einfach durchführbare Reaktion ist die Addition von Aminen an substituierte<br />
Acetylene. Beispielsweise gelingt die Addition von Ammoniak, primären und sekundären<br />
Aminen an Acetylenmono- bzw. Dicarbonsäureester leicht und in hohen Ausbeuten. Die Produkte<br />
sind als Enamine mit zur Carbonylgruppe konjugierter Doppelbindung recht stabil;<br />
befinden sich chelatisierbare H-Atome am Stickstoff, wird die Z-Form bevorzugt:<br />
H Ox<br />
R 11 NH2 + R-CEC-COOR' R"—N 'c-OR' [4.52]<br />
/ C=C\<br />
R H<br />
Diese Enamine sind insbesondere für Heterocyclensynthesen interessant, vgl. [7.288].<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Addition von Aminen an Acetylendicarbonsäuredialkylester<br />
(Tab.4.53)<br />
| Achtung! Acetylendicarbonsäureester sind tränenreizend. Unter dem Abzug arbeiten! T«<br />
In einem 250-ml-Dreihalskolben mit Rührer, Rückflußkühler mit Calciumchloridrohr, Innen- ^<br />
thermometer und Tropftrichter wird unter starkem Rühren zu einer Lösung von 0,11 mol was- G<br />
serfreiem Amin (mit Ätzkali trocknen) in 100 ml wasserfreiem Ether eine Lösung von 0,1 mol<br />
Acetylendicarbonsäureester in 50 ml wasserfreiem Ether so zugetropft, daß die Innentemperatur<br />
nicht über 15 bis 2O 0 C steigt (notfalls mit Eiswasser von außen kühlen). Gasförmige Amine<br />
werden nach dem Trocknen 1 ) in die ätherische Esterlösung unter Kühlen (15 bis 2O 0 C Innentemperatur)<br />
langsam eingeleitet, bis ein kleiner Überschuß erreicht ist. Man läßt noch 5 Stunden<br />
bei Zimmertemperatur stehen und destilliert nach dem Abdampfen des Ethers im<br />
Vakuum.<br />
Tabelle 4.53<br />
Aminaddition an Acetylendicarbonsäuredialkylester<br />
Produkt<br />
Aminofumarsäuredimethylester<br />
2 )<br />
Aminofumarsäurediethylester<br />
N-Methyl-aminofumarsäurediethylester<br />
I Vgl. Reagenzienanhang (Ammoniak).<br />
Ausgangsverbindung 1 )<br />
Ammoniak, M<br />
Ammoniak, E<br />
Methylamin, E<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
62o,o9(oj)<br />
F 30<br />
136^1(I6)<br />
1402.4(18)<br />
" 2 D°<br />
1,5106<br />
1,4928<br />
1,5130<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
80<br />
75<br />
90
316 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
Tabelle 4.53 (Fortsetzung)<br />
Produkt Ausgangsverbindung 1 ) Kp (bzw. F) n 2 ? Ausbeute<br />
in 0 C<br />
N-Benzyl-aminofumarsäure- Benzylamin, E 154o,o9(o,7) 1,5568 80<br />
diethylester<br />
Anilinofumarsäuredimethylester Anilin, M 132o,03(o,2) 1,5820 90<br />
N-tert-Butyl-aminofumarsäure- tert-Butylamin, M 85o>04(03) 1,4880 85<br />
dimethylester<br />
N,N-Dimethyl-aminomalein- Dimethylamin, M F 83 (MeOH) 70<br />
säuredimethylester 3 )<br />
1 J M Acetylendicarbonsäuredimethylester; E Acetylendicarbonsäurediethylester.<br />
2 ) Es entsteht zunächst vorzugsweise der Aminomaleinsäuredimethylester (E-Form): F 92 0 C (EtOEt), der<br />
bei der Destillation in die Z-Form übergeht.<br />
3 ) Nach dem Abdestillieren des Einers Rückstand Umkristallisieren.<br />
4.3. Radikalische Additions- und Polymerisationsreaktionen<br />
C-C-Mehrfachbindungen können auch Radikale addieren. Die radikalische Addition verläuft<br />
ebenso wie die radikalische Substitution (vgl. D.I.) als Kettenreaktion. Ein z. B. durch Thermooder<br />
Photolyse erzeugtes Initiatorradikal R'» reagiert zunächst mit dem Addenden X-Y<br />
R'- -i- Y-X R-Y + X- [4.54]<br />
unter Bildung eines X-Radikals, das an das Olefin addiert wird. Hierbei entsteht ein ß-substituiertes<br />
Alkylradikal, das im zweiten Kettenfortpflanzungsschritt mit X-Y unter Y-Radikalübertragung<br />
reagiert:<br />
X- + C=C - X-C-C- [4.54a]<br />
/ \ | \<br />
X-C-C- + Y-X X-C-C-Y + X- [4.55b]<br />
\ I I<br />
Der Kettenabbruch erfolgt durch Rekombination der X- und ß-X-Alkyiradikale.<br />
In [4.56] ist die Addition von Br2 an Ethylen formuliert. Das elektrophile Bromatom, dessen<br />
SOMO relativ energiearm ist (vgl. Abb.1.23), tritt mit dem HOMO des Olefins in Wechselwirkung:<br />
Br- + H2C=CH2 Br-CH2-CH2 ARH e =-21 KJ mol' 1 [4.56a]<br />
Br-CH2-CH2 + Br2 - Br-CH2-CH2-Br + Br- ARH e =-60kJ-mor 1 [4.56b]<br />
Beide Schritte der Kettenreaktion sind exotherm. Die Reaktion verläuft freiwillig, die Kettenlänge<br />
ist groß.<br />
Chlor, dessen SOMO-Energie niedriger liegt als die von Brom, reagiert leichter mit dem<br />
Alken. Zudem ist wegen der über 50 kJ • moH höheren Dissoziationsenergie der C-Cl- gegenüber<br />
der C-Br-Bindung der erste Schritt (analog [4.56a]) entsprechend stärker exotherm (vgl.<br />
auch [C.17]). Das lodradikal ist dagegen normalerweise nicht mehr reaktionsfähig genug, um<br />
die 7r-Bindung anzugreifen, da der erste Schritt mit etwa 50 kJ • moH endotherm ist.
D. 4.3. Radikalische Additions- und Polymerisationsreaktionen 317<br />
Zur radikalischen Addition an Olefine sind weiterhin Bromwasserstoff, Aldehyde, Alkohole,<br />
Ester, Polyhalogenalkane (Haloforme, Tetrachlorkohlenstoff), Schwefelwasserstoff,<br />
Thiole, Thiolsäuren, Hydrogensulfit und viele andere befähigt:<br />
R-CH=CH2<br />
+ HBr<br />
R-CH2-CH2-Br<br />
hR ' CH2CH °- R-CH2-CH2-CO-CH2-R'<br />
-CCI4<br />
R-CHCI-CH2-CCI3<br />
' CHBr3 - R-CHBr-CH2-CHBr2<br />
* CHC ' 3 • R-CH2-CH2-CCI3<br />
[4.57]<br />
(Man formuliere die Kettenreaktionen!)<br />
lodwasserstoff und Chlorwasserstoff werden im Gegensatz zu Bromwasserstoff nicht radikalisch<br />
an Olefine addiert. Beim lodwasserstoff ist der erste Schritt der Kettenreaktion (lodradikal<br />
+ Olefin) nicht möglich, da das lodradikal zu wenig reaktiv ist, während beim Chlorwasserstoff<br />
die homolytische Spaltung der H-Cl-Bindung zu hohe Energie erfordert, wodurch der<br />
zweite Schritt der Kettenreaktion endotherm wird und nicht abläuft.<br />
Kohlenstoffradikale, beispielsweise aus Polyhalogenmethanen, bei denen die Spindichte am<br />
Radikalzentrum durch Elektronenacceptorsubstituenten vermindert ist, reagieren leicht mit<br />
stärker basischen Olefinen (z. B. Vinylethern) und normalen Olefinen. Mit Ethendicarbonsäureestern<br />
dagegen ist das analog [4.54a] im ersten Schritt der Reaktion gebildete Radikal so<br />
energiearm, daß es nicht mehr in der Lage ist, die Kettenreaktion durch einen Übertragungsschritt<br />
entsprechend [4.55b] zu ermöglichen.<br />
Aliphatische Aldehyde und Alkohole addieren sich mit teilweise sehr guten Ausbeuten radikalisch<br />
an Perfluorolefine und a,ß-ungesättigte Carbonylverbindungen, speziell an Maleinsäureester.<br />
In a-Stellung verzweigte Aldehyde geben nur in untergeordnetem Maße die gewünschten<br />
Ketone, da das zunächst entstehende Acylradikal in erster Linie decarbonyliert (wie ist das zu<br />
erklären?):<br />
R3C-CHO - R3C-CO R3C + CO [4.58]<br />
Unter homolytischen Bedingungen läßt sich selbst an Benzen Chlor addieren, wobei ein<br />
Gemisch stereoisomerer Hexachlorcyclohexane entsteht 1 )<br />
Unter diesen ist das mit etwa 15% Ausbeute anfallende y-Isomere (Gammexan, y-HCH, Hexa) als<br />
Insektizid verwendet worden.<br />
Auch die Addition von Halogenen an Acetylene verläuft wahrscheinlich radikalisch. Aus<br />
den in D.4. (Einleitung) genannten Gründen ist die elektrophile Addition erschwert.<br />
Man beachte, daß die aufgeführten radikalischen Additionen entgegen der Regel von MAR-<br />
KOVNIKOV verlaufen. Das ist verständlich, da von den beiden im ersten Schritt der Kettenreaktion<br />
möglichen Radikalen, beispielsweise<br />
l Unter welchen Bedingungen kann die substituierende Chlorierung des Benzens, die stets merkliche Konkurrenzreaktion<br />
ist, zurückgedrängt werden (vgl. D.5.L5.)?
T G<br />
318 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
^R-CH-CH2-Br (I)<br />
R-CH=CH2 + Br- ^ [4.59]<br />
^ R-CH-CH2 (II)<br />
Br<br />
das Radikal I aus den in Kapitel D.I. genannten Gründen energieärmer ist als das Radikal II.<br />
Es ist also möglich, Bromwasserstoff radikalisch, z. B. in Gegenwart von Peroxiden, entgegen<br />
der Regel von MARKOVNiKOvan Olefine zu addieren („Peroxideffekt").<br />
In den Fällen, bei denen ein Reagens sowohl ionisch als auch radikalisch addiert werden<br />
kann, hängt es von den Reaktionsbedingungen ab, welche Reaktion die Oberhand gewinnt. So<br />
läßt sich der Peroxideffekt bei der Addition von Bromwasserstoff unterdrücken, wenn man in<br />
Gegenwart einer Lewis-Säure, z. B. Aluminiumbromid, arbeitet. Die Reaktion verläuft dann<br />
ionisch, entsprechend der Regel von MARKOVNIKOV.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die radikalische Addition an Olefine (Tab. 4.60)<br />
( Achtung! Augen bei der Arbeit mit der Tauchlampe vor gefährlicher UV-Strahlung schützen.<br />
Dabei auch die benachbarten Arbeitsplätze beachten!<br />
Um die Bildung von Telomeren (vgl. D.4.3.) zurückzudrängen, setzt man das Olefin im Unterschuß<br />
ein. Die Ausbeuten werden auf Umsatz berechnet.<br />
Man arbeitet in einem Dreihalskolben mit Gaseinleitungsrohr, Intensivkühler und Innenthermometer.<br />
Bei photochemisch initiierten Reaktionen ist außerdem eine gekühlte (!) Quecksilbertauchlampe<br />
erforderlich. 1 ) Soweit die zu addierende Verbindung nicht gasförmig ist,<br />
arbeitet man unter Stickstoff und leitet auch während der Reaktion langsam sauerstofffreien 2 )<br />
Stickstoff ein.<br />
Wenn gute Ausbeuten erhalten werden sollen, ist es unbedingt notwendig, die angegebene<br />
Temperatur genau einzuhalten. Bei kleineren Temperaturintervallen erweist sich ein Metallbad<br />
mit Regeleinrichtung (vgl. A.l.7.1.) oder ein Thermostat als günstig.<br />
Die Reaktionslösung wird im Vakuum über eine 40-cm-Vigreux-Kolonne destilliert. Nach<br />
Fraktionen, die u. a. aus nicht umgesetzten Ausgangsprodukten bestehen (zurückgewinnen!),<br />
geht das Additionsprodukt über. Als Destillationsrückstand verbleiben gewöhnlich Polymere<br />
und Telomere (vgl. D.4.3.).<br />
Falls das Addukt in einem größeren Temperaturbereich destilliert, rektifiziere man über<br />
eine 60-cm-Vigreux-Kolonne. Fällt das Reaktionsprodukt während der Reaktion fest aus, läßt<br />
man über Nacht im Kühlschrank stehen, saugt ab und kristallisiert um.<br />
Variante A: Addition von Tetrachlorkohlenstoff, l mol Olefin, 4 mol Tetrachlorkohlenstoff und<br />
0,06 mol Benzoylperoxid werden 5 Stunden unter Rückfluß erhitzt.<br />
Variante B: Addition von Aldehyden, l mol Olefin, 4 mol Aldehyd und 0,06 mol Benzoylperoxid<br />
werden 24 Stunden auf die angegebene Temperatur erhitzt. Die Hälfte des Peroxids fügt<br />
man erst nach 8 Stunden zu.<br />
Variante C: Addition von Thiolen. l mol Olefin und l mol Thiol werden 5 Stunden bei Zimmertemperatur<br />
bestrahlt.<br />
Variante D: Addition gasförmiger Verbindungen. Man leitet unter Bestrahlung so lange Gas<br />
ein, bis nichts mehr aufgenommen wird oder das Endprodukt auszukristallisieren beginnt. In<br />
1 J UV-Bestrahlung von außen liefert selbst bei Verdopplung der Reaktionszeit geringere Ausbeute, es sei<br />
denn, man verwendet einen Kolben aus Quarz oder Uviolglas. Zur Addition von Chlor genügt eine<br />
neben dem Kolben angebrachte 200-W-Glühlampe.<br />
2 ) Vgl. Reagenzienanhang.
D. 4.3. Radikalische Additions- und Polymerisationsreaktionen 319<br />
diesem Falle (Verstopfungsgefahr!) benutzt man ein Gaseinleitungsrohr mit glockenförmig<br />
erweitertem Ende oder eine Anordnung nach Abbildung A.13.<br />
Die Präparation ist für Halbmikroansätze weniger geeignet.<br />
Tabelle 4.60<br />
Radikalische Addition an Alkene<br />
Produkt Ausgangsverbindungen Variante<br />
1,1,1,3-Tetra-chlor-octan Hept-1-en, Tetrachlor- A<br />
kohlenstoff<br />
1,1,1,3-Tetrachlor-nonan Oct-l-en, Tetrachlor- A<br />
kohlenstoff<br />
Butyrylbernsteinsäure- Maleinsäurediethylester, B<br />
diethylester 1 ) Butanal<br />
Heptanoylbernsteinsäure- Maleinsäurediethylester, B<br />
diethylester 2 ) Heptanal<br />
l-Benzylthio-2-phenyl- Styren, B<br />
ethan 3 ) Phenylmethanthiol<br />
l-Phenyl-2-phenylthio- Styren, Thiophenol C<br />
ethan<br />
ß-Phenylthio-propionitril Acrylonitril, Thiophenol C<br />
a-Hexachlor-cyclohexan 4 ) Benzen, Chlor D<br />
1,3-Dibrom-propan 5 ) Allylbromid, Brom- D<br />
Wasserstoff<br />
l-Brom-3-chlor-propan 5 ) Allylchlorid, Brom- D<br />
Wasserstoff<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
1 3O2^1 9)<br />
780,01(04)<br />
112o,i(i)<br />
11 ^O5OT(O1S)<br />
1560>4(3)<br />
1 SS2^i5)<br />
154i.,(8)<br />
F m<br />
(Benzen)<br />
167<br />
1<br />
J Unter Rückfluß erhitzen.<br />
2 0<br />
) Bei 82 bis 85 C arbeiten; angegebener Brechungsindex n25|<br />
3<br />
) Auf dem Wasserbad erhitzen.<br />
4<br />
) In der Siedehitze trockenes Chlor einleiten; trockenes, thiophenfreies Benzen verwenden.<br />
5) Eiskühlung.<br />
142<br />
n 2 ?<br />
1,4772<br />
1,4770<br />
1,4376<br />
1,4392 2 )<br />
1,5894<br />
1,6042<br />
1,5735<br />
1,5232<br />
1,4950<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
(2-Acetoxy-ethyl)malonsäurediethylester durch Addition von Malonsäurediethylester an<br />
Vinylacetat: GRITTER, R., Org. React. 13 (1963), 119.<br />
Die beiden in einer radikalischen Addition an ein Olefin addierten Teile X und Y können<br />
auch aus zwei Ausgangsprodukten stammen.<br />
Synthetisch wichtige Additionen dieser Art sind die Reaktionen von Olefinen mit Alkylhalogeniden<br />
(RX) in Gegenwart von Organometallhydriden, z. B. Tributylzinnhydrid (C4H9)3Sn-H:<br />
R-X + C=C + H-Sn(C4H9J3 R-C-C-H -i- X-Sn(C4Hg)3 [4.61]<br />
Die Radikalkettenreaktion umfaßt nach dem Start (z.B. mittels Azobisisobutyronitril/<br />
AIBN):<br />
R'—N=N-R' 2R'- + N2<br />
R 1 - + H-SnBu3<br />
- R'—H + -SnBu3<br />
die folgenden drei Kettenfortpflanzungsschritte:<br />
50<br />
40<br />
75<br />
55<br />
80<br />
70<br />
80<br />
70<br />
95<br />
95<br />
[4.62]
320 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
R-X + -SnBu3 R- + X-SnBu3<br />
R- + H2C=CH-Z R-CH2-CH-Z [4.63]<br />
R-CH2-CH-Z + H-SnBu3<br />
R-CH2-CH2-Z + -SnBu3<br />
Im Endergebnis läuft Reaktion [4.61] auf eine Addition von R-H an das Olefin hinaus. Auf<br />
diese Weise lassen sich unter milden Reaktionsbedingungen radikalisch C-C-Verknüpfungen<br />
verwirklichen, die eine Vielzahl von Verbindungen zugänglich machen (Z = CN, COR,<br />
COOR,OR,Arylu.a.).<br />
l-Desoxy-2,3,4,6-tetra-O-acetyl-l-(2-cyan-ethyl)-a-D-glucopyranose: GIESE, B.; DUPUIS, J.;<br />
Nix, M., Org. Synth. 65 (1987), 236-242.<br />
Eine ähnliche Addition gelingt mit Organoquecksilberhydriden:<br />
\ / M<br />
R-Hg-H + C=C R-C-C-H + Hg [4.64]<br />
Die RHgH werden in situ aus Organoquecksilberverbindungen und Metallhydriden erzeugt und starten,<br />
da die R-Hg-Bindung sehr schwach ist (s. Tab. 1.4), die Reaktion spontan:<br />
RHgX — RHgH — R- [4.65]<br />
Sie reagieren mit dem Olefin nach folgendem Radikalkettenmechanismus:<br />
R- + H2C=CH-Z - R-CH2-CH-Z<br />
R-CH2-CH-Z + H-HgR - R-CH2-CH2-Z + -HgR [4.66]<br />
R-Hg- R- + Hg<br />
Die Quecksilberverbindungen RHgX können aus RX über Grignard-Verbindungen und Quecksilberhalogenide<br />
RX -^iL RMgX *" 9 * 2 . RHgX [4.67]<br />
oder aus Olefinen über Organoborane (s. Hydroborierung, D.4.1.8.) und Quecksilberacetat gewonnen werden:<br />
• H9(OC ° CH3h H-C-C-H9OCOCH3 [4.68]<br />
Die addierten Reste R stammen also aus Alkylhalogeniden und Olefinen, die auf diese Weise mit den Substratolefinen<br />
H2C=CHZ verknüpft werden können. Die Reaktion ist daher vielseitig für Synthesen unter<br />
C-C-Bindungsbildung geeignet.<br />
Die genannten Reaktionen können auch für intramolekulare Additionen genutzt werden und führen<br />
dann zu Cyclisierungen:<br />
[4.69]<br />
Hex-5-en-l-yl- und Hept-6-en-1-y!Verbindungen RX ergeben so Cyclopentyl- und Cyclohexylverbindungen.<br />
Man formuliere diese Reaktionen!
Radikalische Polymerisation<br />
D. 4.3. Radikalische Additions- und Polymerisationsreaktionen 321<br />
Das im ersten Schritt einer radikalischen Addition nach [4.7Oa] gebildete Kohlenstoffradikal<br />
kann auch mit einem weiteren Olefinmolekül reagieren (b). Diese Reaktion kann sich im gleichen<br />
Sinne fortsetzen (Wachstumsreaktion) und führt dann zu kettenförmigen Makromolekülen(c):<br />
R<br />
[4.7Oa]<br />
[4.7Ob]<br />
Die Polymerisation tritt häufig als unerwünschte Nebenreaktion bei der radikalischen Addition<br />
auf; die gezielte radikalische Polymerisation führt hingegen zu technisch wichtigen Polymeren.<br />
Mit sinkender Temperatur, abnehmender Startradikalkonzentration und steigender Monomerenkonzentration<br />
wächst die Größe des entsprechenden Makromoleküls. Sie kann bis zu<br />
einer Durchschnittsmolmasse von 10 7 ansteigen.<br />
Nicht alle Olefine sind gleich gut zu radikalischen Polymerisationen befähigt. Besonders<br />
geeignet sind solche, deren Substituenten die während der Wachstumsreaktion entstehenden<br />
Radikale stabilisieren, wie z.B. Vinyl-, Aryl- und Carbonylgruppen (vgl. D.I.L). Kettenabbruch<br />
erfolgt durch Disproportionierung (a) oder Kombination (Dimerisierung) (b) der<br />
Makroradikale:<br />
R R R<br />
R R R<br />
(b)<br />
[4.71]<br />
Damit bricht die Radikalkette überhaupt ab. Kettenabbruch kann auch durch Übertragung der<br />
Radikalfunktion auf ein anderes Molekül im System (Lösungsmittel, bereits vorhandenes<br />
Makromolekül, weitere zugesetzte Stoffe, die zur Radikalbildung befähigt sind, z. B. Regler)<br />
eintreten. Dabei geht das wachsende Polymere in ein „totes" Polymeres über, und das neu<br />
gebildete Radikal kann eine weitere Kette starten.<br />
Diese Übertragungsreaktion nutzt man bewußt bei der Telomerisation. Bei der „gezielten<br />
Polymerisation" kann man durch Wahl geeigneter Reaktionsbedingungen (z. B. der Konzentrationen)<br />
Telomere, d. h. Polymere von niedrigem Polymerisationsgrad, herstellen, die bestimmte<br />
Endgruppen tragen. Bei den Telomeren sind die Endgruppen wegen des niedrigen Polymerisationsgrads<br />
in weit höherem Maße für die Eigenschaften der erzeugten Produkte verantwortlich<br />
als bei den Hochpolymeren. Als Endgruppenbildner werden meist Tetrachlorkohlenstoff,<br />
Chloroform u. a. eingesetzt, wobei durch geeignete (relativ hohe) Konzentration dieser Stoffe<br />
die oben genannte Zwischenstellung der Telomerisation erreicht wird, z. B.:
322 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
Startreaktion: R'OOR' 2 R'O-<br />
Wachstum:<br />
KettenDbertragung:<br />
R 1 O- + H2C=CHR R 1 OCH2CHR<br />
R'OCH2CHR + r? H2C=CHR R 1 OCH2CH(CH2CH)^1CH2CH<br />
R 1 OCH2CHCH2CH + CCI4<br />
R R R [4.72]<br />
- R 1 OCH2CHCH2CHCI + -CCI3<br />
R R R R<br />
Wachstum: CI3C- + H2C=CHR CI3CCH2CHR<br />
Die bei der Telomerisation eingesetzten Verbindungen werden als Taxogen (Monomeres)<br />
und Telogen (z. B. CCl4, HSiCl3, ROH, HCl) bezeichnet.<br />
Darstellung von Polystyren (Lösungspolymerisation)<br />
In einem Reagenzglas mit Kühlfinger werden 2 g über wenig Schwefel frisch destilliertes Styren<br />
in 10 ml Xylen gelöst, 50 mg Benzoylperoxid zugesetzt und 2 Stunden auf dem Wasserbad<br />
auf etwa 80 0 C erwärmt. Dann wird die Lösung unter Rühren in 100 ml Methanol gegossen,<br />
das sich in einem Mörser befindet. Um eingeschlossenes Monomeres und Xylen zu entfernen,<br />
wird das ausgefallene Produkt gut zerrieben, nach 2 Stunden filtriert, mit Methanol gewaschen<br />
und im Vakuumexsikkator getrocknet.<br />
Suspensionspolymerisation von Styren und Emulsions-Copolymerisation von Styren/Isopren:<br />
SORENSON, W. R., J. Chem. Educ. 42 (1965), 8.<br />
Copolymerisation von Fumarsäuredimethylester und Vinylacetat: ABELL, P. J., in: KOCHI, J.<br />
K.: Free Radicals. - John Wiley & Sons, New York 1973. Bd. 2, S. 96.<br />
Die radikalische Polymerisation von Vinylverbindungen ist die wichtigste Methode zur<br />
Erzeugung von Plasten (Kunststoffen), synthetischen Fasern und künstlichem Kautschuk.<br />
Die große Vielfalt (Tab. 4.73) der heute gebräuchlichen Polymeren wird insbesondere durch Polymerisation<br />
von Monomergemischen erreicht. Die Monomeren können alternierend, unregelmäßig oder blockweise<br />
im Polymer vorliegen.<br />
Tabelle 4.73<br />
Technisch wichtige Polymere aus Monomeren und ihre Verwendung<br />
Monomere Verwendung der Polymeren<br />
Ethen Hochdruckpolyethylen: Folien, Verpackungsmittel, Behälter, Rohre,<br />
Isolationsmaterial<br />
Vinylchlorid (VC) Polyvinylchlorid (PVC): Folien, säurebeständige Rohrleitungen,<br />
Behälter, Platten, Kabelisolation<br />
Styren (S) Polystyren: Elektroindustrie, Folien, Styropor (Verpackungsmaterial)<br />
Tetrafluorethen Polytetrafluorethen (PTFE, Teflon): hohe Chemikalienbeständigkeit,<br />
Auskleidung von Apparaturen, Schläuche, Dichtungen<br />
Acrylnitril (AN) Polyacrylnitril (PAN): Fasern<br />
Butadien (B) Polybutadien (Buna): Elastomere<br />
Vinylacetat (VA) Polyvinylacetat: Latex (PVAc), Kaugummi<br />
Methacrylsäureester Polymethacrylat (Plexiglas): organisches Glas<br />
B + S Buna S, elastisches oder schlagzähes Polystyren<br />
B + S + AN ABS-Copolymere: bruchunempfindliches Polymer<br />
B -i- AN Buna N (Perbunan)
Tabelle 4.73 (Fortsetzung)<br />
Monomere Verwendung der Polymeren<br />
D. 4.4. Cycloadditionen 323<br />
S + AN schlagfestes Polystyren<br />
Ethen + VA EVA-Copolymere: thermoplastisches, weiches Material<br />
Oligomere: Additive für Dieselkraftstoff, Fließverbesserer<br />
VC + Vinylidendichlorid Fasern und Borsten<br />
S + ungesättigte Polyester glasfaserverstärkte Polyesterharze, Laminate<br />
Durch Copolymerisation unterschiedlicher Vinylmonomerer lassen sich die Eigenschaften der Polymeren<br />
gezielt beeinflussen.<br />
Man unterscheidet Block-, Emulsions- und Lösungspolymerisation. Auch Perlpolymerisate, bei denen in<br />
Suspension gearbeitet wird, sind von Interesse. Als Initiatoren dienen Peroxyverbindungen, z. B. Benzoylperoxid,<br />
Kaliumpersulfat und a,a-Dimethyl-benzylhydroperoxid in Gegenwart von Eisen(II)-sulfat. Auch<br />
die Telomeren gewinnen ein ständig steigendes technisches Interesse. Beispielsweise kann man durch<br />
Umsetzung von a,a,a,co-Tetrachlor-paraffinen mit Ammoniak und nachfolgender Hydrolyse a>-Aminocarbonsäuren<br />
darstellen, deren Lactame zu Polyamiden polymerisieren.<br />
4.4. Cycloadditionen<br />
Additionsreaktionen an Olefine, die zu cyclischen Reaktionsprodukten führen, bezeichnet<br />
man als Cycloadditionen. Nach Art und Anzahl der Atome, die beide Reaktionspartner in die<br />
cyclische Verbindung einbringen, unterteilt man die Bildung von Carbo- bzw. Heterocyclen in<br />
folgende Typen.<br />
[l + 2]-Cycloadditionen<br />
V<br />
X: + u ~ X^ [4.74]<br />
/ ^ /^<br />
Hierher gehören die Additionen von Carbenen (X: = R2C:) und Nitrenen (X: = R-N:) an<br />
Olefine, aber auch die Alken-Epoxidierung (vgl. D.4.1.6.) und die Thiiran-Bildung.<br />
/2 + 2]-Cycloadditionen<br />
X O X C r * Tel<br />
n + ii - i i [4.751<br />
Y ^ Y-Cr<br />
Zu dieser Gruppe zählen die thermisch relativ seltenen, aber photochemisch leicht verlaufenden<br />
Cycloadditionen von_Olefinen an Olefine unter Bildung von Cyclobutanen, die Addition<br />
von Singulettsauerstoff (O=O) an Olefine unter Bildung cyclischer Peroxide (Dioxetane) und<br />
die photochemische Addition von Ketonen oder Aldehyden an Olefine unter Bildung von<br />
Oxetanen(Paterno-Büchi-Reaktion).<br />
[3 + 2]-Cycloadditionen (l,3-Dipoladditionen)<br />
* @ V x..c'-<br />
Y + " ~ < A [4-76]
324 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
Diese thermisch leicht verlaufenden Additionsreaktion sind insbesondere zur Synthese<br />
/e e\<br />
von Heterocyclen bedeutungsvoll, wobei als 1,3-Dipole ^X-Y-Zj z.B. Diazoverbindungen<br />
N=N-CH-R (vgl. D.8.4.), Azide N-N-N-R, Nitriloxide R-C-N-O), Nitrilimine R-C=N-N-R<br />
und Nitrilylide R-C=N-CR2 fungieren, die häufig erst im Reaktionsgemisch erzeugt werden.<br />
[4 + 2]-Cycloadditionen (D iels-Alder-Reaktionen)<br />
\ + ii<br />
Y -z A<br />
x-V-<br />
Il I [4.77]<br />
Die wichtigste [4 + 2]-Cycloaddition ist die thermisch leicht verlaufende Diels-Alder-Reaktion.<br />
Als 1,3-Dien (W=X-Y=Z) können sowohl offenkettige (z.B. Buta-l,3-dien) als auch cyclische<br />
Verbindungen (z.B. Cyclopentadien, Cyclohexa-l,3-dien usw.) eingesetzt werden. Mit heteroanalogen<br />
Dienen (a,ß-ungesättigte Aldehyde, a,ß-ungesättigte Ketone, Azine u.a.) erhält man<br />
Sechsringheterocyclen. Anstelle des Olefins (Dienophil) kann z.B. auch Singulettsauerstoff<br />
treten. Bei der Reaktion entstehen dann sechsgliedrige cyclische Peroxide.<br />
Cycloadditionen können in einem Schritt als pericyclische Reaktionen verlaufen. Die beteiligten<br />
Elektronen unterliegen dabei einer konzertierten Verschiebung in einem cyclischen<br />
Übergangszustand; der Ringschluß ist stereospezifisch und die Reaktionsgeschwindigkeit<br />
nahezu unabhängig vom Lösungsmittel. Nichtstereospezifische Cycloadditionen verlaufen<br />
meist in zwei Stufen über Radikale oder Ionen. Bei ionischem Mechanismus hängt die Reaktionsgeschwindigkeit<br />
von der Art des Lösungsmittels ab.<br />
LUMO<br />
HOMO<br />
[2+l]-Cycloaddition thermisch erlaubt,<br />
Konfiguration des Olefins bleibt erhalten<br />
LUMO<br />
HOMO<br />
[3+2]-Cydoaddition.thermisch erlaubt;<br />
suprafaciale Addition<br />
LUMO<br />
SOMO<br />
[2+2] -Cycloaddition<br />
a) thermisch verboten, b) photochemisch erlaubt<br />
allenfalls als supra- (supra-suprafaciale<br />
antarafaciale Addition Addition)<br />
möglich<br />
LUMO<br />
HOMO<br />
[4 + 2] - Cydoaddition , thermisch erlaubt,<br />
suprafaciale Addition<br />
Abb. 4.78<br />
Behandlung von Cycloadditionen nach dem Grenzorbitalkonzept<br />
LUMO<br />
HOMO
D. 4.4. Cycloadditionen 325<br />
Der sterisch einheitliche Verlauf pericyclischer Cycloadditionen sowie die Aussage, ob die betreffende<br />
Reaktion thermisch oder photochemisch erlaubt ist, lassen sich mit Hilfe des Grenzorbitalkonzepts ableiten.<br />
1 ) Diese Erklärung setzt die Kenntnis der Vorzeichen der Koeffizienten des HOMO, LUMO bzw.<br />
SOMO für beide Reaktionspartner voraus. Kovalenzbildung ist bekanntlich nur zu erwarten, wenn bei den<br />
Reaktanden Orbitalbereiche gleichen Vorzeichens überlappen. Ist diese Bedingung mindestens für eine<br />
der beiden möglichen HOMO-LUMO-Wechselwirkungen der reagierenden Moleküle erfüllt, so ist eine<br />
konzertierte Cycloaddition thermisch möglich. Damit ist aber gleichzeitig auch ihr stereochemischer Verlauf<br />
festgelegt.<br />
Von Ausnahmefällen abgesehen, ist für diese thermisch erlaubten Reaktionen typisch, daß die beiden<br />
neuen er-Bindungen jeweils von einer Seite der Tt-Systeme aus gebildet werden. Man nennt einen solchen<br />
Verlauf suprafacial. Bei antarafacialem Verlauf treten Orbitallappen gleicher Phase von entgegengesetzten<br />
Seiten der beiden rc-Systeme in Wechselwirkung (Abb. 4.78).<br />
Thermisch erlaubt sind nach Abbildung 4.78 pericyclische [l + 2]-Cycloadditionen von Singulettcarbenen<br />
an Olefine sowie [3 + 2]- und [4 + 2]-Cycloadditionen. Konzertierte [2 + 2]-Cycloadditionen dagegen sind<br />
thermisch im allgemeinen nicht möglich. Die Bindungsbildung zwischen dem HOMO des einen und dem<br />
LUMO des zweiten Olefinmoleküls könnte nur zwischen zwei Atomen suprafacial verlaufen. Die zweite<br />
Bindung erfordert eine antarafaciale Wechselwirkung. Reagiert dagegen eines der beiden Olefinmoleküle<br />
im photochemisch angeregten Zustand, so ist zwischen seinem SOMO und dem LUMO des zweiten<br />
Olefinmoleküls die Überlappung von Orbitalbereichen gleichen Vorzeichens suprafacial möglich. Eine<br />
pericyclische [2 + 2]-Cycloaddition ist photochemisch erlaubt. Der nach dem Grenzorbitalkonzept mögliche<br />
Mechanismus muß jedoch von einem reagierenden System nicht befolgt werden. Es kann auch in<br />
einen Zweistufenmechanismus ausweichen.<br />
4.4.1. [1 + 2]-Cycloadditionen. Addition von Carbenen und Carbenoiden<br />
Carbene addieren sich an Olefine entsprechend [4.74] unter Bildung von Cyclopropanen. Eine<br />
stereospezifische Synchronaddition läßt sich allerdings nur für das Singulettcarben erwarten<br />
[4.79], während das in Lösung normalerweise entstehende Triplettcarben keine Synchronreaktion<br />
und damit keine stereospezifische Reaktion ermöglicht [4.8O].<br />
\ \^ \ r- R \ r-* R<br />
C:U n - c:: M C^i [4.79]<br />
/ ' C / C^R' / 9-R'<br />
R / -5<br />
Vc- R x i" R<br />
/.t •''*' —- cC ><br />
R fr* / P-*<br />
C:>+ V \\ [4.80]<br />
/ / /^ X \ \<br />
R' \ \ _P x i .P<br />
Auch Aromaten addieren Carbene, wobei zunächst Bicyclo[4.1.0]heptadiene (Norcaradiene)<br />
entstehen, die valenztautomer mit Cycloheptatrienen sind und leicht zu diesen isomerisieren.<br />
Dadurch ist eine präparativ einfache Ringerweiterungsreaktion zu den sonst nur schwer<br />
zugänglichen Cycloheptatrienen gegeben:<br />
) Diese Erklärung ist eine Anwendung der Woodward-Hoffmann-Regeln über die Erhaltung der Orbitalsymmetrie.
326 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
:CH2<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Addition von Dichlorcarben an Olefine (Tab. 4.82)<br />
[4.81]<br />
0,1 mol Olefin und l mmol Benzyltriethylammoniumchlorid werden in 0,4 mol Chloroform<br />
unter Zusatz von l ml Ethanol gelöst. Nach der Zugabe von 0,4 mol eiskalter, frisch bereiteter<br />
50%iger Natronlauge rührt man intensiv l Stunde bei Raumtemperatur, danach 5 Stunden bei<br />
50 0 C. Das erkaltete Gemisch wird in 500 ml Wasser eingegossen, die organische Phase abgetrennt<br />
und die wäßrige Schicht mit 100 ml Chloroform ausgeschüttelt. Nach dem Trocknen der<br />
vereinigten organischen Phasen über Na2SO4 dampft man das Lösungsmittel im Vakuum ab<br />
und destilliert den Rückstand oder kristallisiert festes Produkt um.<br />
Tabelle 4.82<br />
1,1-Dichlor-cyclopropane durch Dichlorcarbenaddition<br />
Produkt<br />
7,7-Dichlor-bicyclo[4.1.0]heptan<br />
l,l-Dichlor-2-phenyl-cyclopropan<br />
1 ,l-Dichlor-2-methyl-2-phenylcyclopropan<br />
1 ,l-Dichlor-2,2-diphenyl-cyclopropan<br />
1 , 1 -Dichlor-2-hexy 1-cyclopropan<br />
l,l-Dichlor-2,2-dimethyl-cyclopropan<br />
Ausgangsverbindung<br />
Cyclohexen<br />
Styren<br />
a-Methyl-styren<br />
1,1-Diphenyl-ethen<br />
Oct-l-en<br />
Isobuten 1 )<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
78...792,0(15)<br />
H4l,7(l3)<br />
66o,08(0,6)<br />
F 114 (Et2O)<br />
50...52o,o7(o,5)<br />
118...120<br />
« 2 D°<br />
1,5028<br />
1,5515<br />
1,5410<br />
1,4555<br />
1,4499<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Zunächst bei -10 0 C einleiten, dann unter allmählicher Temperatursteigerung bei Raumtemperatur rühren.<br />
l,l-Dichlor-trans-2,3-diphenyl-cyclopropan aus trans-Stilben und Dichlorcarben unter Phasentransferkatalyse:<br />
DEHMLOW, E. V.; SCHÖNFELD, J., Liebigs Ann. Chem. 744 (1971), 42.<br />
Als Quelle für Carbene kommen außer der a-Eliminierung von Halogenalkanen (vgl. D.3.3)<br />
auch andere Carbenbildungsreaktionen, wie die Zersetzung von aliphatischen Diazoverbindungen<br />
(vgl. D.8.4.2. und D.9.1.1.3.), in Frage. Werden diese Verbindungen in Gegenwart von<br />
Übergangsmetallkatalysatoren (Cu-, Rh- o. a. Salzen) zersetzt, entstehen intermediär keine<br />
freien Carbene, sondern Metall-Carbenkomplexe (vgl. [4.12O]), die mit den Olefinen zu Cyclopropanen<br />
reagieren.<br />
Aus 2,5-Dimethyl-hexa-2,4-dien und Diazoessigsäureethylester kann auf diese Weise, auch industriell,<br />
Chrysanthemumsäureethylester, hergestellt werden.<br />
+ N2CHCOOEt Cu-Kat.<br />
78<br />
84<br />
75<br />
70<br />
60<br />
60<br />
COOEt + N2 [4.83]<br />
Ester der Chrysanthemumsäure und ähnlich strukturierter Säuren kommen im Pyrethrum, einem aus<br />
den Blüten verschiedener Chrysanthemumarten gewonnenen Naturstoff mit insektizider Wirkung, und verwandten<br />
synthetischen Produkten, den sog. Pyrethroiden vor, die als Insektizide angewendet werden.
D. 4.4. Cycloadditionen 327<br />
exo-Tricyclo(3.3.L0 2 > 4 )octan-3-anti-carbonsäureethylester aus Norbornen und Diazoessigsäureethylester<br />
in Gegenwart von CuCN: SAUERS, R. R.; SONNETT, R E., Tetrahedron 20 (1964), 1029.<br />
2,3-Dimethyl-cyclopropancarbonsäureethylester aus But-2-en und Diazoessigsäureethylester in<br />
Gegenwart von CuOSO2CF3: SALOMON, R. G.; KOCHI, J. K., J. Am. Chem. Soc. 95 (1973), 3300.<br />
2-Acetoxy-cyclopropancarbonsäureethylester aus Vinylacetat und Diazoessigsäureethylester<br />
in Gegenwart von Rh2(OCOCH3)4: ANCIAUX, A. J.; HUBERT, A. J.; NOELS, A. F.; PETINIOT, N.;<br />
TEYSSIE, R, J. Org. Chem. 45 (1980), 695.<br />
Verbindungen, die mit Olefinen zu Cyclopropanen reagieren, ohne daß intermediär freie<br />
Carbene auftreten, nennt man Carbenoide. Zu ihnen gehören auch die sog. Simmons-Smith-<br />
Reagenzien, z. B. Diiodmethan und ein Zink-Kupfer-Paar (aus Zink-Staub und Cu2Cl2, CuSO4<br />
oder Cu(OAc)2), die mit Olefinen stereospezifisch unter syn-Addition die entsprechenden<br />
Cyclopropane ergeben. Die eigentlich reagierenden Agenzien sind zinkorganische Verbindungen,<br />
die in einer Art Schlenk-Gleichgewicht [7.195] stehen:<br />
2 ICH2ZnI ^^ (ICH2)2Zn + ZnI2<br />
[4-84]<br />
\* Znl ^r 7ni ^r<br />
n + H2C - ^CH2;; = - T^CH2 + ZnI2 [4.85]<br />
C \ ^C I ^C<br />
Alternativ kann CH2I2 oder ein anderes Dihalogenalkan und Diethylzink verwendet werden.<br />
Bicyclo[4.1.0]heptan (Norcaran) aus Cyclohexen und Diiodmethan in Gegenwart von Zink/<br />
CuCl: RAWSON, R. J.; HARRISON, I. T, J. Org. Chem. 35 (1970), 2057.<br />
4.4.2. [2 + 2]-Cycloadditionen<br />
Diese zu carbo- und heterocyclischen Vierringen führende Reaktion [4.75] ist, wie Abb. 4.78 erkennen<br />
läßt, als pericyclischer Prozeß photochemisch erlaubt, thermisch dagegen, da sie eine geometrisch<br />
unmögliche supra-antarafaciale Orbitalwechselwirkung umfassen würde, für Olefine verboten.<br />
Diese Einschränkung entfällt, wenn wie in den Heterocumulenen (z. B. Ketenen und Isocyanaten) ein<br />
weiteres senkrecht zu den p-rc-Orbitalen angeordnetes p-Orbital eines sp-hybridisierten Kohlenstoffatoms<br />
für die Addition genutzt werden kann,<br />
LUMO<br />
Keten<br />
P^ 6'33^*"*" ^~^<br />
HOMO ..§ It [4.86]<br />
Alken<br />
siehe unten.<br />
Durch die photochemische Variante der [2 + 2]-Cycloaddition können Olefine in Cyclobutane<br />
überführt werden. Sind hier Singulettzustände involviert, verlaufen die Reaktionen als<br />
syn-Additionen. Die intramolekulare Version dieser Photocycloaddition bietet einen wichtigen<br />
Zugang zu polycyclischen Verbindungen mit Cyclobutanringen.<br />
[4.87]
328 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
Oft jedoch verläuft die Addition nicht als pericyclischer Prozeß, sondern in mehreren Reaktionsschritten,<br />
und es sind offenkettige Intermediate in Form von 1,4-Diradikalen oder 1,4-<br />
Dipolen nachweisbar. Ist in diesen die Bindungsrotation rascher als der Ringschluß, geht die<br />
cis-Selektivität verloren.<br />
Eine weitere Variante der photochemisch initiierten [2 + 2]-Cycloaddition ist die Paterno-<br />
Büchi-Reaktion. Durch Cyclisierung einer Aldehyd- oder Ketocarbonylgruppe mit einer C=C-<br />
Doppelbindung entstehen synthetisch wichtige Oxetane.<br />
Darstellung von 3-Methyl-6ß-propionyloxymethyl-2,7-dioxabicyclo[3.2.0]hept-3-en und Iß-<br />
Methyl-6ß-propionyloxymethyl-2,7-dioxabicyclo[3.2.0]hept-3-en durch Paterno-Büchi-Reaktion:<br />
JUST, G., in: Photochemical Key Steps in Organic Synthesis. Hrsg. J. MATTAY, A. G. GRIES-<br />
BECK. - VCH, Weinheim 1994,43-44.<br />
Wird Triplettsauerstoff in Gegenwart von Sensibilisatoren bestrahlt, entsteht Singulettsauerstoff.<br />
Dieser wird bei Anwesenheit strukturell geeigneter Olefine zu 1,2-Dioxetanen addiert.<br />
Die resultierenden energiereichen Vierring-Peroxide neigen bei chemischer oder thermischer<br />
Aktivierung zum Zerfall in zwei Carbonylverbindungen, wobei angeregte Zustände erzeugt<br />
werden. Deren überschüssige Energie kann in Form von Licht abgegeben werden (Chemilumineszenz).<br />
Ketene, die über ein energetisch tiefliegendes LUMO verfügen, vermögen ebenfalls mit<br />
C=C-Doppelbindungen zu reagieren. Durch eine supra- und eine antarafaciale Wechselwirkung<br />
mit dem HOMO der Doppelbindung des Reaktionspartners wird eine symmetrieerlaubte<br />
thermische [2 + 2]-Cycloaddition ermöglicht (s. oben). Synthetische Anwendung findet hier<br />
besonders die intramolekulare Keten-Olefin-Cycloaddition, wobei die Ketene z.B. leicht in<br />
situ aus Carbonsäurechloriden (vgl. D.3.1.5) erzeugt werden können.<br />
O<br />
Cl Et3N<br />
[4.88]<br />
Darstellung von 5-Methyl-2-oxabicyclo[3.2.0]heptan-7-on nach [4.88]: SNIDER, B. B.; Hui, R.<br />
A. H. F., J. Org. Chem. 50 (1985), 5167-5176.<br />
In Abwesenheit eines Reaktionspartners cyclodimerisieren zahlreiche Ketene. Keten selbst<br />
bildet dabei Diketen.<br />
H2C<br />
2H2C=C=O ] ? [4.89]<br />
4.4.3. [3 + 2]-Cycloadditionen (1,3-Dipoladditionen)<br />
Aufgrund der Vielzahl von möglichen 1,3-Dipolen sind durch [3 + 2]-Cycloadditionen carbound<br />
insbesondere heterocyclische 5-Ringe mit unterschiedlichsten Strukturen zugänglich. Beispielsweise<br />
lassen sich die nach D.8.4. erhältlichen Diazoalkane mit Dipolarophilen entsprechend<br />
[4.90] in Ji-Pyrazoline überführen (vgl. auch [4.76]):<br />
H2CI 0 H2CI 0<br />
N© __ Nl<br />
IH n<br />
N N© CN<br />
[4.90]
D. 4.4. Cycloadditionen 329<br />
Die Regioselektivität der Reaktion läßt sich, wie in [4.90] angedeutet, anhand der Polarität der<br />
beiden Komponenten meist gut voraussagen.<br />
Neben weiteren, ebenfalls in Substanz zugänglichen 1,3-Dipolen, wie Ozon (vgl. D.4.I.7.),<br />
Distickstoffoxid und Aziden (man formuliere die 1,3-Dipole!), werden andere häufig erst im Reaktionsgemisch,<br />
beispielsweise durch HQ-Abspaltung (Nitrilimine, Nitriloxide usw.) erzeugt. Die für<br />
die Synthese von ^ 2 -l,2-Oxazolinen III und -Oxazolen IV benötigten Nitriloxide [4.91], II erhält<br />
man analog aus Hydroximoylchloriden I in wasserfreiem Medium. Das intermediär entstehende<br />
Nitriloxid reagiert in Anwesenheit eines Dipolarophils weiter zum Heterocyclus:<br />
© 0"<br />
Ph-C=N-O<br />
© 0<br />
Ph-C=N-O<br />
-C=C-<br />
Ph<br />
,0<br />
U'<br />
C=C<br />
[4.91]<br />
Man formuliere unter Verwendung der angegebenen 1,3-Dipole weitere Beispiele für Synthesen<br />
von Fünfringheterocyden!<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Synthese von 3-(4-ChlorphenylM 2 -l,2-oxazolinen und<br />
3-(4-Chlorphenyl)-l,2-oxazolen durch 1,3-Dipolcycloaddition (Tab. 4.92)<br />
In einem 250-ml-Dreihalskolben mit Rührer und Tropftrichter werden zu einer Lösung von<br />
0,02 mol 4-Chlor-benzhydroximoylchlorid 1 ) in 50 ml Dichlormethan 0,06 mol Alken zugesetzt.<br />
Zu dieser Lösung tropft man innerhalb von 45 Minuten eine Lösung von 0,023 mol Triethylamin<br />
in 30 ml Dichlormethan. Nach beendeter Zugabe wird noch l Stunde gerührt und dann<br />
durch Zugabe von 10 ml Wasser das ausgeschiedene Triethylammoniumchlorid aufgelöst. Man<br />
trennt die organische Phase ab, wäscht diese noch zweimal mit etwas Wasser und trocknet mit<br />
Natriumsulfat. Nach dem Abdestillieren des Lösungsmittels im Vakuum kristallisiert man den<br />
Rückstand aus abs. Ethanol um.<br />
Tabelle 4.92<br />
3-(4-Chlorphenyl)-J 2 -l,2-oxazoline und 3-(4-Chlorphenyl)-l,2-oxazole durch 1,3-Dipol-Cycloaddition von<br />
4-Chlor-benzonitriloxid an Alkene und Alkine<br />
Produkt<br />
3-(4-Chlorphenyl)-5-phenyl-^ 2 -l,2-oxazolin<br />
3-(4-Chlorphenyl)-zl 2 -l,2-oxazolin-5-carbonitril<br />
Essigsäure[3-(4-chlorphenyl)-J 2 - 1 ,2-oxazolin-5-yl]ester<br />
3-(4-Chlorphenyl)-5-phenyl-!,2-oxazol<br />
I Herstellung vgl. Kap. D. 1.4.1.<br />
Ausgangsverbindung<br />
Styren<br />
Acrylonitril<br />
Vinylacetat<br />
Phenylacetylen<br />
Fin°C<br />
1 32... 1 33<br />
122 ...123<br />
8 1 ...83<br />
177 ... 1 79<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
80<br />
65<br />
87<br />
72
330 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
4.4.4. [4 + 2]-Cycloadditionen (Diels-Alder-Reaktion)<br />
Die wichtigste [4 + 2]-Cycloaddition ist die Diels-Alder-Reaktion. Sie wurde bereits in [4.77]<br />
und in Abbildung 4.78 formuliert. Diels-Alder-Reaktionen verlaufen dann besonders gut,<br />
wenn das Dien elektronenreich und das En (Dienophil) elektronenarm ist oder umgekehrt. Im<br />
letzteren Fall spricht man von „Diels-Alder-Reaktionen mit inversem Elektronenbedarf".<br />
Typische Diene sind Buta-l,3-dien, in l- bzw. 2-Stellung alkylierte Buta-l,3-diene, Cyclopentadien,<br />
Cyclohexa-l,3-dien, Anthracen (Addition an der 9,10-Position) und Furan. Hierfür<br />
geeignete Dienophile sind Alkene und Alkine mit elektronenanziehenden Gruppen an der<br />
Mehrfachbindung, wie Chlor, Carbonyl-, Alkoxy-, Nitro-, Cyan- und andere. Häufig werden<br />
als Dienophile «,/^-ungesättigte Carbonylverbindungen wie Maleinsäureanhydrid, p-Benzochinon,<br />
Acrolein und Methylvinylketon eingesetzt:<br />
[4.93]<br />
Als Dienophile können auch Arine fungieren, die auf diese Weise durch Cycloaddition an Furan oder<br />
Anthracen nachweisbar sind. Man formuliere diese Reaktionen!<br />
Die Diels-Alder-Reaktion ist auf s-cis-Diene beschränkt, s-trans fixierte Systeme, wie z. B.<br />
1,2,3,5,6,7-Hexahydro-naphthalen, reagieren nicht. Der Reaktionsverlauf ist stereospezifisch,<br />
wie es auch durch die Orbitalbetrachtung gemäß Abbildung 4.78 für den pericyclischen Verlauf<br />
vorausgesagt wird, z. B.:<br />
HOOC<br />
HOOC<br />
Maleinsäure<br />
COOH<br />
[4.94]<br />
Diene können bei Diels-Alder-Reaktionen gleichzeitig auch als Dienophil reagieren, was<br />
beispielsweise bei der Dimerisierung von Cyclopentadien der Fall ist. Diese Dimerisierung<br />
läuft bereits beim Aufbewahren des Monomeren ab, das Addukt ist aber, wie häufig bei Produkten<br />
der Diels-Alder-Reaktion, thermisch, z. B. durch einfache Destillation, rückspaltbar.<br />
Hauptprodukt<br />
endo-<br />
v/<br />
Nebenprodukt<br />
exo-<br />
LUMO<br />
HOMO<br />
LUMO<br />
HOMO<br />
LUMO<br />
HOMO<br />
HOMO LUMO<br />
[4.95]
D. 4.4. Cycloadditionen 331<br />
Bei dieser Reaktion entsteht das thermodynamisch weniger stabile endo-Produkt, was durch eine Grenzorbitalbetrachtung<br />
interpretiert werden kann.<br />
Beide Cyclopentadienmoleküle orientieren sich so zueinander, daß eine Stabilisierung durch sekundäre<br />
(in [4.95] punktiert angedeutete) Orbitalwechselwirkungen möglich wird.<br />
Analog können auch o,ß-ungesättigte Carbonylverbindungen, wie Acrolein, Methylvinylketon<br />
u. a., dimerisieren, indem sie gleichzeitig als Dien und Dienophil reagieren, z. B.:<br />
O<br />
[4.96]<br />
Eine derartige, bei der Diels-Alder-Reaktion sehr häufig auftretende Regioselektivität läßt sich mit Hilfe<br />
des Grenzorbitalkonzepts (vgl. C.6.) erklären. Man benötigt hierzu die Energien sowie die Beträge und<br />
Vorzeichen der Koeffizienten für HOMO und LUMO beider Reaktionspartner. Bei der Diels-Alder-Reaktion<br />
sind beide in Frage kommende HOMO-LUMO-Wechselwirkungen (HOMODien-LUMOoiefm bzw.<br />
LUMOoien-HOMOoiefin) grundsätzlich bindender Natur.<br />
Um das bevorzugte Reaktionsprodukt zu ermitteln, geht man folgendermaßen vor:<br />
- Man ordnet bei der Formulierung die HOMO-LUMO-Paare der Reaktionspartner zunächst so an, daß<br />
die Atome mit den jeweils größten Koeffizienten der Orbitale miteinander in Wechselwirkung treten<br />
können.<br />
- Ergibt sich in beiden Fällen die gleiche Verbindung, so ist diese das Hauptprodukt.<br />
- Ergeben sich bei dem Koeffizientenvergleich für die beiden HOMO-LUMO-Kombinationen unterschiedliche<br />
Produkte, so ist zu ermitteln, welches HOMO-LUMO-Paar den größten Quotienten aus<br />
dem Koeffizientenquadrat und der HOMO-LUMO-Energiedifferenz (ca/Cb) 2 /(FHOMO(a)-^LUMO(b))<br />
besitzt (vgl. [C.78]). Diese Kombination ergibt dann das Hauptprodukt. Bei ähnlichen Koeffizientenquadraten<br />
ist das die mit der geringeren HOMO-LUMO-Energiedifferenz, bei ähnlicher HOMO-<br />
LUMO-Energiedifferenz die mit dem größten Koeffizientenquadrat.<br />
Bei der Reaktion von 2-Phenyl-buta-l,3-dien mit Styren (vgl. [4.79]) läßt sich durch Koeffizientenvergleich<br />
[4.97a] als Hauptprodukt erwarten. Tatsächlich entstehen 1,4-Diphenyl-cyclohex-l-en und 2,4-Diphenylcyclohex-1-en<br />
im Verhältnis 20:1:<br />
Ph<br />
^ Ph<br />
Ph<br />
Ph<br />
20 LUMO HOMO<br />
+0,7 eV -9,1 eV<br />
AE * 9,8 eV<br />
Ph Ph<br />
HOMO LUMO<br />
1 -8,5 eV +1,OeV<br />
AE = 9,5 eV<br />
[4.97a]<br />
[4.97b]<br />
Die Umsetzung von l-Ethoxy-buta-l,3-dien mit Acrolein führt nahezu ausschließlich zu 2-Ethoxy-cyclohex-3-en-l-carbaldehyd.<br />
Der Koeffizientenvergleich zeigt, daß die Reaktion zwar prinzipiell nach [4.98a]<br />
bzw. [b] verlaufen kann, AE spricht jedoch eindeutig zugunsten von [a] (vgl. hierzu auch [C78]):
332 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
OEt<br />
OEt<br />
OEt<br />
CHO<br />
CHO<br />
HOMO LUMO<br />
-8,5 eV O eV<br />
AE * 8,5 eV<br />
HOMO<br />
-10,9 eV<br />
13,4eV<br />
[4.98a]<br />
[4.98b]<br />
Da viele Diels-Alder-Reaktionen in der Wärme reversibel ablaufen, arbeitet man bei möglichst<br />
niedrigen Temperaturen. Normalerweise benötigt man keinen Katalysator, obwohl Brönsted-<br />
und Lewis-Säuren (Trichloressigsäure, Aluminiumchlorid) in einigen Fällen Reaktionsgeschwindigkeit<br />
und Regioselektivität erhöhen können. 1 ) Bei Reaktanden, die zur Polymerisation<br />
neigen, setzt man geeignete Polymerisationsinhibitoren (z. B. Hydrochinon) zu.<br />
Ineinander lösliche Reaktanden werden meist ohne Lösungsmittel umgesetzt, in anderen<br />
Fällen oder bei sehr heftig ablaufenden Reaktionen kann man in einem inerten Lösungsmittel<br />
(Toluen, Xylen) arbeiten.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für Diels-Alder-Reaktionen (Tab. 4.99)<br />
0,1 mol des Dienophils wird in der gerade notwendigen Menge Lösungsmittel gelöst und im<br />
angegebenen Molverhältnis mit dem im gleichen Lösungsmittel gelösten Dien vermischt. Bei<br />
flüssigen Dienen kann man häufig auf das Lösungsmittel verzichten und diese im Überschuß<br />
einsetzen. Gasförmige Reaktanden löst man zuvor im angegebenen Lösungsmittel oder kondensiert<br />
sie in das Druckgefäß ein. Nach Abklingen einer eventuell auftretenden Reaktionswärme<br />
verfährt man entsprechend den in der Tabelle angegebenen Bedingungen weiter. Zur<br />
Aufarbeitung werden flüssige Produkte nach Abdampfen des Lösungsmittels im Vakuum<br />
destilliert, Feststoffe saugt man ab und kristallisiert anschließend um.<br />
Die Reaktion eignet sich auch als Halbmikropräparation.<br />
Furane und ähnliche Fünfringheterocyclen reagieren glatt als Diene. Die bicylischen<br />
Addukte gehen mit Säuren unter Öffnung der Sauerstoffbrücke in aromatische Verbindungen<br />
über. Addukte aus Acetylen-Dienophilen isomerisieren zu Phenolen, z. B.:<br />
COOEt<br />
COOEt<br />
COOEt<br />
COOEt<br />
[4.100]<br />
) Durch die Protonierung werden z. B. bei a,ß-ungesättigten Carbonylverbindungen die HOMO- und<br />
LUMO-Energien gesenkt, so daß nunmehr das HOMO des Diens und das LUMO der Carbonylverbindung<br />
enger zusammenrücken, und daher diese Wechselwirkung bei weitem dominiert.
Tabelle 4.99<br />
Diels-Alder-Reaktionen<br />
Produkt<br />
ds-Cyclohex-4-en-l ,2dicarbonsäureanhydrid<br />
Cyclohex-3-en- ! -carbaldehyd<br />
Bicyclo[2.2.1]hept-5en-2-carbonsäure<br />
J )<br />
(J 5 -Norbornen-2carbonsäure)<br />
ds-Bicyclo[2.2.2]oct-<br />
5-en-2,3-dicarbonsäureanhydrid<br />
l,4,4a,5,8,8a,9a,!0a-<br />
Octahydro-l,4;5,8diethanoanthrachinoncis-9,10-Dihydro-9,10ethanoanthracen-11,12dicarbonsäureanhydrid<br />
2-Ethoxy-3,4-dihydro-<br />
2//-pyran<br />
Dien : Dienophil<br />
(Molverhältnis)<br />
Buta-l,3-dien :<br />
Maleinsäureanhydrid<br />
1 : 1<br />
Buta-l,3-dien :<br />
Acrolein 1 : 1<br />
Cyclopentadien 2 ) :<br />
Acrylsäure 1 : 2<br />
Cyclohexadien 3 ) :<br />
Maleinsäureanhydrid<br />
1 : 1<br />
Cyclohexadien 3 ) :<br />
p-Benzochinon 4 : 1<br />
Anthracen : Maleinsäureanhydrid<br />
1 : 1<br />
Acrolein 4 ) : Ethylvinylether<br />
4 : 5<br />
Lösungsmittel<br />
Benzen<br />
ohne<br />
Diethylether<br />
Benzen<br />
ohne<br />
Xylen<br />
ohne<br />
Bedingungen<br />
5Std. 10O 0 C,<br />
Bombenrohr<br />
oder Autoklav<br />
lStd.!00°C,<br />
Bombenrohr<br />
oder Autoklav<br />
6 Std. Rückfluß<br />
30 Min.<br />
Rückfluß<br />
24 Std.<br />
Rückfluß<br />
10 Min.<br />
Rückfluß<br />
2 Std. !85 0 C,<br />
Bombenrohr<br />
oder Autoklav<br />
D. 4.4. Cycloadditionen 333<br />
Kp (bzw. F) Ausbeute<br />
in 0 C in%<br />
F !03 90<br />
(Ligroin)<br />
51i,7(i3) 90<br />
1322.9(22)<br />
80<br />
F 147 90<br />
(Ligroin)<br />
F 196 80<br />
(EtOH)<br />
F 262 90<br />
(Xylen)<br />
1 ^i3(IOO) 85<br />
ng> 1,4420<br />
Zur rationellen Bezeichnung der häufig bei Diels-Alder-Reaktionen entstehenden bicyclischen Systeme<br />
folgen nach dem Präfix „Bicyclo" in eckigen Klammern die Zahlen der in den Brücken befindlichen<br />
Ringglieder mit Ausnahme derjenigen in den Brückenköpfen. Dann folgt der Name, der sich aus der<br />
Zahl aller Ringglieder ergibt. Die Zählung beginnt an einem Brückenkopf. Dann numeriert man die<br />
längste Brücke, geht auf der nächstkürzeren zurück und numeriert schließlich die letzte:<br />
10 2<br />
1,<br />
Bicyclo[4.4.0]decan Bicyclo[3.2.1]octan<br />
Bicyclo[2.2.2]oct-2-en<br />
2<br />
) Aus „Dicyclopentadien" durch Destillation bei Normaldruck.<br />
3<br />
) Über etwas Natrium frisch destilliert.<br />
4<br />
) Unter Zusatz von etwas Hydrochinon frisch destilliert, wobei auch in die Vorlage etwa ! % Hydrochinon<br />
gegeben wird, das bei der Diels-Alder-Reaktion eine Polymerisation verhindert.<br />
Addukte aus olefinischen Dienophilen können unter Wasserabspaltung aromatisieren. Aus<br />
Oxazolen lassen sich auf diese Weise Pyridine gewinnen.<br />
Solche Reaktionen werden bei der technischen Synthese von Pyridoxin (Vitamin B6) aus<br />
Oxazolen, z. B. [7.53b], und cyclischen Acetalen des But-2-en-l,4-diols genutzt:<br />
>8
334 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
\ / +2H2O<br />
/\ -EtOH<br />
- /-PrCHO<br />
CH2OH<br />
4.5. Metall- und metallkomplexkatalysierte Umsetzungen<br />
von Olefinen<br />
4.5.1. Homogenkatalysierte Reaktionen von Olefinen und Acetylenen<br />
[4.101]<br />
In Gegenwart von Metallkomplexen als Katalysatoren sind Olefine und Acetylene speziellen<br />
C-C- und C-H-Verknüpfungsreaktionen zugänglich.<br />
Voraussetzung für die Katalyse ist die Aktivierung des ungesättigten Substrates durch koordinative<br />
Bindung an das Zentralatom eines Übergangsmetallkomplexes, wobei ein Ti-Komplex<br />
entsteht. Olefine bilden solche 7r-Komplexe mit den Salzen und Komplexen vieler Übergangsmetalle<br />
(z. B. Fe, Co, Ni, Pd(II), Cu(I), Ag(I) u. a.).<br />
Nach dem LCAO-MO-Modell besteht diese Koordination aus einem rc-Acceptoranteil zwischen<br />
einem unbesetzten AO des Metalls und dem besetzten Tr-HOMO des Olefins sowie<br />
einem rc-Donatoranteil (back donation) zwischen einem besetzten AO des Zentralatoms und<br />
dem LUMO (7r*-Orbital) des Olefins (Abb. 4.102). Überwiegt der rc-Acceptoranteil der Bindung,<br />
so wird das Olefin einem nudeophilen, am freien Olefin nicht möglichen, Angriff<br />
zugänglich.<br />
C =<br />
4t-<br />
M<br />
Abb. 4.102<br />
Bindungsverhältnisse in Olefinkomplexen der Übergangsmetalle<br />
Die erhöhte Reaktionsfähigkeit des Olefins im Komplex zeigt sich auch an der mit der Koordination<br />
zunehmenden Bindungslänge der C=C-Doppelbindung der ungesättigten Verbindung.<br />
Maßgebend für die Reaktivität des Olefins und für den Reaktionsablauf ist die Elektronendichteverteilung<br />
im n-Komplex. Sie hängt von Art und Ladung des Übergangsmetalls und von<br />
der Natur der Liganden ab. Häufig entsteht der eigentliche Katalysator erst in einem sogenannten<br />
Formierungsschritt im Reaktionsgemisch (vgl. [4.115]).<br />
Die wichtigsten komplexkatalysierten Reaktionen liefern substituierte Olefine oder Additionsprodukte<br />
der Olefine. Sie verlaufen im allgemeinen als komplizierte Folgereaktionen, für<br />
die eine Reihe von Elementarschritten typisch ist.<br />
Bei der Synthese substituierter Olefine wird das im ur-Komplex koordinierte Olefinmolekül<br />
zunächst formal zwischen Metall und einen Liganden eingeschoben, wobei sich der Ligand
D. 4.5. Metall- und metallkomplexkatalysierte Umsetzungen von Olefinen 335<br />
nucleophil an die ß-Position des Olefins addiert. Diese nudeophile Ligandenaddition (Einschubreaktion)<br />
ist ein wichtiger Elementarschritt bei der Komplexkatalyse:<br />
\ nukleophile<br />
k .. Liganden- L , H ^ drid - L v /<br />
fC~H addition , M-C-C.- ^^L M-H + C=C [4.103]<br />
M \ I a I ß ' / ^<br />
L/% L i x L 7 X<br />
Das Substitutionsprodukt wird vom Zentralatom unter Eliminierung eines Hydridions aus<br />
der ß-Stellung abgelöst. Diese ß-Hydrideliminierung ist ein weiterer wichtiger Elementarschritt<br />
komplexkatalysierter Reaktionen. Das Hydridion tritt zunächst mit dem Metall in Wechselwirkung.<br />
Nach diesem Schema verläuft beispielsweise die Wacker-Oxidation, ein wichtiges industrielles<br />
Verfahren zur Herstellung von Acetaldehyd aus Ethylen und Sauerstoff in Gegenwart katalytischer<br />
Mengen Palladiumchlorid und Kupferchlorid:<br />
(H2C=CH2)PdCI2 + ^' HOCH2CH2-PdCI<br />
— HCl<br />
+ H2C = CH21 I - H2C=CH-OH — H3C-CH=O [4.104]<br />
Pd(O) r-s-5j- H-PdCI<br />
Im ersten Reaktionsschritt addiert sich Wasser an das Pd-aktivierte Alken. Der entstehende<br />
Hydroxyalkylpalladium-Komplex unterliegt der charakteristischen ß-Hydrideliminierung<br />
unter Bildung des Enols des Acetaldehyds und einer H-Pd-Cl-Spezies, die anschließend in<br />
HCl und Pd(O) zerfällt. Das Pd(O) wird durch CuCl2 wieder zu Pd(II) oxidiert und das dabei<br />
gebildete Cu(I) durch Sauerstoff wieder zu Cu(II):<br />
2CuCI + ^O2 + 2HCI 2CuCI2 + H2O [4.105]<br />
Die Wacker-Oxidation läßt sich auf eine Vielzahl insbesondere terminaler Alkene anwenden,<br />
die regioselektiv zu Methylketonen reagieren. Das Verfahren ist auch hinsichtlich der<br />
Natur des Nucleophils verallgemeinerungsfähig und z.B. zur Herstellung von Vinylacetat,<br />
Acrylonitril und Vinylchlorid aus Ethylen geeignet.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Wacker-Oxidation von terminalen Olefinen (Tab. 4.106) *)<br />
In einem 250 ml Dreihalskolben mit Tropftrichter mit Druckausgleich legt man 10 mmol<br />
PdCl2, 0,1 mol CuCl und 80 ml eines Dimethylformamid-Wasser-Gemisches (DMF : H2O = 7:1)<br />
vor. 2 ) Der Tropftrichter wird mit 0,1 mol des entsprechenden Olefins gefüllt. An einem zweiten<br />
Kolbenhals wird ein Sauerstoffballon befestigt (alle Stopfen und Schliffe müssen gesichert werden!).<br />
Man läßt die Mischung l Stunde zur Sauerstoffaufnahme rühren. Danach gibt man langsam<br />
(ca. 20 min) unter starkem Rühren das entsprechende Olefin über den Tropftrichter zu.<br />
Die Lösung färbt sich innerhalb von 15 min von grün zu schwarz und wird dann allmählich<br />
wieder grün. Nach 24 Stunden gießt man die Reaktionsmischung auf kalte 3N HCl (300 ml)<br />
und extrahiert fünfmal mit je 100 ml Ether. Die vereinigten organischen Phasen werden sorgfältig<br />
mit 150 ml gesättigter NaHCO3-Lösung und 150 ml gesättigter NaCl-Lösung gewaschen<br />
und anschließend über MgSO4 getrocknet. Nach Filtration und Entfernung des Lösungsmittels<br />
am Rotationsverdampfer rektifiziert man den Rückstand über eine Vigreux-Kolonne.<br />
J ) nach TSUJI, J.; NAGASHIMA, H.; NEMOTO, H., Org. Synth. 62 0984), 9.<br />
2 ) DMF vor Gebrauch destillieren.
336 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
Tabelle 4.100<br />
Methylketone aus terminalen Olefinen 1 )<br />
Produkt<br />
Decan-2-on<br />
Dodecan-2-on<br />
Octan-2-on<br />
Ausgangsverbindung<br />
Dec-l-en 2 )<br />
Dodec-1-en<br />
Oct-l-en<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
43...50 o,i3(i)<br />
105...108 0,6.5(5)<br />
F17...20<br />
168<br />
" 2 D 5<br />
1,4253<br />
1,4348<br />
1,4134<br />
!) Das verwendete CuCl reagiert selektiver als CuCl2 (das das Produkt chlorieren kann).<br />
2 ) vor Gebrauch frisch destillieren<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Wiederholt sich die Einschubreaktion in [4.103] mehrmals hintereinander, ohne daß sich das<br />
Produkt vom Zentralatom ablöst, so entstehen Oligomere bzw. Polymere.<br />
Ein wichtiges Beispiel ist die von ZIEGLER und NATTA entdeckte Niederdruckpolymerisation<br />
des Ethylens und anderer Olefine. Als katalytisch aktives System wird eine Übergangsmetallverbindung,<br />
z. B. TiCl3, und eine metallorganische Verbindung der ersten bis dritten Hauptgruppe,<br />
z. B. (C2Hs)3Al, eingesetzt. Durch Alkylierung entsteht ein Alkyl-Titan-Komplex, der<br />
an die noch freie Koordinationsstelle ein Olefinmolekül zum 7r-Komplex addiert:<br />
TiCl3 ^g£p RTiCI2 * H2C=CH2 . RTi(H2C=CH2)CI2 [4.107]<br />
Da Titan ein an d-Elektronen armes Zentralatom ist, erfolgt der Einschub des Olefins in die<br />
R-Ti-Bindung schneller als die ß-Hydrideliminierung. Die freie Koordinationsstelle wird deshalb<br />
wieder durch ein Olefinmolekül besetzt, und die Einschubreaktion wiederholt sich mehrfach,<br />
so daß ein Polymer entsteht:<br />
RTi(H2C=CH2)CI2 •—-» R-CH2-CH2-TiCI2 * H2C ~ CH2 » RCH2CH2-Ti(H2C=CH2)CI2<br />
65<br />
60<br />
60<br />
usw. [4.108]<br />
Diese Art der Polymerisation verläuft stereoselektiv (im Polypropylen ist z. B. jedes zweite<br />
Kohlenstoffatom asymmetrisch!):<br />
* * *<br />
CH-CH2-CH-CH2-CH [4.109]<br />
Man informiere sich in diesem Zusammenhang über ataktische, syndiotaktische und isotaktische Polymerisationen<br />
und deren praktische Bedeutung für die Eigenschaften des Polymerisats!<br />
Liegt ein an d-Elektronen reiches Zentralatom wie Nickel vor, so ist die ß-Hydrideliminierung begünstigt.<br />
Die Reaktion führt dann gezielt zur Dimerisierung des Olefins:<br />
H2C^11 K<br />
L^ /CH2 ^ Ni-CH2-CH3<br />
H2C=CH2<br />
\ "/'^CH2-CH3<br />
X [4.110]<br />
-H2C=CH-CH2-CH3<br />
/<br />
X
Darstellung von Polyäthylen<br />
D. 4.5. Metall- und metallkomplexkatalysierte Umsetzungen von Olefinen 337<br />
Für den Laborversuch der drucklosen Polymerisation von Ethylen eignet sich der im folgenden<br />
beschriebene Katalysator (Pentyllithium/Titantetrachlorid) besser als der schwer herzustellende<br />
und wegen seiner Selbstentzündlichkeit schwer zu handhabende Aluminiumtrialkyl/<br />
Titantetrachlorid-Katalysator. Der Versuch gelingt nur, wenn Wasser und Sauerstoff peinlich<br />
ferngehalten werden.<br />
Zunächst werden 400 ml über Kaliumhydroxid getrockneter Petrolether (Kp 60 bis 80 0 C) von<br />
Sauerstoff befreit, indem man einige Minuten unter Durchleiten von Stickstoff 1 ) unter Rückfluß<br />
zum Sieden erhitzt. Nach dem Abkühlen gibt man 50 ml davon in einen 250-ml-Dreihalskolben,<br />
aus dem man die Luft durch Stickstoff 1 ) verdrängt hat. Der Kolben ist mit Rührer, Rückflußkühler,<br />
Gaseinleitungsrohr und Tropftrichter versehen. Bei allen Operationen wird langsam sauerstofffreier<br />
Stickstoff durchgeleitet. Man gibt nun 3 g kleinzerschnittenes Lithium in den Kolben und<br />
tropft unter heftigem Rühren 2 ml einer Lösung von 18g Pentylchlorid in 25 ml luftfreiem Petrolether<br />
hinzu. Nachdem die Reaktion eingesetzt hat (erkenntlich an der beginnenden Lithiumchloridausscheidung),<br />
wird die restliche Pentylchloridlösung innerhalb 20 Minuten unter gutem Rühren<br />
und Kühlen mit einer Eis-Kochsalz-Mischung zugetropft. Nach weiterem Rühren (2,5 Stunden)<br />
läßt man das Lithiumchlorid weitgehend absetzen und entnimmt mit einer trockenen Sicherheitspipette,<br />
die vorher mit Stickstoff zu spülen ist, 30 ml der überstehenden Lösung 2 ), die man in einem<br />
500-ml-Dreihalskolben (versehen mit Rührer, Rückflußkühler und Gaseinleitungsrohr) unter<br />
Stickstoff mit dem restlichen luftfreien Petrolether verdünnt. Nach Zugabe von 2 ml Titantetrachlorid<br />
wird 20 Minuten gerührt und so die Bildung des Katalysators vervollständigt. Nun leitet<br />
man an Stelle des Stickstoffs Sauerstoff freies Ethylen 3 ) ein. Man stoppt die Reaktion ab, wenn das<br />
Rühren durch das ausgefallene Polyethylen schwierig wird, und zersetzt den Kontakt durch<br />
Zugabe von 40 ml Butanol. Das Polyethylen wird filtriert und mit konz. Salzsäure/Methanol (1:1)<br />
weiß gewaschen. Nach abschließendem Waschen mit Wasser wird im Trockenschrank bei 80 0 C<br />
getrocknet. Zur Reinigung löst man das Produkt in heißem Tetralin oder Decalin und läßt es in der<br />
Kälte wieder ausfallen. F120...130 0 C<br />
Bei komplexkatalysierten Additionen an Olefine werden im allgemeinen die folgenden Elementarreaktionen<br />
durchlaufen:<br />
oxidative<br />
Addition<br />
L-r " s*<br />
+ XY<br />
reduktive<br />
Eliminierung -X-C-C-Y<br />
/^|°\ L-M-L<br />
L-M-L<br />
[4.111]<br />
Das Reagens X-Y wird oxidativ an das Zentralatom addiert, wobei sich dessen Oxidations- und Koordinationszahl<br />
um zwei erhöhen. Diese stets als syn-Addition ablaufende Umsetzung führt entweder zu Komplexen,<br />
für deren Bildung ein Bindungsbruch zwischen X und Y Voraussetzung ist (z. B. bei H-H, H-HaI,<br />
H-OR, H-SR, Hai-Hai), oder X-Y besetzt ohne vorherige Bindungsspaltung zwei benachbarte Koordinationsstellen<br />
(z. B. -O-O-, -S-S-, O=NR, RN-NR u. a.). Die Tendenz zur oxidativen Addition fällt in der<br />
Reihenfolge Hai-Hai > H-H > R3C-H.<br />
1 J Nur sauerstofffreien Stickstoff verwenden, vgl. Reagenzienanhang.<br />
2 ) Etwas mitgerissenes Lithiumchlorid stört nicht. Restliche Reaktionslösung und nichtgelöstes Lithium<br />
werden mit Ethanol gefahrlos zersetzt.<br />
3 ) Ethylen wird wie Stickstoff vom Sauerstoff befreit (vgl. Reagenzienanhang).
338 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
Nach Reaktion mit dem ebenfalls koordinativ gebundenen Substrat wird schließlich das Endprodukt aus<br />
dem Komplex reduktiv eliminiert. Nach diesem Schema verlaufen beispielsweise homogenkatalysierte<br />
Hydrierungen:<br />
C=C + H2 ^* . -C-C- [4.112]<br />
/ \ H H<br />
Intermediär treten dabei Hydridkomplexe (X = Y = H) auf, die durch oxidative Addition von H2 z. B. an<br />
Rhodium- oder Iridiumkomplexe gebildet werden. Der in [4.113] abgebildete Wilkinson-Katalysator,<br />
Tris(triphenylphosphin)rhodium(I)-chlorid, hat sowohl im Forschungslabor, als auch in der Technik große<br />
Bedeutung erlangt.<br />
PMV R
D. 4.5. Metall- und metallkomplexkatalysierte Umsetzungen von Olefinen 339<br />
durch katalytische Dehydrierung Cyclooctatetraen (COT) gewonnen wird. [4.116], I kann aber<br />
auch in einer Einschubreaktion ein weiteres Butadienmolekül addieren. So erhält man - auch<br />
technisch - Cyclododeca-l,5,9-trien:<br />
-NiL 1<br />
[4.117]<br />
Unter den Reaktionsbedingungen der nachfolgenden Vorschrift entsteht trans,trans,cis-<br />
Cy clododecatrien.<br />
Die Weiterverarbeitung erfolgt nach bekannten Methoden zum Cyclododecanon(—» Nylon<br />
12), zur 1,12-Dodecan-disäure (Säurekomponente für Polyester, Polyamide u. ä.).<br />
Acetylen läßt sich an Nickelkatalysatoren zu Cyclooctatetraen tetramerisieren:<br />
4 HCECH -^- 1,5078; Ausbeute 80 bis 85%.<br />
Darstellung von Cyclooctatetraen aus Acetylen 3 )<br />
Achtung! Man beachte die in D.4.2.2. gegebenen Hinweise für Acetylendruckreaktionen.<br />
Man darf die Reaktion nur durchführen, wenn die dort genannten Sicherheitsvorkehrungen<br />
eingehalten werden und insbesondere zwischen Autoklav und Stahlflasche das notwendige<br />
Rückschlagsicherheitsventil geschaltet wird!<br />
! ) nach BREIL, H., u. a., Makromol. Chem. 69 (1963), 18<br />
2 ) VgI. Reagenzienanhang.<br />
3 ) in Anlehnung an REPPE, W., u. a., Liebigs Ann. Chem. 560 (1948), l
340 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
In einem 2-1-Hochdruckschüttel- oder Magnethubrührautoklav wird ein Gemisch aus 20g Nikkelacetylacetonat<br />
1 ) und 60g feingepulvertem Calciumcarbid mit 500 ml wasserfreiem Tetrahydrofuran<br />
1 ) versetzt. Durch mehrmaliges Spülen mit Reinststickstoff wird der Luftsauerstoff<br />
verdrängt, schließlich heizt man unter einem Anfangsdruck von etwa 0,5 MPa (5 atm) Stickstoff<br />
auf 7O 0 C Innentemperatur auf. Nach Erreichen dieser Arbeitstemperatur werden 1,5 bis<br />
2,5 MPa (15 bis 25 atm) Acetylen aufgepreßt. Man wiederholt diesen Vorgang je nach Rückgang<br />
des Druckes von Zeit zu Zeit, bis die Gasaufnahme merklich nachläßt. Nach einer Reaktionszeit<br />
von 30 bis 60 Stunden läßt man abkühlen, entspannt (Ablassen des Gases über<br />
Dach!), filtriert und fraktioniert bei 8 kPa (60 Torr) über eine 20-cm-Vigreux-Kolonne. Nach<br />
Abdestillieren des Lösungsmittels und geringer Benzenanteile geht das Cyclooctatetraen als<br />
goldgelbe Flüssigkeit bei 64 bis 65 0 C über. Man wiederholt die Vakuumfraktionierung.<br />
Kp8(W) 64...6S 0 C; Kp23(I?) 42...42,5 0 C; ng> 1,5390; Ausbeute 200 g.<br />
Über eine Komplexbildung der Olefine mit Übergangsmetallen verläuft die auch technisch wichtige<br />
Metathese der Olefine, z. B. die wolfram- oder molybdänkatalysierte Reaktion zweier Propenmoleküle zu<br />
Ethen und But-2-en:<br />
2 H3C-CH=CH2 ^== H3C-CH=CH-CH3 + H2C=CH2<br />
Als Zwischenprodukte sind Metall-Carben-Komplexe LxM=CH-R beteiligt:<br />
R<br />
R' R'<br />
R' R' R> " R><br />
[4.119]<br />
[4.120]<br />
Die katalytische Ringschlußmetathese (RCM) von a,co-Diolefinen führt zu cyclischen Produkten,<br />
wobei nahezu alle Ringgrößen gebildet werden können. Triebkraft der Reaktion ist<br />
die Abspaltung des flüchtigen Ethylens. Als Katalysatoren kommen vorzugsweise Ruthemumund<br />
Molybdänkomplexe zum Einsatz, die in einem vorgeschalteten Initialisierungsschritt in<br />
situ in die reaktive Spezies [M]=CH2 überführt werden, und die mit einer Vielzahl weiterer<br />
funktioneller Gruppen kompatibel sind.<br />
4.5.2. Heterogenkatalysierte Hydrierung<br />
Die Anlagerung von Wasserstoff an C-C-Mehrfachbindungen ist eine sehr leicht verlaufende<br />
und allgemein anwendbare Reaktion. Die nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindung wird von den<br />
für die Reduktion von aktivierten C=C-Doppelbindungen geeigneten Reduktionsmitteln, wie<br />
Zink und Salzsäure, Natriumamalgam, Natrium und Alkohol (s. D.7.I.7.), nicht angegriffen.<br />
Dagegen lassen sich sowohl aktivierte, als auch nichtaktivierte Doppelbindungen und Acetylene<br />
mit gasförmigem Wasserstoff katalytisch hydrieren. Als Hydrierungskatalysatoren finden<br />
Nebengruppenmetalle sowie deren Oxide und Sulfide Verwendung. Im Laboratorium sind die<br />
Metalle am gebräuchlichsten.<br />
Der Katalysator muß in feinverteilter Form vorliegen. Für seine Herstellung bestehen folgende Möglichkeiten:<br />
a) Schwarzkatalysatoren: Das Metall wird aus der Lösung eines seiner Salze reduktiv abgeschieden. Diese<br />
Katalysatoren müssen vor Gebrauch frisch hergestellt werden.<br />
b) Adams-Katalysatoren: Platin und Palladium werden in feinverteilter Form dadurch hergestellt, daß man<br />
ihre Oxide, die nicht altern, erst unmittelbar im Reaktionsgefäß durch den Wasserstoff reduziert.<br />
1 J VgI. Reagenzienanhang.
D. 4.5. Metall- und metallkomplexkatalysierte Umsetzungen von Olefinen 341<br />
c) Skelett-(Raney-)Katalysatoren: Der aktive Katalysator wird als „Metallschwamm" aus einer binären<br />
Legierung (Nickel, Eisen, Kupfer, Cobalt mit Aluminium oder Silicium) durch Herauslösen eines Partners<br />
mit Säure oder Lauge hergestellt. Reste des ursprünglichen Legierungspartners wirken oft synergistisch.<br />
d) Trägerkatalysatoren: Schwarzkatalysatoren lassen sich auch auf der Oberfläche einer Trägersubstanz niederschlagen.<br />
Man kommt in diesem Falle mit viel geringeren Mengen der teuren Edelmetalle aus, so daß<br />
Trägerkatalysatoren vor allem auch technisch angewendet werden. Der selbst katalytisch unwirksame<br />
Träger hat häufig synergistische Wirkung (Träger sind z. B. Kohle, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Sulfate<br />
und Carbonate der Erdalkalien).<br />
e) Oxid- und Sulfidkatalysatoren: Diese Katalysatoren finden wegen ihrer Giftfestigkeit und Billigkeit vor<br />
allem in der Technik Anwendung (z. B. Kupferchromit (Kupferchromiumoxid), Zinkchromit, Molybdänsulfid,<br />
Wolframsulfid u. a.).<br />
Der Mechanismus der heterogenen Hydrierung ist mit dem der entsprechenden homogenen<br />
Reaktion verwandt. An der Oberfläche des Metallkatalysators werden sowohl Wasserstoff als<br />
auch das Olefin unter Bildung von Hydrid- bzw. Olefinkomplexen adsorbiert (Chemisorption).<br />
Unter Einschub des komplex gebundenen Olefins in die M-H-Bindung und Reduktion des<br />
Alkyl-M-Komplexes bildet sich der gesättigte Kohlenwasserstoff:<br />
X \ /<br />
\ / \ /C^ /°~°x<br />
H / 0 ^ 0 X H H -° H H H [4.122]<br />
—M M M— ^^ —M M M— ^==^ —M M M—<br />
I l I I l<br />
Katalytische Hydrierungen verlaufen - vor allem in neutraler oder saurer Lösung - im allgemeinen als<br />
syn-Additionen. So entsteht z. B. aus Salicylsäure bzw. ihren Estern an Platin oder Raney-Nickel überwiegend<br />
cis-Hexahydrosalicylsäure(ester).<br />
Hydrierungen mit Edelmetallkatalysatoren verlaufen im sauren Medium allgemein rascher<br />
als im alkalischen, im polaren Lösungsmittel rascher als im unpolaren.<br />
Die Unterschiede in der Reaktionsfähigkeit der verschiedenen Olefine sind nicht sehr ausgeprägt.<br />
Die Acetylenbindung ist besonders leicht zu hydrieren. Wenn man die Wasserstoffaddition<br />
nach der berechneten Menge abbricht, kann man eine selektive Hydrierung zu Olefinen<br />
erreichen. Technisch verwendet man dazu zweckmäßig einen mit Schwermetallsalz oder Chinolin<br />
partiell vergifteten Palladiumkontakt (Lindlar-Katalysator). Wegen der großen Stabilität<br />
des aromatischen Zustands erfordert die Hydrierung aromatischer und heterocyclischer<br />
Systeme energischere Bedingungen als die einfacher Olefine. Mehrkernige Aromaten werden<br />
etwas leichter hydriert, und zwar zunächst nur ein Ring, der andere erst unter schärferen<br />
Bedingungen. Aromaten mit ungesättigter Seitenkette gehen leicht in solche mit gesättigter<br />
über.<br />
Zur Hydrierung anderer ungesättigter Systeme (Nitroso-, Nitro-, Carbonylverbindungen,<br />
Azomethine, Nitrile) und deren Bedeutung vgl. D.7. und D.8.<br />
Zur Hydrierung von C=C-Doppelbindungen in Gegenwart von Carbonylgruppen vgl.<br />
D.7.1.7. und Tabelle 4.126.<br />
Durchführung katalytischer Hydrierungen<br />
a) Katalysatoren<br />
Im Laboratorium sind heute für die Hydrierung von C-C-Mehrfachbindungen am gebräuchlichsten:<br />
Platin 1 ), Palladium und Raney-Nickel. Der aktivste dieser Katalysatoren ist Platin,<br />
mit ihm können auch stabile aromatische Verbindungen bei Zimmertemperatur ohne Überdruck<br />
hydriert werden. Raney-Nickel und Palladium (als Palladiumoxid oder auf Aktivkohle,<br />
Barium- oder Strontiumsulfat, Calciumcarbonat) erreichen nicht die Aktivität des Platins;<br />
J ) in Form von Platinoxid (Adams-Katalysator, vgl. oben)
342 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
trotzdem erlauben sie die Hydrierung nichtaromatischer C-C-Mehrfachbindungen bei Zimmertemperatur.<br />
Dadurch werden selektive Hydrierungen, z.B. von Styren zu Ethylbenzen,<br />
möglich. Die Hydrierung von Aromaten mit weniger aktiven Katalysatoren wie z. B. Raney-<br />
Nickel erfordert Temperaturen von 15O 0 C und mehr sowie einen hohen Wasserstoffdruck (15<br />
bis 20 MPa, 150 bis 200 atm).<br />
Die Aktivität der Katalysatoren ist in gewissen Grenzen von den Herstellungsbedingungen<br />
abhängig. Die Wahl des Katalysators richtet sich auch nach der Beständigkeit des zu hydrierenden<br />
Stoffes unter den anzuwendenden Bedingungen (thermische Stabilität, Stabilität im alkalischen<br />
oder sauren Medium), nach den apparativen Voraussetzungen und dem Preis.<br />
Die Metallkatalysatoren sind gegenüber Kontaktgiften, vor allem vielen schwefel- und halogenhaltigen<br />
Stoffen, sehr empfindlich. 1 ) Es müssen also möglichst reine Substanzen und<br />
Lösungsmittel verwendet werden. 2 )<br />
b) Lösungsmittel<br />
Als Lösungsmittel für die katalytische Hydrierung sind am gebräuchlichsten: Wasser, Ethanol,<br />
Methanol, Essigester, Dioxan 3 ), Eisessig und Gemische dieser Lösungsmittel. Flüssige Substanzen<br />
können auch ohne Lösungsmittel hydriert werden. Während man bei der Hydrierung<br />
mit Platinoxid im neutralen, besser sauren Medium arbeitet (in Eisessig bzw. unter Mineralsäurezusatz),<br />
ist bei Raney-Nickel ein neutrales oder alkalisches Medium vorzuziehen.<br />
c) Apparatives<br />
Substanz, Lösungsmittel und Katalysator werden in einer Wasserstoffatmosphäre gut durchgeschüttelt<br />
oder gerührt, damit der Katalysator mit dem Wasserstoff in Berührung kommen<br />
kann. Aus dem gleichen Grunde darf die Apparatur nicht zu weit gefüllt werden. Man hydriert<br />
entweder in der sog. Schüttelapparatur oder im Autoklav.<br />
Die Schüttelapparatur bleibt an das Wasserstoffreservoir (Gasometer) unter geringem<br />
Überdruck angeschlossen, so daß der verbrauchte Wasserstoff stets kontinuierlich nachgeliefert<br />
wird (Abb. 4.123a). Bei geeigneter Konstruktion kann man mit Überdrücken von 0,1 bis<br />
0,2 MPa (l bis 2 atm) und unter Erwärmung oder Kühlen arbeiten.<br />
Für viele Zwecke eignet sich ein Hydriergefäß mit magnetischer Rührung (Abb. 4.123b). Es<br />
besteht aus einem 300-ml-Erlenmeyer-Kolben mit rundem Boden und einem Kernschliff NS<br />
29. Ein solches Gefäß kann gefahrlos evakuiert werden (10 kPa/100 Torr) und erlaubt Ansätze<br />
bis zu 200 ml Hydrierlösung (30 bis 50 g Substanz).<br />
Die Hydrierung im Autoklav (vgl. A.l.8.2.) ist vor allem bei größeren Ansätzen vorteilhaft:<br />
Die Erhöhung des Arbeitsdruckes ergibt eine größere Hydriergeschwindigkeit, so daß man mit<br />
wesentlich kleineren Katalysatormengen dieselbe Hydriergeschwindigkeit wie beim Arbeiten<br />
ohne Überdruck erreicht. Temperaturerhöhung ist dagegen oft nicht zur Steigerung der<br />
Hydriergeschwindigkeit zu empfehlen, weil dann u. U. andere Hydrierungsprodukte erhalten<br />
werden (z. B. Hydrierung des Kerns bei Aromaten).<br />
1 J Beispiel für eine absichtliche (partielle) Vergiftung: Rosenmund-Reduktion, s. D.7.1.7.1., sowie die oben<br />
genannte partielle Hydrierung von Acetylen.<br />
2 ) Durch Kochen von Substanz und Lösungsmittel mit Raney-Nickel vor der Hydrierung kann man geringe<br />
Mengen Katalysatorgift unschädlich machen. Zur Hydrierung muß danach natürlich ein frischer Katalysator<br />
genommen werden.<br />
3) nicht über 15O 0 C, sonst Explosionsgefahr.
D. 4.5. Metall- und metallkomplexkatalysierte Umsetzungen von Olefinen 343<br />
Schüttelente<br />
glasüberzogenes<br />
Eisen Stäbchen<br />
a) von der Bombe b)<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für katalytische Hydrierungen (Tab. 4.124)<br />
Abb. 4.123<br />
Apparaturen für die katalytische<br />
Hydrierung<br />
a) Schüttelapparatur;<br />
b) Hydriergefäß mit<br />
magnetischer Rührung<br />
Die Sicherheitsvorschriften (vgl. A. 1.8.2.) sind unbedingt zu beachten! Vor dem Erhitzen<br />
eines Autoklavs den zu erwartenden Höchstdruck abschätzen (unter Anwendung der Gasgesetze)!<br />
Wasserstoff nicht in den Arbeitsraum abblasen, sondern durch eine Stahlrohrkapillare<br />
ins Freie leiten! Die Metallkatalysatoren können Wasserstoff-Luft-Gemische zur<br />
Entzündung bringen. Bevor die Luft vollständig aus dem Hydriergefäß entfernt ist, müssen<br />
diese Katalysatoren vollständig mit Flüssigkeit bedeckt sein. Sie werden deshalb beim Füllen<br />
der Apparatur unter die Oberfläche der Flüssigkeit gegeben.<br />
Katalysatorrückstände keinesfalls in den Papierkorb werfen, da z. B. Raney-Nickel selbstentzündlich<br />
ist!<br />
Darstellung der Katalysatoren vgl. Reagenzienanhang.<br />
Man füllt die zu hydrierende Substanz bzw. ihre Lösung in das Hydriergefäß und gibt den<br />
Katalysator zu. Von Platinoxid genügen meist 0,5 bis 1%, vom (billigeren) Raney-Nickel verwendet<br />
man 5 bis 10%, bezogen auf die zu hydrierende Substanz 1 ), von Palladiumkohle 5%.<br />
Das Hydriergefäß wird zur Verdrängung des Luftsauerstoffs dreimal evakuiert und jeweils mit<br />
Wasserstoff gefüllt, oder es wird eine Zeitlang (10 Minuten) Inertgas (Stickstoff) durchgeleitet.<br />
Bei Hydrierungen im Autoklav preßt man zweimal Wasserstoff auf und entspannt wieder.<br />
Dann setzt man die Rühr- oder Schütteleinrichtung in Gang und notiert zugleich das Volumen<br />
(Schüttelapparatur) bzw. den Druck (Autoklav) des Wasserstoffs und die Zeit. Häufig<br />
wird zunächst rasch Wasserstoff aufgenommen, weil sich die Lösung damit sättigt. Bei Verwendung<br />
von Platinoxid muß der Katalysator erst gebildet werden, was meist eine kurze Induktionsperiode<br />
erfordert, die allerdings nicht länger als 5 bis 10 Minuten dauern soll. Anderenfalls<br />
hat das Platinoxid keine gute Qualität. Man notiert die Wasserstoffaufnahme in Abhängigkeit<br />
von der Zeit und stellt eine entsprechende Kurve auf. Sobald die Hydrierung vollständig<br />
ist (d. h. die Hydrierkurve parallel zur Zeitkoordinate verläuft), unterbricht man das Rüh-<br />
1 J Raney-Nickel und andere aktive Katalysatoren sollten stets unter einem Lösungsmittel gehalten werden.<br />
Da man diese Katalysatoren am besten frisch herstellt, setzt man nur die notwendige Menge der bekannten<br />
Ausgangssubstanz um (z. B. Aluminium-Nickel-Legierung mit bekanntem Nickelgehalt).
344 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
ren oder Schütteln. Erhält man keine Sättigungskurve, ist die Apparatur undicht, oder es werden<br />
weitere Bereiche des Moleküls hydriert.<br />
Sofern partiell hydriert werden soll, bricht man die Hydrierung ab, sobald die Hydrierkurve<br />
einen deutlichen Knick zeigt.<br />
Man berechne stets vor Beginn der Hydrierung mit Hilfe der allgemeinen Gasgleichung die<br />
zu erwartende Druck- bzw. Volumenabnahme. 1 )<br />
Nach beendeter Hydrierung wird die Schüttelapparatur erneut evakuiert bzw. mit Inertgas<br />
gespült, beim Autoklav das Restgas abgeblasen und der Katalysator über eine Glasfritte oder<br />
ein gut gedichtetes Filter abfiltriert. Man muß darauf achten, daß feinverteilte trockene<br />
Metalle pyrophor sind, der Katalysator deshalb stets feucht zu halten ist. Der zurückgewonnene<br />
Katalysator ist mitunter noch mehrere Male für den gleichen Zweck verwendbar. Er wird<br />
in jedem Falle gesammelt, bei den teuren Edelmetallkatalysatoren mit der Sorgfalt einer quantitativen<br />
Analyse.<br />
Nach Abdampfen des Lösungsmittels wird der Rückstand destilliert bzw. umkristallisiert.<br />
Wenn in der Tabelle 4.124 nichts anderes angegeben ist, kann bei Normaldruck und Zimmertemperatur<br />
hydriert werden. Bei größeren Ansätzen arbeitet man auch in diesen Fällen<br />
zweckmäßig im Autoklav unter erhöhtem Druck.<br />
Halbmikroansätze lassen sich gut in der Apparatur nach Abbildung 4.123b durchführen.<br />
Tabelle 4.724<br />
Katalytische Hydrierung der C-C-Mehrfachbindung<br />
Produkt<br />
Ethylbenzen<br />
3-Phenyl-propionsäure<br />
2 )<br />
3-Phenyl-propionsäure<br />
Bernsteinsäure<br />
Butan- 1,4-diol<br />
4-Phenyl-butan-<br />
2-on<br />
1 ,5-Diphenylpentan-3-on<br />
1,3-Diphenylpropan-1-ol<br />
Isobutylmethylketon<br />
Ausgangsverbindung<br />
Styren<br />
Zimtsäure<br />
K-Cinnamat 3 )<br />
Maleinsäure<br />
But-2-in-l,4-diol<br />
Benzylidenaceton<br />
Dibenzylidenaceton<br />
Benzylidenacetophenon<br />
(Chalcon)<br />
Isopropylidenaceton<br />
(Mesityloxid)<br />
Kataly- Druck in<br />
sator MPa<br />
(atm),<br />
Temperatur<br />
in 0 C<br />
Ni<br />
PtO2<br />
1 J<br />
i)<br />
Ni i)<br />
PtO2<br />
i)<br />
Pd/Kohle 1 J<br />
Ni<br />
PtO2 l)<br />
NH)<br />
Pd/Kohle<br />
PtO2 i)<br />
NH)<br />
Pd/Kohle<br />
PtO2 i)<br />
NH)<br />
Pd/Kohle<br />
PtO2<br />
1 J<br />
NH)<br />
Pd/Kohle<br />
Lösungs- Kp (bzw. F)<br />
mittel in 0 C<br />
(ml-moH) n 2 ?<br />
ohne 136<br />
1,4959<br />
MeOH F 47<br />
(800) (verd. HCl)<br />
W. (900) F 47<br />
(verd. HCl)<br />
EtOH F 185<br />
(1500) (W.)<br />
MeOH 1293 1(23)<br />
(400)<br />
EtOH 115lt6(12)<br />
(150) 1,5124<br />
EtOH 20913(10)<br />
(2500; F 13<br />
Suspension) 1,5586<br />
AcOEt) F 73<br />
(1500) (EtOH)<br />
ohne 115<br />
1,3959<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
1 J Ein Diagramm der Abweichung des Wasserstoffs von idealen Verhalten findet man in HOUBEN-WEYL,<br />
Bd. 4/2, S. 260. Man beachte, daß unter Umständen (leicht flüchtige Stoffe, höhere Temperaturen) der<br />
Dampfdruck des Reaktionsgemisches nicht vernachlässigt werden kann.<br />
80<br />
90<br />
90<br />
95<br />
92<br />
95<br />
80<br />
90<br />
95
Tabelle 4.124 (Fortsetzung)<br />
Produkt<br />
2-Methylcyclohexanol<br />
5 )<br />
Cyclohexan-1,3dion(Dihydroresorcinol)<br />
6 )<br />
cis-Hexahydrosalicylsäuremethylester<br />
cis-Decalin-2-ol 7 )<br />
Cyclohexylacetaldehyddimethylacetal<br />
Piperidin 8 )<br />
Methylcyclohexan<br />
1,2-Dimethylcyclohexan<br />
11 )<br />
1,3-Dimethylcyclohexan<br />
12 )<br />
1,4-Dimethylcyclohexan<br />
11 )<br />
D. 4.5. Metall- und metallkomplexkatalysierte Umsetzungen von Olefinen 345<br />
Ausgangsverbindung<br />
o-Cresol<br />
Mononatriumsalz des<br />
Resorcinols<br />
Salicylsäuremethylester<br />
ß-Naphthol<br />
Phenylacetaldehyddimethylacetal<br />
Pyridin9)<br />
Toluen<br />
o-Xylen<br />
m-Xylen<br />
p-Xylen<br />
Katalysator<br />
NH)<br />
Ni<br />
Ni<br />
(neutral)<br />
Ni<br />
Ni<br />
Ni<br />
10)<br />
10)<br />
10)<br />
10)<br />
Druck in<br />
MPa<br />
(atm).<br />
Temperatur<br />
in 0 C<br />
1 J<br />
10...20<br />
(100...200)<br />
Zimmertemperatur<br />
20 (200),<br />
135<br />
6(60),<br />
90<br />
O<br />
20 (200),<br />
150<br />
4 (40),<br />
250<br />
4 (40),<br />
250<br />
4 (40),<br />
250<br />
4 (40), 250<br />
Lösungsmittel<br />
(ml • mol-i)<br />
ohne<br />
(W.) (200)<br />
MeOH<br />
(600)<br />
EtOH<br />
ohne<br />
ohne<br />
ohne<br />
ohne<br />
ohne<br />
ohne<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
n 2 D0<br />
681
fr<br />
346 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
Vakuumhahn 4<br />
| i/n PH<br />
/* Magnetrührer<br />
Quantitative Hydrierung<br />
10<br />
Niveaugefäß<br />
Hahn 2 Hahnl<br />
zur<br />
Vakuumpumpe<br />
von<br />
Wasserstoffquelle<br />
Hahn 3<br />
Abb. 4.125<br />
Einfache Anordnung für die quantitative Hydrierung<br />
In das etwa 70 ml fassende dickwandige Kölbchen gibt man 15 ml reinen Eisessig und etwa<br />
0,1 g Platinoxid bzw. 2 ml der bei der Darstellung anfallenden alkoholischen Suspension von<br />
Raney-Nickel. Die Substanzbirne, in die man etwa 20 mg der unbekannten Substanz genau eingewogen<br />
und in 3 bis 5 ml Eisessig bzw. Alkohol gelöst hat, wird eingesetzt, durch Senken des<br />
Niveaugefäßes bei offenem Hahn 3 (Hahn l 0, Hahn 2 ©) Bürette und Steigrohr von Wasser<br />
entleert, der Hahn 3 geschlossen und das Niveaugefäß wieder in Hochstellung gebracht. Die<br />
Schliffe müssen völlig klar und durchsichtig erscheinen (Ramsay-, Siliconfett oder ähnliches<br />
zähes Fett verwenden). Die Schlauchverbindung zur Wasserstoffflasche trägt ein Bunsenventil<br />
(s. A. 1.6.). Nun wird dreimal evakuiert und mit Wasserstoff gefüllt. (Evakuieren: Hahn l 0,<br />
Hahn 2 ©. Füllen mit Wasserstoff: Öffnen der Bombe, der Wasserstoff entweicht durch das<br />
Bunsenventil. Nun Hahn l 0, Hahn 2 langsam 0). Durch Öffnen von Hahn 3 läßt man das<br />
Wasser im Steigrohr ein Stück ansteigen, dann schließt man den Hahn 2 (0) und öffnet Hahn 4<br />
ein wenig, bis auch im Bürettenrohr die Sperrflüssigkeit so weit angestiegen ist, daß der Meniskus<br />
auch bei Niveaugleichheit von Niveaugefäß und Bürette, die bei Volumenablesung vorübergehend<br />
immer herzustellen ist, im graduierten Bürettenteil liegt. Nun setzt man den<br />
Magnetrührer in Gang und hydriert unter dem Überdruck der Wassersäule zunächst den Katalysator,<br />
bis keine Wasserstoffaufnahme mehr zu beobachten ist. Man rührt sicherheitshalber<br />
noch weitere 10 Minuten, nach denen das Volumen noch konstant sein muß und genau abgelesen<br />
wird. Nun befördert man die Analysenlösung zur Aufschwemmung des Katalysators,<br />
indem man die Substanzbirne um 180° dreht. Ein merklicher Fehler durch Haftenbleiben von<br />
Resten an den Wandungen der Birne entsteht nicht. Nun wird wieder bis zur Volumenkonstanz<br />
hydriert und der endgültige Bürettenstand abgelesen. Alle Ablesungen müssen unter den glei-
D. 4.6. Literaturhinweise 347<br />
chen Druck- und Temperaturbedingungen vorgenommen werden. Meist genügt eine über den<br />
Meßzeitraum praktisch konstante Zimmertemperatur. Bei der Berechnung der Wasserstoffaufnahme<br />
muß vom Druckwert (Barometer) der Wasserdampfsättigungsdruck bei der betreffenden<br />
Temperatur abgezogen werden.<br />
Die katalytische Hydrierung von C-C-Mehrfachbindungen ist technisch außerordentlich wichtig. Sie<br />
wird im allgemeinen in der Gasphase durchgeführt, um eine kontinuierliche Prozeßführung zu erreichen.<br />
Die wichtigsten Beispiele sind in Tabelle 4.126 aufgeführt.<br />
Man informiere sich über technisch wichtige Verfahren für die direkte Hydrierung von Fraktionen aus<br />
Erdöl bzw. das Hydrospalten (d. h. Spalten und gleichzeitiges Hydrieren an Ni/Mo-Katalysatoren).<br />
Tabelle 4.726<br />
Technisch wichtige katalytische Hydrierungen<br />
Produkt Ausgangsverbindung Verwendung<br />
Fette<br />
Butan-l,4-diol<br />
Butyraldehyd<br />
Cyclohexanol<br />
Cyclohexan<br />
Cyclohexancarbonsäure<br />
Cyclododecan<br />
Tetrahydronaphthalen<br />
pflanzliche Öle<br />
But-2-in-l,4-diol<br />
Crotonaldehyd<br />
Phenol<br />
Benzen<br />
Benzoesäure<br />
Cyclododecatrien<br />
Naphthalen<br />
Decahydronaphthalen<br />
(Decalin)<br />
Naphthalen<br />
Perhydroacenaphthen Acenaphthen<br />
4.6. Literaturhinweise<br />
Margarine<br />
—» Polyester, Polyurethane<br />
-» Tetrahydrofuran (Lösungsmittel) -»Polytetramethylenglycol<br />
—> y-Butyrolacton —> N-Methyl-pyrrolidon<br />
(Extraktionsmittel)<br />
-> N-Vinyl-pyrrolidon —><br />
Polyvinylpyrrolidon<br />
—> Butanol<br />
-> 2-Ethyl-hexanol<br />
—> Cyclohexanon<br />
Lösungsmittel<br />
—» Nitrocyclohexan -» Cyclohexanonoxim —><br />
Nylon 6<br />
-> Adipinsäure -> Nylon 66<br />
-» e-Caprolactam —> Nylon 6<br />
—» Cyclododecanol/-on-Gemisch —> Cyclododecanonoxim<br />
—» Polyamide (Nylon 12)<br />
—> Dodecan-l,12-disäure<br />
—> Polyester<br />
Lösungsmittel, Wasserstoffüberträger<br />
—> a-Tetralon —> a-Naphthol<br />
Lösungsmittel<br />
—> Adamantan —»thermostabile Polyester<br />
Zusammenfassende Darstellungen der Reaktionen von Olefmen und Acetylenen<br />
ASINGER, F.: Chemie und Technologie der Monoolefine. - Akademie-Verlag, Berlin 1957.<br />
BERGMANN, E. D: The Chemistry of Acetylene and Related Compounds. - Interscience, New York 1948.<br />
HOUBEN-WEYL. Bd. 5/lb (1972), S. 946-1177.<br />
RAPHAEL, R. A.: Acetylenic Compounds in Organic Syntheses. - Butterworth, London 1955.<br />
The Chemistry of Alkenes. Hrsg.: S. PATAI. - Interscience Publishers, London, New York, Sydney 1964.<br />
The Chemistry of Double-Bonded Functional Groups. Hrsg.: S. PATAI. - Wiley, Chichester 1997.<br />
The Chemistry of the Triple-Bonded Functional Groups. Hrsg.: S. PATAI. - Wiley, Chichester 1994.<br />
The Chemistry of the Carbon-Carbon Triple Bond. Hrsg.: S. PATAI. - Wiley, Chichester 1978.<br />
Theoretische Behandlung von Additions- und Cycloadditionsreaktionen<br />
DEWAR, M. J. S., Angew. Chem. 83 (1971), 859-875.<br />
EPIOTIS, N. D, Angew. Chem. 86 (1974), 825-855.
348 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
FLEMING, L: Grenzorbitale und Reaktionen organischer Verbindungen. - Verlag Chemie, Weinheim<br />
Bergstr., New York 1979.<br />
GILCHRIST, T. L.; STORR, R. C; Organic Reactions and Orbital Symmetry. - Cambridge University Press,<br />
Cambridge 1979.<br />
HALEVI, E. A., Angew. Chem. 88 (1976), 664-679.<br />
HERNDON, W. C, Chem. Rev. 72 (1972), 157-179.<br />
HOUK, K. N., in: Topics in Current Chemistry. Bd. 79. - Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York<br />
1979, S. l^tt).<br />
TRONG ANH, N.: Die Woodward-Hoffmann-Regeln und ihre Anwendung. - Verlag Chemie, Weinheim<br />
1972.<br />
WOODWARD, R. B.; HOFFMANN, R.: Die Erhaltung der Orbitalsymmetrie. - Akadem. Verlagsges. Geest &<br />
Partig, Leipzig 1970; Angew. Chem. 81 (1969), 797-869.<br />
Elektrophile Additon<br />
DELA MARE, P. B. D; BOLTON, R.: Electrophilic Additions to Unsaturated Systems. - Eisevier, Amsterdam<br />
1982.<br />
Addition von Wasser und Protonensäuren an Olefine und Acetylene<br />
GILBERT, E. E.: Sulfonation and Related Reactions. - Interscience, New York 1965.<br />
KRENTSEL, B. A., Usp. Khim. 20 (1951), 759-775.<br />
ROEDIG, A., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 5/4 (1960), S. 102-132,535-539.<br />
STROH, R., in: HOUBEN-WEYL, Bd. 5/3 (1962), S. 813-825.<br />
Addition von Blausäure an Olefine und Acetylene<br />
KURTZ, R, in: HOUBEN-WEYL. Bd. 8 (1952), S. 265-274.<br />
Addition von Halogenen, unterhalogenigen Säuren und deren Estern an Olefine und Acetylene<br />
DE LA MARE, P. B. D.: Electrophilic Halogenation. - Cambridge University Press, London 1976.<br />
ROEDIG, A., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 5/4 (1060), S. 38-100,133-151,530-535,540-547.<br />
STROH, R., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 5/3 (1962), S. 529-556,768-780.<br />
VYUNOV, K. A., GINAK, A. L, Usp. Khim. 50 (1981), 273-295.<br />
Oxymercurierung<br />
CHATT, J., Chem. Rev. 48 (1951), 7-43.<br />
LAROCK, R. C.: Solvomercuration/Demercuration Reactions in Organic Synthesis. - Springer-Verlag, Berlin,<br />
Heidelberg, New York 1986.<br />
STRÄUB, H.; ZELLER, K. R; LEDITSCHKE, H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 13/2b, (1974), S. 130-153.<br />
Darstellung und Reaktionen von Epoxiden, Dihydroxyliemng<br />
DITTUS, G, in: HOUBEN-WEYL. Bd. 6/3 (1965), S. 371^87.<br />
GUNSTONE, F. D., Adv. Org. Chem. l (1960), 103-147.<br />
MALINOVSKII, M. S.; Usp. Khim. 26 (1957), 801-823.<br />
PARKER, E. E.; ISAACS, N. S., Chem. Rev. 59 (1959), 737-799.<br />
SCHROEDER, M., Chem. Rev. 80 (1980), 187-213.<br />
SWERN, D., Org. React. 7 (1953), 378^33.<br />
CHA, J. K.; KIM, N.-S., Chem. Rev. 95 (1995), 1761-1795 (Dihydroxylierung).<br />
Sharpless-Katsuki-Epoxidierung<br />
IRGENSEN, K. A., Chem. Rev. 89 (1989), 431-458.<br />
PFENNINGER, A., Synthesis 1986,89-116.<br />
JOHNSON, R. A.; SHARPLESS, K. B., in Catalytic Asymmetrie Synthesis, Hrsg.: I. OJIMA - VCH, New York<br />
1993,103-158.<br />
KATSUKI, T; MARTIN, V. S., Org. React. 48 (19%), 1-299.<br />
Sharpless-Dihydroxylierung<br />
BECKER, H.; SOLER, M. A.; SHARPLESS, K. B., Tetrahedron 51 (1995), 1345-1376.<br />
KOLB, H. C; VANNIEUWENHZE, M. S.; SHARPLESS, K. B., Chem. Rev. 94 (1994), 2483-2547.
D. 4.6. Literaturhinweise 349<br />
KOLB, H. C.; SHARPLESS, K. B., in: Transition Met. Org. Synth. Hrsg.: M. BELLER, C. BOLM. Bd. 2 - Wiley-<br />
VCH, Weinheim 1998, S. 219-242.<br />
Ozonierung<br />
BAILEY, P. S.; Chem. Rev. 58 (1958), 925-1010.<br />
BAILEY, P. S.: Ozonation in Organic Chemistry. Bd. 1-2. - Academic Press, New York 1978-1982.<br />
BAYER, O., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 7/1 (1954), S. 333-345.<br />
BISCHOFF, CH.; RIECHE, A., Z. Chem. 5 (1965), 97-103.<br />
MENYAILO, A. T; POSPELOV, M. V, Usp. Khim. 36 (1967), 662-685.<br />
CRIEGEE, R., Angew. Chem. 87 (1975), 765-771.<br />
ODINOKOV, V. R; TOLSTIKOV, G. A., Usp. Khim. 50 (1981), 1207-1251.<br />
RAZUMOVSKII, S. D., ZAIKOV, G. E.: Ozone and its Reactions with Organic Compounds. - Eisevier Science<br />
Publ., Amsterdam, New York 1984.<br />
ZVILICHOVSKY, G.; ZVILICHOVSKY, B., in: The Chemistry of Hydroxyl, Ether Peroxide Groups. Hrsg.: S. PATAI.<br />
- Wiley, Chichester 1993,687-784.<br />
Hydroboriemng<br />
BROWN, H. C.: Hydroboration. - W. A. BENJAMIN, New York 1962.<br />
BROWN, H. C.: Organic Synthesis via Boranes. - John Wiley & Sons. New York 1975.<br />
BROWN, H. C, Angew. Chem. 92 (1980), 675-683.<br />
CRAGG, G. M. L.: Organoboranes in Organic Synthesis. - Marcel Dekker, New York, 1973.<br />
KRÖPF, H.; SCHRÖDER, R., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 6/la) (1979) Teil l, S. 494-554.<br />
ONAK, T: Organoborane Chemistry. - Academic Press, New York 1975.<br />
SCHENKER, E., in: Neuere Methoden. Bd. 4 (1966), S. 173-293.<br />
ZZUZUKI, A., DHILLON, A., in Topics in Current Chemistry, Bd. 130, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg,<br />
New York (1985).<br />
ZWEIFEL, G.; BROWN, H. C, Org. React. 13 (1963), 1-54.<br />
PELTER, A.; SMITH, K.; BROWN, H. C.: Borane Reagents. - Academic Press, San Diego 1988.<br />
GREENE, A. E.; LUCHE, M.-J.; SERRA, A. A., J. Org. Chem. 50 (1985), 3957-3962.<br />
Vinylierung<br />
FAVORSKIL A. E.; SHOSTAKOVSKII, M. F., Zh. Obshch. Khim. 13 (1943), 1-20; C.A. 38 (1944), 330.<br />
REPPE, W., u. a., Liebigs Ann. Chem. 601 (1956), 81-138.<br />
SHOSTAKOVSKII, M. F., Usp. Khim. 33 (1964), 129-150.<br />
Radikalische Addition an C=C-Doppelbindiingen<br />
(VgI. auch die Literaturhinweise in Kapitel D.I.)<br />
STACEY, F. W.; HARRIS, J. F, Org. React. 13 (1963), 150-376.<br />
VOGEL, H. H., Synthesis 1970, 99-140.<br />
WALLING, C; HUYSER, E. S., Org. React. 13 (1963), 91-149.<br />
Radikaladditionen unter C-C-Verknüpfung<br />
CURRAN, D. R, Synthesis 1988, 417-439; 489-513.<br />
GIESE, B.: Radicals in Organic Synthesis: Formation of Carbon-Carbon Bonds. - Pergamon Press, Oxford<br />
1986.<br />
RAMAIAH, M., Tetrahedron 43 (1987), 3541-3676.<br />
JASPERSE, C. R; CURRAN, D. R; FEVIG, T. L., Chem. Rev. 91 (!991), 1237-1286.<br />
Polymerisation ungesättigter Verbindungen<br />
ELIAS, H. G.: Makromoleküle. - Dr. Alfred Hüthig Verlag, Heidelberg 1971.<br />
FREIDLINA, R. KH., CHUKOVSKAYA, E. C, Synthesis 1974,477-488 (Telomerisation).<br />
HENRICI-OLIVE, G.; OLIVE, S.: Polymerisation. Katalyse, Kinetik, Mechanismen. - Verlag Chemie, Weinheim<br />
1976.<br />
HOUBEN-WEYL. Hrsg.: H. BARTL, J. FALBE. Bd. E 20/1-2 (1987).<br />
HOUWINK, R.: Chemie und Technologie der Kunststoffe. Bd. 1-2. - Akadem. Verlagsges. Geest & Portig,<br />
Leipzig !962/63.<br />
KENNEDY, J. P: Cationic Polymerization of Olefins. - Interscience, New York !975.
350 D. 4. Addition an nichtaktivierte C-C-Mehrfachbindungen<br />
KERN, W.; SCHULZ, R. C u. a. in: HOUBEN-WEYL. Bd. 14 (1961), S. 24-1182.<br />
Polymer Syntheses. Hrsg.: S. R. DANDLER, W. KARO, Bd. 1-3. 1974-1980.<br />
REMPP, R; MERRILL, E. W.: Polymer Synthesis. - Hüthig & Wepf Verlag, Basel, Heidelberg, New York 1986.<br />
VOLLMERT, B.: Grundriß der Makromolekularen Chemie. Bd. 1-5. - E. Vollmert Verlag, Karlsruhe 1982.<br />
Cydoadditionen<br />
HUISGEN, R.; GRASHEY, R.; SAUER, J., in: The Chemistry of Functional Groups. Hrsg.: S. PATAI. Bd. 1. - Interscience,<br />
New York 1964. S. 739-953.<br />
OPPOLZER, W., Angew. Chem. 89 (1977), 10-24.<br />
ULRICH, H.: Organic Chemistry. Bd. 9. - Academic Press, New York 1967 (Cydoadditionen mit Heterocumulenen).<br />
CARRUTHERS. W.: Cycloaddition Reactions in Organic Synthesis. - Pergamon Press, Oxford 1990.<br />
[1 + 21-Cycloadditionen<br />
PARHAM, W. E., SCHWEIZER, E. E., Org. React. 13 (1963), 55-90.<br />
BROOKHART, M.; STUDABAKER, W. B., Chem. Rev. 87 (1987), 411-432 (Cyclopropanierung mit Metallcarbenkomplexen).<br />
CHARETTE, A. B., in: Organozinc Reagents. Hrsg. P. KNÖCHEL, P. JONES. - Oxford University Press, Oxford<br />
1999,263-285 (Cyclopropanierung mit Organozinkverbindungen).<br />
[2 + 21-Cvcloadditionen<br />
BACH, T; Synthesis 1998, 683-703 (Stereoselektive intermolekulare [2 + 2] Photocycloadditionen und ihre<br />
Anwendung in der Synthese).<br />
BRAUN, M., in: Organic Synthesis Highlights. Hrsg. J. MULZER. - VCH, Weinheim 1991,105-10 (Anwendungen<br />
der Paterno-Büchi-Reaktion).<br />
JONES, G., II; Org. Photochem. 5 (1981), 1-122 (Paterno-Büchi-Reaktion).<br />
OPPOLZER, W.; Acc. Chem. Res. 15 (1982), 135-41 (Intermolekulare [2 + 2] Photocycloadditionen in der<br />
organischen Synthese).<br />
BAUSLAUGH, P. G.; Synthesis 1970, 287-300 (Synthetische Anwendungen photochemischer Cydoadditionen<br />
von Enonen mit Alkenen).<br />
[3 + 2]-Cycloadditionen<br />
BLACK, D. St. C.; CROZIER, R. F.; DAVIS, V. Ch., Synthesis 1975,205-221 (Addition an Nitrone).<br />
1,3-Dipolar Cycloaddition Chemistry. Bd. 1-2. Hrsg.: A. PADWA.-J. Wiley & Sons, New York 1984.<br />
HUISGEN, R., Angew. Chem. 75 (1963), 604-637,742-754; HeIv. Chim. Acta 50 (1967), 2421-2439.<br />
PADWA, A., Angew. Chem. 88 (1976), 131-144 (intramolekulare Additionen).<br />
STUCKWISCH, C. G.; Synthesis 1973,469-483.<br />
TSUGE, O.; HATTA, T; HISANO, T, in: The Chemistry of Double-Bonded Functional Groups. Hrsg.: S. PATAI.-<br />
Wiley, Chichester 1989,345^75.<br />
[4 + 21-Cycloadditionen (Diels-Alder-Reaktion)<br />
ARBUZOV, Yu. A., Usp. Khim. 33 (1964), 913-950.<br />
BRIEGER, G; BENNETT, J. N., Chem. Rev. 80 (1980), 63-97.<br />
CIGANEK, E., Org. React. 32 (1984), 1-374.<br />
HOLMES, H. L., Org. React. 4 (1948), 60-173.<br />
KLOETZEL, M. C, Org. React. 4 (1948), 1-59.<br />
SAUER, J.; Angew. Chem. 78 (1966), 233; 79 (1967), 76.<br />
SAUER, J.; SUSTMANN, R., Angew.Chem. 92 (1980), 773-801.<br />
TABER, D. F.: Intramolecular Diels-Alder and Alder Ene Reactions. - Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg,<br />
New York 1984.<br />
CRAIG, D, Chem. Soc. Rev. 16 (1987), 187-238 (Intramolekulare Diels-Alder-Reaktion).<br />
FALLIS, A. G, Acc. Chem. Res. 32 (1999), 464-^74 (Intramolekulare Diels-Alder-Reaktion).<br />
Trrov, Yu. A., Usp. Khim. 31 (1962), 529-558.<br />
WAGNER-JAUREGG; T, Synthesis 1980,3,165-214; 1980,10,769-798.<br />
WASSERMANN, A.: Diels-Alder Reactions. - American Eisevier, New York 1965.<br />
WOLLWEBER, H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 5/lc (1970), S. 977-1139.<br />
WOLLWEBER, H.: Diels-Alder-Reaktionen. - Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1972.
Metallkomplexkatalyse und homogene Hydrierung<br />
D. 4.6. Literaturhinweise 351<br />
Aspects of Homogeneous Catalysis. Hrsg.: R. UGO. Bd. 1-4. - D. Reidel Publ. Comp., Dordrecht, Boston,<br />
London 1970-1981.<br />
BIRCH, A. J.; WILLIAMSON, D. H., Org.React. 24 (1976), 1-186 (homogene Hydrierung).<br />
BIRD, C. W.: Transition Metal Intermediates in Organic Synthesis, - Academic Press, New York 1967.<br />
CASSAR, L.; CHIUSOLI, G. R; GUERRIERI, F., Synthesis 1973,509-523 (Carbonylierung von Olefinen und Acetylenen).<br />
HEIMBACH, R; SCHENKLUHN; in: Topics in Current Chemistry. Bd. 92. - Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg,<br />
New York 1980, S. 45-108.<br />
HENRICI-OLIVE, G.; OLIVE, S., in: Topics in Current Chemistry. Bd. 67. - Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg,<br />
New York 1976. S. 107-127.<br />
HOUBEN-WEYL. Hrsg.: E. FALBE. Bd. E 18/1-2 (1986).<br />
JAMES, B. R.: Homogeneous Hydrogenation. - John Wiley & Sons, New York, London 1973.<br />
NAKAMURA, A.; Tsutsui, M.: Principles and Applications of Homogeneous Catalysis. - John Wiley & Sons,<br />
New York, London 1980.<br />
PRACEJUS, H.: Koordinationschemische Katalyse organischer Reaktionen. - Verlag Theodor Steinkopff,<br />
Dresden 1977.<br />
SCHUSTER, M.; BLECHERT, S., Angew. Chern. 109 (1997), 2124-2H4 (Katalytische Ringschlußmetathese).<br />
SEMMELHACK, M. F, Org. React. 19 (1972), 115-198.<br />
TAKAYA, H.; OHTA, T; NOYORI, R., in Catalytic Asymmetrie Synthesis. Hrsg.: I. OJIMA - VCH, New York<br />
1993,1-39 (Enantioselektive homogene Hydrierung).<br />
TAUBE, R.: Homogene Katalyse. - Akademie-Verlag, Berlin 1988,<br />
Transition Metals in Homogeneous Catalysis. Hrsg.: G. N. SCHRAUZER. - Marcel Dekker, New York 1971.<br />
Transition Metals for Organic Synthesis. Hrsg.: M. BELLER, C. BOLM. Bd. l + 2. - Wiley-VCH, Weinheim<br />
1998.<br />
TSUJI, J., Fortschr. Chem. Forsch. 28 (1972), 41-84; Adv. Org. Chem. 6 (1969), 109-255.<br />
Hydrierung von Olefinen, Acetylenen und Aromaten; Allgemeines über Katalysatoren und Apparate<br />
BOGOSLOWSKI, B. M.; KASAKOWA, S. S.: Skelettkatalysatoren in der organischen Chemie. - Deutscher Verlag<br />
der Wissenschaften, Berlin 1960.<br />
CAINE, D, Org. React. 23 (1976), 1-258 (Reduktion der C=C-Bindung in a,ß-ungesättigten Carbonylverbindungen).<br />
GRUNDMANN, C., in: Neuere Methoden. Bd. l (1944), S. 117-136.<br />
KOMAREWSKY, V. L; RIESZ, C. H.; MORRITZ, F L., in: Technique of Organic Chemistry. Hrsg.: A. WEISSBER-<br />
GER. - Interscience, New York 1965. Bd. 2. S. 1-164.<br />
RYLANDER, P. N.: Catalytic Hydrogenation over Platinum Metals. - Academic Press, New York !967.<br />
RYLANDER, P. N.: Hydrogenation Methods. - Academic Press, London 1985.<br />
SCHILLER, G., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 4/2 (1955), S. 248-303.<br />
SCHRÖTER, R., in: Neuere Methoden. Bd. l (1944), S. 75-116.<br />
WIMMER, K., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 4/2 (1955), S. !43-!52; 163-192.<br />
D.5 Substitutionen an Aromaten<br />
Aromatische Verbindungen, wie z.B. Benzen oder Naphthalen, enthalten ein ebenes oder<br />
nahezu ebenes cyclisches System konjugierter Doppelbindungen und besitzen in Analogie zu<br />
den Olefinen basische Eigenschaften (vgl. D.4.1.1.). Sie reagieren deshalb wie diese vor allem<br />
mit elektrophilen Reagenzien, im Gegensatz zu den Olefinen erfolgt jedoch Substitution, das<br />
aromatische System bleibt im Endprodukt erhalten.<br />
Ist die Basizität des Aromaten durch Gruppen mit starkem -I- und -M-Effekt vermindert,<br />
so ist auch der nucleophile Austausch von Substituenten möglich. Dieser Reaktionstyp ist nicht<br />
so allgemein verbreitet.<br />
Halogene als Substituenten, insbesondere lod, sowie andere Gruppen mit guter Abgangstendenz,<br />
wie z. B. die Diazoniumgruppe, lassen sich leicht übergangsmetall-katalysiert substituieren.
352 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Früher betrachtete man die Substituionsreaktion an aromatischen Kohlenwasserstoffen als wesentliches<br />
Kriterium für den aromatischen Zustand. Es zeigte sich jedoch, daß es stabile cyclisch konjugierte Verbindungen<br />
gibt (darunter auch ionogene Strukturen), bei denen dieser Reaktionstyp nicht mehr dominiert<br />
oder überhaupt nicht mehr auftritt (vgl. hierzu Abb. 5.1 sowie z.B. die Additionen in 9,10-Stellung an<br />
Anthracen).<br />
Aus diesem Grunde zieht man zur Charakterisierung des aromatischen Zustandes weitere<br />
Kriterien vor allem physikalischer Art hinzu, wie die aus thermochemischen Daten ableitbare<br />
Stabilisierungsenergie, den Ausgleich der Bindungslängen im konjugierten System und den<br />
durch Kernresonanzspektroskopie feststellbaren Ringstrom (vgl. A.3.5.3.).<br />
Speziell bei monocyclischen Verbindungen ist nach einem einfachen quantenchemischen<br />
Verfahren der aromatische Zustand an das Vorhandensein von (4n + 2) Ti-Elektronen (n = O, l,<br />
2...) geknüpft (Hückel-Regel), die über den ganzen Ring delokalisiert sind. Eine solche Delokalisierung<br />
ist nur dann optimal, wenn die Verbindung eben gebaut ist. Danach sind das<br />
Cyclopropenylkation (Abb. 5.1,1), das Cyclopentandienylanion II und das Cycloheptatrienylkation<br />
(Tropyliumion, IV) aromatisch.<br />
Vc 7<br />
^tV<br />
6n Qn<br />
C=C<br />
^e-<br />
Abb. 5.1<br />
Kohlenstoffringe mit<br />
aromatischen Eigenschaften<br />
Benzen als ungeladenes konjugiertes System mit sechs rc-Elektronen wird als Prototyp der<br />
Aromaten betrachtet. Eine Reihe von bicyclischen Systemen und Ringsystemen mit Heteroatomen<br />
(Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel u. a.) zeigt ebenfalls typisch „aromatische" Eigenschaften.<br />
Man mache sich das an den folgenden Beispielen klar: Furan, Thiophen, Pyrrol, Imidazol,<br />
Pyridin, Pyryliumkation sowie deren Benzoderivate, Naphthalen und Azulen.<br />
5.1. Elektrophile aromatische Substitution<br />
Die elektrophile Substitution am Aromaten besteht im allgemeinen im Ersatz eines aromatisch<br />
gebundenen Wasserstoffatoms durch ein elektrophiles Reagens. Die wichtigsten Reaktionen<br />
dieser Art sind in der Tabelle 5.2 zusammengestellt.<br />
Tabelle 5.2<br />
Elektrophile Substitutionen am Aromaten<br />
ArH + HNO3<br />
ArH + H2SO4<br />
ArH + Cl2<br />
ArNO2 + H2O<br />
ArSO3H + H2O<br />
ArCI -i- HCI<br />
Nitrierung<br />
Sulfonierung<br />
Halogenierung (Chlorierung)
Tabelle 5.2 (Fortsetzung)<br />
ArH + (SCN)2<br />
ArSCN + HSCN<br />
AICI3<br />
ArH + RCI ^ - ArR + HCI<br />
ArH + RCOCI -^* ArCOR + HCI<br />
ArH + CO £*L ArCH=O<br />
HL»I<br />
ArH + HCN + HCI AIC ' 3 » ArCH=NH2CI 0<br />
ArH + RCN + HCI<br />
Ph jp<br />
ArH + N-C 7<br />
Me H<br />
POCI3<br />
ArH + H2C=O ArCH2OH<br />
ArH + H2C=O + HNR2<br />
D. 5.1. Elektrophile aromatische Substitution 353<br />
ArCH=O<br />
ArCOR<br />
ArCH=O + PhNHMe<br />
ArCH2NR2 + H2O<br />
ArH + H2C=O + HCI ArCH2CI + H2O<br />
ArH + RCH=O<br />
ArH + CO2<br />
ArH + HNO2<br />
© *<br />
ArH + Ar'-N=N Cl<br />
-<br />
Ar x<br />
— CH-OH<br />
R<br />
ArCOOH<br />
- ArNO + H2O<br />
Ar-N=N-Ar' + HCI<br />
ArH + HgX2<br />
ArHgX + HX<br />
X = Säurerest einer organischen oder anorganischen Säure<br />
Rhodanierung<br />
Friedel-Crafts-Alkylierung<br />
Friedel-Crafts-Acylierung<br />
Gattermann-Koch-Synthese<br />
Gattermann-Synthese<br />
Houben-Hoesch-Synthese<br />
Vilsmeier-Synthese<br />
Hydroxymethylierung<br />
Aminomethylierung (vgl.<br />
Mannich-Reaktion, D.7.2.1.5.)<br />
Chlormethylierung<br />
(Blanc-Reaktion)<br />
Reaktionen mit Aldehyden oder<br />
Ketonen<br />
Kolbe-Schmitt-Synthese<br />
Nitrosierung<br />
Azokupplung (vgl. D.8.3.3.)<br />
Metallierung (Mercurierung)<br />
5.1.1. Mechanismus der elektrophilen aromatischen Substitution<br />
Im allgemeinen werden die in Tabelle 5.2 aufgeführten Reagenzien in einer vorgelagerten<br />
Reaktion, meist unter Einwirkung von Katalysatoren (Säuren, Lewis-Säuren), in eine positivierte<br />
reaktionsfähigere Form übergeführt, z. B.:<br />
HO-N<br />
O 0<br />
H2O + NO®<br />
CI-CI + AICI3 ^==^ Cl Cl AICI3<br />
Für die elektrophile aromatische Substitution ist der folgende Mechanismus bewiesen:<br />
[5.3]
354 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
©
D. 5.1. Elektrophile aromatische Substitution 355<br />
1-Nitro-naphthalen die Zweitsubstitution in den noch unsubstituierten, im 1-Methyl-naphthalen<br />
in den bereits substituierten Kern gelenkt.<br />
In 7r-Elektronen-Überschuß-Heterocyclen, wie z. B. Thiophen und Pyrrol, übt das Heteroatom<br />
einen aktivierenden Einfluß aus. Dagegen wirkt es in rc-Elektronen-Mangel-Heterocyclen,<br />
wie z. B. Pyridin, desaktivierend. Man informiere sich über dieses Einteilungsprinzip und die<br />
Wirkung der Heteroatome in Lehrbüchern!<br />
Die Selektivität, mit der ein Agens bestimmter elektrophiler Potenz zwischen zwei Aromaten<br />
verschiedener Basizität unterscheidet (Substratselektivität), ist z. T. sehr beträchtlich. Die<br />
Kenntnis dieser Reaktivitätsunterschiede ist von großer Bedeutung für die praktische Durchführung<br />
von Substitutionsreaktionen an aromatischen Verbindungen.<br />
Soll in einen bereits substituierten Benzenkern ein zweiter Substituent elektrophil eingeführt<br />
werden, sind grundsätzlich 3 verschiedene Disubstitutionsprodukte 1 ) möglich:<br />
ortr/o-Produkt<br />
Y<br />
para-Produkt<br />
mefa-Produkt [5.7]<br />
Im allgemeinen übt jedoch der bereits vorhandene Substituent eine gewisse dirigierende<br />
Wirkung aus, wodurch einzelne dieser Produkte bevorzugt gebildet werden (Regioselektivität).<br />
Für den Einfluß, den der bereits vorhandene Substituent auf den Ort der Zweitsubstitution<br />
ausübt, gelten in erster Näherung folgende empirisch gefundene Regeln:<br />
a) Substituenten „erster Ordnung" dirigieren den zweiten Substituenten vorwiegend in o- und p-<br />
Stellung. Hierzu gehören die Substituenten, die die Basizität des Kern erhöhen (vgl. [5.5]),<br />
und die Halogene.<br />
b) Substituenten „zweiter Ordnung" dirigieren den zweiten Substituenten vorwiegend in die m-<br />
Stellung. Hierzu gehören die Substituenten, die die Reaktivität des Benzenkerns vermindern<br />
(vgl. [5.6], außer den Halogenen).<br />
Die Erhöhung oder Verminderung der Reaktivität des Aromaten (Einfluß auf die Leichtigkeit der Substitution)<br />
durch den vorhandenen Substituenten sagt zunächst nichts über dessen dirigierende Wirkung<br />
aus. Die Erklärung der Orientierungsregeln, ausgehend von den mesomeren Grenzstrukturen der monosubstituierten<br />
Aromaten, setzt voraus, daß die Substituenten nicht nur die Gesamtbasizität des Kerns im<br />
Grundzustand beeinflussen, sondern auch an den einzelnen Kohlenstoffatomen des Kerns unterschiedliche<br />
Elektronendichten hervorrufen.<br />
Insbesondere bei den starken Donorsubstituenten (OH, OR, NH2, NHR, NR2) zeigen die Koeffizientenquadrate<br />
an den C-Atomen der o- und p-Position eine erhöhte Elektronendichte bereits für den Grundzustand<br />
an. Das wird auch durch 13 C-NMR-spektroskopische Messungen bestätigt. Das heißt, für Aromaten<br />
mit starken Donorsubstituenten sind aus den mesomeren Grenzformeln Aussagen über die dirigierende<br />
Wirkung auf die Zweitsubstitution prinzipiell möglich. Für acceptorsubstituierte Aromaten (Halogene,<br />
NO2, CN u. a.) stimmen die Ergebnisse der J3 C-NMR-spektroskopischen Messungen mit der Polarisation<br />
I Der neu eintretende Substituent kann auch an der bereits besetzten Position im Aromaten angreifen<br />
(„Ipso-Substitution"). Ein Beispiel hierfür ist die Substitution von SO3H-Gruppen durch NO2 bei der<br />
Herstellung von Pikrinsäure, Martiusgelb und Naphtholgelb S (vgl. D.5.I.4.).
356 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
durch den mesomeren Effekt nicht in allen Fällen überein. Die Elektronendichten im Grundzustand des<br />
Aromaten können also nicht allein die Orientierung der Zweitsubstitution bestimmen. Eine einheitliche<br />
Erklärung der dirigierenden Wirkung von Donor- und Acceptorsubstituenten auf die Zweitsubstitution am<br />
Aromaten kann aus der energetischen Lage des a-Komplexes abgeleitet werden.<br />
Bei der Bildung des ^-Komplexes entscheidet sich, welche Position (o-, p- oder m-) der neueintretende<br />
Substituent besetzt, da der bereits vorhandene Substituent die Energien der drei möglichen Übergangszustände<br />
unterschiedlich beeinflußt (s. unten). Verschiedene Aktivierungsenergien bedingen aber nach der<br />
Arrhenius-Gleichung (Gleichung [C.25]) auch unterschiedliche Reaktionsgeschwindigkeiten der konkurrierenden<br />
Teilschritte. Da die Energie der Übergangszustände, die zu den drei möglichen «!-Komplexen<br />
führen, nicht bekannt ist, betrachtet man an ihrer Stelle die Energie der
D. 5.1. Elektrophile aromatische Substitution 357<br />
produkts. Das gilt auch für die Halogene, obwohl diese zu den substitutionserschwerenden Gruppen gehören<br />
(Erniedrigung der Gesamtbasizität des Aromaten, da im Grundzustand +M < -I, vgl. [5.6]).<br />
Diese Gesetzmäßigkeiten gelten für kinetisch kontrollierte Reaktionen (s. C.3.2.). Wenn die Reaktionsbedingungen<br />
die Bildung der thermodynamisch begünstigten Produkte erlauben, so ist mit Isomerisierungen<br />
zu rechnen, die zu beträchtlichen Verschiebungen der Anteile an o-, m- und p-Produkt führen (vgl.<br />
z. B. Sulfonierung und Friedel-Crafts-Alkylierung).<br />
Beispiele für die elektrophile Zweitsubstitution am Aromaten: Nitrobenzen wird vorwiegend<br />
in m-Stellung elektrophil substituiert; die Reaktion ist gegenüber der am Benzen<br />
erschwert. Bei Anilin und Phenol findet eine elektrophile Substitution vorwiegend in o- und p-<br />
Stellung statt, sie erfolgt leichter als am Benzen. Beim Chlorbenzen findet man ebenfalls vorwiegend<br />
o- und p-Substitution, die Substitution ist jedoch gegenüber der am Benzen erschwert.<br />
Wie wirkt sich die Salzbildung bei Phenol und Anilin auf Leichtigkeit und Ort der Zweitsubstitution<br />
aus?<br />
Nichtsubstituiertes Naphthalen wird vorwiegend in der a-Position elektrophil substituiert;<br />
vgl. aber [5.21]!<br />
Man informiere sich über Leichtigkeit und Ort der elektrophilen Substitution an Heterocyclen,<br />
wie Thiophen, Pyrrol (Analogie zu Phenol!), Indol, Pyridin (Analogie zu Nitrobenzen!),<br />
Pyridin-W-oxid u. a.<br />
Ferner können außer den betrachteten elektronischen Einflüssen auch sterische Effekte den<br />
Ort der Zweitsubstitution beeinflussen. Wie leicht einzusehen ist, behindern raumerfüllende<br />
Substituenten besonders die Substitution in o-Stellung. Daher entsteht die o-Verbindung im<br />
Verhältnis zur p-Verbindung im allgemeinen in geringerer Menge, als nach dem statistischen<br />
o-/p-Verhältnis (2:1) zu erwarten wäre. Mit steigender Größe der bereits vorhandenen und neu<br />
einzuführenden Substituenten geht der Anteil des o-Produkts weiter zurück. So findet man<br />
z. B. bei der Chlorierung mit molekularem Chlor in Essigsäure für Toluen ein o-/p-Verhältnis<br />
von 1,5, für tert-Butylbenzen von 0,28. Die Isopropylierung von tert-Butylbenzen liefert kein o-<br />
Substitutionsprodukt.<br />
Die o-Substitution kann dagegen begünstigt werden, wenn das elektrophile Agens die Möglichkeit<br />
hat, zuerst mit einem bereits vorhandenen basischen Substituenten (-OH, -OR) in<br />
Wechselwirkung zu treten, ehe es dessen o-Stellung substituiert (vgl. z. B. Salicylsäuresynthese,<br />
D.5.1.8.6., und die Literaturangaben am Ende des Kapitels). Stellungsselektive Substitution am<br />
Aromaten kann auch durch reversible Blockierung erzwungen werden. So kann beipielsweise<br />
in p-Stellung zu einem Erstsubstituenten eine tert-Butylgruppe eingeführt werden. Nach der<br />
nun folgenden, ausschließlich in o-Position eintretenden elektrophilen Substitution kann der<br />
tert-Butylrest als Isobuten oder durch Übertragung auf einen anderen Aromaten (Transalkylierung)<br />
abgespalten werden. Auch die Halogene Brom und lod eignen sich in bestimmten Fällen<br />
als Schutzgruppen. Sie lassen sich reduktiv wieder entfernen. Chlor bleibt unter diesen Bedingungen<br />
im allgemeinen als Substituent im Kern erhalten.<br />
Die bei Substitutionen an Aromaten zu erwartenden Produkte lassen sich mit guter Annäherung<br />
an die experimentellen Werte mit Hilfe der Hammett-Gleichung vorausbestimmen<br />
(vgl. C.5.2.), wobei die Substituentenkonstanten er+ zu verwenden sind.
358 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
5.1.3. Nitrierung<br />
Als elektrophiles Reagens wirkt bei der Nitrierung das Nitrylkation (auch Nitroniumkation)<br />
NO2 - , das in einer Reihe von Verbindungen potentiell bzw. direkt vorhanden ist, z. B.:<br />
HO-NO2, O2N-O-NO2, RCO-O-NO2 1) , NO® BF® u.a. [5.12]<br />
Die Tendenz, das Nitrylkation zu liefern, steigt mit der Elektronegativität des an die Nitrogruppe<br />
gebundenen Substituenten.<br />
Aus Salpetersäure bildet sich das Nitrylkation nur im sauren Bereich, da die Hydroxylgruppe<br />
nicht als solche eliminiert werden kann (vgl. Fußnote zu [2.3]):<br />
0 ©P © ©P 0 /P _. __<br />
H U + HO-Nx ^== H2O-Nx ^== H2O + Nx [5.13]<br />
Im einfachsten Fall vermag die Salpetersäure sich selbst zu protonieren („Autoprotolyse"):<br />
© 0<br />
HONO2 + HONO2 ^== H2O-NO2 + Q-NO2 [5 14]<br />
Allerdings liegt das Gleichgewicht weit auf der linken Seite, so daß Salpetersäure allein nur<br />
basische Aromaten glatt nitriert. Durch Zusatz konzentrierter Schwefelsäure wird die Konzentration<br />
an NO2 - -Kationen stark erhöht:<br />
HNO3 + 2 H2SO4 ^^ NO2 0 + H3O® + 2 HSO4 0<br />
Die nitrierende Wirkung eines solchen Salpetersäure-Schwefelsäure-Gemisches („Nitriersäure")<br />
ist daher viel stärker als die von Salpetersäure allein. Eine weitere Steigerung der<br />
Reaktivität läßt sich durch Verwendung von rauchender Salpetersäure und Oleum erzielen.<br />
Andere Nitrierungsmittel haben keine so allgemeine Bedeutung.<br />
Man formuliere den Gesamtablauf einer Nitrierung!<br />
In der Praxis muß man die Aktivität des Nitrierungsmittels auf die Reaktivität des Aromaten<br />
abstimmen. Phenole und Phenolether werden z. B. bereits durch verdünnte Salpetersäure<br />
nitriert, während für die Nitrierung von Benzaldehyd, Benzoesäure, Nitrobenzen usw. Nitriersäure<br />
aus rauchender Salpetersäure und Schwefelsäure erforderlich ist (warum?). m-Dinitrobenzen<br />
läßt sich selbst durch rauchende Salpetersäure/Schwefelsäure nur schwer nitrieren (5<br />
Tage, 11O 0 C, 45% Ausbeute). Die Nitrierung von m-Dinitro-benzen mit NO2 - BF4 - in Fluorsulf<br />
onsäure liefert dagegen nach dreistündiger Reaktionsdauer 61 % 1,3,5-Trinitro-benzen.<br />
Die häufigste Nebenreaktion bei der Nitrierung ist die Oxidation. Sie wird durch Überschreitung<br />
der Reaktionstemperatur begünstigt und ist an der Entwicklung nitroser Gase<br />
erkennbar. Wegen ihrer leichten Oxidierbarkeit lassen sich z. B. Amine nur entweder in Form<br />
ihrer Acylprodukte oder in sehr stark schwefelsaurer Lösung nitrieren. Im letzten Fall erhält<br />
man vorwiegend das m-Produkt (warum?). Auch Aldehyde, Alkylarylketone und in geringe-<br />
) Acetylnitrat: Diese Verbindung ist so explosiv, daß vor ihrer Isolierung dringend gewarnt werden muß.<br />
Statt reines Acetylnitrat anzuwenden, kann mit gleichem Resultat die Substanz in Eisessig/Acetanhydrid<br />
gelöst und 100%ige Salpetersäure langsam und unter guter Kühlung und Temperaturkontrolle hinzugefügt<br />
werden. Das Acetylnitrat wird hierbei in statu nascendi verbraucht. Jedoch muß auch ein solches<br />
Gemisch sowohl bei der Durchführung der Nitrierung (Temperaturkontrolle!) als auch bei der Aufarbeitung<br />
mit besonderer Vorsicht gehandhabt werden. Das gleiche gilt für das weniger häufig verwendete<br />
Benzoylnitrat. Stets Schutzschild verwenden!<br />
Unfälle beim Nitrieren mit Acetylnitrat Chem. Tech. 7 (1955), 121; Angew. Chem. 67 (1955), 157;<br />
Nachr. Chem. Tech. 1963,299; Chem. Labor Betrieb 1966,346.
D. 5.1. Elektrophile aromatische Substitution 359<br />
rem Maße Alkylaromaten unterliegen unter Umständen der Oxidation. Phenole lassen sich<br />
aus dem gleichen Grunde nur in verdünnter Salpetersäure einigermaßen glatt nitrieren, wobei<br />
die Mononitroprodukte entstehen. Die direkte Nitrierung zu Polynitrophenolen ist so nicht<br />
möglich. Man geht in diesem Fall einen Umweg, indem man zunächst sulfoniert und dann die<br />
Sulfogruppen gegen Nitrogruppen austauscht (z. B. bei der Darstellung von Pikrinsäure und<br />
2,4-Dinitro-naphth-l-ol-7-sulfonsäure (Naphtholgelb S); vgl. dazu D.5.I.4.).<br />
Da die Nitrogruppe die Reaktionsfähigkeit des Aromaten gegenüber elektrophilen Substitutionen<br />
stark herabsetzt, besteht die Gefahr der Zweitnitrierung nur bei sehr reaktionsfähigen<br />
Aromaten.<br />
Der schwierigste Teil der Präparation ist häufig die Trennung von Isomerengemischen, vor<br />
allem der o- und p-Isomeren, die oft in fast gleicher Menge entstehen. Vielfach angewandte<br />
Trennmethoden sind: Ausfrieren, Umkristallisieren, fraktionierte Destillation, Wasserdampfdestillation.<br />
(So sind z. B. o-Nitro-phenole im Gegensatz zu den p-Verbindungen mit Wasserdampf<br />
flüchtig.) Oft müssen diese Methoden kombiniert werden.<br />
In die Arbeitsvorschrift wurden nur solche Beispiele aufgenommen, bei denen weitgehend<br />
einheitliche Produkte entstehen bzw. die Trennung der isomeren Substitutionsprodukte relativ<br />
leicht möglich ist.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Nitrierung von Aromaten (Tab. 5.16)<br />
I<br />
Achtung! Vorsicht beim Arbeiten mit Salpeter- und Schwefelsäure, Schutzbrille, Abzug!<br />
(s. auch Reagenzienanhang). Di- und Polynitroverbindungen dürfen nicht destilliert werden,<br />
da hierbei Explosionen möglich sind.<br />
Zur Herstellung der Nitriersäure legt man die Salpetersäure vor und fügt unter Kühlen mit<br />
Eiswasser und Rühren die Schwefelsäure langsam zu.<br />
Die Zusammensetzung der Nitriersäure richtet sich nach der Reaktivität des zu nitrierenden<br />
Aromaten. Für einen Ansatz von 0,1 mol Aromat nimmt man:<br />
Variante A: bei reaktionsträgen Aromaten. 10 ml (0,23 mol) 100%ige Salpetersäure (D = 1,5),<br />
14 ml konz. Schwefelsäure;<br />
Variante B: bei Aromaten mittlerer Reaktivität. 10 ml (0,15 mol) konz. Salpetersäure (68%ig;<br />
D = 1,41), 12 ml konz. Schwefelsäure;<br />
Variante C: bei reaktionsfähigen Aromaten. 33 ml (0,3 mol) 40%ige wäßrige Salpetersäure.<br />
In einem 250-ml-Dreihalskolben mit Rührer, Tropftrichter und Innenthermometer (Lüftung<br />
lassen!) legt man 0,1 mol Aromat vor. Dann gibt man unter gutem Rühren und Kühlen die vorher<br />
auf mindestens 1O 0 C gekühlte Nitriersäure langsam aus dem Tropftrichter zu, wobei man<br />
die Temperatur auf 5 bis 1O 0 C hält (Eisbad). Bei den reaktionsfähigen Aromaten (Variante C)<br />
wird nach beendeter Zugabe noch 30 Minuten bei Zimmertemperatur gerührt, bei den anderen<br />
(Varianten A und B) 2 bis 3 Stunden.<br />
Danach gießt man die Reaktionsmischung vorsichtig in etwa 300 ml Eiswasser und rührt gut<br />
durch. Feste Nitroprodukte werden abgesaugt, gründlich mit Wasser gewaschen und weiter<br />
gereinigt (meist umkristallisiert). Flüssige Nitroverbindungen trennt man im Scheidetrichter<br />
ab, die wäßrige Lösung wird einmal ausgeethert, die vereinigten organischen Phasen werden<br />
mit Wasser, bis zur Neutralität mit Natriumhydrogencarbonatlösung und nochmals mit Wasser<br />
gewaschen, über Calciumchlorid getrocknet und destillativ aufgearbeitet.<br />
Die Methode ist gut für Halbmikropräparationen geeignet. Man kann dabei auf Rührer,<br />
Tropftrichter und Kontrolle der Innentemperatur verzichten. Die Nitriersäure wird langsam<br />
unter Schütteln zugesetzt, wobei man gut kühlt.
360 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Tabelle 5.16<br />
Nitrierung von Aromaten<br />
Produkt<br />
m-Dinitro-benzen<br />
2,4-Dinitro-toluen<br />
m-Nitro-benzoesäurernethylester<br />
m-Nitro-benzaldehyd<br />
p-Brorn-nitrobenzen<br />
p-Nitro-benzylcyanid<br />
Nitrobenzen<br />
1 -Nitro-naphthalen<br />
o-Nitro-toluen<br />
p-Nitro-toluen<br />
4-Nitro-veratrol<br />
o-Nitro-phenol<br />
p-Nitro-phenol<br />
Ausgangsverbindung<br />
Nitrobenzen<br />
p-Nitro-toluen<br />
Benzoesäurernethylester<br />
Benzaldehyd<br />
Brombenzen<br />
Benzylcyanid<br />
Benzen<br />
Naphthalen<br />
Toluen<br />
Veratrol<br />
Phenol<br />
Variante<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
B<br />
B<br />
B<br />
C<br />
C<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
" 2 D°<br />
F 90 (EtOH)<br />
F 71 (MeOH)<br />
F 78 (MeOH)<br />
F 58 (EtOHAV.)<br />
F 126 (EtOH)<br />
F117(80%iges<br />
EtOH)<br />
992,7(20)<br />
1,5532<br />
F 57 (EtOH)<br />
9413(10)<br />
1,5472<br />
101^3(10)<br />
F 55(EtOH)<br />
F 98 (EtOH)<br />
F 46 (EtOH)<br />
F 114(W)<br />
Ausbeute<br />
in %<br />
80<br />
80<br />
80<br />
40<br />
80<br />
60<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
70<br />
30<br />
10<br />
Bemerkungen<br />
Nitriersäure bei<br />
60°Czutropfen,<br />
30 Min. auf 80 0 C<br />
erhitzen<br />
o<br />
Nitriersäure vorlegen,<br />
Benzaldehyd<br />
zutropfen<br />
bei -5 0 C arbeiten<br />
*) m-Nitro-benzoesäure gewinnt man zweckmäßig durch Verseifung des m-Nitro-benzoesäuremethylesters<br />
(vgl. hierzu KAMM, O.; SEGUR, J. B., Org. Synth., CoIl. Vol. I (1956), 391), da durch direkte Nitrierung<br />
von Benzoesäure ein schwer trennbares Isomerengemisch entsteht.<br />
2 ) Nitriersäure vorlegen, feingepulvertes Naphthalen bei 45 bis 50 0 C eintragen, 45 Minuten bei 60 0 C nachrühren;<br />
Rohprodukt zunächst mit Wasserdampf destillieren, um unverbrauchtes Naphthalen zu entfernen.<br />
3 ) p-Isomeres mit Eis/Kochsalz-Mischung ausfrieren, rasch absaugen, mit wenig kaltem Petrolether<br />
waschen; aus dem Filtrat o-Isomeres über eine 30-cm-Vigreux-Kolonne mit elektrisch beheiztem Mantel<br />
im Vakuum abdestillieren, aus dem Rückstand restliches p-Isomeres ausfrieren.<br />
4 ) Veratrol gegebenenfalls durch Waschen mit 10%iger Natronlauge und Wasser und anschließende<br />
Destillation von Guajacol reinigen; beim Umkristallisieren Aktivkohle zusetzen.<br />
5 ) Salpetersäure vorlegen, Phenol mit etwas Wasser verflüssigt zutropfen; Nitriersäure vom halbfesten<br />
Gemisch der Nitrophenole abgießen, dieses zweimal mit Wasser waschen; o-Isomeres mit Wasserdampf<br />
überdestillieren; aus dem erkalteten Rückstand p-Nitro-phenol absaugen, aus 3%iger Salzsäure unter<br />
Zusatz von Aktivkohle Umkristallisieren.<br />
3-Nitro-acetophenon: CARSON, B. B.; HAZEN, R. K., Org. Synth., CoIl. Vol. II (1943), 434;<br />
3-Nitro-phthalsäure: MOSER, C. M.; GOMPF, Th., J. Org. Chem. 15 (1950), 583;<br />
4-Nitro-pyridin-N-oxid, 4-Nitro-chinolin-N-oxid, 4-Nitro-pyridin: OCHIA, E., J. Org. Chem.<br />
18 (1953), 534;<br />
3,5-Dinitro-benzoesäure: BREWSTER, R. Q.; WILLIAMS, B., Org. Synth., CoIl. Vol. III (1955), 337.<br />
Beispiele für die Nitrierung von Aminen:<br />
N-(l-Nitro-naphth-2-yl)acetamid: HARTMANN, W. W.; SMITH, L. A., Org. Synth. CoIl. Vol. II<br />
(1943), 438;<br />
4-Methoxy-2-nitro-anilin (über das entsprechende Acetanilid); FANTA, P. E.; TARBELI, D. S.,<br />
Org. Synth., CoIl. Vol. III (1955), 661;<br />
2 )<br />
3 )<br />
3 )<br />
4 )<br />
5)<br />
5 )
D. 5.1. Elektrophile aromatische Substitution 361<br />
NyN-Dimethyl-3-nitro-aniün (Nitrierung in stark schwefelsaurer Lösung): FITCH, H. M., Org.<br />
Synth., CoIl. Vol. III (1955), 658.<br />
Im Laboratorium verwendet man aromatische Nitroverbindungen hauptsächlich als Ausgangsprodukte<br />
zur Gewinnung von Aminen, Hydroxylaminen und anderen Reduktionsprodukten<br />
(vgl. D.8.I.).<br />
In der Technik ist die Nitrierung eine wichtige Grundreaktion. Nitroverbindungen werden als Sprengstoffe<br />
(2,4,6-Trinitrotoluen, 1,3,5-Trinitrobenzen, Nitrobenzen im Gemisch mit N2O4 als Panclasit) verwendet.<br />
Von großer Bedeutung ist die Reduktion zu den Aminen, die als Zwischenprodukte für Farbstoffe und<br />
Pharmazeutika dienen (vgl. D.8.I.). Aus 2,4-Dinitro-toluen bzw. 2,4-/2,6-Dinitro-toluen-Gemischen und<br />
anderen Dinitroaromaten werden Diisocyanate für die Gewinnung von Polyurethanen hergestellt. m-Phenylendiarnin<br />
aus m-Dinitro-benzen ist Kondensationskomponente für Polyamidfasern mit hoher Zersetzungstemperatur.<br />
Ebenfalls über die Reduktion der entsprechenden Nitroverbindungen werden p-Phenylendiamin-,<br />
Diphenylamin- und Aminophenolderivate gewonnen, die als Antioxidantien und Alterungsschutzmittel<br />
eingesetzt werden.<br />
Die Bedeutung nitrierter Aromaten als Zwischenprodukte zeigen die beiden folgenden Nitroverbindungen<br />
und die von ihnen abgeleiteten Produkte; man formuliere die Umsetzungen!<br />
- p-Nitro-toluen: p-Toluidin, 2-Chlor-4-nitro-toluen, p-Nitro-benzoesäure, 2,4-Dinitro-toluen.<br />
- p-Chlor-nitrobenzen: p-Nitro-phenol, p-Chlor-anilin, p-Nitro-diphenylamin, p-Nitro-anisol, p-Nitro-phenetol,<br />
p-Phenylendiamin, p-Nitro-anilin, l ,2-Dichlor-4-nitro-benzen.<br />
Die Nitrierung kann auch zur Charakterisierung aromatischer Kohlenwasserstoffe herangezogen<br />
werden. Anschließende Reduktion der erhaltenen Produkte zu Aminen ermöglicht die<br />
Darstellung weiterer Derivate (vgl. E.2.6.).<br />
Gewisse Nitroverbindungen, wie Pikrinsäure, Styphninsäure, 1,3,5-Trinitrobenzen, 2,4-Dinitro-phenylhydrazin,<br />
3,5-Dinitro-benzoesäure u. a., sind wichtige Reagenzien zur Identifizierung<br />
organischer Verbindungen (vgl. E. 2.1.1.3. E.2.2.7.2. und E.2.5.).<br />
5.1.4. Sulfonierung<br />
Die gebrächlichsten Sulfonierungsmittel sind 70- bis 100%ige Schwefelsäure und Oleum mit<br />
verschiedenem SO3-Gehalt.<br />
Sowohl das freie Schwefeltrioxid als auch das HSO3®-Kation werden als die eigentlichen<br />
sulfonierenden Reagenzien angenommen:<br />
bzw.:<br />
+ H® 0,°<br />
H2SO4 + SO3 ^=^ H2S2O7 ^^ H2SO4 + HO-S<br />
-H® o<br />
^ -H®<br />
CT ^OH +H©<br />
SO3H<br />
[5.17]<br />
[5.18]<br />
Die Sulfonierung ist im Gegensatz zur Nitrierung und den meisten anderen elektrophilen<br />
Substitutionen am Aromaten eine reversible Reaktion:<br />
ArH + H2SO4 =^ ArSO3H + H2O [5.19]<br />
Die Hydrolyse der Sulfonsäuren gelingt je nach ihrer Stabilität schon mit Wasser oder mit<br />
Schwefelsäure verschiedener Konzentrationen besonders bei höherer Temperatur.
362 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Auch durch starke Salpetersäure läßt sich die Sulfonsäuregruppe verdrängen („Ipso-Substitution"),<br />
wodurch sich Nitroverbindungen darstellen lassen. Dieses Verfahren hat dann Bedeutung,<br />
wenn der betreffende Aromat gegen Salpetersäure nicht beständig ist. So läßt sich Pikrinsäure<br />
(2,4,6-Trinitro-phenol) über die oxidationsbeständige 4-Hydroxy-benzen-l,3-disulfonsäure<br />
herstellen:<br />
-2H2O<br />
SO3H<br />
SO3H<br />
H 3 HNO3<br />
- 2 H2SO4 , - H2O<br />
[5.20]<br />
In prinzipiell gleicher Weise werden 2,4-Dinitro-naphth-l-ol (Martius-Gelb) und 2,4-Dinitronaphth-l-ol-7-sulfonsäure<br />
(Naphtholgelb S) dargestellt. Infolge der Reversibilität der Sulfonierung<br />
kann der Ort, an dem eine Sulfogruppe in den aromatischen Kern eintritt, von den Reaktionsbedingungen<br />
abhängig sein. So bildet sich bei der SuIf oniemng von Naphthalen bei niedrigen Temperaturen<br />
(< 8O 0 C, kinetische Kontrolle, vgl. C.3.2.) hauptsächlich die a-Naphthalensulfonsäure.<br />
Bei höherer Temperatur jedoch (18O 0 C, thermodynamische Kontrolle) ist das Gleichgewicht<br />
[5.21] weitgehend auf die Seite der Ausgangsprodukte verschoben, so daß die a-Säure wieder in die<br />
Komponenten zerfällt. In einer normalen Sulfonierungsreaktion entsteht nun die ß-Naphthalensulfonsäure<br />
1 ) deren Bildung unter diesen Bedingungen nicht reversibel ist:<br />
SO3H<br />
SO3H<br />
18O 0 C<br />
[5.21]<br />
Die Reversibilität der Sulfonierung kann zur Blockierung reaktionsfähiger Positionen im<br />
aromatischen Ring ausgenutzt werden.<br />
Bei Sulfonierungen muß die Reaktivität des Sulfonierungsmittels auf die Reaktionsfähigkeit<br />
des Aromaten abgestimmt werden. Schwefelsäure als das schwächste der gebräuchlichen SuIfonierungsmittel<br />
läßt sich nur bei den reaktionsfähigeren aromatischen Verbindungen anwenden.<br />
Mit fortschreitender Sulfonierung nimmt dabei die Reaktionsgeschwindigkeit infolge der<br />
Verdünnung der Schwefelsäure durch das Reaktionswasser ab, und die Umsetzung kommt<br />
schließlich zum Stillstand. Um das Gleichgewicht der Sulfonierungsreaktion möglichst weit<br />
nach rechts zu verschieben, wird daher entweder ein Überschuß an Schwefelsäure verwendet<br />
(dieser erschwert jedoch die Isolierung der Sulfonsäure) oder günstiger das während der Reaktion<br />
gebildete Wasser entfernt. Das kann oft am einfachsten durch azeotrope Destillation erfolgen<br />
(s. A.2.3.5.). Als „Schlepper" dient ein Lösungsmittel (Chloroform, Ligroin) bzw. ein Überschuß<br />
der zu sulfonierenden Verbindung. Aromatische Amine werden durch trockenes Erhitzen<br />
ihrer Hydrogensulfate (bzw. durch längeres Erhitzen mit Schwefelsäure) sulfoniert (Back-<br />
Verfahren):<br />
HSO4 0<br />
HO3S NH2 -i- H2O [5.22]<br />
1 J Es handelt sich nicht um eine Umlagerung der a- in die ß-Säure.
D. 5.1. Elektrophile aromatische Substitution 363<br />
Zur Sulfonierung der weniger reaktionsfähigen Aromaten ist Oleum das am häufigsten<br />
angewandte Sulfonierungsmittel. Man verwendet es meist in Konzentrationen von 5 bis 30%<br />
und je nach Reaktionsfähigkeit der eingesetzten Verbindung und gewünschtem Sulfonierungsgrad<br />
bei verschiedenen Temperaturen. So wird Benzen von 10%igem Oleum bei Raumtemperatur<br />
in die Monosulfonsäure, bei 200 bis 25O 0 C in die m-Disulfonsäure überführt.<br />
Zur schonenden Sulfonierung kann man mit Schwefelsäure oder Schwefeltrioxid in<br />
Lösungsmitteln (Chloroform, flüssigem Schwefeldioxid) arbeiten.<br />
Additionsverbindungen von SO3 mit tertiären Basen (z. B. Pyridin) oder cyclischen Ethern (z. B. Dioxan)<br />
sind selektive, insbesondere für 7r-Elektronenüberschußaromaten geeignete Sulfonierungsmittel. Ihre<br />
Reaktivität sinkt mit zunehmender Nucleophilie des Lösungsmittels. Man diskutiere die unterschiedliche<br />
Reaktivität von SO3 in Nitrobenzen, Chloroform und flüssigem SO2.<br />
Technisch gewinnt die Sulfonierung mit Schwefeltrioxid-Luft-Gemischen steigende Bedeutung.<br />
Die häufigste Nebenreaktion bei Sulfonierungen ist die Sulfonbildung, bei der schon gebildete<br />
Sulfonsäure als sulfonierendes Reagens wirkt (formulieren!). Sie kann durch einen hohen<br />
Überschuß an Schwefelsäure (bzw. Oleum, Chlorsulfonsäure) zurückgedrängt werden. Hohe<br />
Temperaturen begünstigen sie.<br />
Schwefelsäure, noch stärker Oleum, wirkt vor allem bei höheren Temperaturen auf organische<br />
Verbindungen oft oxidierend (SO2-Entwicklung!) und verkohlend.<br />
Sulfonsäuren sind mit Ausnahme der Aminosulfonsäuren (innere Salzbildung) gut wasserlösliche,<br />
starke Säuren. Da sie häufig auch in überschüssigem Sulfonierungsmittel löslich sind,<br />
bereitet ihre Isolierung oft Schwierigkeiten. In vielen Fällen kann das Alkalisulfonat aus der<br />
wäßrigen Lösung mit Kochsalz oder Natriumsulfat „ausgesalzen" werden:<br />
ArSO3H + NaCI ===== ArSO3Na + HCI [5.23]<br />
Die Natriumsalze sind für weitere Umsetzungen meist direkt verwendbar.<br />
Die Barium- und Calciumsulfonate sind im Gegensatz zu den Erdalkalisulfaten im allgemeinen<br />
in Wasser löslich. Überschüssige Schwefelsäure kann daher auch als Erdalkalisulfat abgetrennt<br />
werden. Die Sulfonsäuren lassen sich aus den Erdalkalisulfonaten dann z.B. durch<br />
Ionenaustauscher in Freiheit setzen.<br />
Die Isolierungsprobleme sind auch dadurch zu umgehen, daß man die Sulfonierung mit<br />
Chlorsulfonsäure durchführt. Dabei entstehen die Sulfochloride, die in Wasser schwer löslich<br />
sind und sich darin wesentlich langsamer zersetzen als die meisten Carbonsäurechloride:<br />
ArH + CISO3H ArSO3H + HCI<br />
ArSO3H + CISO3H - ArSO2CI + H2SO4<br />
[5.24]<br />
Aus den Sulfochloriden lassen sich die freien Sulfonsäuren durch Hydrolyse gewinnen. Für<br />
viele Umsetzungen sind die Sulfochloride besser geeignet als die Sulfonsäuren bzw. ihre Salze.<br />
Im Laboratorium zieht man deshalb die Chlorsulfonierung der Sulfonierung oft vor. Wie aus<br />
[5.24] hervorgeht, müssen pro Mol Aromat mindestens 2 mol Chlorsulfonsäure eingesetzt werden.<br />
Bei den weniger reaktionsfähigen Aromaten wird die Chlorsulfonsäure häufig in größerem<br />
Überschuß angewandt, um die Bildung von Sulfonen zurückzudrängen.<br />
Die Ausbeute hängt mitunter erheblich von der Reinheit der Chlorsulfonsäure ab (vgl. Reagenzienanhang).<br />
Viele Sulfochloride sind im Gegensatz zu den meisten Sulfonsäuren destillierbar.
364 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Chlorsulfonierung von Aromaten (Tab. 5.25)<br />
Achtung! Vorsicht beim Arbeiten mit Chlorsulfonsäure. Abzug, Schutzbrille, Schutzhandschuhe<br />
(s. auch Reagenzienanhang)!<br />
Für einen Ansatz von 0,5 mol Aromat arbeitet man in einem 1-1-Dreihalskolben, der mit einem<br />
Rührer, Rückflußkühler mit Gasableitungsrohr, Innenthermometer und gegebenenfalls einem<br />
Tropftrichter ausgestattet ist.<br />
A. Wenig reaktionsfähige Aromaten<br />
Der Aromat wird mit der 3fach molaren Menge reiner Chlorsulfonsäure auf einmal versetzt<br />
und unter Rühren langsam auf 110 bis 12O 0 C erhitzt, so daß die Abspaltung von Chlorwasserstoff<br />
gut in Gang bleibt. Gegen Ende der Reaktion steigert man die Temperatur nochmals um<br />
10 0 C. Die Reaktion ist beendet, wenn kein Chlorwasserstoff mehr gebildet wird. Aufarbeitung<br />
s. unten.<br />
B. Aromaten mittlerer Reaktivität<br />
Chlorsulfonsäure (3 mol pro Aromat) wird vorgelegt und der Aromat unter gutem Rühren<br />
und Kühlen auf O bis 5 0 C langsam zugegeben. Danach rührt man bei Zimmertemperatur weiter,<br />
bis die Chlorwasserstoffentwicklung zu Ende ist.<br />
C. Reaktionsfähige Aromaten (Mono-Chlorsulfonierung)<br />
Der Aromat wird in trockenem Chloroform (250 ml pro Aromat) gelöst und die doppelt<br />
molare Menge Chlorsulfonsäure unter gutem Rühren und Kühlen bei etwa -1O 0 C zugetropft.<br />
Man rührt bei dieser Temperatur so lange weiter, wie noch lebhaft Chlorwasserstoff abgespalten<br />
wird. Dann läßt man auf Zimmertemperatur erwärmen und rührt bis zur Beendigung der<br />
Chlorwasserstoffentwicklung.<br />
Aufarbeitung<br />
Die Reaktionsmischung wird sehr vorsichtig unter gutem Umrühren auf zerstoßenes Eis<br />
gegeben (Abzug!) und das abgeschiedene Sulfonsäurechlorid entweder abfiltriert (feste Produkte)<br />
oder mit Chloroform oder Toluen extrahiert (flüssige Produkte). Feststoffe wäscht man<br />
sorgfältig mit Eiswasser, Extrakte flüssiger Produkte mit Wasser, Natriumhydrogencarbonatlösung<br />
und Wasser. Schließlich kristallisiert man das vorher an der Luft getrocknete Produkt um<br />
bzw. destilliert. 1 )<br />
Die Reaktion läßt sich im Halbmikromaßstab durchführen. Sie hat in dieser Form Bedeutung<br />
für die qualitative Analyse von aromatischen Verbindungen.<br />
Tabelle 5.25<br />
Chlorsulfonierung von Aromaten<br />
Produkt<br />
m-Nitro-benzensulfochlorid<br />
Benzensulf ochlorid<br />
Ausgangsverbindung<br />
Nitrobenzen<br />
Benzen<br />
Variante<br />
A<br />
B<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
» 2 D°<br />
F 62 (Et2O)<br />
114l3(l(n<br />
F 14,5<br />
1,5521<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
75<br />
75<br />
Bemerkungen<br />
1 J Beim Abdestillieren der genannten Lösungsmittel wird das noch anwesende Wasser azeotrop entfernt.<br />
! )
Tabelle 5.25 (Fortsetzung)<br />
Produkt Ausgangsverbindung<br />
p-Toluen-sulfochlorid Toluen<br />
o-Toluen-sulfochlorid<br />
p-Ethyl-benzensulfochloridp-Propyl-benzensulfochloridp-Isopropyl-benzensulfochlorid/?-Butyl-benzensulfochloridp-Acetamido-benzensulfochloridp-Chlor-benzensulfochlorid<br />
p-Methoxy-benzensulfochlorid<br />
Ethylbenzen B<br />
Propylbenzen B<br />
Isopropylbenzen B<br />
Butylbenzen B<br />
Acetanilid<br />
Chlorbenzen<br />
D. 5.1. Elektrophile aromatische Substitution 365<br />
Variante Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
n 2 ?<br />
B F 69<br />
(Petrolether)<br />
126u(io)<br />
1,5565<br />
!682,005)<br />
1,5469<br />
1421,6(12)<br />
F149 (Me2CO)<br />
1472,o(i5)<br />
F 53 (Et2O)<br />
Anisol 55<br />
F 42<br />
(Petrolether)<br />
Ausbeute<br />
in %<br />
30 2 )<br />
25 2 )<br />
60<br />
60<br />
60<br />
60<br />
80<br />
Bemerkungen<br />
stets unter 5 0 C<br />
arbeiten; nach<br />
Abdampfen des<br />
Chloroforms<br />
p-Isomeres ausfrieren<br />
und absaugen<br />
(vgl. Abb.<br />
A.40)<br />
aus dem Filtrat<br />
o-Isomeres über<br />
Vigreux-Kolonne<br />
destillieren<br />
80 Chlorsulfonsäure<br />
in ChIf. (250 ml<br />
pro mol Chlorsulfonsäure)vorlegen;<br />
Aromat bei<br />
25 0 C zutropfen,<br />
danach l Std. bei<br />
25 0 C rühren<br />
1) Destillationsrückstand ist Diphenylsulfon; Kpi,3(10) 225 0 C; F128 0 C (MeOH).<br />
2 ) Wird das Toluen vorgelegt, so erhält man nurp-Toluen-sulfochlorid (65 % Ausbeute).<br />
3 ) Acetanilid bei 15 0 C eintragen, Reaktion bei 6O 0 C zu Ende führen; zur Reinigung Rohprodukt in wenig<br />
Aceton bei 35 0 C lösen, auf -10 0 C kühlen, absaugen, Kristalle mit eiskaltem Toluen waschen.<br />
Naphth-2-ol-sulfonsäure durch Chlorsulfonierung von ß-Naphthol und weitere Umsetzung<br />
zu2-Amino-naphthalen-l-sulfonsäure (Tobias-Säure): FIERZ-ÜAVID, H. E., BLANGEY, L., Grundlegende<br />
Operationen der Farbenchenchemie, 8. Aufl., Springer-Verlag, Wien 1952, S. 189.<br />
Chlorsulfonierung (Allgemeine Arbeitsvorschrift für die qualitative Analyse)<br />
Für reaktionsfähige Verbindungen werden 0,5 g Aromat im Reagenglas in 3 ml Chloroform<br />
gelöst und unter Eiskühlung 3 ml Chlorsulfonsäure zugetropft. Man läßt 20 Minuten bei<br />
Raumtemperatur stehen, gießt vorsichtig auf etwa 30g zerstoßenes Eis, trennt die Chloroformschicht<br />
ab und wäscht sie mit Wasser. Das Chloroform wird abgedampft und das Rohprodukt<br />
umkristallisiert bzw. in das Sulfonamid übergeführt (vgl. D.8.5.).<br />
Für Aromaten mittlerer und geringer Reaktivität gleiche man die Analysenvorschrift den<br />
Bedingungen der allgemeinen Arbeitsvorschrift für die Chlorsulfonierung von Aromaten an.
\ ( Achtung! Bei der Präparation entwickeln sich Stickoxide. Abzug! Vorsicht beim Umgang<br />
366 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Darstellung von Pyridin-3-sulfonsäure 1 )<br />
| Vorsicht beim Umfang mit Oleum. Abzug, Schutzbrille, Schutzhandschuhe!<br />
In einem 500-ml-Kolben bringt man 40Og 20- bis 22%iges Oleum und tropft unter Rühren und<br />
Kühlen mit Eiswasser l mol Pyridin vorsichtig und langsam hinzu. Nach Zusatz von 2,5 g<br />
Quecksilbersulfat (0,8 Mol-%) stattet man den Kolben mit einem Claisen-Aufsatz aus, an den<br />
man einen Luftkühler und über einen Vakuumvorstoß eine mit etwas konz. Schwefelsäure<br />
beschickte Vorlage anschließt, und erhitzt das Reaktionsgemisch in einem Metallbad 20 Stunden<br />
auf 220 bis 23O 0 C. Anschließend destilliert man 230 bis 24Og Schwefelsäure im Vakuum<br />
Den dunkelbraunen öligen Rückstand versetzt man unter Kühlung mit 200 ml abs. Alkohol<br />
und läßt die Lösung einige Stunden zur Kristallisation der Pyridin-3-sulfonsäure bei O 0 C stehen.<br />
Nach dem Absaugen wird die rohe Säure in 500 ml Wasser gelöst, zur Fällung von noch<br />
darin enthaltenem Quecksilber Schwefelwasserstoff eingeleitet und nach dem Erwärmen der<br />
Suspension auf 80 0 C das Quecksilbersulfid abgesaugt. Das Filtrat engt man bis zur beginnenden<br />
Kristallisation ein, versetzt dann mit 150 ml Alkohol und saugt die Sulfonsäure nach dem<br />
Erkalten ab. F352...356 0 C; Ausbeute 40%.<br />
Darstellung von p-Toluensulfonsäure<br />
In einem 500-ml-Dreihalskolben mit Wasserabscheider (s. Abb. A.83a) und Rührer werden<br />
2 mol reines Toluen mit 0,5 mol konz. Schwefelsäure im Metallbad so lange unter Rückfluß<br />
gekocht, bis sich kein Wasser mehr abscheidet (Dauer etwa 5 Stunden). Wegen des Wassergehalts<br />
der verwendeten Reagenzien ist die abgeschiedene Wassermenge etwas größer als die<br />
berechnete.<br />
Nach dem Erkalten werden dem Reaktionsgemisch 0,5 mol Wasser zugesetzt, wobei die p-<br />
Sulfonsäure als Hydrat auskristallisiert. Zur Entfernung des überschüssigen Toluens und mitgebildeter<br />
o-Toluensulfonsäure wird auf einer Glasfritte abgesaugt und anschließend auf Ton<br />
abgepreßt. Zur Reinigung löst man das p-Toluensulfonsäurehydrat in wenig heißem Wasser,<br />
kocht mit etwas Aktivkohle auf, filtriert heiß und sättigt die erkaltete Lösung mit Chlorwasserstoff.<br />
Die erhaltenen Kristalle werden rasch auf einer Glasfritte abgesaugt und mit eiskalter<br />
konz. Salzsäure nachgewaschen. Diese Reinigung wiederholt man noch zweimal und trocknet<br />
das Sulfonsäurehydrat schließlich im Exsikkator über Kaliumhydroxid und konz. Schwefelsäure<br />
(s. A. 1.10.3.), bis kein Chlorwasserstoff mehr nachweisbar ist. Man erhält farblose Prismen.<br />
F 105 0 C (im zugeschmolzenen Röhrchen); Ausbeute 40%. Das Produkt ist stark hygroskopisch.<br />
p-Toluensulfonsäurehydrat kann auch aus viel Chloroform bzw. aus Dichlorethan umkristallisiert<br />
werden.<br />
VgI. hierzu PERRON, R., Bull. Soc. Chim. France 1952, 966.<br />
Darstellung von Pikrinsäure 2 )<br />
mit konzentrierten Säuren! Schutzbrille!<br />
Pikrinsäure ist ein Explosivstoff. Größere Mengen sollten stets in feuchtem Zustand (etwa<br />
10 % Wasser) aufbewahrt werden.<br />
0,5 mol Phenol werden in einem 500-ml-Erlenmeyer-Kolben mit 1,5 mol konz. Schwefelsäure<br />
versetzt und l Stunde auf dem siedenden Wasserbad erwärmt, wobei sich die Disulfon-<br />
1) Nach McELVAiN, S. M.; GOESE, M. A., J. Am. Chem. Soc. 65 (1943), 2233.<br />
2 ) Die beschriebene Darstellung ähnelt der technischen Durchführung der Reaktion.
D. 5.1. Elektrophile aromatische Substitution 367<br />
säure bildet. Man kühlt im Eis-Kochsalz-Bad auf O 0 C und läßt bei dieser Temperatur unter<br />
Rühren 50%ige Mischsäure, bestehend aus 2 mol Salpetersäure (D = 1,5) und der gleichen<br />
Gewichtsmenge konz. Schwefelsäure, langsam zutropfen. Die Mischung bleibt über Nacht bei<br />
Raumtemperatur stehen und wird dann l Stunde auf 30 0 C erwärmt, danach langsam auf 45 0 C.<br />
Zur Vervollständigung der Reaktion erhitzt man nun einen Teil des Reaktionsgemisches 1 )<br />
(etwa 50 ml) auf dem siedenden Wasserbad und gibt unter Rühren den Rest so zu der vorgewärmten<br />
Lösung, daß die Lösung nicht stark schäumt und keine stärkere Entwicklung nitroser<br />
Gase zu beobachten ist. Danach erhitzt man noch 2 Stunden auf dem siedenden Wasserbad,<br />
fügt vorsichtig 500 ml Wasser zu und kühlt im Eisbad. Die ausgefallenen Kristalle werden<br />
abgesaugt, gut mit kaltem Wasser gewaschen und aus verd. Alkohol (l Vol. Alkohol, 2 Vol.<br />
Wasser) umkristallisiert. F 122 0 C; Ausbeute 90% d. Th.<br />
Die Präparation eignet sich für den Halbmikromaßstab.<br />
Eine Reihe aromatischer Sulfonsäuren besitzt technische Bedeutung. Höhere Alkylbenzensulfonate mit<br />
einem Alkylrest von 12 bis 15 Kohlenstoffatomen werden als Wasch- und Reinigungsmittel verwendet (vgl.<br />
Tab. 5.43). Niedere Alkylnaphthalensulfonate, vor allem die Butylverbindungen, stellen viel gebrauchte<br />
Netz-, Emulgier- und Flotationsmittel dar (Nekale). Da sich die Sulfonsäuregruppe durch Schmelzen mit<br />
Natriumhydroxid gegen die Hydroxylgruppe austauschen läßt (vgl. D.5.2.2.), gewinnt man z. B. Phenol,<br />
Resorcinol, Naphthole, Alizarin über die entsprechenden Sulfonsäuren. Sulfanilsäure und eine große<br />
Anzahl sulfonierter Naphthole und Naphthylamine sind wichtige Zwischenprodukte für wasserlösliche<br />
Azofarbstoffe. Die Sulfonierung von vernetzten Polystyren führt zu stark sauren Kationenaustauscherharzen.<br />
Auch die Chlorsulfonierung wird technisch z. B. zur Darstellung von Sulfonsäurechloriden für Arzneimittel<br />
und Pflanzenschutzmittel (SuIfonamide, Sulfonylharnstoffe, s. D.8.5.) und o-Toluensulfochlorid (für Saccharin,<br />
s. D.6.2.1.) durchgeführt.<br />
In der analytischen Chemie wird die Chlorsulfonierung zur Identifizierung von alkylierten und<br />
halogenierten aromatischen Verbindungen herangezogen. Im Laboratorium dienen Sulfochloride<br />
darüber hinaus als Ausgangsprodukte für die Darstellung von Sulfinsäuren, Thiophenolen u. a. und<br />
zur Identifizierung von Hydroxyl- und Aminoverbindungen (vgl. D.8.5. und E.2.1.1.2.).<br />
5.1.5. Halogenierung<br />
Als Halogenierungsmittel dienen in erster Linie die molekularen Halogene. Durch Fluor werden<br />
allerdings auch die C-C-Bindungen angegriffen, und der Aromat wird abgebaut. Definierte<br />
Fluoraromaten können daher durch direkte Fluorierung nicht erhalten werden.<br />
In unpolaren Lösungsmitteln reagieren Chlor, Brom und lod nur sehr langsam. Durch Einwirkung<br />
eines stark polaren Lösungsmittels oder sog. „Halogenüberträger" (Lewis-Säuren, wie<br />
Aluminiumchlorid und Eisen(III)-chlorid, auch metallisches Eisen) wird das Halogen polarisiert<br />
und erhält dadurch die Eigenschaften einer Lewis-Säure (vgl. DAl.1.). Die elektrophile<br />
Substitution wird dadurch außerordentlich erleichert:<br />
+ CI-CI + FeCI3 ; © | + Cl--FeCI3 I T + HCI + FeCI3 [5.26]<br />
Die stark negativen Aktivierungsentropien solcher Halogenierungen deuten darauf hin, daß<br />
der Katalysator, wie in [5.26] formuliert, spezifisch in den Übergangszustand verwickelt ist.<br />
Die Reaktivität der Halogene steigt vom lod zum Chlor an.<br />
) Unter diesen Bedingungen lassen sich auch größere Ansätze gefahrlos bewältigen. Bei kleinen Ansätzen<br />
von 0,2 mol und weniger kann man gleich die gesamte Reaktionsmischung vorsichtig auf dem Wasserbad<br />
erwärmen.
368 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Durch Verwendung von Halogenierungsmitteln, in denen das Halogen stark positiv polarisiert<br />
ist oder sogar als Kation vorliegt, kann die Halogenierung besonders energisch gestaltet<br />
werden. So gelingt die Bromierung des sehr wenig reaktionsfähigen m-Dinitro-benzens beispielsweise<br />
in konzentrierter Schwefelsäure mit Dibromisocyanursäure (DIB) bereits bei Zimmertemperatur<br />
in kurzen Reaktionszeiten. 1 ) Man vergleiche hierzu die präparativen Beispiele.<br />
Als Bromierungsmittel wird die protonierte Form der DIB angenommen:<br />
O<br />
O2N Br. ,Br<br />
'N N'<br />
^N'<br />
i<br />
H<br />
konz. H2SO4<br />
Zimmertemp.<br />
45 Minuten<br />
.H<br />
^N" "N<br />
^N i<br />
H<br />
[5.27]<br />
Die gleiche Reaktion gelingt bei 10O 0 C in llstündiger Reaktionsdauer mit 52% Ausbeute<br />
in konzentrierter Schwefelsäure auch mit Brom in Gegenwart von Ag2SO4. 2 ) Intermediär sind<br />
hier Bromkationen anzunehmen:<br />
2 Br2 + Ag2SO4<br />
2 Br 0 + 2 AgBr + SO4^ 0<br />
Halogenkationen entstehen auch aus unterhalogeniger Säure im sauren Medium:<br />
H® + HO - Br<br />
©<br />
H2O-Br H2O + Br ©<br />
[5.28]<br />
[5.29]<br />
Die unterhalogenige Säure bildet sich z. B. bei der Reaktion des Halogens mit Wasser (formulieren!).<br />
Als Quelle für unterchlorige Säure kann auch das gut dosierbare Chloramin T in<br />
saurer Lösung eingesetzt werden:<br />
H3C- SO2-N-CI + HCI + H2O H3C-<br />
Na ©<br />
SO2-NH2 + HOCI + NaCI [5.30]<br />
Die Reaktivität des elementaren lods für die aromatische Substitution ist gering, so daß es<br />
nur Phenole und aromatische Amine direkt zu substituieren vermag. Setzt man aber Oxidationsmittel,<br />
wie konzentrierte Schwefelsäure oder Salpetersäure zu, die die Bildung von lodkationen<br />
fördern, bzw. Quecksilberoxid, das den freiwerdenden lodwasserstoff bindet, können<br />
auch reaktionsträge Aromaten direkt iodiert werden.<br />
Der praktische Wert der Halogenierungsreaktionen wird dadurch eingeschränkt, daß die<br />
meisten Aromaten Gemische verschiedener stellungsisomerer Halogenierungsprodukte liefern,<br />
die sich häufig nur schwer trennen lassen.<br />
Bei der Halogenierung von Alkylaromaten ist darüber hinaus mit der radikalischen Substitution<br />
in der Seitenkette als Konkurrenzreaktion zu rechnen (vgl. D. 1.4.). Folgende Faustregel<br />
gibt die Reaktionsbedingungen für den bevorzugten Verlauf von Kern- oder Seitenkettenhalogenierung<br />
an.:<br />
Siedehitze, Sonnenlicht -» Seitenkette („SSS")<br />
Kälte, Katalysator -» Kern (,,KKK")<br />
In Abwesenheit eines Halogenüberträgers, unter Bedingungen, die radikalische Reaktionen<br />
fördern, tritt bevorzugt Halogenierung in der Seitenkette ein.<br />
1) GOTTARDI, W., Monatsh. Chem. 99 (1968), 815.<br />
2) DERBYSHIRE, D. H.; WATERS, W. A., J. Chem. Soc. 1950,573.
( Achtung! Vorsicht beim Arbeiten mit Brom (vgl. Reagenzienanhang)! Tropftrichter gut |~T~<br />
D. 5.1. Elektrophile aromatische Substitution 369<br />
Die Bromierung ist im Labor am einfachsten durchführbar. Wie die verschiedene Reaktivität<br />
der Aromaten 1 ) bei der Auswahl der Halogenierungsbedingungen berücksichtigt werden<br />
muß, ersieht man am Beispiel der Bromierung aus der unten angegebenen allgemeinen<br />
Arbeitsvorschrift. So müssen z. B. reaktionsfähige Aromaten (Phenole, Phenolether, Amine)<br />
in verdünnter Lösung bei niedriger Temperatur bromiert werden, wenn Monobromprodukte<br />
erhalten werden sollen. Es ist in diesen Fällen bequem, das Brom aus einer Waschflasche mit<br />
einem Luftstrom in das Reaktionsgemisch einzuführen.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Bromierung von Aromaten mit molekularem Brom<br />
(Tab. 5.31)<br />
befestigen (Brom hat die Dichte 3,14)! +<br />
Für die Bromierung von 0,5 mol Aromat verwendet man einen 250-ml-Dreihalskolben, der mit G<br />
Rührer, Rückflußkühler, Innenthermometer und Tropftrichter ausgestattet ist. Den entweichenden<br />
Bromwasserstoff leitet man in Wasser und arbeitet auf konstant siedende Bromwasserstoffsäure<br />
auf (vgl. D.I.4.2.).<br />
Das Brom wird zweckmäßig durch Ausschütteln mit konz. Schwefelsäure getrocknet.<br />
A. Reaktionsträge Aromaten<br />
0,6 mol des Aromaten werden mit 4g Eisenpulver (am besten „Ferrum reductum") unter Rühren<br />
auf 100 bis 15O 0 C (s. Tab. 5.31) erwärmt und bei dieser Temperatur so schnell mit 0,35 mol<br />
Brom versetzt, daß möglichst wenig Brom aus dem Kühler entweicht. Um Bromverluste einzuschränken,<br />
soll das Rohr des Tropftrichters bis fast zur Flüssigkeitsoberfläche reichen. Nach<br />
beendeter Zugabe rührt man noch l Stunde bei der angegebenen Temperatur und gibt dann<br />
weitere 4 g Ferrum reductum und 0,35 mol Brom in der gleichen Weise zu. Nach 2stündigem<br />
Rühren bei 15O 0 C destilliert man das Reaktionsprodukt mit Wasserdampf über (mindestens<br />
21 Destillat), extrahiert mit Methylendichlorid oder Chloroform, wäscht sorgfältig mit<br />
10%iger Natronlauge und Wasser und destilliert das Lösungsmittel ab. Der Rückstand wird<br />
destilliert oder umkristallisiert.<br />
B. Aromaten mittlerer Reaktivität<br />
Zu 0,5 mol des Aromaten und l g Eisenpulver läßt man 0,5 mol Brom unter gutem Rühren bei<br />
Raumtemperatur zutropfen. Wenn nach Zugabe von wenig Brom und einer gewissen Induktionsperiode<br />
noch kein Bromwasserstoff entwickelt wird, kann vorsichtig auf 30 bis 4O 0 C<br />
erwärmt werden. Ist die Reaktion angesprungen, wird bei Raumtemperatur weitergearbeitet.<br />
Nach Stehen über Nacht wäscht man die organische Phase mit Wasser, das etwas Natriumhydrogensulfit<br />
enthält, 10%iger Natronlauge und wiederum mit Wasser und destilliert im<br />
Vakuum.<br />
C. Reaktionsfähige Aromaten<br />
0,5 mol Aromat werden in 200 ml Tetrachlorkohlenstoff gelöst und auf O 0 C gekühlt. Unter<br />
gutem Rühren werden 0,4 mol Brom (bzw. entsprechend mehr, wenn mehrere Bromatome eingeführt<br />
werden sollen) in 50 ml Tetrachlorkohlenstoff langsam zugetropft, so daß die Temperatur<br />
stets bei O bis 5 0 C gehalten werden kann (Eis-Kochsalz-Mischung). Nachdem das Brom<br />
zugegeben ist, rührt man noch 2 Stunden bei O bis 5 0 C und bringt die Reaktion dadurch zu<br />
Ende. Aufarbeitung wie bei Variante B.<br />
Die Reaktion ist im Halbmikromaßstab durchführbar, vor allem, wenn keine schwer trennbaren<br />
Isomeren entstehen und das Reaktionsprodukt fest ist.<br />
} Die Chlorierungsgeschwindigkeiten von Fluorbenzen und Anisol unterscheiden sich z. B. um den Faktor<br />
107.
370 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Tabelle 5.5/<br />
Bromierung von Aromaten mit elementarem Brom<br />
Produkt<br />
1 -Brom-3-nitrobenzen<br />
2-Brom-4-nitrotoluen<br />
3-Brom-benzoesäure Benzoesäure<br />
Brombenzen<br />
Benzen<br />
(und 1 ,4-Dibrom-benzen)<br />
4-Brom-tert-butylbenzen tert-Butylbenzen<br />
Brommesitylen<br />
1 -Brom-2-methyl-naphthalen<br />
4-Brom-anisol<br />
4-Brom-phenol 4 )<br />
Ausgangsverbindung<br />
Nitrobenzen<br />
4-Nitro-toluen<br />
Variante<br />
A<br />
A<br />
A<br />
B<br />
B<br />
1 ,3,5-Trimethyl-ben- B<br />
zen (Mesitylen)<br />
2-Methyl-naphthalen<br />
Anisol<br />
Phenol<br />
2,4-Dibrom-phenol 4 ) Phenol<br />
B<br />
C<br />
C<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
n 2 ?<br />
13S2^i8)<br />
F56(verd.EtOH)<br />
F77(verd.EtOH)<br />
F 155 (W.)<br />
156<br />
542)7(20)<br />
n 2 « 1,5598<br />
105l59(14)<br />
n 2 * 1,5309<br />
1052,1(16)<br />
ng> 1,5527<br />
155i, 9(14)<br />
n 2 « 1,6487<br />
1 082j(20)<br />
n^l^öOS<br />
1 222)0(i5)<br />
F 63 (ChIf.)<br />
F 40<br />
Ausbeute<br />
in %<br />
60<br />
80<br />
70<br />
65<br />
'75<br />
40<br />
80<br />
75<br />
60<br />
70<br />
Bemerkungen<br />
bei 145 bis 150 0 C<br />
arbeiten<br />
bei 120 bis 130 0 C<br />
arbeiten<br />
i)<br />
2 )<br />
3 )<br />
kristallisiert oft<br />
erst beim Abkühlen<br />
mit CO2/<br />
MeOH<br />
1) Bei 140 bis 15O 0 C arbeiten; nach zweistündigem Erhitzen auf 15O 0 C noch 3 Stunden bei 26O 0 C rühren;<br />
keine Wasserdampfdestillation; Reaktionsprodukte in Sodalösung lösen, filtrieren, mit verd. Salzsäure<br />
ausfällen.<br />
2 ) Über 30-cm-Vigreux-Kolonne destillieren; der Rückstand besteht aus 1,4-Dibrom-benzen; F 89 (EtOH).<br />
3 ) 0,6 mol Brom verwenden, im Dunkeln arbeiten. Das Rohprodukt enthält hydrolysierbares Brom (in der<br />
Seitenkette). Nach dem Auswaschen wird deshalb mit 100 ml 10%iger alkoholischer Kalilauge 3 Stunden<br />
unter Rückfluß erhitzt, in 400 ml Wasser gegeben, abgetrennt, neutral gewaschen und destilliert.<br />
4 ) Vorsicht! Bei der Aufarbeitung Reaktionsgemisch nicht mit Natronlauge waschen. Die Verbindung<br />
besitzt einen widerlichen und sehr anhaftenden Geruch.<br />
Bromierung von Acetophenonen in Gegenwart von Aluminiumchlorid, das eine Bromierung<br />
der Seitenkette verhindert: PEARSON, D. E.; POPE, H. W.; HARGROVE, W. W, Org. Synth. 40<br />
(1960), 7.<br />
Bromierung von Phenolen (Vorschrift für die qualitative Analyse)<br />
7, 5 g Kaliumbromid werden in 50 ml Wasser gelöst und 5 g Brom hinzugefügt. Diese Lösung<br />
tropft man unter Schütteln zu 0,5 g Phenol in Wasser, Dioxan oder Ethanol, bis eine schwache<br />
Gelbfärbung erhalten bleibt. Nach Zusatz von 20 ml Wasser saugt man das bromierte Produkt<br />
ab, wäscht mit verd. Natriumhydrogensulfitlösung und kristallisiert aus Ethanol oder Ethanol/<br />
Wasser um.
D. 5.L Elektrophile aromatische Substitution 371<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Bromiening desaktivierter Aromaten mit Dibromisocyanursäure<br />
(Tab. 5.32)<br />
Darstellung von Dibromisocyanursäure (DIB)I)<br />
| Achtung! Vorsicht beim Arbeiten mit Brom! (VgI. Reagenzienanhang!) Schutzbrille!<br />
Zu einer Lösung von 0,2 mol Lithiumhydroxid und 0,1 mol gut gemörserter Cyanursäure in l l<br />
Wasser werden bei 2O 0 C auf einmal 0,4 mol (20 ml) Brom hinzugefügt. 2 ) Durch kräftiges<br />
Schütteln bringt man das Brom in Lösung und läßt im Kühlschrank langsam abkühlen. Das<br />
Reaktionsgemisch beläßt man unter gelegentlichem Umschütteln 24 Stunden im Kühlschrank,<br />
saugt die DIB anschließend ab, wäscht mit wenig eiskaltem Bromwasser und trocknet nach<br />
gutem Abpressen auf Ton im Vakuumexsikkator zuerst einen Tag über KOH, dann 24 Stunden<br />
über P2O5. F 307...309 0 C (Z.); Ausbeute 90%.<br />
Das Produkt ist ohne weitere Reinigung für die Bromierung verwendbar.<br />
Bromiemng mit DIB^)<br />
| Achtung! Vorsicht beim Umgang mit konzentrierter Schwefelsäure! Schutzbrille!<br />
15 mmol Aromat (bei Acetophenon 30 mmol) werden in 16 ml konzentrierter Schwefelsäure<br />
in einem Becherglas bei Zimmertemperatur gelöst. Unter Rühren mit einem Magnetrührer<br />
tropft man pro 15 mmol Aromat 7,5 mmol DIB, gelöst in 24 ml konzentrierter Schwefelsäure,<br />
hinzu. Die DIB wird in der Schwefelsäure unter schwachem Erwärmen gelöst. Das Reaktionsgemisch<br />
läßt man 45 Minuten bei Zimmertemperatur stehen. Zur Aufarbeitung gießt man auf<br />
Eis. Feste Produkte, die nicht in Alkli löslich sind, digeriert man zur Entfernung der Cyanursäure<br />
mit verdünnter Natronlauge, wäscht mit Wasser nach und kristallisiert um. Ist das Produkt<br />
alkalilöslich oder ölig, so gießt man das Reaktionsgemisch auf Eis, extrahiert mit Dichlormethan<br />
(Cyanursäure ist in Dichlormethan unlöslich), wäscht den Extrakt mit Wasser und<br />
trocknet ihn über Na2SO4. Nach dem Abdestillieren des Lösungsmittels wird das Produkt<br />
umkristallisiert bzw. im Vakuum destilliert.<br />
Tabelle 5.32<br />
Bromierung desaktivierter Aromaten mit Dibromisocyanursäure<br />
Produkt<br />
l-Brom-3-nitro-benzen<br />
6-Brom-2,4-dinitro-toluen<br />
l-Brom-3,5-dinitro-benzen<br />
3-Brom-benzoesäure<br />
3-Brom-acetophenon<br />
Ausgangsverbindung<br />
Nitrobenzen<br />
2,4-Dinitro-toluen<br />
1 ,3-Dinitro-benzen<br />
Benzoesäure<br />
Acetophenon<br />
Kp (bzw. F) in 0 C<br />
51 (EtOH)<br />
55 (EtOH)<br />
72 (EtOH)<br />
150(MeOHAV.)<br />
1 ^l2J(I6)<br />
F8<br />
/ig> 1,5755<br />
Ausbeute<br />
in %<br />
2,6-Dibrom-4-nitro-anilin: MEYER, R.; MEYER, W.; TAEGER, K., Ber. Deut. Chem. Ges. 53<br />
(1920), 2034.<br />
In der Technik wird hauptsächlich Chlor als Halogenierungsmittel angewandt, wobei in großen Mengen<br />
vor allem Chlorbenzen und gewisse Chlorphenole hergestellt werden.<br />
1<br />
J GOTTARDI, W., Monatsh. Chem. 98 (1967), 507.<br />
2<br />
) Um die Cyanursäure in Lösung zu bringen, muß gegebenenfalls erwärmt werden. Vor der Bromzugabe<br />
ist die Lösung auf 20 0 C abzukühlen.<br />
3<br />
) GOTTARDI, W., Monatsh. Chem. 99 (1968), 815.<br />
70<br />
80<br />
80<br />
75<br />
50<br />
4<br />
G
372 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Chlorbenzen wird z. B. zu Anilin und DDT (s. D.5.1.8.5.) verarbeitet. Die früher verbreitete Phenolsynthese<br />
aus Chlorbenzen ist heute durch das technisch günstigere Hock-Verfahren weitgehend verdrängt<br />
(vgl. D.9.I.3.). Das bei der Chlorierung von Benzen ebenfalls entstehendep-Dichlor-benzen wird als Insektenbekämpfungsmittel<br />
(vor allem gegen Motten) verwendet. Chlorphenole und Chlorcresole dienen als<br />
Desinfektionsmittel.<br />
2,4-Dichlor- und 2,4,5-Trichlor-phenol sind Ausgangsprodukte für die Darstellung der entsprechenden<br />
Chlorphenoxyessigsäuren (vgl. D.2.6.2.), die als selektive Unkrautvernichtungsmittel Verwendung finden.<br />
Mono- und Polychlorbenzene sind darüber hinaus Zwischenprodukte der Farbstoff- und pharmazeutischen<br />
Industrie. Mehrfach und perbromierte Aromaten (Polytribromstyren, Pentabromtoluen, bromierte<br />
Diphenylether u. a.) werden als Flammschutzmittel, mehrfach iodsubstituierte Aromaten als Röntgenkontrastmittel<br />
verwendet.<br />
5.1.6. Thiocyanierung (Rhodanierung)<br />
Mit dem Pseudohalogen Dirhodan (Dicyandisulfan) (SCN)2 gelingt die direkte Einführung der<br />
Thiocyangruppe (-SCN) in aktivierte Aromaten bereits bei oder unter Zimmertemperatur. Da<br />
Dirhodan zur Polymerisation neigt, wird es zweckmäßig aus Alkali- oder Ammoniumthiocyanat<br />
und Brom oder Chlor erst im Reaktionsgemisch hergestellt:<br />
2 SCN 0 + Br2 - (SCN)2 + 2 Br 0 [5.33]<br />
Die Rhodanierung ist auf Phenole, aromatische Amine, höherkondensierte aromatische<br />
Kohlenwasserstoffe, wie Anthracen, einige Heterocyclen und CH-acide Verbindungen<br />
beschränkt. Zusätzliche Substituenten, wie -NO2, -Halogen, -COOH, -COOR stören die<br />
Reaktion an aktivierten Aromaten nicht, solange eine zum Donorsubstituenten freie o- oder<br />
p-Stellung vorhanden ist. Die Thiocyanatgruppe tritt bevorzugt in p-Stellung zur Donorgruppe<br />
ein, wenn diese besetzt ist, erfolgt o-Substitution. Allerdings kommt es dann bei p-substituierten<br />
Anilinen leicht zum Ringschluß unter Bildung von 2-Amino-benzothiazolen:<br />
(SCN)2 + HSCN \ Il \ Ii V-NH2 [5.34]<br />
Als Lösungsmittel eignen sich Eisessig, Ameisensäure oder mit NaBr bzw. NaCl gesättigtes<br />
Methanol oder Methylacetat. Durch Hydrolyse mit starkem Alkali (Alkalischmelze) können<br />
sowohl aus den Thiocyanatoaromaten als auch aus den 2-Amino-benzothiazolen die entsprechenden<br />
Thiophenole hergestellt werden (vgl. auch D.8.5.).<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Einführung der Thiocyanatogruppe (Tab. 5.35)<br />
I<br />
Aus nicht oxidierter Thiocyansäure entsteht in einer Nebenreaktion Blausäure. Unter dem<br />
Abzug arbeiten!<br />
0,1 mol des Aromaten und 0,22 mol Alkali- oder Ammoniumthiocyanat werden in 75 ml Eisessig<br />
in einem Becherglas auf 10 bis 2O 0 C abgekühlt. Unter mechanischem Rühren tropft man<br />
0,1 mol Brom in 20 ml Eisessig zu, wobei die Temperatur unter 2O 0 C gehalten wird. Man läßt<br />
das Reaktionsgemisch anschließend 3 Stunden bei Zimmertemperatur stehen, gießt dann in<br />
das 6- bis Sfache Volumen Wasser, neutralisiert unter Kühlung mit konzentriertem Ammoniak,<br />
läßt auskristallisieren, saugt das Produkt ab und reinigt es durch Umkristallisation.
Tabelle 5 J5<br />
Einführung der Thiocyanatgruppe<br />
D. 5.1. Elektrophile aromatische Substitution 373<br />
Produkt Ausgangsverbindung F in 0 C Ausbeute<br />
4-Amino-phenylthiocyanat<br />
4-Dimethylamino-phenylthiocyanat<br />
4-Hydroxy-phenylthiocyanat<br />
2-Amino-6-ethoxy-benzothiazol<br />
N-(2-Amino-benzothiazol-6-yl)acetamid<br />
2-Amino-6-chlor-benzothiazol<br />
2-Amino-6-methoxy-benzothiazol<br />
2-Amino-6-methyl-benzothiazol<br />
5.1.7. Friedel-Crafts-Alkylierung<br />
Anilin<br />
N,N-Dimethyl-anilin<br />
Phenol<br />
p-Phenetidin<br />
4-Amino-acetanilid<br />
4-Chlor-anilin<br />
p-Anisidin<br />
p-Toluidin<br />
58 (EtOHAV.,<br />
Cyclohexan)<br />
74 (Ligroin,<br />
Kp 90...100)<br />
58 (MeOH/W.)<br />
174 (EtOHAV.)<br />
192 (EtOHAV.)<br />
198 (EtOHAV.)<br />
165 (MeOH)<br />
130 (EtOHAV.)<br />
Ähnlich wie die Halogene können auch Alkylhalogenide durch Lewis-Säuren, wie Alumimumchlorid,<br />
Zinkchlorid, Bortrifluorid u. a., so weit polarisiert werden, daß sie zur elektrophilen<br />
Substitution an Aromaten befähigt sind:<br />
R-CI + AICI3 R Cl AICI3 R 0 AICI4 0 [5.36]<br />
Man formuliere den Ablauf der Alkylierungsreaktion!<br />
Die mit der Komplexbildung nach [5.36] verbundene Polarisierung der R-X-Bindung steigt<br />
vom primären zum tertiären Alkylhalogenid an 1 ) (warum?). Daher nimmt die elektrophile<br />
Aktivität der Alkylhalogenide in dieser Reihenfolge zu. Vom Alkylfluorid zum Alkyliodid<br />
nimmt die Reaktionsfähigkeit ab (vgl. aber Friedel-Crafts-Acylierung, D.5.1.8.1.), da die Komplexbildung<br />
mit dem Katalysator mit zunehmender Größe des Halogens erschwert ist. Außer<br />
den Alkylhalogeniden sind als Alkylierungsmittel auch Alkyltosylate, Alkohole und insbesondere<br />
Olefine gebräuchlich:<br />
R-OH + H-X<br />
R-CH=CH2 + H2SO4<br />
S +<br />
R<br />
8-<br />
O H X R 0 + H2O<br />
©<br />
©<br />
R-CH-CH3 + HSO4<br />
60<br />
65<br />
80<br />
90<br />
75<br />
85<br />
,O [5.37]<br />
[5.38]<br />
Die Reaktion mit Olefinen verläuft entsprechend der Regel von MARKOVNIKOV.<br />
Für Alkylierungen mit Olefinen und Alkoholen werden meist Protonsäuren als Katalysatoren<br />
verwendet. Ihre Aktivität fällt in der folgenden Reihe:<br />
H2F2 > H2SO4 > (P4O10) > H3PO4<br />
[5.39]<br />
) Die Komplexe von Alkylhalogeniden mit den aktiveren Friedel-Crafts-Katalysatoren liegen gewöhnlich<br />
in Form von lonenpaaren ([5.36], II) vor, wie sich aus der Bildung umgelagerter Alkylierungsprodukte<br />
ergibt.
374 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Auch die katalytische Wirksamkeit von Lewis-Säuren ist unterschiedlich:<br />
AICI3 > FeCI3 > SbCI5 > SnCI4 > BF3 > TiCI4 > ZnCI2<br />
[5.40]<br />
In Gegenwart von Wasser, Alkoholen oder Halogenwasserstoffen scheinen Lewis-Säuren<br />
nur als Protonensäuren wirksam zu sein, was in der nachfolgenden Gleichung verdeutlicht<br />
wird:<br />
HX + BF3 H® + XBF3 0 [5.41]<br />
Die angegebenen Reihenfolgen der Wirksamkeit gelten nicht uneingeschränkt, da die Katalysatoraktivität<br />
auch durch die Reaktionsbedingungen und die Reaktionspartner beeinflußt<br />
wird.<br />
Alkohole erfordern mindestens molare Mengen Lewis-Säuren als Katalysatoren, da das bei<br />
der Reaktion entstehende Wasser eine äquimolare Menge des Katalysators in seiner Wirksamkeit<br />
herabsetzt, während für die Umsetzung mit Alkylhalogeniden und Olefinen katalytische<br />
Mengen an Lewis-Säure genügen.<br />
Die Friedel-Crafts-Alkylierung hat im Laboratorium nur begrenzte Bedeutung, da meist<br />
keine einheitlichen Produkte gebildet werden. Folgende Gründe sind hierfür zu nennen:<br />
a) Der entstehende Alkylaromat ist basischer als der ursprüngliche Aromat und wird deshalb<br />
bevorzugt weiter alkyliert. Wenn man monoalkylierte Produkte erhalten will, muß deshalb<br />
stets ein großer Überschuß des Aromaten eingesetzt werden, was einen hohen Trennaufwand<br />
erfordert..<br />
b) Die Friedel-Crafts-Alkylierung ist wie die Sulfonierung reversibel.<br />
Die normalen Substitutionsregeln gelten deshalb nur so weit, wie die Alkylierung unter kinetischer<br />
Kontrolle (s. C.3.2.) abläuft. Die Reaktion muß also rechtzeitig abgebrochen werden, was nur gelingt,<br />
wenn man die Reaktionsgeschwindigkeiten klein halten kann, d. h., wenn man unter milden Bedingungen<br />
(bei niedrigen Temperaturen und mit geringen Katalysatormengen) arbeitet (vgl. Vorschrift!).<br />
Unter thermodynamischer Kontrolle dagegen, d. h. bei höheren Temperaturen, langen Reaktionszeiten<br />
und großen Katalysatormengen, erhält man bei der Alkylierung substituierter Aromaten häufig bevorzugt<br />
m-Substitutionsprodukte.<br />
So entstehen z.B. bei der Methylierung von Toluen mit Methylchlorid und Aluminiumchlorid bei<br />
O 0 C 27%, bei 55 0 C 87% und bei 106 0 C 98% m-Xylen.<br />
Außerdem finden, besonders bei der Verwendung stark wirksamer Katalysatoren, leicht Desalkylierungen<br />
und Umalkylierungen statt. Behandelt man z. B. p-Xylen mit Aluminiumchlorid, so erhält man<br />
neben o- und m-Xylen auch Benzen, Toluen, Trimethylbenzene u. a. Bei Alkylierungen in Gegenwart<br />
von Schwefelsäure, Fluorwasserstoffsäure, Bortrifluorid oder anderen milden Katalysatoren beobachtet<br />
man diese Nebenreaktionen in geringerem Maße.<br />
c) Selbst unter milden Reaktionsbedingungen liefern die primären bzw. secundären Alkylhalogenide<br />
meist in erheblichen Anteilen oder sogar überwiegend secundäre bzw. tertiäre Alkylaromaten.<br />
Das ist verständlich, wenn die Reaktionsbedingungen denen der SNl-Reaktioni)<br />
nahekommen (vgl. [2.6]). Die Umlagerung kann in diesen Fällen oft weitgehend vermieden<br />
werden, wenn man bei tiefen Temperaturen arbeitet.<br />
Auch die Alkylierung mit n-Olefinen führt zu einem Gemisch von secundären Arylalkanen,<br />
da das intermediäre Carbeniumion entsprechend [4.17] isomerisiert wird. Umlagerungen der<br />
Alkylgruppe können auch in den schon am Aromaten befindlichen Substituenten erfolgen.<br />
Diese Reaktion läuft aber erst unter kräftigeren Bedingungen ab.<br />
Wegen der genannten Schwierigkeiten wird nachstehend nur Benzen umgesetzt. Relativ gut<br />
reagieren auch Phenole und Phenolether, während die Alkylierung von Aromaten geringer<br />
Basizität, wie Nitrobenzen und Pyridin, nicht gelingt.<br />
I Die elektrophile aromatische Substitution durch Alkylhalogenide kann auch als nucleophile Substitution<br />
am Alkylhalogenid durch den Aromaten als Nucleophil betrachtet werden (vgl. Tab.2.4.).
D. 5.1. Elektrophile aromatische Substitution 375<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Friedel-Crafts-Alkylierung von Benzen (Tab. 5.42)<br />
Als Reaktionsgefäß dient ein 1-1-Dreihalskolben mit Rührer, Innenthermometer, Tropftrichter<br />
und Rückflußkühler mit Calciumchloridrohr, von dem ein Schlauch in einen zur Hälfte mit<br />
Wasser gefüllten Erlenmeyer-Kolben führt. Der Schlauch soll dabei nicht eintauchen, sondern<br />
über der Wasseroberfläche enden (Abzug!). Im Reaktionskolben werden vorgelegt:<br />
A. beim Umsatz von Alkylhalogeniden: 5 mol thiophenfreies trockenes Benzen 1 ), 0,1 mol wasserfreies<br />
Aluminiumchlorid 1 );<br />
B. beim Umsatz von Alkoholen: 5 mol thiophenfreies Benzen 1 ), l mol wasserfreies Aluminiumchlorid<br />
1 );<br />
C. beim Umsatz von Olefinen: 5 mol trockenes Benzen, l mol konz. Schwefelsäure.<br />
Zum Kolbeninhalt tropft man unter Rühren l mol Alkylierungsmittel. Dabei gibt man<br />
zunächst einige Milliliter ohne Kühlung zu und wartet, bis die Reaktion anspringt. Dann wird<br />
der Rest unter Kühlung mit Eiswasser so zugesetzt, daß die Innentemperatur unter 20 0 C<br />
bleibt. Häufig bilden sich 2 Schichten. Man rührt über Nacht bzw. bis zur Beendigung der<br />
Chlorwasserstoffentwicklung und gießt dann auf Eis. Die organische Phase wird mit Wasser,<br />
Sodalösung und wiederum mit Wasser neutral gewaschen und über Magnesiumsulfat getrocknet.<br />
Das Lösungsmittel wird abdestilliert und der Rückstand umkristallisiert bzw. über eine 20cm-Vigreux-Kolonne<br />
fraktioniert.<br />
Tabelle 5.42<br />
Friedel-Crafts-Alkylierung von Benzen<br />
Produkt Alkylierungsmittel Variante Kp (bzw. F) in 0 C Ausbeute<br />
n 2 , 0 in %<br />
Isopropylbenzen<br />
(Cumen)<br />
tm-Butylbenzen<br />
sec-Butylbenzen 1 )<br />
Cyclohexylbenzen<br />
Propylchlorid<br />
Propylbromid<br />
Isopropylchlorid<br />
Isopropylbromid<br />
Isopropylalkohol<br />
Propen 2 )<br />
tert-Butylchlorid<br />
tert-Butylbromid<br />
tert-Butylalkohol<br />
Isobuten 2 )<br />
Butylchlorid<br />
Butylbromid<br />
sec-Butylchlorid<br />
sec-Butylbromid<br />
Butan-2-ol<br />
Cyclohexen<br />
A<br />
B<br />
C<br />
A<br />
B<br />
C<br />
A<br />
B<br />
C<br />
152<br />
1,4915<br />
169<br />
1,4926<br />
173<br />
1,4901<br />
H Oi 3(i o)<br />
F 8; 1,5260<br />
1 ) Daneben entsteht bei Verwendung der n-Alkylhalogenide etwas n-Alkylbenzen.<br />
2 ) Das Olefin ist gasförmig. Das Reaktionsgefäß muß deshalb an Stelle des Tropftrichters mit einem Gaseinleitungsrohr<br />
versehen werden. Zur Dosierung des Gases vgl. A. 1.6.)<br />
Mit Tetrachlorkohlenstoff wird Benzen je nach den stöchiometrischen Verhältnissen zu<br />
Chlortriphenylmethan (Triphenylmethylchlorid, Tritylchlorid) oder Dichlordiphenylmethan<br />
1 J VgI. Reagenzienanhang.<br />
80<br />
50<br />
75<br />
60<br />
80<br />
60<br />
60<br />
60<br />
65
\\<br />
376 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
alkyliert. Wenn rasch und bei tiefen Temperaturen aufgearbeitet wird, lassen sich diese Halogenide<br />
isolieren, andernfalls werden sie hydrolysiert (vgl. D.2.6.I.), und es entsteht Tritylalkohol<br />
bzw. Benzophenon.<br />
Darstellung von Triphenylmethylchlorid (Tritylchlorid)<br />
In einem 1-1-Dreihalskolben mit Rührer, Tropftrichter und Kühler mit Calciumchloridrohr<br />
tropft man zu einer Aufschwemmung von 0,6 mol Aluminiumchlorid guter Qualität 1 ) in 6 mol<br />
trockenem, thiophenfreien Benzen 1 ) 0,4 mol gut getrockneten Tetrachlorkohlenstoff 1 ). Man<br />
rührt so lange weiter, bis die Chlorwasserstoffentwicklung beendet ist. Dann wird unter Rühren<br />
auf eine Mischung von 300 g Eis und 300 ml konz. Salzsäure gegossen, wobei die Temperatur<br />
stets bei O 0 C bleiben soll. Man trennt die organische Schicht ab, wäscht dreimal mit eiskalter<br />
verd. Salzsäure und schließlich mit Eiswasser. Solange das Tritylchlorid mit Wasser in<br />
Berührung steht, arbeite man möglichst rasch, um die Bildung von Triphenylmethanol (Tritylalkohol)<br />
einzuschränken. Nach dem Trocknen mit Calciumchlorid wird das Lösungsmittel<br />
abdestilliert und der Rückstand aus Ligroin (Kp 90 bis 10O 0 C) unter Zusatz von etwas Acetyloder<br />
Thionylchlorid umkristallisiert. Die Destillation im Feinvakuum (Schwertkolben!) liefert<br />
ein reines Präparat. Kp0,o5(o,4) 170 0 C; F114 0 C; Ausbeute 75%.<br />
Darstellung von Benzophenon<br />
In die oben bei der Darstellung des Tritylchlorids beschriebene Apparatur bringt man 1,5 mol<br />
trockenen Tetrachlorkohlenstoff 1 ) und 0,3 mol Aluminiumchlorid guter Qualität 1 ). Man kühlt<br />
auf 10 bis 15 0 C und gibt von einer Gesamtmenge von 0,7 mol Benzen 2 ml 2 ) auf einmal zu.<br />
Nachdem die Reaktion auf diese Weise zum Anspringen gebracht wurde, kühlt man auf 5 bis<br />
1O 0 C und tropft den Rest des Benzens bei dieser Temperatur zu (genau einhalten!). Nach<br />
Beendigung der Zugabe wird noch 3 Stunden bei 1O 0 C gerührt und dann über Nacht bei<br />
Raumtemperatur stehengelassen.<br />
Man ersetzt den Rückflußkühler durch einen absteigenden Kühler und gibt dann durch den<br />
Tropftrichter vorsichtig 250 ml Wasser zu, wobei nicht gekühlt zu werden braucht, da die Halogenverbindung<br />
ohnehin hydrolysiert werden soll. Der überschüssige Tetrachlorkohlenstoff<br />
wird abdestilliert. Anschließend wird zur Hydrolyse des Dihalogenids 30 Minuten Wasserdampf<br />
durch die Lösung geleitet. Nach dem Abkühlen wird die organische Schicht abgetrennt<br />
und die wäßrige Schicht nochmals mit Toluen extrahiert. Die vereinigten Schichten werden mit<br />
Wasser gewaschen und über Magnesiumsulfat getrocknet. Nach Abdestillieren des Lösungsmittels<br />
fraktioniert man im Vakuum. Kp2,o(i5) 19O 0 C; F 48 0 C; Ausbeute 65 %.<br />
Mit Hilfe der Friedel-Crafts-Alkylierung ist die reversible Blockierung bestimmter Positionen<br />
am Aromaten gegenüber elektrophiler Substitution möglich. Man führt dazu den tert-<br />
Butylrest ein, der auf Grund seiner räumlichen Ausdehnung zusätzlich die beiden ihm benachbarten<br />
o-Stellungen schützt und als Isobuten oder durch Transalkylierung wieder abgespalten<br />
werden kann.<br />
Die Isomerisierung von Xylenen nutzt man technisch (Octafining), um p-Xylen zu erzeugen. Man arbeitet<br />
dabei i. a. mit platinierten Kieselsäure-Tonerde-Präparaten als Katalysator. Das Xylenaufkommen<br />
kann auch durch Transalkylierungsreaktionen im System Toluen/Tri- bzw. Tetramethylbenzen verbessert<br />
werden. Technisch besitzt die Friedel-Crafts-Alkylierung, vor allem mit Olefinen als Alkylierungsmittel,<br />
große Bedeutung. Wichtige Produkte sind in Tabelle 5.43 aufgeführt<br />
Eine technische Totalsynthese von a-Tocopherol (Vitamin E) nutzt die Friedel-Crafts-Alkylierung von<br />
2,3,5-Trimethyl-hydrochinon mit Isophytol:<br />
1 J VgI. Reagenzienanhang.<br />
2 ) Auch bei größeren Ansätzen nicht mehr!
Tabelle 5.43<br />
Technisch wichtige Friedel-Crafts-Alkylierungsprodukte<br />
Produkt Verwendung<br />
Ethylbenzen<br />
Cumen<br />
Alkylbenzene (Ci0-C14)<br />
2,4-Di-tert-butyl-phenol und 2,6-Di-tert-butyl-<br />
4-methyl-phenol<br />
Alkylphenole (C4-C8)<br />
Alkylphenole (Ci2...C15)<br />
Butylnaphthalen<br />
D. 5.1. Elektrophile aromatische Substitution 377<br />
CH3<br />
Säure ^<br />
-H2O*<br />
—» Styren —> Polystyren, Buna S<br />
-» a-Hydroperoxy-cumen —> Phenol (vgl. D. 1.5.)<br />
—» Alkylbenzensulfonate (Tenside) 1 )<br />
—> Antioxidantien<br />
—> Baktericide; Antioxidantien<br />
—» Formaldehyd-Phenol-Harze<br />
—> Alkylphenylpolyglycolether (vgl. Tab. 4.34)<br />
-> Butylnaphthalensulfonat (vgl. D.5.1.4.)<br />
[5.43a]<br />
Alkylbenzensulfonate mit linearer bzw. schwach verzweigter Seitenkette sind aus ökologischen Gründen<br />
günstiger als stark verzweigte Verbindungen, da sie biologisch leichter abgebaut werden.<br />
5.1.8. Elektrophile aromatische Substitution durch Carbonylverbindungen<br />
Carbonylverbindungen, wie Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren und deren Derivate, und carbonylanaloge<br />
Verbindungen, wie z. B. Imidchloride von Carbonsäuren, sind auf Grund der Polarität<br />
der Carbonylgruppe Lewis-Säuren (vgl. Kap. D.7.) und daher prinzipiell zur elektrophilen<br />
Substitution an aromatischen Verbindungen befähigt:<br />
R- S C" J Sf<br />
X<br />
[5.44]<br />
Die elektrophile Aktivität dieser Stoffe ist jedoch relativ gering und muß im allgemeinen<br />
durch die Einwirkung einer Lewis- oder Protonsäure erhöht werden. Dabei greift der saure<br />
Katalysator E bei Ketonen und Aldehyden am Sauerstoff der Carbonylverbindung (bzw. bei<br />
carbonylanalogen N-Verbindungen am Stickstoff) an und erhöht durch Elektronenzug die<br />
positive Ladung des benachbarten C-Atoms:<br />
8-<br />
O1E<br />
[ = H1 R'<br />
[5.45]
378 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Bei Carbonsäurechloriden ist der Angriff des Katalysators am Sauerstoff und am Halogen<br />
möglich, vgl. [5.47].<br />
Als Katalysatoren werden die bei der Friedel-Crafts-Alkylierung bereits genannten Verbindungen<br />
verwendet (s. [5.39] und [5.40], vgl. auch die dort angegebene Aktivitätsreihe).<br />
Die Reaktivität der Carbonylverbindungen wächst in der folgenden Reihe (vgl. dazu [7.3]):<br />
/P /? /P /P /P<br />
CO2 < —C < —G' < —C < — G' < —C 7 X = Halogen, Snurerest [5.46]<br />
NR2 OAr 1 ) R H X<br />
Der Anwendungsbereich der elektrophilen aromatischen Substitution durch Carbonylverbindungen<br />
ist begrenzt: Aromaten mit stark desaktivierenden Substituenten, wie -NO2,<br />
-COR, -CN, werden nicht angegriffen, es sei denn, die Wirkung dieser Gruppen wird durch<br />
zusätzliche Hydroxy-, Alkyl-, Aminogruppen usw. kompensiert.<br />
Die reaktionsfähigsten Carbonylverbindungen, die Säurechloride, lassen sich nach FRIEDEL-<br />
CRAFTS in Gegenwart des sehr wirksamen Aluminiumchlorids noch mit den relativ reaktionsträgen<br />
Halogenbenzenen umsetzen, während Chlormethylierungen mit Formaldehyd in Gegenwart von<br />
Chlorwasserstoff und Zinkchlorid schon Aromaten von der Reaktivität des Benzens erfordern.<br />
Formylierungen mit Säureamiden in Gegenwart von Phosphorylchlorid nach VILSMEIER dagegen<br />
gelingen nur noch glatt mit polycyclischen Kohlenwasserstoffen, Phenolen, Phenolethern und<br />
Aminen. Das sehr reaktionsträge Kohlendioxid schließlich reagiert ohne zusätzlichen elektrophilen<br />
Katalysator lediglich mit den reaktivsten Aromaten, den Phenolaten.<br />
5.1.8.1. Friedel-Crafts-Acylierung<br />
Die Friedel-Crafts-Acylierung aromatischer Verbindungen ist die wichtigste Synthesemethode<br />
für aromatische und aromatisch-aliphatische Ketone. Als Acylierungsmittel werden Säurehalogenide<br />
(meist die Säurechloride), Säureanhydride und u. U. Carbonsäuren verwendet.<br />
Durch Wechselwirkung des ambidenten Säurechlorids mit dem Friedel-Crafts-Katalysator<br />
können sich als eigentliche elektrophile Agentien I, II und das Carbeniumion III bilden:<br />
t};--AICI3 O ©<br />
R-C ^=^ R-C 7 6_ ^== R-C=O + AICI4 0 [5.47]<br />
Cl CI-AICI3<br />
I II III<br />
Die Lage der Gleichgewichte hängt dabei von der Art der Reaktionspartner und vom Lösungsmittel<br />
ab. Lösungsmittel mit hoher Dielektrizitätskonstante begünstigen die Bildung von III.<br />
Man formuliere die gesamte Acylierungsreaktion eines Aromaten mit den elektrophilen<br />
Agentien I und II!<br />
Da die normalerweise als Zwischenverbindungen auftretenden Komplexe [5.47, I bzw. II]<br />
sehr voluminös sind, erhält man bei Friedel-Crafts-Acylierungen monosubstituierter Benzene<br />
praktisch ausschließlich die p-Verbindungen. Infolge dieser hohen Regioselektivität ist die<br />
Friedel-Crafts-Acylierung präparativ sehr wertvoll.<br />
Die Wahl des Katalysators richtet sich nach der Reaktivität des Aromaten. Meist wird Aluminiumchlorid<br />
verwendet, nur bei sehr reaktionsfähigen Systemen (z. B. Thiophen) auch Zinkchlorid,<br />
Schwefelsäure u. a.<br />
Ebenso wie mit dem Acylierungsmittel bilden Aluminiumtrihalogenide auch mit der entstehenden<br />
Carbonylverbindung einen Komplex, der unter den üblichen Reaktionsbedingungen<br />
stabil ist. Friedel-Crafts-Reaktionen mit Acylhalogeniden erfordern deshalb mindestens<br />
l Alkylester wirken alkylierend
D. 5.1. Elektrophile aromatische Substitution 379<br />
molare Katalysatormengen. Bei Umsetzungen mit Säureanhydriden bindet die entstehende<br />
Carbonsäure noch ein weiteres Mol des Katalysators, so daß insgesamt mindestens 2 Mol benötigt<br />
werden. In jedem Falle muß nach Beendigung der Reaktion der gebildete Komplex aus<br />
Keton und Aluminiumchlorid hydrolytisch (mit Eis und Salzsäure) gespalten werden.<br />
Mit Aromaten und Heterocyclen, die reaktiver sind als Benzen, gelingt die Friedel-Crafts-<br />
Acylierung häufig auch mit katalytischen Mengen an Friedel-Crafts-Katalysator (meist werden<br />
hierfür FeCl3,12, ZnCl2 oder Fe eingesetzt). Es wird angenommen, daß der Komplex aus Carbonylverbindung<br />
und Katalysator bei den höheren Temperaturen, bei denen in diesen Fällen<br />
gearbeitet wird, dissoziiert. Der Katalysator kann danach erneut wirksam werden.<br />
Trifluormethansulfonsäure kann die Friedel-Crafts-Acylierung mit Säurechloriden katalysieren. Intermediär<br />
entsteht dabei wahrscheinlich das Anhydrid aus der Carbonsäure und der Sulfonsäure:<br />
1 0 XoHOSO2CF3<br />
/ 8OjC, 4 h<br />
O2N -<br />
O<br />
+ HCI [5.48]<br />
82%<br />
Die Friedel-Crafts-Acylierung läßt sich auf aromatische Kohlenwasserstoffe (auch polycyclische),<br />
Halogenkohlenwasserstoffe und reaktionsfähige Heterocyclen (z.B. Thiophen, Furan)<br />
anwenden. Aromatische Amine bilden mit dem Katalysator einen Komplex, der sich nicht acylieren<br />
läßt. Wird die Aminogruppe durch Acetylierung geschützt, gelingt die Reaktion.<br />
Phenole reagieren mit unterschiedlichem Ergebnis. Für die Darstellung aromatischer<br />
Hydroxyketone zieht man die intermolekulare Umlagerung von Phenolestern in Gegenwart<br />
von Alummiumchlorid der direkten Acylierung von Phenolen vor (Fries'sehe Verschiebung):<br />
H3C^<br />
COCH3<br />
COCH3<br />
[5.49]<br />
Aromaten mit stark desaktivierenden Substituenten, z. B. Nitro-, Cyan- und Carbonylgruppen,<br />
können nach FRIEDEL-CRAFTS nicht acyliert werden. Daher ist bei der Acylierung eine<br />
Zweit- und Polysubstitution nicht zu befürchten.<br />
Außer der Friedel-Crafts-Reaktion mit einfachen Säurechloriden und -anhydriden hat vor<br />
allem die Umsetzung mit Dicarbonsäureanhydriden synthetisches Interesse. Es entstehen<br />
dabei Oxocarbonsäuren, die sich zu Chinonen weiter umsetzen lassen, z. B.:<br />
AlCl3<br />
CO2H<br />
H2SO4<br />
O<br />
Anthrachinon<br />
[5.50]
380 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Die Aroylbenzoesäuren können zur Identifizierung von Alkyl- und Halogenderivaten herangezogen<br />
werden (vgl. Kap. E.). Man formuliere die Darstellung von 1,4-Dihydroxy-anthrachinon<br />
(Chinizarin)!<br />
Als Lösungsmittel bei Friedel-Crafts-Acylierungen kann der Aromat selbst dienen (Überschuß).<br />
Sehr häufig wird Schwefelkohlenstoff angewandt, da er die Reaktivität des Aluminiumchlorids<br />
praktisch nicht beeinträchtigt. Der Komplex aus dem gebildeten aromatischen<br />
Keton und dem Aluminiumchlorid bleibt allerdings meist ungelöst, so daß größere Ansätze<br />
nur unter Schwierigkeiten gerührt und schlecht aufgearbeitet werden können. Schwefelkohlenstoff<br />
ist außerdem sehr leicht entzündlich und giftig (Entzündungsgefahr besteht schon an<br />
10O 0 C heißen Gegenständen, s. auch A.I.7.2.). In Nitrobenzen oder Halogenkohlenwasserstoffen<br />
(Dichlorethan oder Trichlorethylen) wird die Reaktivität des Katalysators durch Komplexbildung<br />
etwas herabgesetzt, die Friedel-Crafts-Acylierung kann in ihnen aber im wesentlichen<br />
homogen geführt werden. Die Halogenkohlenwasserstoffe lassen sich nur unterhalb 50 0 C verwenden,<br />
da sie sonst selbst in Reaktion treten.<br />
Naphthalen liefert in dem wenig polaren Lösungsmittel 1,2-Dichlor-ethan (Ethylenchlorid)<br />
das a-Keton, in stark polarem Medium (Nitrobenzen) dagegen das ß-Keton (s. unten).<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für Friedel-Crafts-Acylierungen mit Säurechloriden (Tab. 5.51)<br />
| Achtung! Es entwickelt sich Chlorwasserstoff. Abzug!<br />
In einem 1-1-Dreihalskolben mit Rührer, Tropftrichter und Rückflußkühler mit Calciumchloridrohr<br />
werden 400 ml 1,2-Dichlor-ethan mit 1,2 mol fein gepulvertem Aluminiumchlorid versetzt<br />
und unter Rühren und Kühlen mit Eiswasser 1,05 mol des Säurechlorids zugetropft.<br />
Anschließend gibt man aus dem Tropftrichter l mol des Aromaten unter Kühlung mit Wasser<br />
so zu, daß die Innentemperatur stets bei etwa 20 0 C bleibt. Dann wird noch l Stunde gerührt<br />
und über Nacht stehengelassen. Bei der Umsetzung der Halogenbenzene erwärmt man 5 Stunden<br />
auf 5O 0 C und verwendet den Aromaten selbst als Lösungsmittel (Gesamtmenge vorlegen).<br />
Zur Zerlegung des Keton-Aluminiumchlorid-Komplexes gießt man vorsichtig auf etwa<br />
500 ml Eis und bringt evtl. ausgeschiedenes Aluminiumhydroxid mit etwas konz. Salzsäure in<br />
Lösung. Dann wird die organische Schicht im Scheidetrichter abgetrennt und die wäßrige<br />
Phase noch zweimal mit Dichlorethan extrahiert. Die vereinigten Extrakte werden sorgfältig<br />
mit Wasser, 2%iger Natronlauge und wieder mit Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen über<br />
Kaliumcarbonat destilliert man das Lösungsmittel und schließlich das Keton im Vakuum.<br />
Die gegebene Vorschrift eignet sich auch für Präparationen im Halbmikromaßstab.<br />
Tabelle 5.57<br />
Ketone durch Friedel-Crafts-Acylierung<br />
Produkt<br />
Acetophenon<br />
Propiophenon<br />
Butyrophenon<br />
4-Phenyl-acetophenon<br />
Ausgangsverbindung<br />
Benzen<br />
Benzen<br />
Benzen<br />
Biphenyl<br />
Acylierungsmittel<br />
Acetylchlorid<br />
Propionylchlorid<br />
Butyrylchlorid<br />
Acetylchlorid<br />
Kp (bzw. F) in 0 C<br />
n 2 ?<br />
942,7(20)<br />
F 20<br />
1,5340<br />
92lv5(11)<br />
F21<br />
1,5270<br />
105^5(H)<br />
F 12<br />
1,5202<br />
195..21Q2,4(i8)<br />
F 120 (EtOH)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
70<br />
70<br />
70<br />
60
Tabelle 5.5l (Fortsetzung)<br />
Produkt<br />
4-Methyl-acetophenon<br />
2,4-Dimethyl-acetophenon<br />
Methyl-a-naphthyl-keton 1 )<br />
4-Methoxy-acetophenon<br />
3,4-Dimethoxy-acetophenon<br />
4-Chlor-acetophenon<br />
4-Brom-acetophenon<br />
Ausgangsverbindung<br />
Toluen<br />
m-Xylen<br />
Naphthalen<br />
Anisol<br />
Veratrol<br />
Chlorbenzen<br />
Brombenzen<br />
D. 5.1. Elektrophile aromatische Substitution 381<br />
Acylierungsmittel<br />
Acetylchlorid<br />
Acetylchlorid<br />
Acetylchlorid<br />
Acetylchlorid<br />
Acetylchlorid<br />
Acetylchlorid<br />
Acetylchlorid<br />
Kp (bzw. F) in °c<br />
n 2 «<br />
11 O1^14)<br />
93o,7(s)<br />
1,5340<br />
166L6(12)2)<br />
1392,0(i5)<br />
F 39<br />
155i .2(9)<br />
1182j(20)<br />
F2i<br />
1 302(0(15)<br />
F 50<br />
Ausbeute<br />
in %<br />
!) Naphthalen in Hauptteil des Lösungsmittels zutropfen, 1,2 mol Acetylchlorid einsetzen, nicht unter<br />
20 0 C und nicht über 30 0 C arbeiten.<br />
2 ) Produkt enthält etwa 5% Methyl-ß-naphthyl-keton; ri*§ des reinen Produktes: 1,6285<br />
Methyl-ß-naphthylketon durch Acetylierung von Naphthalen in Nitrobenzen: BASSILIOS,<br />
H. F.; MAKAR, S. M.; SALEM, A. Y., Bull. Soc. Chim. France 1958,1430;<br />
3-Nitro-benzophenon aus Benzen und 3-Nitro-benzoylchlorid: OELSCHLÄGER, H., Arch.<br />
Pharmaz. Ber. Deut. Pharmaz. Ges. 290 (1957), 587;<br />
ß-Benzoyl-propionsäure aus Benzen und Bernsteinsäureanhydrid: SOMMERVILLE, L. F.;<br />
ALLEN, C F. H., Org. Synth., CoIl. Vol. II (1943), 81;<br />
ß-Benzoyl-acrylsäure aus Benzen und Maleinsäureanhydrid: GRUMMITT, O.; BECKER, E. J.;<br />
MIESSE, C, Org. Synth., CoIl. Vol. III (1955), 109;<br />
a-Tetralon aus Benzen und y-Butyrolacton: OLSON, C. E.; BADER, A. R., Org. Synth., CoIl.<br />
Vol. IV (1963), 898; aus y-Phenyl-buttersäure: MARTIN, E. L.; FIESER, L. F., Org. Synth., CoIl.<br />
Vol. II (1943), 569;<br />
Methyl(thien-2-yl)keton und Phenyl(thien-2-yl)keton: HARTOUGH, H. D. E.; KOSAK, A. L, J.<br />
Am. Chem. Soc. 68 (1946), 2639;<br />
Friedel-Crafts-Acylierungen von Aromaten mit Carbonsäuren in Gegenwart von Polyphosphorsäure:<br />
KLEMM, L. H.; BOWER, G. M., J. Org. Chem. 23 (1958), 344-48;<br />
4,4'-Dimethoxy-benzophenon und Phenyl(thien-2-yl)keton durch Friedel-Crafts-Acylierung<br />
unter Verwendung katalytischer Mengen an Lewis-Säuren: PEARSON, D. E.; BÜHLER, C. A., Synthesis<br />
1972,533;<br />
Friedel-Crafts-Acylierung von Aromaten mit Carbonsäurechloriden, katalysiert durch Trifluormethansulfonsäure:<br />
EFFENBERGER, F.; EPPLE, G., Angew. Chem. 84 (1972), 295.<br />
Acylierung aromatischer Kohlenwasserstoffe mit Phthalsäureanhydrid<br />
(Allgemeine Arbeitsvorschrift für die qualitative Analyse)<br />
Zu einem Gemisch von 0,5 g des Kohlenwasserstoffs, 0,6 g Phthalsäureanhydrid und 2 bis 3 ml<br />
trockenem Methylenchlorid gibt man unter Eiskühlung 2,5 g gut gepulvertes Aluminiumchlorid.<br />
Je nach der Heftigkeit der Reaktion läßt man danach bei Zimmertemperatur stehen bzw.<br />
erhitzt unter Rückfluß, bis die Chlorwasserstoffentwicklung beendet ist (etwa l /2 Stunde). Das<br />
kalte Reaktionsprodukt wird mit 5 ml eines Gemisches aus konz. Salzsäure und Eis zersetzt,<br />
der feste Rückstand abgesaugt und mit Wasser gewaschen. Zur Reinigung löst man ihn unter<br />
Erhitzen in 5 ml konz. Sodalösung, kocht 5 Minuten mit etwas Aktivkohle, filtriert heiß und<br />
säuert unter Kühlung mit halbkonz. Salzsäure gegen Kongorot an. Die ausgefallene Aroylbenzeosäure<br />
wird aus wäßrigem Alkohol oder Toluen/Pctrolcthcr umkristallisiert.<br />
70<br />
75<br />
60<br />
60<br />
60<br />
80<br />
80
382 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Durch Friedel-Crafts-Reaktion dargestellte Ketone sind technisch wichtige Zwischenprodukte für Arzneimittel,<br />
z. B. Propiophenon für Ephedrin und Benzophenon für Methadon (das ein stärkeres Analgeticum<br />
als Morphin ist und als Ersatzdroge für Heroin in Suchtbekämpfungsprogrammen verwendet wird).<br />
Über die Struktur dieser Verbindungen informiere man sich in einem Lehrbuch. Substituierte Benzophenone,<br />
wie Michlers Keton u. a., dienen als Ausgangsprodukte für Triphenylmethanfarbstoffe. Durch OH-<br />
Gruppen substituierte Benzophenone finden als UV-Absorber (Lichtstabilisatoren für Kunststoffe, Sonnenschutzmittel)<br />
Verwendung.<br />
5.1.8.2. Gattermann-Synthesen<br />
Durch Friedel-Crafts-Acylierung mit Ameisensäurehalogeniden sollten sich aromatische Aldehyde<br />
darstellen lassen, was mit Formylfluorid auch gelingt (formulieren!). An Stelle des nicht<br />
beständigen Formylchlorids läßt sich ein Gemisch von Chlorwasserstoff und Kohlenmonoxid<br />
in Gegenwart von Aluminiumchlorid und Kupfer(I)-chlorid einsetzen (Gattermann-Koch-Synthese).<br />
Die katalysierende Funktion des Kupfer(I)-chlorids besteht vermutlich darin, daß es Kohlenmonoxid zu<br />
einem lockeren Komplex anlagern kann. Beim Arbeiten unter hohem Druck ist es entbehrlich.<br />
Darstellung von p-Toluylaldehyd: COLEMAN, G. H.; CRAIG, D., Org. Synth., CoIl. Vol. II<br />
(1943), 583.<br />
Die nach der Gattermann-Koch-Synthese nicht erhältlichen Aldehyde der Phenole und Phenolether<br />
lassen sich nach GATTERMANN häufig glatt mit Blausäure und Chlorwasserstoff in<br />
Gegenwart von Aluminiumchlorid oder Zinkchlorid darstellen:<br />
H-C=N + HCI ^=^ H-C -* H-Cx [5.52]<br />
Cl Cl<br />
Das eigentliche elektrophile Reagens ist der Komplex aus Katalysator und Formimidchlorid.<br />
Demzufolge entsteht bei der Synthese das Hydrocnlorid des Aldimins» das durch Einwirkung<br />
von verdünnten Säuren oder Basen in der Hitze leicht zum Aldehyd hydrolysiert werden<br />
kann:<br />
ArH + HCN + HCI -^. AK)H=NH2CI 0 ^^ü A|CHO<br />
[5.53]<br />
Analog verläuft die Ketonsynthese nach HOUBEN-HOESCH unter Verwendung von Nitrilen<br />
statt Blausäure.<br />
Die Modifikation der Gattermann-Synthese nach ADAMS vermeidet das Arbeiten mit wasserfreier<br />
Blausäure. Diese wird aus Zinkcyanid durch Einwirkung von Chlorwasserstoff während<br />
der Reaktion in Freiheit gesetzt. Gleichzeitig entsteht dabei Zinkchlorid, dessen Aktivität<br />
als Katalysator bei der Umsetzung reaktionsfähigerer Phenole ausreicht. In anderen Fällen<br />
muß zusätzlich Aluminiumchlorid zugesetzt werden.<br />
Die Gattermann-Synthese ist außer auf Phenole und Phenolether auch auf einzelne Kohlenwasserstoffe<br />
sowie Heterocyclen, wie Furan-, Pyrrol- und Indolderivate (die unsubstituierten<br />
Verbindungen reagieren nicht) und Thiophen, anwendbar. Sind Substituenten vorhanden, die<br />
den Kern desaktivieren, so tritt keine Reaktion ein. Für aromatische Amine ist die Synthese<br />
nicht zu verwenden (warum?).<br />
Die Aldehydgruppe tritt mit beachtlicher Selektivität stets in die p-Stellung zur aktivierenden<br />
Gruppe und nur dann in die o-Stellung, wenn die p-Position besetzt ist.<br />
Eine allgemeine Arbeitsvorschrift und weitere präparative Beispiele für die Gattermann-<br />
Adams-Synthese findet man im <strong>Organikum</strong>, 15. Auflage, S. 407.
5.1.8.3. Vilsmeier-Synthese<br />
D. 5.1. Elektrophile aromatische Substitution 383<br />
Bei der Vilsmeier-Synthese wird als Formylierungsreagens ein Ameisensäureamid eingesetzt.<br />
Besonders gebräuchlich sind Dimethylformamid und N-Methyl-formanilid. N-Methyl-formanilid<br />
ist etwas reaktionsfähiger als das billigere Dimethylformamid. Als Friedel-Crafts-Katalysator<br />
dient meist Phosphorylchlorid, das mit dem Säureamid einen Komplex bildet, der im Falle<br />
des Af-Methyl-formanilids isolierbar ist:<br />
0 Q O<br />
I Cl Il /o<br />
\ p \ © o-PC \ © O-P-CI er<br />
\ f / \.—•—./ i Pl V—•—-t i<br />
N-C + POCI3 N-C a Cl =^ N-C Cl<br />
7 H / H 7 H<br />
[5.54]<br />
An Stelle des Phosphorylchlorids wird vor allem in der Technik auch Phosgen eingesetzt.<br />
Die Vielsmeier-Synthese ist auf reaktionsfähige Aromaten, vor allem Polycyclen, Phenole,<br />
Phenolether und auf die reaktionsfähigeren Sauerstoff-, schwefel- und stickstoffhaltigen Heterocyclen<br />
anwendbar. Im Gegensatz zur Gattermann-, Gattermann-Koch- und Gattermann-<br />
Adams-Synthese reagieren auch secundäre und tertiäre aromatische Amine gut.<br />
Der Anwendungsbereich der Vilsmeier-Synthese ist in neuerer Zeit dadurch beträchtlich<br />
erweitert worden, daß auch vinyloge 1 ) Säureamide mit gutem Erfolg zur Reaktion gebracht<br />
wurden, wobei ungesättigte Aldehyde entstehen, z. B.:<br />
R2N-/ ^H + R2N-CH=CH-C 7 _ P ^- R2N^ V-CH=CH-C' [5.55]<br />
Als Lösungsmittel für die Vilsmeier-Synthese dienen meistens Benzen, Chlorbenzen oder o-<br />
Dichlor-benzen bzw. ein Überschuß an Dimethylformamid.<br />
Bei Verwendung von Af-Methyl-formanilid darf die Reaktionstemperatur 70 0 C nicht überschreiten,<br />
da sich dieses sonst in p-Methylamino-benzaldehyd umlagert.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Vilsmeier-Formylierung (Tab. 5.56)<br />
| Achtung! Phosphorylchlorid wirkt stark ätzend! Abzug! Schutzbrille! F«<br />
Die Reaktion wird in einem 250-ml-Dreihalskolben mit Rührer, Rückflußkühler mit Calcium- ^<br />
chloridrohr, Innenthermometer und Tropftrichter durchgeführt. G<br />
Unter Rühren und Kühlen in Eiswasser tropft man zu dem Gemisch aus Aromat und N-<br />
Methyl-formanilid bzw. Dimethylformamid das Phosphorylchlorid so zu, daß die Innentemperatur<br />
20 0 C nicht überschreitet. Dann wird noch l Stunde bei 20 0 C gerührt und schließlich, wie<br />
bei den einzelnen Varianten bzw. in Tabelle 5.56 angegeben, unter Rühren erhitzt.<br />
Je nach der Reaktivität der eingesetzten Aromaten verwendet man verschiedene Säureamide<br />
und variiert die Menge des formylierenden Komplexes.<br />
Variante A: 0,2 mol Aromat, 0,3 mol N-Methyl-formanilid, 0,3 mol Phosphorylchlorid, 3 Stunden<br />
erhitzen, Temperatur s. Tabelle 5.56<br />
1 J Zum Vinylogieprinzip vgl. C.5.1. und D.7.4.
384 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Tabelle 5.56<br />
Aldehyde durch Vilsmeier-Synthese<br />
Produkt Ausgangsverbindung Variante Kp (bzw. F) in 0 C Ausbeute Bemerkungen<br />
Anisaldehyd<br />
4-Ethoxy-benzaldehyd2-Methoxynaphthalen-1carbaldehyd4-Methoxynaphthalen-1-carbaldehyd2,4-Dimethoxybenzaldehyd<br />
3,4-Dimethoxybenzaldehyd<br />
4-Dimethylaminobenzaldehyd<br />
4-Diethylaminobenzaldehyd<br />
2,4-DihydroxybenzaldehydThiophen-2-carbaldehydIndol-3-carbaldehyd<br />
Zimtaldehyd<br />
Anisol<br />
Phenetol<br />
2-Methoxynaphthalen<br />
1-Methoxynaphthalen<br />
Resorcinoldimethylester<br />
Veratrol<br />
N,N-Dimethylanilin<br />
N,N-Diethylanilin<br />
Resorcinol<br />
Thiophen<br />
Indol<br />
Styren<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
B<br />
B<br />
C<br />
C<br />
C<br />
C<br />
C<br />
C<br />
1352 i(i6)<br />
1402,7(20)<br />
F 39<br />
2052,4(18)<br />
F 84 (EtOH)<br />
210it3(10)<br />
F 34 (EtOH)<br />
1 IO(M)1(O,:.)<br />
F 70 (verd.<br />
EtOH od.<br />
Ligroin)<br />
1692>8(21)<br />
F 45<br />
(Cyclohexan)<br />
1662,3(17)<br />
F 73<br />
(verd. EtOH)<br />
124o,3(2)<br />
F 41<br />
(verd. EtOH)<br />
F 136 (W.)<br />
198<br />
1,5888<br />
F 192<br />
(EtOH)<br />
1292j(2o)<br />
1,6195<br />
30<br />
30<br />
65<br />
80<br />
85<br />
40<br />
80<br />
80<br />
40<br />
75<br />
90<br />
30<br />
60°C;überBisulfitverbindung<br />
reinigen<br />
60°C;überBisulfitverbindung<br />
reinigen<br />
')<br />
8O 0 C<br />
Kp i65i, 3(io)<br />
über Bisulfitverbindung<br />
reinigen<br />
2 )<br />
l,5Std.bei35°C<br />
18td.bei80°C<br />
1 J 50 ml Toluen zugeben; 8O 0 C; Rohprodukt in EtOH lösen, 5 Minuten mit Aktivkohle kochen, filtrieren;<br />
durch Zusatz von Wasser zur Mutterlauge kann weiterer Aldehyd isoliert werden.<br />
2 ) Nur 0,2 mol Dimethylformamid verwenden, der relativ leicht wasserlösliche Aldehyd ist sonst schwer zu<br />
isolieren. Nicht erhitzen!<br />
Variante B: 0,2 mol Aromat, 0,2 mol Af-Methyl-formanilid, 0,2 mol Phosphorylchlorid; 2 Stunden<br />
auf 60 0 C erhitzen.<br />
Variante C: 0,2 mol Aromat, 0,6 mol Dimethylformamid (0,4 mol dienen als Lösungsmittel),<br />
0,2 mol Phosphorylchlorid; von Ausnahmefällen besonders reaktionsfähiger oder empfindlicher<br />
Verbindungen abgesehen (vgl. Tabelle 5.56), wird 3 Stunden auf dem Wasserbad erhitzt.<br />
Zur Zersetzung des Reaktionsproduktes gibt man 200 ml Eis unter Kühlung zur Reaktionsmischung<br />
und bringt sie durch Zusatz von 5 N Natronlauge auf pH-Wert 6. Man ethert aus bzw.<br />
saugt fest ausfallende Produkte ab. Die vereinigten Etherextrakte werden mit wäßriger Hydrogencarbonatlösung<br />
entsäuert und über Natriumsulfat getrocknet. Man destilliert den Ether ab<br />
und reinigt den Rückstand durch Destillation oder Kristallisation.<br />
Bei einigen mit nur mäßigen Ausbeuten entstehenden Phenoletheraldehyden empfiehlt sich<br />
eine Reinigung über das Bisulfitaddukt (vgl. Tab. 5.56). Dazu wird der Etherextrakt mit<br />
40%iger Natriumhydrogensulfitlösung („Bisulfitlösung") geschüttelt, die abgeschiedene Bisul-
D. 5.1. Elektrophile aromatische Substitution 385<br />
fitverbindung abgesaugt und mit Ether gewaschen. Schließlich erwärmt man die Bisulfitaddukte<br />
mit 2 N Schwefelsäure, bis die Schwefeldioxidentwicklung aufhört, ethert aus, entsäuert,<br />
trocknet und destilliert.<br />
Bei den mit guten Ausbeuten entstehenden Produkten kann auch im Halbmikromaßstab<br />
gearbeitet werden.<br />
Darstellung von Anthracen-9-carbaldehyd: CAMPAIGNE, E.; ARCHER, W. L., J. Am. Chem.<br />
Soc. 75 (1953), 989.<br />
Formylierung von Aromaten mit Dirnethylformamid und Dibromtriphenylphosphoran:<br />
BESTMANN, H. J., u. a., Liebigs Ann. Chem. 718 (1968), 24.<br />
Als Formylierungsmittel können neben den Formamiden als maskierte Derivate der Ameisensäure<br />
auch Dichlormethylalkylether eingesetzt werden. Mit TiCl4 oder SnCl4 als Lewis-<br />
Säure erhält man ein sehr reaktives Formylierungsreagenz.<br />
Formylierung von Aromaten und Heteroaromaten mit Dichlormethylmethylether: GROSS, H;<br />
RIECHE, A.; HÖFT, E.; BEYER, E., Org. Synth., CoIl. Vol. V (1973), 365.<br />
5.1.8.4. Elektrophile Substitution durch Formaldehyd<br />
Formaldehyd geht sowohl aus sterischen Gründen als auch wegen seiner Reaktionsfähigkeit<br />
relativ leicht elektrophile aromatische Substitutionen ein. Mit den aktivsten Aromaten (den<br />
Phenolaten) reagiert er auch ohne Zusatz eines sauren Katalyators. Es findet o- und p-Substitution<br />
durch Hydroxymethylgruppen statt (Hydroxymethylierung):<br />
H IO<br />
H<br />
CH2CT<br />
CH2OH<br />
[5.57]<br />
Es ist schwierig, die Reaktion auf dieser Stufe abzubrechen; im allgemeinen entstehen mehrfach<br />
hydroxymethylierte und unter Umständen auch höher kondensierte Produkte (Resole,<br />
In einigen Fällen kann die Kondensation jedoch so gesteuert werden, daß sich definierte cyclische Produkte,<br />
sog. Calixarene in guten Ausbeuten bilden. Vor allem p-tert-Butyl-phenol reagiert mit Formaldehyd<br />
in Abhängigkeit von den gewählten Reaktionsbedingungen (Temperatur, Lösungsmittel, Art und Konzentration<br />
der Base) zu diesen cyclischen Kondensationsprodukten mit 4, 6 oder 8 aromatischen Einheiten,<br />
den p-tert-Butyl-calix[n]arenen.<br />
(CH2O)x/OH C<br />
R = tert-Alkyl<br />
n-3 n = 4,6,8<br />
[5.57a]<br />
Darstellung der p-tert-Butylcalix[n]arene\ n = 4: GUTSCHE, C. D.; IQBAL, M., Org. Synth., CoIl. Vol. VIII<br />
(1993), 75-77; n - 6: GUTSCHE, C. D; DHAWAN, B.; LEONIS, M.; STEWART, D, Org. Synth., CoIl. Vol. VIII<br />
(1993), 77-79; n - 8: MUNCH, S. H.; GUTSCHE, C D, Org. Synth., CoIl. Vol. VIII (1993), 80-81
386 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Besonders reaktionsfähige Aromaten, wie z. B. Phenole und einige Heterocyclen, lassen sich<br />
durch Umsetzung mit Formaldehyd und secundären Aminen aminomethylieren (vgl. Mannich-<br />
Reaktion, D.7.2.1.5.).<br />
Aminomethylierung von Phenolen mit l,3,5-Trialkyl-hexahydro-l,3,5-triazinen: REYNOLDS,<br />
D. D.; COSSAR, B. C, J. Heterocycl. Chem. 8 (1971), 597,605.<br />
Amidomethylierung von Aromaten: ZAUGG, H. E., Synthesis 1970,49.<br />
In Gegenwart saurer Katalysatoren läßt sich Formaldehyd auch mit weniger reaktionsfähigen<br />
Aromaten umsetzen, z. B. noch mit Benzen. Halogenbenzene reagieren nur unter besonders<br />
kräftigen Bedingungen und mit unbefriedigenden Ausbeuten. Die Reaktion folgt dabei<br />
dem üblichen Mechanismus:<br />
H ©<br />
C-OH<br />
H<br />
/^ /CH2OH<br />
CH2OH ^ x^\/ 2<br />
-H 0<br />
[5.58]<br />
Unter den Reaktionsbedingungen (Anwesenheit saurer Katalysatoren) bleibt die Umsetzung<br />
jedoch im allgemeinen nicht auf der Stufe des Benzylalkohols stehen, sondern durch<br />
Friedel-Crafts-Alkylierung des noch nicht umgesetzten Kohlenwasserstoffs werden Diarylmethane<br />
gebildet ([5.59,1]). Führt man dagegen die Umsetzung von Aromaten mit Formaldehyd<br />
in Gegenwart hoher Konzentrationen von Chlorwasserstoff durch, so erhält man aus den<br />
intermediären Benzylalkoholen durch nucleophile Substitution die entsprechenden Benzylchloride<br />
([5.59, II]); Chlormethylierung, Blanc-Reaktion):<br />
+ H® © ©<br />
Ar-CH2OH ^=^ Ar-CH2-OH2 ^==^ Ar-CH2 + H2O<br />
-H 0<br />
Ar-CH2-Ar + H® (D<br />
(U)<br />
[5.59]<br />
Auch unter den Bedingungen der Chlormethylierung läßt sich die Bildung von Diarylmethanen<br />
nach [5.59, I] nicht immer unterdrücken, besonders wenn der verwendete Aromat sehr<br />
reaktionsfähig ist. Phenole und Phenolether müssen daher unter besonderen Vorsichtsmaßregeln<br />
(Verdünnen mit einem inerten Lösungsmittel) umgesetzt werden.<br />
Bei den reaktionsfähigeren Aromaten genügt die katalysierende Wirkung des Chlorwasserstoffs,<br />
um die Umsetzung zu bewerkstelligen; die reaktionsträgeren Aromaten erfordern für<br />
eine rasche Reaktion einen zusätzlichen Katalysator (Schwefelsäure, Phosphorsäure, Zinkchlorid).<br />
Als chlormethylierendes Agens kann auch Chlordimethylether 1 ) eingesetzt werden.<br />
Chlormethylaromaten gehen in Gegenwart von Säurespuren leicht in Diarylmethanderivate<br />
über. (Wie ist das zu erklären?) Bei der Destillation setzt man deshalb zweckmäßig etwas<br />
festes Natriumhydrogencarbonat zu.<br />
1 J Achtung! a-Halogen-ether sind stark cancerogen (vgl. auch Org. React. 19 (1972), 422).
D. 5.1. Elektrophile aromatische Substitution 387<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Chlormethylierung von Aromaten (Tab. 5.60)<br />
Achtung! Das intermediär entstehende Hydroxymethylkation wirkt cancerogen. Der Kontakt<br />
mit dem Reaktionsgemisch muß strikt vermieden werden!<br />
Viele Halogenmethylaromaten sind stark haut- und tränenreizend. Abzug! Schutzbrille!<br />
Gummihandschuhe! Bei Verätzung die betroffenen Stellen mit Alkohol waschen. Vorher<br />
keine Salbe anwenden, da hierdurch die Resorption gefördert würde; vgl. auch D. 1.4.2.<br />
A. Benzen und Monoalkylaromaten<br />
4 mol des betreffenden Aromaten (3 mol dienen als Lösungsmittel), l mol Paraformaldehyd<br />
und 60g frisch geschmolzenes, fein gepulvertes Zinkchlorid werden in einem Dreihalskolben<br />
mit Rührer, Rückflußkühler mit Calciumchloridrohr und Gaseinleitungsrohr auf 6O 0 C<br />
erwärmt; dabei wird gleichzeitig unter gutem Rühren ein lebhafter Strom trockenen Chlorwasserstoffs<br />
1 ) eingeleitet. Man erhitzt, bis kein Chlorwasserstoff mehr absorbiert wird (etwa 20<br />
Minuten) und die Hauptmenge des Paraformaldehyds verschwunden ist. Nach Abkühlen<br />
wäscht man die organische Schicht sorgfältig mit Eiswasser und eiskalter wäßriger Natriumhydrogencarbonatlösung,<br />
trocknet gut über Kaliumcarbonat und destilliert über etwas Natriumhydrogencarbonat<br />
im Vakuum.<br />
Der als Lösungsmittel eingesetzte Teil des Aromaten geht als Vorlauf über.<br />
B. Di- und Polyalkylaromaten<br />
l mol des Kohlenwasserstoffs in der 5fachen Gewichtsmenge konz. Salzsäure wird mit 1,3 mol<br />
Paraformaldehyd oder der entsprechenden Menge 40%iger Formalinlösung versetzt und in<br />
einem Dreihalskolben mit Rührer, Rückflußkühler und Gaseinleitungsrohr 7 Stunden auf 60<br />
bis 70 0 C erwärmt, wobei man gleichzeitig einen kräftigen Strom Chlorwasserstoffgas einleitet.<br />
Das abgeschiedene Öl wird in Toluen aufgenommen und weiter wie bei Variante A aufgearbeitet.<br />
Tabelle 5.60<br />
Chlormethylierung von Aromaten<br />
Produkt<br />
Benzylchlorid<br />
Ausgangsverbin- Variante<br />
düng<br />
Benzen A 1 )<br />
Kp (bzw. F) in 0 C<br />
no<br />
7Q2,0(15)<br />
n 2 » 1,5390<br />
4-Methyl-benzylchlorid 2 )<br />
2,4-Dimethyl-benzylchlorid<br />
Toluen<br />
m-Xylen<br />
A<br />
B<br />
902j(2o)<br />
103!^12)<br />
n<br />
2,5-Dimethyl-benzylchlorid p-Xylen B<br />
2,4,6-Trimethyl-benzylchlorid Mesitylen B<br />
3,4-Dimethoxy-benzylchlorid Veratrol C<br />
2 * 1,5371<br />
-031>6(i2)<br />
ri§ 1,5368<br />
H5i,3(lO)<br />
F 37<br />
(Veratrylchlorid)<br />
103o,i(i)<br />
F 55 (Ligroin)<br />
1 ) 30g ZnCl2 verwenden.<br />
2 ) enthält etwa 35% o-Methyl-benzylchlorid; ng> des reinen Produkts: 1,5342.<br />
I Darstellung vgl. Reagenzienanhang.<br />
Ausbeute<br />
in %<br />
75<br />
80<br />
65<br />
60<br />
55<br />
65<br />
i<br />
G
388 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
C. Phenolether<br />
l mol des Phenolethers wird in 600 ml Chlorbenzen gelöst und unter Rühren und Kühlen (Eisbad)<br />
in einem Dreihalskolben mit Rührer, Innenthermometer, Gaseinleitungsrohr und CaIciumchloridrohr<br />
bei 5 bis 1O 0 C mit trockenem Chlorwasserstoff gesättigt. Unter weiterem<br />
intensivem Rühren und Einleiten von Chlorwasserstoff trägt man nun l ,3 mol Paraformaldehyd<br />
ein. Die Temperatur darf dabei 20 0 C nicht überschreiten. Nach weiteren 60 Minuten Rühren<br />
und Einleiten von Chlorwasserstoff gießt man von etwas Bodensatz ab, wäscht und trocknet<br />
die Chlorbenzenlösung wie bei Variante A und destilliert schließlich unter Zusatz einer<br />
kleinen Spatelspitze Natriumhydrogencarbonat im Vakuum.<br />
Soll aus dem Chlormethylierungsprodukt das entsprechende Nitril hergestellt werden (vgl.<br />
D.2.6.9.), verwendet man das Rohprodukt, das zurückbleibt, wenn man das Chlorbenzen im<br />
Vakuum abdestilliert hat.<br />
4-Methoxy-benzylchlorid (Anisylchlorid): MÜLLER, A.; MEZÄROS, M.; LEMPERT-SRETER, M.;<br />
SZÄRA, L, J. Org. Chem. 16 (1951), 1013;<br />
\-Chlormethyl-naphthalen: GRUMMIT, O.; BUCK, A., Org. Synth., CoIl. Vol. III (1955), 195;<br />
2-Chlormethyl-thiopheni) WIBERG, K. B.; MCSHANE, H. F., Org. Synth., CoIl. Vol. III (1955), 197;<br />
2-Chlormethyl-4-nitro-phenol (Verwendung von Chlordimethylether 2 ) als Formaldehydquelle):<br />
BUEHLER, C. A.; KIRCHNER, F. K.; DEEBEL, G. F., Org. Synth., CoIl. Vol. III (1955), 468;<br />
Die durch Chlormethylierung dargestellten Benzylhalogenide sind sehr reaktionsfähig (vgl.<br />
D.2.6.1.) und lassen sieht leicht in die entsprechenden Alkohole, Ether, Nitrile, Säuren und<br />
deren Abkömmlinge, Amine und Aldehyde (Sommelet-Reaktion) überführen. Außerdem<br />
kann die CH2Cl-Gruppe zur Methylgruppe reduziert werden. Infolge der höheren Selektivität<br />
der Chlormethylierung erhält man so leichter einheitliche Methylaromaten als durch die Friedel-Crafts-Alkylierung.<br />
Ebenso glatt wie die Chlormethylierung verläuft die Brommethylierung (Einsatz von Bromwasserstoff).<br />
Homologe des Formaldehyds (Acet-, Propion-, Butyraldehyd) lassen sich wegen<br />
ihrer geringeren Reaktivität meist nur beschränkt für Halogenalkylierungen einsetzen.<br />
Industriell wird in großem Umfang durch sauer katalysierte Kondensation von Formaldehyd mit Anilin<br />
entsprechend [5.59,1] p,p'-Methylendianilin (MDA) hergestellt und mit Phosgen in p,p'-Methylen-bis(phenylisocyanat)<br />
(MDI), ein Ausgangsprodukt für Polyurethane, überführt (vgl. D.7.I.6.).<br />
Die Kondensationen von Formaldehyd mit Phenolen werden technisch in größtem Ausmaß zur Darstellung<br />
von Kunststoffen (Phenol-Formaldehyd-Harzen) durchgeführt. Man arbeitet im wesentlichen nach<br />
zwei verschiedenen Verfahren. Bei der Umsetzung im alkalischen Medium (Soda, Ammoniak, Natronlauge)<br />
mit einem Überschuß an Formaldehyd entstehen über mehrfach hydroxymethylierte Phenole (vgl.<br />
[5.57]) zunächst lineare Polykondensate (Resole) mit freien Methylolgruppen:<br />
[5.61]<br />
Diese bewirken beim Erwärmen („Härten") eine dreidimensionale Vernetzung der Ketten. Die so gebildeten<br />
Produkte sind unlöslich in allen Lösungsmitteln und nicht schmelzbar (Duroplaste).<br />
Bei der Umsetzung von Phenolen mit einem Unterschuß an Fonnaldehyd im sauren Medium werden<br />
dagegen Polykondensate (sog. Novolake) hergestellt, die keine freien Methylolgruppen besitzen und daher<br />
schmelzbar und nicht härtbar (thermoplastisch) sind. Beim Erhitzen mit Hexamethylentetramin, das hierbei<br />
in Formaldehyd und Ammoniak zerfällt, können jedoch auch sie gehärtet werden.<br />
! ) 2-Chlormethyl-thiophen nicht lagern, da selbst bei Kühlung und in der Dunkelheit explosionsartige Zersetzung<br />
unter Bildung von Chlorwasserstoff eintreten kann.<br />
2 ) Achtung! a-Halogen-ether sind stark cancerogen (vgl. auch Org. React. 19 (1972), 422).
D. 5.1. Elektrophile aromatische Substitution 389<br />
Phenol-Formaldehyd-Harze gehören zu den ältesten technisch erzeugten Kunststoffen (Bakelite) und stellen<br />
auch heute noch einen großen Anteil der Kunststoffproduktion. Sie werden vor allem als Preßmassen (mit Füllstoffen,<br />
wie Holzmehl, Textilgebewebe, Papier), Gießharze, Lackrohstoffe und Leime verwendet.<br />
5.1.8.5. Sauer katalysierte Reaktionen von Aromaten mit anderen Aldehyden<br />
und Ketonen<br />
Ebenso wie Formaldehyd können auch andere Aldehyde und Ketone unter Einwirkung saurer<br />
Katalysatoren mit Aromaten reagieren. Auch hierbei entstehen zunächst die entsprechenden<br />
substituierten Benzylalkohole, die sich unter den Reaktionsbedingungen analog [5.59,1] weiter<br />
zu substituierten Diphenylmethanderivaten umsetzen.<br />
Als Beispiel sei die Synthese von l,l,l-Trichlor-2,2-bis(4-chlor-phenyl)ethan (DDT) aus Trichloracetaldehyd<br />
(Chloral) und Chlorbenzen angeführt:<br />
CI3C-CHO + 2 -Cl H2SO4<br />
H2O<br />
[5.62]<br />
DDT ist ein wirksames Insektizid, das wegen seiner schweren Abbaubarkeit und Anreicherung im Fettgewebe<br />
von Tier und Mensch in Europa verboten ist, in anderen Ländern aber noch vor allem zur Bekämpfung<br />
der Malaria-übertragenden Anopheles-Mücke produziert und angewendet wird. Das analog aus Chloral<br />
und Methoxybenzen (Anisol) hergestellte l,l,l-Trichlor-2,2-bis(4-methoxy-phenyl)ethan (Methoxychlor)<br />
ist zwar weniger wirksam als DDT, wird aber nicht bioakkumuliert und ist eines der sichersten Insektizide<br />
überhaupt.<br />
In gleicher Weise entsteht aus Aceton und Phenol in Gegenwart von Schwefelsäure das 2,2-<br />
Bis(4-hydroxy-phenyl)propan („Dian", Bisphenol A), das für die Herstellung von Kunststoffen<br />
(Epoxidharze, Polycarbonate, Phenol-Formaldehyd-Harze) von großer Bedeutung ist.<br />
Setzt man Benzaldehyde mit Aromaten um, werden Triphenylmethane gebildet, z. B.<br />
+ 2 ([^NMe2<br />
ZnCI2<br />
Me2N NMe2 + H2O [5.63]<br />
Diarylketone vorn Typ des Michlerschen Ketons als Carbonylkomponente sollten analog zum substituierten<br />
Tetraphenylmethan reagieren. Das zunächst gebildete Carbeniumion [5.64, I] ist jedoch in saurer<br />
und neutraler Lösung und als Feststoff beständig:<br />
Me2N-<br />
Me2N-<br />
\\ //<br />
Me2N<br />
Me2N<br />
C = O<br />
-NMe?<br />
POCI3<br />
Me2U-^~\<br />
^ y \<br />
Me2N<br />
NMe2<br />
/A ©<br />
V=NMe2<br />
[5.64]<br />
Der Grund für diese hohe Stabilität des Carbeniumions ist, daß die positive Ladung über einen großen<br />
Bereich des Moleküls delokalisiert ist („Carbenium-Immonium-lon" [5.64], I und 11). Infolge der Delokali-
390 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
sierung der ^-Elektronen sind diese Ionen farbig („Farbsalze", basische Triphenylmethanfarbstoffe). Man<br />
vergleiche dazu die Erörterungen in A.3.5.I.!<br />
Aus Michlers Keton und Dimethylanilin entsteht so unter der Einwirkung eines sauren Katalysators Kristallviolett<br />
[5.64], das u. a. als Farbstoff in Kopierstiften und -papieren verwendet wird.<br />
Man informiere sich über weitere Darstellungsmöglichkeiten von Triphenylmethanfarbstoffen.<br />
Darstellung von l,l,l,-Trichlor-2,2-di(4-chlor-phenyI)ethan (DDT)<br />
In einem Dreihalskolben mit Rührer, Innenthermometer, Tropftrichter und Rückflußkühler<br />
werden zu einem Gemisch von 0,3 mol wasserfreiem Chloral 1 ), 0,5 mol Chlorbenzen und 70 ml<br />
konz. Schwefelsäure bei 20 bis 25 0 C im Verlauf einer halben Stunde 50 ml 20%iges Oleum<br />
zugetropft (Schutzbrille!). Man rührt noch 4 Stunden bei 3O 0 C und gießt dann vorsichtig auf<br />
etwa 50Og Eis, wobei sich das Reaktionsprodukt zunächst schmierig abscheidet. Es erstarrt<br />
nach kurzem Stehen, wird abgesaugt, mit Wasser gut gewaschen, in einer Porzellanschale durch<br />
wiederholtes Verreiben mit siedendem Wasser und Dekantieren säurefrei gewaschen und aus<br />
Alkohol umkristallisiert. FlOS 0 C; Ausbeute 65%.<br />
Darstellung von Kristallviolett<br />
0,02 mol Dimethylanilin, 0,004 mol 4,4 / -Bis(dimethylamino)benzophenon (Michlers Keton)<br />
und 0,01 mol Phosphorylchlorid werden in einem Reagenzglas 3 Stunden im siedenden Wasserbad<br />
erhitzt. Die blaue Schmelze wird mit 50 ml Wasser aufgenommen, mit 2 N Natronlauge<br />
alkalisch gemacht und das überschüssige Dimethylanilin mit Wasserdampf abdestilliert. Die<br />
„Carbinolbase" wird nach dem Erkalten abgesaugt, mit Wasser gewaschen, im Mörser fein zerrieben<br />
und mit 50 ml 0,4%iger Salzsäure gründlich ausgekocht. Man filtriert heiß, salzt den<br />
Farbstoff mit feingepulvertem Kochsalz aus und kristallisiert ihn aus Wasser um. Derbe bronzeglänzende<br />
Prismen; Ausbeute quantitativ.<br />
5.1.8.6. Carboxylierungen<br />
Phenolate werden bereits durch das nur schwach elektrophile Kohlendioxid unter Bildung der<br />
entsprechenden Phenolcarbonsäuren substituiert. Allerdings bedarf es dazu bei den Monophenolen<br />
erhöhter Temperatur und für gute Ausbeuten erhöhten Druck.<br />
Die Reaktion sei am Beispiel der auch technisch wichtigen Salicylsäuresynthese formuliert:<br />
Na<br />
O u O<br />
n HM<br />
0 ^oi<br />
Il X<br />
xO<br />
Na<br />
^) C\ - " 1 ^O + ~~ PhONa +<br />
J ( ,Na i 1^x JJ\<br />
H ^^ONa<br />
UI<br />
[5-65]<br />
) Die entsprechende Menge Chloralhydrat im Scheidetrichter mit der 4fachen Masse warmer konz.<br />
Schwefelsäure schütteln, das sich abscheidende Chloral verwenden.
D. 5,1. Elektrophile aromatische Substitution 391<br />
In diesem Chelatmechanismus übernimmt das Natriumion gewissermaßen die Rolle des<br />
elektrophilen, die Polarität der C=O-Bindung erhöhenden Katalysators (I -» II). Ein weiteres<br />
Phenolatanion löst das Proton aus II ab, ebenfalls über ein Chelat (III). Es entsteht so das Di-<br />
Natriumsalz der Salicylsäure, das Endprodukt der drucklosen Kolbe-Synthese. Beim Arbeiten<br />
unter Druck (Kolbe-Schmitt-Synthese) führt die Reaktion dagegen wie formuliert weiter zum<br />
Mononatriumsalz. Welche Ausbeute kann beim Arbeiten ohne Druck maximal erreicht werden?<br />
Die Orientierung der Carboxylgruppe ist von dem zur Phenolatbildung verwendeten Alkalimetall<br />
und von der Temperatur abhängig. Die Tendenz zur Bildung des Chelats nimmt vom<br />
Lithium über das Natrium zum Kalium, d. h. mit steigendem lonenradius, ab. Die vorwiegende<br />
o-Orientierung bei Verwendung von Natriumphenolat ist auf den erheblichen Energiegewinn<br />
zurückzuführen, den die Chelatbildung mit sich bringt. Ist der lonenradius des Metalls zu groß<br />
für die Chelatisierung, so wird die stärker polarisierbare und deshalb reaktionsfähigere p-Stellung<br />
carboxyliert.<br />
Eine zweite Hydroxygruppe in o- oder m-Stellung macht das Phenol so reaktionsfähig, daß<br />
die Carboxylierung bereits in wäßrig-alkalischer Lösung möglich wird. Eine m-Aminogruppe<br />
bzw. p-Hydroxygruppe wirkt dagegen nicht so ausgeprägt aktivierend.<br />
Auch in der heterocyclischen Reihe lassen sich Carboxylierungen durchführen: Pyrrol (Analogon<br />
zu Phenol) liefert Pyrrol-2-carbonsäure, Carbazol die Carbazol-1-carbonsäure.<br />
Bei der Carboxylierung der weniger reaktionsfähigen Phenole ist es notwendig, die sorgfältig<br />
getrockneten Phenolate zu verwenden: Wasser neigt stärker zur Chelatisierung mit dem<br />
Phenol als Kohlendioxid, das außerdem die stärkere Säure ist und daher das Phenol in Gegenwart<br />
von Wasser aus dem Phenolat in Freiheit setzt. Durch die Einwirkung von Feuchtigkeit<br />
backt das Phenolat außerdem zusammen, so daß die Kohlendioxideinwirkung auf die Oberfläche<br />
beschränkt bleibt.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Carboxylierung von Phenolen (Tab. 5.66)<br />
A. Leicht reagierende Phenole "•<br />
l mol des Phenols wird mit 5 mol Kaliumhydrogencarbonat in l l Wasser zwei Stunden unter ^<br />
Rückfluß erwärmt. Nach dem Abkühlen fällt man die gebildete Säure mit konz. Salzsäure aus, G<br />
saugt nach dem Kühlen auf O 0 C ab und kristallisiert aus Wasser unter Zusatz von Aktivkohle<br />
um.<br />
B. Phenole mittlerer Reaktivität<br />
l mol des betreffenden Phenols wird mit 2,5 mol frisch geglühtem Kaliumcarbonat innig<br />
gemischt. Man bringt das Gemisch in einen Autoklav, preßt 2,5 bis 4 MPa (25 bis 40 atm) Kohlendioxid<br />
auf und erhitzt 6 Stunden auf 13O 0 C. Nach dem Abkühlen und Entspannen wird in<br />
Wasser gelöst und wie oben aufgearbeitet.<br />
C Wenig reaktionsfähige Phenole<br />
l mol des betreffenden Phenols wird mit einer Lösung von 1,05 mol Ätznatron in 100 ml Wasser<br />
versetzt, falls die o-Hydroxy-carbonsäure dargestellt werden soll. Für p-Carboxylierungen<br />
nimmt man die gleiche Menge Ätzkali. Man dampft im Vakuum zur Trockne ein und hält noch<br />
4 Stunden im Öl- oder Metallbad bei 15O 0 C. Der Rückstand wird staubfein gepulvert, in einen<br />
Autoklav gegeben und 0,5 MPa (5 atm) Kohlendioxid aufgepreßt. Dann erwärmt man 24 bzw.<br />
12 Stunden (s. Tab. 5.66) auf 19O 0 C, wobei man von Zeit zu Zeit Kohlensäure nachpreßt, so<br />
daß der Druck etwa aufrechterhalten bleibt. Nach Abkühlen und Entspannen wird wie oben<br />
aufgearbeitet.
392 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Tabelle 5.66<br />
Carboxylierung von Phenolen (Kolbe-Schmitt-Synthese)<br />
Produkt<br />
2,4-Dihydroxy-benzoesäure<br />
(ß-Resorcylsäure)<br />
2,4,6-Trihydroxybenzoesäure2,5-Dihydroxyterephthalsäure4-Aminosalicylsäure<br />
Salicylsäure<br />
4-Hydroxy-benzoesäure3-Hydroxy-naphthalen-2-carbonsäure<br />
4 )<br />
Ausgangsverbindung<br />
Resorcinol<br />
Phloroglucinol<br />
Hydrochinon<br />
m-Amino-phenol<br />
Phenol<br />
Phenol<br />
ß-Naphthol<br />
Variante<br />
A<br />
A<br />
B<br />
B<br />
C<br />
C<br />
C<br />
F<br />
in 0 C<br />
213 (Zers.)<br />
Ze^bOO 0 C 1 )<br />
197<br />
15!<br />
Hydrochlorid: 222<br />
159<br />
214<br />
216<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
50<br />
30<br />
50<br />
70<br />
70<br />
70<br />
60<br />
Bemerkungen<br />
2 )<br />
3 )Natriumsalz einsetzen;<br />
24 Std. erhitzen<br />
Kaliumsalz einsetzen;<br />
12 Std. erhitzen<br />
Natriumsalz einsetzen;<br />
24 Std. erhitzen<br />
J) Decarboxyliert, so daß schließlich der F des Phloroglucinols gefunden wird: F 219 0 C (subl.).<br />
2 ) Die Säure verliert bereits beim Kochen in Wasser CO2. Deshalb nicht Umkristallisieren, sondern in<br />
Kaliumhydrogencarbonatlösung lösen und mit Salzsäure wieder ausfällen. Anschließend ist mit Wasser<br />
neutral zu waschen.<br />
3 ) Alkalische Lösung nur bis zum Umschlag von Kongorot mit konzentrierter HCl ansäuern. (Beim<br />
Ansäuern auf pH = l kristallisiert das Hydrochlorid aus.) Reinigung durch Umfallen aus Natriumhydrogencarbonatlösung.<br />
4 ) thermodynamisch kontrolliertes Produkt<br />
Neben Salicylsäure, die im wesentlichen zu Arzneimitteln (Acetylsalicylsäure, Aspirin) und Farbstoffen<br />
weiterverarbeitet wird, werden technisch auch 4-Amino-2-hydroxy-benzoesäure (p-Amino-salicylsäure,<br />
PAS, ein luberkulosemittel), 3-Hydroxy-naphthalen-2-carbonsäure (für Naphthol-AS-Farbstoffe) und<br />
andere Säuren durch Carboxylierung der entsprechenden Phenole hergestellt.<br />
5.1.9. Nitrosierung<br />
Die Nitrosierung ist die elektrophile aromatische Substitution durch eine Nitrosogruppe mit<br />
Hilfe von salpetriger Säure.<br />
Die Reaktion ist der aromatischen Nitrierung mit Salpetersäure analog: als elektrophiles<br />
Agens kann entsprechend dem Nitrylkation bei der Nitrierung das Nitrosylkation NO® formuliert<br />
werden:<br />
H® + HO-N=O<br />
©<br />
H2O-N=O H2O + ©<br />
[5.67]<br />
Da NO® weniger reaktionsfähig als NO2 - ist, bleibt die Nitrosierung auf die reaktionsfähigsten<br />
Aromaten (Phenole, tertiäre aromatische Amine) beschränkt. Sie führt bevorzugt zu p-<br />
Substitutionsprodukten. p-Nitroso-phenol ist mit Chinonmonoxim tautomer:<br />
HO HO N=O NOH [5.68]<br />
Primäre und secundäre aromatische Amine reagieren mit salpetriger Säure am Stickstoff (Bildung von<br />
Diazoniumsalzen aus primären, von N-Nitrosaminen aus secundären Aminen, s. D.8.2.I.). Aromatische N-<br />
Nitrosamine werden durch Einwirkung von Mineralsäuren in C-Nitrosoprodukte umgelagert.
Darstellung von A^TV-Dimethyl-p-nitroso-anilin<br />
D. 5.2. Nucleophile aromatische Substitution 393<br />
In einem 25-ml-Becherglas löst man 10 mmol Dimethylanilin in 4 ml konz. Salzsäure unter<br />
Zusatz von 10g Eis und versetzt unter Kühlen im Eisbad und Rühren langsam mit der Lösung<br />
von 12 mmol Natriumnitrit in 3 ml Wasser, wobei die Temperatur stets unter 5 0 C bleiben muß.<br />
Es dürfen keine nitrosen Gase entstehen. Nach 15 Minuten weiterem Kühlen im Eisbad saugt<br />
oder zentrifugiert man den gelben Niederschlag des Hydrochloridsi) ab und wäscht mit eiskalter<br />
verd. Salzsäure, danach mit Alkohol. F177 0 C (Zers.).<br />
Zur Darstellung der freien Base wird das feuchte Hydrochlorid langsam unter Rühren in<br />
verd. Sodalösung eingetragen, die mit Ether überschichtet ist. Nach Auflösung des Hydrochlorids<br />
trennt man den Ether ab, ethert nochmals aus, trocknet die vereinigten Etherextrakte mit<br />
Na2SO4 und destilliert ab. F88 0 C (Petrolether); smaragdgrün; Ausbeute 95%.<br />
Die Nitrosierung von dialkylierten Aminen hat präparative Bedeutung für die Darstellung einheitlicher<br />
secundärer aliphatischer Amine (nucleophile aromatische Substitution, s. unten):<br />
rj . n<br />
N + OH 0 OH-^\-0 Q + HN [5.69]<br />
R' ^= 7 R'<br />
Man mache sich klar, daß es sich um die Hydrolyse eines phenylogen Salpetrigsäureamids handelt (zum<br />
Vinylogie- und Phenylogieprinzip vgl. C.5.1. und D.7.4.).<br />
Da die Nitrosogruppe ein starker Chromophor ist, sind die Nitrosoverbindungen im freien, monomeren<br />
Zustand blau oder grün gefärbt (vgl. A.3.5.I.).<br />
5.2. Nucleophile aromatische Substitution<br />
Aromatische Verbindungen sind auf Grund ihres Systems konjugierter Doppelbindungen<br />
Lewis-Basen. Der Austausch von Substituenten durch nucleophile Reagenzien (z.B. gegen<br />
Hydroxyl- oder Aminogruppen) gelingt daher im allgemeinen wesentlich schwerer als die elektrophile<br />
Substitution:<br />
/^\>" u<br />
f IX 0 [5.70]<br />
Bei der Reaktion wird der Substituent X mit dem Bindungselektronenpaar abgespalten. Es<br />
ist daher wesentlich, daß er ein energiearmes Anion oder ein ungeladenes Molekül bilden<br />
kann. Deshalb sind vor allem die Halogene (—> Halogenanion), die Sulfonsäuregruppe (—> Sulfition),<br />
die Diazoniumgruppe (-> molekularer Stickstoff) u. a. relativ leicht nucleophil auszutauschen.<br />
Die Substitution eines Wasserstoffatoms dagegen ist schwierig und gelingt im allgemeinen<br />
nur dann, wenn das hochbasische und reaktionsfähige Hydridanion z. B. durch Oxidation<br />
beseitigt werden kann.<br />
Der nucleophile Ersatz der Diazoniumgruppe wird in D.8.3. besprochen.<br />
Op-Nitrosoverbindungen der secundären und tertiären aromatischen Amine bilden mit Mineralsäuren<br />
neutral reagierende Salze unter Ausbildung einer chinoiden Struktur:<br />
© /=-N<br />
> NOH Cl ,O
394 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
5.2.1. Nucleophile Substitution an aktivierten Aromaten<br />
-I- und -M-Substituenten setzen die Basizität des Aromaten herab. Sie erschweren dadurch<br />
die elektrophile Substitution (vgl. D.5.I.2.), begünstigen aber einen nucleophilen Angriff.<br />
Der Mechanismus nucleophiler Substitutionen an so aktivierten Aromaten entspricht einem<br />
Additions-Eliminierungs-Mechanismus. Er wird an dem technisch wichtigen Beispiel der<br />
Hydrolyse von l-Chlor-4-nitro-benzen erörtert:<br />
HO -/-\_„° —+ Cl 0 + HO-/~\-N° [5.71]<br />
II III<br />
Die nucleophile Substitution an aktivierten Aromaten ist formal mit der bimolekularen<br />
nucleophilen Substitution (SN2) an Aliphaten verwandt. Sie verläuft im allgemeinen ebenfalls<br />
bimolekular mit der Bildung des Anions [5.71] II als langsamstem Schritt. II ist jedoch im<br />
Gegensatz zur SN2-Reaktion und in Analogie zum ^-Komplex der elektrophilen aromatischen<br />
Substitution kein Übergangszustand, sondern eine echtes Zwischenprodukt.<br />
Ein solcher Mechanismus setzt voraus, daß das Reaktionszentrum positiviert ist und daß die<br />
negative Ladung im Anion [5.71] II durch Konjugation besonders gut delokalisiert werden<br />
kann. Beide Bedingungen werden von -M-Substituenten in o- und p-Stellung zum Reaktionszentrum<br />
erfüllt. Ihre aktivierende Wirkung nimmt entsprechend ihrem Elektronenacceptorvermögen<br />
in der folgenden Reihenfolge ab:<br />
©<br />
-N=NI > —NO > -NO2 > -CN > -CHO > -COCH3 > -N=N-C6H5 > -Cl<br />
Aus dem gleichen Grunde erfolgen nucleophile Substitutionen auch leicht an rc-Mangel-<br />
Heterocyclen, wie Pyridin (Analogie zum Nitrobenzen) und Chinolin.<br />
Die Substitution wird außerdem begünstigt, wenn das Reaktionszentrum zusätzlich von der<br />
austretenden Gruppe (in [5.71] Chlor) positiviert wird. Aus diesem Grunde lassen sich die<br />
Halogene in aktivierten Aromaten im allgemeinen in der Reihenfolge I < Br < Cl Br > Cl > F). Dort verläuft die Abspaltung des Halogens mit der Anlagerung<br />
des nucleophilen Reagens synchron, was hier nicht der Fall ist. Die Geschwindigkeit<br />
der nucleophilen Substitution an aktivierten Aromaten hängt aber nicht nur vom Elektronenzug<br />
innerhalb des Aromaten auf das Reaktionszentrum ab, sondern auch vom Elektronendruck<br />
des nucleophilen Reaktionspartners. Dabei steigt die Reaktivität der verschiedenen<br />
nucleophilen Reagenzien mit ihrer Basizität.<br />
In aktivierten Aromaten lassen sich so Halogen, Wasserstoff u.a. Substituenten bereits<br />
unter milden Reaktionsbedingungen gegen Hydroxy-, Alkoxy-, Mercapto- und andere Substituenten<br />
austauschen (vgl. die präparativen Beispiele). Verwendet man als nuleophile Agenzien<br />
das Anion des Dimethylsulfoxids ( - |CH2-SO-CH3) oder Dimethyloxosulfoniummethylid<br />
( - |CH2-SO(CH3)2), so lassen sich z. B. Chinolin, Isochinolin, Acridin und Nitrobenzen methylieren.<br />
Austretende Gruppe ist das Anion der Methylsulfensäure bzw. Dimethylsulfoxid. Man<br />
formuliere die Methylierung von Chinolin in 4-Position! Während sich z. B. Chlorbenzen nur<br />
unter sehr energischen Bedingungen zum Phenol hydrolysieren läßt (vgl. D.5.2.2.), gelingt der<br />
Ersatz des Halogens im l-Chlor-2- oder l-Chlor-4-nitro-benzen schon mit Natriumcarbonat bei<br />
13O 0 C. Pikrylchlorid (l-Chlor-2,4,6-trinitro-benzen) schließlich besitzt die Reaktivität eines<br />
Säurechlorids.<br />
Präparativ und technisch besonders wichtig sind nucleophile Substitutionen an aktivierten<br />
Arylhalogeniden. Man formuliere die nachstehenden Beispiele:
D. 5.2. Nucleophile aromatische Substitution 395<br />
l-Chlor-2,4-dinitro-benzen H > 2,4-Dinitro-phenol ^ Pikrinsäure<br />
l-Chlor-2,4-dinitro-benzen — 2 —^ 2,4-Dinitro-phenylhydrazin<br />
N,N-Dialkyl-p-nitroso-aniline —> Dialkylamine + p-Nitroso-phenol (vgl. [5.69])<br />
Die Synthese des Antibiotikums Ciprofloxacin (ein Gyrasehemmer) umfaßt in den letzten Schritten<br />
gleich zwei nucleophile aromatische Substitutionen:<br />
(NaH, °° OH ^^<br />
A~ A<br />
COOH<br />
-HCI<br />
[5.72]<br />
A<br />
Die Umsetzung von l-Fluor-2,4-dinitro- und l-Chlor-2,4-dinitro-benzen mit Aminen, Alkoholen<br />
und Thiolen kann zur Identifizierung dieser Verbindungen herangezogen werden. Von<br />
besonderer Bedeutung ist die Bestimmung endständiger Aminosäuren in Peptiden. Das Peptid<br />
wird dabei mit l-Fluor-2,4-dinitro-benzen umgesetzt und anschließend hydrolysiert. Die endständige<br />
Aminosäure liegt dann als 2,4-Dinitro-phenylderivat (DNP-Derivat) vor und kann so<br />
leicht von den anderen Aminosäuren abgetrennt und identifiziert werden (F. SANGER):<br />
H2N-CH-CO-PeptJd —- O2N-^ 7 x V-NH-CH-CO-Peptid —- O2N^f ^^NH-CH-COOH<br />
R ^ R ^ R r5731<br />
NO2 NO2<br />
+ Aminosäuren<br />
L J<br />
Von den nucleophilen Substitutionen an aktivierten Aromaten, die unter Ersatz eines Wasserstoffatoms<br />
verlaufen, ist vor allem die Chichibabin-Synthese von 2- oder 4-Amino-pyridinen<br />
oder -chinolinen mit Hilfe von Natriumamid von Bedeutung. Das sich dabei bildende Natriumhydrid<br />
reagiert mit dem aktiven Wasserstoff des Aminopyridins:<br />
^^\\<br />
- -INH? Na® ®*J X NHZ ^N-NH2 + Na-H- -N-NH 0 Na 0 ^H2<br />
Na 0<br />
[5.74]<br />
Einen analogen Verlauf nimmt die Alkylierung oder Arylierung von Pyridinen oder Chinolinen<br />
mit Lithiumalkylen oder -arylen. In diesem Fall läßt sich das Zwischenprodukt I bei tiefen<br />
Temperaturen sogar präparativ fassen:<br />
r. ^ fVH — C\ + ÜH [5 - 75]<br />
0 ^ k Nl^ H k N A R<br />
R ^R
396 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Das beim Erhitzen gebildete Lithiumhydrid scheidet sich aus der Lösung ab und wird auf diese<br />
Weise aus dem Gleichgewicht entfernt. Man kann auch die Zwischenverbindung I mit Wasser<br />
zersetzen, wobei das l ,2-Dihydroprodukt entsteht, das zum Pyridin oxidiert werden muß.<br />
Auch die Hydroxylierung von Af-Alkyl-pyridiniumsalzen erfolgt leicht. Das primär entstehende<br />
Dihydroprodukt I wird durch Zugabe eines Oxidationsmittels zum Af-Alkyl-pyridon II<br />
oxidiert:<br />
JX X "^\\ . * r_ *,«».•,.,. i / x '^\\<br />
l l UM i<br />
R R R<br />
I II<br />
[5.76]<br />
l-Methyl-pyrid'2-on: PRILL, E. A.; MC£LVAIN, S. M., Org. Synth., CoIl. Vol. II (1943), 419.<br />
Aromatische Nitroverbindungen werden leicht hydroxyliert. So bildet Nitrobenzen bereits<br />
beim Stehen über festem Kaliumhydroxid o-Nitro-phenol; das entstehende Hydridion reduziert<br />
überschüssiges Nitrobenzen u. a. zu Azokörpern (Rotfärbung; vgl. Schema [8.9]). Nitroverbindungen<br />
sollten daher nicht mit Ätzkali getrocknet werden.<br />
Von technischer Bedeutung sind nucleophile Substitutionen am Anthrachinon zur Darstellung von Farbstoffen<br />
und Farbstoffzwischenprodukten. So erhält man z.B. aus 2-Amino-anthrachinon bei der Alkalischmelze<br />
in Gegenwart von Oxidationsmitteln (Kaliumchlorat oder Natriumnitrat) bei 220 0 C den wichtigen<br />
Küpenfarbstoff Indanthren (Indanthrenblau RS):<br />
O LJ ^ - * i ik i I Il L * J<br />
O O<br />
Hier wird das entstehende Hydridion durch das zugesetzte Oxidationsmittel beseitigt.<br />
Darstellung von Aryl- und AIkyl-2,4-dinitro-phenylsulfiden (Allgemeine Arbeitsvorschrift für<br />
die qualitative Analyse)<br />
5 mmol des betreffenden Thiols oder Thiophenols und 5 mmol l-Chlor-2,4-dinitro-benzen werden<br />
in 15 ml Alkohol gelöst, eine Lösung von 5 mmol Ätznatron in 2 ml Alkohol wird zugegeben<br />
und die Mischung 10 Minuten unter Rückfluß erwärmt. Man filtriert heiß vom ausgeschiedenen<br />
Salz ab. Das Sulfid kristallisiert beim Abkühlen aus. Es kann aus Alkohol umkristallisiert<br />
werden.<br />
Darstellung von 2,4-Dinitro-phenylhydrazin<br />
In einem 500-ml-Dreihalskolben mit Innenthermometer, Rührer und Rückflußkühler werden<br />
0,25 mol reines l-Chlor-2,4-dinitro-benzen (F 51...52 0 C) in 125 ml warmem Diethylenglycol<br />
gelöst. Bei 15 bis 2O 0 C tropft man unter Rühren und Kühlen 0,3 mol Hydrazinhydrat (60- bis<br />
65%ige wäßrige Lösung) zu. Das Reaktionsgemisch wird nach dem Abklingen der exothermen<br />
Reaktion mit 50 ml Methanol 20 Minuten im siedenden Wasserbad gerührt, um nicht umgesetztes<br />
l-Chlor-2,4-dinitro-benzen herauszulösen. Nach dem Erkalten saugt man das 2,4-Dinitro-phenylhydrazin<br />
ab, wäscht mit wenig Methanol und kristallisiert um. F 200 0 C (n-Butanol<br />
oder Dioxan); Ausbeute 80%.
Darstellung von 2-Amino-pyridin<br />
D. 5.2. Nucleophile aromatische Substitution 397<br />
Vorsicht! Natriumamid zersetzt sich bei Zugabe von Wasser unter Explosion! Es bildet in •<br />
Gegenwart von Luft, Kohlendioxid und Feuchtigkeit außerordentlich leicht explodierende +<br />
Produkte, die an ihrer gelben Farbe erkennbar sind. Derartig verfärbte Produkte dürfen<br />
nicht mehr verwendet werden! Schutzbrille, Schutzhandschuhe!<br />
Voraussetzung für das Gelingen des Präparats ist Natriumamid von einwandfreier Qualität.<br />
In einem 500-ml-Dreihalskolben mit wirksamem Rührer, Tropftrichter und Rückflußkühler<br />
mit Natronkalk-Trockenrohr suspendiert man 0,5 mol gut zerkleinertes Natriumamid 1 ) in<br />
75 ml über Ätzkali sorgfältig getrocknetem und destilliertem Dimethylanilin. Unter Rühren<br />
tropft man 0,4 mol über gepulvertem Ätzkali oder Bariumhydroxid sorgfältig getrocknetes und<br />
destilliertes Pyridin zu, vertauscht den Tropftrichter gegen ein Innenthermometer und erhitzt<br />
10 Stunden auf 105 bis MO 0 C (Beendigung der Wasserstoffentwicklung). Das Reaktionsgemisch<br />
färbt sich dabei braun bis schwarz und wird nach einiger Zeit fest (Rührer abstellen!).<br />
Man zersetzt nach dem Abkühlen durch langsamen Zusatz von 80 ml verd. Natronlauge und<br />
gießt in 300 ml Wasser, um die Hydrolyse des Natriumsalzes zu vervollständigen, sättigt mit<br />
festem Natriumhydroxid und trennt die organische Phase ab. Dann wird mit Ätzkali getrocknet<br />
und im Vakuum über eine 40-cm-Vigreux-Kolonne destilliert. Nach dem Dimethylanilin<br />
(KpU(I3) 81 bis 82 0 C) geht bei 95 bis 96°C/l,7kPa (13 Torr) das 2-Amino-pyridin über.<br />
F 56 0 C (Ligroin). Aus der Zwischenfraktion 82 bis 95 °C/1,7 kPa (13 Torr) kann durch Zusatz<br />
von Petrolether noch etwas 2-Amino-pyridin gewonnen werden. Ausbeute 60%.<br />
5.2.2. Nucleophile Substitution an nichtaktivierten Aromaten<br />
Aromatisch gebundenes Halogen, das nicht durch -I- oder -M-Substituenten aktiviert ist, läßt<br />
sich unter den milden Bedingungen, die bei SN-Reaktionen (vgl. Kap. D.2.) beschrieben wurden,<br />
normalerweise nicht gegen Hydroxyl-, Amino- oder Cyangruppen austauschen. Die<br />
Hydrolyse des Chlors im Chlorbenzen erfordert in Gegenwart von 10- bis 15%iger Natronlauge<br />
Temperaturen von etwa 350 0 C.<br />
Markiert man das dem Chlor benachbarte Kohlenstoffatom im Chlorbenzen mit 14 C, so findet<br />
man die Hydroxylgruppe im Endprodukt nicht nur an diesem (zu 58%), sondern ebenfalls<br />
am benachbarten Kohlenstoffatom (42%). Zur Erklärung wird angenommen, daß die Reaktion<br />
zunächst unter Eliminierung von Halogenwasserstoff ein Benzenderivat mit einer formalen<br />
Dreifachbindung liefert („Arin", „Dehydrobenzen", „Benzyn") und in der letzten Stufe<br />
Wasser nucleophil addiert wird (Eliminierungs-Additions-Mechanismus):<br />
,Cl<br />
-HCI<br />
+ HOH; OH r Il , r l [5J8]<br />
H<br />
Bei der nucleophilen Substitution substituierter Halogenbenzene gibt sich ein solcher Mechanismus<br />
durch Isomerisierungen zu erkennen. So erhält man z. B. bei der Umsetzung von p-Chlortoluen<br />
mit Natriumamid in flüssigem Ammoniak ein Gemisch von m- undp-Toluidin (62:38).<br />
In vielen Fällen jedoch laufen nucleophile Substitutionen an nichtaktivierten Aromaten<br />
sowohl über Arine als auch nach dem in Gleichung [5.71] beschriebenen Mechanismus ab.<br />
Man beobachtet dann Umlagerungen nur in geringem Ausmaß oder gar nicht, wie z. B. bei der<br />
Alkalischmelze von a- oder ß-Naphthalensulfonsäure, die ausschließlich a- bzw. ß-Naphthol<br />
liefert. Auch mit Metallcyaniden entstehen aus aromatischen Sulfonsäuren meist die entsprechenden<br />
Nitrile ohne Umlagerung.<br />
I VgI. Reagenzienanhang.
398 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Darstellung von ß-Naphthol 1 )<br />
| Vorsicht! Schutzhandschuhe! Schutzbrille!<br />
0,75 mol Natriumhydroxid und 3 ml Wasser werden in einem Nickeltiegel (etwa 75 ml Fassungsvermögen)<br />
auf 270 0 C erhitzt und 0,044 mol feingepulvertes Natrium-naphthalen-ß-sulfonat 2 ) langsam<br />
eingetragen. Dabei rührt man mit einem Thermometer um, das in einer mit hochsiedendem<br />
Paraffin gefüllten Nickelhülse steckt. Man erhöht die Innentemperatur dann langsam auf 315 0 C<br />
(in etwa 20 Minuten) und hält 3 Minuten bei dieser Temperatur. Die Schmelze wird auf den gefliesten<br />
Labortisch gegossen, zerkleinert, in einem Becherglas in Wasser gelöst und unter Kühlen mit<br />
konz. Salzsäure stark angesäuert. Man läßt über Nacht stehen, filtriert ab, wäscht mit Wasser,<br />
trocknet und kristallisiert aus Wasser um. F 122...123 0 C; Ausbeute 80%.<br />
Weiterhin sind Substitutionsreaktionen an nichtaktivierten Aromaten bekannt, die durch<br />
Übertragung eines Elektrons ausgelöst werden und deshalb als Radikalreaktionen, häufig<br />
sogar als Radikalkettenreaktionen, ablaufen. Diese SNR1 -Reaktionen führen zum gleichen<br />
Ergebnis wie die ionischen nucleophilen Substitutionen.<br />
Bei der SNR-Reaktion wird im ersten Schritt ein Elektron von einem geeigneten Elektronendonor<br />
mit niedrigem Oxidationspotential (der auch das Nucleophil selbst sein kann) oder<br />
elektrochemisch von der Katode auf das Substrat Ar-X übertragen.<br />
Das nach [5.79a] gebildete Radikalanion I des Substrats dissoziiert, und das reaktive Arylradikal<br />
kombiniert mit dem Nucleophil zu einem neuen Anionradikal II, das in einer Übertragungsreaktion<br />
I regeneriert:<br />
Ar-X esolv:YI » Ar-X? Startreaktion (a)<br />
I<br />
Ar—X® - Ar- +X 0 (b)<br />
Ar- + |Nu ü Kettenwachstumsreaktionen<br />
Ar-Nu? (c)<br />
Ar-Nu- + Ar-X Ar-Nu + Ar-X- Dbertragungsreaktion (d)<br />
[5.79]<br />
0<br />
Nach dem SNR1-Mechanismus können insbesondere Halogene, -SPh, -NMe3, -OPO(OEt)2,<br />
-Nf 3) an Aromaten und Heterocyclen nucleophil substituiert werden. Als Nucleophile werden<br />
vor allem stark basische Amine, Alkoholate, Thiolate, Enolate, Sulfinate, aci-Nitrosalze sowie<br />
Anionen von Acetonitrilen eingesetzt. Es gelingt mit diesem Reaktionstyp also auch eine C-C-<br />
Verknüpfung zwischen dem Aromaten bzw. Heterocyclus und einem Carbanion. (Man formuliere<br />
die unten angegebenen präparativen Beispiele!)<br />
Typisch für SNR-Reaktionen am Aromaten ist, daß in Gegenwart protonischer Lösungsmittel<br />
Reduktionsprodukte entstehen, wie z. B. der reduzierte Aromat:<br />
Ar- + H-R Ar-H + R- [5.80]<br />
Als Reaktionsmedium eignen sich, wenn nicht im System flüssiges Ammoniak/Alkalimetall<br />
gearbeitet wird, deshalb aprotonische Lösungsmittel, wie Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid,<br />
Hexamethylphosphorsäuretriarnid. Da sich bei Photoanregung sowohl die Oxidations- als<br />
1 J nach MAY, C E., J. Am. Chem. Soc. 44 (1922), 650<br />
2 ) Es ist zweckmäßig, carbonatfreies, in Wasser vollständig lösliches Natrium-ß-naphthalensulfonat zu verwenden,<br />
da die Schmelze sonst stark schäumt.<br />
3) VgI. die Substitution von -Nf durch I - nach SANDMEYER, D.8.3.2.
D. 5.3. Metallvermittelte Substitutionen an Aromaten 399<br />
auch die Reduktionspotentiale von Stoffen um den Betrag der Energie der Lichtanregung<br />
erhöhen, lassen sich SNR1-Reaktionen häufig photochemisch initiieren.<br />
Herstellung von Phenylaceton: Rossi, R. A.; BUNETT, J. F., J. Org. Chem. 38 (1973), 1407;<br />
Phenylphosphonsäure-diethylester. BUNNETT, J. F.; WEISS, R. H., Org. Synth. 58 (1978), 134.<br />
Sowohl die Hydrolyse von Chlorbenzen als auch die Alkalischmelze von aromatischen Sulfonsäuren sind für<br />
die Darstellung von Phenolen technisch bedeutungsvoll. Die wichtigsten Produkte sind Resorcinol (aus Benzen-<br />
l,3-disulfonsäure), 3-Amino-phenol (aus 3-Amino-benzensulfonsäure; Verwendung s. D.5.1.8.6.), ß- und<br />
a-Naphthol und Derivate (aus den entsprechenden Sulfonsäuren, s. D.5.1.4. und Tab. 8.35) und Brenzcatechin<br />
(Catechol) und 2,4,5-Trichlor-phenol (aus o-Chlor-phenol bzw. 1,2,4,5-Tetrachlor-benzen, s. D.5.! .5.).<br />
Verschiedene Hydroxy- und Aminoanthrachinone werden aus Chloranthrachinonen und Anthrachinonsulfonsäuren<br />
hergestellt. Sie stellen sehr wichtige Farbstoffe und Farbstoffzwischenprodukte dar.<br />
5.3. Metallvermittelte Substitutionen an Aromaten<br />
Aromatische Verbindungen, die einer nucleophilen Substitution nicht oder nur schwer zugänglich<br />
sind, wie z. B. nichtaktivierte Halogenaromaten ArX (vgl. D.5.2.), reagieren mit gewissen<br />
Metallen, Metallkomplexen und metallorganischen Verbindungen oft leicht unter Substitution<br />
von X. Arylhalogenide verhalten sich in diesen Reaktionen wie andere organische Halogenide<br />
auch, vgl. Kapitel D.7.2.2.<br />
Mit unedlen Metallen, wie z.B. Lithium oder Magnesium, bilden sich die entsprechenden<br />
metallierten Aromaten:<br />
Ar-X + 2 Li Ar—Li + LiX [5.8Ia]<br />
Ar-X + Mg Ar-Mg-X [5.8Ib]<br />
Der Halogen-Metall-Austausch kann auch mit metallorganischen Verbindungen stark elektropositiver<br />
Metalle, z. B. AlkyllithiumVerbindungen, erreicht werden:<br />
Ar-X + Li-R Ar—Li + R-X [5.82]<br />
Mit Lithiumalkylen lassen sich sogar aromatische C-H-Bindungen metallieren:<br />
Ar-H + Li-R Ar-Li + R-H [5.83]<br />
Die erhaltenen Arylmetallverbindungen sind auf Grund ihrer polaren Kohlenstoff-Metall-<br />
Bindung stark nucleophil und zu vielfältigen Reaktionen mit elektrophilen Partnern befähigt.<br />
Wichtige Umsetzungen dieser Art werden im folgenden Kapitel D.5.3.1. und in Kapitel<br />
D.7.2.2. besprochen.<br />
Mit Komplexen niedrigvalenter Übergangsmetalle, besonders Palladium(O) und Nickel(O),<br />
reagieren Arylhalogenide, -sulfonate und andere substituierte Aromaten mit günstigen<br />
Abgangsgruppen unter oxidativer Addition (vgl. D.4.5.1.) an das Metallatom:<br />
Arx<br />
Ar-X + Pd 0 L2 - /Pd 11 L2 L (Ligand) = PR3 u.a. [5.84]<br />
X<br />
Auch dabei wird eine Arylmetallverbindung gebildet, die eine Vielfalt weiterer Umsetzungen<br />
ermöglicht. Sie spielen vor allem in den übergangsmetallkatalysierten Substitutionen an<br />
Aromaten eine Rolle, siehe Kapitel D.5.3.2. und folgende.<br />
Schließlich können Arylhalogenide, -sulfonate und andere Aromaten ArX auch mit Organometallverbindungen<br />
direkt oder übergangsmetallkatalysiert unter C-C-Bindungsknüpfung<br />
umgesetzt werden:<br />
Ar-X + M-R Ar R + MX M = Cu, MgX, ZnR, BRg, SnRg u.a. [5.85]
400 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Präparativ wichtig sind vor allem die Reaktionen mit kupfer-, magnesium-, zink-, bor- und<br />
zinnorganischen Verbindungen, die in den Kapiteln D.5.3.2. und D.7.2.2. behandelt werden.<br />
Alle genannten Umsetzungen können außer mit Arylverbindungen auch mit den entsprechenden<br />
Alkenylverbindungen durchgeführt werden, was ihr Synthesepotential außerordentlich<br />
erweitert.<br />
5.3.1. Metallierung von Aromaten<br />
Die Metallierung von Aromaten ist ausgehend von Halogenaromaten Ar-X durch Halogen-<br />
Metall-Austausch nach [5.81]und [5.82] oder ausgehend von Ar-H durch Wasserstoff-Metall-<br />
Austausch nach [5.83] möglich.<br />
Auf die Reaktionen von Arylhalogeniden mit unedlen Metallen nach [5.81], von denen die<br />
mit Lithium und mit Magnesium präparativ von größter Bedeutung sind, wird in Kapitel<br />
D.7.2.2. ausführlich eingegangen.<br />
Aryllithiumverbindungen lassen sich vorteilhaft auch durch Halogen-Metall-Austausch aus<br />
Halogenaromaten und Lithiumalkylen entsprechend Gleichung [5.82] darstellen.<br />
Der Austausch verläuft in der angegebenen Richtung, weil Metallalkyle stärkere Basen als Metallaryle<br />
sind (infolge der höheren Acidität von Arenen im Verhältnis zu der von Alkanen, vgl. Tab. C.50).<br />
Die Reaktivität der Arylhalogenide nimmt mit steigender Dissoziationsenergie der Aryl-<br />
Halogen-Bindung von den Aryliodiden über die Bromide zu den Chloriden ab. Arylfluoride<br />
reagieren nicht. lod- und Bromaromaten lassen sich mit n-Butyl- oder tert-Butyl-lithium in<br />
Ether-Lösungsmitteln (Diethylether, Tetrahydrofuran) bereits bei -60 bis -100 0 C mit ausreichender<br />
Geschwindigkeit umsetzen. Bei diesen tiefen Temperaturen werden auch Substituenten<br />
am Aromaten toleriert, die bei Raumtemperatur mit Lithiumalkylen reagieren, wie Ester-,<br />
Amid-, Epoxy-, Cyan- und Nitrogruppen.<br />
Der begrenzende Faktor solcher Reaktionen ist die z. T. ungünstige Verfügbarkeit reiner Halogenaromaten,<br />
die bei direkter Halogenierung von Aromaten häufig als Isomerengemische anfallen und mit großem<br />
Aufwand getrennt werden müssen (s. D.5.1.5.) oder bei isomerenreiner Synthese spezielle Verfahren erfordern<br />
(vgl. z. B. D.8.3.2., Sandmeyer-Reaktion).<br />
Diese Schwierigkeiten lassen sich durch die direkte Metallierung aromatischer C-H-Bindungen<br />
mit Lithiumalkylen entsprechend Gleichung [5.83] umgehen. Auch diese Reaktion verläuft<br />
in der formulierten Richtung wegen der höhere CH-Acidität von Arenen im Verhältnis zu der<br />
von Alkanen. Im Vergleich zum Halogen-Metall-Austausch erfordern die Umsetzungen<br />
höhere Temperaturen (-30 bis 4O 0 C), lassen sich aber durch Zugabe von Diaminen, wie<br />
Af,AyV',W'-Tetramethyl-ethylendiamin (TMEDA) oder/und von Kalium-tert-butanolat stark<br />
beschleunigen.<br />
Unter diesen Bedingungen kann selbst Benzen (und auch Ethen) lithiiert werden. Das Diamin bricht<br />
durch Chelatkomplexbildung mit dem Lithiumatom die Assoziate, als die Lithiumalkyle in Lösung vorliegen,<br />
auf und erhöht so deren Reaktivität.<br />
Mit Gemischen von Lithiumalkylen und Kalium-tert-butanolat, die auch als „Superbasen" bezeichnet<br />
werden, verläuft die Metallierung über intermediär gebildete Kaliumalkyle, die reaktiver als Lithiumalkyle<br />
sind, unter Bildung von Kaliumarylen:<br />
R-LJ + t-BuOK ^== R-K + t-BuOLi<br />
Ar-H + R-K - Ar-K + R-H<br />
[5.86]<br />
Substituenten mit freien Elektronenpaaren, die mit dem Metall in koordinative Wechselwirkung<br />
treten können, haben einen starken Einfluß auf die Geschwindigkeit und die Regioselektivität<br />
der Metallierung. Solche Gruppen (directing metalztion groups, DMG's im Eng-
D. 5.3. Metallvermittelte Substitutionen an Aromaten 401<br />
lischen) erhöhen die Reaktivität der Aromaten und dirigieren das Metall in die ortho-Stellung<br />
zum Substituenten (dirigierte ortho-Metallierung „ l<br />
+ Li-R + R-H<br />
H ^ ^Li<br />
Y = OR 1 , SR 1 , NR2, CH2OR 1 , CONR^ OCONR^,<br />
, SOR', SO2R 1<br />
[5.87]<br />
Heteroaromaten werden aus dem gleichen Grunde im allgemeinen in Nachbarstellung zum<br />
Heteroatom metalliert.<br />
Durch dirigierte ort/zo-Metallierung und anschließende Umsetzung mit elektrophilen Reagenzien [5.88]<br />
lassen sich unter milden Bedingungen Substituenten regioselektiv in die zur aktivierenden Gruppe benachbarten<br />
Position einführen. Auf diesem Wege werden andere Regioselektivitäten erzielt als durch direkte<br />
elektrophile Substitution, die entweder zu Gemischen von ortho- und para-substituierten Verbindungen<br />
oder zu den meta-Substitutionsprodukten führt, s. D.5.1.2. Heteroaromaten, wie z. B. Pyridin und Indol, lassen<br />
sich in 2-Stellung substituieren, was ebenfalls mit den üblichen elektrophilen Substitutionsreaktionen<br />
nicht möglich ist.<br />
Die durch die genannten Metallierungsreaktionen gebildeten Organolithium- und -magnesiumverbindungen<br />
enthalten eine stark polare Kohlenstoff-Metall-Bindung, in der das C-Atom<br />
eine negative Partialladung trägt und daher stark basisch und nucleophil ist. Sie reagieren aus<br />
diesem Grunde leicht mit elektrophilen Reagenzien unter Substitution des Metallatoms:<br />
8+ ö- 5+ S-<br />
M-Ar + E-X Ar-E + MX [5.88]<br />
Einige wichtige Reaktionen von Aryllithium- und -magnesiumverbindungen sind in Tabelle<br />
5.89 zusammengestellt. Alkyl- und Alkenylmetallverbindungen reagieren analog.<br />
Die Umsetzungen metallorganischer Verbindungen mit Carbonylverbindungen werden in<br />
Kapitel D.7.2.2. besprochen.<br />
Tabelle 5.89<br />
Reaktionen von Arylmetallverbindungen<br />
Ar-M + H-X<br />
Ar-M + R-X<br />
Ar-M + ^O2 -<br />
Ar-M + ^S8-<br />
Ar-H + MX<br />
Ar—R + MX<br />
Ar-OM ^-^ Ar-OH + MX<br />
+ RX<br />
Ar-SM Ar-SR + MX<br />
• UV + HX<br />
Ar-SH + MX<br />
Ar-M + R-S-S-R - Ar-SR + RSM<br />
Ar-M + MeO-NH2<br />
Ar-M + I2<br />
Ar—I + Ml<br />
- Ar-NH2 + MeOM<br />
I Die Dimethyl-l^-oxazolinylgftippe ist eine geschützte COOH-Gruppe, vgl. [7.48].<br />
Reaktion mit OH-, NH-, CHund<br />
anderen H-aciden Verbindungen,<br />
vgl. D.7.2.2.<br />
Reaktion mit Alkylhalogeniden<br />
und -sulfonaten zu Alkylaromaten<br />
Reaktion mit Sauerstoff zu<br />
Phenolen<br />
Reaktion mit Schwefel zu Thioethern<br />
und Thiolen<br />
Reaktion mit Disulfiden zu<br />
Thioethern<br />
Reaktion mit Methoxylamin zu<br />
Aminen<br />
Reaktion mit lod zu Aryliodiden
402 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Tabelle 5.89 (Fortsetzung)<br />
Ar-M + R2C=O<br />
, LJX/<br />
Ar-CR2-OM _"*• Ar-CR2-OH Reaktion mit Carbonylverbindungen<br />
zu Alkoholen, s. D.7.2.2.<br />
Ar-M + CO2 - Ar-CO-OM "*» Ar-COOH<br />
-MX<br />
Reaktion mit Kohlendioxid zu<br />
Carbonsäuren, s. D.I.2.2.<br />
Die Reaktionen mit Wasser und Sauerstoff sind dafür verantwortlich, daß metallorganische<br />
Verbindungen unter Feuchtigkeits- und Luftausschluß gehandhabt werden müssen.<br />
Als Beispiel für die Alkylierung eines durch dirigierte Metallierung hergestellten lithiierten<br />
Aromaten wird die Darstellung von 3-Decyl-l,2-dimethoxy-benzen (3-Decyl-veratrol)<br />
beschrieben:<br />
OMe<br />
OMe<br />
[5.90]<br />
Man überlege sich, welches isomere Alkylveratrol über die Reaktionsstufen Friedel-Crafts-Acylierung<br />
(D.5.1.8.1.) und Reduktion des Ketons nach WOLFF-KIZHNER (D.7.3.1.6) enstehen würde!<br />
3-Decyl- veratrol 1 )<br />
Achtung! n-Butyllithium ist extrem hydrolyseempfindlich und an der Luft selbstentzündlich.<br />
Aus den eingesetzten Chemikalien sind Feuchtigkeitsspuren zu entfernen. Alle Glasgeräte<br />
müssen rigoros getrocknet werden. Die Reaktion ist unter trockenem Argon als Schutzgas<br />
durchzuführen.<br />
Man verwende ein Magnetrührwerk mit Kühlbad und einen 500-ml-Dreihalskolben mit Rückflußkühler,<br />
versehen mit einem Trockenrohr, Gaseinleitungsrohr und Septumkappenverschluß.<br />
Zu einer mit Argon gespülten und unter Argonschutzgas stehenden Lösung von 0,25 mol<br />
(34,5 g) Veratrol in 150 ml trockenem Tetrahydrofuran (vgl. Reagenzienanhang) werden bei<br />
O 0 C (Eisbad verwenden!) und unter Rühren mit Hilfe eine Spritze 0,17 mol n-Butyllithium<br />
(123 ml einer 1,36 M n-Butyllithium-Lösung) in Diethylether innerhalb von 10 Minuten zugegeben.<br />
Es wird 1,5 Stunden bei O 0 C gerührt und danach eine argongespülte Lösung von<br />
0,083 mol (18,5 g) 1-Bromdecan in 20 ml THF zugespritzt. Nach 3stündigem Erhitzen unter<br />
Rückfluß wird auf Raumtemperatur abgekühlt. Zur Hydrolyse tropft man 100 ml 10%ige Salzsäure<br />
vorsichtig zu, trennt die Phasen und schüttelt die wäßrige Phase zweimal mit 150 ml<br />
Ether aus. Die vereinigten organischen Phasen werden mit 20 ml 10%iger Natronlauge und<br />
Wasser gewaschen, mit Magnesiumsulfat getrocknet und am Rotationsverdampfer vom<br />
Lösungsmittel befreit. Den Rückstand fraktioniert man unter Verwendung einer kurzen<br />
Vigreux-Kolonne im Vakuum. Nach einem Vorlauf von Veratrol erhält man 17 g (73 % d. Th.)<br />
des Produktes als farblose Flüssigkeit. Kp 139...1400,o66(o,5)-<br />
2-Thiophenthiol durch Lithiierung von Thiophen und anschließende Schwefelung: JONES, E.;<br />
MOODIE, I. M., Org. Synth. 50 (1970), 104.<br />
vi,vL-Diphenyl-2-furyl-methanol durch Lithiierung von Furan und anschließende Umsetzung<br />
mit Benzophenon: GSCHWEND, H. W.; RODRIGUEZ, W. R., Org. React. 26 (1979), 97.<br />
(2-Dimethylamino-5-methylphenyl)diphenylmethanol durch dirigierte Lithiierung von NJJ-<br />
Dimethylamino-p-toluidin und anschließende Umsetzung mit Benzophenon: HAY, J. V.;<br />
HARRIS, T. M., Org. Synth., CoIl. Vol. VI (1988), 478.<br />
1 J nach NG, G. B.; DAWSON, C. R., J. Org. Chem. 43 (1978), 3205
D. 5.3. Metallvermittelte Substitutionen an Aromaten 403<br />
Präparativ sehr wichtig sind die Reaktionen von Lithium- und magnesiumorganischen Verbindungen<br />
mit den Halogeniden anderer Elemente zu den entsprechenden elementorganischen<br />
Verbindungen:<br />
Ar-M + M 1 —X Ar-M 1 + MX M 1 = R2P, R2P(O), R2B, R3Si1 R3Sn u.a. [5.91]<br />
Auf diese Weise können Organophosphor-, -bor-, -silizium-, -zinn- und andere metallorganische<br />
Verbindungen hergestellt werden (Transmetallierungen, s. z.B. [7.201], [7.217]). Die dabei<br />
gebildeten Organometallverbindungen sind selbst wieder zu den verschiedensten Substitutionsreaktionen<br />
in der Lage (vgl. die folgenden Kapitel und D.7.2.2.).<br />
Am Bor lassen sich auch Alkoxygruppen durch lithium- und magnesiumorganische Verbindungen substituieren,<br />
z. B.:<br />
Ar-M + B(OMe)3 Ar - -B(OMe)2 + MOMe [5.92]<br />
Die aus Trialkylboraten gebildeten Arylboronsäureester sind wertvolle Reagenzien für weitere Synthesen<br />
(s. z.B. [5.104]). Sie können unter anderem mit Wasserstoffperoxid in Essigsäure zu Arylboraten oxidiert<br />
und diese zu Phenolen hydrolysiert werden:<br />
Ar-B(OMe)2 ±^- Ar-O-B(OMe)2 _J±° • Ar-OH [5.93]<br />
Die Reaktionsfolge über Arylborverbindungen eröffnet einen Zugang zu Phenolen ausgehend von<br />
Ar-H oder Ar-X über Ar-M (nach [5.83] bzw. [5.81]). Sie verläuft mit besseren Ausbeuten als die direkte<br />
Oxidation des Metallaryls mit Sauerstoff (Tab. 5.89).<br />
5.3.2. Kupplungen von Aryl- mit Organometallverbindungen<br />
Arylhalogenide, -sulfonate und andere Aromaten Ar-X, vor allem Aryliodide, -bromide und<br />
-trifluormethansulfonate („Triflate"), reagieren entsprechend Gleichung [5.85] mit metallorganischen<br />
Verbindungen direkt oder übergangsmetallkatalysiert unter Substitution von X durch<br />
einen organischen Rest. Alkenylhalogenide und -triflate verhalten sich analog. In diesen auch<br />
Kreuzkupplungen genannten Reaktionen werden C-C-Bindungen neu geknüpft; sie haben<br />
daher für die Synthese organischer Verbindungen eine herausragende Bedeutung.<br />
5.3.2.2. Kupplungen mit alkalimetall- und kupferorganischen Verbindungen<br />
Mit den stark polaren, stark basischen Organoalkalimetallverbindungen reagieren Arylhalogenide bereits<br />
ohne einen Katalysator. Sie kuppeln z. B. mit Lithiumalkylen in Tetrahydrofuran zu Alkylarenen (möglicherweise<br />
nach intermediärem Halogen-Metall-Austausch [5.85]):<br />
Ar-X + R-Li ^== Ar-Li + R-X Ar—R + LiX [5.94]<br />
Nebenreaktionen, wie die Bildung symmetrischer Kupplungsprodukte und die Eliminierung zu Olefinen,<br />
mindern die Ausbeuten der Umsetzung.<br />
Die Metallalkyle können auch in situ aus entsprechenden Halogenverbindungen und Alkalimetall<br />
erzeugt werden. So reagiert die Mischung eines Aryl- und eines Alkylhalogenids mit Natrium in Ether bei<br />
Raumtemperatur zu Alkylaromaten (Wurtz-Fittig-Reaktion):<br />
Ar-X + R-X + 2Na Ar-R + 2 NaX [5.95]<br />
Die Reaktion ist eine Variante der Wurt z-Reaktion, in der Organohalogenide mit Natrium zu den symmetrischen<br />
Kupplungsprodukten umgesetzt werden, Arylhalogenide also zu Biarylen (allerdings mit mäßigen<br />
Ausbeuten).<br />
Auch mit den anderen Alkalimetallen, z. B. Lithium, können solche Kupplungsreaktionen vermittelt werden.
404 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
In allen Fällen bilden sich intermediär Alkalimetallaryle, die dann mit den Halogeniden zu den Kupplungsprodukten<br />
reagieren:<br />
- IVlA<br />
Ar-M<br />
Da Alkalimetallorganyle mit vielen funktioneilen Gruppen (-COR, -CN, -NO2, -SO2R, -OH, -NH2<br />
u. a.) unverträglich sind (vgl. Tab. 5.89 und Kap. D.7.2.2.), ist der Anwendungsbereich von Kupplungen mit<br />
diesen Verbindungen beschränkt.<br />
Organokupferverbindungen, die ebenfalls meist ohne weiteren Katalysator mit Arylhalogeniden<br />
umgesetzt werden können, tolerieren viele dieser Gruppen; sie sind daher als Kupplungspartner<br />
von weit größerer präparativer Bedeutung.<br />
Lithiumdialkylcuprate R2CuLi, die aus Lithiumalkylen und Kupfer(I)salzen dargestellt werden<br />
können (s. [7.217]), reagieren mit Aryliodiden in Ether oder Tetrahydrofuran mit guten<br />
Ausbeuten zu Alkylaromaten (vgl. [7.219]):<br />
Ar—I + R2CuLi Ar-R + RCu + LJI [5.97]<br />
Kupferacetylide ergeben mit Aryl- (und auch Alkylen)-halogeniden Aryl- (bzw. Alkenyl)acetylene<br />
(Stephens-Castro-Kupplung):<br />
Ar—I + CuC=CR - Ar-C=C-R + CuI [5.98]<br />
Diphenylacetylen und substituierte Diphenylacetylene aus Aryliodiden und Kupfer(I)-phenylacetylid.<br />
STEPHENS, R. D.; CASTRO, C. E., J. Org. Chem. 28 (1963), 3313.<br />
2-Phenyl-furo[3,2-b]pyridin aus 2-Iod-pyridin-3-ol und Kupfer(I)-phenylacetylid: ONSLEY,<br />
D. C; CASTRO, C. E., Org. Synth. 52 (1972), 128.<br />
Mit Kupfer(I)-cyanid reagieren Arylhalogenide bei Temperaturen über 200 0 C zu Benzonitrilen (Rosenmund-von-Braun-Reaktiori):<br />
Ar-Br + CuC=N Ar-C=N + CuBr [5-99]<br />
vL-Naphthonitril aus a-Brom-naphthalin und CuCN: NEWMAN, M. S., Org. Synth., CoIl. Vol. III (1955),<br />
631.<br />
Phenanthren-9-carbonitril aus 9-Brom-phenanthren und CuCN: GALLEN, J. E.; DORNFELD, C. A., Org.<br />
Synth., CoIl. Vol. III (1955), 212.<br />
Organokupferverbindungen treten intermediär auch bei der Ullmann-Reaktion auf, der Kupplung von<br />
Arylhalogeniden zu Biarylen mit Kupferpulver bei hohen Temperaturen (>200°C).<br />
2 Ar-X + 2 Cu Ar—Ar + 2 CuX [5.100]<br />
Die Reaktion verläuft wahrscheinlich analog [5.96] unter Bildung von Kupferarylen als Zwischenprodukten.<br />
Am besten geeignet sind Aryliodide, Arylbromide und -chloride können aber auch umgesetzt werden.<br />
Elektronenacceptorsubstituenten in ortho-Stellung , wie o-NO2- und o-CN-Gruppen, aktivieren die Substrate<br />
ausgeprägt. Aus dem Gemisch eines Aryliodids mit einem zweiten Arylbromid oder -chlorid lassen<br />
sich unsymmetrische Biaryle Ar-Ar 7 darstellen (gekreuzte Ullmann-Reaktion).<br />
Bei wesentlich niedrigeren Temperaturen gelingt die Kupplung von Arylhalogeniden zu Biarylen in<br />
homogener Phase mit löslichen Kupfer(I)-salzen, besonders dem Triflat. Auch Nickel(0)-Komplexe sind<br />
effiziente Reagenzien dafür.<br />
2,2 / -Dinitro-biphenyl aus 2-Chlor-nitrobenzen mit Kupferbronze: FUSON, R. C.; CLEVELAND, E. A., Org.<br />
Synth., CoIl. Vol. III (1955), 339.<br />
4,4'-Dicyan-biphenyl aus 4-Brom-benzonitril und Bis(l,5-cyclooctadien)nickel Ni(cod)2: SEMMELHACK,<br />
M. F.; HELQUIST, P. M.; JONES, L. D., J. Am. Chem. Soc. 93 (1971), 5908.
5.3.3.2. Übergangsmetall-katalysierte Kreuzkupplungen<br />
D. 5.3. Metallvermittelte Substitutionen an Aromaten 405<br />
Die meisten metallorganischen Verbindungen lassen sich nur in Anwesenheit katalytischer<br />
Mengen eines Übergangsmetallkomplexes mit Aryl- (und Alkenyl)halogeniden kuppeln. Als<br />
Katalysatoren sind besonders Palladium(O)- und Nickel(0)-komplexe geeignet.<br />
Die katalytische Wirkung beruht auf der Fähigkeit dieser Übergangsmetallkomplexe zu oxidativer Addition<br />
[5.85], Transmetallierung [5.88] und reduktiver Eliminierung (vgl. D.4.5.I., [4.Ul]). Der diese drei<br />
Schritte umfassende Katalysecyclus ist in [5.!0I] schematisch für Palladium-Komplexe unter Weglassung<br />
der Liganden dargestellt.<br />
+ Ar-X/ X-Ar-R y \ [5.10l]<br />
Ar-Pd»-X + _^~ M • Ar-Pd»-R<br />
Die katalysierte Reaktion beginnt mit der oxidativen Addition des Arylhalogenids ArX an den Pd(O)-<br />
Komplex zu einem Aryl-Pd(II)-X-Komplex, der mit dem metallorganischen Reagens RM unter Transmetallierung<br />
zu einem Ar-Pd(II)-R-Komplex reagiert. Aus diesem wird das Kreuzkupplungsprodukt Ar-R<br />
reduktiv eliminiert, wobei sich der Katalysator Pd(O) zurückbildet.<br />
Die drei Reaktionen des Cyclus verlaufen je nach Art der Reaktanden, Liganden und Lösungsmittel<br />
selbst wieder nach komplexen Mechanismen. Die reduktive Eliminierung kann z. B. direkt aus dem vierfach<br />
koordinierten quadratisch planaren Ar-PdL2-R-Komplex erfolgen, was nur aus der c/s-Konfiguration<br />
möglich ist, in die sich ein eventuell vorliegender trans-Komplex dann umlagern muß, siehe [5.102a]. Dieser<br />
Weg ist bei Aryl- und Alkenylpalladiumkomplexen wahrscheinlich. Andernfalls kann die Eliminierung<br />
aber auch in mehreren Schritten unter Abspaltung von zunächst einem Liganden über einen nur dreifach<br />
koordinierten Komplex entsprechend [5.!02b] verlaufen.<br />
-L<br />
Ar \ / L Ar<br />
>< ^=^ i + PdL2 [5.102a]<br />
R L R<br />
Ar \ / L Ar + PdL [5-102b]<br />
Außer Arylhalogeniden können auch Arylsulfonate Ar-OSO2R', Aryldiazoniumsalze Ar-<br />
> und andere Ar-X mit guten Abgangsgruppen als Substrate in übergangsmetallkatalysierten<br />
Kreuzkupplungen eingesetzt werden. Besonders die Trifluormethansulfonate (Triflate)<br />
Ar-OSO2CF3, die aus Phenolen erhalten werden, sind sehr nützliche Verbindungen. Ihre<br />
Reaktivität ordnet sich im allgemeinen in die Reihe ein: Ar-I > Ar-OTf > Ar-Br > Ar-Cl. Die<br />
Reaktionsfähigkeit der elektrophilen Substrate wird durch Elektronenacceptorsubstituenten<br />
erhöht und durch Elektronendonatoren erniedrigt, das umgekehrte gilt für die als Nucleophile<br />
fungierenden metallorganischen Reagenzien.<br />
Eine präparativ wichtige Reaktion, die durch Palladium-Komplexe beschleunigt wird, ist<br />
die Umsetzung von Aryl- (und Alkenyl-)halogeniden und -triflaten mit Kupferacetyliden<br />
[5.95]. Da die Kupferacetylide in situ aus einem endständigen Acetylen und einem Kupfer(I)salz<br />
bei Anwesenheit einer Base erzeugt werden können, läßt sich die Arylierung (und Vinylierung)<br />
terminaler Acetylene in Gegenwart von Basen mit katalytischen Mengen der Cu(I)-<br />
Salze und Palladiumkomplexe durchführen (Sonogashira-Reaktion):<br />
Ar-X + H-C=C-R ' ^ 2 ' Cu '' "*""- Ar-C-C-R + HX [5.103]
406 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Gewönlich verwendet man Kupfer(I)-iodid und PdCl2(PPh3)2, Pd(PPh3)4, Pd(OAc)2 oder<br />
PdCl2 als Katalysatoren und Alkylamine wie Diisopropylamin oder Triethylamin als Basen.<br />
Auch wenn Pd(II)-Komplexe wie PdCl2(PPh3J2 eingesetzt werden, ist die katalytisch wirksame Spezies ein<br />
Pd(0)-Komplex, der aus dem Pd(II)-Komplex durch Reduktion mit den Reaktanden (z. B. Amin) entsteht.<br />
Die Sonogashira-Reaktion verläuft unter milden Bedingungen bei Raumtemperatur und toleriert viele Substituenten,<br />
wie Hydroxy-, Amino-, Carbonyl-, Ester- und Amid-Gruppen, in beiden Kupplungspartnern.<br />
Wird das Kupferacetylid nicht schnell genug im Reaktioncyclus verbraucht, kann sich durch Redox-<br />
Dimerisierung ein Diin R-OC-OC-R als Nebenprodukt bilden (vgl. Tab. 5.104).<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Sonogashira-Arylierung von Phenylacetylen (Tab. 5.104)<br />
Man verwendet einen 50 ml Dreihalskolben mit Magnetrührer, Gaseinleitungsrohr, Trockenrohr<br />
und Septumverschluß.<br />
Zur gerührten Lösung von l mmol Iodaren, I mol-% Tetrakis(triphenylphosphin)palladium<br />
und 2 mol-% Kupfer(I)iodid in 20 ml Dimethylformamid und 5 ml Diisopropylamin, die<br />
30 Minuten mit Argon gespült wurde, werden über eine Septumkappe 1,05 mmol Phenylacetylen<br />
zugespritzt. Man rührt unter Beibehaltung eines schwachen Argonstroms (Blasenzähler<br />
verwenden!) 2 Stunden bei Raumtemperatur. Danach gibt man die Reaktionslösung zu einer<br />
Mischung aus etwa 100 g Eis und 200 ml 0,1 N Salzsäure, läßt im Abzug unter Eiskühlung 2 bis<br />
3 Stunden stehen, saugt den Niederschlag ab, wäscht ihn mit Wasser bis zur neutralen Reaktion,<br />
trocknet und chromatographiert die Substanz über eine kurze Säule an Silicagel mit<br />
Cyclohexan als Elutionsmittel zur Abtrennung des Butadiins und des Produktes. Die Fraktionen<br />
werden dünnschichtchromatographisch an Silicagel (mit Fluoreszenzindikator) auf Aluminiumfolie<br />
und Cyclohexan als Laufmittel kontrolliert (Fluoreszenzlampe), Fraktionen gleichen<br />
Inhalts vereinigt, und nach Abdestillation des Lösungsmittels wird der Rückstand aus<br />
Methanol/Wasser (v : v = 19 : 1) umkristallisiert.<br />
Tabelle 5.104<br />
Diarylacetylene durch palladiumkatalysierte Arylierung von Phenylacetylen<br />
Endprodukt Ausgangsstoff F in 0 C Ausbeute in %<br />
4-Methoxy-tolan<br />
4-Chlor-tolan<br />
4-Methyl-tolan<br />
4-Nitro-tolan<br />
l-(l-Naphthyl)-2-phenyl-acetylen<br />
l-(2-Naphthyl)-2-phenyl-acetylen 3 )<br />
4-Iod-anisol<br />
4-Chlor-iodbenzen<br />
4-Iod-toluen<br />
4-Iod-nitrobenzen<br />
1-Iod-naphthalen<br />
2-Brom-naphthalen<br />
58-59<br />
80-81<br />
78-79<br />
119-120(EtOH)<br />
54-55 (Hexan)<br />
117(EtOH)<br />
74[12J 1 )<br />
88<br />
63<br />
65[2J 1 )<br />
70 2 )<br />
65<br />
1) Ausbeute an abgetrenntem 1,4-Diphenyl-butadiin; F88-89°C (95%iges MeOH)<br />
2 ) Falls das Produkt nicht als Feststoff ausfällt, schüttelt man die wäßrige Phase zweimal mit 50 ml Diethylether<br />
aus, wäscht die vereinigten Extrakte mit verdünnter Salzsäure und Wasser neutral, trocknet<br />
und destilliert das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer ab. Der Rückstand wird an Silicagel chromatographiert<br />
(Füllhöhe 20 cm, 3 cm Durchmesser).<br />
3 ) 1,25 mmol Phenylacetylen einsetzen, dem Reaktionsgemisch 20 mg NaI zusetzen. Reaktionstemperatun<br />
13O 0 C, Reaktionszeit: 8 Stdn., Chromatographie wie unter 2 ). Als erste Fraktion wird etwas 2-Bromnaphthalen<br />
abgetrennt.<br />
Palladiumkomplex-katalysiert lassen sich Aryl- und Alkenylhalogenide und -triflate in<br />
Gegenwart von Basen weiterhin mit Organoborverbindungen (Organoboranen, -boronsäuren<br />
und -boronsäureestern) kuppeln (Suzuki-Kupplung), z. B.:<br />
Ar-X + R-B(OH)2 3^ Ar-R + B(OH)3 R = Aryl, Alkenyl, Alkyl [5.105]<br />
Organoborverbindungen enthalten eine weitgehend homöopolare C-B-Bindung und sind daher wesentlich<br />
schwächere Nucleophile als die polareren Metallorganyle. Mit den Organopalladiumhalogeniden im
D. 5.3. Metallvermittelte Substitutionen an Aromaten 407<br />
Transmetallierungsschritt des Katalysecyclus [5.101] reagieren sie nur ausreichend schnell, wenn eine Base<br />
anwesend ist. Andererseits sind sie gegenüber vielen funktioneilen Gruppen, wie OH, NH, CO, NO2, CN,<br />
und auch gegenüber Sauerstoff und Wasser inert und können daher ohne die bei Umsetzungen mit metallorganischen<br />
Verbindungen üblichen Vorsichtsmaßnahmen gehandhabt und sogar in wässeriger Lösung<br />
angewandt werden. Weitere Vorzüge sind ihre Ungiftigkeit und leichte Zugänglichkeit und die hohe Selektivität,<br />
mit der sie in den Kreuzkupplungen reagieren.<br />
Als Katalysatoren werden vor allem Palladium-Phosphin-Komplexe und Palladium(II)salze<br />
in Kombination mit tertiären Phosphinen, aber auch ohne diese, eingesetzt. Übliche<br />
Basen sind Alkalicarbonate, -phosphate, -hydroxide und -alkoxide, Cäsium- oder Tetrabutylammoniumfluorid.<br />
Als Lösungsmittel werden mit Wasser mischbare Alkohole, Ketone, Ether<br />
und Carbonsäureamide verwendet, man kann aber auch in Suspension in Dioxan, DMF oder<br />
aromatischen Kohlenwasserstoffen arbeiten.<br />
Gut geeignet ist die Suzuki-Reaktion für die Darstellung von substituierten Biarylen<br />
(R = Ar'). Die dafür erforderlichen Arylboronsäuren werden aus Arylmagnesiumhalogeniden<br />
oder Lithiumarylen und Borsäureestern nach [5.92] und Hydrolyse der gebildeten Arylboronsäureester<br />
erhalten.<br />
Die Suzuki-Kupplung erlaubt, unsymmetrisch substituierte Biaryle mit hoher Regioselektivität darzustellen.<br />
Im Vergleich zur klassischen kupfervermittelten Synthese von Biarylen aus Halogenaromaten (UIlmann-Reaktion<br />
[5.97]) wird die C-C-Bindung unter wesentlich milderen Bedingungen (bei etwa 10O 0 C)<br />
geknüpft, so daß eine größere Vielfalt von Substituenten in den Aromaten möglich ist.<br />
Unsymmetrisch substituierte Biaryle aus Arylboronsäuren und Aryliodiden bzw. -bromiden<br />
unter Verwendung von Palladium(II)-acetat und Triphenylphosphin: HUFF, B. E.; KOENIG,<br />
TH. M.; MITCHELL, D.; STASZAK, M. A., Org. Synth. 75 (1998), 53-60.<br />
Unsymmetrisch substituierte Biphenyle aus Arylboronsäuren und Aryliodiden unter Verwendung<br />
von Palladium(II)-acetat bzw. Tris(dibenzylidenaceton)dipalladium/Tri(o-tolyl)phosphin:<br />
GOODSON, F. E.; WALLOW, Th. L; NOVAK, B. M., Org. Synth. 75 (1998), 61-68.<br />
Unsymmetrisch substituierte Biphenyle aus Mesitylenboronsäure und Arylhalogeniden,<br />
Tetrakis(triphenylphosphin)palladium und Thalliumhydroxid: ANDERSON, J. C; NAMLI, H.;<br />
ROBERTS, C. A., Tetrahedron, 53 (1997), 15123-15134.<br />
Die palladiumkatalysierte Kreuzkupplung von organischen Halogeniden und Triflaten mit<br />
Organozinnverbindungen (Stille-Reaktion)<br />
R 1 —X + R-SnRa Pdl " 2 - R'—R + XSnR^<br />
R', R = Aryl, Alkenyl, Alkinyl, Benzyl, AIIyI, Acyl; R" = Alkyl (Me, Bu)<br />
[5.106]<br />
ist eine sehr variable Reaktion und mit den verschiedensten Komponenten möglich. Auch sie<br />
kann zur Synthese substituierter Aromaten genutzt werden.<br />
Die für Stille-Kreuzkupplungen notwendigen aromatischen Zinnorganyle sind leicht aus acceptor-substituierten<br />
Halogenaromaten durch nucleophile aromatische Substitution (vgl. D.5.2.) mit Natriumtrialkylstannat<br />
Ar-X -i- Me3SnNa Ar-SnMe3 + NaX [5.107]<br />
oder palladiumkatalysiert mit Hexaalkyldistannanen<br />
PdLo<br />
Ar-X + Me3SnSnMe3 — Ar-SnMe3 + XSnMe3 [5.108]<br />
und im Falle nichtaktivierter Halogenaromaten über Aryllithiumverbindungen und Trialkylzinnchlorid,<br />
entsprechend [5.91] zugänglich.<br />
Wird die Stille-Reaktion in Anwesenheit von Kohlenmonoxid (l bar) durchgeführt, tritt<br />
Carbonylierung ein, so daß aromatische Ketone und Aldehyde zugänglich werden:
408 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
O<br />
ArI + RSnMe3 + CO Pdl " 2 • Ar-C 7 + ISnMe3 [5.109a]<br />
ArI + HSnBu3 + CO<br />
PdL2<br />
—<br />
/P<br />
Ar-C + ISnBu3<br />
Vl<br />
[5.109b]<br />
Ein wesentlicher Nachteil der Stille-Reaktion ist die Giftigkeit der verwendeten Organozinnverbindungen.<br />
Die Reaktionsbedingungen und -abhängigkeiten der Stille-Kupplung entsprechen weitgehend denen der<br />
bereits behandelten palladiumkatalysierten Reaktionstypen. Die nachfolgenden Beispiele illustrieren<br />
einige präparative Aspekte dieser Reaktion.<br />
Palladiumkatalysierte Darstellung von Carbaldehyden aus Arylhalogeniden, Tributylzinnhydrid<br />
und Konlenmonoxid: BAILLARGEON, V. R; STILLE, J. K., J. Am. Chem. Soc. 108 (1986), 452^61.<br />
Palladium-katalysierte Darstellung von Toluenen aus Benzendiazoniumsalzen und Tetramethylstannan:<br />
KIKUKAWA, K.; KONO, K.; WADA, F.; MATSUDA, T, J. Org. Chem. 48 (1983), 1333-<br />
1336.<br />
Für Kreuzkupplungen von Aryl- und Alkenylhalogeniden und -sulfonaten mit magnesiumorganischen<br />
(Grignard) -Reagenzien<br />
Ar-X + R-MgX - Ar-R + MgX2 [5.110]<br />
werden hauptsächlich Nickelkomplexe wie Dichloro[l,2-bis(diphenylphosphino)ethan]nickel(II)<br />
NiCl2(dppe) und Dichloro[l,3-bis(diphenylphosphino)propan]nickel(II) NiCl2(dppp) als Katalysatoren<br />
eingesetzt, obwohl auch Palladium und andere Metalle katalytisch wirksam sind.<br />
Auch hier sind die katalytisch aktiven Spezies immer Nickel(0)-Komplexe, die aus den Nickel(II)-Komplexen<br />
durch Reduktion durch die Grignard-Verbindungen entstehen. Die Reaktionen verlaufen nach dem<br />
gleichen Mechanismus [5.101] wie die Palladium-katalysierten Kupplungen.<br />
Mit Nickelkomplexen können auch Alkyl-Grignard-Reagenzien mit ß-H-Atomen im Alkylrest<br />
gekuppelt werden, was mit Pd-Komplexen wegen der leicht erfolgenden ß-H-Eliminierung<br />
aus Alkyl-Pd-Verbindungen unter Bildung von Olefinen (vgl. [4.103]) nicht möglich ist.<br />
Ein Nachteil der OrganomagnesiumVerbindungen ist ihre Neigung zu symmetrischen Kupplungen<br />
und ihre Unverträglichkeit mit vielen funktionellen Gruppen (-OH, -SH, -NH2,<br />
>C=O, -COOH, -NO2, -ON u. a.); dem steht jedoch als Vorteil ihre leichte Zugänglichkeit<br />
gegenüber, vgl. Kap. D.7.2.2.<br />
1,2-Dibutyl-benzen aus 1,2-Dichlor-benzen und Butylmagnesiumbromid und andere Kreuzkupplungen<br />
von Aryl- und Alkenylhalogeniden mit Gignard-Reagenzien in Gegenwart von<br />
NiCl2(dppp): KUMADA, M.; TAMAO, K.; SUMITANI, K., Org. Synth. 58 (1978), 127-133.<br />
5.3.3. Heck-Reaktion<br />
Arylhalogenide, -triflate und -diazoniumsalze reagieren in Anwesenheit einer Base Palladiumkomplex-katalysiert<br />
mit Alkenen zu Alkenylaromaten (Heck-Reaktion):<br />
[5.111]<br />
Neben Arylverbindungen sind auch Alkenylverbindungen Pd-katalysiert mit Olefinen vinylierbar (vgl.<br />
auch D.4.5.).
D. 5.3. Metallvermittelte Substitutionen an Aromaten 409<br />
Als Katalysatoren werden vor allem Palladium(0)-Komplexe mit ein- bzw. zweizähnigen tertiären<br />
Phosphinliganden und auch Pd(II)-Salze plus Phosphin eingesetzt. Im letzten Fall reduzieren<br />
die im Reaktionsgemisch vorhandenen Reaktanden (Olefin, Amin) das Palladium(II)<br />
zur katalytisch wirksamen Palladium(0)-Spezies.<br />
Die Heck-Reaktion verläuft nach einem Mechanismus, in dem die Schritte der palladiumkatalysierten<br />
Reaktionen von Arylhalogeniden [5.101] mit denen der in Kapitel D.4.5.! behandelten palladiumkatalysierten<br />
Umsetzungen von Olefinen [4.Ul] kombiniert sind. Der Katalysecyclus ist in Abbildung 5.112 dargestellt.<br />
Im ersten Reaktionsschritt (1) wird ArX oxidativ an den Palladium(0)-Komplex addiert, wobei<br />
sich eine cr-Aryl-Pd-Spezies bildet, die mit dem Olefin über einen 7r-Komplex in Wechselwirkung tritt (2).<br />
Durch Einschubreaktion (svn-Insertion) des Olefins in die Ar-Pd-Bindung (3) entsteht im entscheidenden<br />
Schritt der Reaktion die neue C-C-Bindung. Nach Rotation um diese Bindung (4) liegt die für eine Pdassistierte<br />
ß-Eliminierung notwendige syn-Konformation der Substituenten Wasserstoff und Palladium vor,<br />
aus der heraus das Endprodukt in ^-Konfiguration (5) ensteht. Aus der eliminierten Palladium(II)-Spezies<br />
bildet sich mit Hilfe einer Base unter reduktiver HX-Abspaltung der Katalysator zurück (6).<br />
HBX PdOL2 ^^<br />
A/ R X )<br />
^\ // R<br />
®\ ^®<br />
Ar PdL2X<br />
H R<br />
Ar-PdL2X<br />
Abb. 5.112<br />
Katalysecyclus der Heck-Reaktion<br />
(1) Oxidative Addition, (2) /r-Komplexbildung, (3) syn-Insertion, (4) innere Rotation, (5) svn-Eliminierung,<br />
(6) base-assistierte reduktive HX-Eliminierung<br />
Die Reaktivität der Substrate steigt wie bei den anderen palladiumkatalysierten Reaktionen<br />
im allgemeinen von den Arylchloriden zu den Arylbromiden und -iodiden. Arylfluoride reagieren<br />
nicht.<br />
Durch Variation des Phospanliganden kann die Wirksamkeit der Katalysatoren der Reaktivität der Reaktanden<br />
angepaßt werden. Für Standardreaktionen ist Tetrakis(triphenylphosphin)Palladium(0) ein geeigneter<br />
Katalysator. Es dissoziiert in Lösung unter Ligandabspaltung zum Tris(tripnenylphosphin)Pd(0), aus dem die<br />
katalytisch aktive, zweifach koordinierte Pd(0)-Spezies PdL2 entsteht. Auch Palladium(II)-acetat im Gemisch<br />
mit Triphenylphosphin wird oft verwendet. Im Vergleich zum Triphenylphosphin sterisch anspruchsvollere<br />
Liganden, wie z. B. Tri(o-tolyl)phosphin, vermindern oft mögliche Nebenreaktionen.<br />
Für die Vinylierung der Arylchloride benötigt man Pd(0)-Komplexe mit stark basischen Phosphinen, wie<br />
z. B. das Tri(terf-butyl)phosphin. Durch Wahl des Katalysators ist es daher möglich, in mehrfach substituierten<br />
Halogenaromaten selektiv nur das reaktivste Halogen zu ersetzen. Andererseits können in einem<br />
Reaktionsschritt mehrere Substituenten gleicher Reaktivität gleichzeitig ausgetauscht werden.<br />
In der Heck-Reaktion werden im Substrat eine Vielzahl von Substituenten toleriert, u.a.<br />
Alkyl, Aryl, Alkoxy, Aryloxy, Amino, Cyano.
410 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
Gut geeignete Reagenzien für die Heck-Reaktion sind terminale Alkene. Sie werden regiospezifisch<br />
an der sterisch weniger belasteten unsubstituierten ß-Position aryliert. Für unterschiedlich<br />
1,2-disubstituierte Alkene muß mit Produktgemischen gerechnet werden:<br />
100% 100% 100% 93 7<br />
i I i H J |H<br />
H2C=CH-COOCH3 H2C=CH-Ph H2C=CH-CN C=Cx [5.113]<br />
Vh<br />
Eine Besonderheit ergibt sich unter Verwendung cyclischer Olefine, was am Beispiel der Arylierung von<br />
Cyclohexen veranschaulicht werden soll:<br />
Ar-X<br />
[5.114]<br />
Da im arylierten Zwischenprodukt nur ein einziges syn-ständiges Wasserstoffatom für die Eliminierung<br />
zur Verfügung steht, bildet sich ausschließlich das nichtkonjugierte 3-Aryl-cyclohexen mit einem chiralen<br />
Kohlenstoffatom in 3-Position. Unter Verwendung chiraler Phosphinliganden ist damit für diesen Typ der<br />
Heck-Reaktion eine enantioselektive Reaktionsführung möglich.<br />
Als Lösungsmittel finden für die Heck-Reaktion u. a. Dimethylformamid, Dimethylacetamid,<br />
Acetonitril, Tetrahydrofuran, Dioxan oder auch aromatische Kohlenwasserstoffe Verwendung.<br />
Die zur Pd-Komplexierung befähigten dipolar aprotischen Lösungsmittel sind häufig besonders<br />
vorteilhaft. Die Reaktionstemperaturen richten sich nach der Reaktivität der Substrate und liegen<br />
im allgemeinen zwischen Raumtemperatur und 12O 0 C. Zur Neutralisation der bei der Reaktion<br />
freigesetzten Säuren sind sowohl tertiäre Amine als auch anorganische Basen wie Alkalicarbonate<br />
üblich. Zum Schutz der katalytisch aktiven Palladium(0)-Spezies führt man die Reaktion unter<br />
Inertgasatmosphäre (Stickstoff, Argon) und Feuchtigkeitausschluß durch.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Arylierung von Acrylamid (Heck-Reaktion) (Tab. 5.115)<br />
In einem Dreihalskolben mit Rückflußkühler und Gaseinleitungsrohr, der sich in einem Silikonölbad<br />
auf einem Magnetrührwerk mit Heizung befindet, werden zu 15 ml trockenem<br />
Dimethylformamid (s. Reagenzienanhang) 0,4 mmol lodaromat, 0,41 mmol Acrylamid und<br />
1,5 ml Triethylamin gegeben. Man spült die Reaktionsmischung 30 Minuten mit Argon und<br />
setzt danach 50 mg Tetrakis(triphenylphosphin)palladium zu. Unter Beibehaltung eines schwachen<br />
Argonstromes (Blasenzähler verwenden!) erhitzt man unter Rühren 6 Stunden auf<br />
12O 0 C. Nach dem Abkühlen auf Zimmertemperatur trennt man über eine Glasfritte geringe<br />
Mengen Feststoffpartikel ab und gibt das Filtrat auf 150 ml einer Mischung aus Eis und Wasser.<br />
Nach Stehen über Nacht im Kühlschrank wird das Produkt abgesaugt und aus Ethanol/<br />
Wasser (1:1) umkristallisiert. Die stereochemische Konfiguration des Produktes überprüft<br />
man mittels iH-NMR-Spektroskopie (vgl. A.3.6.).<br />
Tabelle 5.7/5<br />
Arylierung von Acrylamid (Heck-Reaktion)<br />
Produkt<br />
(£)-Zimtsäureamid<br />
(£)-4-Methoxy-zimtsäureamid<br />
( E)-4-Methyl-zimtsäureamid<br />
(E)-3-(l-Naphthyl)-acrylamid<br />
Ausgangsverbindung<br />
lodbenzen<br />
p-Iod-anisol<br />
p-Iod-toluen<br />
1-Iod-naphthalen<br />
F in 0 C<br />
142-144<br />
193-195<br />
189-190<br />
176<br />
Ausbeute<br />
in %<br />
42<br />
45<br />
63<br />
65
D. 5.4. Literaturhinweise 411<br />
2-Methyl-3-phenyl-propionaldehyd aus lodbenzen und Methallylalkohol in Gegenwart von<br />
Triethylamin und PaUadium(II)-acetat: BUNTIN, S. A.; HECK, R. F., Org. Synth. 61 (1983), 82-84.<br />
5.3.4. Aryl-Heteroatom-Kupplungen<br />
Auf übergangsmetallkatalysiertem Wege lassen sich nicht nur C-C-Bindungen, sondern auch<br />
Kohlenstoff-Heteroatom-Bindungen effektiv knüpfen. Als Reagenzien können primäre und<br />
secundäre Amine, Alkohole, Phenole, Phosphine und Thiole eingesetzt werden.<br />
Ar—X + H-YR PdL * B '- Ar-YR Y = NH, NR, O, S, PR, P(O)R [5.116]<br />
— HX<br />
Man formuliere die entsprechenden Reaktionen und benenne die Reaktionsprodukte!<br />
Die Reaktionen verlaufen nach einem ähnlichen Mechanismus wie die Kupplungen von Arylhalogeniden<br />
mit metallorganischen Verbindungen [5.101] (M-R = H-YR). Als Katalysatoren kommen wie dort<br />
besonders Palladium- und Nickelkomplexe in Frage.<br />
Vor allem die palladiumkatalysierte Synthese von Arylaminen aus Arylhalogeniden, -triflaten<br />
oder -diazoniumsalzen mit primären und secundären Aminen ist eine nützliche Reaktion,<br />
da selektive C-N-Bindungsknüpfungen zu secundären und tertiären Aminen auf anderem<br />
Wege häufig nur schwierig zu bewerkstelligen sind (man vgl. z. B. D.2.). Außerdem kommt den<br />
inter- und intramolekularen Arylierungen von Aminen und Amiden sowohl für die Synthese<br />
von Naturstoffen als auch von modernen Werkstoffen eine große Bedeutung zu.<br />
In den Pd-katalysierten Aminierungen reagieren die Amine als Nucleophile und die Arylverbindungen<br />
als Elektrophile. Deshalb fördern Elektronendonator-Substituenten im Amin und Acceptoren im Substrat<br />
die Reaktion. Um ihre Nucleophilie zu erhöhen, können die Amine auch mit N,N-Diethylamino-tributylzinn<br />
stannyliert werden. Man formuliere diese Reaktion!<br />
Als Katalysatorliganden kommen vor allem sterisch voluminöse Phosphine, wie z.B. Tri(o-tolyl)- und<br />
Tri(tert-butyl)phosphin, in Kombination mit Palladium(II)-acetat oder Tris(dibenzylidenaceton)dipalladium<br />
Pd2(dba)3 zum Einsatz. Secundäre Amine werden vorteilhaft mit zweizähnigen chelatisierenden<br />
Liganden wie l,l'-Di(diphenylphosphino)ferrocen (dppf) oder 2,2'-Bis(diphenylphosphino) 1 ,r-binaphthyl<br />
(BINAP) erhalten. Man formuliere die Strukturen der Verbindungen!<br />
Für diese Aminarylierungen sind stets starke Basen, wie z. B. Natrium-tert-butanolat, Kalium- oder Cäsiumcarbonat,<br />
erforderlich. Die verwendeten Lösungsmittel entsprechen denen der anderen Pd-katalysierten<br />
Reaktionen (s. Heck-Reaktion).<br />
Tertiäre Amine aus Aryliodiden und secundären Aminen unter Verwendung von Pd2(dba)3/<br />
(o-Tolyl)3P und Natrium-tert-butanolat: WOLFE, J. R; BUCHWALD, S. L., J. Org. Chem. 61 (1996),<br />
1133-1135.<br />
Benzokondensierte 5- bis 7-gliedrige N-Meterocyden durch intramolekulare Arylierung von<br />
7V,Af-Arylalkylaminoverbindungen: WOLFE, J. R, RENNELS, R. A.; BUCHWALD, S., L., Tetrahedron,<br />
52 (1996), 7525-7546.<br />
W-Aryl-Af-alkylamine durch Arylierung von Alkylaminen unter Verwendung von Pd(dppf )C12)<br />
als Katalysator: DRIVER, M. S.; HARTWIG, J. F., J. Am. Chem. Soc. 118 (1996), 7217-7218.<br />
5.4. Literaturhinweise<br />
Allgemeines zur elektrophilen aromatischen Substitution<br />
BACIOCCHI, E.; ILLUMINATI, G., in: Prog. Phys. Org. Chem. 5 (!967), 1-79.<br />
BERLINER, E., in: Prog. Phys. Org. Chem. 2 (1964), 253-321.<br />
EFFENBERGER, F., Angew. Chem. 92 (1980), 147-168,
412 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
DE LA MARE, P. B. D; RIDD, J. H.: Aromatic Substitution: Nitration and Halogenation. - Butterworth, London<br />
1959.<br />
MINKIN, V. L; GLAKNOVTSEV, M. N; SIMKIN, B. Y.: Aromaticity and Antiaromaticity. - John Wiley & Sons,<br />
New York 1994<br />
NORMAN, R. O. C.; TAYLOR, R.: Electrophilic Substitution in Benzenoid Compounds. - Eise vier, Amsterdam<br />
1965.<br />
PEARSON, D. E.; BUEHLER, C. A., Synthesis 1971,455-477.<br />
SAINSBURY, M.: Aromatenchemie. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1995.<br />
STOCK, L. M.; BROWN, H. C, in: Adv. Phys. Org. Chem. l (1963), 35-154.<br />
TAYLOR, R.: Electrophilic Aromatic Substitution. - John Wiley & Sons, Chichester 1990.<br />
YAKOBSON, G. G.; FURIN, G. G, Synthesis 1980,345-364.<br />
Substitution an Heteroaromaten<br />
AKSELROD, ZH. S.; BEREZOVSKII, V. M., Usp. Khim. 39 (1970), 1337-1368.<br />
COOK, M. J.; KATRITZKY, A. R., in: Adv. Heterocycl. Chem. 17 (!974), 255-356.<br />
GOLDFARB, YA. L.; VOLKENSHTEIIN, Yu. B.; BELENKII, L. L, Angew. Chem. 80 (1968), 547-557.<br />
KATRITZKY, A. R.; JOHNSON, C D, Angew. Chem. 79 (1967), 629-656.<br />
MARINO, G., in: Adv. Heterocycl. Chem. 13 (1971), 235-314.<br />
THOMAS, K.; JERCHEL, D, Angew. Chem. 70 (1958), 719-737.<br />
Reversible Blockierung bei der aromatischen Substituion<br />
TASHIRO, M., Synthesis 1979,921-936.<br />
Nitriemng<br />
HARTSHORN, S. R.; SCHOFIELD, K., in: Prog. Phys. Org. Chem. 8 (1973), 278.<br />
Nitration and Aromatic Reactivity. Von J. G. HOGGETT u. a. - Cambridge University Press, Cambridge<br />
1971.<br />
OLAH, G. A.; MALHOTRA, R.; NARANG, S. C: Nitration. - VCH Publishers, New York 1989.<br />
SCHOFIELD, K.: Aromatic Nitration. - Cambridge University Press, Cambridge 1980.<br />
SEIDENFADEN, W.; PAWELLEK, D, in: HOUBEN-WEYL. Bd. 10/1 (1971), S. 479-818.<br />
STOCK, L. M., in: Prog. Phys. Org. Chem. 12 (1976), 21^7.<br />
Trrov, A. L, Usp. Khim. 27 (1958), 845-890.<br />
Sulfonierung<br />
CERFONTAIN, H.: Mechanistic Aspects in Aromatic Sulfonation and Desulfonation. - Wiley-Interscience,<br />
New York 1968.<br />
GILBERT, E. E.: Sulfonation and Related Reactions. - Interscience, New York 1965.<br />
MUTH, F., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 9 (1955), S. 429-535.<br />
SUTER, C. M.; WESTON, A. W., Org. React. 3 (1946), 141-197.<br />
Chlorsulfoniemng<br />
MUTH, F., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 9 (1955), S. 572-579.<br />
Chlorierung; Bromiening; lodierung<br />
DE LA MARE R B. D.: Electrophilic Halogenation. - Cambridge University Press, Cambridge 1976.<br />
ROEDIG, A., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 5/4 (1960), S. 233-331,557-594.<br />
STROH, R., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 5/3 (1962), S. 651-725.<br />
Rhodaniemng<br />
BÖGEMANN, M.; PETERSEN, S.; SCHULTZ, O.-E.; SOLI, H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 9 (1955), S. 859-863.<br />
Friedel-Crafts-Alkylierung<br />
ASINGER, F.; VOGEL, H. H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 5/la (1970), S. 501-539.<br />
OLAH, G. A.: Friedel-Crafts and Related Reactions. Bd. 2. - Interscience, New York 1964.<br />
OLAH, G. A.: Friedel-Crafts Chemistry. - John Wiley & Sons, New York 1973.<br />
PRICE, C. C, Org. React. 3 (1946), 1-82.
D. 5.4. Literaturhinweise 413<br />
ROBERTS, R. M.; KHALAF, A. A.: Friedel-Crafts Alkylation Chemistry. - Marcel Dekker, New York, Basel<br />
1984.<br />
Friedel-Crafts-A cy Ii erung<br />
BERLINER; E., Org. React. 5 (!949), 229-289.<br />
CHEVIER, B.; WEISS, R., Angew. Chem. 86 (1974), 12-21.<br />
GORE, P. H., Chem. Rev. 55 (1955), 229-28!.<br />
OLAH, G. A.: Friedel Crafts and Related Reactions. Bd. 3. - Interscience, New York 1965.<br />
PEARSON, D. E.; BUEHLER, C A., Synthesis 1972,533-542.<br />
SCHELLHAMMER, C-W., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 7/2a (1973), S. 15-378.<br />
Fries-Reaktion<br />
BLATT, A. H., Org. React. l (1942), 342-369.<br />
HENECKA, H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 7/2a (!973), S. 379-389.<br />
Gattermann-Koch-Reaktion<br />
BAYER, O., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 7/! (1954), S. 1 6-20.<br />
CROUNSE, N. N., Org. React. 5 (!949), 290-300.<br />
MATSINSKAYA, I. V, Reakts. Metody Issled. Org. Soedin. 7 (1958), 277-306.<br />
Gattermann-Synthese<br />
BAYER, O., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 7/1 (1954), S. 20-29.<br />
MATSINSKAYA, I. V, Reakts. Metody Issled. Org.Soedin. 7 (1958), 307-365.<br />
TRUCE, W. E., Org. React. 9 (1957), 37-72.<br />
Hoesch-Synthese<br />
SCHELLHAMMER, C-W., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 7/2a (1973), S. 389-421.<br />
SPOERRI, P. E.; DUBOIS, A. S., Org. React. 5 (1949), 387-412.<br />
ZILBERMAN, E. W., Usp. Khim. 31 (1962), 1309-1347.<br />
Vilsmeier-Synthese<br />
BAYER, O., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 7/1 (1954), S. 29-36.<br />
JUTZ, C, in: Adv. Org. Chem. 9 (1976) l, 225-342.<br />
MARSON, C. M., Tetrahedron 48 (!992), 3659-3726.<br />
MARSON, C. M.; Giles, P. R.: Synthesis Using Vilsmeier Reagents. - CRC Press, Boca Raton !994.<br />
MINKIN, V L; DOROFEENKO, G. N., Usp. Khim. 29 0960), 1301-1335.<br />
Chlormethylierung (Blanc-Reaktion)<br />
BELENKII, L. L; VOLKENSHTEIIN, Yu B.; KARMANOVA, I. B., Usp. Khim. 46 (1977), 1698.<br />
FUSON, R. C.; MCKEEVER, C. H., Org. React. l (!942), 63-90.<br />
STROH, R., in: HOUBEN-WEYL. Bd.5/3 (1962), !001-1007.<br />
Carboxylierungen<br />
HENECKA, H.; OTT, E., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 8 (!952), S. 372-384.<br />
LINDSEY, A. S.; JESKEY, H., Chem. Rev. 57 (1957), 583-620.<br />
Nucleophile aromatische Substitution<br />
BUNNETT, J. F.; ZAHLER, R. E., Chem. Rev. 49 (195!), 273-412.<br />
ILLUMINATI, G., in: Adv. Heterocycl. Chem. 3 (!964), 285-371.<br />
Ross, S. D., in: Prog. Phys. Org. Chem. l (1963), 31-74.<br />
SAUER, J.; HUISGEN, R., Angew. Chem. 72 0960), 294-3 1 S.<br />
über Arine<br />
HEANEY, H., Chem. Rev. 62 (1962), 8!-97.<br />
HOFFMANN, R. W.: Dehydrobenzene and Cycloalkynes. - Verlag Chemie, Weinheim; Academic Press, New<br />
York, London 1967.
414 D. 5. Substitutionen an Aromaten<br />
HUISGEN, R.; SAUER, J., Angew. Chem. 72 (1960), 91-108.<br />
KAUFFMANN, TH., Angew. Chem. 77 (1965), 557-571.<br />
MILLER, J.: Aromatic Nucleophilic Substitution. - Eisevier, Amsterdam 1968.<br />
WITTIG, G., Angew. Chem. 77 (1965), 752-759.<br />
ZOLTEWICZ, J. A., in: Topics in Current Chemistry. Bd. 59. - Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York<br />
1975. S. 33-64.<br />
SRN! -Reaktion<br />
BELETSKAYA, I. R; DROZD, V N., Usp. Khim. 48 (1979), 793-828.<br />
BUNNETT, J. F., Acc. Chem. Res. 11 (1978), 413.<br />
CHANON, M.; TOBE, M. L., Angew. Chem. 94 (1982), 27-49.<br />
Rossi, M.; TOBE, R. A., Acc. Chem. Res. 15 (1982), 164-170.<br />
Rossi, R. A., DE Rossi, R. H.: Aromatic Substitution by the SRN1 Mechanism. - American Chemical<br />
Society, Washington 1983.<br />
Rossi, R. A.; PIERINI, A. N., Org. React. 54 (1999), 1-271.<br />
Aminierung von Heterocyclen mit Alkaliamiden<br />
LEFFLER, M. T, Org. React. l (1942), 91-104.<br />
MÖLLER, F., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 11/1 (1957), S. 9-17.<br />
POZHARSKII, A. F.; SIMONOV, A. M., DORONKIN, V. N., Usp. Khim. 47 (1978), 1933-1969.<br />
Dirigierte Metallierung von Aromaten<br />
GSCHWEND, H. W.; RODRIGUEZ, H. R., Org. React. 26 (1979), 1-360.<br />
NARASIMHAN, N. S.; MALI, R. S., Synthesis 1983,957-986.<br />
SNIECKUS, V, Chem. Rev. 90 (1990), 879-933.<br />
Übergangsmetallkatalysierte Kreuzkupplungen<br />
Metal-catalyzed Cross-coupling Reactions. Hrsg.: F. DIEDERICH; P. J. STANG. - Wiley-VCH, Weinheim 1998.<br />
Transition Metals for Organic Synthesis, Vol. 1. Hrsg.: M. BELLER; C. BOLM. - Wiley-VCH, Weinheim 1998.<br />
TSUJI, J.: Palladium Reagents and Catalysts. - John Wiley & Sons, Chichester 1995.<br />
HECK, R. F.: Palladium Reagents in Organic Synthesis. - Academic Press, New York 1985.<br />
KUMADA, M., Pure Appl. Chem. 52 (1980), 669-679.<br />
FELKIN, H.; SWIERCZEWSKI, G., Tetrahedron 31 (1975), 2735-2748 (mit Grignard-Reagenzien).<br />
KALININ, V. N., Synthesis 1992,413-432 (in Heterocyclen).<br />
Suzuki-Reaktion<br />
MIYAURA, N.; SUZUKI, A., Chem. Rev. 95 (1995), 2457-2483.<br />
Stille-Reaktion<br />
FARINA, V; KRISHNAMURTHY, V; SCOTT, W. J., Org. React. 50 (1997), 1-652.<br />
FARINA, V; KRISHNAMURTHY, V; SCOTT, W. J.: The Stille Reaction. - John Wiley & Sons, New York 1998.<br />
MITCHELL, T. N., Synthesis 1992,803-815.<br />
STILLE, J. K., Angew. Chem. 98 (1986) 504-519.<br />
DUNCTON, M. A. J.; PATTENDEN, G., J. Chem. Soc., Perkin Trans, l 1999,1235-1246 (Intramolekulare Stille-<br />
Reaktion).<br />
//eck-Äeaktion<br />
SHIBASAKI, M.; BODEN, C. D. J.; KOJIMA, A., Tetrahedron 53 (1997), 7371-7395.<br />
DE MEIJERE, A.; MEYER, E., Angew. Chem. 106 (1994), 2473-2506.<br />
JEFFERY, T, Adv. Met.-Org. Chem. 5 (19%), 153-260.<br />
SCHMALZ, H.-G, Nachr. Chem. Tech. Lab. 42 (1994) 270-276.<br />
ALTENBACH, H.-J., Nachr. Chem. Tech. Lab. 36 (1988) 1324-1327.<br />
REIBIG, H.-U, Nachr. Chem. Tech. Lab. 34 (1986) 1066-1073.<br />
HECK, R. F., Org. React. 27 (1982), 345-390.<br />
HECK, R. F.: Palladium Reagents in Organic Synthesis. - Academic Press, New York 1985, S. 179-321.<br />
Synthese von Arylaminen und Arylethern<br />
HARTWIG, J. F., Angew. Chem. 110 (1998) 2154-2177.<br />
BARANANO, D; MANN, G.; HARTWIG, J. F., Curr. Org. Chem. l (1997) 287-305.
D.6 Oxidation und Dehydrierung<br />
6.1. Allgemeine Gesetzmäßigkeiten<br />
D. 6.1. Allgemeine Gesetzmäßigkeiten 415<br />
Oxidation bedeutet Entzug von Elektronen. Sie ist stets mit einer Reduktion (Aufnahme von<br />
Elektronen) gekoppelt. Eine Redoxreaktion besteht in der Übertragung von Elektronen von<br />
einem Reduktionsmittel (Elektronendonor, Nucleophil) auf ein Oxidationsmittel (Elektronenacceptor,<br />
Elektrophil); das Reduktionsmittel wird oxidiert, das Oxidationsmittel reduziert,<br />
z.B.<br />
R3NI + Fe 30 ~ R3N? + Fe 20 [6.1]<br />
Diese allgemeine Definition läßt sich auch auf organische Reaktionen, die unter Umgruppierung<br />
kovalenter Bindungen ablaufen, anwenden, wenn man den Begriff der formalen Oxidationszahlen<br />
einführt.<br />
Bei der Festlegung der Oxidationszahlen betrachtet man eine Verbindung so, als ob sie aus Ionen aufgebaut<br />
wäre. Das Bindungselektronenpaar einer kovalenten Bindung wird dabei dem elektronegativeren<br />
Partner zugeordnet. Für Atome, die an Kohlenstoff gebunden sind, ergeben sich die folgenden Oxidationszahlen:<br />
H (+1), O (-2), OH (-1), HaI (-1), C-C (O), C=C (O), C=C (O). Atome in den Molekülen der Elemente<br />
haben die Oxidationszahl Null. Die Summe der Oxidationszahlen muß bei neutralen Verbindungen<br />
Null, bei geladenen Verbindungen die betreffende Ladung ergeben. Auf diese Weise erhält man z. B. Reihen,<br />
wie sie in Tabelle 6.2 aufgeführt sind.<br />
Tabelle 6.2<br />
Oxidationszahlen des Kohlenstoffatoms in unterschiedlichen Verbindungen<br />
-4<br />
W<br />
-2<br />
-1<br />
O<br />
+ 1<br />
+ 2<br />
+ 3<br />
+ 4<br />
CH4<br />
-CH3<br />
0 CH3, :CH2<br />
CH3OH , CH3CI<br />
H2C=O , CH2CI2<br />
HCOOH , HCCI3 , HCN<br />
CO2 , COCI2 , CCI4<br />
H3C-CH3<br />
H2C=CH2<br />
HCECH , CH3CH2OH<br />
CH3CHO , CH3CHCI2<br />
CH3COOH , CH3COCI , CH3CN<br />
(CH3)2CHOH<br />
(CH3)3COH<br />
(CH3J2CO<br />
Eine Reaktion ist danach eine Oxidation, wenn in ihrem Verlauf die Oxidationszahl des<br />
Reaktionszentrums im Substrat erhöht wird.<br />
In der organischen Chemie wird jedoch der Oxidationsbegriff gewöhnlich nicht so weit<br />
gefaßt und beispielsweise die Chlorierung von Alkanen oder die Addition von Brom an<br />
Alkene nicht als Oxidation klassifiziert. Im allgemeinen versteht man unter Oxidation den Entzug<br />
von Elektronen, die Abspaltung von Wasserstoffoder die Zuführung von Sauerstoff. Häufig<br />
ist die Abgabe von Wasserstoff mit der Aufnahme von Sauerstoff verbunden.<br />
Oxidationsreaktionen organischer Verbindungen verlaufen meist nach komplexen Reaktionsmechanismen,<br />
in denen die Oxidation des Substrats in einer Folge mehrerer Elementarschritte erreicht wird. Die<br />
wichtigsten Typen derartiger Elementarreaktionen mit einer Elektronen-, Wasserstoff- oder Sauerstoffübertragung<br />
sind:
416 D. 6. Oxidation und Dehydrierung<br />
Elektronenübertragung (Oxidation von Verbindungen mit n- oder n-Elektronen, z. B. von Phenolen und<br />
aromatischen Aminen, vgl. D.6.4.; anodische Oxidationen)<br />
Wasserstoff Übertragung/Abstraktion von H- (z. B. Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen und Alkoholen,<br />
vgl. D.6.3.; Autoxidation (Peroxygenierung), vgl. D. 1.5)<br />
Hydridübertragung/Abstraktion von |H - (z.B. Oppenauer-Oxidation von primären und secundären<br />
Alkoholen, vgl. D.7.3.1.2.)<br />
Addition von Sauerstoff (z.B. Ozonierung, Hydroxylierung, Epoxidation von Olefinen, vgl. D.4.L6.,<br />
- oxidative Addition (z. B. an Nebengruppenmetallkomplexe, vgl. D.4.5.I.).<br />
Die Reaktionsfähigkeit von Verbindungen in Redoxreaktionen kann man mit Hilfe thermodynamischer<br />
Betrachtungen an Hand der Redoxpotentiale abschätzen.<br />
Danach ergibt sich die Standard-Gibbs-Reaktionsenergie ^RG° aus der Differenz der Standardelektrodenpotentiale<br />
des zu oxydierenden Stoffes^ (des Elektronendonors, Reduktionsmittels) E^>onor und des<br />
Oxidationsmittels (Elektronenacceptors) i<br />
ARG& = ZF (E^onor - Etcceptor) [6-3]<br />
FFaraday-Konstante, z Zahl der übertragenen Elektronen<br />
steht nach Gleichung [C. 14] mit der Gleichgewichtskonstanten der Reaktion in unmittelbarer<br />
Beziehung. Die Redoxreaktion ist (unter Standardbedingungen) thermodynamisch möglich, wenn ARG&<br />
negativ (K>0) ist, wenn also das Standardelektrodenpotential des Elektronenacceptors (des Oxidationsmittels)<br />
größer als das des Elektronendonors (des Reduktionsmittels) ist. ARG& fällt um so kleiner (stärker<br />
negativ) und K um so größer aus, je kleiner das Elektrodenpotential des Elektronendonors und je größer<br />
das des Elektronenacceptors ist.<br />
Erfahrungsgemäß geht die Gibbs-Aktivierungsenergie [C.26] der Gibbs-Reaktionsenergie parallel, so<br />
daß auch die Reaktionsgeschwindigkeit der Redoxreaktion mit abnehmendem A RG^ ansteigt.<br />
Eine Verbindung läßt sich also um so leichter oxidieren (ist als Reduktionsmittel um so stärker),<br />
je kleiner das Standardelektrodenpotential, und ein Oxidationsmittel ist um so stärker, je<br />
größer das Standardelektrodenpotential ist.<br />
Standardelektrodenpotentiale werden nach Übereinkunft als Reduktionspotentiale gegen die Standard-<br />
Wasserstoffelektrode (SHE) in Wasser bei pH = l und 25 0 C angegeben, z. B.:<br />
Mn 2 ® + 4 H2O -^MnO - + 8 H® + 5 e - £^=1,51 V [6.4]<br />
Der Elektronendonor (das Reduktionsmittel) ist immer links zu schreiben.<br />
Standardelektrodenpotentiale von einigen häufig verwendeten Oxidationsmitteln sind in<br />
Tabelle 6.5 zusammengestellt.<br />
Tabelle 6.5<br />
Standard-Elektronenpotentiale gebräuchlicher anorganischer Oxidationsmittel und Oxidationspotentiale<br />
einiger organischer Verbindungen<br />
Standard-Elektrodenpotential ! )<br />
£^inV<br />
F2/HF<br />
s2oi-/so^-<br />
H2O2/H2O<br />
Ce*+ /Ce 3 +<br />
MnO4 /Mn 2 +<br />
HOC1/C1-<br />
Pb^/Pb 2 +<br />
C12/C1 -<br />
Cr2O?- /Cr 3 +<br />
MnO2/Mn 2 +<br />
O2/H2O<br />
Br2/Br-<br />
+3,06<br />
+2,01<br />
+1,77<br />
+1,71<br />
+Ul<br />
+1,50<br />
+1,46<br />
+136<br />
+1,36<br />
+1,23<br />
+1,23<br />
+1,09<br />
Standard-Elektrodenpotential 1 )<br />
E&'mV<br />
2,3-Dichlor-5,6-dicyan-<br />
1 ,4-benzo-chinon 3 )/<br />
2,3-Dichlor-5,6-dicyanhydrochinonTetrachlor-1,4benzochinon<br />
4 )/<br />
Tetrachlorhydrochinon<br />
1 ,4-Benzochinon/<br />
Hydrochinon<br />
Methyl- 1 ,4-benzochinon/Methylhydrochinon<br />
+1,00<br />
+0,74<br />
+0,70<br />
+0,64<br />
Oxidationspotential 2 )<br />
£(D+/D) in V<br />
Benzen<br />
Toluen<br />
p-Xylen<br />
4-Methoxy-toluen<br />
Anilin<br />
Naphthalen<br />
Phenanthren<br />
4-Chlor-trans-stilben<br />
tra/is-Stilben<br />
1,1-Diphenyl-ethylen<br />
Anthracen<br />
4-Methoxy-trans-stilben<br />
2,54<br />
2,23<br />
2,01<br />
1,82<br />
1,80<br />
1,78<br />
1,74<br />
1,74<br />
1,72<br />
1,70<br />
1,61<br />
1,41
Tabelle 6.5 (Fortsetzung)<br />
Standard-Elektrodenpotential 1 )<br />
£^>inV<br />
HNO3/NO<br />
C1O-/C1-<br />
Fe 3 +/Fe 2 +<br />
MnO^MnO2<br />
I2/!-<br />
S/H2S<br />
HVH2<br />
Zn 2+ IZn<br />
Na+/Na<br />
+0,96<br />
+0,88<br />
+0,77<br />
+0,58<br />
+0,54<br />
+0,14<br />
0,00<br />
-0,76<br />
-2,71<br />
Standard-Elektrodenpotential 1 )<br />
E& in V<br />
Wursters Rot/<br />
N,N-Dimethylp-phenylen-diamin<br />
1,4-Benzochinon/<br />
Hydrochinon (bei pH 7)<br />
Anthrachinon/<br />
9,10-Dihydroxyanthracen<br />
D. 6. l. Allgemeine Gesetzmäßigkeiten 417<br />
+0,34<br />
+0,30<br />
+0,13<br />
1 J In Wasser bei 25 0 C. Gegebenenfalls notwendige Protonen sind nicht mit angegeben.<br />
2 ) In MeCN gegen die Standard-Wasserstoffelektrode (SHE).<br />
3 ) DDQ (4,5-Dichlor-3,6-dioxo-cyclohexa-l ,4-dien-l ,2-dicarbonitril)<br />
4) Chloranil<br />
Oxidationspotential 2 )<br />
E(D + ID) in V<br />
Acetanilid 1,15<br />
Triethylamin 1,09<br />
4-Dimethylamino-toluen 0,86<br />
Aus den Daten in Tabelle 6.5 folgt beispielsweise, daß Hydrochinon unter Standard-Bedingungen<br />
mit Fe 3 ®, nicht aber mit Schwefel oxidiert werden kann. Ebenso kann jedes in der<br />
Tabelle tiefer stehende Hydrochinon von einem in der Tabelle höher stehenden Chinon oxidiert<br />
werden.<br />
Da organische Verbindungen selten in Wasser gut löslich sind und ihre Redoxreaktionen meist nicht<br />
reversibel verlaufen, sind Standard-Elektrodenpotentiale organischer Verbindungen gewöhnlich nicht<br />
erhältlich. An ihrer Stelle bestimmt man meist polarographisch oder mit der Cyclovoltammetrie Oxidationspotentiale<br />
-E0x(D) [= E(D + ID)] und Reduktionspotentiale £red(A) [= E(AJA-)] in einem aprotonischen<br />
organischen Lösungsmittel (meist Acetonitril) gegen eine Referenzelektrode (z.B. die gesättigte<br />
Calomel-Elektrode). Wenn bei einer Einelektronen-Redoxreaktion die Differenz E0x(D) - Ered(A) + ECoui<br />
negativ ist, ist die Reaktion thermodynamisch möglich. Alle Potentiale müssen hierbei auf die gleiche<br />
Referenzelektrode und das gleiche Lösungsmittel bezogen sein, und bei stark polaren oder geladenen Partnern<br />
ist außerdem die Coulomb-Energie der elektrostatischen Wechselwirkung (£"coui) zu berücksichtigen.<br />
In der letzten Spalte der Tabelle 6.5 sind Oxidationpotentiale einiger organischer Verbindungen angegeben<br />
(bezogen auf die Standard-Wasserstoffelektrode), aus denen man ersehen kann, daß Elektronendonator-<br />
(bzw. -acceptor)-Substituenten die Oxidationspotentiale in erwarteter Weise herabsetzen (erhöhen).<br />
Leider lassen sich durch Kombination mit den Standardelektrodenpotentialen der Oxidationsmittel in<br />
Spalte l der Tabelle 6.5 keine genauen JRG°-Werte erhalten, weil die Potentiale in Acetonitril in nicht<br />
ganz klarer Weise um 0,5-! Volt (und darüber) höher liegen als in Wasser. Deshalb ist man bei der Einschätzung<br />
der Oxidierbarkeit eines Substrats auf Analogieschlüsse aus anderen Reaktivitätsreihen (insbesondere<br />
Nucleophilie-Reihen, vgl. D.2.2.2.) angewiesen.<br />
Die Oxidations- und Reduktionspotentiale stehen in direkter Beziehung zu den Energien der Grenzorbitale<br />
einer Verbindung. Eine exoenergetische Elektronenübertragung ist möglich, wenn die HOMO-Energie<br />
des Elektronendonors (Reduktionsmittels) größer als die LUMO-Energie des Acceptors (Oxidationsmittels)<br />
ist (vgl. C.6.).<br />
Ein Substrat sollte unter Elektronenentzug um so leichter zu oxidieren sein, je energiereicher<br />
sein HOMO (d. h. je kleiner £ox(Donor)) ist. Analog sollte ein Oxidationsmittel um so<br />
stärker sein, je energieärmer sein LUMO (d. h. je größer Ered(Acceptor)) ist.<br />
Im allgemeinen ist die Energie besetzter s-Orbitale viel niedriger als die der p- und n-Orbitale.<br />
Die Oxidierbarkeit steigt deshalb in vergleichbaren Reihen wie folgt an:<br />
R-H R-QH R-NH2<br />
-C-C-<br />
I I<br />
-C=C- C=C
418 D. 6. Oxidation und Dehydrierung<br />
C-C- und C-H-Bindungen sind daher normalerweise nicht durch Elektronenentzug oxidierbar.<br />
Die Oxidation unter Elektronenübertragung ist dagegen bei Olefinen, Aromaten, Alkoholen<br />
und vor allem bei Aminen möglich. Ein bekannter Fall ist die Oxidation von AyV-Dimethyl-p-phenylendiamin,<br />
vgl. [6.48].<br />
Bei Oxidationen mit einem Oxidationsmittel Y-, die als H-Übertragungen verlaufen, ist die<br />
Bindungsdissoziationsenergie J0H - (vgl. Tab. 1.4) bestimmend. Ein derartiger Verlauf ist im<br />
allgemeinen nur dann möglich, wenn bei der Reaktion Y-+ R-H -» Y-H + R- (für Y = Cl-; vgl.<br />
[1.13]) zlDH?_H > ^D#t-H ist, vgl. [C.20] und D.1.3.<br />
Danach steigt die Oxidierbarkeit von gesättigten Kohlenwasserstoffen nach dem H-<br />
Abstraktionsmechanismus von primären zu tertiären C-H-Bindungen an. Eine H-Abstraktion<br />
aus der O-H-Bindung in Alkoholen ist energetisch ungünstig; aus diesem Grunde werden tertiäre<br />
Alkohole, wie z. B. tert-Butylalkohol, sehr schwer oxidiert. Dagegen sind H-Abstraktionen<br />
an der a-C-H-Bindung von primären und secundären Alkoholen und der C-H-Bindung in<br />
Aldehyden, zu denen auch die Ameisensäure gehört, leicht realisierbar. Die Bindungsdissoziationsenergien<br />
zeigen, daß Aldehyde leichter oxidiert werden als secundäre Alkohole und diese<br />
leichter als primäre. Daraus ergibt sich die Schwierigkeit, primäre Alkohole selektiv in Aldehyde<br />
zu überführen, ohne daß diese weiter zur Carbonsäure oxidiert werden.<br />
Aromaten und Olefine sind durch Wasserstoffabstraktion an der =C-H-Bindung nur schwer<br />
oxidierbar (vgl. aber den oxidativen Angriff an der C=C-Doppelbindung. D.4.1.6. und<br />
D.6.5.I.).<br />
Während H-Abstraktionen an gesättigten Kohlenwasserstoffen relativ leicht eintreten, wird<br />
die C-C-Einfachbindung nur schwer gespalten, was nach den Dissoziationsenergien (ca.<br />
290...370 kJ • moH) nicht erwartet wird. Offenbar ist die zentrale C-C-Bindung durch die Substituenten<br />
gegen den Angriff des Oxidationsmittels sterisch abgeschirmt.<br />
In der Natur sind enzymatische Oxidationen (Redoxprozesse) weit verbreitet. Oxidoreduktasen bewirken<br />
Dehydrierung, Oxidasen die Elektronenübertragung, Dioxygenasen die Übertragung von O2<br />
(auf C=C-Doppelbindungen) und Hydroxylasen die Hydroxylierung von C-H-Bindungen mit O2. Als<br />
Atmungskette bezeichnet man das Multienzymsystem der Zellatmung, das den Wasserstoff schrittweise<br />
vom Substrat auf O2 überträgt. Dabei übernehmen intermediär die Wirkgruppen Nicotinsäureamid (vgl.<br />
[7.247] und Riboflavin Wasserstoffatome (zwei Elektronen und zwei Protonen) und die Cytochrome Elektronen.<br />
6.2. Oxidation von Methyl- und Methylengruppen<br />
Die Oxidation von gesättigten Kohlenwasserstoffen ist schwierig und wenig selektiv und deshalb<br />
keine brauchbare Laboratoriumsmethode.<br />
In der Technik werden Alkane mit Luft in Gegenwart von Schwermetall-Katalysatoren (z. B. Vanadinpentoxid,<br />
Mangan- oder Cobaltsalzen), gegebenenfalls außerdem in Gegenwart von Ammoniak (Ammoxidation)<br />
oxidiert. Die Oxidation verläuft möglicherweise als Peroxygenierung (Autoxidation, vgl. die Formulierungen<br />
in D. 1.5.).<br />
Entsprechend [6.6] können Alkohole, Ketone oder Carbonsäuren (gegebenenfalls auch<br />
durch C-C-Spaltung) entstehen:<br />
-CH3 —- -CH2OH —- -CHO — -COOH<br />
\ \ \<br />
CH2 —- CHOH —- CO (—- -COOH unter C-C-Spaltung)<br />
Borsäure verhindert die C-C-Spaltung, was für die technische Herstellung von secundären Alkoholen<br />
aus n-Paraffinen ausgenutzt wird (Bashkirov-Oxidation):
OH<br />
D. 6.2. Oxidation von Methyl- und Methylengruppen 419<br />
^ R> + R^^ R> M<br />
(H3BO3/KMnO4) « K T<br />
OH<br />
Die zunächst entstehenden Borsäureester werden hydrolysiert. Bei niedrigem Umsatz (warum?) entsteht<br />
so ein Gemisch der möglichen secundären Alkohole, die z.B. für die Waschmittelherstellung (vgl. [2.53])<br />
eingesetzt werden können.<br />
In der Technik nimmt man jedoch auch andere Produktgemische in Kauf und stellt so z. B. durch Oxidation<br />
von Butan mit Sauerstoff und Cobaltacetat als Katalysator bei 165 0 C und unter Druck Ethylmethylketon,<br />
Essigsäure und Methyl- und Ethylacetat her, die dabei ungefähr im Verhältnis 1:15:3 gebildet werden.<br />
Auch Cyclohexan wird technisch mit Luft in Gegenwart von Cobaltacetat zu einem Gemisch von<br />
Cyclohexanol und Cyclohexanon oxidiert (vgl. Tab. 4.103).<br />
Methyl- oder Methylengruppen werden wesentlich leichter oxidiert, wenn sie an eine Doppelbindung<br />
bzw. einen Aromaten gebunden sind, weil das Oxidationspotential der Verbindung<br />
durch die Doppelbindung herabgesetzt wird und dadurch Elektronen-Übertragung möglich<br />
wird, vgl. Tab. 6.5, bzw. weil in der Autoxidation energieärmere Radikale vom Allyltyp entstehen<br />
können. Die Oxidation ist dann außerdem selektiver, und bei geeigneten Reaktionsbedingungen<br />
können auch Alkohole oder mitunter sogar Aldehyde erhalten werden.<br />
Die Aktivierung einer Methyl- oder Methylengruppe durch eine Doppelbindung läßt sich jedoch nicht<br />
immer zur Darstellung ungesättigter Carbonylverbindungen ausnutzen, da die C=C-Bindung durch Chromsäure<br />
und Kaliumpermanganat und andere Oxidationsmittel im allgemeinen schneller unter Hydroxylierung<br />
und C-C-Spaltung angegriffen wird als die Alkylgruppen (vgl. D.4.1.6 und D.6.5.1). Dagegen ist die<br />
Autoxidation oder die Oxydation mit Selendioxid (D.6.2.3) oder bestimmten lod(III)-Verbindungen für<br />
die selektive Oxidation von Alkylgruppen in Nachbarschaft zu Doppelbindungen geeignet.<br />
Von großer Bedeutung sind Oxidationen mit Sauerstoff im technischen Maßstab: So stellt man beispielsweise<br />
technisch Acrolein aus Propen mit Sauerstoff in der Gasphase bei 350 bis 400 0 C an einem Kupferoxid-Katalysator<br />
her. Das Acrolein wird über Allylalkohol zu Glycerol weiterverarbeitet (vgl. D.l.4.6).<br />
Durch Autoxidation von Propen an einem Molybdänsalz-Katalysator bei 200 bis 500 0 C und l MPa wird<br />
Acrylsäure und nach einem ähnlichen Verfahren aus Isobuten Methacrylsäure hergestellt. Aus But-2-en,<br />
auch aus dem Gemisch mit But-l-en, wird mit Luftsauerstoff in Gegenwart von V2O5 Maleinsäureanhydrid<br />
(vgl. D.6.5.1.) gewonnen, als Nebenprodukte müssen Essig-, Acryl-, Croton- und Fumarsäure in Kauf<br />
genommen werden.<br />
Von großem technischen Interesse ist die katalytische Oxidation von Kohlenwasserstoffen mit Luft in<br />
Gegenwart von Ammoniak, z. B. von Methan zu Blausäure (Andrussow-Verfahren), von Toluen und anderen<br />
Methylaromaten zu Benzonitril und dessen Derivaten und vor allem von Propylen zu Acrylonitril<br />
(Tab. 6.9). Die letztgenannte Reaktion, die in der Gasphase bei 400 bis 45O 0 C über einem Bi2O3/MoO3-<br />
Katalysator ausgeführt wird, stellt die technisch wichtigste Synthese von Acrylonitril dar. Nebenprodukte<br />
sind u. a. Acetonitril und Blausäure. Analog wird aus Isobuten Methacrylonitril hergestellt.<br />
(Zur autothermen Dehydrierung vgl. D.6.3.1)<br />
— r\2^J<br />
Tabelle 6.9<br />
Nitrile, die technisch durch Ammoxidation hergestellt werden<br />
Produkt Ausgangs- Verwendung<br />
Verbindung<br />
Blausäure Methan -» zu Synthesen (vgl. D.5.L8.2, D.7.2. 1 .l),<br />
Schädlingsbekämpfungsmittel<br />
Acrylonitril Propen —> Polyacrylonitril (PAN), Acrylamid(polymere)<br />
Benzonitril Toluen Quellmittel für PAN<br />
Phthalonitril o-Xylen -> Phthalocyanine<br />
Methacrylonitril Isobuten wie Methacrylsäureester (vgl. Tab 3.37)<br />
[6.8]
420 D. 6. Oxidation und Dehydrierung<br />
6.2.1. Oxidation von Alkylaromaten zu aromatischen Carbonsäuren<br />
Wegen ihrer hohen Oxidationspotentiale (Tab. 6.5) werden Alkylaromaten nur von den stärksten<br />
anorganischen Oxidationsmitteln z.B. Kaliumpermanganat, Chromschwefelsäure oder<br />
Ce(IV)ammoniumnitrat bei Siedetemperatur analog [6.6] angegriffen. (Die in Tab. 6.5 angegebenen<br />
Werte in Acetonitril verringeren sich in Wasser um mindestens 0,5 V.)<br />
Die Oxidation verläuft als Elektronenübertragung:<br />
Ar-CH3 + M n ® - (Ar-CH3)? + M< n - 1 >® [6.1Oa]<br />
(Ar-CH3)? Ar-CH2- + H® [6.1Ob]<br />
Ar-CH2- + M n ® Ar-CH2 0 + M< n - 1 >© [6.1Oc]<br />
Ar-CH2 0 + Nu-H (oder Nu 0 ) - Ar-Nu + H® [6.1Od]<br />
Nu-H = H2O oder CH3COOH<br />
*r<br />
Das Benzylradikal wird sehr schnell zum Benzylkation weiteroxidiert, das in Wasser oder Essigsäure<br />
zum Alkohol bzw. zum Essigsäureester abgefangen wird. Dieses erste Oxidationsprodukt ist aber ebenfalls<br />
leicht oxidierbar und reagiert weiter analog [6.10a-d], so daß mit Wasser als Nucleophil entsprechend [6.6]<br />
schließlich Carbonsäuren entstehen. Essigsäureester haben aber ein höheres Oxidationspotential als die<br />
betreffenden Alkohole (vgl. den Abfall des Potentials von Anilin zum Acetanilid in Tabelle 6.5), und der<br />
Essigsäureester des Aldehyd-dihydrats wird deshalb nicht weiter oxidiert, vgl. [6.16].<br />
Alkylaromaten mit längerer Alkylseitenkette liefern zunächst a-Arylalkylketone, die (falls<br />
sie Enole bilden können) unter C-C-Spaltung ebenfalls Carbonsäuren liefern.<br />
Arylalkylketone sind auch durch Peroxygenierung darstellbar.<br />
Im Laboratorium werden zur Oxidation von Alkylaromaten zu Arencarbonsäuren auch<br />
heute noch die klassischen Oxidationsmittel Permanganat (meist in Gegenwart von Alkali),<br />
Dichromat/Schwefelsäure, Chromsäure in Essig- oder Schwefelsäure, aber auch Sauerstoff in<br />
Gegenwart von Cobalt- oder Mangansalzen verwendet, z. B.:<br />
CH3<br />
/-,COOH<br />
+ 2KMnO4 fl T + 2Mn °2 + 2KOH [6.1Ia]<br />
CH2-CH3<br />
-,,COOH<br />
+ 4KMnO4 I l + CO2 + 4 MnO2 + 4 KOH [6.1Ib]<br />
CH3<br />
+ Na2Cr2O7 + 4 H2SO4 [| "j + Cr2(SO4J3 [6.1Ic]<br />
+ Na2SO4 + 5 H2O<br />
+ H2O [6.1Id]
D. 6.2. Oxidation von Methyl- und Methylengruppen 421<br />
Während dimethylierte Aromaten von Permanganat ohne weiteres in die entspechenden<br />
Dicarbonsäuren übergeführt werden, z. B. o-Xylen in Phthalsäure, werden sie von Sauerstoff<br />
unter Katalyse mit Cobaltsalzen zunächst nur zu Monocarbonsäuren oxidiert. Erst unter verschärften<br />
Bedingungen oder in Gegenwart von Säuren, z. B. HBr mit Cobaltacetat/-bromid als<br />
Katalysator, läßt sich die zweite Methylgruppe oxidieren (warum?).<br />
Man kann dies aber für die partielle Oxidation von mehrfach alkylierten Aromaten nutzen.<br />
Auch 30%ige heiße Salpetersäure oxidiert eine Methylgruppe. Ortho-Substituenten<br />
erschweren im allgemeinen die Oxidation, Amino- und Hydroxygruppen müssen geschützt<br />
werden (warum, wie?).<br />
Längere, auch verzweigte oder ungesättigte Seitenketten am Aromaten werden durch die<br />
genannten Oxidationsmittel in der Regel bis zur kernständigen Carboxylgruppe abgebaut. In<br />
der analytischen Chemie bedient man sich der genannten Oxidationsmethoden zur Identifizierung<br />
von alkylierten aromatischen Kohlenwasserstoffen, weil damit die Stellung der Alkylgruppen<br />
am Kern festgestellt werden kann. Im allgemeinen verwendet man dazu Permanganat<br />
oder Chromsäure.<br />
Die Oxidation mit Permanganat ist für analytische Zwecke vorzuziehen, da die Entfernung von Chromiumverbindungen<br />
aus kleinen Substanzmengen schwieriger ist. Außerdem können bei der erstgenannten<br />
Methode mit Hilfe von Phasentransferkatalysatoren (vgl. D.2.4.2.) die Reaktionszeiten verkürzt werden.<br />
Verbindungen mit Alkali-empfindlichen Gruppen erfordern aber eine saure Oxidation z. B. in einer Lösung<br />
von 30% Na2Cr2O7 in 50%iger Schwefelsäure (etwa 1,5 g zu identifizierende Substanz in 20 ml).<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur präparativen und analytischen Darstellung von Arencarbonsäuren<br />
aus Alkylaromaten (Phasentransferkatalyse) (Tab. 6.12)<br />
Man beschickt einen 250-ml-Rundkolben mit Rückflußkühler mit 70 ml Wasser, 0,5 ml Aliquat<br />
336 und 0,02 mol Natriumcarbonat; bei Nitroaromaten mit 0,02 mol Natriumbicarbonat; bei<br />
Pyridinen unterbleibt ein Basenzusatz. Weiter werden hinzugefügt 0,015 mol Alkylaromat<br />
oder ca. l ,5 g des zu identifizierenden Kohlenwasserstoffes und 0,05 mol Kaliumpermanganat.<br />
Bei präparativen Arbeiten bezieht sich das auf eine oxidierbare Methylgruppe, für die Ethylgruppe<br />
benötigt man 0,1 mol KMnO4 (für längere und verzweigte Alkylgruppen entspechend<br />
mehr). Das Gemisch wird nun bis zur Entfärbung des Permanganats oder 45 Minuten unter<br />
Rückfluß erhitzt. Man saugt heiß vom Braunstein ab, wäscht zweimal mit wenig heißem Wasser<br />
und entfärbt nötigenfalls mit Hydrogensulfit-Lösung. Anschließend wird mit halbkonzentrierter<br />
Schwefelsäure angesäuert, gekühlt und nach beendeter Kristallisation abgesaugt. Man<br />
kristallisiert aus Wasser oder verdünntem Ethanol um.<br />
Die Ausbeuten lassen sich oft erhöhen, wenn die Lösung vor dem Ansäuern eingeengt oder<br />
die Mutterlauge ausgeethert wird. Kleine Mengen Braunstein kann man ohne zu filtrieren<br />
auch mit Hydrogensulfitlösung oder durch Zusatz von Oxalsäure lösen. Bei Vergrößerung des<br />
Ansatzes wird nur die Hälfte der nach der Vorschrift berechneten Wassermenge verwendet.<br />
Weil die Reaktion stark exotherm sein kann, wird bei Ansätzen über 0,15 mol das Permanganat<br />
während der Umsetzung portionsweise zugegeben oder als Lösung bei entspechend weniger<br />
vorgelegtem Wasser zugetropft.<br />
Der Umsatz ist nicht vollständig, da das bereits im Überschuß eingesetzte Permanganat<br />
auch in Nebenreaktionen verbraucht wird. Bei größeren Ansätzen kann die unverbrauchte<br />
Ausgangsverbindung durch Extraktion des Braunsteins und der alkalischen Lösung mit Ether<br />
zurückgewonnen werden.
422 D. 6. Oxidation und Dehydrierung<br />
Tabelle 6. 12<br />
Arencarbonsäuren<br />
Produkt<br />
Benzoesäure<br />
p-Chlor-benzoesäure<br />
o-Nitro-benzoesäure<br />
p-Nitro-benzoesäure<br />
Phthalsäure<br />
Terephthalsäure<br />
Pyridin-4-carbonsäure 2 ) 3 )<br />
(Isonicotinsäure)<br />
Pyridin-3-carbonsäure 2 ) 4 )<br />
(Nicotinsäure)<br />
Saccharin<br />
4-Acetamidobenzoesäure<br />
Ausgangsverbindungen<br />
Toluen,<br />
Ethylbenzen<br />
p-Chlor-toluen<br />
o-Nitro-toluen<br />
o-Nitro-ethylbenzen<br />
p-Nitro-toluen<br />
o-Xylen<br />
p-Xylen<br />
4-Methyl-pyridin<br />
(y-Picolin)<br />
3-Methyl-pyridin<br />
(ß-Picolin)<br />
o-Toluensulfonsäureamid<br />
4-Methyl-acetanilid 5 )<br />
F in 0 C<br />
122 (W.)<br />
241 Subl.<br />
(EtOHAV.)<br />
148 (W.)<br />
240 Subl. (W.)<br />
19l 1 ) (W.)<br />
300 Subl. (W.)<br />
31l 1 ) (W.)<br />
235 (W.)<br />
22S...229 Subl.<br />
(Me2CO)<br />
150...152 Z.<br />
(EtOH)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
6S...75<br />
75<br />
52...60<br />
1 ) im geschlossenen Röhrchen<br />
2 ) Bei der Aufarbeitung Lösung auf ein Drittel einengen und mit konz. HCl auf den isoelektrischen Punkt<br />
(vgl. D.7.2.1.1.) einstellen.<br />
3 ) pH 3,6<br />
4 ) pH 3,4<br />
5 ) 0,07 mol KMnO4 verwenden. Nicht umgesetzte Ausgangsverbindung fällt nach der Filtration aus und<br />
wird zurückgewonnen.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Autoxidation von kernsubstituierten Toluenen zu kernsubstituierten<br />
Benzoesäuren 1 ) (Tab. 6.13)<br />
In einen 500-ml-Dreihalskolben (Schliffe nicht fetten, sonst Inhibitorwirkung) mit Rührer (nur<br />
mit reinem Paraffinöl schmieren), Gaseinleitungsrohr nach Abbildung A.13a (kein Gummistopfen)<br />
und Wasserabscheider mit Rückflußkühler gibt man 0,5 mol destilliertes Toluenderivat,<br />
70 ml Chlorbenzen und 0,3 bis 0,5 g Cobaltstearat (vgl. Reagenzienanhang; zur Initiierung<br />
der Reaktion kann man 0,1 g Azo-bis-isobutyronitril zusetzen). Bei der Oxidation von Xylenen<br />
und Mesitylen setzt man l mol ein und verzichtet auf das Lösungsmittel Chlorbenzen. In das<br />
zum Sieden erhitzte Gemisch leitet man entspechend Abb. A.ll Sauerstoff ein (etwa 30 l • h- 1 ;<br />
Strömungsmesser vgl. A.I.6.), wobei das Gas mit alkalischer KMnO4-Lösung gewaschen und<br />
in einem zwischen der letzten Sicherheitswaschflasche und Reaktionsgefäß geschalteten KOH-<br />
Trockenturm getrocknet wird. Die Temperatur des Heizbades wird über ein Relais so eingestellt,<br />
daß der Rückfluß gerade erhalten bleibt. Sie muß im Laufe der Reaktion etwas gesteigert<br />
werden.<br />
Die Oxidation setzt spätestens nach zwei Stunden ein (zur Initiierung s. o.), im Durchschnitt<br />
ist insgesamt mit einer Reaktionszeit von sechs bis zehn Stunden zu rechnen. Die Reaktion<br />
wird bei den Xylenen abgebrochen, wenn sich etwa 5 ml Wasser abgeschieden haben. Die Oxidation<br />
der anderen Ausgangsprodukte führt man so lange fort, bis sich kein Wasser mehr<br />
abscheidet. Verhindert auskristallisierendes Endprodukt die weitere Gaseinleitung, so unterbricht<br />
man die Reaktion, kühlt, saugt ab und setzt das Filtrat erneut ein.<br />
1 J nach W. PRITZKOW, Privatmitteilung<br />
68<br />
70<br />
80<br />
55<br />
54<br />
62<br />
55
D. 6.2. Oxidation von Methyl- und Methylengruppen 423<br />
Nach Beendigung der Reaktion läßt man das Gemisch über Nacht im Kühlschrank stehen,<br />
saugt ab und kristallisiert um. Das Filtrat wird über eine Kolonne destilliert. Die Ausbeute<br />
bezieht man auf verbrauchtes Toluenderivat, sie beträgt etwa 50% und läßt sich durch Umkristallisation<br />
des festen Destillationsrückstandes aus Toluen erhöhen.<br />
Tabelle 6.13<br />
Substituierte Benzoesäuren durch Autoxidation<br />
Produkt Ausgangsverbindung F in 0 C<br />
o-Toluylsäure<br />
m-Toluylsäure<br />
p-Toluylsäure<br />
3,5-Dimethylbenzoesäure<br />
p-Chlor-benzoesäure<br />
Terephthalsäure-monomethylester<br />
o-Xylen<br />
m-Xylen<br />
p-Xylen<br />
Mesitylen<br />
p-Chlor-toluen<br />
p-Toluylsäurernethyleester<br />
105 (W.)<br />
111 (W.)<br />
180 (verd. EtOH)<br />
170 Subl. (EtOH)<br />
240 (PrOH)<br />
230 Subl. (W.)<br />
Darstellung von substituierten Benzenmono- und -dicarbonsäuren aus Toluen und Xylenen<br />
durch Autoxidation in Gegenwart von Cobaltacetat und Essigsäure/HBr: HAY, A. S.; BLAN-<br />
CHARD, H. S., Canad. J. Chern. 43 (1965), 1306.<br />
Tabelle 6.14<br />
Verwendung technisch wichtiger Carbonsäuren, die durch Oxidation von Methylarornaten hergestellt<br />
werden<br />
Säure Hauptsächliche Verwendung<br />
Benzoesäure Konservierungsmittel<br />
-» Ester (Insektenabschreckungsmittel, Riechstoffe)<br />
Phthalsäure(anhydrid) —> Octyl-, Butyl-, Ethylester (Weichmacher)<br />
-> Polyesterharze (Alkydharze)<br />
—> Anthrachinon (Farbstoffe)<br />
Isophthalsäure -> Alkydharze<br />
-» Weichmacher<br />
Terephthalsäure -> Polyterephthalsäureglycolester (Synthesefaser)<br />
p-Nitro-benzoesäure -> p-Amino-benzoesäure —» Arzneimittel (Procain; Benzocain,<br />
Lokalanästhetika s. Tab. 7.42)<br />
Nicotinsäure —> Nicotinsäureamid (Vitamin) —> 3-Aminopyridin (—» Pharmaka)<br />
-> N,N-Diethyl-nicotinsäureamid (Nicethamid, Analeptikum)<br />
—» Inositolnicotinat (Antihypertonikum)<br />
Isonicotinsäure —> Isonicotinsäurehydrazid (Isoniazid, Tuberkulostatikum)<br />
Technisch werden aromatische Carbonsäuren, über deren Verwendung Tabelle 6.14 unterrichtet, in großem<br />
Umfang aus den entspechenden Methylbenzenen hergestellt. Als Oxidationsmittel dienen Luft in<br />
Gegenwart von V2Os °der Cobalt- bzw. Mangansalzen oder Salpetersäure (Bofors-Prozeß). In Gegenwart<br />
von Co/Mn-acetat/bromid-Katalysatoren in Eisessig lassen sich Xylene einstufig zu Phthalsäuren autoxidieren<br />
(Amoco-Verfahren), d.h. die in Tab. 6.13 genannten schwer oxidierbaren Toluylsäuren treten nicht als<br />
isolierbare Zwischenprodukte auf; auch andere schwer oxidierbare Toluen-Derivate wie Nitrotoluole oder<br />
Tolunitrile sind so ohne weiteres oxidierbar.<br />
Nicotinsäure wird technisch durch Oxidation von 5-Ethyl-2-methyl-pyridin zu Pyridin-2,5-dicarbonsäure<br />
und anschließende selektive Decarboxylierung der 2-Carboxylgruppe hergestellt. Durch Oxidation von o-<br />
Toluen-sulfonsäureamid entsteht ein wichtiger, kohlenhydratfreier Süßstoff, das Natriumsalz des o-Sulfobenzoesäureimids<br />
(Saccharin) (Laborvorschrift vgl. Tab. 6.12):
424 D. 6. Oxidation und Dehydrierung<br />
COOH<br />
SO2NH2<br />
-H2O*<br />
Es wird oft im Gemisch mit dem stark süßenden Natriumsalz der N-Cyclohexyl-sulfamidsäure (Cyclamat)<br />
verwendet.<br />
6.2.2. Oxidation von Alkylaromaten zu Aldehyden und Ketonen<br />
Die Überführung methylierter Aromaten in Aldehyde ist schwierig, da der entstehende Aldehyd<br />
leichter oxidierbar ist als die Methylgruppe. Man muß daher den Aldehyd ständig aus der<br />
Reaktionsmischung entfernen, indem man ihn z.B. in gegen Oxidation beständige Derivate<br />
überführt. Als Oxidationsmittel ist Chromsäure in Acetanhydrid geeignet, wobei der Aldehyd<br />
als Diacetat abgefangen wird:<br />
Ar_CHs — 3 ^- 3 -^. Ar-CH [6.16]<br />
OCOCH3<br />
Beispiele für die Darstellung aromatischer Aldehyde (2- und 4-Nitro-benzaldehyd, 4-Brombenzaldehyd,<br />
4-Formyl-benzonitril) durch Oxidation von Methylaromaten mit Chromsäureanhydrid<br />
in Gegenwart von Acetanhydrid und Hydrolyse des entstandenen Diacetats: NISHI-<br />
MURA, T; Org. Synth., CoIl. Vol. IV (1963), 713; TSANG, S. M.; WOOD, E. H.; JOHNSON, J. R., Org.<br />
Synth., CoIl. Vol. III (1955), 641; LIEBERMAN, S. V.; CONNOR, R., Org. Synth., CoIl. Vol. II<br />
(1943), 441.<br />
Auch mit synthetischem Braunstein (erhältlich durch Komproportionierung von Kaliumpermanganat<br />
mit Mangansulfat) lassen sich bei genauer Dosierung aus Methylaromaten Arylaldehyde<br />
herstellen.<br />
Als weiteres selektives Oxidationsmittel wird Cerammoniumnitrat benutzt:<br />
H3C-^^CH3 + 4Ce 40 + H2O H3C^^V-CH=O + 4 Ce 3 ® + 4 H 0 [6.17]<br />
Darstellung von p-Toluylaldehyd ausp-Xylen 1 )<br />
In einem 500-ml-Zweihalskolben mit Rührer und Rückflußkühler wird eine Lösung von<br />
0,4 mol Cerammoniumnitrat in 200 ml 50%iger Essigsäure mit 0,1 mol p-Xylen versetzt und<br />
unter gutem Rühren 20 Minuten im siedenden Wasserbad erwärmt. (Das Gemisch muß dabei<br />
hellgelb werden.) Nach dem Erkalten wird dreimal ausgeethert, die Etherlösung erst mit 1,5 N<br />
Sodalösung (CO2!) und dann mit wenig Wasser gewaschen, über MgSO4 getrocknet und destilliert.<br />
Kp 206...208 0 C, KpI30O) 106 0 C; Ausbeute 68%.<br />
Nach der gleichen Vorschrift: o-Toluylaldehyd aus o-Xylen; Ausbeute 25%.<br />
Ist die Methylgruppe am Aromaten genügend reaktionsfähig, so läßt sich als weiteres selektives<br />
Oxidationsmittel Selendioxid (vgl. Reagenzienanhang) verwenden. Das ist vor allem bei<br />
methylsubstituierten Heterocyclen der Fall. So lassen sich z. B. 2-Methyl-benzthiazol, 2- bzw. 4-<br />
Methyl-pyridine, -chinoline, -chinazoline, aber auch 2-Methyl-naphthalen in die Aldehyde<br />
überführen.<br />
Darstellung von Naphthalen-2-carbaldehyd aus 2-Methyl-naphthalen: SULTANOV, A. S.;<br />
RODIONOV, V. M.; SHEMYAKIN, M. M., Zh. Obshch. Khim. 16 (1946), 2073.<br />
!) nach TRAHANOVSKY, W. S.; YOUNG, L. B., J. Org. Chem. 31 (1966), 2033
D. 6.2. Oxidation von Methyl- und Methylengruppen 425<br />
Chinolin-4-carbaldehyd aus 4-Methyl-chinolin: MCÖONALD, S. F., J. Am. Chem.<br />
Soc. 69 (1947), 1219.<br />
Uracil-6-carbaldehyd aus 6-Methyl-uracil: ZEE-CHENG, K. Y.; CHENG, C. C., J. Heterocycl.<br />
Chem. 1967,163.<br />
Benzaldehyd wird technisch durch partielle Oxidation von Toluen mit Luft an Wolfram-/Molybdänsalz-<br />
Katalysatoren bei 500 bis 600 0 C oder in Flüssigphase hergestellt.<br />
Auch die Chlorierung von Methylaromaten zu Benzyliden-dichloriden mit nachfolgender Verseifung<br />
kommt als Möglichkeit zur Darstellung aromatischer Aldehyde aus Methylaromaten in Frage (vgl. Tab.<br />
1.27 und Tab. 2.68).<br />
Methylengruppen, die durch benachbarte Arylreste aktiviert sind, lassen sich in einer Anzahl von Verbindungen<br />
mit den in D.6.2.1. genannten Oxidationsmitteln selektiv zu Ketogruppen oxidieren, so 1-Ethyl-<br />
2-nitro-benzen unter speziellen Bedingungen:<br />
NO2<br />
2 ~~ J /^ "\>^/"'"' X "/* N IJ<br />
+ 4 KMnO4 - f^ » 3 f T 3 + 4 MnO2 + 4 KOH + H2O [6-18]<br />
(MgSO4)<br />
2-, 3- bzw. 4-Nitro-acetophenon aus l-Ethyl-2-(3- bzw. 4-)nitro-benzen durch Oxidation mit<br />
Kaliumpermanganat in Gegenwart von Aluminiumsulfat: KOCHERGIN, P. M.; TITKOVA, R. M.;<br />
ZASOSOV, V. A.; GRIGOROVSKII, A. M., Zh. Prikl. Khim. 32 (1959), 1806.<br />
Herstellung von Fluorenon aus Fluoren mit Na2Cr2O7: HUNTRESS, E. H.; HERSHBERG, E. B.;<br />
CLIFF, I. S., J. Am. Chem. Soc. 53 (1931), 2720.<br />
Technisch kann Acetophenon durch Oxidation von Ethylbenzen mit Luftsauerstoff über Manganacetat<br />
bei 13O 0 C hergestellt werden, allerdings begleitet von Nebenreaktionen (welchen?). Ähnliche Verfahren<br />
gibt es auch für 2- und 4-Nitro-acetophenon, (-» 2-, 4-Amino-acetophenon), die durch Nitrierung von Acetophenon<br />
nicht erhältlich sind.<br />
6.2.3. Oxidation von aktivierten Methyl- und Methylengruppen<br />
in Carbonylverbindungen<br />
6.2.3.1. Oxidation mit Selendioxid<br />
Methylen- und Methylgruppen, die einer Carbonylgruppe benachbart sind, lassen sich mit<br />
Selendioxid selektiv in Carbonylgruppen überführen. Dabei entstehen mit sehr unterschiedlichen<br />
Ausbeuten a-Oxo-aldehyde, z. B.:<br />
H3C-CHO OHC-CHO<br />
Glyoxal<br />
H3C-CH2-CO-CH3<br />
H3C-CH2-CO-CHO + H3C-CO-CO-CH3<br />
17% 1%<br />
Wahrscheinlich bildet sich intermediär ein Enolester der selenigen Säure:<br />
O OH<br />
L ^6 O O<br />
?V° AO-.<br />
— /D (H — OC } . ^ 6 -Se,-H2O' "<br />
[6.19]
426 D. 6. Oxidation und Dehydrierung<br />
Als Lösungsmittel dienen Xylen, Ethanol oder Dioxan. Diuxrh Spuren von Wasser wird die<br />
Ausbeute in vielen Fällen erhöht.<br />
Zur Herstellung von a-Dicarbonylverbindungen über Isonitrosoketone vgl. D.8.2.3.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Darstellung von Arylglyoxalen (Aryloxoacetaldehyde)<br />
und 1,2-Diketonen (Tab. 6.21)<br />
| Achtung! Selenhaltige Rückstände zur fachgerechten Entsorgung sammeln.<br />
In einem 500-ml-Dreihalskolben mit Rührer, Rückflußkühler und Thermometer wird zu<br />
0,25 mol Keton in einer Mischung aus 180 ml Dioxan und 12 ml Wasser eine Lösung von<br />
0,25 mol sublimiertem Selendioxid (vgl. Reagenzienanhang) so zugetropft, daß die Temperatur<br />
2O 0 C nicht überschreitet. Nötigenfalls kühlt man den Kolben mit Wasser. Danach wird unter<br />
Rühren sechs Stunden zum Sieden erhitzt, das abgeschiedene Selen noch heiß abfiltriert (nicht<br />
abgesaugt!) und mit Dioxan gewaschen. (Evtl. muß ein zweites Mal filtriert werden.) Nach<br />
dem Abdestillieren des Lösungsmittels im Vakuum wird der Rückstand so destilliert, daß man<br />
eine Hauptfraktion über einen Siedebereich von 20 bis 3O 0 C auffängt und diese über eine<br />
kurze Vigreux-Kolonne rektifiziert.<br />
Bei Aryloxoacetaldehyden kann die Fraktion auch in das stabile Hydrat überführt werden:<br />
Das destillierte Rohprodukt wird in der 4- bis 6fachen Menge Wasser aufgekocht; beim Erkalten<br />
scheiden sich Kristalle ab, die abgesaugt werden. Nötigenfalls können diese durch Umkristallisieren<br />
aus 20%igem Ethanol mit Hilfe von Aktivkohle weiter gereinigt werden.<br />
Tabelle 6.27<br />
a-Dicarbonylverbindungen durch Oxidation mit SeO2<br />
Produkt<br />
Phenylglyoxal<br />
4-Brom-phenylglyoxal<br />
4-Ethyl-phenylglyoxal<br />
2,4,6-Trimethyl-phenyl-glyoxal<br />
1 -Pheny 1-propan- 1 ,2-dion<br />
Cyclohexan- 1 ,2-dion<br />
Ausgangsverbindung<br />
Acetophenon<br />
4-Brom-acetophenon<br />
4-Ethyl-acetophenon<br />
2,4,6-Trimethyl-acetophenon<br />
Propiophenon<br />
Cyclohexanon<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
95...9733(25)Hydrat:F91<br />
135...14223(17) Hydrat: F<br />
132...134 '<br />
110...1142 7(20) Hydrat: F<br />
93...95 (Z.)<br />
106o,5(4)<br />
n* 9 1,5520<br />
!031,6(I2)<br />
/#1,5334<br />
782,1(16)F34<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Anstatt mit dem giftigen Selendioxid können Alkylgruppen in enolisierbaren Ketonen auch<br />
durch die Iod(III)-Verbindung (Diacetoxyiodo)benzen, PhI(OAc)2 zu a-Hydroxy-ketonen oxidiert<br />
werden.<br />
6.2.3.2. Willgerodt-Reaktion<br />
Bei der Willgerodt-Reaktion werden Arylalkylketone mit wäßriger Ammoniumpolysulfid-<br />
Lösung (im allgemeinen unter Druck) zu co-Aryl-alkancarbonsäuren mit der gleichen Anzahl<br />
von Kohlenstoffatomen oxidiert:<br />
Ar-CO-(CH2)n-CH3 ^ 4 *** " 2 • Ar-(CH2)^1-COOH [6.22]<br />
Im Resultat ist also die Carbonylgruppe des Ketons zur Methylengruppe reduziert und die<br />
Methylgruppe zur Carboxylgruppe oxidiert worden.<br />
65<br />
50<br />
45<br />
60<br />
35<br />
25
D. 6.2. Oxidation von Methyl- und Methylengruppen 427<br />
Man erhält meist zunächst das Thioamid der Säure (oder auch das Amid), das anschließend<br />
verseift wird. Eine Verbesserung des Verfahrens bedeutet die Variante nach Kindler, nach der<br />
man drucklos arbeitet. An Stelle der Polysulfidlösung werden Schwefel und ein secundäres<br />
Amin (meist Morpholin) eingesetzt:<br />
Ar-CO-CH3<br />
+ S1 +NHR2<br />
+ 2H2O<br />
Ar-CH2-CS-NR2 ~* Ar-CH2-COOH + H2S + HNR2 [6.23]<br />
Die Methode hat Bedeutung vor allem zur Darstellung von Arylessigsäuren aus Arylmethylketonen,<br />
die durch Friedel-Crafts-Acylierung leicht zugänglich sind (vgl. D.5.1.8.1.).<br />
Die Willgerodt-Reaktion beginnt mit der Bildung eines Enamins (vgl. D.7.1.1.), das den Schwefel aufnimmt.<br />
Ihr weiterer Verlauf läßt sich nicht mit einem für alle Substrate einheitlichen Mechanismus wiedergeben.<br />
Für Arylmethylketone kann er wie folgt diskutiert werden:<br />
R2N R2N SH R2N S<br />
°,<br />
C-CH3<br />
C=CH2 \2 — - C = Cx — — Ar-C-C / \<br />
Ar Ar<br />
A/ H<br />
H H<br />
R © R<br />
N<br />
H H<br />
\ NR2<br />
C=C<br />
/ \<br />
H SH<br />
NR2<br />
Ar-CH2-C<br />
S<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Darstellung von Thiocarbonsäuremorpholiden (Willgerodt-Kindler-Reaktion)<br />
(Tab. 6.25)<br />
| Vorsicht! Schwefelwasserstoff-Entwicklung, Abzug!<br />
In einem 100-ml-Rundkolben mit Rückflußkühler werden 0,2 mol Morpholin zusammen mit<br />
0,1 mol Alkylarylketon und 0,2 mol (6,4 g) Schwefel oder 0,1 mol aromatischem Aldehyd und<br />
0,1 mol Schwefel sechs Stunden auf 135 0 C (Badtemperatur) erhitzt. Die noch warme Lösung<br />
gießt man in 40 ml heißes Ethanol. Durch Anreiben wird die Kristallisation des Thioamids eingeleitet,<br />
anschließend läßt man über Nacht im Kühlschrank stehen. Danach wird abgesaugt,<br />
mit kaltem Ethanol gewaschen und umkristallisiert. Für eine Abtrennung evtl. noch anhaftenden<br />
Schwefels empfiehlt sich eine Umkristallisation aus Nitromethan. Für die Verseifung kann<br />
das Rohprodukt eingesetzt werden.<br />
Tabelle 6.25<br />
Willgerodt-Kindler-Reaktion<br />
Produkt<br />
p-Tolylthioessigsäuremorpholid<br />
2,4-Dimethyl-phenylthioessigsäuremorpholidp-Methoxy-phenylthioessigsäuremorpholid<br />
Thiohomoveratrumsäuremorpholid<br />
Naphth- 1 -ylthioessigsäuremorpholid<br />
Naphth-2-ylthioessigsäuremorpholid<br />
Dithiomalonsäurebismorpholid<br />
Thiobenzoesäure-morpholid<br />
Ausgangsverbindung<br />
p-Methyl-acetophenon<br />
2,4-Dimethyl-acetophenon<br />
p-Methoxy-acetophenon<br />
(3,4-Dimethoxyphenyl)methylketon<br />
Methyl-a-naphthylketon<br />
Methyl-ß-naphthylketon<br />
AllylalkohoP) (oder Aceton)!)<br />
Benzaldehyd<br />
F in 0 C<br />
103 (EtOH)<br />
83 (MeOH)<br />
71 (MeOH)<br />
90 (EtOH)<br />
!41 (W.)<br />
108 (EtOH)<br />
195... 1 97<br />
(BuOH)<br />
143 (EtOH)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
60<br />
55<br />
60<br />
60<br />
55<br />
65<br />
50 (20)<br />
70<br />
[6.24]<br />
4<br />
G
i<br />
428 D. 6. Oxidation und Dehydrierung<br />
Tabelle 6.25 (Fortsetzung)<br />
Produkt<br />
p-Methoxy-thiobenzoesäuremorpholidp-Dimethylamino-thiobenzoesäuremorpholidß-Phenyl-thiopropionsäuremorpholid<br />
2 )<br />
Ausgangsverbindung<br />
Anisaldehyd<br />
p-Dimethylamino-benzaldehyd<br />
Propiophenon<br />
F in 0 C<br />
114(EtOH)<br />
154 (EtOH)<br />
1 ) 0,4 mol Schwefel verwenden.<br />
2 ) Nicht isolierbar, gesamte Reaktionsmischung wird weiterverarbeitet (s. Tab. 6.26).<br />
Arbeitsvorschrift zur Verseifung von Thiocarbonsäuremorpholiden (Tab. 6.26)<br />
| Achtung! Entwicklung von Schwefelwasserstoff; im Abzug arbeiten<br />
2 )<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
78<br />
Zu 0,1 mol des rohen Thiomorpholids gibt man eine Lösung von 80g 50%iger Kalilauge in<br />
140 ml Alkohol und erhitzt sechs Stunden unter Rückfluß. Anschließend wird der Alkohol<br />
weitgehend abdestilliert, der Rückstand mit Wasser verdünnt, filtriert und mit konz. Salzsäure<br />
stark sauer gemacht (Schwefelwasserstoff-Entwicklung!). Nach dem Erkalten saugt man die<br />
ausgefallene Säure ab. Ist sie wasserlöslich bzw. fällt sie als Öl an, extrahiert man dreimal mit<br />
je 100 ml Ether, trocknet die vereinigten Extrakte über Magnesiumsulfat und destilliert das<br />
Lösungsmittel ab. Die Säure wird aus Wasser, evtl. unter Zusatz von Aktivkohle umkristallisiert.<br />
Die Ausbeute kann durch (weitere) Extraktion der Mutterlaugen erhöht werden.<br />
Tabelle 6.26<br />
Arylessigsäuren<br />
Produkt Ausgangsverbindung F in 0 C Ausbeute<br />
p-Tolylessigsäure<br />
2,4-Dimethyl-phenylessigsäure<br />
p-Methoxy-phenylessigsäure<br />
Homoveratrumsäure<br />
Naphth-1 -ylessigsäure<br />
Naphth-2-ylessigsäure<br />
ß-Phenyl-propionsäure<br />
1) wasserfrei: F 96 0 C<br />
2 ) die rohe Säure wird destilliert:<br />
p-Tolylthioessigsäuremorpholid 92 80<br />
(2,4-Dimethyl-phenyl)thioessigsäure- 105 80<br />
morpholid<br />
(p-Methoxy-phenyl)thioessigsäure- 85 75<br />
morpholid<br />
Thiohomoveratrumsäuremorpholid 68 (Hydrat) l ) 60<br />
Naphth-1-yl-thioessigsäuremorpholid 131 85<br />
Naphth-1-yl-thioessigsäuremorpholid 140 85<br />
ß-Phenyl-thiopropionsäuremorpholid 47 2 ) (Ligroin) 40<br />
(als rohes Reaktionsgemisch)<br />
169...17O 0 C.<br />
Teilschritte der Willgerodt-Reaktion finden sich in einer Reihe von Synthesen, mit denen<br />
Schwefel definiert in organische Verbindungen eingebaut wird. So lassen sich unter gleichen<br />
Bedingungen aromatische Aldehyde wie auch Allylalkohol zu Thiocarbonsäuremorpholiden<br />
umsetzen (vgl. Tab. 6.25).<br />
Auch viele Methyl- und Chlormethylaromaten können mit Schwefel mehr oder weniger<br />
glatt zu Thiocarbonsäurederivaten oxidiert werden.<br />
Ketone reagieren mit Schwefel und Ammoniak zu zP-Thiazolinen (Asinger-Reaktion):<br />
80<br />
2 )
+ NH3<br />
D. 6.2. Oxidation von Methyl- und Methylengruppen 429<br />
CH2R 1<br />
[6.27]<br />
Darstellung von A^-Thiazolinen: ASINGER, F.; OFFERMANNS, H., Angew.Chem. 79 (1967), 953.<br />
Carbonylverbindungen reagieren mit CH-aciden Nitrilen und Schwefel zu 2-Amino-thiophenen<br />
(Gerald-Reaktion), wobei die zunächst durch Knoevenagel-Kondensation (vgl.<br />
D.7.2.1.4.) gebildeten a-Alkyliden-nitrile den Schwefel aufnehmen, z. B.:<br />
R'<br />
O +<br />
COOEt<br />
R'<br />
COOEt<br />
CN<br />
+ S<br />
[6.28]<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Herstellung von 2-Amino-thiophen-3-carbonsäurederivaten<br />
(Tab. 6.29)<br />
Zu einem auf 60 0 C (Badtemperatur) erwärmten Gemisch von 30 ml Ethanol (für Methylester<br />
Methanol verwenden), 0,1 mol gepulvertem Schwefel, 0,1 mol Carbonylverbindung und 0,1<br />
mol Nitril (oder statt der beiden letztgenannten Verbindungen 0,1 mol Ylidennitril) tropft man<br />
unter Rühren innerhalb 10 - 15 Minuten 8 ml Morpholin (oder Diethylamin) und rührt weitere<br />
1,5 Stunden bei 6O 0 C. Mit Cyclohexanon wird bei Raumtemperatur ohne zusätzliche Erwärmung<br />
gearbeitet. Von wenig ungelöstem Schwefel filtriert man nötigenfalls heiß ab. Danach<br />
wird l bis 2 Stunden bis zur Beendigung der Kristallisation stehen gelassen, zuletzt in Eiswasser.<br />
Man saugt die ausgefallenen Kristalle ab, wäscht mit etwas kaltem Alkohol und kristallisiert<br />
aus wenig Ethanol oder Nitromethan um. Bleibt die Ausbeute zu niedrig, wird die Mutterlauge<br />
in Wasser eingerührt und aufgearbeitet.<br />
Tabelle 6.29<br />
2-Amino-thiophen-3-carbonsäurederivate<br />
Produkt Ausgangsverbindung F in 0 C Ausbeute<br />
2-Amino-4,5-tetramethylen-thiophen-<br />
3-carbonsäureethylester<br />
2-Amino-4,5-tetramethylen-thiophen-<br />
3-carbonitril<br />
2-Amino-4,5-dimethyl-thiophen-<br />
3-carbonsäuremethylester<br />
2-Amino-4-methyl-thiophen-<br />
3,5-dicarbonsäurediethylester<br />
2-Amino-4-phenyl-thiophen-<br />
3-carbonsäureethylester<br />
5-Acetyl-2-amino-4-methylthiophen-<br />
3-carbonsäureethylester<br />
2-Amino-3-cyan-4-methylthiophen-5carbonsäureethylester<br />
Cyclohexanon,<br />
Cyanessigsäureethylester<br />
Cyclohexanon,<br />
Malononitril<br />
Ethylmethylketon,<br />
Cyanessigsäuremethylester<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Cyanessigsäureethylester<br />
a-Cyan-zimtsäureethylester<br />
Acetylaceton,<br />
Cyanessigsäureethylester<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Malononitril<br />
115<br />
147...148<br />
120...122<br />
!08... 1 09<br />
9S...96<br />
156...158<br />
210...212<br />
80<br />
78<br />
50<br />
55<br />
60<br />
55<br />
45
430 D. 6. Oxidation und Dehydrierung<br />
6.3. Oxidation von primären und secundären Alkoholen<br />
und Aldehyden<br />
Primäre und secundäre Alkohole reagieren mit den bei der Oxidation von Methyl- und<br />
Methylengruppen genannten Oxidationsmitteln schon unter wesentlich milderen Bedingungen,<br />
während tertiäre Alkohole sich nur schwer und unter C-C-Spaltung oxidieren lassen (vgl.<br />
D.6.1).<br />
-CH2OH —* -CHO —- —COOH<br />
\ \<br />
CHOH —» CO<br />
6.3.1. Oxidation von primären und secundären Alkoholen zu Aldehyden<br />
bzw. Ketonen<br />
Als Oxidationsmittel kommen sehr viele Reagenzien in Frage. Gebräuchlich sind:<br />
• Chrom(VI)-Verbindungen<br />
Kaliumdichromat-Schwefelsäure K2Cr2O7^2SO4<br />
Chromtrioxid/Schwefelsäure/Aceton CrO3/H2SO4<br />
Chromtrioxid-Pyridin-Komplex CrO3 • 2 C5H5N<br />
Pyridiniumchlorochromat (PCC) C5H5NH - ClCrOf<br />
Pyridiniumdichromat (PDC) (C5H5NH - )2Cr2O 2e<br />
„aktiviertes" Dimethylsulfoxid (DMSO)<br />
DMSO/Oxalylchlorid (Swern-Reaktion) Me2SO/(COCl)2<br />
• Halogen-Verbindungen<br />
Unterhalogenige Säure HOCl<br />
Dess-Martin-Periodinan (DMP) s. [6.38]<br />
• weitere Verbindungen<br />
Mangan(IV)-oxid (synthetischer Braunstein) MnO2<br />
Tetrapropylammoniumperruthenat (TPAP)/ Pr4N - RuOf<br />
Af-Methyl-morpholin-Ar-oxid (NMO)<br />
Im Laboratorium werden Chromsäure und ihre Verbindungen häufig benutzt.<br />
Bei der Oxidation gesättigter Alkohole mit Chromsäure lagert sich der Alkohol nucleophil an die<br />
Chromsäure an, wobei unter Wasserabspaltung ein Chromsäureester gebildet wird. Dieser Schritt ist der<br />
Bildung von Estern aus Carbonsäuren analog, vgl. D.7.1.4.1. In der zweiten Reaktionsphase wird, wahrscheinlich<br />
über einen cyclischen Übergangszustand, das a-Wasserstoffatom des Alkohols auf den Chromat-<br />
Rest übertragen, wobei das Metall aus dem sechswertigen in den vierwertigen Zustand übergeht:<br />
Rx £H OxOxOH _H20 R ^ /P R v H °v ,,-„<br />
C V + x-Cr' -. R'-C - Cr-OH C=O + Cr=O I 631 J<br />
R-^H o* OH -H2O ,, ,, R/ HO/<br />
Das Cr(IV) wird durch weiteren Alkohol bis zur dreiwertigen Stufe reduziert, so daß folgende Bruttogleichung<br />
resultiert:<br />
3 R2CHOH + Na2Cr2O7 + 4 H2SO4 - 3 R2CO + Cr2(SO4J3 + Na2SO4 -t- 7 H2O [6.32]<br />
Durch Oxidation von primären Alkoholen mit Dichromat/Schwefelsäure lassen sich Aldehyde<br />
selten in höheren Ausbeuten als 60% darstellen. Man kann aber den entstehenden Alde-
D. 6.3. Oxidation von primären und secundären Alkoholen und Aldehyden 431<br />
hyd in geeigneter Weise abfangen (vgl. 6.2.1, [6.16]), ihn kontinuierlich abdestillieren, falls er<br />
leicht flüchtig ist, oder in einem Zweiphasen-System arbeiten und ihn auf diese Weise laufend<br />
extrahieren, vgl. nachstehende Vorschrift.<br />
Darstellung von Aldehyden durch Oxidation mit Dichromat/Eisessig (allgemeine Arbeitsvorschrift):<br />
BOSCHE, H. G., in: HOUBEN-WEYL, Bd. 4/lb (1975), S. 460.<br />
Als selektive Oxidationsmittel finden der Chromtrioxid-Pyridin-Komplex (CrO3 • 2C5H5N),<br />
das Pyridinium-chlorochromat (PCC, C5H5NH - ClCrOf) und Pyridinium-dichromat (PDC,<br />
[C5H5NH - J2Cr2O 20 ) Verwendung. Sie sind vor allem für die Oxidation von Alkoholen mit<br />
weiteren oxidierbaren Gruppen geeignet. So oxidieren sie z. B. ungesättigte primäre Alkohole<br />
zum Aldehyd, ohne daß die C=C-Doppelbindung angegriffen wird.<br />
Die Oxidation von secundären Alkoholen gelingt leichter als die von primären und ergibt<br />
bessere Ausbeuten, da ihre Reaktivität höher als die primärer Alkohole ist und die entstehenden<br />
Ketone wesentlich stabiler gegenüber Oxidationsmitteln als Aldehyde sind.<br />
Bei der nachstehenden Vorschrift wird in einem Zweiphasen-System gearbeitet. Die gebildeten<br />
Ketone werden dem Oxidationsgemisch durch das organische Lösungsmittel entzogen<br />
und so vor der weiteren Oxidation geschützt.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Oxidation secundärer Alkohole zu Ketonen mit Dichromat/Schwefelsäure<br />
1 ) (Tab. 6.33)<br />
Achtung! Chromate sind cancerogen. Jeglichen direkten Kontakt vermeiden, Schutzhandschuhe<br />
tragen. Chromhaltige Rückstände zur schadlosen Beseitigung sammeln.<br />
In einen 500-ml-Dreihalskolben mit Rührer, Tropftrichter, Thermometer und Rückflußkühler<br />
wird zu einer Lösung von 0,2 mol des Alkohols in 100 ml Ether im Verlauf von 15 Minuten<br />
eine Lösung von 0,067 mol Natriumdichromat (Na2Cr2O7 • 2H2O) und 15 ml Schwefelsäure in<br />
100 ml Wasser unter Rühren zugetropft. Die Temperatur soll 25 0 C betragen. Dann wird noch<br />
zwei Stunden bei dieser Temperatur gerührt, die Etherschicht abgetrennt und die wäßrige<br />
Phase noch zweimal mit je 50 ml Ether extrahiert. Die vereinigten Etherextrakte werden mit<br />
gesättiger Natriumhydrogencarbonat-Lösung, sodann mit Wasser gewaschen und über Magnesium-<br />
oder Natriumsulfat getrocknet. Nach Abdampfen des Ethers fraktioniert man über eine<br />
kurze Vigreux-Kolonne.<br />
Die Vorschrift ist für Halbmikroansätze gut geeignet (Magnetrührer!). Sie läßt sich zur analytischen<br />
Charakterisierung secundärer Alkohole verwenden, indem man das rohe Keton in<br />
geeignete Derivate überführt.<br />
Tabelle 6.33<br />
Ketone aus secundären Alkoholen<br />
Produkt<br />
Cyclohexanon<br />
2-Methyl-cyclohexanon<br />
(-)-Menthon<br />
cis-Decalin-2-on<br />
Ethylisopropylketon<br />
Propiophenon<br />
Ausgangsverbindung<br />
Cyclohexanol<br />
2-Methyl-cyclohexanol<br />
(-)-Menthol<br />
ds-Decalin-2-ol 1 )<br />
2-Methyl-pentan-3-ol<br />
1 -Phenyl-propanol<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
155<br />
653,1(23)<br />
670,5(4)<br />
11 Oi^iO)<br />
112<br />
931,5(11)F21<br />
" 2 D 0<br />
1,4503<br />
1,4490<br />
1,4536<br />
1,4927<br />
1,3975<br />
!,527O<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Als Ausgangsprodukt kann das rohe Isomerengemisch eingesetzt werden, das bei der Hydrierung nach<br />
Tab. 4.124 anfällt.<br />
I nach BROWN, H. C, GARG, C R, J. Am. Chem. Soc. 83 (1961), 2952<br />
65<br />
62<br />
70<br />
60<br />
60<br />
65
432 D. 6. Oxidation und Dehydrierung<br />
Nortricyclanon aus Nortricyclanol mit Chromsäureanhydrid in Aceton: MEINWALD, J.; CRAN-<br />
DALL, J.; HYMNES, W. E., Org. Synth. 45 (1965), 77.<br />
Ein Nachteil der Chromium-Verbindungen ist ihre Giftigkeit. An ihrer Stelle läßt sich unterchlorige<br />
Säure HOCl in Form der billigen, weniger giftigen und leichter zu entsorgenden Natriumhypochlorit-Bleichlauge<br />
für die selektive Oxidation primärer und secundärer Alkohole zu<br />
Aldehyden bzw. Ketonen einsetzen. Man führt die Reaktion in einem Zweiphasensystem<br />
(Wasser/Dichlormethan) in Gegenwart des stabilen Radikals 2,2,6,6-Tetramethyl-piperidin-loxyl<br />
(TEMPO), KBr und NaHCO3 als Puffer durch.<br />
Das Radikal bildet während der Reaktion reversibel den eigentlichen Katalysator, 2,2,6,6-Tetramethyl-<br />
1-oxo-piperidiniumion, das den Alkohol dehydriert. Das entstehende Piperidinol wird durch HOCl (in<br />
Gegenwart von KBr offenbar HOBr) wieder zum Oxopiperidiniumion oxidiert.<br />
Der eingesetzte Alkohol darf in Wasser nicht leicht löslich sein, und auch die entstehende<br />
Carbonylverbindung muß sich gut in Dichlormethan lösen. NaOCl soll am Ende in einem<br />
geringen Überschuß vorliegen, was mit Kaliumiodid-Stärke-Papier leicht feststellbar ist (Blaufärbung).<br />
Die Reaktion ist stark exotherm, so daß gerührt und gut gekühlt werden muß, vor<br />
allem bei größeren Ansätzen. C=C-Doppelbindungen stören, da sie HOCl addieren können.<br />
Wenn man dem Zweiphasen-Reaktionsgemisch einen Phasentransfer-Katalysator, z.B.<br />
Methyl-trioctyl-ammoniumchlorid (Aliquat 336), zusetzt, entstehen aus primären Alkoholen<br />
(oder aus Aldehyden) Carbonsäuren.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Oxidation von Alkoholen und Aldehyden mit Natriumhypochlorit<br />
1 ) (Tab. 6.35)<br />
A. Darstellung von Aldehyden und Ketonen<br />
In einem 250-ml-Dreihalskolben mit effektivem mechanischem Rührer, Tropftrichter mit<br />
Druckausgleich und Innenthermometer kühlt man ein Gemisch von 0,1 mol des betreffenden<br />
Alkohols und 0,16g (l mmol) 2,2,6,6-Tetramethyl-piperidin-l-oxyl in 40 ml Dichlormethan<br />
und von 1,2g (0,01 mol) KBr in 5 ml Wasser im Eis-Kochsalz-Bad unter gutem Rühren auf<br />
-1O 0 C und tropft 110 ml (0,01 mol) einer IM NaOCl-Lösung vom pH 9,5 2 ) innerhalb von<br />
10-15 Min. so zu, daß die Innentemperatur nicht über 15 0 C steigt. Man rührt noch fünf Min.,<br />
wonach noch HOCl nachweisbar sein soll (Blaufärbung von Kaliumiodid-Stärke-Papier). Die<br />
organische Phase wird abgetrennt und die wäßrige Phase mit 10 ml Dichlormethan extrahiert.<br />
Zur Entfernung des Katalysators wäscht man die vereingten organischen Phasen mit 20 ml<br />
10%iger Salzsäure, der man 0,32g (2 mmol) Kaliumiodid zugesetzt hat, danach mit einer<br />
10%igen wäßrigen Lösung von Natriumthiosulfat und schließlich mit 10 ml einer 10%igen<br />
Natriumhydrogencarbonat-Lösung sowie mit dem gleichen Volumen Wasser. Nach dem Trocknen<br />
mit Magnesiumsulfat wird das Dichlormethan und das Produkt über eine 15-cm-Vigreux-<br />
Kolonne (gegebenenfalls im Vakuum) destilliert. Die Reinheit des Produktes wird gaschroma-<br />
1 J nach ANELLI, P. L.; MONTANARI, F.; QUICI, S., Org. Synth. 69 (1990), 212.<br />
2 ) Handelsübliche Natriumhypochlorit-Bleichlauge ist frisch etwa 1,8- bis 2-molar und hat einen pH-Wert<br />
von etwa 12,5. Ihr Gehalt an NaOCl sinkt beim Lagern. Sie soll daher unmittelbar vor Gebrauch titriert<br />
und mit festem Natriumhydrogencarbonat auf einen pH-Wert von 9,5 gebracht werden (pH-Papier).
D. 6.3. Oxidation von primären und secundären Alkoholen und Aldehyden 433<br />
tographisch überprüft. Feste Produkte werden nach dem Abdestillieren des Dichlormethans<br />
umkristallisiert.<br />
B. Darstellung von Carbonsäuren<br />
Zur Oxidation von primären Alkoholen oder von Aldehyden verfährt man wie nach Variante<br />
A, setzt dem Ausgangsgemisch aber zusätzlich 1,4g (5mmol) Aliquat 336 in 10 ml Wasser zu<br />
und verdoppelt für Alkohole das Volumen an Hypochloritlösung. Nach Zugabe des Oxidationsmittels<br />
wird 45 Min. nachgerührt. Zur Aufarbeitung wird das Zweiphasen-Reaktionsgemisch<br />
mit 2 N Natronlauge geschüttelt, bis die wäßrige Phase pH 12 aufweist. Die abgetrennte<br />
wäßrige Phase wird zur Ausfällung der Carbonsäure mit 6 N Salzsäure angesäuert.<br />
Feste Produkte werden abgesaugt und umkristallisiert, flüssige extrahiert man dreimal mit je<br />
20 ml Dichlormethan, trocknet die vereinigten organischen Phasen mit Magnesiumsulfat und<br />
destilliert im Vakuum über eine Vigreux-Kolonne.<br />
Die Oxidation mit Natriumhypochlorit ist auch im Mikromaßstab durchführbar, wobei man<br />
die Menge des Dichlormethans verdreifacht.<br />
Bestimmung des Natriumhypochlorit-Gehaltes einer Bleichlauge<br />
l ml der Bleichlauge wird im Maßkolben mit destilliertem Wasser auf 10 ml verdünnt. Von dieser<br />
Lösung entnimmt man 2 ml, verdünnt im Titriergefäß mit 40 ml destilliertem Wasser und<br />
titriert mit 0,1 N Natriumnitritlösung bis zur Blaufärbung von KI-Stärke-Papier, was durch<br />
Tüpfeln festgestellt wird.<br />
[NaOCl] = Volumen NaNO^-Lösung x Q l / |<br />
1 Volumen NaOCl - Lösung<br />
Zur Bereitung der Nitritlösung werden 0,345g Natriumnitrit (p. a.) und 2g Natriumhydrogencarbonat<br />
in einem 100-ml-Maßkolben mit destilliertem Wasser gelöst.<br />
Tabelle 6.35<br />
Oxidation von Alkoholen und Aldehyden mit Natriumhypochlorit<br />
Produkt<br />
Heptanal (Önanthaldehyd)<br />
Octanal (Caprylaldehyd)<br />
Nonanal (Peiargonaldehyd)<br />
Decanal (Caprinaldehyd)<br />
Undecanal<br />
Benzaldehyd<br />
4-Nitro-benzaldehyd<br />
Cyclohexanon<br />
2-Ethyl-l-hydroxy-hexan-3-on<br />
Heptansäure (Önanthsäure)<br />
Undecansäure<br />
Ausgangsverbindung<br />
Heptanol<br />
Octanol<br />
Nonanol<br />
Decanol<br />
Undecanol<br />
Benzylalkohol<br />
4-Nitro-benzylalkohol<br />
Cyclohexanol<br />
2-Ethyl-hexan-! ,3-diol<br />
Heptanol<br />
Undecanol<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
152<br />
722j(2o)<br />
81 1,7(1 3)<br />
91 1,7(13)<br />
H62,4(18)<br />
64ij(i3)<br />
FlOO(Et2O/<br />
Petrolether)<br />
155<br />
118i,6(i2)<br />
1141J(13)<br />
iöSi^n)<br />
n 2 ?<br />
1,4279<br />
1,4217<br />
1, 4242<br />
1,4280<br />
1,4520<br />
1,5446<br />
1,4503<br />
1,42 1 O<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Unter milden Bedingungen läßt sich die Dehydrierung von primären und secundären Alkoholen<br />
auch mit dem gut zugänglichen Dimethylsulfoxid (DMSO) in Gegenwart eines Elektrophils<br />
durchführen („aktiviertes Dimethylsulfoxid"). Als Elektrophil sind u. a. Dicyclohexylcarbodiimid,<br />
Essigsäureanhydrid und Oxalyldichlorid geeignet. Die Variante mit Oxalylchlorid<br />
wird als Swern-Oxidation bezeichnet.<br />
65<br />
72<br />
7 1<br />
68<br />
65<br />
6 1<br />
65<br />
73<br />
64<br />
95<br />
55
434 D. 6. Oxidation und Dehydrierung<br />
Das DMSO wird intermediär durch Reaktion mit Oxalyldichlorid in ein Sulfoniumsalz überführt, an dessen<br />
stark elektrophilem Schwefel der Alkohol unter Substitution angreift (vgl. [6.36]). Aus dem gebildeten<br />
Sulfoniumsalz entsteht bei Zusatz einer Base ein YHd, das sich in Dimethylsulfid und die Carbonylverbindung<br />
umwandelt. Diese ist unter den angewendeten Bedingungen nicht weiter oxidierbar.<br />
(H3C)2S=O + CICOCOCI (CHa)2S-O-CO-CO-CI _co _co" (CH3)2S-CI Cl 0<br />
Cl 0<br />
V° H + r, IfPH 1 . R'V°^ CH3 BaSe R'V°^ CH3 MM<br />
p.^w C| - S < CH 3)2 T^T R ~? ? -~r©~ R ~?J^ [636]<br />
K H<br />
H CH3 M H^ICH2<br />
R<br />
. ^=O + S(CH3)2<br />
R'<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Oxidation von Alkoholen mit Dimethylsulfoxid/Oxalylchlorid<br />
(Swern-Oxidation) (Tab. 6.37)<br />
Achtung! Man arbeite in einem gut ziehenden Abzug und entsorge bzw. reinige anfallende<br />
Lösungen und Geräte nach beendeter Umsetzung, indem man gebildetes Dimethylsulfid<br />
durch Schütteln bzw. Spülen mit alkalischer Kaliumermanganat-Lösung oxidiert.<br />
Alle Geräte und Reagenzien müssen gut getrocknet werden (vgl. auch Reagenzienanhang).<br />
Ein 100-ml-Einhalskolben mit Magnetrührer und Dreiwegehahn wird auf 1,3 kPa (10 Torr)<br />
evakuiert und mit einem Heißluftgebläse ausgeheizt. Nach dem Abkühlen füllt man mit trokkenem<br />
Schutzgas (Stickstoff oder Argon), evakuiert und begast ein zweites Mal. Unter Schutzgas<br />
wird anschließend mit einer Injektionsspritze durch den Dreiwegehahn eine Lösung von<br />
1,0 ml (11,0 mmol) Oxalyldichlorid in 25 ml Dichlormethan in den Kolben gegeben. Man stelle<br />
einen langsamen Gasstrom ein, so daß bei der Einführung der Kanüle durch den Dreiwegehahn<br />
Schutzgas entweicht. Man kühlt im Aceton-Trockeneis-Bad und gibt nach einigen Minuten<br />
(die Innentemperatur sollte etwa -60 0 C erreicht haben) unter Rühren wiederum mit der<br />
Injektionsspritze eine Lösung von 1,7 ml (22 mmol) Dimethylsulfoxid in 5 ml Dichlormethan.<br />
Nach kurzer Reaktionszeit werden anschließend innerhalb 5 min 10 mmol des zu oxidierenden<br />
Alkohols in 10 ml Dichlormethan portionsweise zugesetzt. Nach weiteren 15 min versetzt man<br />
mit 7 ml (50 mmol) Triethylamin, rührt noch 5 min und läßt anschließend langsam auf Raumtemperatur<br />
erwärmen. Nach Entfernen des Dreiwegehahns gibt man 50 ml Wasser zur Reaktionsmischung,<br />
trennt die organische Phase ab und extrahiert die wäßrige Phase mit 50 ml<br />
Dichlormethan. Die vereinigten organischen Phasen werden nacheinander mit je 100 ml gesättigter<br />
Kochsalzlösung, 50 ml l%iger Schwefelsäure, 50 ml Wasser und abschließend mit 50 ml<br />
5%iger Natriumhydrogencarbonat-Lösung gewaschen und über Magnesiumsulfat getrocknet.<br />
Nach dem Entfernen des Lösungsmittels unter vermindertem Druck ist die erhaltene Carbonylverbindung<br />
in der Regel für weitere Umsetzungen ausreichend rein (man überprüfe dies<br />
IR- bzw. NMR- spektroskopisch!).<br />
Zur weiteren Reinigung destilliert man oder kristallisiert um.
Tabelle 6.37<br />
Oxidation von Alkoholen nach SWERN<br />
Produkt<br />
Undecanal<br />
(S)-(-)-2-(N,N-Dibenzylamino)-propanal<br />
Benzaldehyd<br />
Zimtaldehyd<br />
Cyclopentanon<br />
Cyclohexanon<br />
Norcampher<br />
(/?)-(+)-Campher<br />
Benzil i)<br />
Acetophenon<br />
Benzophenon<br />
Pinacolon<br />
D. 6.3. Oxidation von primären und secundären Alkoholen und Aldehyden 435<br />
Ausgangsverbindung<br />
Undecanol<br />
(S)-(+)-2-(N,N-Dibenzylamino)-propanol<br />
Benzylalkohol<br />
Zimtalkohol<br />
Cyclopentanol<br />
Cyclohexanol<br />
Norborneol<br />
Borneol<br />
Benzoin<br />
1-Phenyl-ethanol<br />
Diphenylmethanol<br />
(±)-Pinacolyl-alkohol<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
1.102.4(18)<br />
Öl, racemisiert<br />
bei Raumtemp.<br />
179,641J(13)<br />
129<br />
130<br />
156<br />
F 95<br />
F 180<br />
F 95<br />
942,7(20); F 20<br />
19Q2,o (i5); F 48<br />
106<br />
ng)<br />
1,4520<br />
[a]gUl,0°<br />
(in ChIf.)<br />
1,5450<br />
1,6219<br />
1,4359<br />
1,4503<br />
[oc] 2 D°+43,5°<br />
(in EtOH)<br />
1,5340<br />
1,3956<br />
Man halbiere den angegebenen Ansatz und löse das Benzoin in 30 ml Dichlormethan.<br />
Ausb.<br />
in%<br />
85<br />
85<br />
80<br />
80<br />
90<br />
90<br />
95<br />
90<br />
85<br />
95<br />
75<br />
Rohausb.<br />
in%<br />
Von den vielen speziellen Reagenzien, die zur selektiven Oxidation von Alkoholen zu Aldehyden bzw.<br />
Ketonen verwendet werden können, sind die folgenden besonders interessant:<br />
Mit dem sog. Dess-Martin-Periodinan (DMP), einer Iod(V)-Verbindung, die aus o-Iodbenzoesäure<br />
gewonnen wird, gelingt die Oxidation bereits unter sehr milden, bei Zuzatz von Pyridin nahezu neutralen<br />
Bedingungen. Iod(V) wird dabei zu lod(III) reduziert:<br />
\ r r\<br />
C=O + O + 2AcOH<br />
' ^^ /^-i<br />
OAc<br />
100<br />
98<br />
100<br />
97<br />
99<br />
97<br />
97<br />
99<br />
95<br />
98<br />
98<br />
100<br />
[6.38]<br />
Im Molekül vorhandene C=C-Doppelbindungen sowie Thio-, secundäre Amino- und andere funktionelle<br />
Gruppen werden nicht angegriffen. Das Reagens wird i. a. bei Reaktionen im mmol-Maßstab angewandt;<br />
es kann leicht regeneriert werden. Die Verbindung kann allerdings bei erhöhten Temperaturen<br />
explodieren; die handelsübliche Lösung in CH2Cl2 laß sich jedoch gefahrlos handhaben.<br />
Ein selektives Oxidans ist auch Tetrapropylammoniumpermthenat Pr4N^RuO - (TPAP), eine Ruthenium(VII)-Verbindung,<br />
in Gegenwart von Morpholin-N-oxid (NMO). Das Perruthenat braucht nur in katalytischen<br />
Mengen angewandt zu werden; es wird unter den Reaktionsbedingungen durch das in stöchiometrischer<br />
Menge eingesetzte N-Oxid wieder reoxidiert.<br />
Ein wichtiges Verfahren zur Herstellung von Aldehyden und Ketonen ist die katalytische<br />
Dehydrierung von primären und secundären Alkoholen:<br />
(Cu)<br />
C=O + H2<br />
[6.39]<br />
Als Katalysatoren eignen sich metallisches Silber, Kupfer, Kupferchromiumoxid und Zinkoxid.<br />
Das Gleichgewicht der katalytischen Dehydrierung [6.39] stellt sich bei etwa 300 bis<br />
400 0 C ein.
436 D. 6. Oxidation und Dehydrierung<br />
Die Dehydrierung ist stark endotherm (ARH® = 70...86 kJ • moH). Der entstandene Wasserstoff läßt<br />
sich jedoch auch durch mitgeführte Luft verbrennen, wodurch die Gesamtreaktion R-CH2-OH + 1/2 O2<br />
-» R-CH=O -i- H2O stark exotherm wird (^R// - = -160... -180 kJ • moH). Man nennt den letztgenannten<br />
Prozeß deshalb auch oxidative oder autotherme Dehydrierung.<br />
Die katalytische Dehydrierung von Alkoholen hat als Labormethode an Bedeutung verloren; eine Allgemeine<br />
Arbeitsvorschrift findet sich in früheren Auflagen dieses Buches. Dagegen ist die Dehydrierung<br />
von Alkoholen ein technisch wichtiges Verfahren zur Herstellung von Aldehyden und Ketonen. In großem<br />
Umfange werden so Formaldehyd, Acetaldehyd, Aceton, Ethylmethylketon und Cyclohexanon gewonnen.<br />
Durch Dehydrocyclisierung von Butan-l,4-diol an Kupfer bei 25O 0 C stellt man technisch in hoher Ausbeute<br />
y-Butyrolacton her, und Glyoxal ist duch Oxidehydrierung aus Ethylenglycol bei 300 0 C in Gegenwart<br />
von Halogenverbindungen als Inhibitoren erhältlich.<br />
Eine katalytische Dehydrierung von Alkoholen findet auch bei der Oppenauer-Oxidation<br />
statt, vgl. D.7.3.1.2.<br />
6.3.2. Oxidation von primären Alkoholen und Aldehyden zu Carbonsäuren<br />
Oxidationsmittel, die primäre Alkohole zu Aldehyden oxidieren, können auch zur Herstellung<br />
von Carbonsäuren aus Alkoholen (wobei die Aldehydstufe durchlaufen wird) und aus Aldehyden<br />
benutzt werden.<br />
Bei der Oxidation eines Aldehyds mit Chromsäure wird wahrscheinlich intermediär ein Chromsäuremonoester<br />
gebildet, der sich von der Hydratform des Aldehyds ableitet und analog zur Oxidation von<br />
Alkoholen weiterreagiert, vgl. [6.31/6.32].<br />
Die Geschwindigkeit der Oxidation substituierter Benzaldehyde steigt in dem Maße, wie<br />
die Hydratform begünstigt ist, d. h. p-CH3O < p-CH3 < H < p-Cl < m-CH3O < m-Cl < m-NO2<br />
Tabelle 6.47<br />
Carbonsäuren<br />
Produkt<br />
Hexansäure<br />
Octansäure<br />
Decansäure<br />
Heptansäure<br />
Nonansäure<br />
D. 6.3. Oxidation von primären und secundären Alkoholen und Aldehyden 437<br />
Ausgangsverbindung<br />
Hexanol<br />
Octanol<br />
Decanol<br />
Oct-l-en<br />
Dec-l-en<br />
Kp<br />
in 0 C<br />
206...208<br />
239...240;<br />
129...1302,1(16)<br />
148...150U(9)<br />
220...222;<br />
115...1161>5(11)<br />
142...1432,1(16)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Da die Aldehydgruppe leichter oxidierbar ist als die Hydroxylgruppe, kann man z.B. in<br />
Aldosen die Aldehydfunktion unter milden Bedingungen selektiv oxidieren. Man erhält so mit<br />
lod in alkalischer Lösung aus D-Glucose die Gluconsäure:<br />
CHO COOH<br />
H-C-OH H-C-OH<br />
" 0 ^-" + I2 * 2OH 0 _ H °-f H + 2. 0 + H2O [6.42] L J<br />
H-C-OH H-C-OH<br />
H-C-OH H-C-OH<br />
CH2OH CH2OH<br />
Diese Reaktion läßt sich zur iodometrischen Bestimmung von Zuckern verwenden.<br />
Auch mit Silber(I)-ionen (als Ammoniakat: Tollens-Reagens) und Kupfer(II)-ionen (als Tartratkomplex:<br />
Fehlingsche Lösung) kann man im alkalischen Medium Aldehyde selektiv zu Säuren oxidieren, wobei die<br />
genannten Ionen zu metallischem Silber bzw. rotem Kupfer(I)-oxid reduziert werden.<br />
Ammoniakalische Silbernitratlösung und Fehlingsche Lösung benutzt man daher als Nachweisreagenzien<br />
für Aldehyde; sie werden durch Alkohole und Ketone nicht reduziert. Zu beachten ist jedoch, daß<br />
Ketosen genauso wie Aldosen Fehlingsche Lösung reduzieren, da sie im alkalischen Medium leicht in<br />
Aldosen umgelagert und teilweise zu niederen Aldosen abgebaut werden.<br />
Mit Salpetersäure kann man in Aldosen sowohl die Aldehydgruppe als auch die primäre<br />
Alkoholgruppe oxidieren, so daß Hydroxydicarbonsäuren entstehen, z.B. Schleimsäure aus<br />
D-Galaktose:<br />
CHO COOH<br />
H-C-OH H-C-OH<br />
HO-C-H HN03> HO-C-H<br />
HO-C-H " HO-C-H<br />
H-C-OH H-C-OH<br />
CH2OH COOH<br />
Darstellung von Schleimsäure aus Milchzucker (Oxidation mit Salpetersäure)<br />
| Vorsicht! Nitrose Gase; Abzug!<br />
0,03 mol Milchzucker werden mit 120 ml 25%iger Salpetersäure (D = 1,15) auf dem Wasserbad<br />
auf ein Volumen von 20 ml eingedampft und dann 30 ml Wasser zugesetzt. (Die mit entstandene<br />
Zuckersäure ist wasserlöslich.) Nach mehrtägigem Stehen saugt man ab und wäscht mit<br />
kaltem Wasser. Ausbeute 30 bis 40%. Zur Reinigung wird in der äquivalenten Menge Alkali<br />
gelöst und mit der beechneten Menge Säure ausgefällt. F213 0 C (Zers.).<br />
60<br />
75<br />
55<br />
45<br />
45
438 D. 6. Oxidation und Dehydrierung<br />
Darstellung von Trichloressigsäure aus Chloral (Oxidation mit Salpetersäure)<br />
| Vorsicht! Trichloressigsäure ist hautreizend; Gummihandschuhe!<br />
0,24 mol Chloralhydrat werden in einem 250-ml-Kolben geschmolzen und 17 ml rauchende Salpetersäure<br />
(D = 1,5) vorsichtig zugetropft (Abzug!). Wenn die Stickoxid-Entwicklung nachläßt,<br />
wird auf dem Wasserbad erwärmt, bis sie vollständig aufgehört hat, und anschließend im<br />
Vakuum destilliert. Kp2,7(2o) 102 0 C; F 57 0 C; Ausbeute 55%.<br />
Polyhydroxyverbindungen lassen sich in Lösung mit Sauerstoff am Platin-Kontakt selektiv oxidieren.<br />
Am leichtesten verläuft dabei die Oxidation einer primären Hydroxylgruppe, je nach den Bedingungen zu<br />
einer Aldehyd- oder Carboxylgruppe. Diese Reaktion hat vor allem Bedeutung für die selektive Oxidation<br />
von Kohlenhydraten und ihren Derivaten, z. B. zur Herstellung von Uronsäuren.<br />
In der Technik wird durch Autoxidation von Acetaldehyd ohne Katalysator bei 50 bis 70 0 C in großem<br />
Umfange Essigsäure hergestellt. Intermediär entsteht die Peressigsäure (s. D. 1.5.), die als Hauptprodukt<br />
bei O 0 C und 3 MPa nach dem gleichen Verfahren gewonnen werden kann. Mit 60%iger Salpetersäure<br />
erhält man aus Acetaldehyd bei 40 0 C Glyoxal neben einer Reihe von Säuren. Durch Oxidation mit Luft<br />
läßt sich auch Isobutyraldehyd in Isobuttersäure überführen.<br />
Durch biochemische Oxidation von Alkohol-haltigen Lösungen (vor allem aus Gärungsprozessen) mit<br />
z. B. Acetobacter aceti, Gluconobacter oxidans werden spezielle Sorten von Speiseessig erzeugt.<br />
Auch die Oxidation von D-Sorbit zu L-Sorbose wird technisch mit Acetobacter suboxidans durchgeführt.<br />
L-Sorbose oxidiert man dann z. B. mit Natriumhypochlorit - nach Schutz der Hydroxylgruppen durch Ketalisierung<br />
mit Aceton - zu 2-Oxogulonsäure, die mit Säuren unter Lactonbildung Ascorbinsäure (Vitamin<br />
C) ergibt.<br />
OH OH (Acetobacter pH OH O<br />
suboxidans)<br />
OH OH OH<br />
D-Sorbit<br />
Di-O-isopropyliden-<br />
2-oxo-L-gulonsäure<br />
OH OH OH<br />
L-Sorbose<br />
6.4. Chinone durch Oxidation<br />
6.4.1. Chinone aus aromatischen Kohlenwasserstoffen<br />
OH<br />
Di-O-isopropyliden-<br />
L-sorbofuranose<br />
[6.43a]<br />
Die Synthese von Chinonen durch Oxidation aromatische Kohlenwasserstoffe verläuft als<br />
Elektronenübertragung entsprechend [6.10] und gelingt deshalb umso leichter, je niedriger das<br />
Oxidationspotential E0x(D) des Aromaten ist. Deshalb erfordert die Oxidation von Benzen<br />
(E0x = 2,54 V, SHE, in Acetonitril) zum p-Benzochinon das äußerst starke Oxidationsmittel<br />
Silber(II)oxid (Ag(II): £ - = 2 ,0 V; zum Lösungsmitteleinfluß vgl. D.6.2.1). Die Oxidationspotentiale<br />
von Naphthalin, Anthracen oder Phenanthren (vgl. Tab. 6.5) sind dagegen so niedrig,<br />
daß mit Chromsäure, Wasserstoffperoxid oder Luftsauerstoff/V2O5 zJRG-Werte
O<br />
p-Benzochinon o-Benzochinon<br />
D. 6.4. Chinone durch Oxidation 439<br />
[6.44]<br />
Bei der Oxidation mit Chromsäure werden unter gleichen Bedingungen die folgenden Produkte<br />
in den angegebenen Ausbeuten erhalten:<br />
20%<br />
[6.45]<br />
o-Chinone sind energiereicher als p-Chinone. Das Phenanthrenchinon wird daher leicht<br />
weiter zur Diphensäure oxidiert:<br />
[6.46]<br />
Aber auch aus Naphthalen wird nicht nur Naphtho-l,4-chinon, sondern auch Phthalsäureanhydrid<br />
erhalten (vgl. die geringe Ausbeute an 1,4-Naphthochinon in der nachstehenden Vorschrift).<br />
In der folgenden Arbeitsvorschrift zur Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu Chinonen<br />
wird ein großer Überschuß an Chromsäure verwendet, da anderenfalls nicht umgesetztes Ausgangsprodukt<br />
zurückbleibt, das die Reinigung der Endprodukte erschwert. Man muß dann<br />
jedoch die Umsetzung möglichst abbrechen, wenn aller Kohlenwasserstoff verbraucht ist, um<br />
Weiteroxidationen zu vermeiden.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Chinonen aus Kohlenwasserstoffen mit<br />
Chromsäureanhydrid (Tab. 6.47)<br />
I<br />
Achtung! Chrom(VI)-oxid ist cancerogen. Jeglichen direkten Kontakt vermeiden; Schutzhandschuhe<br />
tragen. Chromhaltige Rückstände und Waschlösungen nicht in den Ausguß gießen,<br />
sondern sachgemäß entsorgen.<br />
In einen 500-ml-Dreihalskolben mit Thermometer, Rührer und Tropftrichter (Öffnung lassen!)<br />
werden zu einer Mischung von 0,05 mol Ausgangsverbindung (feste Produkte fein pulverisiert)<br />
und 90 ml 90%iger Essigsäure 0,25 mol Chromtrioxid, gelöst in 50 ml 60%iger Essigsäure,<br />
innerhalb einer Stunde unter kräftigem Rühren zugetropft. Die Temperatur wird dabei zwischen<br />
5 und 20 0 C gehalten. Man rührt noch 40 bis 60 Minuten bei 40 0 C, um die Oxidation zu<br />
vervollständigen. Zur Bestimmung des Endpunkts der Reaktion entnimmt man vor Ablauf der<br />
angegebenen Reaktionszeit etwa alle 5 Minuten eine Probe, verdünnt mit Wasser, saugt ab<br />
und wäscht mit Wasser aus. Das Produkt muß hellgelb (nicht grün) gefärbt und der Geruch des<br />
Kohlenwasserstoffs verschwunden sein. Unter Umständen gibt auch eine rasch ausgeführte<br />
i<br />
G
440 D. 6. Oxidation und Dehydrierung<br />
Schmelztemperatur-Bestimmung über noch vorhandenes Ausgangsmaterial Auskunft. Nach<br />
Beendigung der Reaktion wird das Reaktionsgemisch in das gleiche Volumen Wasser gegossen,<br />
abgesaugt und umkristallisiert, vgl. auch die Angaben in der nachstehenden Tabelle.<br />
Tabelle 6.47<br />
Chinone aus aromatischen Kohlenwasserstoffen<br />
Produkt<br />
Naphtho- 1 ,4-chinon<br />
2-Methyl-naphtho-<br />
1, 4-chinon<br />
Phenanthrenchinon<br />
Anthrachinon<br />
Acenaphthochinon<br />
Ausgangsverbindung<br />
Naphthalen<br />
2-Methylnaphthalen<br />
Phenanthren<br />
Anthracen<br />
Acenaphthen<br />
keine Endpunktbestimmung erforderlich<br />
F Ausbeute<br />
in 0 C in%<br />
124 (Hexan) 35<br />
106 (MeOH) 45<br />
207 (EtOH oder 60<br />
AcOH)<br />
285 (Dioxan) 80<br />
261 (Tetralin) 50<br />
Bemerkungen<br />
lichtgeschützt aufbewahren,<br />
polymerisiert leicht<br />
rohes Chinon mit Sodalösung<br />
digerieren<br />
nach CrO3-Zugabe 4 Std.<br />
unter Rückfluß erhitzen 1 )<br />
Rohprodukt mit Tetralin aufkochen,<br />
heiß filtrieren<br />
Anthrachinon, ein wichtiges Zwischenprodukt für Farbstoffe (vgl. D.5.2.1), wird technisch durch Oxidation<br />
von Anthracen mit CrO3 in flüssiger Phase bei 50...10O 0 C oder mit Luft bei 37O 0 C an Eisenvanadat<br />
(neben anderen Methoden, vgl. D.5.1.8.1) mit hoher Selektivität und vollständigem Umsatz hergestellt.<br />
Naphtho-1,4-chinon ist Nebenprodukt der Oxidation von Naphthalen zu Phthalsäureanhydrid (vgl.<br />
D.6.5.I.).<br />
6.4.2. Chinone aus substituierten Aromaten<br />
Besonders leicht lassen sich Chinone aus o- bzw. p-Diphenolen oder Diaminen herstellen, da<br />
diese Ausgangsprodukte sehr niedrige Oxidationspotentiale besitzen, vgl. Tab. 6.5, so daß die<br />
Elektronenübertragung thermodynamisch sehr günstig ist.<br />
Das durch Entzug eines Elektrons gebildete Radikal, ein sog. Semichinon, wird durch Mesomerie<br />
stabilisiert. Am bekanntesten ist die Oxidation von 4-Amino-A^N-dimethylanilin durch<br />
Brom, die zu Wursters Rot führt:<br />
NH2<br />
H3C xNx CH3<br />
H3C X - X CH3<br />
CH3<br />
[6.48]<br />
Diese Verbindung (sie ist gleichzeitig Kation und Radikal) geht bei weiterer Oxidation in<br />
das entspechende Chinon-Immonium-Salz über, das in wäßriger Lösung sehr schnell zum p-<br />
Benzochinon hydrolysiert wird:
H3C" "CH3<br />
+ Br2<br />
-H @ ,-Br 0<br />
N®<br />
H3C' ^CH3<br />
f2H20<br />
- NH3 , - H 1 - (CHa)2NH<br />
D. 6.4. Chinone durch Oxidation 441<br />
[6.49]<br />
Analog wird auch Hydrochinon über das (in alkalischer Lösung nachweisbare Semichinon)<br />
in das p-Benzochinon übergeführt. 1 ) Diese Reaktion läßt sich besonders gut als als Autoxidation<br />
durchführen (Luftsauerstoff/Vanadiumpentoxid):<br />
•0-0- H-Q-Q<br />
O<br />
\<br />
H2O2 [6.50]<br />
Auf einer solchen Reaktion beruht ein wichtiges technisches Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffperoxid<br />
aus 2-Ethyl- oder 2-tert-Butyl-anthrahydrochinon. Das entstehende Anthrachinon wird an Nickel<br />
bei 35 0 C wieder zum Anthrahydrochinon hydriert.<br />
Auch die Autoxidation von Isopropylalkohol mit Sauerstoff wird zur technischen Darstellung von Wasserstoffperoxid<br />
ausgenutzt:<br />
H3C-CHOH-CH3 + O2-* H3C-CO-CH3 + H2O2<br />
Chinone können unter Aufnahme von zwei Elektronen leicht in den aromatischen Zustand<br />
übergehen:<br />
[6.51]<br />
Sie sind deshalb Oxidationsmittel und leicht zu den entspechenden Hydrochinonen reduzierbar<br />
(Chinon z. B. bereits durch Schwefeldioxid in saurer Lösung). Die Fähigkeit, als Oxidationsmittel<br />
zu wirken, wird erhöht, wenn im Kern noch zusätzlich Elektronen ziehende Substituenten<br />
gebunden sind, so daß z. B. Chloranil ein starkes Oxidationsmittel darstellt (s. D.6.6.).<br />
In der Natur wird die Synthese von Lignin durch die Oxidation von Coniferylalkohol eingeleitet, dem<br />
eine Dehydrogenase ein Elektron und Proton entzieht. Das entstehende Radikal reagiert in Folgereaktionen<br />
zu einem vernetzten Makromolekül.<br />
> Da p-Benzochinon nicht alikalibeständig ist, wird die Oxidation in saurer Lösung durchgeführt und verläuft<br />
dabei über das Chinhydron. Chinhydrone sind tiefgefärbte Molekülverbindungen aus Chinonen<br />
und Hydrochinonen, die meist im Molverhältnis 1:1 vorliegen. Sie können einfach durch Zusammengießen<br />
von wäßrigen Lösungen der Ausgangs produkte hergestellt werden, sind aber häufig nur im festen<br />
Zustand beständig. (Man informiere sich in diesem Zusammenhang über die Chinhydronelektrode.)
442 D. 6. Oxidation und Dehydrierung<br />
Darstellung von Naphtho-l^-chinon<br />
\ 1 )<br />
l-Amino-naphth-2-ol-hydrochlorid durch reduktive Spaltung von ß-Naphtholorange<br />
0,01 mol ß-Naphtholorange werden in 50 ml Wasser gelöst und bei 40 bis 5O 0 C mit 0,02 mol<br />
Natriumdithionit-dihydrat versetzt. Man schwenkt um, bis die rote Farbe verschwunden ist und<br />
sich ein gelblich bis rosa gefärbter Niederschlag von l-Amino-naphth-2-ol abscheidet. Zur<br />
Koagulation erhitzt man bis zum Aufschäumen und kühlt anschließend im Eisbad. Der Niederschlag<br />
wird abgesaugt, mit Wasser gewaschen und unter Schütteln zu einer Lösung von l ml<br />
konz. Salzsäure, 20 ml Wasser und etwa 50 mg Zinn(II)-chlorid (als Antioxidans) gegeben.<br />
Man erwärmt leicht, bis fast alles gelöst ist, saugt durch eine dünne Schicht von Aktivkohle ab<br />
und versetzt dann mit 4 ml konz. Salzsäure. Das ausgefallene l - Amino-naphth-2-ol-hydrochlorid<br />
wird durch Erwärmen gelöst und die Lösung im Eisbad gekühlt, der Niederschlag abgesaugt<br />
und mit einer kalten Lösung von l ml konz. Salzsäure in 4 ml Wasser gewaschen. Das<br />
Hydrochlorid muß schnell weiterverarbeitet werden, da es sehr luftempfindlich ist.<br />
Oxidation zum Naphtho-l,2-chinon<br />
Man löst in der Hitze 0,02 mol Eisen(III)-chlorid-hexahydrat in 2 ml konz. Salzsäure und 10 ml<br />
Wasser, kühlt auf Raumtemperatur und filtriert die Lösung. Das l-Amino-naphth-2-ol-hydrochlorid<br />
wird unter Rühren in wenig Wasser bei 35 0 C gelöst. In die filtrierte Lösung rührt man<br />
die Eisenchloridlösung ein. Der entstehende Niederschlag wird abgesagt und sorgfältig mit<br />
Wasser säurefrei gewaschen. F145 bis 147 0 C (Zers.); Ausbeute 75%.<br />
Nach der gleichen Methode läßt sich Naphtho-l,4-chinon über das 1,4-Diamino-naphthalenhydrochlorid<br />
herstellen: CONANT, J. B.; FREEMANN, S. A., Org. Synth. CoIl. Vol. I (1941), 383;<br />
FIESER, L. F., Org. Synth. CoIl. Vol. II (1943), 39.<br />
Darstellung von p-Benzochinon aus Hydrochinon mit Natriumchlorat/Vanadiumpentoxid:<br />
UNDERWOOD, H. W; WALSH, W. L.; Org. Synth. CoIl. Vol. II (1943), 553; mit Natriumdichromat/<br />
Schwefelsäure: VLIET, E. B., Org. Synth. CoIl. Vol. I (1941), 482.<br />
Technisch wird p-Benzochinon in einer komplexen Reaktion durch Oxidation von Anilin mit<br />
oder CrO3 in schwefelsaurer Lösung (vgl. D.6.4.3.) hergestellt. Wegen der Giftigkeit von Chromiumsalzen<br />
ist diese Synthese ökologisch ungünstig.<br />
Chinone sind in der Natur weit verbreitete Stoffwechselprodukte von Pilzen und höheren Pflanzen (z. B.<br />
Vitamin K). Aber auch im tierischen Organismus kommen sie vor und entstehen hier durch Oxidation von<br />
(Hydroxyphenyl)aminosäuren. Man informiere sich in diesem Zusammenhang z. B. über die Entstehung<br />
der braunen bis schwarzen Hautpigmente (Melanine) aus Tyrosin oder Adrenalin. Ubichinon, ein 2,3-<br />
Dimethoxy-5-methyl-benzo-l,4-chinon mit Isopren-Seitenkette, fungiert als Oxidationsmittel in der<br />
Atmungskette. Das ähnlich gebaute Plastochinon ist in gleicher Weise bei der Photosynthese wirksam.<br />
Zu den Reaktionen der Chinone als vinyloge Carbonylverbindungen s. D.7.4., als dienophile<br />
Komponente für Diels-Alder-Reaktionen vgl. Tab. 4.99.<br />
6.4.3. Chinonimine durch oxidative Kupplung<br />
In der Oxidation von p-Amino-N.Af-dimethylanilin mit Dichromat in Gegenwart von N9N-<br />
Dimethylanilin ist das in Gleichung [6.48] formulierte Radikalkation in der Lage, sich an den<br />
reaktiven Aromaten anzulagern. Der folgende Oxidationsschritt stabilisiert das Reaktionsprodukt<br />
unter Ausbildung einer N-C-Bindung. Erneute Oxidation führt schließlich zu einem farbigen<br />
„chinoiden" System. (Man vergleiche dessen Struktur und Mesomerie mit der des Kristallvioletts,<br />
D.5.I.8.5.):<br />
i) Nach FIESER, L. F.; Experiments in Organic Chemistry. - D. C. Heath and Co., Boston 1957, S. 208; zur<br />
reduktiven Spaltung von Azofarbstoffen vgl. [8.36].
Bindschedlers Grün<br />
D. 6.4. Chinone durch Oxidation 443<br />
Bindschedlers Grün gehört zu den sogenannten Indaminen (N-Phenyl-chinondiimine),<br />
deren Stammkörper bei der oxidativen Kupplung von p-Phenylendiamin mit Anilin gebildet<br />
wird ([6.53], I). Bei der oxidativen Kupplung aromatischer Amine mit Phenolen entstehen die<br />
N-Phenyl-chinonmonoimine („Indophenole"), deren Stammkörper ([6.53], II) die Komponenten<br />
p-Aminophenol und Phenol vereinigt:<br />
H2N^^N=/ = VNH HO-^^N^^VO I 6 - 53 ^<br />
Verbindungen vom Typ I oder II werden oft in reversibler Reaktion über eine Semichinon-Stufe oxidiert/reduziert.<br />
Mesomeriefähige Chinonimmoniumsalze, wie Bindschedlers Grün, lassen sich als N-Analoge<br />
von Polymethinen (D.7.2.1.1) auffassen, was ihre tiefe Farbe erklärt. Das Strukturelement ist auch in<br />
kationischen Azofarbstoffen enthalten. (Auch tautomere Formen von Azofarbstoffen haben Chinoniminstruktur,<br />
vgl. D.8.3.3.).<br />
Als Textilfarbstoffe sind Indamine und Indophenole u.a. wegen ihrer Hydrolyseempfindlichkeit (vgl.<br />
D.6.4.2) nicht geeignet. Sie sind aber Vorprodukte für Schwefelfarbstoffe, in die sie beim Erhitzen mit<br />
Alkalipolysulfiden übergehen. Bindschedlers Grün reagiert mit H2S zum Methylenblau.<br />
Indophenole und Indamine haben eine große Bedeutung als Bildfarbstoffe in der Farbphotographie. An<br />
den belichteten Stellen des Photomaterials entstehen aus dem Silberhalogenid Silberkeime. Diese katalysieren<br />
die Oxydation des Entwicklers, eines N,N-Dialkyl-p-phenylendiamins, durch Silberhalogenid zum<br />
Chinondiimmoniumsalz, das dann mit den in den Schichten des Farbfilms eingelagerten Farbkupplern zu<br />
Farbstoffen reagiert. Als Kuppler für Gelb werden meist ß-Oxo-carbonsäureanilide, für Purpur speziell<br />
substituierte Pyrazolin-5-one (vgl. D.7.1.4.2.) und für Blaugrün 2-Acetamidophenole oder a-Naphtholderivate<br />
verwendet, z. B.:<br />
Et2N^/ \^NH2 + (^ /^0H *;" 9Dr • Et2N^/ VM >=O [6-54]<br />
-4 Ag ,-4HBr<br />
Anilin kann oxidativ nicht zu einem einheitlichen Produkt gekuppelt werden. Mit Chromsäure<br />
bildet sich in der Kälte hauptsächlich ein Gemisch von „Oligo-indaminen", in denen bis<br />
zu acht Anilinmoleküle linear verknüpft sind:<br />
[6.55]<br />
Läßt man dabei die Hydrolyse der gebildeten Chinondiimine zu, so resultiert p-Benzochinon,<br />
das zum großen Teil auf diese Weise hergestellt wird (vgl. dazu D.6.4.2.).<br />
p-Benzochinon aus Anilin: GATTERMANN, L.; WIELAND, T; SUCROW, W.: Die Praxis des Chemikers.<br />
- Walter de Gruyter, Berlin, New York 1982, S. 567.
444 D. 6. Oxidation und Dehydrierung<br />
Weitergehende Oxidation führt zum Anilinschwarz, einem der ältesten synthetischen Farbstoffe. Er<br />
kann auch auf der Baumwollfaser entwickelt werden, indem aufgezogenes Aniliniumsalz mit Chlorat und<br />
Hexacyanoferrat(III) unter Katalyse mit Ammoniumvanadat oxidiert wird. Als Hauptbestandteil von Anilinschwarz<br />
nimmt man über N-Brücken verknüpfte N-phenylsubstituierte Phenazinringe an, die durch<br />
Addition von Anilin an die intermediären „Oligo-indamine" [6.55], nachfolgende Dehydrierung und<br />
Cyclodehydrierung entstehen. Die als Farbstoffe für Plaste, Kugelschreiberpasten, Schuhcreme und Drucke<br />
verwendeten Induline und Nigrosine werden durch Oxidation von Anilin bei höheren Temperaturen hergestellt<br />
und stellen ein Gemisch farbiger Verbindungen mit einem hohen Blauschwarzanteil dar.<br />
Hydrazone, die sich von heterocyclischen Oxoverbindungen ableiten und eine (cyclische)<br />
Amidrazonstruktur >N-C =N-NH2 besitzen, kuppeln oxidativ mit aromatischen Aminen, Phenolen<br />
und CH-aciden Verbindungen zu Azofarbstoffen, z. B.:<br />
CH3<br />
N<br />
>><br />
S<br />
NR2<br />
>=N-N<br />
©<br />
NR2<br />
[6.56]<br />
Die Reaktion stellt eine Ergänzung der Azokupplung (vgl. D.8.3.3) dar, weil mit ihr kationische Azofarbstoffe<br />
direkt hergestellt werden können ([6.56]; man bilde eine zweite mesomere Grenzformel) und<br />
auch Verbindungen, die nicht durch Azokupplung erhältlich sind. (Man formuliere als Beispiel die Reaktion<br />
von l-Methyl-pyrid-2-on-hydrazon mit a-Naphthol.)<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Herstellung von Azofarbstoffen durch oxidative Kupplung 1 )<br />
Tab. 6.57)<br />
A. Phenole und CH-acide Verbindungen<br />
Zu einer Lösung von 0,05 mol N-Methyl-benzthiazol-2-on-hydrazon 2 ), 0,05 mol Kupplungskomponente<br />
und 30 ml Wasser in 70 ml Methanol läßt man unter Rühren und Kühlung bei 25<br />
bis 30 0 C während 2-5 min eine Lösung, bestehend aus 0,022 mol Kaliumhexacyanoferrat(III)<br />
in 50 ml Wasser, 50 ml Methanol und 20 ml 25%iger Ammoniaklösung zulaufen. Nach 15<br />
Minuten wird mit 250 ml Wasser verdünnt, abgesaugt, mit Wasser gewaschen und nach dem<br />
Trocknen umkristallisiert.<br />
B. Aromatische Amine<br />
Zu einer Lösung von 0,05 mol N-Methyl-benzthiazol-2-on-hydrazon 2 ) und 0,05 mol Kupplungskomponente<br />
in 20 ml Eisessig gibt man eine Spatelspitze CuSO4 und danach unter Rühren<br />
0,012 mol Wasserstoffperoxid (30%ig). Nach 30 Minuten werden 2 g Natriumtetrafluoroborat,<br />
gelöst in wenig Wasser, zugesetzt und die Lösung auf die Hälfte eingedampft. Nach dem<br />
Erkalten wird abgesaugt, das Produkt mit ca. 7 ml Wasser kurz aufgekocht, nach Abkühlung<br />
erneut abgesaugt, getrocknet und aus Essigester umkristallisiert.<br />
1 J nach HÜNIG, S.; FRITZSCH, K. H., Liebigs Ann. Chem. 609 (1957), 143<br />
2 ) Darstellung: RIEMSCHNEIDER, R.; GEORGI, S., Monatsh. Chem. 91 (1960), 623).
Tabelle 6.57<br />
Oxidative Kupplung<br />
Produkt<br />
N'-(3-Methyl-benzthiazol-<br />
2-yliden)-naphtho-l ,2chinon-<br />
1 -monohydrazon<br />
N'-(3-Methyl-benzthiazol-<br />
2-yliden)-chinolin-5,8-dion-<br />
5-hydrazon<br />
N'-(3-Methyl-benzthiazol-<br />
2-yliden)-(3-rnethyl-l-phenyl-pyrazol-4,5-dion)-<br />
4-hydrazon<br />
3-Methyl-2-(4-dimethylamino-phenylazo)benzthiazolium-tetrafluoroborat2-(4-Diethylamino-phenylazo)-3-methylbenzthiazoliumtetrafluoroborat3-Methyl-2-(4-phenylamino-phenylazo)-benzthiazoliumtetrafluoroborat<br />
Ausgangsverbindung<br />
ß-Naphthol<br />
8-Hydroxychinolin<br />
3-Methyl-<br />
1-phenylpyrazol-5-on<br />
N,N-Dimethylanilin<br />
N,N-Diethylanilin<br />
Diphenylamin<br />
D. 6.5. Oxidationen unter C-C-Spaltung 445<br />
Variante F in 0 C<br />
A 242...244<br />
(Chlorbenzen)<br />
A 253<br />
(Glycolmonomethylether)<br />
A 258<br />
(DMF)<br />
B 208 (Z.)<br />
B 199...200 (Z.)<br />
B 182...183<br />
'-max<br />
(Ig^) 1 )<br />
490 (4,42)<br />
(DMF)<br />
495 (4,55)<br />
(DMF)<br />
435 (4,46)<br />
(DMF)<br />
600 (4,80)<br />
(EtOH)<br />
595 (4,80)<br />
(EtOH)<br />
610(4,U)<br />
(AcOH)<br />
l ) ^max !ängstwellige Absorption in nm; s (l - moH • cm -1 ) molarer Extinktionskoeffizient<br />
6.5. Oxidationen unter C-C-Spaltung<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Unter schärferen Bedingungen (höhere Temperaturen, längere Reaktionszeit, Überschuß an<br />
Oxidationsmittel) werden organische Verbindungen im allgemeinen unter Spaltung des Moleküls<br />
zu Carbonsäuren oxidiert. Bei vollständigem oxidativem Abbau (Verbrennung) erhält<br />
man schließlich Kohlendioxid und Wasser als Endprodukte.<br />
Bei der Oxidation von Paraffinen bei 105 bis 12O 0 C mit Luftsauerstoff in Gegenwart von Mangansalzen<br />
gehen die dabei intermediär nach dem üblichen Autoxidations-Mechanismus [1.42] gebildeten Hydroperoxide<br />
in Ketone über, die zu Hydroperoxyketonen weiteroxidiert werden. Diese wiederum zerfallen in<br />
Säure und Aldehyd, der nach dem in [1.46] formulierten Mechanismus ebenfalls zur Säure oxidiert wird:<br />
0OH<br />
R 1<br />
-H2O<br />
HOO<br />
O O / O \<br />
+ E r ° 2 - JL<br />
OH R'^^H \ R 1 ^X)Hy<br />
Bei der technisch ausgeführten katalysierten Flüssigphasenoxidation von n-Paraffinen des Bereiches<br />
C2O-C3O entstehen, da alle Methylengruppen etwa die gleiche Reaktivität gegenüber O2 besitzen (vgl.<br />
D. l .5.), Fettsäuren aller möglichen Kettenlängen von C1 bis C30. Darüber hinaus fallen Dicarbonsäuren,<br />
Alkohole, Ketone und Ester als Nebenprodukte an (vgl. D.6.2.). Wichtig ist der relativ hohe Anteil von<br />
Carbonsäuren des Bereiches Ci2...Ci8, die in die Ester überführt und an Kupfer-Chromiumoxid-Katalysatoren<br />
zu den für die Waschmittelherstellung wichtigen „Fettalkoholen" hydriert werden (D.7.3.2.). Bei der<br />
energischen Oxidation von unsubstituierten Cycloparaffinen entstehen Dicarbonsäuren, z. B. Adipinsäure<br />
aus Cyclohexan:<br />
75<br />
80<br />
75<br />
63<br />
55<br />
60<br />
[6.58]
446 D. 6. Oxidation und Dehydrierung<br />
[6.59]<br />
Bei dieser auch technisch durchgeführten Synthese treten allerdings immer durch weitere Oxidation entstandene<br />
Abbauprodukte auf (z. B. Glutarsäure, Bernsteinsäure).<br />
Wenn durch funktioneile Gruppen (C=C-Doppelbindungen, Hydroxyl- und Carbonylgruppen)<br />
ein bevorzugter Angriffspunkt für das Oxidationsmittel gegeben ist, so daß die C-C-Spaltung<br />
an einer bestimmten Stelle des Moleküls leichter erfolgt, werden einheitlichere Produkte<br />
erhalten, und die Reaktionen gewinnen auch präparatives Interesse.<br />
6.5.1. Oxidation von C-C-Mehrfachbindungen<br />
C-C-Mehrfachbindungen sind gegenüber Chromsäure, Salpetersäure oder Permanganat sehr<br />
empfindlich. Zunächst lagern sich zwei Hydroxylgruppen an (cis-Hydroxylierung, vgl. [4.36]).<br />
Das so gebildete 1,2-Diol wird normalerweise sofort unter Spaltung der C-C-Bindung weiteroxidiert.<br />
Unter Phasentransferkatalyse sind aber mitunter 1,2-Diole (Glycole) aus Olefinen<br />
darstellbar:<br />
cis-l,2-Diole durch Oxidation von Olefinen mit KMnO4 in Gegenwart von Alkali: WEBER,<br />
W. R; SHEPHERD, J. R, Tetrahedron Leiters 1972,4907.<br />
Ein ausgezeichnetes Reagenz zur cis-Dihydroxylierung von Olefinen ist Osmiumtetroxid,<br />
das allerdings teuer und toxisch ist. In Gegenwart von tert-Butylhydroperoxid oder von Af-Oxiden<br />
tertiärer Amine, z. B. Trimethylamin-N-oxid, N-Methylmorpholin-W-oxid oder Pyridin-Woxid<br />
wird es jedoch ständig reoxidiert, so daß katalytische Mengen von OsO4 hinreichen.<br />
Eine wichtige Methode zur Oxidation von C-C-Mehrfachbindungen ist die Epoxidierung,<br />
vgl. D.4.1.6.<br />
In der Technik gewinnt neben der Epoxidierung auch die katalysierte oxidative Umsetzung von Ethylen<br />
mit Essigsäure bei 170 0 C und 2,8 MPa Bedeutung für die Herstellung von Glycol:<br />
H2C=CH2 + 2AcOH * °* - AcOCH2CH2OAc + 2H2 °. HOCH2CH2OH + 2AcOH [6.60]<br />
— ri2O<br />
Durch Weiteroxidation der intermediär aus den Olefinen gebildeten 1,2-Diole entstehen in<br />
Abhängigkeit von der Struktur des Olefins Säuren oder Ketone:<br />
v H HO OH O O<br />
\ / i i n n<br />
[6.61]<br />
Die Reaktion hat zur Darstellung gewisser Carbonsäuren Bedeutung, z. B. von Adipinsäure<br />
aus Cyclohexen oder von Nonansäure und Azelainsäure aus Ölsäure (technisch u.a. durch<br />
Oxidation von Ricinusöl):<br />
CH3(CH2J7CH=CH(CH2)7COOH — CH3(CH2J7COOH + HOOC(CH2)7COOH [6.62]<br />
Beispiele für die Darstellung ungeradzahliger Fettsäuren aus Alkenen mit Hilfe von<br />
Kaliumpermanganat finden sich in der Arbeitsvorschrift zur Tabelle 6.41.<br />
Außerdem läßt sich die Oxidation zum Nachweis der Doppelbindung verwenden (Entfärbung<br />
von kalter sodaalkalischer Kaliumperrnanganatlösung, Baeyersche Probe). Da die Doppelbindung<br />
unter den Reaktionsbedingungen wandern kann, ist die Oxidation zur Bestimmung<br />
ihrer Lage nur bedingt geeignet. Einheitlicher verläuft die Ozonspaltung der Olefine, die sich
D. 6.5. Oxidationen unter C-C-Spaltung 447<br />
auch präparativ für die Darstellung von Aldehyden oder Säuren bzw. Ketonen ausnutzen läßt<br />
(vgl. D.4.I.7.).<br />
Unter schärferen Bedingungen können auch aromatische Ringe, vor allem von polycyclischen Aromaten,<br />
unter C-C-Spaltung oxidiert werden. So stellt man in der Technik Phthalsäureanhydrid durch Oxidation<br />
von Naphthalen über Vanadiumpentoxid mit Luft bei 350 bis 385 0 C her und auf analoge Weise, jedoch<br />
bei höheren Temperaturen (400 bis 50O 0 C), Maleinsäureanhydrid aus Benzen. Zur Verwendung von<br />
Phthalsäureanhydrid s. Tabelle 6.14. Maleinsäureanhydrid wird in großem Umfang für Polyesterharze eingesetzt.<br />
Bei der Oxidation von Chinolin mit Permanganat erhält man Pyridin-2,3-dicarbonsäure, die zu Nicotinsäure<br />
(vgl. Tab. 6.14) decarboxyliert werden kann:<br />
/COOH ^^^<br />
— f J M3]<br />
"COOH N<br />
Warum wird der Pyridinring nicht angegriffen?<br />
Darstellung von Azelainsäure aus Ricinusöl (Oxidation mit Permanganat) 1 )<br />
Hydrolyse des Ricinusöls (Ricinolsäure) (vgl. D. 7. L4.3.) .<br />
10Og Ricinusöl werden mit einer Lösung von 20g Ätzkali in 250 ml 95%igem Alkohol drei ^<br />
Stunden unter Rückfluß erhitzt. Die Lösung wird in 600 ml Wasser gegeben und mit verd. G<br />
Schwefelsäure (aus 60 ml Wasser und 20 ml konz. Schwefelsäure) angesäuert. Man wäscht die<br />
abgeschiedene Ricinolsäure zweimal mit warmem Wasser, trocknet eine Stunde unter häufigem<br />
Umschütteln mit 20g wasserfreiem Magnesiumsulfat und saugt vom Trockenmittel ab.<br />
Ausbeute an roher Säure etwa 90 g. Die Säure muß sofort weiterverarbeitet werden, da beim<br />
Stehen Polymerisation eintritt.<br />
Oxidation von Ricinolsäure zu Azelainsäure<br />
In einem 3-1-Dreihalskolben mit Rührer und Thermometer werden 142 g (0,9 mol) Kaliumpermangant<br />
in 2 l Wasser unter Erwärmen gelöst. Wenn sich alles gelöst hat, kühlt man auf 35 0 C<br />
ab und gibt unter kräftigem Rühren auf einmal die Lösung von 60 g (0,2 mol) roher Ricinolsäure<br />
in 400 ml 4%iger Kalilauge zu. Die Temperatur steigt dabei auf etwa 75 0 C. Man rührt<br />
noch so lange, bis eine mit Wasser verdünnte Probe die Farbe des Permanganats nicht mehr<br />
zeigt (etwa zwei Stunden). Dann gibt man das Gemisch in einen 5-1-Filtrierstutzen und versetzt<br />
langsam (Vorsicht! Kohlendioxid-Entwicklung, Schäumen!) mit verd. Schwefelsäure (aus 150<br />
ml Wasser und 50g konz. Schwefelsäure). Zur Koagulation des Mangandioxids wird 15 Minuten<br />
auf dem Wasserbad erhitzt und dann möglichst schnell abgesaugt. Um absorbierte Azelainsäure<br />
zu lösen, kocht man das abgesaugte Mangandioxid mit 500 ml Wasser aus, saugt die Suspension<br />
ab und vereinigt das Filtrat mit dem Hauptfiltrat. Die Lösung dampft man auf ein<br />
Volumen von etwa l l ein und läßt im Eisschrank abkühlen. Die Azelainsäure wird abgesaugt,<br />
mit wenig kaltem Wasser gewaschen und getrocknet. Zur Reinigung wird aus Wasser umkristallisiert<br />
(etwa 15 ml Wasser pro Gramm roher Säure). F104 bis 106 0 C; Ausbeute 35%, bezogen<br />
auf Ricinolsäure.<br />
O nach HILL, J. W.; McEwEN, W. L., Org. Synth., CoIl. Vol. II (1943), 53
448 D. 6. Oxidation und Dehydrierung<br />
6.5.2. Glycolspaltung<br />
Mit speziellen Oxidationsmitteln lassen sich 1,2-Diole (Glycole) selektiv unter Bildung von<br />
Aldehyden oder Ketonen spalten. Besonders wirksame Reagenzien hierfür sind Periodsäure<br />
und Bleitetraacetat:<br />
| C=O<br />
C - OH /<br />
i _ u + Pb(OCOCH3)4 + Pb(OCOCH3)2 + 2 CH3COOH [6.64]<br />
C - OH \<br />
I C=O<br />
Der Reaktionsverlauf ist noch nicht vollständig geklärt. Bei der Reaktion mit Bleitetraacetat<br />
wird wahrscheinlich ein Ester ionisch gespalten, der aus dem Diol und dem Oxidationsmittel<br />
gebildet wurde. Im allgemeinen werden cis-Diole bedeutend rascher gespalten als trans-<br />
Diole.<br />
Darstellung von Glyoxylsäureethylester-Halbacetal 1 ) aus Weinsäurediethylester<br />
mit Bleitetraacetat 2 )<br />
Achtung! Blei(IV)-acetat kann die Fortpflanzungsfähigkeit vermindern und ist fruchtschädigend.<br />
Hautkontakt und Aufnahme durch den Mund unbedingt vermeiden.<br />
Unter kräftigem Rühren und Kühlen mit Eiswasser werden l mol Bleitetraacetat (vgl. Reagenzienanhang)<br />
zu einer Lösung von l mol Weinsäurediethylester) in 11 Methylendichlorid gegeben.<br />
Man rührt zwölf Stunden bei Raumtemperatur, filtriert und destilliert etwa zwei Drittel<br />
des CH2Cl2 langsam über eine 50-cm-Vigreux-Kolonne unter vermindertem Druck ab. Sobald<br />
eine Probe des Destillats mit konzentriertem Ammoniak eine deutliche Rotfärbung zeigt<br />
(überdestilliertes Endprodukt), wird die Destillation unterbrochen. Nach Zusatz von 800 ml<br />
abs. Ethanol wird über Nacht stehengelassen, filtriert, der feste Rückstand mit wenig Alkohol<br />
gewaschen und der größte Teil des Alkohols über die gleiche Kolonne im Vakuum abdestilliert.<br />
Dann entfernt man die Kolonne und destilliert den Rückstand rasch im Vakuum auf dem Luftbad,<br />
bis nichts mehr übergeht. Das gesamte Destillat wird schließlich über die Kolonne rektifiziert.<br />
Kp2,9(22) 57 bis 59 0 C; Ausbeute 65%.<br />
Periodsäure ist im Gegensatz zu Bleitetraacetat wasserlöslich und kann daher als Reagens für die Glycolspaltung<br />
bei den in organischen Lösungsmitteln gewöhnlich unlöslichen Zuckern dienen. Sie wird hier<br />
bei der Bestimmung der Ringgröße von Glycosiden verwendet: In den Pyranosiden sind nur Glykol-Einheiten<br />
mit secundären HO-Grupen vorhanden, so daß bei der Glykolspaltung nur Ameisensäure entsteht,<br />
während in den Furanosiden die primäre HO-Gruppe Formaldehyd liefert:<br />
OH<br />
I [6.65]<br />
/A^ ^ UH -.*nnj3 -I-I2U ^ ^ CJH H O<br />
MeO<br />
Methyl-a-mannopyranosid<br />
1 ) Ethoxyhydroxyessigsäureethylester; über die Beständigkeit von Halbacetalen vgl. D.7.1.2.<br />
2 ) nach STEDEHOUDER, P. L., Rec. Trav. Chim. Pays-Bas 71 (1952), 831
Methyl-a-mannofuranosid<br />
D. 6.5. Oxidationen unter C-C-Spaltung 449<br />
+ 2H '°< ' ' v [6.66]<br />
- 2H1 ° 3 - H2 ° MeO<br />
Es konnte so gezeigt werden, daß die meisten Glycoside einen Sechsring enthalten.<br />
Wenn man Periodat gemeinsam mit Reagenzien einsetzt, durch die Olefine zu Glycolen umgesetzt werden,<br />
wie KMnO4 oder OsO4 (in katalytischen Mengen, da es durch KIO4 ständig reoxidiert wird), lassen<br />
sich Olefine unmittelbar in Aldehyde oder Ketone überführen. Zur Herstellung der als Zwischenprodukte<br />
auftretenden Diole vgl. D.4.1.6. Seit jedoch kommerziell leistungsfähige Ozon-Generatoren verfügbar sind,<br />
ist häufig die Ozonierung vorzuziehen (vgl. DA 1.7).<br />
6.5.3. Oxidative Spaltung von secundären Alkoholen und Ketonen<br />
Bei kräftiger Oxidation mit Chromschwefelsäure oder Salpetersäure ergeben aliphatische<br />
Ketone und secundäre Alkohole Fettsäuregemische:<br />
R. ,OH O<br />
Y +<br />
H OH 9 /* ° h<br />
"X., O H(X /R'<br />
Bei Methylketonen wird dabei die H3C-CO-Gruppe als Essigsäure abgespalten:<br />
CH3 Il HO" "CH3<br />
[6.67]<br />
[6.68]<br />
Bedeutung besitzt die Oxidation von alicyclischen Alkoholen und Ketonen zu Dicarbonsäuren.<br />
So geht z. B. ein technisches Verfahren zur Herstellung von Adipinsäure von Cyclohexanon aus.<br />
Bei der Haloformreaktion (Einhorn-Reaktion) werden Methylketone oder Alkohole mit einer<br />
CH3-CHOH-Gruppierung unter Verlust eines Kohlenstoffatoms zur Carbonsäure gespalten,<br />
wenn man Hypohalogenide bzw. Halogene in alkalischer Lösung einwirken läßt. In der ersten<br />
Reaktionsphase wird dabei der Alkohol zunächst zur Carbonylverbindung oxidiert, wonach die<br />
nunmehr aktivierte Methylgruppe perhalogeniert wird (vgl. D.7.4.2.2.). Das entstandene Trihalogenmethylcarbonylderivat<br />
wird als stark polarisierte Verbindung im alkalischen Medium sehr<br />
leicht zur betreffenden Carbonsäure und Chloroform bzw. Ameisensäure hydrolysiert:<br />
CI^-CI + H-C^O^HV^IÖ-H Cl 0 + HCI + C=O + H2O<br />
^—^ CH3<br />
R-CO-CH3 + 3Cl2 - R-CO-CCI3 + 3 HCI [6.69]<br />
HQI 0 + R-CO-^CCI3 - R-CO-OH + ICCI3 R-COO 0 + HCCI3<br />
H3C
450 D. 6. Oxidation und Dehydrierung<br />
Man stelle die Bruttogleichung der Reaktion auf!<br />
Die Haloformreaktion verläuft unter außerordentlich milden Bedingungen mit sehr guten<br />
Ausbeuten, so daß selbst eine so empfindliche Verbindung wie Methylvinylketon in Acrylsäure<br />
überführbar ist. In der analytischen Chemie dient das Verfahren zum qualitativen Nachweis<br />
von CH3-CO- und CH3-CHOH-Gruppierungen, indem man mit lod und Alkali arbeitet. Das<br />
entstehende lodoform gibt sich durch seine Schmelztemperatur, seine Farbe und den charakteristischen<br />
Geruch zu erkennen.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Oxidation von Methylketonen mit Hypobromit (Haloformreaktion)<br />
(Tab. 6.70)<br />
| Achtung! Unter dem Abzug arbeiten!<br />
In einen 500-ml-Dreihalskolben mit Rührer, Tropftrichter und Thermometer (Öffnung lassen!)<br />
tropft man unter kräftigem Rühren und Kühlen zu einer Lösung von l mol Natriumhydroxid<br />
in 200 ml Wasser 0,3 mol Brom so zu, daß die Temperatur unter 1O 0 C bleibt. Die Lösung wird<br />
auf O 0 C abgekühlt und 0,1 mol des Ketons unterhalb 1O 0 C zugetropft. (Feste Ketone werden<br />
vorher in 100 ml Dioxan gelöst.) Dann rührt man eine Stunde bei Zimmertemperatur. Das<br />
gebildete Bromoform wird im Scheidetrichter abgetrennt oder mit Wasserdampf abdestilliert,<br />
die alkalische Lösung mit 10g Natriumpyrosulfit (Na2S2O5) in 150 ml Wasser versetzt und<br />
dann mit konz. Salzsäure angesäuert (Abzug! Schwefeldioxid!).<br />
Aufarbeitung<br />
a) Die ausgeschiedene Säure wird abgesaugt und umkristallisiert.<br />
b) Die Lösung wird mit Kochsalz gesättigt und acht Stunden im Perforator mit Ether extrahiert,<br />
die Etherlösung mit Magnesiumsulfat getrocknet, das Lösungsmittel abgedampft und der<br />
Rückstand destilliert.<br />
Tabelle 6.70<br />
Carbonsäuren aus Methylketonen (Haloformreaktion)<br />
Produkt<br />
Trimethylessigsäure<br />
ß,ß-Dimethyl-acrylsäure<br />
Anissäure<br />
Veratrumsäure<br />
p-Chlor-benzoesäure<br />
p-Brom-benzoesäure<br />
a-Naphthoesäure<br />
ß-Naphthoesäure<br />
Thiophen-2-carbonsäure<br />
Ausgangsverbindung<br />
Pinacolon<br />
Mesityloxid<br />
p-Methoxy-acetophenon<br />
3,4-Dimethoxy-acetophenon<br />
p-Chlor-acetophenon<br />
p-Brom-acetophenon<br />
Methyl-a-naphthylketon<br />
Methyl-ß-naphthylketon<br />
Methyl(thien-2-yl)-keton<br />
F (bzw. Kp)<br />
in 0 C<br />
35 Kp2j(20) 77<br />
67Kp2,7(20)i04<br />
184 (W.)<br />
181 (W.)<br />
239 (EtOH)<br />
254 (W.)<br />
163 (verd.<br />
EtOH)<br />
181 (Ligroin)<br />
126 (W.)<br />
lodoformprobe (Allgemeine Arbeitsvorschrift für die qualitative Analyse)<br />
Aufarbeitung<br />
nach<br />
b<br />
b<br />
a<br />
a<br />
a<br />
a<br />
a<br />
a<br />
a<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Man löst etwa 0,1 g des zu prüfenden Stoffes in 5 ml Dioxan, gibt l ml 10% ige Natronlauge<br />
und tropfenweise lod-Kaliumiodid-Lösung (hergestellt durch Lösen von Ig lod und 2g<br />
Kaliumiodid in 10 ml Wasser) zu, bis die dunkle Farbe beim Schütteln eben bestehen bleibt.<br />
Anschließend wird zwei Minuten auf dem Wasserbad bei 60 0 C erhitzt. Nachdem die lod-Farbe<br />
verschwunden ist, wird noch etwas Iod/KI-Lösung zugegeben und kurz erwärmt. Überschüssiges<br />
lod beseitigt man durch einige Tropfen 10%iger Natronlauge. Man füllt das Reagenzglas<br />
mit Wasser auf und läßt 15 Minuten stehen. Anschließend wird filtriert, getrocknet und aus<br />
Methanol umkristallisiert. Gelbe Kristalle; F121 0 C.<br />
60<br />
40<br />
80<br />
75<br />
80<br />
90<br />
70<br />
80<br />
90
Darstellung von Adipinsäure aus Cyclohexanol<br />
D. 6.6. Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen und Hydroaromaten 451<br />
| Vorsicht! Nitrose Gase; Abzug! I .<br />
In einem Becherglas werden 0,032 mol 50%ige Salpetersäure (D = 1,32) und 0,1g Ammo- ^<br />
niumvanadat auf etwa 9O 0 C erhitzt. Von 0,01 mol Cyclohexanol setzt man unter Rühren G<br />
zunächst einige Tropfen bis zum Beginn der Reaktion zu, der Rest wird unter Kühlung (bei<br />
etwa 60 0 C) zugegeben. Nach einer halben Stunde wird auf O 0 C gekühlt, abgesaugt, mit Eiswasser<br />
gewaschen und getrocknet. Rohausbeute 58 bis 60%; F 141-145 0 C. Zur Reinigung kristallisiert<br />
man aus konz. Salpetersäure und anschließend aus Wasser um. F151 bis 152 0 C.<br />
6.6. Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen<br />
und Hydroaromaten<br />
Werden gesättigte Kohlenwasserstoffe unter Luftausschluß auf Temperaturen über 50O 0 C<br />
erhitzt, so zersetzen sie sich unter Dehydrierung und Spaltung („Crackung"), z. B:<br />
H3C-CH2-CH3 -65O 0 C<br />
thermisch<br />
H2C=CH-CH3 + H2 +HOkJ-mor 1 55%<br />
H2C=CH2 + CH4 + 65kJ-mor 1 45%<br />
katalytisch<br />
99o/0<br />
[6.7Ia]<br />
1% [6.7Ib]<br />
Während die Crackreaktion [6.7Ib] irreversibel verläuft, stellt die Dehydrierung [6.7Ia]<br />
eine reversible Reaktion dar, die mit der Hydrierung im Gleichgewicht steht. Sie läßt sich demzufolge<br />
durch dieselben Katalysatoren beschleunigen wie die Hydrierung, also z. B. durch Nikkei,<br />
Platin, Palladium (vgl. D.4.5.2.) und mit deutlich geringerer Wirksamkeit z. B. auch durch<br />
Chromium-Aluminiumoxid. Während die Hydrierung bei niedrigeren Temperaturen überwiegt,<br />
dominiert die Dehydrierung bei hohen Temperaturen (vgl. dazu C.2.). In der Technik<br />
werden C6-C8-Fraktionen aliphatischer Kohlenwasserstoffe katalytisch zu Aromaten (Benzen,<br />
Toluen, Xylene) dehydriert/cyclisiert (Cyclodehydrierung, Reforming-Prozeß)<br />
Die Schwierigkeit der katalytischen Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen steigt in der<br />
Reihe Cycloalkene < Cycloalkane < Alkene < Alkane erheblich an: Die katalytische Dehydrierung<br />
von Paraffinen kommt erst bei 550 bis 600 0 C nennenswert in Gang. Hydroaromaten reagieren<br />
häufig bereits bei 300 bis 350 0 C quantitativ, und die Reaktion kann auch im Laboratorium<br />
angewandt werden. Sie verläuft in der Regel nicht als partielle Dehydrierung, sondern als<br />
Aromatisierung und liefert auch Heteroaromaten, z. B.:<br />
^ + 2 H2<br />
N N<br />
i i<br />
H H<br />
[6.72]<br />
Bereits im Molekül vorhandene Doppelbindungen erleichtern die Aromatisierung erheblich.<br />
Im Laboratorium hat die katalytische Dehydrierung wenig Bedeutung. Eine Allgemeine<br />
Arbeitsvorschrift und eine entsprechende Labor-Apparatur sind in früheren Auflagen dieses<br />
Buches detailliert angegeben.<br />
Außer durch katalytische Dehydrierung kann einem organischen Molekül Wasserstoff auch<br />
durch Dehydrierungsmittel entzogen werden, die selbst in die Reaktionsbilanz eingehen, z. B.
452 D. 6. Oxidation und Dehydrierung<br />
mit Schwefel (—» H2S), Selen (—> H2Se), Chinonen (—» Hydrochinone) und anderen mild wirkenden<br />
Oxidationsmitteln, wie Eisen(III)-chlorid oder Nitrobenzen.<br />
Die Dehydrierung mit Schwefel oder Selen wird zwar oft präparativ sehr einfach durch<br />
Erhitzen der Komponenten erreicht, ist aber mit der Entwicklung von Schwefel- und Selenwasserstoff<br />
belastet. Deshalb spielt Selen, das erst bei 300 bis 330 0 C wirksam wird, aber wenig<br />
selenhaltige Nebenprodukte bildet, keine große Rolle. Schwefel verlangt Temperaturen von<br />
etwa 220 bis 27O 0 C. Allerdings bilden sich schwefelhaltige Nebenprodukte wie Thiophen-Derivate<br />
und l,2-Dithiol-3-thione.<br />
Eine Reihe technisch wichtiger Schwefelheterocyclen, z. B. Schwefelfarbstoffe und Phenothiazin, werden<br />
durch cyclisierende Dehydrierung bei gleichzeitigem Einbau von Schwefel hergestellt.<br />
Von wenigen Ausnahmen abgesehen, lassen sich Dehydrierungsmittel nur dort aussichtsreich verwenden,<br />
wo Aromaten oder Heteroaromaten als Produkte erwartet werden. Die Leichtigkeit der Dehydrierung<br />
steigt auch hier mit der Anzahl schon vorhandener Doppelbindungen.<br />
Die Dehydrierung ist auch erfolgreich zur Konstitutionsaufklärung von Terpenen und Steroiden eingesetzt<br />
worden, weil dabei bekannte aromatische Systeme entstehen; z. B.:<br />
HOOC<br />
Se; 350 0 C<br />
Cholesterol Methylcyclopentenophenanthren<br />
S;230 0 C<br />
Abietinsäure Raten<br />
[6.73]<br />
[6.74]<br />
Es treten also bei solchen Dehydrierungen auch Veränderungen des Kohlenstoffskeletts<br />
und der funktioneilen Gruppen ein, weswegen die präparative Anwendung der Dehydrierung<br />
bei Reaktionen, die einen eindeutigen Verlauf voraussetzen, eingeschränkt ist. Verhältnismäßig<br />
gut und eindeutig lassen sich verschiedene Heterocyclen aus ihren Dihydroverbindungen<br />
herstellen, z. B.:<br />
-H2S; 160 0 C R2<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Dehydrierung mit Schwefel (Tab. 6.76)<br />
| Achtung! Entwicklung von Schwefelwasserstoff; unter dem Abzug arbeiten!<br />
[6.75]<br />
0,03 mol Ausgangsverbindung werden zusammen mit der berechneten Menge Schwefel in<br />
einem Kolben mit Luftkühler bis zum Einsetzen der Schwefelwasserstoff-Entwicklung im<br />
Heizbad erhitzt (etwa 15O 0 C). Die Temperatur wird dann allmählich auf 25O 0 C gesteigert und<br />
bis zur Beendigung der Schwefelwasserstoffentwicklung gehalten. Nach dem Erkalten wird<br />
unter Zusatz von wenig Aktivkohle umkristallisiert bzw. destilliert.
D. 6.7. Literaturhinweise 453<br />
Tabelle 6.76<br />
Dehydrierung mit Schwefel<br />
Produkt Ausgangsverbindung Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
Anthracen<br />
Carbazol<br />
l -Phenyl-naphthalen<br />
2-Acetamido-benzo[b]thiophen-<br />
3-carbonsäureethylester 2 )<br />
Phenothiazin 4 )<br />
9,10-Dihydro-anthracen<br />
1,2,3,4-Tetrahydrocarbazol<br />
l-Phenyl-3,4-dihydronaphthalen<br />
2-Acetamido-4,5-tetramethylenthiophen-3-carbonsäuremethylester<br />
3 )<br />
Diphenylamin<br />
F 217 (EtOH) 60<br />
F245(Xylen)i) 60<br />
189i.6
454 D. 6. Oxidation und Dehydrierung<br />
Darstellung von Ketonen durch Oxidation<br />
KABBE, H. J., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 7/2a (1973), S. 677-788.<br />
LAROCK, R. C., s. vorstehend.<br />
Darstellung von Carbonsäuren durch Oxidation<br />
HENECKA, H.; OTT, E., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 8 (1952), S. 384-418.<br />
SUSTMANN, R.; KORTH, H.-G., in: HOUBEN-WEYL. Bd. E 5/1 (1985), S. 199-216.<br />
Willgerodt-Reaktion<br />
BROWN, E. V, Synthesis 1975,358-375.<br />
MAYER, R., in: Organic Chemistry of Sulfur. Hrsg.: S. OAE. - Plenum Press, New York, London 1977, S. 33-<br />
70.<br />
Chinone<br />
BAYER, O., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 7/3c (1979), S. 11^6 (Anthrachinon).<br />
GRUNDMANN, CH., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 7/3b (1979), S. 3-89 (o-Chinone).<br />
ULRICH, H.; RICHTER, R., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 7/3a (1977), S. 14-647 (p-Chinone).<br />
Chinonimine durch Oxidation<br />
GRÜNANGER, R, in: HOUBEN-WEYL. Bd. 7/3b (1979), S. 235-267.<br />
Oxidation von Kohlenhydraten<br />
BUTTERWORTH, R. F.; HANESSIAN, S., Synthesis 1971,70-88.<br />
Dehydrierungen<br />
SCHILLER, Q, in: HOUBEN-WEYL. Bd. 4/2 (1955), S. 333-347.<br />
WIMMER, K., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 4/22 (1955), S. 192-205.<br />
STECHL, H. H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 4/lb (1975), S. 873-899 (Dehydrierung mit Chinonen).<br />
GOLSER, L., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 4/lb (1975), S. 963-987 (Dehydrierung mit Nitroverbindungen).<br />
Oxidationen mit Sauerstoff (s. auch D.1.7.)<br />
HEYNS, K.; PAULSEN, H., in: Neuere Methoden. Bd. 2 (1960), S. 208-230.<br />
KARNOZHITSKII, V. YA., Usp. Khim. 50 (1981), 1693-1717.<br />
KRÖPF, H.; MÜLLER, E.; WEICKMANN, A., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 4/la (1981), S. 69-168.<br />
Oxidationen mit Metallverbindungen<br />
Ho, T. L., in: Organic Synthesis by Oxidation with Metal Compounds. Hrsg.: W. J. MIJS; C. R. H. I. DE<br />
JONGE. - Plenum Press, New York 1986.<br />
Oxidationen mit Bleiverbindungen<br />
CRIEGEE, R., in: Neuere Methoden. Bd. l (1949), S. 21-38; Bd. 2 (1960), S. 252-267.<br />
MIHAILOVIC, M. L., CEKOVIC, Z.; LORENC, L., in: Organic Synthesis by Oxidation with Metal Compounds.<br />
Hrsg.: W. J. Mus, C R. H. I. DE JONGE. - Plenum Press, New York 1986, S. 741-816.<br />
ROTHERMUND, G. W.; in: HOUBEN-WEYL. Bd. 4/lb (1975), S. 167^13.<br />
Oxidationen mit Cer(IV)-Verbindungen<br />
MATTHIAS, G., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 4/lb (1975), S. 149-166.<br />
Ho, T. L., Synthesis 1973,347-354.<br />
DUDFIELD, P. J. in: Comprehensive Organic Synthesis. Hrsg.: B. M. TROST, I. FLEMING, S. V. LEY. - Pergamon<br />
Oxford 1991, Kap. 2.11, S. 345 (Chinone aus aromatischen Kohlenwasserstoffen)<br />
RÜCK, K.; KUNZ, H.: J. Prakt. Chem. 336 (1994), 47(M71.<br />
FISCHER, K.; HENDERSON, G. N., Synthesis 1985, 641-643 (Oxidation von Hydrochinonen zu Chinonen mit<br />
Ce(IV)/SiO2).<br />
BROADHURST, M. J.; HASALL, C. H.; THOLMAS, G. J., J. Chem. Soc., Perkin Trans. 11982,2239 (Oxidation von<br />
Dimethoxyarenen zu Chinonen).
D. 6.7. Literaturhinweise 455<br />
Oxidationen mit Chromverbindungen<br />
BOSCHE, H. G., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 4/lb (1975), S. 425^64.<br />
CAINELLI, G.; CARDILLO, G.: Chromium Oxidations in Organic Chemistry. - Springer Verlag, Berlin, Heidelberg,<br />
New York, Tokyo 1984.<br />
LUZZIO, F. A., Org. React. 53 (1998), 1-221 (mit Chromium(VI)-Amin-Reagenzien).<br />
PIANCATELLI, G.; SCETTRI, A.; D'AURIA, M., Synthesis 1982,245-258 (mit Pyridiniumchlorochromat).<br />
Oxidationen mit Manganverbindungen<br />
ARNDT, D, in: HOUBEN-WEYL. Bd. 4/lb (1975), S. 465-672.<br />
ARNDT, D.: Manganese Compounds äs Oxidizing Agents in Organic Chemistry. - Open Court Publishing<br />
Company, La Salle 1981.<br />
FATIADI, J., Synthesis 1976,65-104,133-167 (Oxidation mit MnO2).<br />
KNÖLKER, H.-J., J. Prakt. Chem. 337 (1995), 75-77 (Oxidation mit MnO2).<br />
Oxidationen mit Dimethylsulfoxid<br />
EPSTEIN, W. W.; SWEAT, F. W., Chem. Rev. 67 (1967), 247-260.<br />
MARTIN, D.; HAUTHAL, H. G.: Dimethylsulfoxid. - Akademie-Verlag, Berlin 1971.<br />
MANCUSO, A. J.; SWERN, D, Synthesis 1981,165 - 185.<br />
TIDWELL, T. T, Synthesis 1990,857 - 870.<br />
TIDWELL, T. T, Org. React. 39 (1990), 297 - 572.<br />
Oxidationen mit Halogenverbindungen<br />
BUDDENBERG, O.; WEICKMANN, A.; ZELLER, K.-R, in: HOUBEN-WEYL. Bd. 4/la (1981), S. 435-640.<br />
Oxidation mit hypervalenten lod-Verbindungen<br />
MORIARTY, R. M.; PAKRASH, O., Org. React. 54 (1999), 273^18.<br />
SPEICHER, A.; BOMM, V; EICHER, T, J. Prakt. Chem. 338 (1996), S. 588-590 (DESs-MARTiN-Periodinan).<br />
STANG, P. J.; ZHDANKIN, V, Chem. Rev. 96 (1996) 1123.<br />
VARVOGLIS, A.: The Organic Chemistry of Polycoordinated lodine. - VCH, New York, Weinheim, Cambridge<br />
1992.<br />
VARVOGLIS, A.: Hypervalent lodine in Organic Synthesis.- Academic Press, San Diego 1997.<br />
WIRTH, T; HIRT, U. H., Synthesis 1999,1277-1287.<br />
Oxidationen mit Periodsäure<br />
CRIEGEE, R., in: Neuere Methoden, Bd. l (1949), S. 2!-38.<br />
JACKSON, E. L., Org. React. 2 (1944), 341-375.<br />
FATIADI, A. J., Synthesis 1974,229-272.<br />
MILEWICH, L.; AXELROD, L. R., Org. Synth. CoIl. Vol. 6 (1988), 690-691 (KMnO4/ NaIO4).<br />
PAPPE, R.; ALLEN, D. S.; LEMIEUX, R. U; JOHNSON, W. S., J. Org. Chem. 21 (1956), 478-479 (OsOVKIO4).<br />
Oxidationen mit Schwefel- und Selenverbindungen<br />
Fu, P. R; HARVEY, R. G., Chem. Rev. 78 (1978) 317-361.<br />
KRIEF, A.; HEVESI, L.: Organoselenium Chemistry I. - Springer, Berlin 1988, S. 76-103.<br />
LEY, S. V, in: Organoselenium Chemistry. Hrsg.: R. Liotta. - John Wiley & Sons, New York 1987, S. 163-206.<br />
RABJOHN, N., Org. React. 24 (1976), 261^15.<br />
WEICKMANN, A.; ZELLER, K. R, in: HOUBEN-WEYL. Bd. 4/!a 0981), S.319^33.<br />
Oxidationen mit anorganischen Stickstoffverbindungen<br />
BUDDENBERG, O., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 4/!a (1981), S. 641-944.<br />
Selektive katalytische Oxidation mit Edelmetallkatalysatoren<br />
HEYNS, K.; PAULSEN, H., in: Neuere Methoden. Bd. 2 (!96O), S. 208-230.<br />
Dihydroxylierung von Olefinen mit OsO4 bzw. OsOVAmin-TV-Oxiden<br />
SCHRÖDER, M., Chem. Rev. 80 0980), 187-213.<br />
RAY, R.; MATTESON, D. S., Tetrahedron Leiters 21 (1980), 449-450.<br />
VAN RHEENEN, V; CHO, D. Y.; HARTLEY, W. M., Synth. CoIl. Vol. 6 (1988), 342-348.
456 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
D.7 Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Carbonylverbindungen sind eine wichtige Stoffklasse der organischen Chemie, da sie bei leichter<br />
Darstellbarkeit eine hohe Reaktivität besitzen und deshalb eine große Zahl von Umsetzungen<br />
zulassen.<br />
Typische Carbonylverbindungen sind Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren, Carbonsäureester,<br />
-amide, -halogenide und -anhydride sowie Kohlendioxid. Diese und weitere Verbindungen<br />
werden im folgenden unter einem gemeinsamen Aspekt behandelt.<br />
Die Reaktivität der Carbonylgruppe beruht auf ihrer Polarität infolge des -!-Effekts des<br />
Sauerstoffs und ihrer leichten Polarisierbarkeit:<br />
S Die Carbonylgruppe besitzt also am Kohlenstoff elektrophile (bzw. saure) und am Sauerstoff<br />
nucleophile (bzw. basische) Eigenschaften. Von besonderem Interesse sind zunächst die<br />
Reaktionen am elektrophilen Kohlenstoff mit nucleophilen Reagenzien, da im allgemeinen<br />
nur diese Umsetzungen zu einem bleibenden Ergebnis führen:<br />
O 0<br />
^ Su-V<br />
NuI ist der nucleophile Partner, der für die Reaktion ein Elektronenpaar zur Verfügung zu<br />
stellen vermag und neutral oder negativ geladen sein kann. Das Additionsprodukt stabilisiert<br />
sich in weiteren Reaktionsschritten zum Endprodukt.<br />
Die Geschwindigkeit der Reaktion [7.2] wird offensichtlich um so höher liegen, je größer<br />
die Nucleophilie des Nucleophils Nu und je größer die Elektrophilie des Carbonylkohlenstoffs<br />
ist.<br />
Die verschiedenen Carbonylverbindungen lassen sich etwa in die folgende Reihe steigender<br />
Reaktivität einordnen:<br />
v,-O v-O s~0 ~0 x,~0 x.-O x ~0 r i<br />
--n --n --u ^-ii --n --n --n [731<br />
r* ^. *• r* ^ r * ^ r * ^ r * ^ n * n L 7 —M<br />
Die mit der Carbonylgruppe verbundenen Substituenten 1 ) sind in dieser Reihe immer weniger<br />
in der Lage, dem durch die Carbonylgruppe ausgeübten Elektronenzug nachzugeben und<br />
damit die positive Teilladung am Carbonylkohlenstoff mehr oder weniger zu kompensieren.<br />
Diese Kompensation ist im Carbonsäureanion am stärksten ausgeprägt. Daher reagiert es nur<br />
mit sehr starken Nucleophilen, z. B. Lithiumalkylen, wobei es zum Keton alkyliert wird, vgl.<br />
[7.215]. Säurehalogenide und Aldehyde stellen dagegen äußerst reaktionsfähige Verbindungen<br />
dar. Ihre Stellung in der oben angegebenen Reihe ist für manche Reaktionen vertauscht, da<br />
die sterischen Verhältnisse unterschiedlich sind.<br />
Auch der mit der Carbonylgruppe verbundene Kohlenwasserstoffrest übt den vorauszusehenden<br />
Einfluß aus: -I- und -M-Gruppen steigern die Reaktivität der Carbonylgruppe<br />
gegenüber nucleophilen Agenzien und senken die Basizität des Carbonylsauerstoffs; +1- und<br />
+M-Substituenten senken die C-Reaktivität und erhöhen die 0-Basizität.<br />
) Im Säureamid und im Ester sind jeweils nur die das Geschehen bestimmenden Mesomerieeffekte angegeben,<br />
im Säurechlorid nur der stärkere Induktionseffekt, der den +M-Effekt überwiegt.<br />
[7 ' 2]
D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen 457<br />
Aus diesem Grunde sinkt auch die Acidität von Carbonsäuren in der Reihenfolge: Trichloressigsäure ><br />
Dichloressigsäure > Monochloressigsäure > Ameisensäure > Essigsäure > Isobuttersäure > Trimethylessigsäure<br />
(Pivalinsäure).<br />
In der aromatischen Reihe ist es möglich, den Substituenteneinfluß auf die Carbonylgruppe mit Hilfe<br />
der Hammett-Gleichung (vgl. [C.69]) zu beschreiben, so z. B. bei der Hydrolyse bzw. Alkoholyse von Benzoylchloriden<br />
und Benzoesäureestern, bei der Cyanhydrinbildung von Benzaldehyden und vielen anderen<br />
Reaktionen.<br />
Die Reaktionsgeschwindigkeit der Addition an die Carbonylgruppe liegt außerdem um so<br />
höher, je stärker nucleophil das Reagens ist, bzw. angenähert, je stärker basisch es ist. Aus diesem<br />
Grunde lassen sich z. B. Ester, Säureamide usw. durch Hydroxidionen viel leichter hydrolysieren<br />
als durch das schwächer basische Wasser, ein Aldehyd reagiert mit einem primären<br />
oder secundären Amin viel heftiger als mit Alkoholen.<br />
Carbonylreaktionen werden in den meisten Fällen durch Katalysatoren stark beschleunigt.<br />
Es läßt sich voraussehen, daß alle sauren Katalysatoren die Polarität der Carbonylgruppe erhöhen,<br />
da sie mit dem basischen Carbonylsauerstoff reagieren können, vgl. auch [5.45] und [5.47]:<br />
1Ol © IO" 10" OT<br />
ii + H -^-^ ii ^^ i^ = |: ©<br />
^ /C^ /C® X,<br />
,0, ,8'^* ICT* ICl3 CT1* 03<br />
N + AICI3 ^^ N — '© = i; ©<br />
/- C \ /°\ //°\ /°\<br />
Durch diese Wechselwirkung mit dem Katalysator erhöht sich natürlich der auf das nucleophile<br />
Reagens ausgeübte Elektronenzug. Dies wird durch die nachstehende Formulierung sehr<br />
sinnfällig zum Ausdruck gebracht (die Pfeile bezeichnen nicht unbedingt völlig gleichzeitig<br />
ablaufende Elektronenübergänge):<br />
^ §A-<br />
Andererseits kann der elektrophile Katalysator aber auch die Nucleophilie des Reagens Nu beeinträchtigen,<br />
indem er mit diesem in Wechselwirkung tritt; vgl. dazu die Erörterungen in D.7.1. Ein solcher Fall<br />
wurde auch schon bei der elektrophilen aromatischen Substitution besprochen (Ausbleiben der Friedel-<br />
Crafts-Acylierung aromatischer Amine in Gegenwart von Aluminiumchlorid, vgl. D.5.1.8.1.).<br />
Mit der Carbonylgruppe eng verwandt ist eine Reihe von „heteroanalogen" Carbonylgruppen,<br />
bei denen formal der Sauerstoff der Carbonylgruppe durch ein Heteroatom ersetzt ist<br />
(Thiocarbonyl-, Azomethin-, Nitrilgruppe):<br />
n 5 ' Q 5 " M~ R M 5 r° -s -N -N "<br />
r ,<br />
--ii ---M '--n ^-I" s+ [7.61<br />
5 L J<br />
^C^ /C^ ^C^ C<br />
Die Reaktionen heteroanaloger Carbonylverbindungen, die durch Ersatz des Kohlenstoffatoms<br />
durch Heteroatome entstehen, werden in Kapitel D.8. behandelt.<br />
Die Analogie zu den Reaktionen der Carbonylgruppe ist bei der Azomethingruppe am<br />
stärksten ausgeprägt. Da jedoch der Stickstoff weniger elektronegativ ist als der Sauerstoff,<br />
liegt die Reaktivität der Azomethingruppe im neutralen bzw. alkalischen Gebiet niedriger als<br />
die der Carbonylgruppe. Im sauren Gebiet dagegen steigt die positive Teilladung des Kohlenstoffs<br />
durch den starken -!-Effekt des protonierten Stickstoffs bedeutend an.<br />
[7.4]<br />
[7 - 5]
458 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Auch die Nitrilgruppe ist aus den gleichen Gründen wie die Azomethingruppe relativ reaktionsträge.<br />
Außerdem liegt die Reaktionsfähigkeit einer Dreifachbindung generell niedriger<br />
als die der Doppelbindung. Daher erfordern „Carbonylreaktionen" der Nitrilgruppe im allgemeinen<br />
kräftige Bedingungen und starke Katalysatoren.<br />
Die nucleophilen Reaktionspartner in Carbonylreaktionen lassen sich in drei große Gruppen<br />
einordnen, je nach der Art der Nucleophile bzw. in welcher Weise das die Nucleophilie<br />
bedingende Elektronenpaar in dem betreffenden Reagens enthalten ist bzw. freigesetzt werden<br />
kann. Wir teilen danach die Reaktionen der Carbonylverbindungen wie folgt ein:<br />
Reaktionen mit Heteroatom-Nudeophilen<br />
Reaktionen mit Kohlenstoff-Nucleophilen<br />
Reduktion von Carbonylverbindungen (Reaktionen mit H-Nucleophilen)<br />
7.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit Heteroatom-<br />
Nucleophilen<br />
Am einfachsten zu übersehen sind die Reaktionen der Carbonylverbindungen mit Nucleophilen<br />
(Lewis-Basen), die an einem Heteroatom ein freies Elektronenpaar aufweisen, z. B. Wasser,<br />
Alkohole, Amine und deren Abkömmlinge, Schwefelwasserstoff, Thiole usw. (H-Nu in<br />
[7.8] und [7.9]).<br />
In Tabelle 7.7 sind die wichtigsten Reaktionen von Carbonylverbindungen mit derartigen<br />
Heteroatom-Nucleophilen zusammengestellt.<br />
Tabelle 7.7<br />
Wichtige Reaktionen von Carbonylverbindungen mit Heteroatom-Nucleophilen<br />
C=O<br />
Aldehyde,<br />
Ketone<br />
C — r\ U<br />
C=O<br />
\ /OH<br />
+ H-O-H =^==^ C<br />
/ OH<br />
\ /OH +RQH(H 0 )<br />
• u n n — V* »<br />
+ MUK ^ U<br />
/ N OR ~ H2 °<br />
analog:<br />
+ H-S-R ^==<br />
Halbacetale<br />
\ / OH<br />
+ H2N-R ^== C LJ •<br />
/ NHR - H '°<br />
analog:<br />
+ H2N-OH<br />
+ H2N-NH-R<br />
"Aldehydammoniak"<br />
VOR<br />
/ X OR<br />
x SR<br />
/ X SR<br />
C=NR<br />
C=NOH<br />
C=N-NHR<br />
Hydrate<br />
Acetale<br />
Thioacetale<br />
Schiffsche Basen<br />
Oxime<br />
(substituierte)<br />
Hydrazone<br />
+ H2N-NH-CO-NH2 C=N-NH-CO-NH2 Semicarbazone
Tabelle 7.7 (Fortsetzung)<br />
D. 7.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit Heteroatom-Nucleophilen 459<br />
/CH /CHxQH<br />
/ C=O + H-NR2 ^==^ C LJ •<br />
/ / ^NR2 - H '°<br />
\ / OH \ PH<br />
C=O + S=O ^== C<br />
/ ONa X SO3Na<br />
R_/ + H-O-H ^r<br />
X<br />
X = Halogen,<br />
Acyloxy-<br />
analog:<br />
+ HOR' -<br />
+ HNR^ -<br />
(R 1 auch H)<br />
+ H2NOH R-C 7 -<br />
NHOH<br />
+ H2N-NH2<br />
+ (Na) ^C-R 1<br />
HO<br />
C| -
460 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Tabelle 7. 7 (Fortsetzung)<br />
o<br />
R-/<br />
OR 1<br />
+ H-O-H<br />
analog:<br />
O<br />
R-<<br />
OR'<br />
O<br />
R-<<br />
NR2<br />
(R' auch H)<br />
+ HOR"<br />
+ HNRS<br />
(R" auch H)<br />
+ H2N-NH2<br />
+ H2NOH<br />
+ R H -C 7<br />
+ H-O-H<br />
R-C 7 \ '«•<br />
HOR<br />
OH<br />
1<br />
analog:<br />
o<br />
// Hydrolyse von<br />
-R 1 OH \ Carbonsäureestern<br />
OH<br />
O Alkoholyse<br />
^ R-C 7 (Umesterung der<br />
QP" Säurekomponente)<br />
'? }<br />
~ R ~ C ^ NRS<br />
o<br />
— - R -4 NH-NH2<br />
/P<br />
^ D r<br />
•" K— U \NHOH<br />
Aminolyse zu<br />
Carbonsäureamiden,<br />
-hydraziden,<br />
Hydroxamsäuren<br />
Q O O Acidolyse v o n<br />
OH<br />
+ HNR2<br />
(R 1 auch H)<br />
R-CEN + H-O-H ^^<br />
analog:<br />
+ HCI<br />
+ HOR' ^^<br />
D X 7 j. D» o Carbonsäureestern<br />
— *" K—L/ + K — L/ .. . .<br />
\ \ (Umesterung der<br />
un UK Alkoholkomponente)<br />
O<br />
^ R-C 7 Hydrolyse der<br />
- NHRo \ Carbonsäureamide<br />
OH<br />
o<br />
// Veresterung von<br />
-H2O* \ Carbonsäuren<br />
OR 1<br />
// Amide aus Carbon-<br />
^ R — P<br />
1 ^ \ säuren<br />
NR^<br />
/X NH / NH 2 Carbonsäureamide<br />
R<br />
~Q^ — R ~Q ausNitrilen<br />
OH O<br />
©<br />
NH2<br />
Imidoester durch<br />
R-C Cl 0 OR<br />
Addition von<br />
1 Alkoholen an Nitrile<br />
Alle Carbonylverbindungen, auch die heteroanalogen (Nitrile, Azomethine), addieren<br />
Heteroatom-Nucleophile nach einem einheitlichen Schema unter Bildung eines gleichartigen<br />
Zwischenprodukts (I in 7.8] und 7.9]):
D. 7.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit Heteroatom-Nucleophilen 461<br />
— X\ (^ © -O - I - r-701<br />
HNu + X C=O ^- H-Nu-C-Qi ^==^ Nu-C-QH [7.8]<br />
/ I<br />
l II<br />
Das energiereiche Zwitterion I kann sich durch „innere" Neutralisation zu II stabilisieren.<br />
Im Additionsschritt entsteht aus der ebenen trigonalen Carbonylverbindung ein tetraedrisches<br />
Addukt (I bzw. II), in dem die Substituenten näher zusammenrücken müssen. Die Addition<br />
verläuft daher zunehmend schwerer, je voluminöser die Reste sind.<br />
Wie schon erörtert, kann die Additionsreaktion durch Säuren beschleunigt werden:<br />
©<br />
HNu + V C=O +Yl 0 ^== HNu-C-OH ^== Nu-C-OH + H® [7.9]<br />
/ I<br />
I II<br />
Die katalysierende Wirkung einer Säure wird um so notwendiger, je schwächer nucleophil<br />
das Reagens ist. Daher reagieren z. B. die stärker basischen Stickstoffverbindungen (Ammoniak,<br />
Amine, Hydroxylamin, Hydrazin usw.) ohne weiteres im neutralen oder sogar schwach<br />
basischen Gebiet mit Aldehyden und Ketonen. Alkohole und sehr schwache Stickstoffbasen,<br />
wie 2,4-Dinitro-phenylhydrazin, erfordern dagegen oft einen Zusatz von starken Säuren.<br />
Die Additionsprodukte II [7.8] und [7.9] sind relativ energiereiche Stoffe, die in vielen Fällen<br />
nicht beständig sind und leicht unter Abspaltung von Atomgruppen wieder in ein ungesättigtes<br />
System übergehen (Kondensationsschritt).<br />
Für die Addukte der Aldehyde und Ketone läßt sich folgendes allgemeines Reaktionsschema<br />
aufstellen:<br />
H ©<br />
Nu-C-OH + H® ^==^ Nu-C-O r 2 "• Nu^-C© — Nu=C = Nu^C [7.10]<br />
H + H 20 \ V,/ \ \<br />
II III IV<br />
Das Additionsprodukt II wird durch eine in der Lösung anwesende Säure (u. U. schon durch das<br />
Lösungsmittel) protoniert. Im Molekül sind zwei nucleophile Zentren vorhanden. Protonierung<br />
von Nu führt zur Rückreaktion (vgl. [7.9]) und interessiert deshalb hier nicht. Die Protonierung des<br />
Hydroxylsauerstoffs ergibt dagegen das Oxoniumion III, das sich (reversibel) durch Wasserabspaltung<br />
zum Carbenium-Oniumion IV mit delokalisierter positiver Ladung 1 ) stabilisiert.<br />
Daraus entsteht wie üblich (vgl. D.2. und D.3.) durch Abgabe eines Protons oder durch Addition<br />
eines in der Lösung vorhandenen (weiteren) Nucleophils das neutrale Endprodukt. Die verschiedenen<br />
Möglichkeiten werden an Ort und Stelle erörtert (z. B. [7.11], [7.13] und [7.24]).<br />
Bei den Reaktionen der Carbonsäurederivate verläuft der Kondensationsschritt prinzipiell<br />
gleichartig. Auf gewisse Besonderheiten wird später genauer eingegangen.<br />
Die Gesamtgeschwindigkeit einer Carbonylreaktion kann sowohl durch den Additionsschritt [7.8] als<br />
auch durch den Kondensationsschritt [7.!O] bestimmt werden. Bei Reaktionen mit stark nucleophilen Reagenzien<br />
(Ammoniak, aliphatische Amine, Hydroxylamin) verläuft im neutralen und basischen Medium die<br />
Addition [7.8] im allgemeinen schnell, und die Dehydratisierung [7.10] ist geschwindigkeitsbestimmend.<br />
Da dieser Schritt immer säurekatalysiert ist, wird die Reaktion durch Säurezusatz beschleunigt. Die Katalysatorsäure<br />
wirkt jedoch auch auf den nucleophilen Reaktionspartner, wobei dessen freie Elektronenpaare<br />
durch Salzbildung mehr oder weniger weitgehend blockiert werden. Diese Wechselwirkung erfolgt<br />
schon bei um so niedrigerer Säurekonzentration, je stärker basisch das reagierende Nucleophil ist. Durch<br />
die Salzbildung kann die Geschwindigkeit der Addition [7.8] so weit erniedrigt werden, daß dieser Schritt<br />
geschwindigkeitsbestimmend wird. Man beobachtet deshalb häufig, daß eine Carbonylreaktion bei einem<br />
bestimmten pH-Wert viel schneller verläuft als in stärker saurem oder stärker basischem Gebiet. Bei die-<br />
1 J Durch die Elektronendelokalisierung sind solche Kationen relativ energiearm und nehmen eine zentrale<br />
Stellung bei allen Carbonylreaktionen ein, vgl. z. B. auch die Mannich-Reaktion, D.7.2.L7.
462 D. 7. Reaktionen von Carbony l Verbindungen<br />
sem optimalen pH-Wert ergibt sich ein Wechsel im geschwindigkeitsbestimmenden Schritt der Reaktion:<br />
einerseits ist die Dehydratisierung [7.10] schon hinreichend beschleunigt, andererseits ist aber noch eine<br />
genügend hohe Konzentration an freier, nicht protonierter nucleophiler Komponente vorhanden. Das ist<br />
im allgemeinen in der Gegend des pKs-Wertes des nucleophilen Reagens der Fall.<br />
So besitzt die Reaktion von Phenol (pKs = 10,0) mit Formaldehyd (vgl. D.5.1.8.4.) ihre maximale<br />
Geschwindigkeit tatsächlich beim pH = 10 und sinkt bei höheren oder niedrigeren pH-Werten rasch ab.<br />
Ganz ähnlich ist die Geschwindigkeit der Umsetzung von Semicarbazid (pKs = 3,6) mit Furfural und Aceton<br />
beim pH ~ 4 am größten. Bei der Überführung von Carbonylverbindungen in Semicarbazone ist deshalb<br />
Semicarbazid-Hydrochlorid und Natriumacetat ein günstiges Reagens, während das Hydrochlorid<br />
allein zu sauer ist. Beim viel schwächer basischen 2,4-Dinitro-phenylhydrazin katalysiert dagegen die Essigsäure<br />
(pKs = 4,76) nur schwach, Mineralsäuren katalysieren jedoch stark.<br />
7.1.1. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen mit Aminoverbindungen<br />
Aldehyde und Ketone reagieren leicht mit den verschiedensten Stickstoffbasen (vgl. Tab. 7.7).<br />
Die Reaktion mit den am stärksten nucleophilen Vertretern, z. B. den primären und secundären<br />
Aminen, läuft im allgemeinen auch ohne Zusatz von Säuren ab (pKs-Werte der Nucleophile<br />
im Bereich von 9 bis 11). Das Additionsprodukt [7.11], II ist aus den schon genannten<br />
Gründen sehr unbeständig und im allgemeinen nicht isolierbar. Es geht im weiteren Verlauf<br />
der Reaktion in das Carbenium-Immonium-Ion IV über, das nun in verschiedener Weise ein<br />
stabiles Endprodukt bilden kann, je nachdem, ob sich am Stickstoffatom noch ein Proton<br />
befindet oder nicht (vgl. [7.11]).<br />
Aus primären Aminen bilden sich Azomethine oder Schiffsche Basen, aus secundären Aminen<br />
Enamine. Weshalb führen tertiäre Amine nicht zu einem stabilen Produkt?<br />
Die Abspaltung des Protons aus IV vom Stickstoff verläuft normalerweise viel leichter als<br />
vom /^-Kohlenstoff (warum?). Daher werden aus primären Aminen normalerweise keine Enamine<br />
gebildet. Wenn jedoch die Eliminierung vom Kohlenstoff z. B. dadurch begünstigt wird,<br />
daß sich ein System konjugierter Doppelbindungen ausbilden kann, werden auch mit Ammoniak<br />
und primären Aminen Enamine erhalten, z.B. aus Ammoniak und Acetessigestern die<br />
Aminocrotonsäureester (vgl. [7.12]).<br />
\_ \ Ie I _(C) \_ I<br />
NH + C=O ^== —N-C-Or ^== N-C-OH [7.1Ia]<br />
/ / - ^ i - / i -<br />
i n<br />
primäres Am in:<br />
I<br />
R-NH-C-QH + H^<br />
_.©<br />
I<br />
-NH^C ^== R-N=C + H^ [7.1Ib]<br />
U m IV Schiffsche Base<br />
secundäres Amin:<br />
l O<br />
-? H +HVH2O, A^CyH R2N /<br />
R2N-C-OH ~ R2N^C ^ ^=: C=C + H u 7.1Ic]<br />
| +H20,-H® ^\ / \<br />
U IV Enamin<br />
*) Die Protonierung am Stickstoffatom, die von vornherein bevorzugt erscheint, führt zur Rückbildung<br />
der Ausgangskomponenten (vgl. [7.9])
D. 7.1.1. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen mit Aminoverbindungen 463<br />
O NH2<br />
H3C-C-CH2-COOC2H5 + NH3 - H3C-C=CH-COOC2H5 + H2O [7.12]<br />
Bei der Reaktion secundärer Amine mit Aldehyden vom Typ des Benzaldehyds oder Formaldehyds entfallen<br />
beide Eliminierungsmöglichkeiten für ein Proton. Hier addiert sich an das Carbenium-Immoniumlon<br />
ein zweites Molekül Amin unter Bildung sog. „Aminale" (Aminoacetale), z. B.:<br />
JP OH +He_ 0^NR2 + NR2<br />
Ph-C + NHR2 ^==: Ph-CH - Ph-C ^f- Ph-CH [7.13]<br />
H NR2 +H2O1-H 0 X H - H NR2<br />
Die Aminale von Aldehyden mit a-ständigem Wasserstoff spalten bei erhöhter Temperatur<br />
ein Mol Amin ab und gehen in Enamine über.<br />
Die Azomethine aus Aldehyden und Anilin (Anile) bzw. aus Benzaldehyden und primären<br />
Aminen, die Oxime, Phenylhydrazone, Semicarbazone (vgl. Tab. 7.7), Azine 1 ) u. a. lassen sich<br />
zur Isolierung, Reinigung und Identifizierung von Carbonylverbindungen benutzen. Man formuliere<br />
die Darstellung der genannten Verbindungen! Weshalb erfordert die Bildung von<br />
p-Nitro- und 2,4-Dinitro-phenylhydrazonen Zusatz von Säure?<br />
Imine (aus Aldehyden und Ammoniak) und Azomethine aus aliphatischen Aldehyden und primären aliphatischen<br />
Aminen polymerisieren leicht bzw. geben aldolartige Kondensationsprodukte (vgl. D.7.2.I.3.).<br />
So liegt z. B. das Imin des Acetaldehyds als cyclisches Trimeres vor:<br />
OH<br />
H3C-CH=O + NH3 - H3C-CH H3C-CH=NH<br />
H3C H<br />
NH2<br />
HN NH<br />
3H3C-CH=NH _] \_<br />
/"N^ 3<br />
H3C H H<br />
Beim Formaldehyd geht diese Reaktion noch weiter, indem sich die Aminogruppen des Trimeren mit<br />
weiterem Aldehyd und Ammoniak zu Hexamethylentetramin (Urotropin) umsetzen:<br />
-'*"" HOCH2,N,C 2 N,CH2OH<br />
- I I<br />
H2C, /CH2<br />
H Y CH2OH<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Enaminen (Tab. 7.16)<br />
l mol Carbonylverbindung wird mit l ,2 mol Amin, 0,2 g p-Toluensulfonsäure (bei ß-Dicarbonylverbindungen<br />
als Katalysator l ml 85%ige Ameisensäure verwenden) und 200ml Toluen<br />
versetzt und am Wasserabscheider unter Rückfluß erhitzt. Bei gasförmigen Aminen verwendet<br />
man zur Kondensation des Rücklaufs einen Intensivkühler und leitet das Amin durch einen<br />
seitlichen Ansatz am Kolben ein. Wird kein Reaktionswasser mehr abgeschieden, schüttelt<br />
1 X /<br />
C = N-N=C * aus Hydrazin und 2 mol Carbonylverbindung<br />
[7.14]
464 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
man zur Beseitigung von Toluensolfonsäure die Toluenlösung nach dem Erkalten zweimal mit<br />
wenig Wasser aus 1 ), trocknet über Magnesiumsulfat, destilliert das Lösungsmittel ab und fraktioniert<br />
den Rückstand im Vakuum.<br />
Die Präparation ist auch im Halbmikromaßstab durchführbar. Man verwendet gegebenenfalls<br />
einen feiner graduierten Wasserabscheider (l bis 2 ml Inhalt) oder verzichtet auf die Messung<br />
des azeotrop destillierten Reaktionswassers. Die Menge des Schleppers im Verhältnis<br />
zum Ansatz kann dabei ohne weiteres vergrößert werden.<br />
Tabelle 7.76<br />
Enamine<br />
Produkt<br />
1 -Pyrrolidino-cyclopent-<br />
1-en<br />
1 -Morpholino-cyclopent-<br />
1-en<br />
1 -Pyrrolidino-cyclohex-<br />
1-en<br />
1 -Morpholino-cyclohex-<br />
1-en<br />
1 -Piperidino-cyclohex-<br />
1-en<br />
ß-Amino-crotonsäureethylesterß-Methylamino-crotonsäureethylesterß-Dimethylamino-crotonsäureethylesterß-Anilino-crotonsäureethylesterß-Benzylamino-crotonsäureethylester<br />
4-Amino-pent-3-en-2-on<br />
4-Benzylaminominopent-3-en-2-on<br />
Ausgangsverbindungen<br />
Cyclopentanon,<br />
Pyrrolidin<br />
Cyclopentanon,<br />
Morpholin<br />
Cyclohexanon,<br />
Pyrrolidin<br />
Cyclohexanon,<br />
Morpholin<br />
Cyclohexanon,<br />
Piperidin<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Ammoniak<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Methylamin<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Dimethylamin<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Anilin<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Benzylamin<br />
Acetylaceton,<br />
Ammoniak<br />
Acetylaceton,<br />
Benzylamin<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
85li3(io)<br />
107,^,2)<br />
H2i,6(12)<br />
n9i,3(io)<br />
113i,5(ii)<br />
1052,0(15)<br />
F 18 (Z-), 32(E-FOmI) 1 )<br />
106^1(I6)<br />
122i3(io)<br />
99Q1O1(O,!)<br />
!400,07(0,5)<br />
1142,0(15)<br />
F 39<br />
1832,3(1?)<br />
F 24<br />
ng<br />
1,5150<br />
1,5121<br />
1,5234<br />
1,5132<br />
1,5144<br />
1,5071<br />
1,5227<br />
1,5822<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
!) Bei der Destillation entsteht die niedrigschmelzende Modifikation, die sich beim Stehen in die höherschmelzende<br />
Form umwandelt.<br />
Enamine aus Aldehyden: DULOU, R.; ELKIK, E.; VEILLARD, A., Bull. Soc. Chim. France 1960,<br />
967.<br />
Die Darstellung von Azomethinen oder Enaminen spielt bei Synthesen organischer Verbindungen<br />
eine wichtige Rolle. Vor allem Stickstoffheterocyclen, die ebenfalls Azomethin- oder<br />
Enamingruppiemngen enthalten, lassen sich oft nach den hier beschriebenen Verfahren aufbauen,<br />
vgl. [7.17]:<br />
1 J Zugesetzte Ameisensäure braucht nicht ausgewaschen zu werden.<br />
75<br />
75<br />
75<br />
70<br />
75<br />
85<br />
85<br />
70<br />
80<br />
80<br />
70<br />
80
R^ ^O H2N,<br />
+<br />
O O<br />
+ NH3<br />
R<br />
f<br />
H2N'<br />
b<br />
K NH2<br />
HNiPh<br />
R<br />
D. 7.1.1. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen mit Aminoverbindungen 465<br />
-2H2O<br />
-2H2O N H<br />
Chinoxaline<br />
[7.17a]<br />
1-Phenyl-pyrazole [7.17b]<br />
Pyrrole [7.17c]<br />
Diese Reaktionen gestatten auch die Identifizierung und Unterscheidung von 1,2-, 1,3- und<br />
l,4-Dicarbonyl Verbindungen.<br />
Man informiere sich über die Synthese von Thiazolen nach HANTZSCH aus Thiocarbonsäureamiden<br />
und a-Halogen-aldehyden!<br />
Kondensationsprodukte von Aldehyden mit Ammoniak oder primären Aminen, vor allem das Hexamethylentetramin,<br />
besitzen als Vulkanisationsbeschleuniger und bei der Herstellung von Phenol-Formaldehyd-Harzen<br />
(vgl. D.5.1.8.4.) technische Bedeutung. Urotropin hat auch Bedeutung für die Synthese hochbrisanter<br />
Sprengstoffe (Hexogen, Oktogen). Wichtig sind weiterhin vor allem die bei der Umsetzung von<br />
Formaldehyd mit Harnstoff bzw. Melamin entstehenden Kunststoffe (Aminoplaste). Es bilden sich<br />
zunächst über sog. Methylolverbindungen (z.B. Methylolharnstoff [7.18], I) kettenförmige Polymere (III),<br />
die mit weiterem Formaldehyd dreidimensional vernetzte Hochpolymere (V) ergeben, z. B.:<br />
H2N-CO-NH2 — H2N-CO-NH-CH2OH<br />
— (—NH-CO-NH-CH2-)x<br />
III<br />
I<br />
(—NH-CO-N-CH2-)x<br />
CH2OH<br />
IV<br />
H2N-CO-NH-CH2-NH-CO-NH2<br />
II<br />
(—NH-CO-N-CH2-)x<br />
CH2<br />
(—NH-CO-N-CH2-)x<br />
V<br />
Semicarbazone, verschiedene substituierte Phenylhydrazone, Anile und viele Oxime sind<br />
gut kristallisierende, meist schwer wasserlösliche Verbindungen und dienen daher vor allem<br />
zur analytischen Charakterisierung und zur Isolierung von Aldehyden und Ketonen.<br />
Darstellung von Semicarbazonen (Allgemeine ArbeitsVorschrift für die qualitative Analyse)<br />
1. Alkoholische Lösung von Semicarbazidacetat 1 ): Man verreibt l g Semicarbazidhydrochlorid<br />
mit l g wasserfreiem Natriumacetat in einer Reibschale, überführt die Mischung in einen Kolben,<br />
kocht mit 10 ml absolutem Ethanol auf und filtriert heiß.<br />
2. Zum Filtrat gibt man etwa 0,2g der Carbonylverbindung, erwärmt 30 bis 60 Minuten auf<br />
dem Wasserbad, versetzt mit so viel Wasser, daß gerade eine bleibende Trübung auftritt, und<br />
J ) Weshalb verwendet man das Semicarbazidacetat und nicht direkt das Hydrochlorid?<br />
[7.18]
466 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
läßt langsam abkühlen, wobei das Semicarbazon auskristallisiert. Zur Reinigung kann nochmals<br />
aus Ethanol (oder wasserhaltigem Ethanol) umkristallisiert werden.<br />
Darstellung von 2,4-Dinitro-phenylhydrazonen (Allgemeine Arbeitsvorschrift für die qualitative<br />
Analyse)<br />
Zu 0,4 g 2,4-Dinitro-phenylhydrazin gibt man 2 ml konz. Schwefelsäure und anschließend unter<br />
gutem Rühren oder Schütteln tropfenweise 3 ml Wasser. Der warmen Lösung setzt man 10 ml<br />
95%igen Ethylalkohol zu. Zur Herstellung des 2,4-Dinitro-phenylhydrazons wird zu dieser<br />
frisch hergestellten Lösung unter Umschütteln ca. l ml einer 10- bis 20%igen ethanolischen<br />
Lösung der Carbonylverbindung zugegeben. Das Hydrazon fällt in der Regel nach 5 bis 10<br />
Minuten aus (in wenigen Fällen muß man über Nacht stehenlassen). Das ausgefallene 2,4-Dinitro-phenylhydrazon<br />
wird abgesaugt, gut mit Wasser gewaschen und aus Essigester, Dioxan<br />
bzw. Dioxan/Wasser oder Alkohol umkristallisiert.<br />
Bei den Dinitrophenylhydrazonen existieren mitunter Stereoisomere, so daß sich verschiedene<br />
Schmelztemperaturen ergeben können, worauf beim Studium der Literatur zu achten ist.<br />
Phenylhydrazone sind Zwischenprodukte der Fischerschen Indolsynthese (vgl. [9.44]). Sie<br />
sind auch über Benzendiazoniumsalze zugänglich (vgl. [8.34]).<br />
a-Hydroxy-aldehyde und -ketone reagieren mit Phenylhydrazin in der Kälte zunächst in der<br />
üblichen Weise zu Phenylhydrazonen, um dann in der Hitze mit weiterem Reagens in die Osazone<br />
überzugehen:<br />
i + 3 H2NNHPh i + H2NPh + NH3 + H2O [7.19]<br />
/ "OH ' ^NNHPh<br />
Die Osazonbildung wird hauptsächlich zur Abtrennung und Charakterisierung von Zuckern<br />
angewandt. Weshalb ergeben Glucose, Mannose und Fructose das gleiche Osazon?<br />
Darstellung von Osazonen (Allgemeine Arbeitsvorschrift für die qualitative Analyse)<br />
0,5 ml Phenylhydrazin werden mit 0,5 ml Eisessig in 2 ml Wasser bis zur klaren Lösung<br />
geschüttelt, wobei das essigsaure Salz entsteht. Zu dieser Lösung gibt man 0,2 g des betreffenden<br />
Zuckers, der in l ml Wasser gelöst wurde, und erhitzt 30 Minuten auf dem siedenden Wasserbad.<br />
Die Osazone von Monosacchariden beginnen schon nach kurzer Zeit auszufallen, während<br />
die Osazone von Disacchariden langsamer gebildet werden. Schließlich läßt man sehr<br />
langsam abkühlen, filtriert und kristallisiert aus Wasser oder Alkohol um.<br />
Die Schmelztemperaturen der Osazone liegen für die meisten Zucker innerhalb eines engen<br />
Bereichs, so daß die Unterscheidung zwischen ihnen schwierig ist. Man ziehe deshalb stets<br />
noch die Kristallform heran, indem man der Reaktionslösung einen Tropfen entnimmt und<br />
unter dem Mikroskop betrachtet.<br />
Mikrophotographien der typischen Kristallformen von Osazonen finden sich bei HASSID,<br />
W. Z.; McGREADY, R. M., Ind. Engng. Chem., Anal. Edit. 14 (1942), 683-686.<br />
Oxime haben niedrige Schmelztemperaturen und sind deshalb zur Charakterisierung von<br />
Carbonylverbindungen häufig weniger geeignet. Sie stellen jedoch wichtige Ausgangsverbindungen<br />
für die Beckmann-Umlagerung dar (vgl. D.9.I.2.4.). Die Oximbildung verwendet man<br />
auch zur quantitativen Bestimmung von Aldehyden und Ketonen, indem der bei der Reaktion<br />
gebildete Chlorwasserstoff titriert wird:<br />
C=O + H3NOH Cl 0 - C=NOH + H2O + HCI I 7 - 20 ]
D. 7. l.!. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen mit Aminoverbindungen 467<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Benzaldehyd-E-oximen (Tab. 7.21)<br />
In einem Gemisch aus 0,5 mol Aldehyd, 125 ml Wasser, 25 ml Ethanol, ca. 20Og Eis und<br />
0,55 mol Hydroxylaminhydrochlorid läßt man unter Rühren 1,25 mol Natronlauge als 50%ige<br />
wäßrige Lösung rasch zutropfen, wobei die Temperatur durch Eiszugabe auf 25-30 0 C gehalten<br />
wird. Nach einstündigem Rühren wird zweimal mit 150 ml Ether ausgeschüttelt, getrennt, die<br />
wäßrige Schicht mit konz. Salzsäure bei 25-3O 0 C auf pH = 6 gebracht und zweimal mit je 400<br />
ml Ether oder Dichlormethan ausgeschüttelt. Die vereinigten Extrakte werden mit CaCl2<br />
getrocknet und im Vakuum eingedampft. Das zurückbleibende Öl kristallisiert oder muß im<br />
Vakuum destilliert werden. Umkristallisiert wird aus verdünntem Ethanol.<br />
Tabelle 7.27<br />
Benzaldehyd- E-oxime<br />
Produkt<br />
Benzaldehydoxim<br />
3-Chlor-benzaldehydoxim<br />
4-Chlor-benzaldehydoxim<br />
3-Nitro-benzaldehydoxim<br />
2-Methoxy-benzaldehydoxim<br />
4-Trifluormethyl-benzaldehydoxim<br />
2,5,6-Trimethyl-benzaldehydoxim<br />
Ausgangsverbindung<br />
Benzaldehyd<br />
3-Chlor-benzaldehyd<br />
4-Chlor-benzaldehyd<br />
3-Nitro-benzaldehyd<br />
2-Methoxy-benzaldehyd<br />
4-Trifluormethyl-benzaldehyd<br />
2,5,6-Trimethyl-benzaldehyd<br />
F (bzw. Kp)<br />
in 0 C<br />
35JAPL904) H8<br />
62...Ö4<br />
106...108<br />
119...120<br />
91...93<br />
100..101<br />
125...127<br />
Ausbeute in %<br />
Quantitative Bestimmung von reaktionsfähigen Aldehyden oder Ketonen (Oximtitration) 1 )<br />
L Darstellung der Reagenslösung: 17,5g Hydroxylaminhydrochlorid werden in 50 ml Wasser<br />
gelöst und mit 200 ml Propanol versetzt. Als Indikator werden 2 ml einer 0,l%igen Bromphenolblaulösung<br />
in 20%igem Alkohol zugesetzt. Die erhaltene gelbe Lösung wird tropfenweise<br />
mit 20%iger wäßriger Kalilauge versetzt, bis der Farbton blaugrün ist. 20 ml dieser<br />
Lösung müssen bei Zusatz eines Tropfens 0,5 N Salzsäure nach Grüngelb, bei Zusatz von einem<br />
Tropfen 0,5 N Natronlauge nach Blau umschlagen.<br />
2. Titrationsvorschrift: Eine Substanzprobe, die etwa 0,02 bis 0,03 mol der Carbonylverbindung<br />
enthält, wird in 50 ml Reagenslösung gelöst und 30 Minuten verschlossen stehengelassen. Es<br />
tritt Gelbfärbung ein. Anschließend titriert man mit l N wäßriger Natronlauge bis zum Farbumschlag<br />
nach Blaurot.<br />
Dieser Umschlag ist oft nicht scharf erkennbar, daher werden für einen Blindwert 50 ml<br />
Reagenslösung etwa mit der gleichen Menge Wasser versetzt, wie Natronlauge verbraucht<br />
wurde und mit l N Natronlauge auf den gleichen Farbton wie oben titriert. Diesen Natronlaugeverbrauch<br />
zieht man von demjenigen des Hauptversuchs ab.<br />
3. Berechnung<br />
n M<br />
Prozent Carbonylverbindung =<br />
n Unterschied zwischen Haupt- und Blindversuch in ml l N Natronlauge; M Molmasse der Carbonylverbindung;<br />
a Einwaage in g<br />
Wie aus der Gleichung ersichtlich ist, kann die Methode gleichfalls zur Bestimmung der<br />
Molmasse (Äquivalentmasse) herangezogen werden.<br />
1 J VgI. HOUBEN-WEYL, Bd. 2 (1953), S. 458<br />
85<br />
65<br />
86<br />
83<br />
84<br />
67<br />
40
468 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Azomethine, Oxime, Hydrazone, Enamine usw. lassen sich in Umkehrung ihrer Bildung<br />
durch wäßrige Säuren wieder hydrolysieren (vgl. [7.11]). Die Hydrolyse kann auch als säurekatalysierte<br />
Addition von Wasser an eine heteroanaloge Carbonylverbindung aufgefaßt werden:<br />
^^X\ /"~~N n \ NHR \ NHR ^<br />
HOH + N C=NR + X H U ^^ C ^=^ C +YT ist identisch mit [7.22]<br />
/ / X OH2 / X OH [7.1 Ia], II<br />
I Il<br />
Neben dem für die Caprolactamsynthese wichtigen Cyclohexanonoxim (vgl. D.9.1.2.4.) hat das Cyclododecanonoxim<br />
technische Bedeutung für die Herstellung von Polyamidfasern. Einige Oxime dienen als<br />
Insektizide (Butocarboxim, 3-Methylthio-butan-2-on-O-methylcarbamoyloxim) oder als Pharmazeutika<br />
(Obidoximchlorid, l,r-(Oxydimethylen)-bis(4-formylpyridiniumchlorid)-dioxim, Parasympatikolytikum).<br />
7.1.2. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen mit Wasser und Alkoholen<br />
Bei der Umsetzung von Aldehyden und Ketonen mit Wasser besteht keine andere Möglichkeit<br />
der Stabilisierung der primären Additionsprodukte („Hydrate") als der Zerfall in die Komponenten:<br />
\ \ / OH<br />
C=O + HOH ^== Cx [7.23]<br />
Das Gleichgewicht liegt im allgemeinen weit auf der Seite der Ausgangsprodukte, und zwar<br />
um so mehr, je geringer die Reaktivität der Carbonylverbindung, d. h., je kleiner die positive<br />
Teilladung am Carbonylkohlenstoff ist. Aldehyde liegen daher im Unterschied zu Ketonen in<br />
wäßriger Lösung z. T. hydratisiert vor, besonders weitgehend der sehr reaktionsfähige Formaldehyd.<br />
Die geminalen Diole lassen sich jedoch in der Regel ebensowenig wie die Aminohydroxyverbindungen<br />
([7.11], II) isolieren.<br />
-I/-M-Gruppen erhöhen die Reaktivität der Carbonylverbindung und begünstigen dadurch die Bildung<br />
der Hydrate unter Umständen so weit, daß diese stabil und isolierbar werden, z. B. bei Chloral, Glyoxylsäure,<br />
Mesoxalsäure, Ninhydrin. Man diskutiere diese Beispiele! Welche Ketogruppe im Ninhydrin wird<br />
hydratisiert?<br />
Entsprechendes gilt auch für die Stabilität von Aminohydroxyverbindungen und Halbacetalen (s. u.). So<br />
ist das „Aldehydammoniak" des Chlorais bekannt; Glyoxylsäureester und auch Chloral geben stabile<br />
Halbacetale.<br />
Mit Alkoholen bilden Aldehyde und Ketone, oft schon ohne zusätzlichen sauren Katalysator,<br />
entsprechend dem allgemeinen Additionsschema zunächst Halbacetale ([7.24, I]). In<br />
Gegenwart starker Säuren führt die Reaktion weiter zum Acetal:<br />
\ \ ,OU +H®,-H2O \ +ROH^ \ /OR \ /OR<br />
C=O + ROH — C ~ C-OR =^ A© — A + H° [7.24]<br />
/<br />
/ OR<br />
i n m<br />
Diese Umsetzung ist mit der Bildung der Aminale [7.13] vergleichbar.<br />
Die entsprechend der Enaminbildung [7.1Ib] ebenfalls zu erwartende Stabilisierung des Carbenium-<br />
Oxonium-Ions II zu einem Enolether erfolgt hier im allgemeinen nicht, da der Alkohol eine zu schwache<br />
Base ist, um die Eliminierung eines Protons vom ß-Kohlenstoffatom der Carbonylverbindung zu bewirken.<br />
1 )<br />
} Enolether sind dagegen durch saure Alkoholabspaltung aus Acetalen (vgl. Tab. 3.32) und durch Alkoholaddition<br />
an Acetylene (vgl. Tab. 4. 50) zugänglich.
D. 7.1.2. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen mit Wasser und Alkoholen 469<br />
Die Acetalisierung von Carbonylverbindungen mit einwertigen Alkoholen in Gegenwart<br />
wasserfreier Mineralsäuren gelingt nur bei den Aldehyden einigermaßen glatt, weil das Gleichgewicht<br />
hier ziemlich weit auf der rechten Seite liegt. Ketone lassen sich auf diese Weise nur<br />
mit schlechten Ausbeuten oder überhaupt nicht umsetzen. (Man erkläre diese Tatsache!) Um<br />
das Gleichgewicht zu verschieben, müssen wasserbindende Mittel zugesetzt werden. Zur Darstellung<br />
der Diethylacetale nutzt man hierzu gern den Orthoameisensäuretriethylester, der<br />
selbst ein besonders leicht hydrolysierbares Acetal (eines Carbonsäureesters) ist:<br />
OEt O<br />
H-C-OEt + H2O =-=: H-C + 2 EtOH [7.25]<br />
OEt OEt<br />
Für die Darstellung von Dimethylacetalen kann Dimethylsulfit als wasserbindendes Mittel<br />
zugesetzt werden. Bei der Hydrolyse dieses gegen Wasser empfindlichen Esters entweicht das<br />
sich bildende gasförmige Schwefeldioxid, so daß Dimethylsulfit nicht zurückgebildet werden<br />
kann.<br />
Für die Acetalisierung a,ß-ungesättigter Carbonylverbindungen müssen spezifische Bedingungen eingehalten<br />
werden, da sich der Alkohol außerdem leicht an die reaktionsfähige aktivierte Doppelbindung<br />
addieren kann, wobei Acetale von ß-Alkoxy-carbonylverbindungen entstehen.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Diethylacetalen (Tab. 7.26)<br />
Zu einer warm hergestellten Lösung von l g Ammoniumnitrat in 0,2 mol absolutem Ethanol T«<br />
werden 0,2 mol des betreffenden Aldehyds oder Ketons und 0,2 mol Orthoameisensäuretri- -^<br />
ethylester gegeben und nach gutem Durchmischen unter Feuchtigkeitsausschluß stehengelas- Q<br />
sen. Die Reaktionszeit bei Aldehyden beträgt 6 bis 8 Stunden. Bei Ketonen verwendet man L<br />
statt des Ammoniumnitrats 0,1 ml konz. Salzsäure und läßt 16 Stunden stehen. Dann wird vom<br />
Salz abfiltriert, mit Piperidin oder Pyrrolidin alkalisiert und über eine Kolonne destilliert. Der<br />
gebildete Ameisensäureester geht im Vorlauf über. Sofern das Acetal einen ähnlichen Siedepunkt<br />
wie Ethanol aufweist, muß vor der Destillation mit verdünnter Natriumcarbonatlösung<br />
ausgewaschen und mit Kaliumcarbonat getrocknet werden.<br />
Tabelle 7.26<br />
Diethylacetale mittels Orthoameisensäuretriethylester<br />
Produkt<br />
Acetaldehyddiethylacetal 1 )<br />
Propionaldehyddiethylacetal 1 )<br />
Butyraldehyddiethylacetal<br />
Benzaldehyddiethylacetal<br />
Acroleindiethylacetal<br />
Crotonaldehyddiethylacetal<br />
Hglinaldehyddiethylacetal<br />
Hexan-2-ondiethylacetal<br />
Acetophenondiethylacetal<br />
Cyclohexanondiethylacetal<br />
l ) Alkohol auswaschen (s. Vorschift)<br />
Ausgangsverbindung<br />
Acetaldehyd<br />
Propionaldehyd<br />
Butyraldehyd<br />
Benzaldehyd<br />
Acrolein<br />
Crotonaldehyd<br />
2,3-Dimetyl-acrolein<br />
(Tiglinaldehyd)<br />
Hexan-2-on<br />
Acetophenon<br />
Cyclohexanon<br />
Kp<br />
in 0 C<br />
102<br />
123<br />
114<br />
97i,6(i2)<br />
123<br />
146<br />
159<br />
692,4(i8)<br />
1121,602)<br />
73i,7(i3)<br />
« 2 D°<br />
1,3808<br />
1,3897<br />
1,3965<br />
1,4800<br />
!,4O! 2<br />
1,4097<br />
!,4233<br />
i, 4109<br />
!,4805<br />
1, 4440<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Da in Gleichgewichten sowohl Hin- als auch Rückreaktion stets durch den gleichen Katalysator<br />
beschleunigt werden, lassen sich Acetale durch verdünnte Säuren leicht wieder in die<br />
Ausgangsprodukte spalten ([7.24]), Rückreaktion). Die Hydrolyse gelingt besonders leicht bei<br />
65<br />
70<br />
75<br />
95<br />
75<br />
65<br />
79<br />
75<br />
90<br />
95
470 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
den sich schwer bildenden Acetalen, die oft so wasserempfindlich sind, daß sie als wasserentziehendes<br />
Mittel bei chemischen Reaktionen eingesetzt werden können. Formaldehydacetale<br />
sind dagegen verhältnismäßig hydrolysebeständig.<br />
Auch die Enolether werden leicht sauer hydrolysiert. Man formuliere die Reaktion analog<br />
[7.11] (vgl. auch [4.51]). Die cyclischen Enolether 3,4-Dihydro-2H-pyran (vgl. [9.2O]) und<br />
2-Alkoxy-3,4-dihydro-2H-pyran (vgl. Tab. 4.99) ergeben dabei (5-Hydroxy-valeraldehyd bzw.<br />
Glutaraldehyd:<br />
Etcr<br />
H2O ^- EtOH + [7.27]<br />
^*\ s/ ^ ^<br />
Im alkalischen Medium dagegen sind Acetale stabil (warum?). Sie übertreffen in ihrer<br />
Beständigkeit gegen alkalische und oxidierende Reagenzien die Carbonylverbindungen bei<br />
weitem, so daß man sich der Acetalbildung zur zeitweiligen Blockierung der Carbonylfunktion<br />
bedient. Für diesen Zweck werden bevorzugt die Ethylenacetale 1 ) verwendet:<br />
\ HO ^ru \ O-nu<br />
V0 + ?" 2 ^ V J" 2 + H2O [7.28]<br />
Bei diesen cyclischen Acetalen liegt das Acetalisierungsgleichgewicht wesentlich günstiger<br />
als bei der Umsetzung von Carbonylverbindungen mit einwertigen Alkoholen. Das zeigt sich<br />
auch in ihrer großen Hydrolysebeständigkeit.<br />
Die Acetalisierung mit einer geeigneten Carbonylverbindung kann man andererseits auch<br />
zum Schutz von OH-Gruppen verwenden. Ein Beispiel dieser Art ist die technisch wichtige<br />
Mehrstufensynthese der L-Ascorbinsäure (Vitamin C) aus o-Glucose bzw. L-Sorbose, bei der<br />
vor einem Oxidationsschritt vier OH-Gruppen durch Acetalisierung mit Aceton geschützt werden(vgl.<br />
[6.43a]).<br />
Die oben erwähnten Ethylenacetale (1,3-Dioxolane) werden meist unter azeotroper Entfernung<br />
des Reaktionswassers dargestellt. Ebenso glatt wie einfache Ketone reagieren auch Oxosäuren<br />
bzw. Oxosäureester, Aminoketone (als Hydrochloride), Hydroxyketone und a-Halogenketone.<br />
Die Wahl des Schleppers hängt vor allem von der zweckmäßigen Reaktionstemperatur ab<br />
sowie von der Siedetemperatur des zu acetalisierenden Stoffes. So kann selbst Aceton in das<br />
Dioxolan übergeführt werden, wenn man mit Methylendichlorid schleppt, wobei in diesem<br />
Falle außerdem zweckmäßigerweise eine Kolonne zwischen Wasserabscheider und Reaktionskolben<br />
geschaltet wird.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Ethylenacetalen (Dioxolane; Tab. 7.29)<br />
l mol des Ketons oder Aldehyds wird mit 1,2 mol reinem Ethylenglycol und 0,1 g p-Toluensulfonsäure<br />
oder 85%iger Phosphorsäure in 150 ml Toluen oder Xylen, Chloroform, Trichlorethylen<br />
oder Methylendichlorid am Wasserabscheider unter Rückfluß gekocht, bis sich kein Reaktionswasser<br />
mehr bildet. Danach kühlt man ab, wäscht sorgfältig mit verdünnter Lauge und<br />
mit Wasser, trocknet mit Kaliumcarbonat und destilliert.<br />
Die Präparation kann auch im Halbmikromaßstab durchgeführt werden (vgl. auch D.7.1.1.,<br />
Darstellung von Enaminen).<br />
1 J Ethylenacetale werden auch als 1,3-Dioxolane bezeichnet.
Tabelle 7.29<br />
Ethylenacetale (Dioxolane)<br />
Produkt<br />
Benzaldehydethylenacetal<br />
3-Nitro-benzaldehydethylenacetal 1 )<br />
Cyclopentanonethylenacetal<br />
Cyclohexanonethylenacetal<br />
Cholest-5-en-3-onethylenacetal<br />
Ethylmethylketonethylenacetal 2 )<br />
3,3-Dimethyl-butan-2-onethylenacetal<br />
Mesityloxidethylenacetal<br />
Acetessigsäureethylesterethylenacetal<br />
3 )<br />
D. 7.1.2. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen mit Wasser und Alkoholen 471<br />
Ausgangsverbindung<br />
Benzaldehyd<br />
3-Nitro-benzaldehyd<br />
Cyclopentanon<br />
Cyclohexanon<br />
Cholest-4-en-3-on<br />
Ethylmethylketon<br />
3,3-Dimethyl-butan-<br />
2-on (Pinacolon)<br />
Mesityloxid<br />
Acetessigsäureethylester<br />
Kp<br />
in 0 C<br />
H0i,9(14)<br />
F 58 (EtOH)<br />
572,4(i8)<br />
73 IJ(1 3)<br />
F 135,<br />
[a] J? -31, 4° (in ChIt)<br />
116<br />
147<br />
156<br />
1002,3(17)<br />
n 2 ?<br />
1,5267<br />
1,4481<br />
1,4583<br />
1,4097<br />
1,4236<br />
1,4396<br />
1,4326<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
1<br />
J Mit Xylen schleppen; kristallisiert direkt aus der gewaschenen und eingeengten Lösung beim Kühlen<br />
auf O 0 C.<br />
2<br />
) Mit Methylenchlorid schleppen.<br />
3<br />
) Eisen(III)-chloridreaktion muß negativ sein.<br />
Acetale sind in der Natur sehr weit verbreitet. So liegen die Monosaccharide als innere Halbacetale vor,<br />
die je nach der Größe des bei der Acetalisierung gebildeten Ringes als Pyranosen oder Furanosen bezeichnet<br />
werden (vgl. D.6.5.2.). Durch die Acetalbildung wird das Kohlenstoffatom l asymmetrisch, so daß zwei<br />
Stereoisomere entstehen 1 )' 2 ), z. B.:<br />
a-D-Glucose<br />
CHO<br />
H-C-OH<br />
HO-C-H<br />
H-C 1 OH<br />
H-C-OH<br />
l 6<br />
CH2OH<br />
HO HO<br />
,OH<br />
HO<br />
ß-D-Glucose<br />
90<br />
95<br />
90<br />
90<br />
80<br />
90<br />
90<br />
85<br />
87<br />
[7.30]<br />
Die Stellung der Hydroxylgruppe am Kohlenstoff l läßt sich mit Hilfe der Borsäureester bestimmen<br />
(vgl. [2.56]).<br />
Beim Umsatz der Monosaccharide mit Alkoholen in Gegenwart von Säuren erhält man cyclische Acetale,<br />
die als Glycoside bezeichnet werden, z. B.:<br />
OH OH<br />
HO OH<br />
+ MeOH H2O [7.31]<br />
H0 OMe<br />
a-D-Methylglucosid<br />
Ist der acetalisierende Alkohol selbst ein Zucker, so entstehen Di-, Tri- bzw. Polysaccharide. Man informiere<br />
sich über die Struktur von Saccharose (Rohr-, Rübenzucker) und Lactose (Milchzucker)! Warum ist<br />
Rohrzucker ein nichtreduzierender Zucker und zeigt keine Carbonylreaktionen? Man informiere sich ferner<br />
über die Bildung von Maltose und Cellobiose durch schonende Hydrolyse von Stärke bzw. Cellulose<br />
sowie über die technische Gewinnung von Glucose aus Stärke und die „Holzverzuckerung"!<br />
1 J In der Konformationsformel der Glucose sind alle großen Gruppen (OH, CH2OH) an den C-Atomen<br />
2 bis 5 äquatorial angeordnet; die OH-Gruppe am C-Atom l steht dann in der a-Glucose axial, in der<br />
ß-Glucose äquatorial!<br />
2 ) Man informiere sich in diesem Zusammenhang über Mutarotation!
472 D. 7. Reaktionen von Carbony l Verbindungen<br />
Acetale niederer Aldehyde (Dimethoxyethan, Solvenom M) verwendet man beispielsweise als Celluloselösungsmittel.<br />
Acetale ungesättigter Aldehyde (Acrolein) sind Fungizide und Mikrobiozide. Wichtig sind<br />
die Acetale polymerer Alkohole als synthetische Plaste. Als Zwischenschicht bei Sicherheitsgläsern verwendet<br />
man das Acetal aus Polyvinylalkohol und Buryraldehyd. Acetale höherer Aldehyde nutzt man<br />
wegen ihrer Alkalibeständigkeit zum Parfümieren von Seifen. Formaldehyddimethylacetal wird als<br />
Lösungsmittel für Grignardreaktionen (s. D.7.2.2.), zur Entparaffinierung von Mineralölen bei der<br />
Schmierstoffherstellung und als Extraktionsmittel bei der Gewinnung von Riechstoffen aus Naturprodukten<br />
eingesetzt. Acetale aromatischer Aldehyde werden teilweise als Duftstoffe genutzt, z. B. Phenylacetaldehyddimethylacetal<br />
als Rosenduft.<br />
7.1.3. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen zu Thioacetalen<br />
und Bisulfitaddukten<br />
In Analogie zur Bildung der Acetale reagieren Aldehyde und Ketone mit Thiolen zu Thioacetalen<br />
>C(SR)2. Die Addition verläuft infolge der größeren Nucleophilie des Reagens (vgl.<br />
D.2.2.2.) wesentlich leichter als die der Alkohole, während umgekehrt die Hydrolyse nur<br />
schwer gelingt. Mit Ethan-l,2-dithiol entstehen z.B. die Thioethylenacetale (Dithiolane) so<br />
leicht, daß keine azeotrope Destillation notwendig ist.<br />
Die Reaktion hat Bedeutung zur milden Reduktion von Ketonen zu Kohlenwasserstoffen,<br />
in die die Dithiolane unter der Einwirkung von Raney-Nickel (mit adsorbiertem Wasserstoff)<br />
übergehen:<br />
/ ~ -H2O /Y<br />
Aldehyde und eine Anzahl von Ketonen ergeben mit konzentrierter wäßriger Natriumhydrogensulfitlösung<br />
sog. Bisulfit-Additionsverbindungen, z. B.:<br />
[7.33]<br />
Sterisch gehinderte Aldehyde und Ketone und aromatische Ketone reagieren nicht. Im<br />
Alkalihydrogensulfit hat das Schwefelatom die größte Nucleophilie, es entstehen also die<br />
Natriumsalze von a-Hydroxy-sulfonsäuren. Als Salze sind diese Verbindungen allgemein gut in<br />
Wasser löslich, schwerer jedoch in konzentrierter „Bisulfi tlauge" und in Alkohol und praktisch<br />
nicht in Ether.<br />
Die Bildung der Bisulfitverbindungen wird häufig zur Abtrennung bzw. Reinigung von<br />
Aldehyden und Ketonen verwendet (vgl. z. B. Tab. 5.56).<br />
Die Spaltung der Additionsverbindung gelingt leicht durch Erwärmen mit Sodalösung oder<br />
verdünnter Säure. Man muß dabei gegebenenfalls auf die Alkali- bzw. Säureempfindlichkeit<br />
mancher Carbonylverbindungen Rücksicht nehmen, z. B. indem man den gebildeten Aldehyd<br />
gleich mit Wasserdampf aus der Lösung abdestilliert.<br />
7.1.4. Reaktionen von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten<br />
mit Heteroatom-Nucleophilen<br />
Eine gewisse Besonderheit der Reaktionen von Carboxylderivaten mit Nucleophilen besteht<br />
darin, daß sich das primäre Additionsprodukt ([7.34], II, [7.35], II) des Nucleophils an die Carbonylgruppe<br />
in keinem Falle isolieren läßt, sondern daß sich immer ein Kondensationsschritt<br />
anschließt, der wiederum zu einem Säurederivat führt. Das hat seinen Grund darin, daß die<br />
Carboxylderivate energieärmer als die entsprechenden Aldehyde und Ketone sind, da die Car-
D. 7.! .4. Reaktionen von Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten mit... 473<br />
bonylgruppe in Säurederivaten durch die zusätzlich gebundene mesomeriefähige Gruppe stabilisiert<br />
wird 1 ) (vgl. [7.3]). Die durch Addition des Nucleophils entstandene tetraedrische Zwischenverbindung<br />
ist deshalb noch mehr als bei den Aldehyden und Ketonen bestrebt, in das<br />
energiearme Endprodukt überzugehen.<br />
Die Umsetzungen der Carbonsäureabkömmlinge können entsprechend dem allgemeinen<br />
Schema [7.8] bis [7.10] folgendermaßen formuliert werden:<br />
co 191° H© cl? |G ye o<br />
I bzw. II -» III ablaufen:<br />
o<br />
R-C + HNu<br />
X<br />
OH<br />
^==^ R-C-Nu ^==<br />
i<br />
X<br />
II<br />
O<br />
R-C<br />
Nu<br />
III<br />
+ HX<br />
i Daher rührt auch ihre geringere Reaktivität (mit Ausnahme der Säurehalogenide), vgl. [7.3].<br />
[7.38]
474 D. 7. Reaktionen von Carbony!Verbindungen<br />
Es ist vorauszusehen, daß bevorzugt das energieärmere, d. h. in der Reaktivitätsreihe [7.3]<br />
weiter links stehende Carboxylderivat gebildet wird.<br />
So läßt sich im allgemeinen ein Carbonsäureester mit Aminen in Carbonsäureamide überführen,<br />
während die Reaktion von Carbonsäureamiden mit Alkoholen bedeutend schwerer<br />
gelingt.<br />
Bei den Umsetzungen der besonders reaktionsfähigen, energiereichen Carbonsäurechloride<br />
und -anhydride mit Wasser, Alkoholen und Aminen liegt das Gleichgewicht so weit auf der<br />
rechten Seite, daß unter normalen Bedingungen keine Rückreaktion beobachtet wird. Es<br />
gelingt also sehr leicht und mit hoher Ausbeute, etwa ein Säurechlorid in den Ester überzuführen,<br />
dagegen läßt sich die Umsetzung eines Carbonsäureesters oder -amids mit Chlorwasserstoff<br />
zu einem Säurechlorid nicht bewerkstelligen.<br />
Sind die Reaktivitätsunterschiede von Ausgangsprodukt ([7.38], I) und Endprodukt (III)<br />
geringer, wie z.B. zwischen Carbonsäureestern, -amiden und Carbonsäuren, so liegt das<br />
Gleichgewicht nicht so ausgeprägt auf der einen Seite. Man kann dann auf die übliche Weise,<br />
z. B. durch Entfernen eines Reaktionsproduktes oder durch einen großen Überschuß des Reagens,<br />
das erwünschte Carboxylderivat in hohen Ausbeuten erhalten.<br />
7.1.4.1. Darstellung von Estern durch Alkoholyse von Carbonsäuren<br />
und Carbonsäurederivaten<br />
Die wichtigste Methode zur Darstellung von Carbonsäureestern ist die direkte Veresterung<br />
der freien Säuren (Alkoholyse von Carbonsäuren). Infolge der geringen Carbonylaktivität<br />
reagieren Carbonsäuren im allgemeinen nur langsam mit Alkoholen. Durch Zusatz starker<br />
Säuren (Schwefelsäure, wasserfreier Chlorwasserstoff, Sulfonsäuren, saure Ionenaustauscher)<br />
kann die Veresterung erheblich beschleunigt werden:<br />
R'-Ö-H + R-C; + H^ — R-C-OH ^==- R-C [7.39]<br />
X -__^ X OH<br />
Weshalb ist eine basische Katalyse nicht möglich?<br />
Die Veresterungsgeschwindigkeit einer Carbonsäure ist erwartungsgemäß um so höher, je stärker<br />
positiviert ihr Carbonylkohlenstoff ist, d. h., je höher ihre Acidität ist. So reagieren Ameisensäure,<br />
Oxalsäure, Brenztraubensäure auch ohne zusätzlichen Katalysator hinreichend rasch.<br />
Sterische Verhältnisse haben auf die Veresterung einen starken Einfluß. Mit steigender Raumfüllung<br />
des mit der Carboxylgruppe verbundenen Alkylrests und mit steigender Raumfüllung des<br />
zu veresternden Alkohols sinkt die Veresterungsgeschwindigkeit. Aus diesem Grunde lassen sich<br />
in «-Stellung verzweigte aliphatische und in o-Stellung substituierte aromatische Carbonsäuren<br />
nur langsam und mit schlechten Ausbeuten umsetzen. Auch die Alkohole reagieren vom primären<br />
zum tertiären zunehmend schwerer; darüber hinaus steigt unter den Reaktionsbedingungen (stark<br />
saures Medium) die Tendenz zur Bildung von Ethern bzw. Olefinen aus dem Alkohol in derselben<br />
Reihe an (vgl. D.2.5. und D.3.1.1.1.). Es gelingt daher allenfalls nur mit sehr niedrigen Ausbeuten,<br />
Ester tertiärer Alkohole durch direkte Veresterung darzustellen.<br />
Nach den obigen Ausführungen ist es verständlich, daß das Veresterungsgleichgewicht<br />
[7.39] von vornherein nicht besonders günstig liegt. Es kann nach rechts verschoben werden,<br />
indem man eine Ausgangskomponente, meist den billigeren Alkohol, in 5- bis 10-fachem Überschuß<br />
einsetzt oder indem man dem Reaktionsgemisch die Umsetzungsprodukte Wasser oder<br />
Ester ständig entzieht.
D. 7. l .4. l. Darstellung von Estern durch Alkoholyse von Carbonsäuren und ... 475<br />
Im einfachsten Fall wird das gebildete Wasser von der zugesetzten Katalysatorsäure (Schwefelsäure,<br />
Chlorwasserstoff) gebunden. Die Entfernung des Wassers durch azeotrope Destillation<br />
ist vor allem bei empfindlichen Verbindungen vielfach vorteilhafter, da hier kleinere<br />
Mengen auch weniger aggressiver Katalysatoren verwendet werden können. Die Wahl des<br />
Schleppers richtet sich nach der Siedetemperatur der am tiefsten siedenden organischen Komponente.<br />
Für die Darstellung von Ethylestern und Propylestern ist Chloroform oder Tetrachlorkohlenstoff<br />
brauchbar. 1 ) Höhere Alkohole ab Butanol bilden selbst Azeotrope mit Wasser,<br />
so daß kein weiterer Schlepper zugesetzt werden muß.<br />
Bei der sog. extraktiven Veresterung wird der gebildete Ester von einem Lösungsmittel, das<br />
nur sehr wenig Wasser löst, selektiv aus dem Reaktionsgemisch herausgelöst. Die Methode ist<br />
vor allem für die Darstellung von Carbonsäuremethylestern 2 ) geeignet, bei der die azeotrope<br />
Veresterung mit einfachen Mitteln meist nicht gelingt. (Methanol destilliert mit dem Schlepper<br />
in solcher Menge, daß sich die Phasen im Wasserabscheider in der Regel nicht trennen.)<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Veresterung von Carbonsäuren (Tab. 7.40)<br />
A. Bindung des Reaktionswassers durch wasserentziehende Mittel "•<br />
l mol Carbonsäure (bei Dicarbonsäuren 0,5 mol) und 5 mol des betreffenden Alkohols 3 ) werden v<br />
mit 0,2 mol konz. Schwefelsäure versetzt und 5 Stunden unter Rückfluß und Feuchtigkeitsaus- Q<br />
schluß gekocht. Bei den empfindlicheren secundären Alkoholen arbeitet man besser nicht mit L<br />
Schwefelsäure als Katalysator, sondern leitet in die siedende Mischung Chlorwasserstoff bis zur<br />
Sättigung ein und erhöht die Reaktionsdauer auf 10 Stunden. Danach wird die Hauptmenge des<br />
überschüssigen Alkohols über eine 20-cm-Vigreux-Kolonne abdestilliert (Vorsicht, Rückstand<br />
nicht überhitzen!) und der Destillationsrückstand in die 5 fache Menge Eiswasser gegeben. Man<br />
trennt die organische Schicht ab und ethert noch dreimal aus. Die vereinigten organischen Schichten<br />
werden mit konz. Sodalösung entsäuert, mit Wasser neutral gewaschen, über Calciumchlorid<br />
getrocknet und destilliert.<br />
Die Präparation ist auch für den Halbmikromaßstab geeignet.<br />
B. Azeotrope Veresterung<br />
l mol der Carbonsäure (bei Dicarbonsäuren 0,5 mol) wird mit 1,75 mol Alkohol (braucht nicht<br />
wasserfrei zu sein), 5g konz. Schwefelsäure, Toluensulfonsäure, Naphthalensulfonsäure oder<br />
5 g frisch mit Wasserstoffionen beladenem saurem Ionenaustauscher 4 ) (z. B. Amberlite IRA-<br />
118) und 100 ml Chloroform oder Tetrachlorkohlenstoff versetzt und am Wasserabscheider<br />
unter Rückfluß erhitzt, bis sich kein Wasser mehr abscheidet.<br />
Bei der Veresterung von Hydroxysäuren, «,^-ungesättigten Säuren und bei Veresterungen<br />
mit secundären Alkoholen arbeitet man besser nicht mit Schwefelsäure als Katalysator, um<br />
Nebenreaktionen zurückzudrängen (welche?). Bei der Verwendung eines Ionenaustauschers<br />
wird mechanisch gerührt, da die Flüssigkeit sonst stößt.<br />
Nach Beendigung der Reaktion läßt man abkühlen und wäscht die Katalysatorsäure mit<br />
Wasser, wäßriger Hydrogencarbonatlösung und nochmals Wasser aus bzw. filtriert vom Ionenaustauscher<br />
ab. Dann wird der Schlepper abdestilliert, der zugleich die Reste des Waschwassers<br />
mitnimmt, und der Rückstand umkristallisiert bzw. destilliert.<br />
Die Präparation ist im Halbmikro- bzw. Mikromaßstab durchführbar.<br />
1<br />
J Auch Benzen ist geeignet. Allerdings verbietet dessen hohe Toxizität, aber auch das ungünstige Verhältnis<br />
von Wasser zu mitgeschlepptem Alkohol (vgl. Tab. A. 83) dessen Verwendung.<br />
2<br />
) Zur Darstellung von Methylestern mit Diazomethan vgl. Tab. 8.40.<br />
3<br />
) Ist der Alkohol teurer als die Säure, nimmt man das umgekehrte Verhältnis oder arbeitet besser nach<br />
Variante B.<br />
4<br />
) Vgl. Reagenzienanhang.
476 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
C. Extraktive Veresterung<br />
1 mol der Carbonsäure wird mit 3 mol Methanol pro Carboxylgruppe, 300 ml Tetrachlorkohlenstoff,<br />
1,2-Dichlor-ethan oder Trichlorethylen und 5 ml konz. Schwefelsäure bzw. bei empfindlichen<br />
Substanzen mit 5 g Toluensulfonsäure oder Ionenaustauscher (s. azeotrope Veresterung)<br />
versetzt und 10 Stunden unter Rückfluß und Feuchtigkeitsausschluß erhitzt. Bei aromatischen<br />
Carbonsäuren arbeitet man mit der 3fachen Katalysatormenge. Es bilden sich meist<br />
2 Schichten, deren kleinere das Reaktionswasser enthält.<br />
Nach dem Abkühlen trennt man und wäscht die organische Schicht mit Wasser, wäßriger<br />
Hydrogencarbonatlösung und wiederum mit Wasser. Das Extraktionsmittel wird abdestilliert<br />
und der Rückstand umkristallisiert bzw. destilliert.<br />
Tabelle 7.40<br />
Veresterung von Carbonsäuren<br />
Produkt<br />
Essigsäurepropylester<br />
Essigsäureisopropylester<br />
Essigsäurebutylester<br />
Essigsäureisobutylester<br />
Chloressigsäureethylester<br />
ß-Brom-propionsäureethylester<br />
Isobuttersäureethylester<br />
Crotonsäuremethylester<br />
Crotonsäureethylester<br />
Milchsäureethylester<br />
Brenztraubensäuremethylester 3 )<br />
Weinsäurediethylester<br />
Octansäureethylester<br />
Decansäureethylester<br />
Laurinsäureethylester<br />
Tetradecansäureethylester<br />
(Myristinsäureethylester)<br />
Oxalsäurediethylester 4 )<br />
Bernsteinsäurediethylester<br />
Maleinsäurediethylester<br />
Fumarsäurediethylester<br />
Adipinsäurediethylester<br />
Adipinsäuredimethylester<br />
Sebacinsäurediethylester<br />
Benzoesäuremethylester<br />
Benzoesäureethylester<br />
Salicylsäuremethylester<br />
Salicylsäureethylester<br />
PhthalsäurediethylesterS)<br />
p-Toluylsäuremethylester<br />
Variante<br />
B<br />
B<br />
B 1 )<br />
B 1 )<br />
A,B<br />
A,B<br />
B<br />
C<br />
B<br />
B 2 )<br />
C<br />
B 2 )<br />
B<br />
B<br />
B<br />
B<br />
B<br />
A,B<br />
B<br />
B<br />
A,B<br />
C<br />
B<br />
A,C<br />
A,B<br />
A,C<br />
A<br />
A<br />
A<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
101<br />
88<br />
126<br />
118<br />
144<br />
671>6(12)<br />
110<br />
120<br />
139<br />
154<br />
652j(20)<br />
138*5(4)<br />
912.0(15)<br />
1252,4(18)<br />
1552,o(1s)<br />
1852j(20)<br />
74 1,5(11)<br />
103,,95(11)<br />
9523(17)<br />
H52,7(20)<br />
105i,5(11)<br />
163i
D. 7.1.4.1. Darstellung von Estern durch Alkoholyse von Carbonsäuren und ... 477<br />
Man informiere sich in Lehrbüchern über die cyclischen Ester von Hydroxycarbonsäuren (Lactone und<br />
Lactide)!<br />
Eine direkte Esterbildung aus Carbonsäuren und Alkoholen verläuft in guten Ausbeuten<br />
und unter schonenden Reaktionsbedingungen in Gegenwart von N,W-Dicyclohexylcarbodiimid<br />
(DCC) als Kondensationsmittel und 4-(A^,7V-Dimethylamino)pyridin (DMAP) als Acylierungskatalysator.<br />
DCC dient u. a. auch zur Herstellung von Amiden aus Carbonsäuren und<br />
Aminen (vgl. [7.52]). Andere Carbodiimide können ebenfalls zur Darstellung von Estern<br />
genutzt werden.<br />
Fumarsäure-tert-butylethylester aus Fumarsäuremonoethylester und tert-Butanol: NEISES, B.;<br />
STEGLICH, W., Org. Synth. 63 (1985), 183-187.<br />
Zur Darstellung von Estern können als Ausgangsprodukt auch Ester der betreffenden Säure<br />
mit anderen Alkoholen herangezogen werden. Diese Alkoholyse von Carbonsäureestern<br />
(Umesterung) kann im Gegensatz zur Veresterung sowohl durch Säuren als auch durch Basen<br />
katalysiert werden. Man formuliere die Umsetzungen! Auch hierbei handelt es sich um typische<br />
Gleichgewichtsreaktionen.<br />
Will man einen höheren Ester einer Carbonsäure darstellen, so setzt man also am besten<br />
den Methylester der Carbonsäure ein und destilliert den abgespaltenen Methylalkohol aus<br />
dem Gleichgewicht ab (vgl. auch Tab. 7.42, Polyesterfasern). Abgesehen von diesem Sonderfall<br />
wird man den Alkohol des gewünschten Esters stets im Überschuß einsetzen. Präparative Beispiele<br />
für eine Umesterung finden sich in Tabelle 7.177 (u. a. 4-Phenyl-acetessigsäuremethylester<br />
aus dem 2-Phenacetyl-acetessigsäureethylester; man formuliere diese Reaktion!).<br />
Infolge der stark gesteigerten Carbonylaktivität verläuft die Alkoholyse von Säurechloriden<br />
bzw. -anhydriden wesentlich leichter als die der Carbonsäuren und Ester. Trotzdem wird auch<br />
sie durch Säuren oder Basen beschleunigt. Diese Katalyse ist vor allem bei den etwas weniger<br />
reaktionsfähigen Säureanhydriden ausgeprägt. Man überzeuge sich davon wie folgt:<br />
l ml Acetanhydrid wird in l ml abs. Alkohol gelöst und die Temperatur der Mischung kontrolliert.<br />
Danach setzt man mit dem Glasstab einen kleinen Tropfen konz. Schwefelsäure zu<br />
und beobachtet, welche Veränderungen eintritt.<br />
Ester von tertiären Alkoholen und von Phenolen sind nicht durch Veresterung von Carbonsäuren<br />
darstellbar, dagegen leicht durch die Umsetzung mit Säurechloriden oder Säureanhydriden<br />
erhältlich. Die Reaktivitätsreihe primärer > secundärer > tertiärer Alkohol bleibt auch<br />
hier bestehen. So muß z.B. bei der Darstellung des Essigsäure-tert-butylesters aus Essigsäureanhydrid<br />
und tert-Butylalkohol zusätzlich Zinkchlorid zugesetzt werden (vgl. Tab. 7.41).<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Essigsäureestern aus Acetanhydrid (Tab. 7.41)<br />
l mol frisch destilliertes Acetanhydrid und l mol des betreffenden wasserfreien Alkohols werden<br />
in einem 500-ml-Rundkolben mit aufgesetztem Rückflußkühler und Calciumchloridrohr<br />
mit 10 Tropfen konz. H2SO4 versetzt. Sobald die exotherme Reaktion nachläßt, erwärmt man<br />
noch 2 Stunden auf dem siedenden Wasserbad. Nach dem Abkühlen wird in etwa 300 ml Eiswasser<br />
gegossen. Fest ausfallende Ester filtriert man ab und kristallisiert um. Flüssige Ester<br />
werden abgetrennt und die wäßrige Schicht noch zweimal mit Methylendichlorid oder Ether<br />
extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden mit Sodalösung entsäuert, mit Wasser<br />
gewaschen und über Natriumsulfat getrocknet. Dann destilliert man das Lösungsmittel ab und<br />
reinigt den Ester durch Destillation oder Kristallisation.<br />
Bei kleinen Ansätzen, oder wenn es sich um wertvolle und säureempfindliche Alkohole<br />
handelt, ist folgende Vorschrift vorteilhafter (basische Katalyse):<br />
10 mmol frisch destilliertes Acetanhydrid, 10 mmol des betreffenden abs. Alkohols und<br />
12 mmol trockenes Pyridin werden 3 Stunden unter Rückfluß erhitzt, in Eiswasser gegossen<br />
und wie oben isoliert, wobei allerdings zunächst mit 10%iger Salzsäure angesäuert bzw. die<br />
Extraktionslösung mit 10%iger HCl gewaschen werden muß, bis alles Pyridin entfernt ist.
478 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Tabelle 747<br />
Essigsäureester aus Acetanhydrid<br />
Produkt<br />
Essigsäurehexylester<br />
Essigsäureheptylester<br />
Essigsäureoctylester<br />
Essigsäurecyclohexylester<br />
Essigsäure-(-)-menthylester<br />
Essigsäure-tert-butylester 1 )<br />
0-Acetyl-lactonitril 2 )<br />
Essigsäurephenylester<br />
Essigsäure-m-cresylester<br />
Acetylsalicylsäure 3 )<br />
Cholesterolacetat<br />
Pentaacetyl-a-D-glucose 4 )<br />
Pentaacetyl-ß-D-glucose 5 )<br />
Ausgangsverbindung<br />
Hexanol<br />
Heptanol<br />
Octanol<br />
Cyclohexanol<br />
(-)-Menthol<br />
tert-Butylalkohol<br />
Acetaldehydcyanhydrin<br />
Phenol<br />
m-Cresol<br />
Salicylsäure<br />
Colesterol<br />
Glucose<br />
Glucose<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
62^6(I2)<br />
931>9(i4)<br />
9S2^1S)<br />
641J(13)<br />
H32,5(19>;<br />
[a] 2 D0-79,4°<br />
96<br />
64i,5(11)<br />
75 U(S)<br />
99il7(i3)<br />
F 136<br />
(Dioxan:<br />
W. = 1:1)<br />
F115<br />
F 114 (EtOH)<br />
[a]2p +101,6°<br />
(in ChIf.)<br />
F 135 (EtOH)<br />
M 2 D° +5,5°<br />
(in ChIL)<br />
" 2 D 0<br />
1,4104<br />
1,4153<br />
1,4204<br />
1,4429<br />
1,4456<br />
1,3862<br />
1,4027<br />
1,5088<br />
1,5004<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
l ) 0,3g wasserfreies ZnCl2 statt H2SO4 als Katalysator; vor der Destillation eine Spatelspitze KHCO3<br />
zusetzen.<br />
2 ) Nicht in Pyridin arbeiten!<br />
3 ) 1,2 mol Acetanhydrid pro mol Salicylsäure einsetzen; im Produkt muß die Eisen(III)-chlorid-Reaktion<br />
negativ sein.<br />
4 ) 0,1 mol Glucosemonohydrat mit 0,8 mol Acetanhydrid in 1,5 mol Pyridin bei O 0 C 20 Stunden rühren,<br />
auf Eis gießen.<br />
5 ) Nicht in Pyridin arbeiten! Glucosemonohydrat einsetzen; 7 mol Acetanhydrid; nur 5 Tropfen konz.<br />
H2SO4, mit 10 ml Acetanhydrid gemischt, unter Rühren tropfenweise zusetzen. Falls Innentemperatur<br />
über 10O 0 C steigt, sofort kühlen!<br />
Beim Erhitzen von Phthalsäureanhydrid oder substituierten Phthalsäureanhydriden mit<br />
Alkoholen entstehen in der erwarteten Weise die sauren Ester der Phthalsäure, die häufig gut<br />
kristallisieren und deshalb zur Charakterisierung von Alkoholen in der qualitativen Analyse<br />
geeignet sind (vgl. E.2.5.). Tertiäre Alkohole reagieren nicht oder liefern Olefine.<br />
Durch Titration der sauren Phthalsäureester mit Natronlauge läßt sich leicht die Molmasse<br />
des entsprechenden Alkohols bestimmen.<br />
Von besonderem Interesse sind jedoch die Hydrogenphthalate racemischer secundärer<br />
Alkohole, da sie noch eine saure Gruppe besitzen, die sich mit optisch aktiven Basen (Brucin,<br />
Chinin u. a.) umsetzen läßt. Dabei entstehen Diastereomerenpaare, die sich in der Löslichkeit<br />
und anderen physikalischen Eigenschaften unterscheiden und deshalb relativ leicht zu trennen<br />
sind. Durch Hydrolyse werden die entsprechenden enantiomeren Alkohole erhalten.<br />
80<br />
80<br />
80<br />
80<br />
80<br />
55<br />
75<br />
75<br />
75<br />
85<br />
80<br />
50<br />
55
D. 7.1.4.1. Darstellung von Estern durch Alkoholyse von Carbonsäuren und ... 479<br />
Äquivalentmassebestimmung der Alkohole über die sauren Ester der 3-Nitro-phthalsäure<br />
(Allgemeine Arbeitsvorschrift für die qualitative Analyse)<br />
Darstellung des Esters<br />
0,3 ml des betreffenden Alkohols, 0,3 g 3-Nitro-phthalsäureanhydrid und 0,5 ml Pyridin werden<br />
2 Stunden auf dem siedenden Wasserbad erwärmt. Danach gießt man auf Eis, säuert mit konz.<br />
Salzsäure an und filtriert den sauren Ester ab bzw. extrahiert ihn mit Chloroform oder Benzen.<br />
Der Ester wird mit Sodalösung aus der organischen Schicht herausgelöst und durch Ansäuern<br />
wieder abgeschieden.<br />
Äquivalentmassebestimmung des Alkohols<br />
0,20 bis 0,25g des reinen sauren Esters werden genau eingewogen und in überschüssiger 0,1 N<br />
Natronlauge in der Kälte gelöst (in der Wärme Hydrolysegefahr!). Man titriert sofort mit 0,1 N<br />
Salzsäure den Laugenüberschuß zurück; Berechnung:<br />
A - I /AII u i\ Einwaage in g • 1000 in~<br />
Aquivalentmasse (Alkohol) = 193<br />
ml Natronlauge • Normalität<br />
Für analytische Zwecke ist es wichtig, daß die Alkoholyse von Säurechloriden mitunter<br />
auch in wäßriger Lösung möglich ist. Ein Alkohol kann also aus der wäßrigen Analysenlösung<br />
unmittelbar als Derivat einer Carbonsäure abgeschieden werden (Schotten-Baumann-Reaktion).<br />
Diese Reaktion läßt sich nur mit solchen Säurehalogeniden in wäßriger Lösung durchführen,<br />
die in Wasser schwer löslich sind. In diesem Fall extrahiert das Säurechlorid den Alkohol<br />
aus der wäßrigen Phase und reagiert mit ihm in homogener Phase. Die Konkurrenzreaktion<br />
zwischen dem Säurechlorid und dem Wasser bzw. dem als säurebindendes Mittel zugesetzten<br />
Hydroxidion geht andererseits nur an der Phasengrenze vor sich und ist deshalb langsam. Um<br />
die Verseifung des gebildeten Esters zu vermeiden, muß man stets in der Nähe des Neutralpunkts<br />
arbeiten, d. h. Lauge nur tropfenweise nach und nach in dem Maße zusetzen, wie das<br />
Alkali verbraucht wird. Eine Verseifung des Esters wird jedoch mit Sicherheit vermieden,<br />
wenn man mit dem trockenen Alkohol in Gegenwart von Pyridin als säurebindendem Mittel<br />
arbeitet (Einhorn-Variante).<br />
Zur analytischen Charakterisierung von Alkoholen werden neben den schon erwähnten<br />
Hydrogenphthalaten hauptsächlich die Benzoesäure-, p-Nitro-benzoesäure- und 3,5-Dinitrobenzoesäureester<br />
benutzt.<br />
Darstellung von Benzoesäureestern durch Alkoholyse von Benzoylchlorid (Schotten-Bauniann-Variante,<br />
allgemeine Arbeitsvorschrift für die qualitative Analyse)<br />
0,5 g des Alkohols werden in einem Reagenzglas in 5 ml Wasser gelöst oder suspendiert und<br />
mit einem Tropfen einer Lösung von Methylrot in Aceton sowie mit l ml frisch destilliertem<br />
Benzoylchlorid versetzt. Nun gibt man tropfenweise 5 N Kalilauge hinzu. Das gut verschlossene<br />
Gefäß wird so lange kräftig geschüttelt, bis die Farbe der Lösung von gelb nach rot umschlägt.<br />
Die Kalilaugezugabe und das Umschütteln wiederholt man so lange, bis die Farbe gelb bleibt<br />
und der Geruch nach Benzoylchlorid verschwunden ist. Der gebildete Ester wird abgesaugt,<br />
mit wenig Wasser nachgewaschen und umkristallisiert. Flüssige Ester nimmt man in Ether auf,<br />
die Lösung wird mit Natriumsulfat getrocknet und rektifiziert. Flüssige Ester sind jedoch zur<br />
Charakterisierung von Alkoholen weniger geeignet.<br />
Carbonsäureamide werden nach der gleichen Vorschrift dargestellt, allerdings kann man<br />
auch das Amin direkt in IO bis 15 ml 2 N Kalilauge vorlegen und das Benzoylchlorid in mehreren<br />
Portionen unter Umschütteln zusetzen.
480 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Darstellung von Carbonsäureestern durch Alkoholyse von Säurechloriden (Einhorn-Variante,<br />
allgemeine Arbeitsvorschrift für die qualitative Analyse)<br />
0,5 g des betreffenden Alkohols in 3 ml Pyridin werden mit etwa 2 g des betreffenden Säurechlorids<br />
(Benzoylchlorid, p-Nitro-benzoylchlorid, 3,5-Dinitro-benzoylchlorid) vorsichtig unter<br />
Eiskühlung versetzt. Dann wird bei primären und secundären Alkoholen 10 Minuten, bei tertiären<br />
Alkoholen 30 Minuten unter Feuchtigkeitsausschluß auf dem Wasserbad erwärmt. Man<br />
kann ebensogut den Ansatz auch über Nacht bei Raumtemperatur stehen lassen. Anschließend<br />
gießt man in Eiswasser und säuert mit konz. Salzsäure vorsichtig an. Der häufig ölig abgeschiedene<br />
Ester wird mit wäßriger Hydrogencarbonatlösung gewaschen bzw. verrieben. Schließlich<br />
filtriert man ab und kristallisiert um.<br />
Ethanolysegeschwindigkeit von Benzoylchloriden (Anwendung der Hammett-Beziehung):<br />
<strong>Organikum</strong>, 15. überarb. Aufl. - Berlin 1976. S. 506.<br />
Carbonsäureester sind Ausgangsprodukte für folgende wichtige Reaktionen: Aminolyse,<br />
Esterkondensation (vgl. D.7.2.I.8.), Grignard-Reaktionen (vgl. D.7.2.2.), Reduktion zu Alkoholen<br />
(vgl. D.7.3.), Esterpyrolyse (vgl. D.3.2.).<br />
Tabelle 7.42<br />
Technische Verwendung von Estern<br />
Ester Verwendung<br />
Essigsäuremethylester<br />
Essigsäureethylester<br />
Essigsäurebutylester, Essigsäurepentylester<br />
Essigsäurebenzylester<br />
Essigsäurecinnamylester<br />
Polysolvane (Gemisch von Essigsäure- und<br />
Propionsäureestern aus C6- bis C7-Alkoholen)<br />
Acrylsäureester, Methacrylsäureester<br />
Phthalsäurediethylester,Phthalsäuredibutylester<br />
Bis(2-ethyl-hexyl)phthalat<br />
Polyterephthalsäureglycolester (durch Umestern<br />
von Terephthalsäuredimethylester mit Glycol und<br />
Polykondensation)<br />
Vinylacetat (Polyvinylacetat)<br />
Alkydharze (Polyester aus Phthalsäureanhydrid,<br />
Maleinsäureanhydrid und Glycolen (Ethylenglycol,<br />
Glycerol)<br />
Acetylcellulose (aus Cellulose und Acetanhydrid/<br />
Essigsäure)<br />
2,4-Dichlor- und 2,4,5-Trichlor-phenoxyessigsäureester<br />
aus C8-, C9- und C10-Alkoholen<br />
Subst. Cyclopropancarbonsäureester u. a. Pyrethroide<br />
Ascorbinsäure (y-Lacton aus 2-Oxo-L-gulonsäure<br />
[6.43a])<br />
Acetylsalicylsäure<br />
p-Amino-benzoesäureethylester<br />
p-Amino-benzoesäure(ß-diethylamino-ethyl)ester<br />
Lösungsmittel für Celluloseester (Lacke)<br />
Lösungsmittel für Lacke und Harze<br />
Lösungsmittel für Nitrocellulose und Harze,<br />
Extraktionsmittel für Penicillin<br />
Riechstoff<br />
Riechstoff<br />
Extraktionsmittel für Phenole (Phenosolvan-<br />
Verfahren zur Abwasserreinigung)<br />
Polymere<br />
Weichmacher<br />
Standardweichmacher für PVC<br />
Chemiefasern (Polyester)<br />
Kunststoffe<br />
Kunststoffe, Lackrohstoffe<br />
Kunststoffe (z. B. für Sicherheitsfilme),<br />
Chemiefasern (Acetatseide)<br />
Herbizide<br />
Insektizide (z. B. Cypermethrin, Deltamethrin<br />
[7.113a])<br />
Vitamin C<br />
Analgetikum, Anitipyretikum (Aspirin, ASS, Acesal)<br />
Lokalanästhetikum (Benzocain)<br />
Lokalanästhetikum (Procain), Sonnenschutzmittel<br />
Auch in der chemischen Industrie sind Ester wichtige Verbindungen. Einige bedeutende Vertreter werden in<br />
Tabelle 7.42 aufgeführt. Man informiere sich über die Synthese der dort zuletzt genannten Verbindungen! Ester<br />
sind in der Natur eine weit verbreitete Stoffklasse: Zur Bedeutung von Fetten und Ölen s. D.7.1.4.3.<br />
Wachse sind hauptsächlich Ester langkettiger Säuren mit langkettigen Alkoholen. Wichtige Vertreter<br />
sind Bienenwachs, Carnaubawachs, Spermöl und Jojobaöl. Sie werden u. a. in der Kosmetik und als spezielle<br />
Schmieröle eingesetzt.
D. 7.1.4.2. Darstellung von Säureamiden durch Aminolyse von Carbonsäuren und ... 481<br />
7.1.4.2. Darstellung von Säureamiden durch Aminolyse von Carbonsäuren<br />
und ihren Derivaten<br />
Ammoniak setzt sich als verhältnismäßig starke Base mit Carbonsäuren leicht unter Salzbildung<br />
um:<br />
O Oi<br />
R-C' + NH3 ^=^ R-C; 0 NH® [7.43]<br />
OH C)J<br />
Für die Umsetzung mit der Säure im Sinne einer Carbonylreaktion (Ammonolyse)<br />
O O<br />
R-C 7 + NH3 ^== R-C 7 + H2O [7.44]<br />
OH NH2<br />
stehen daher nur die geringen Konzentrationen an freiem Ammoniak und freier Säure zur Verfügung,<br />
die dem Gleichgewicht [7.43] entsprechen. Die Reaktion verläuft deshalb verhältnismäßig<br />
schwer, und man muß das Reaktionswasser ständig entfernen, z. B. durch Erhitzen des<br />
Ammoniumsalzes der Säure auf höhere Temperaturen.<br />
An Stelle von Ammoniak kann man auch Harnstoff verwenden, der sich bei höherer Temperatur<br />
zu Ammoniak und Isocyansäure zersetzt, die ihrerseits das Reaktionswasser bindet<br />
und dabei in Ammoniak und Kohlendioxid übergeht. Man formuliere die Reaktion und informiere<br />
sich über die Biuretreaktion!<br />
Die Amide können besonders unter der Einwirkung wasserentziehender Mittel (Phosphor(V)-oxid,<br />
Phosphorylchlorid) bei höheren Temperaturen weiter zu den Nitriten dehydratisiert<br />
werden.<br />
Bei der Aminolyse von Carbonsäuren mit primären und secundären Aminen bilden sich die<br />
entsprechenden mono- und disubstituierten Amide, während tertiäre Amine keine Amide<br />
ergeben (warum?). Die obigen Erörterungen gelten sinngemäß.<br />
Die im folgenden beschriebene Darstellung von Af-Methyl-formanilid aus Ameisensäure<br />
und W-Methyl-anilin stellt einen besonders einfachen Fall dar, wo die Umsetzung schon durch<br />
azeotropes Abdestillieren des Reaktionswassers bewirkt werden kann.<br />
Darstellung von JV-Methyl-formanilid<br />
In einem 1-1-Rundkolben werden l mol N-Methyl-anilin und 1,2 mol Ameisensäure in Form<br />
einer 80- bis 90%igen Lösung mit 300 ml Toluen vermischt. Man erhitzt am Wasserabscheider<br />
unter Rückfluß. Wenn kein Wasser mehr abgeschieden wird, destilliert man das Toluen ab und<br />
rektifiziert den Rückstand im Vakuum. KplJ(l3) 125 0 C; nßO 1,5589; Ausbeute 95%.<br />
Säureamide sind im allgemeinen gut kristallisierende, leicht zu reinigende Verbindungen.<br />
Sie dienen daher sowohl zur analytischen Charakterisierung primärer und secundärer Amine<br />
(bevorzugt als Acet- und Benzamide aus den entsprechenden Anhydriden bzw. Säurechloriden,<br />
s.u.) als auch der Carbonsäuren (als unsubstituierte Amide, Anilide, Benzylamide). Die<br />
Carbonsäuren überführt man dazu zweckmäßig in die Carbonsäurechloride (vgl. D.7.1.4.4.)<br />
und setzt diese mit Ammoniak bzw. Anilin um. Im Verlauf qualitativer Analysen fallen Carbonsäuren<br />
allerdings häufig in wäßriger Lösung an. In diesem Falle empfiehlt sich die Darstellung<br />
der Anilide nach folgender Vorschrift:<br />
Darstellung von Carbonsäureaniliden aus Carbonsäuren und Anilin (Allgemeine ArbeitsVorschrift<br />
für die qualitative Analyse)<br />
Man neutralisiert die wäßrige Lösung der Carbonsäure mit verd. Natronlauge, dampft das<br />
Wasser ab und trocknet den Rückstand bei 105 0 C. Etwa 0,5g des zerriebenen, trockenen
482 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Natriumsalzes der Carbonsäure werden mit 0,5 ml Anilin und 0,2 ml konz. Salzsäure (oder der<br />
entsprechenden Menge Anilinhydrochlorid) 45 Minuten auf 150 bis 16O 0 C erwärmt. Nach dem<br />
Abkühlen verreibt man mit Wasser, filtriert und kristallisiert aus Wasser, verd. Ethanol oder<br />
Dioxan um.<br />
Die Aminolyse von Carbonsäuren hat im Laboratorium nur geringe Bedeutung; der bevorzugte<br />
Weg zur Darstellung der Amide ist die Aminolyse der Säurechloride, -anhydride und<br />
Ester.<br />
Die Ammonolyse, Aminolyse bzw. Hydrazinolyse von Carbonsäureestern (man formuliere<br />
die Umsetzungen!) läßt sich schon unter relativ milden Bedingungen durchführen, da hier<br />
keine Salzbildung entsprechend [7.43] eintreten und sich die höhere Reaktivität der Amine<br />
(etwa im Vergleich mit Alkoholen) voll auswirken kann und zum anderen die Estercarbonylgruppe<br />
reaktionsfähiger ist als die Säurecarbonylgruppe.<br />
Die Reaktivität der nucleophilen Komponente in Ammonolysen bzw. Aminolysen steigt mit<br />
ihrer Basizität an, fällt aber andererseits, je sperriger das Amin gebaut ist, so daß die maximale<br />
Reaktivität etwa beim primären Amin mit unverzweigter Kette liegt. Man überlege, ob Anilin<br />
oder Benzylamin in Aminolysen leichter reagiert!<br />
Die Reaktionsfähigkeit eines Esters gegenüber Ammoniak bzw. Aminen geht etwa seiner<br />
Reaktivität gegenüber Wasser parallel (vgl. D.7.I.4.3.). So lassen sich Phenylester leichter<br />
ammonolysieren als Methylester und diese wiederum leichter als Ethylester, während z. B. die<br />
tert-Butylester völlig resistent gegen Amine sind. Praktisch werden im allgemeinen die leicht<br />
zugänglichen Methyl- oder Ethylester verwendet.<br />
Ester, deren Carbonylaktivität durch elektronenanziehende Gruppen erhöht ist (z. B. Cyanessigsäureester,<br />
Chloressigsäureester), reagieren besonders leicht. ß-Oxo-carbonsäureester<br />
geben allerdings oft ein Gemisch von Amid und ß-Amino-crotonsäureester, in dem dieser<br />
meist überwiegt (vgl. [7.12]). Auch -I-Gruppen in der Alkoholkomponente von Estern erhöhen<br />
deren Reaktivität bedeutend. Solche sog. aktivierten Ester, z. B. Cyanmethyl- und p-Nitrophenylester,<br />
werden in der Peptidsynthese verwendet.<br />
Bei der Hydrazinolyse von Estern bilden sich Carbonsäurehydrazide in glatter Reaktion,<br />
z. B. aus Isonicotinsäureester das als Tuberculostaticum wichtige Isonicotinsäurehydrazid (Isoniazid).<br />
ß-Oxo-carbonsäureester kondensieren mit Phenylhydrazinen unter Ringschluß zu Pyrazolonen<br />
(vgl. [7.59]). Gemäß der nachfolgenden allgemeinen Arbeitsvorschrift lassen sich in analoger<br />
Weise 3-Amino-pyrazolone aus Imidomalonsäureestern darstellen:<br />
I<br />
NH NH2<br />
0-Et 0^\ ^ + 2EtOH [7.45]<br />
E,"' 2 *<br />
Ar<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von 3-Amino-l-aryl-pyrazol-S-onen 1 ) (Tab. 7.46)<br />
Achtung! Arylhydrazine sind stark giftig und verursachen schmerzhafte Hautausschläge!<br />
Abzug!<br />
In einem 500-ml-Dreihalskolben mit Rückflußkühler (versehen mit Calciumchloridrohr),<br />
Tropftrichter und KPG-Rührer gibt man zu einer Mischung von 100 ml abs. Methanol, 0,1 mol<br />
Arylhydrazin und 0,11 mol Monoimidomalonsäurediethylester 0,5 ml Eisessig und läßt 2 Stunden<br />
stehen. In der Zwischenzeit stellt man eine Natriummethanolatlösung aus 150ml abs.<br />
1 J lUPAC-Name: 3-Amino-l-aryl-4,5-dihydro-pyrazol-5-on, auch 3-Amino-l-aryl-pyrazolin-5-on
D. 7.1.4.2. Darstellung von Säureamiden durch Aminolyse von Carbonsäuren und ... 483<br />
Methanol und 2,5g Natrium her (s. hierzu Reagenzienanhang!). Die noch warme Methanolatlösung<br />
wird unter Rühren zum Reaktionsgemisch getropft. Anschließend kocht man 15 Minuten<br />
unter Rückfluß, kühlt ab und engt am Rotationsverdampfer zur Trockene ein. Der Rückstand<br />
wird in 400 ml Wasser gelöst, filtriert und mit Eisessig unter Rühren auf pH 7 gebracht.<br />
Das ausgefallene Produkt wird abgesaugt, getrocknet und aus Acetonitril umkristallisiert.<br />
Durchschnittliche Ausbeute: 80%.<br />
Tabelle 7.46<br />
3-Amino-l-aryl-J 2 -pyrazol-5-one aus Hydrazinen und Monoimidomalonsäurediethylester<br />
Pyrazolinon<br />
3-Amino-l-phenyl-/d 2 -pyrazol-5-on<br />
3-Amino-l-(4-methyl-phenyl)-J 2 -pyrazol-5-on<br />
3-Amino-l-(3-methoxy-phenyl)-^ 2 -pyrazol-5-on<br />
3-Amino-l-(4-chlor-phenyl)-^ 2 -pyrazol-5-on<br />
3-Amino-l-(3-chlor-phenyl)-^ 2 -pyrazol-5-on<br />
3-Amino-l-(2-chlor-phenyl)-zl 2 -pyrazol-5-on<br />
3-Amino-l-(4-brom-phenyl)-J 2 -pyrazol-5-on<br />
Darstellung von Cyanacetarnid und Chloracetarnid 1 )<br />
Ausgangsverbindung<br />
Phenylhydrazin<br />
p-Tolylhydrazin<br />
m-Methoxy-phenylhydrazin<br />
p-Chlor-phenylhydrazin<br />
m-Chlor-phenylhydrazin<br />
o-Chlor-phenylhydrazin<br />
p-Brorn-phenylhydrazin<br />
F<br />
in 0 C<br />
219 (A)<br />
182<br />
173<br />
163<br />
190<br />
154<br />
152<br />
In einem 1-1-Becherglas mit mechanischem Rührer wird l mol Cyanessigsäureethyl- oder<br />
-methylester unter Rühren und Kühlen langsam mit 1,5 mol konz. Ammoniak (D = 0,9) versetzt,<br />
wobei man die Temperatur durch Kühlung mit Eiswasser auf 30 bis 35 0 C hält. Dann wird<br />
noch 30 Minuten bei dieser Temperatur gerührt und danach auf O 0 C abgekühlt, wobei sich das<br />
Cyanacetarnid kristallin abscheidet. Man filtriert, wäscht mit wenig kaltem Alkohol und Ether<br />
und kristallisiert aus Alkohol oder Wasser um. F118 0 C; Ausbeute 80%.<br />
In gleicher Weise läßt sich Chloressigsäureethylester in Chloracetarnid überführen. Man<br />
arbeitet dabei bei O 0 C, um zu vermeiden, daß auch das Halogenatom substituiert wird.<br />
F116°C (W.); Ausbeute 80%.<br />
Fumarsäurediamid: MOWRY, D. T; BUTLER, J. M., Org. Synth., CoIl. Vol. IV (1963), 496.<br />
Darstellung von Carbonsäure-TV-benzyl-amiden durch Aminolyse von Carbonsäureestern (Allgemeine<br />
Arbeitsvorschrift für die qualitative Analyse)<br />
0,5g des betreffenden Methyl- oder Ethylesters werden mit 1,5 ml Benzylamin und 0,05g<br />
Ammonchlorid l Stunde unter Rückfluß erhitzt, abgekühlt, mit Wasser und schließlich mit<br />
wenig verd. Salzsäure gewaschen, wobei die Benzylamide meist fest ausfallen. Man kristallisiert<br />
aus Alkohol/Wasser oder Aceton/Wasser um.<br />
Ester höherer Alkohole werden zunächst mit 3 ml abs. Methanol und 0,05g Natrium 30<br />
Minuten unter Rückfluß gekocht und so in die Methylester übergeführt. Nach Abdestillieren<br />
des Alkohols verfährt man, wie oben beschrieben.<br />
2,3,4,6-Tetraacetyl-D-glucose läßt sich durch partielle Aminolyse von Pentaacetyl-o-glucose<br />
darstellen.<br />
l nach CORSON, B. B.; SCOTT, R. W.; VOSE, C. E., Org. Synth., CoIl. Vol. I (!94 1 ), 179
484 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
XOH<br />
H 0 PNHCH2Ph<br />
/OAc H-C-OAc<br />
AcO-T^-Q +2H2NCH2Ph AcO-C-H (H 0 AcO^^X^OAc _ AcNHCH2Ph<br />
OAc<br />
H-C-OAc<br />
i<br />
H-C-OH<br />
i<br />
CH2OAc<br />
)<br />
-H2NCH2Ph "<br />
Ac(<br />
A<br />
i n<br />
OAc<br />
J£^V^OH [7 - 47]<br />
Darstellung von 2,3,4,6-Tetraacetyl-D-glucose durch Aminolyse von Pentaacetyl-o-glucose 1 )<br />
Unter Kühlung mit Wasser werden 0,1 mol Pentaacetyl-a-(oder ß-)o-glucose (I) mit 0,3 mol<br />
Benzylamin versetzt und 10 Minuten kräftig gerührt. Die zunächst flüssig werdende Masse<br />
scheidet nach kurzer Zeit Kristalle ab. Man verrührt sofort mit 75 ml abs. Ether, saugt die Kristalle<br />
ab und wäscht zweimal mit je 50 ml abs. Ether nach.<br />
Die Kristalle bestehen aus dem Addukt von Benzylamin mit 2,3,4,6-Tetraacetyl-o-glucose<br />
(II), während sich im Etherfiltrat N-Benzyl-acetamid und überschüssiges Benzylamin befinden.<br />
Zur Reinigung fällt man um, indem man in 100 ml trockenem Chloroform löst, filtriert und<br />
mit 250 ml abs. Ether versetzt. F140 0 C (Zers.).<br />
Zur Gewinnung der Tetraacetylglucose (III) kann man direkt von dem rohen Addukt ausgehen,<br />
das man in 500 ml Chloroform löst, filtriert und zweimal mit je 100 ml SN Salzsäure<br />
extrahiert. Dann wird mit wenig wäßriger Hydrogencarbonatlösung gewaschen, über Calciumchlorid<br />
getrocknet und im Vakuum zur Trockne eingedampft (gegen Ende starkes Schäumen).<br />
Der hinterbleibende Sirup wird 24 Stunden über Phosphor(V)-oxid im Vakuumexsikkator aufbewahrt<br />
und dann mit 100 ml Ether verrieben, wobei eine erste Fraktion von kristallinem<br />
Material erhalten wird. Die Mutterlauge engt man ein, trocknet erneut und verreibt wieder mit<br />
Ether. Dies wird mehrfach wiederholt, wodurch sich schließlich 85% kristalline ß-Verbindung<br />
gewinnen lassen. F132 0 C (Aceton/Ether).<br />
Für die unter D. 7.3.6.1. beschriebene Trennung des (R,S)-a-Phenethylamins in die Enantiomeren<br />
kann der beim Abdampfen des Chloroforms hinterbleibende Sirup direkt eingesetzt<br />
werden.<br />
Die Aminolyse von Säurechloriden und Säureanhydriden verläuft meist sehr leicht und ist<br />
der am häufigsten benutzte und gangbarste Weg zur Darstellung von Carbonsäureamiden.<br />
Man formuliere die Reaktionen! Der frei werdende Chlorwasserstoff bzw. die Carbonsäure bei<br />
Acylierungen mit Anhydriden binden ein Mol Amin, falls man nicht Pyridin oder andere tertiäre<br />
Amine oder Alkalihydroxide als säurebindende Mittel zusetzt.<br />
In der qualitativen Analyse benutzt man die Reaktion zur Chrakterisierung von Carbonsäuren.<br />
Darstellung von Carbonsäureamiden durch Aminolyse von Carbonsäurechloriden (Allgemeine<br />
Arbeitsvorschrift für die qualitative Analyse)<br />
0,5 g Carbonsäurechlorid werden in 10 ml wasserfreiem Dioxan gelöst (bei schwerer löslichen<br />
Carbonsäurechloriden kann man unbedenklich mehr Dioxan verwenden). Man versetzt tropfenweise<br />
mit einer Lösung von 2 g eines primären oder secundären Amins in 10ml Dioxan und<br />
schüttelt kräftig durch.<br />
Zur Darstellung der unsubstituierten Amide versetzt man mit einem Überschuß einer konz.<br />
wäßrigen Ammoniaklösung.<br />
l) HELFERICH, B.; PORTZ. W., Chem. Ber. 86 (1953), 604.<br />
m<br />
OAc
D. 7.1.4.2. Darstellung von Säureamiden durch Aminolyse von Carbonsäuren und ... 485<br />
Nach 10 Minuten gießt man in 100 ml Eiswasser, säuert mit verd. Salzsäure schwach an,<br />
saugt ab und wäscht mit Wasser neutral. Das Reaktionsprodukt wird aus Alkohol umkristallisiert.<br />
Zur Synthese der wasserlöslichen niederen aliphatischen Carbonsäureamide leitet man in<br />
die Dioxanlösung gasförmiges Ammoniak ein, verdampft das Lösungsmittel im Vakuum und<br />
kristallisiert den Rückstand aus Benzen oder abs. Alkohol um.<br />
An Stelle des Carbonsäurechlorids kann unter den gleichen Bedingungen ein Carbonsäureanhydrid<br />
eingesetzt werden.<br />
Darstellung eines Polyamids (Nylontyp) aus Sebacoyldichlorid und Hexamethylendiamin:<br />
SORENSON, W. R., J. Chem. Educ. 42 (1965), 8.<br />
Die Bildung von Carbonsäureamiden dient auch zur Identifizierung von Aminen. Hierbei<br />
wird nach der unter D.7.1.4.1. angeführten Schotten-Baumann- bzw. Einhorn-Variante gearbeitet.<br />
Wegen der schweren Hydrolysierbarkeit der Amide kann man bei der Schotten-Baumann-<br />
Variante die Reaktion von vornherein in überschüssigem Alkali durchführen.<br />
Genauso wie die Säurechloride ergeben auch die Azide bei der Aminolyse Carbonsäureamide.<br />
Säureazide werden entweder aus den Hydraziden mit salpetriger Säure oder aus den<br />
Säurechloriden mit Natriumazid dargestellt.<br />
Auch die Aminolyse von Säureamiden ist möglich, wodurch diese „umamidiert" werden,<br />
vgl. z. B. [7.56].<br />
Ammonolysen und Aminolysen von Carbonsäurederivaten spielen sowohl im Laboratorium<br />
als auch in der Industrie eine wichtige Rolle. Auf den Schutz der Aminogruppe gegen Oxidationen<br />
(vgl. D.5.1.3. und D.6.2.1.) und die Charakterisierung von Aminen und Carbonsäuren<br />
durch Überführung in die Amide wurde schon hingewiesen.<br />
Auf der Basis von Aminolysereaktionen läßt sich eine ganze Reihe von Stickstoffheterocylen<br />
synthetisieren, vgl. [7.45], [7.56] und [7.59].<br />
1,3-Oxazoline (4,5-Dihydrooxazole) bilden sich aus Carbonsäuren oder deren Derivaten und ß-Aminoalkoholen,<br />
z. B.:<br />
CH3<br />
N-S^CH3<br />
+ 2 H2O [7.48]<br />
Wegen der leicht verlaufenden Ringöffnung werden sie als Bausteine für weitere Synthesen sowie als<br />
Schutzgruppen für Carbonsäuren angewandt, die aus ihnen durch saure Hydrolyse wieder zurückgebildet<br />
werden, (vgl. C.8.2.).<br />
Analog entstehen Imidazoline bei der Reaktion von Carbonsäuren oder Derivaten mit aß-Diaminen und<br />
Benzimidazole bei der Reaktion mit o-Phenylendiaminen:<br />
NH2 HO h<br />
NH2 " ^"<br />
R + 2 H2O [7.49]<br />
vgl. auch [7.57].<br />
Besondere Bedeutung besitzen die hier beschriebenen Methoden zur Synthese von Peptiden. Hierzu<br />
wird ein reaktionsfähiges Derivat einer Aminosäure, z. B. ihr Säurechlorid, mit einer zweiten Aminosäure<br />
bzw. deren Ester oder mit einem Peptid umgesetzt. Um die Reaktion in eine eindeutige Richtung zu lenken,<br />
muß sowohl die Aminogruppe der als Acylkomponente fungierenden Aminosäure als auch die Carboxylgruppe<br />
der anderen Aminosäure blockiert werden:<br />
/P /P 9 /°<br />
Z-NH-CH-C 7 -i- H2N-CH-C 7 » Z-NH-CH-C-NH-CH-c' t 7 - 50 !<br />
k X k OR" - HX b fr OR"
486 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Als Schutzgruppen Z sowie R" in [7.50] eignen sich Substituenten, die sich nach der Peptidsynthese<br />
ohne Spaltung der Peptidbindung wieder entfernen lassen.<br />
Zur Blockierung der Aminofunktion sind z. B. die Acetyl- bzw. Benzoylgruppierung wenig geeignet. Als<br />
besonders brauchbar erwies sich beispielsweise die Benzyloxycarbonyl- (üblicherweise mit Z abgekürzt)<br />
und die tert-Butyloxycarbonylgruppe (Boc). Z wird durch Acylierung mit Chlorkohlensäurebenzylester<br />
(vgl. D.7.1.6.) eingeführt:<br />
O O O<br />
Ph-CH2-O-C-CI + H2N-CH-C- • Z-NH-CH-C— [7.5Ia]<br />
v i \ — HCI i<br />
v R<br />
Aus dem so gebildeten Urethan (vgl. D.7.1.6.) läßt sich die Benzyloxycarbonylgruppe wie alle O- und N-<br />
Benzylreste leicht reduktiv (z. B. durch katalytische Hydrierung) wieder abspalten, wobei sie in Toluen und<br />
Kohlendioxid übergeht:<br />
O O O<br />
ii ii P(J n<br />
Ph-CH2-O-C-NH-CH-C- + H2 -^ Ph-CH3 + CO2 + H2N-CH-C-<br />
R R<br />
Die häufig verwendete tert-Butyloxycarbonylgruppe (CH3)3C-O-CO- ist unter sehr milden Bedingungen<br />
sauer hydrolytisch abspaltbar.<br />
Als Acylkomponente verwendet man an Stelle der Säurechloride (X = Cl in [7.5O]) die Azide (X = N3)<br />
oder die gemischten Anhydride mit Kohlensäuremonoestern, die aus den Aminosäuren und Chlorkohlensäureestern<br />
in Gegenwart tertiärer Basen zugänglich sind, siehe [7.73]. Auch aktivierte Ester, z. B. des p-<br />
Nitro-phenols oder des N-Hydroxy-succinimids, sind geeignet (X = p-Nitro-phenoxy in [7.5O]).<br />
Schließlich gelingt sehr einfach die direkte Umsetzung der Carbonsäuren (X = OH) in Gegenwart von<br />
Carbodiimiden, z. B. Dicyclohexylcarbodiimid (DCC):<br />
Z-NH-CH-COOH + H2N-CH-COOR" +<br />
R R'<br />
Z-NH-CH-CO-NH-CH-COOR" +<br />
i i<br />
R R 1<br />
/ \ / \<br />
Die genannten Reaktionen werden auch technisch genutzt, z. B. für die Synthese von L-Alanyl-L-prolin<br />
und seinem Benzylester, Vorstufen für Enalapril, einem wichtigen Antihypertensivum:<br />
CH3<br />
HN-Y" *<br />
Boc O COOCH2Ph<br />
•V-tert-Butoxy- L-Prolincarbonyl-L-alanin<br />
benzylester [7.53]<br />
CH3 /—v EtOOC CH3<br />
(H *- H ° } O COOH ^ O COOH<br />
L-Alanyt-L-prolin Enalapril<br />
L-Asparagyl-L-phenyl-alaninmethylester findet als Süßstoff Aspartam Verwendung.<br />
Viele halbsynthetisch gewonnene Penicilline werden durch Acylierung von 6-Amino-penicillansäure,<br />
deren Carboxylgruppe geschützt wurde, hergestellt, z. B. Amoxicillin (6-[Amino-(4-hydroxy-phenyl)-acetamido]-penicillansäure):<br />
[7.52]
D. 7.L4.2. Darstellung von Säureamiden durch Aminolyse von Carbonsäuren und ... 487<br />
COOH<br />
Amoxicillin<br />
COOSiMe3<br />
Als Arzneimittel hat auch eine Reihe weiterer Carbonsäureamide erhebliche Bedeutung.<br />
Paracetamol (4-Hydroxy-acetanilid aus 4-Amino-phenol und Acetanhydrid) ist ein in großer Menge produziertes<br />
Analgeticum und Antipyreticum.<br />
Nicotinsäureamid, das technisch sowohl aus Nicotinsäure und Ammoniak als auch durch partielle Hydrolyse<br />
von 3-Cyan-pyridin (vgl. D.7.1.5.) hergestellt wird, dient als Antipellagra-Wirkstoff (Vitamin).<br />
Pantothensäure (Vitamin B5) erhält man aus Pantolacton (s. D.7.2.1.3.) und ß-Alanin:<br />
HO ,0<br />
O<br />
H2N'<br />
^COOH<br />
-H2O<br />
[7.54]<br />
COOH [7.55]<br />
Durch Reaktion von Formamid mit Alaninethylester läßt sich dessen N-Formyl-Derivat herstellen und<br />
durch Cyclodehydratisierung mit P4O10 in das entsprechende 1,3-Oxazol überführen:<br />
H3C<br />
CH-COOEt + H2N-CHO<br />
+ HCI<br />
- NH4CI<br />
H3C<br />
CH-CO-OEt<br />
HN<br />
CHO<br />
H3C OEt<br />
P4OiO t >=r<br />
-H2O O<br />
Diese Reaktionsfolge wird technisch für die Synthese von Pyridoxin (Vitamin B6) genutzt, das aus dem<br />
Oxazol durch Ringerweiterung entsteht, vgl. [4.101].<br />
Durch Reaktion von Alkalixanthogenaten (vgl. [7.92]) mit o-Phenylendiaminen lassen sich 2-Mercaptobenzimidazole<br />
synthetisieren, unter denen das folgende<br />
MeO NH2<br />
NH2<br />
[7.56]<br />
KS<br />
C=S + EtOH + KSH [7.57]<br />
Ausgangsprodukt für Omeprazol, einem Ulcustherapeuticum ist (s. D.8.5).<br />
Amide, die bei der Aminolyse mit Harnstoff gebildet werden (sog. Ureide), spielen als Arzneimittel<br />
ebenfalls eine Rolle. Zu den Barbituraten, die sich von der Barbitursäure, dem cyclischen Ureid der<br />
Malonsäure ableiten<br />
R'<br />
COOEt<br />
COOEt<br />
H9N<br />
H2N<br />
EtONa<br />
O<br />
O<br />
H<br />
H<br />
H<br />
+ 2 EtOH [7.58]<br />
gehören die Sedativa und Hypnotica Phenobarbital (R = Ph, R' = Et) und Hexobarbital (R = Cyclohexen-<br />
1-yl, R' = Me, ein NH = NMe).<br />
Pyrazolone (vgl. [7.45]), eine weitere Klasse von Arzneimitteln, werden durch Kondensation von<br />
ß-Oxo-carbonsäureestern mit Phenylhydrazinen hergestellt, z. B. das Phenazon (Antipyrin, das allerdings
488 D. 7. Reaktionen von Carbony!Verbindungen<br />
heute wegen schädlicher Nebenwirkungen nicht mehr verwendet wird) aus Acetessigester. Bei der Umsetzung<br />
entsteht zunächst das Phenylhydrazon, das durch intramolekulare Hydrazinolyse der Estergruppe<br />
den heterocyclischen Ring ergibt. Die Methylierung des Pyrazolons führt dann zum Phenazon:<br />
CH3 CH3 CH3 CH3<br />
Nl-U I I I<br />
HNT 2 Ph Ph Ph<br />
Ph 3-Methyl-1-phenyl- 2,3-Dimethyl-1-phenylpyrazol-5-on<br />
pyrazol-5-on<br />
Phenazon<br />
Ein Derivat des Phenazons (mit dem Substituenten (CH3)2CH- in 4-Position) ist das Analgeticum Propypnenazon.<br />
Substituierte l-Aryl-pyrazol-5-one sind auch die wichtigsten Vertreter der „Purpurkuppler" in der Farbphotographie<br />
(vgl. D.6.4.3.); außerdem werden sie als Kupplungskomponente für Azofarbstoffe industriell<br />
eingesetzt (vgl. D.8.3.3.).<br />
Amide der Chloressigsäure werden als selektive Bodenherbizide in vielen Pflanzenkulturen verwendet<br />
(Alachlor, Metolachlor u. a.).<br />
Alachlor Metholachlor<br />
[7.60]<br />
Schließlich finden in größtem Umfang Polyamide als Kunststoffe und synthetische Fasern Verwendung.<br />
Nylon 66 gewinnt man durch Erhitzen des Hexamethylendiamin-Salzes der Adipinsäure (des sog. AH-SaIzes)<br />
durch Polykondensation, während Nylon 6 (Perlon, Capron) aus e-Caprolactam (s. D.9.1.2.4.) hergestellt<br />
wird.<br />
7.1.4.3. Hydrolyse von Carbonsäurederivaten<br />
Die Umsetzung von Carbonsäureestern und -amiden mit Wasser allein verläuft selbst in der<br />
Hitze im allgemeinen nur langsam, da diese Stoffe einerseits eine geringe Carbonylaktivität<br />
aufweisen (vgl. [7.3]) und andererseits auch das Wasser nur eine geringe nucleophile Kraft<br />
besitzt. In Gegenwart von starken Säuren oder Alkalilaugen jedoch werden Ester und Amide -<br />
in der Hitze glatt hydrolisiert.<br />
Der Mechanismus der säurekatalysierten Hydrolyse von Estern entspricht dem der säurekatalysierten<br />
Veresterung (vgl. [7.39]). Die saure Hydrolyse wird allerdings meist nur dort durchgeführt,<br />
wo die entstehende Säure gegen Alkali nicht beständig ist (z. B. bei Halogencarbonsäureestern).<br />
Gebräuchlicher ist die durch Hydroxidionen katalysierte Hydrolyse (Verseifung), da sie<br />
schneller als die saure verläuft: Zunächst fungiert das Hydroxidion als Base mit hoher Nucleophilie<br />
und kleinem Raumbedarf und wird daher wesentlich leichter an den Ester addiert als<br />
das Wasser:<br />
CO Öl 0 Oi<br />
HQI 0 + R-C^ ^== R-C- 7 OR 1 R-C; |0 + HOR 1 [7.61]<br />
\__^ OR' O^H 0 J<br />
I II III<br />
Darüber hinaus ist der letzte Schritt der Reaktion (II —> III) irreversibel (warum?), so daß<br />
das Verseifungsgleichgewicht im alkalischen Medium dauernd zugunsten der Hydrolyse ver-
D. 7. l .4.3. Hydrolyse von Carbonsäurederivaten 489<br />
schoben wird. Gleichzeitig ist aus [7.61] ersichtlich, daß mindestens molare Mengen Alkali<br />
benötigt werden. 1 )<br />
Ester werden im allgemeinen um so leichter verseift, je leichter sie gebildet werden, d. h.,<br />
die Verseifung ist ebenso wie die Veresterung stark von der elektrophilen Aktivität der Carbonylgruppe<br />
(ein Maß dafür ist die Acidität der entstehenden Säure; warum?) und von sterischen<br />
Faktoren abhängig. So nimmt die Verseifungsgeschwindigkeit in folgenden Reihen stark ab:<br />
H3C CH3<br />
H3C-COOR > H3C-CH2-COOR > CH-COOR > H3C-C-COOR<br />
H3C CH3<br />
CH3<br />
CH3<br />
R-COOCH3 > R-COOCH2CH3 > R-COOCH > R-COOC-CH3<br />
CH3<br />
CH3<br />
[7.62]<br />
Besonders hydrolyseempfindlich sind nach dem Gesagten die Methylester starker Säuren,<br />
z.B. der Oxalsäuredimethylester, der schon bei Zimmertemperatur durch Wasser gespalten<br />
wird.<br />
Während Ester tertiärer Alkohole basisch nur noch schwer verseift werden können, verläuft<br />
die sauer katalysierte Hydrolyse wider Erwarten leicht. Dabei entstehen über den protonierten<br />
Ester die Carbonsäure und ein energiearmes tert-Alkylkation, das je nach den Reaktionsbedingungen<br />
zu einem tert-Alkanol (SN1-Verlauf) oder/und einem Isoolefin (El-Verlauf) weiterreagiert<br />
(vgl. D.2. und D.3.), z. B.:<br />
O CH3 @ O ffi CH3<br />
11 _ l +H 11 © i °<br />
R-C-Q-C-CH3 R-C-O-C-CH3 -<br />
CH3<br />
H CH3<br />
O CH3<br />
11 HsC^Q/CH-» +H2O i &<br />
R-C-OH + 3 "C 3 2 — H3C-C-OH + H®<br />
CH3<br />
CH3<br />
[7.63]<br />
Bei der Hydrolyse von Malonsäureestern 2 ) ist zu beachten, daß die erste Estergruppe viel<br />
leichter hydrolysierbar ist als die zweite (warum?). Es lassen sich daher leicht Malonsäuremonoalkylester<br />
darstellen, wofür unten eine Literaturstelle zitiert wird. Die Unterschiede sind<br />
bei den substituierten Malonestern noch ausgeprägter, bei denen die zweite Estergruppe mitunter<br />
recht schwer hydrolysiert wird.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Hydrolyse von substituierten Malonsäurediethylestern<br />
(Tab. 7.64)<br />
In einem 1-1-Rundkolben mit Rückflußkühler wird l mol des betreffenden Esters mit 3,5 mol •<br />
Ätzkali in 250 ml Wasser und 500 ml Ethanol 4 Stunden unter Rückfluß erhitzt. Dann dampft +<br />
man unter schwachem Vakuum die Hauptmenge des Alkohols ab. Der Rückstand (Kaliumsalz)<br />
wird in der gerade zureichenden Menge Wasser gelöst und unter guter Kühlung mit Eis<br />
konz. Salzsäure bis zum pH-Wert l zugetropft. Dann ethert man fünfmal aus. Bei den niedrigen<br />
Gliedern empfiehlt sich eine Extraktion im Perforator (vgl. Abb. A.91). Die vereinigten<br />
1 J Aus diesem Grund ist die Bezeichnung „basisch katalysierte Reaktion" insofern nicht zutreffend, als der<br />
Katalysator irreversibel an der Reaktion teilnimmt.<br />
2 ) Zur Darstellung vgl. D.7.2.1.8. bis D.7.2.1.10.
490 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Etherextrakte werden mit wenig gesättigter Kochsalzlösung gewaschen und mit Magnesiumsulfat<br />
getrocknet. Die nach dem Abdampfen des Ethers zurückbleibende subst. Malonsäure<br />
wird aus Aceton, Essigester oder Methanol umkristallisiert. Ausb. 70 bis 80%.<br />
Tabelle 7.64<br />
Hydrolyse substituierter Malonsäurediethylester<br />
Produkt Ausgangsverbindung F in 0 C<br />
Ethylmalonsäure<br />
Propylmalonsäure<br />
Butylmalonsäure<br />
Isobutylmalonsäure<br />
Pentylmalonsäure<br />
Hexylmalonsäure<br />
Allylmalonsäure<br />
Diethylmalonsäure<br />
Cyclopropan-1, l -dicarbonsäure<br />
Cyclobutan-1,1 -dicarbonsäure<br />
Ethylmalonsäurediethylester 111<br />
Propylmalonsäurediethylester 96<br />
Butylmalonsäurediethylester 101<br />
Isobuty Imalonsäurediethylester 108<br />
Pentylmalonsäurediethylester 82<br />
Hexylmalonsäurediethylester 106<br />
Allylmalonsäurediethylester 105 (PhH)<br />
Diethylmalonsäurediethylester 127<br />
Cyclopropan-l,l-dicarbonsäurediethylester 141 (ChIf.)<br />
Cyclobutan-l,l-dicarbonsäurediethylester 158(AcOEt)<br />
Darstellung von Malonsäuremonomethyl- und -monoethylester: BRESLOW, D. S.; BAUMGAR-<br />
TEN, E.; HAUSER, C R., Am. Chem. Soc. 66 (1944), 1286.<br />
Analog der Darstellung von substituierten Malonsäuremonoalkylestern lassen sich auch<br />
substituierte Cyanessigester zu den betreffenden Cyanessigsäuren hydrolysieren.<br />
Durch Hydrolyse von Malonestern und ß-Oxo-carbonsäureestern ergeben sich mannigfaltige<br />
präparative Möglichkeiten, da die dabei entstehenden Malonsäuren bzw. ß-Oxo-carbonsäuren<br />
leicht decarboxyHeren 1 ) und auf diese Weise eine Vielzahl von Ketonen bzw. Carbonsäuren<br />
zugänglich wird, z. B.:<br />
H3C-CO-CH-COOR 1<br />
R<br />
COOR 1<br />
Hydrolyse H3C-CO-CH-COOH -CO2<br />
COOH<br />
R-CH<br />
COOR 1<br />
COOH<br />
R-CH<br />
COOH -CO2<br />
H3C-CO-CH2-R<br />
[7.65a]<br />
R-CH2-COOH [7.65b]<br />
Die Hydrolyse der ß-Oxo-carbonsäureester wird gewöhnlich in schwach alkalischer oder<br />
schwach saurer Lösung durchgeführt. In stark alkalischem Gebiet tritt als Konkurrenzreaktion<br />
die sog. Säurespaltung (vgl. D.7.2.1.9.) in den Vordergrund. Malonester können dagegen ohne<br />
weiteres unter alkalischen Bedingungen hydrolysiert werden (vgl. Tab. 7.64).<br />
Der Mechanismus der Decarboxylierung dieser Säuren ist schon in [3.52] erörtert worden.<br />
Acetessigsäuren verlieren meist schon bei Temperaturen unter ihrer Schmelztemperatur (oft<br />
unter 100 0 C) Kohlendioxid. Malonsäuren und Cyanessigsäuren sind dagegen beständiger und<br />
ohne weiteres isolierbar. Sie decarboxylieren bei Temperaturen oberhalb ihrer Schmelztemperatur.<br />
Die Decarboxylierung wird durch Säuren und schwache Basen (Anilin, Pyridin) katalytisch<br />
beschleunigt. Sie verläuft im stark alkalischen Medium bedeutend schwieriger, weil dann praktisch<br />
die gesamte Säure als Anion vorliegt. Stabilisierte Anionen können durch Decarboxylierung<br />
auch in stark alkalischem Bereich gebildet werden.<br />
1 J Die Hydrolyse und Decarboxylierung von ß-Oxo-säureestern wird auch als Ketonspaltung bezeichnet.
D. 7.1.4.3. Hydrolyse von Carbonsäurederivaten 491<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Ketonspaltung von /?-Oxo-carbonsäureestern (Tab. 7.66)<br />
A. Alkalische Spaltung I •<br />
In einem 2-1-Dreihalskolben mit Rührer und Rückflußkühler wird l mol des betreffenden W<br />
Esters mit 1,5 mol 5%iger wäßriger Natronlauge 4 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, Q<br />
wobei der Ester verseift und die Säure schon teilweise decarboxyliert wird. Zur Vervollständi- ' '<br />
gung der Kohlendioxidabspaltung kocht man noch 6 Stunden unter Rückfluß, kühlt dann ab<br />
und ethert mehrfach aus. Der Etherextrakt wird mit Wasser gewaschen, über Calciumchlorid<br />
getrocknet, abdestilliert und der Rückstand durch Destillation gereinigt.<br />
B. Saure Spaltung<br />
In einem 500-ml-Rundkolben mit Rückflußkühler wird 0,1 mol des ß-Oxo-carbonsäureester<br />
mit 200 ml 20%iger Salzsäure unter Rückfluß gekocht, bis eine entnommene Probe, die durch<br />
Zugabe von verd. Natronlauge auf etwa pH-Wert 2 bis 3 gebracht wird, keine positive Eisenchloridreaktion<br />
auf ß-Oxo-carbonsäureester mehr zeigt (3 bis 6 Stunden). Man kühlt ab, ethert<br />
mehrfach aus, wäscht die Etherextrakte mit Wasser und trocknet über Calciumchlorid. Nach<br />
Abdampfen des Ethers wird das Keton destilliert.<br />
Wenn in Tabelle 7.66 nicht anders angegeben, eignen sich beide Varianten gleich gut. Die<br />
Ausbeuten liegen bei 70%.<br />
Beide Vorschriften eignen sich für Halbmikropräparationen und den Nachweis von ß-Oxocarbonsäureestern<br />
in der qualitativen Analyse.<br />
Tabelle 7.66<br />
Ketonspaltung von ß-Oxo-carbonsäuren<br />
Produkt<br />
Methylpropylketon<br />
Isobutylmethylketon<br />
Methylpentylketon<br />
Isopentylmethylketon<br />
Diethylketon<br />
4-Phenyl-butan-2-on<br />
Hex-5-en-2-on<br />
DL-p-Menth-1 -en-3-on<br />
(Piperiton) 1 )<br />
Ausgangsverbindung<br />
2-Acetyl-butansäureethylester<br />
2-Acetyl-3-methyl-butansäureethylester<br />
2-Acetyl-hexansäureethylester<br />
2-Acetyl-4-methyl-pentansäureethylester<br />
2-Methyl-3-oxo-pentansäureethylester<br />
2-Benzyl-3-oxo-butansäureethylester<br />
2-Acetyl-pent-4-ensäureethylester<br />
2-Acetyl-2-isopropyl-5-oxohexansäureethylester<br />
Kp<br />
in 0 C<br />
102<br />
119<br />
151<br />
142<br />
102<br />
11 O2^1S)<br />
139<br />
11 02,7(20)<br />
« 2 D°<br />
1,3902<br />
1,3956<br />
1,4086<br />
1,4078<br />
1,3922<br />
1,5130<br />
1,4388<br />
1,4848<br />
1 J Man arbeitet nach Variante A mit 2 mol Lauge. Dabei findet zunächst eine Aldolkondensation zum entsprechenden<br />
Cyclohexanonderivat statt (formulieren Sie dies; vgl. D.7.2.I.3.).<br />
5,5-Dimethyl-cyclohexan-l,3-dion (Dimedon) aus 2,2-Dimethyl-4,5-dioxo-cyclohexancarbonsäureethylester:<br />
SHRINER, R. L.; TODD, H. R., Org. Synth.,Coll. Vol. II (1943), 200.<br />
Phenylaceton (Benzylmethylketon) durch Ketonspaltung aus 3-Oxo-2-phenyl-butannitril<br />
(Darstellung vgl. Tab. 7.169) : JULIAN, P. L.; OLIVER, J. J., Org. Synth.,Coll. Vol. II (1943), 391.<br />
Phenylaceton aus Phenylacetylmalonsäureethylester: WALKER, H. G.; HAUSER, C. R., J. Am.<br />
Chem. Soc. 68 (1946), 1386.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Decarboxylierung substituierter Malonsäuren (Tab. 7.67)<br />
Die betreffende Malonsäure (Darstellung vgl. Tab. 7.64, es kann auch das Rohprodukt eingesetzt<br />
werden) wird in einer Destillationsapparatur in einem Bad auf 160 bis 17O 0 C erwärmt,<br />
wobei sich lebhaft Kohlendioxid entwickelt. Man bringt die Reaktion zu Ende, indem man ein<br />
mäßiges Vakuum (4 bis 7 kPa (30 bis 50 Torr)) anlegt, und destilliert schließlich die gesamte<br />
Carbonsäure im Vakuum über. Danach wird nochmals destilliert. Ausbeute 80 bis 85 %.
492 D. 7. Reaktionen von Carbony l Verbindungen<br />
Tabelle 7.67<br />
Decarboxylierung substituierter Malonsäuren<br />
Produkt<br />
Buttersäure<br />
Valeriansäure<br />
Hexansäure<br />
4-Methyl-pentansäure<br />
Heptansäure<br />
Octansäure<br />
Cyclobutancarbonsäure 1 )<br />
But-3-en-l -carbonsäure<br />
Ausgangsverbindung<br />
Ethylmalonsäure<br />
Propylmalonsäure<br />
Butylmalonsäure<br />
Isobutylmalonsäure<br />
Pentylmalonsäure<br />
Hexylmalonsäure<br />
Cyclobutan-1 ,1-dicarbonsäure<br />
Allylmalonsäure<br />
Kp<br />
in 0 C<br />
162<br />
963,](23)<br />
1022>0(i5)<br />
1011J(13)<br />
114i,7(13)<br />
1292,1(16)<br />
902,0(15)<br />
9l2.1
D. 7.1.4.3. Hydrolyse von Carbonsäurederivaten 493<br />
Unter Umschwenken wird zunächst gemischt und danach 15 Minuten auf 120 bis 13O 0 C<br />
erhitzt. Man läßt unter 80 0 C abkühlen, spült etwas destilliertes Wasser durch den Kühler nach<br />
und verdünnt die Lösung mit 15 ml Wasser. Die nicht verbrauchte Lauge wird mit 0,1 N Salzsäure<br />
gegen Phenolphthalein zurück titriert, i)<br />
In der gleichen Weise führt man eine Blindbestimmung durch, bei der kein Ester zugegeben<br />
wird. Der Blindverbrauch an Lauge muß vom ermittelten Laugeverbrauch der Esterverseifung<br />
abgezogen werden.<br />
Berechnung:<br />
£1000<br />
x - nN<br />
x Äquivalentmasse des Esters; E Einwaage (in g); n Verbrauch Reagenslösung (in ml); N Normalität der<br />
Lauge<br />
Die Verfahren zur Hydrolyse von Estern besitzen technische Bedeutung für die Verseifung von Fetten<br />
und Ölen.<br />
Die natürlichen Fette und Öle stellen Ester höherer Fettsäuren mit Glycerol dar, wobei meist drei Moleküle<br />
Säure mit einem Molekül Glycerol verestert sind (Tryglyceride). Die in der größten Menge vorkommende<br />
und am weitesten verbreitete Säure ist die einfach ungesättigte Ölsäure. Daneben findet man in den<br />
tierischen Fetten vor allem Palmitin- und Stearinsäure und in den Pflanzenölen (Soja-, Erdnußöl u. a.) die<br />
doppelt ungesättigte Linolsäure als Hauptbestandteile. Die für die Herstellung von Ölfarben und Lacken<br />
wichtigen sog. trocknenden Öle (vgl. D.I.5.) (z.B. Leinöl, chinenisches Holzöl) enthalten darüber hinaus<br />
noch 3fach ungesättigte Säuren (Linolen- und Eläosterainsäure). Die Hydrolyse der Triglyceride wird entweder<br />
unter Druck (mit Wasser allein oder in Gegenwart basischer Katalysatoren) oder drucklos in Anwesenheit<br />
saurer Katalysatoren, z.B. des sog. Twitchell-Reaktivs 2 ), durchgeführt. Die Verseifung mit Alkalilaugen<br />
wendet man ausschließlich zur Gewinnung von Seifen, den Alkalisalzen der Fettsäuren, an. Das bei<br />
der Spaltung anfallende Glycerol findet vielseitige Verwendung, auf die schon eingegangen wurde (vgl.<br />
D.4.I.6.).<br />
Aus den Fettsäuren oder deren Estern kann man durch Reduktion die entsprechenden Fettalkohole herstellen,<br />
die zu Waschmitteln weiterverarbeitet werden (vgl. D.7.3.2.). Fettalkohole lassen sich auch durch<br />
Verseifung von Spermöl, das aus Estern ungesättigter Fettsäuren mit Cetyl- und Oleylalkohol besteht,<br />
gewinnen.<br />
Die Hydrolyse von Amiden erfordert generell schärfere Bedingungen als die der entsprechenden<br />
Ester (warum?), z.B. mehrstündiges Kochen mit konzentrierten wäßrigen Säuren<br />
oder konz. Alkalilauge. Die Bedingungen entsprechen etwa denjenigen der Nitrilhydrolyse, so<br />
können in Tabelle 7.80 statt der Nitrile die entsprechenden Amide eingesetzt werden.<br />
Dagegen verläuft die Hydrolyse von Säureanhydriden und Säurehalogeniden erwartungsgemäß<br />
leicht. Besonders die niedrigen Säurechloride werden sofort in stark exothermer Reaktion<br />
hydrolysiert, während die in Wasser schwerer löslichen höheren und aromatischen Säurechloride<br />
nur langsam reagieren. Das gleiche gilt für Säureanhydride. Die Hydrolyse läßt sich<br />
in allen Fällen durch Alkali oder katalytische Mengen Mineralsäure stark beschleunigen.<br />
Die Reaktion hat wenig praktische Bedeutung, da Säureanhydride und -halogenide umgekehrt<br />
erst aus den Säuren dargestellt werden. Ein Sonderfall ist die Darstellung von Peroxysäuren<br />
aus Wasserstoffperoxid, für die ein Beispiel angeführt wird.<br />
1 J Um abzuschätzen, ob der Ester nach der angewendeten Reaktionszeit schon vollständig verseift ist,<br />
führe man eine Parallelbestimmung mit der doppelten Zeit aus. Stimmen die erhaltenen Werte überein,<br />
war die Verseifung vollständig; anderenfalls vervielfache man die Reaktionszeit so lange, bis zwei aufeinanderfolgende<br />
Werte übereinstimmen.<br />
2 ) Es handelt sich um ein Gemisch von Schwefelsäure und einer mit Ölsäure (in einer Friedel-Crafts-Reaktion)<br />
acylierten Benzen- oder Naphthalensulfonsäure. Die Sulfonsäure wirkt als Emulgator.
494 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Darstellung von Perbenzoesäure 1 )<br />
In einem 1-1-Dreihalskolben mit Rührer, Innenthermometer und Tropftrichter wird eine<br />
Lösung von l mol Natriumhydroxid in 175 ml Wasser auf 8 0 C gekühlt. Unter kräftigem Rühren<br />
gibt man nacheinander 0,5 mol 30%iges Wasserstoffperoxid und 185 ml 96%iges Ethanol<br />
bei 8 bis 10 0 C sowie tropfenweise 37 ml Benzoylchlorid bei 3 bis 5 0 C zu. Es wird über eine<br />
Glasfritte abgesaugt und das Filtrat in einen 1,5-1-Scheidetrichter zu 100 ml Ether und etwa<br />
15Og zerstoßenem Eis gegeben. Man säuert mit 10%iger Schwefelsäure gegen Methylorange<br />
an und fügt so viel Wasser zu, daß sich das ausgefallene Natriumsulfat bis auf einen kleinen<br />
Rest löst. Nun wird die wäßrige Phase abgetrennt und noch zweimal mit je 50 ml Ether ausgeschüttelt.<br />
Den in der Glasfritte enthaltenen Rückstand löst man in 500 ml Eiswasser, filtriert<br />
und behandelt wie das oben erhaltene Filtrat. Die Etherlösungen werden vereinigt, mit Wasser<br />
und dreimal mit je 60 ml 40%iger Ammonsulfatlösung gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet<br />
und im Kühlschrank aufbewahrt.<br />
Der Peroxidgehalt ist in jedem Falle zu bestimmen, indem man 2 ml der Perbenzoesäurelösung<br />
mit 10 ml 20%iger Kaliumiodidlösung versetzt, ansäuert und nach 10 Minuten mit 0,05 N<br />
Thiosulfatlösung titriert.<br />
Die Etherlösung kann direkt für Epoxidierungen verwendet werden (vgl. D.4.I.6.).<br />
7.1.4.4. Acidolyse von Carbonsäuren und ihren Derivaten<br />
Auch Carbonsäuren sind befähigt, als nucleophile Partner mit Carbonylderivaten zu reagieren.<br />
Ihre Nucleophilie ist allerdings gering.<br />
Die Carboxylgruppe setzt sich daher unter den üblichen milden Bedingungen organischchemischer<br />
Reaktionen nicht mit Carbonsäuren um. Bei höheren Temperaturen läßt sich<br />
jedoch eine Reaktion erzwingen, z. B. indem man Essigsäure auf 700 bis 90O 0 C erwärmt, wobei<br />
Acetanhydrid entsteht, das sich allerdings unter diesen Bedingungen sofort weiter zu Keten<br />
umsetzt (vgl. [3.55]):<br />
CP ^ - „ -<br />
P^ ©<br />
p<br />
+-J/<br />
OH Me-^-OH Me^-OH2 .^0 Me^<br />
^z== ©o-H ^==-= O - O 7.69<br />
OH<br />
Me-/ Me^<br />
+H2<br />
° Me<br />
O<br />
O O O<br />
Wesentlich leichter bilden sich cyclische Anhydride mit 5 und 6 Ringgliedern aus den entsprechenden<br />
Dicarbonsäuren. Beispielsweise geht Phthalsäure beim Erhitzen auf 18O 0 C in das<br />
Anhydrid über. Man formuliere die analogen Reaktionen der Malein-, Bernstein- und Glutarsäure!<br />
Warum läßt sich Fumarsäure nicht in ihr Anhydrid überführen?<br />
Phthalsäure- und Maleinsäureanhydrid sind technisch wichtige Zwischenprodukte (vgl. D.6.5.1.)<br />
Bei der Reaktion von Carbonsäuren mit Halogenwasserstoffsäuren liegt das Gleichgewicht der Umsetzung<br />
entsprechend [7.69] so weit auf seiten der Ausgangsprodukte, daß sich Säurehalogenide auf diese<br />
Weise nicht darstellen lassen.<br />
Die Acidolyse von Carbonsäureestern gelingt mitunter relativ leicht, vor allem, wenn eine<br />
starke Säure eingesetzt wird. So läßt sich der Acrylsäuremethylester mit Ameisensäure in<br />
Gegenwart einer Spur Schwefelsäure zu Ameisensäuremethylester und Acrylsäure umsetzen<br />
[REHBERG, C. E., Org. Synth., CoIl. Vol. III (1955), 33]:<br />
1 J KERGOMARD, A.; PHILIBERT-BIGOU, J., Bull. Soc. Chim. France 1958,334.
D. 7.1.4.4. Acidolyse von Carbonsäuren und ihren Derivaten 495<br />
\\ OH<br />
° Me — ©b-H = MeO
T G<br />
496 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Darstellung von 3-Nitro-phthaIsäureanhydrid 1 )<br />
In einem Rundkolben mit Rückflußkühler wird l mol 3-Nitro-phthalsäure mit 2 mol Essigsäureanhydrid<br />
versetzt und unter Rückfluß gekocht, bis sich die Säure gelöst hat. Man gießt in<br />
ein Becherglas, läßt abkühlen und vermischt mit 150 ml alkoholfreiem Diethylether. Die Kristallmasse<br />
wird abgesaugt und umkristallisiert. Ausbeute 80%; F169 0 C (Aceton).<br />
Der Umsatz von Säurehalogeniden mit Carbonsäuren kann ebenfalls zu Säureanhydriden führen (vgl.<br />
aber auch [7.75] und [7.76]):<br />
Cl \ \<br />
^^ ©p-H ^=^ O + HCI [7.72]<br />
Auch hier bildet sich zunächst das gemischte Anhydrid [7.72], II das sich unter den Reaktionsbedingungen<br />
entsprechend Gleichung [7.7Ib] zum symmetrischen umsetzt. Der entstehende Chlorwasserstoff muß<br />
durch Erhitzen aus dem Gleichgewicht entfernt werden, wenn gute Ausbeuten erhalten werden sollen. Ein<br />
oft benutztes Reagens ist Acetylchlorid, das z. B. Bernsteinsäure schon beim Erhitzen unter Rückfluß in<br />
das Anhydrid überführt.<br />
Unter milden Bedingungen gelingt die Umsetzung von Säuren mit Säurehalogeniden in Gegenwart von<br />
Pyridin oder anderen tertiären Basen, die den Halogenwasserstoff binden, oder indem man die Carbonsäuren<br />
als Alkalisalz einsetzt. Auf diese Weise können auch die gemischten Anhydride erhalten werden. 2 )<br />
Die gemischten Anhydride von Aminosäuren mit Kohlensäure haben für die Peptidsynthese Bedeutung<br />
und wurden schon erwähnt (vgl. D.7.1.4.2.):<br />
Ac-NH-CH-COOH + Cl-CO-OR + NR3 Ac-NH-CH-CO-O-CO-OR + HNR3 Cl 0 [7.73]<br />
R R<br />
Acylhalogenide können sich auch unter Austausch der Säurechloridfunktion mit Carbonsäuren umsetzen,<br />
möglicherweise nach:<br />
CP ^e ... PH<br />
Diese Reaktion ist gegenüber der nach [7.72] vor allem dann bevorzugt, wenn das entstehende Säurechlorid<br />
(R'COCl) leichter flüchtig ist als das eingesetzte Chlorid (RCOQ) und daher dauernd durch<br />
Destillation aus dem Gleichgewicht [7.74] entfernt werden kann. Das ist bei der Darstellung niederer Säurechloride<br />
mit Hilfe von Benzoylchlorid der Fall.<br />
Zur Überführung empfindlicher Carbonsäuren in ihre Chloride eignet sich die Umsetzung<br />
mit Oxalyldichlorid (Kp 63-64 0 C), das dabei in CO2, CO und HCl übergeht. (Man formuliere<br />
diese Reaktion!). So lassen sich beispielsweise Carbonsäurecnloride der Steroidreihe racemisierungsfrei<br />
darstellen, funktionelle Gruppen, wie Epoxide, Keto- und Ester-Carbonylgruppen,<br />
1 J nach NICOLET, B. H.; BENDER, J. A., Org. Synth., CoIl. Vol. I (1956), 410<br />
2 ) Ein weiteres Verfahren zur Darstellung gemischter Anhydride vom Typ H3C-CO-O-CO-R besteht in<br />
der Addition einer Carbonsäure an Keten (vgl. D.7.I.6.). Die gemischten Anhydride „disproportionieren"<br />
leicht in die beiden symmetrischen, oft schon beim vorsichtigen Destillieren.<br />
R'-<br />
^O
D. 7.1.4.4. Acidolyse von Carbonsäuren und ihren Derivaten 497<br />
und auch makrocyclische Teilstrukturen, z.B. in Porphyrinen, werden normalerweise nicht<br />
angegriffen.<br />
Die wichtigste und allgemeinste Darstellungsmethode für Acylchloride ist jedoch die<br />
Umsetzung der Carbonsäuren mit anorganischen Säurechloriden, wie Phosphortrichlorid,<br />
Phosphorpentachlorid und Thionylchlorid:<br />
/P /P<br />
R-Cx' + PCI5 R-C 7 + POCI3 + HCI [7.75a]<br />
OH Cl<br />
3R-Cx 7 + PCI3 3R-C 7 + H3PO3 [7.75b]<br />
OH Cl<br />
/° /°<br />
R-Cx 7 + SOCI2 - R-Cx 7 + HCI + SO2 [7.75c]<br />
OH Cl<br />
Die Umsetzung mit Thionylchlorid läßt sich analog [7.74] formulieren:<br />
7 O<br />
/<br />
R-C<br />
n<br />
//<br />
o<br />
/r<br />
7 O<br />
/<br />
R-C<br />
OH R C \ -HCI R / C + ^== ©OH -<br />
\<br />
f (O<br />
Cl<br />
- +<br />
r„,-<br />
7.76<br />
/P CI-S-O 0 +HCI ci-s v,<br />
ClW ,P<br />
V X s<br />
Phosphorpentachlorid ist das am kräftigsten wirkende Reagens, es wird jedoch nur ein Chloratom<br />
ausgenutzt. Man verwendet es im allgemeinen nur, wenn die Überführung der Säure in<br />
das Chlorid mit Phosphortrichlorid oder Thionylchlorid nicht gelingt.<br />
Phosphortrichlorid reagiert nicht ausschließlich entsprechend der Gleichung [7.75b], da stets<br />
etwas gemischtes Anhydrid entsteht und dabei Salzsäure abgespalten wird. Sofern sich überschüssiges<br />
Phosphortrichlorid (Kp 75 0 C) vom gebildeten Säurechlorid destillativ leicht trennen<br />
läßt, benutzt man in der Praxis einen geringen Überschuß.<br />
Thionylchlorid (Kp 19 0 C) ist am wenigsten reaktionsfähig und wird stets im Überschuß eingesetzt.<br />
Zur Darstellung leicht flüchtiger Säurechloride (z.B. Acetylchlorid) eignet es sich<br />
wenig, da diese zu stark vom entweichenden Schwefeldioxid und Chlorwasserstoff mitgerissen<br />
werden und die destillative Trennung von überschüssigem Reagens überdies schwierig ist. Die<br />
Wirksamkeit von Thionylchlorid wird durch katalytische Mengen Dimethylformamid gesteigert.<br />
Nur in Sonderfällen ist die Umsetzung von Natriumsalzen der Carbonsäuren mit Phosphorylchlorid,<br />
Thionylchlorid, Phosphortrichlorid oder Phosphorpentachlorid von Bedeutung, so z. B. für die Synthese<br />
von besonders reinem Acetylchlorid oder solchen Säurechloriden, die in Gegenwart von Chlorwasserstoff<br />
nicht destilliert werden können.<br />
Für alle beschriebenen Präparationen müssen Apparaturen und Reagenzien völlig trocken<br />
sein.
\ Allgemeine<br />
498 D. 7. Reaktionen von Carbony l Verbindungen<br />
Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Carbonsäurechloriden (Tab. 7.77)<br />
Achtung! Bei den Reaktionen entstehen je nach eingesetztem Reagens HCl, CO und/oder<br />
SO2. Abzug!<br />
A. Verwendung von Phosphortrichlorid<br />
l mol der Carbonsäure wird in einem Rundkolben mit 0,4 mol Phosphortrichlorid je Carboxylgruppe<br />
übergössen, mehrmals umgeschüttelt und unter Feuchtigkeitsausschluß über Nacht stehengelassen.<br />
Man kann auch im Wasserbad 3 Stunden unter Rückfluß auf 50 0 C erwärmen.<br />
Dann wird von der als Bodensatz abgeschiedenen phosphorigen Säure dekantiert und fraktioniert<br />
destilliert. Bei einer Siedetemperatur des Säurechlorids unter 15O 0 C kann auch direkt<br />
von der phosphorigen Säure (evtl. im Vakuum) abdestilliert werden.<br />
Die Methode ist auch für Halbmikropräparationen brauchbar.<br />
B. Verwendung von Thionylchlorid<br />
l mol der Carbonsäure wird mit 1,5 mol Thionylchlorid je Carboxylgruppe unter Rückfluß und<br />
Feuchtigkeitsauschluß gekocht, bis die Gasentwicklung beendet ist. Dann destilliert man den<br />
Überschuß an Thionylchlorid auf dem Wasserbad ab; das zurückgewonnene Thionylchlorid ist<br />
für weitere Ansätze brauchbar. Schließlich destilliert man den Rückstand, gegebenenfalls im<br />
Vakuum. Soll das gebildete Säurechlorid undestilliert weiterverwendet werden, entfernt man<br />
die letzten Reste des Thionylchlorids durch Erhitzen auf dem Wasserbad unter Wasserstrahlvakuum.<br />
(Man achte darauf, daß nicht so hoch erwärmt wird, daß das Carbonsäurechlorid siedet!)<br />
Die Präparation ist für Halbmikroansätze brauchbar.<br />
C. Verwendung von Oxalyldichlorid<br />
0.05 mol der entsprechenden Säure werden in ca. 100 ml trockenem Toluen oder Diethylether<br />
gelöst oder suspendiert und mit 0.06 mol Oxalyldichlorid sowie einem Tropfen DMF 30 Minuten<br />
bei Raumtemperatur gerührt (bei Dicarbonsäuren 1-2 Stunden). Danach wird das<br />
Lösungsmittel am Rotationsverdampfer entfernt (Badtemperatur ca. 35 0 C). Anschließend kristallisiert<br />
man um oder destilliert.<br />
Tabelle 7.77<br />
Carbonsäurechloride<br />
Produkt<br />
Acetylchlorid 1 )<br />
Trichloracetylchlorid 2 )<br />
Propionylchlorid 1 )<br />
Butyrylchlorid<br />
Isobutyrylchlorid 3 )<br />
Stearoylchlorid<br />
Adipoyldichlorid<br />
Sebacoyldichlorid<br />
E-2,3-Dimethyl-acrylsäurechlorid<br />
(Tlglinsäurechlorid)<br />
Phenacetylchlorid<br />
(Phenylessigsäurechlorid)<br />
Cinnamoylchlorid 2 )<br />
(Zimtsäurechlorid)<br />
Benzoylchlorid<br />
p-Methoxy-benzoylchlorid<br />
Variante<br />
A<br />
B<br />
A<br />
A,B<br />
A<br />
B<br />
A,B,C<br />
B<br />
C 4 )<br />
A,B<br />
B,C<br />
A,B<br />
A,B<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
51<br />
118<br />
80<br />
102<br />
92<br />
1650,05^);/ 7 24<br />
1282,4(18)<br />
166i3(ii)<br />
612o(i50)<br />
96i,9(14)<br />
1472,1(16);F36<br />
7 1 1,2(9)<br />
14O1^14)<br />
n 2 ?<br />
1,3898<br />
1,4685<br />
1,4051<br />
1,4126<br />
1,4079<br />
1,4290<br />
1,5336<br />
1,5537<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
65<br />
80<br />
80<br />
87<br />
80<br />
80<br />
85<br />
80<br />
75<br />
90<br />
80<br />
80<br />
80
Tabelle 7.77 (Fortsetzung)<br />
Produkt<br />
p-Toluoylchlorid<br />
p-Chlor-benzoylchlorid<br />
m-Chlor-benzoylchlorid<br />
p-Brom-benzoylchlorid<br />
m-Brom-benzoylchlorid<br />
p-Nitro-benzoylchlorid<br />
m-Nitro-benzoylchlorid<br />
3,5-Dinitro-benzoylchlorid<br />
a-Naphthoylchlorid<br />
D. 7.1.5. Addition von Nucleophilen an Nitrile 499<br />
Variante<br />
A,B,C<br />
A,B,C<br />
A,B<br />
A,B<br />
A,B<br />
A,B,C<br />
A,B<br />
B<br />
A,B<br />
Kp (bzw. F) n 2 «<br />
in 0 C<br />
9S1^10)<br />
HQ2,o(i5); F 16<br />
1102.(X15)<br />
I 2 O2^15); F 42<br />
1232>0(i5)<br />
1542,0(^72<br />
1552
500 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
hydrolisiert (warum?). Bei Nitrilen, die selbst unter kräftigen Bedingungen nur schwer hydrolysieren,<br />
hilft häufig ein Umweg, der darin besteht, daß man an Stelle des nucleophil nur<br />
schwach wirksamen Wassers mit dem nucleophil sehr kräftig wirkenden Schwefelwasserstoff<br />
umsetzt. Die so entstehenden Thiomamide lassen sich dann sowohl sauer als auch alkalisch<br />
meist glatt hydrolisieren. Man formuliere diese Reaktionen!<br />
Die Hydrolyse von Nitrilen wird am häufigsten in saurem Medium durchgeführt. Da die<br />
Bedingungen vor allem im Hinblick auf die Konzentration der Säure stark schwanken, wird<br />
hier eine allgemeine Arbeitsvorschrift nur für die alkalische Verseifung angegeben.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Hydrolyse von Nitrilen (Tab. 7.80)<br />
A. Leicht hydrolysierbare Nitrite<br />
l mol des Nitrils wird mit 2 mol 25%iger wäßriger Natronlauge so lange unter Rückfluß<br />
gekocht, bis kein Ammoniak mehr entweicht (4 bis 10 Stunden. Abzug!). Um eine Kristallisation<br />
im Kühler zu verhindern, setzt man bei festen, wasserdampfflüchtigen Nitrilen 80 ml<br />
Ethanol zu, das nach Beendigung der Reaktion wieder abdestilliert wird.<br />
B. Schwer hydrolysierbare Nitrile<br />
l mol des Nitrils wird mit 2 mol Kaliumhydroxid, gelöst in 400 ml Mono-, Di- oder Triethylenglycol<br />
unter Rückfluß zum gelinden Sieden erhitzt, bis die Ammoniakentwicklung beendet ist<br />
(etwa 5 Stunden). Danach verdünnt man mit dem doppelten Volumen Wasser.<br />
Aufarbeitung: Die wäßrige Lösung wird unter Kühlen mit 20%iger Schwefelsäure angesäuert<br />
und die ausgefallene Carbonsäure abfiltriert, mit Wasser gewaschen und umkristallisiert.<br />
Flüssige oder leichter in Wasser lösliche Säuren extrahiert man mehrfach mit Diethylether.<br />
Nach dem Trocknen mit Calciumchlorid wird der Ether abgedampft und der Rückstand umkristallisiert<br />
oder destilliert. Ausbeute 70 bis 95%.<br />
Die Präparation ist auch im Halbmikromaßstab durchführbar.<br />
Tabelle 7.80<br />
Carbonsäuren durch Nitrilhydrolyse<br />
Produkt<br />
Valeriansäure<br />
Hexansäure<br />
Heptansäure<br />
Tridecansäure<br />
Bernsteinsäure<br />
Glutarsäure<br />
Adipinsäure<br />
Phenylessigsäure<br />
4-Methoxy-phenylessigsäure<br />
3,4-Dimethoxy-phenylessigsäure<br />
(Homoveratrumsäure)<br />
2,5-Dimethoxy-phenylessigsäure<br />
2-Chlor-phenylessigsäure<br />
3-Chlor-phenylessigsäure<br />
4-Chlor-phenylessigsäure<br />
2-Brom-phenylessigsäure<br />
3-Brom-phenylessigsäure<br />
4-Brom-phenylessigsäure<br />
2,4-Dimethyl-phenylessigsäure<br />
2,5-Dimethyl-phenylessigsäure<br />
Ausgangsverbindung 1 )<br />
Valeronitril<br />
Hexannitril<br />
Heptannitril<br />
Tridecannitril<br />
Succinonitril<br />
Glutaronitril<br />
Adiponitril<br />
Benzylcyanid<br />
4-Methoxy-benzylcyanid<br />
3,4-Dimethoxy-benzylcyanid<br />
2,5-Dimethoxy-benzylcyanid<br />
2-Chlor-benzylcyanid<br />
3-Chlor-benzylcyanid<br />
4-Chlor-benzylcyanid<br />
2-Brom-benzylcyanid<br />
3-Brom-benzylcyanid<br />
4-Brom-benzylcyanid<br />
2,4-Dimethyl-benzylcyanid<br />
2,5-Dimethyl-benzylcyanid<br />
Variante<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
B<br />
B<br />
A<br />
A<br />
B<br />
A<br />
A<br />
B<br />
B<br />
F (bzw. Kp)<br />
in 0 C<br />
Kp2,(xi5) 87<br />
Kp2,i(i6) 101<br />
Kpi,5(11) 115<br />
43 (W./EtOH)<br />
185 (W.)<br />
98;Apli3(1o)196<br />
152 (AcOH);<br />
Kp1, 3(io) 205<br />
78 (W.); Kp1^12) 144<br />
86<br />
68 (Hydrat aus W.)<br />
98 (getrocknet)<br />
124 (W.)<br />
96 (W.)<br />
78 (W.)<br />
106 (W.)<br />
104 (AcOH)<br />
100(W.)<br />
116(W.)<br />
106 (W.)<br />
128 (W.)<br />
" 2 D 0<br />
1,3952<br />
1,4150<br />
1,4236
Tabelle 7.80 (Fortsetzung)<br />
D. 7.1.5. Addition von Nucleophilen an Nitrile 501<br />
Produkt Ausgangsverbindung 1 ) Variante F (bzw. Kp)<br />
in 0 C<br />
2,4,6-Trimethyl-phenylessigsäure 2,4,6-Trimethyl-benzylcyanid B 168 (EtOH<br />
oder Ligroin)<br />
Naphth-1-ylessigsäure Naphth-1-ylacetonitril B 133 (W.)<br />
1 J Als Ausgangsverbindung kann auch mit dem gleichen Erfolg das entsprechende Carbonsäureamid ein-<br />
gesetzt werden.<br />
a-Hydroxy-nitrile lassen sich nur sauer hydrolysieren, z. B. Benzaldehydcyanhydrin zu Mandelsäure:<br />
CORSON, B. B., u. a., Org. Synth., CoIL,Vol. I (1956), 336.<br />
Partielle Hydrolyse eines Nitrils mit Hilfe eines basischen Ionenaustauschers:<br />
Nicotinsäureamid aus Pyridin-3-carbonitril: GALAT, A., J. Am. Chem. Soc. 70 (1948), 349;<br />
Malonsäure aus Chloressigsäure über Cyanessigsäure: WEINER, N., Org. Synth., CoIl. Vol. II<br />
(1957), 376.<br />
Nitrile lassen sich mit Hilfe der Kolbe-Synthese (vgl. D.2.6.9.), durch Cyanethylierungs-, Cyanessigesterund<br />
ähnliche Reaktionen (vgl. [7.140] und [7.284]) leicht darstellen. Die Hyrolyse von Nitrilen schließt sich<br />
diesen Reaktionen im allgemeinen an und besitzt daher erhebliche präparative und technische Bedeutung<br />
für die Synthese von Carbonsäuren. Auch Hydroxy- und Aminosäuren sind so über Cyanhydrine (vgl.<br />
D.7.2.1.1.) bzw. nach der Strecker-Synthese (vgl. [7.109]) leicht zugänglich. Über wichtige Beispiele informiere<br />
man sich an den zitierten Stellen!<br />
In Gegenwart von wasserfreiem Chlorwasserstoff addiert sich Alkohol an Nitrile zu den<br />
Imidoester- („Iminoether"-) Hydrochloriden:<br />
_ ^-^ ~ yNH NH2]<br />
R'-Ö-H + R-CEN + H-CI R-C 7 Cl 0 - R-C* © Cl 0 [7.81]<br />
©O-R 1 OR 1<br />
Darstellung von Monoimidomalonsäurediethylester<br />
H<br />
In einem l-l-Vierhalskolben mit Rührer, Rückflußkühler mit Calciumchloridrohr, Tropftrichter<br />
und Innenthermometer kühlt man eine Mischung aus 0,85 mol Cyanessigsäureethylester,<br />
50ml Ether, 12,5 ml Wasser und 50 ml 96%igem Ethanol auf 5 0 C ab. Zu dieser Mischung<br />
tropft man unter Rühren bei O bis 5 0 C 0,8 mol Thionylchlorid (SO2-Entwicklung! Abzug!).<br />
Danach wird 2 Stunden bei 1O 0 C und 4 Stunden bei Raumtemperatur nachgerührt. Man läßt<br />
über Nacht im Kühlschrank stehen, kühlt mit Trockeneis/Methanol auf -20 0 C, saugt den Niederschlag<br />
ab und wäscht mit Ether nach.<br />
Zur Freisetzung des Imidoesters trägt man das erhaltene Imidoesterhydrochlorid portionsweise<br />
und unter kräftigem Rühren in eine Mischung aus 300 ml Wasser, 10Og Eis und 50g<br />
Natriumhydrogencarbonat ein, die sich in einem 2-1-Becherglas befindet. Das ausgefallene<br />
Rohprodukt wird abgesaugt und in 100 ml Toluen gelöst. Man filtriert, trocknet über Magnesiumsulfat,<br />
destilliert im Vakuum das Lösungsmittel ab und fraktioniert den Rückstand im Feinvakuum.<br />
Kp(U(2) 8O 0 C; F 36 0 C (Petrolether); Ausbeute 80%.<br />
Imidoester werden durch Wasser sehr leicht zu Carbonsäureestern hydrolisiert. Durch Aminolyse<br />
erhält man Amidine:<br />
T *-
502 D. 7. Reaktionen von Carbony l Verbindungen<br />
In Sonderfällen lassen sich Amidine auch direkt durch Wasserabspaltung aus geeignet substituierten<br />
Carbonsäureamiden erhalten, z. B.:<br />
Darstellung von l,8-Diaza-bicyclo[5.4.0]undec-7-en (DBU [7.83])<br />
[7.83]<br />
0,5 mol jV-(3-Amino-propyl)-£-caprolactam werden mit 100 ml Xylen und l g p-Toluensulfonsäure<br />
so lange unter Rückfluß am Wasserabscheider erhitzt, bis sich kein Reaktionswasser<br />
mehr bildet (etwa 24 Stunden). Man befreit vom Lösungsmittel am Rotationsverdampfer,<br />
ohne zuvor die Katalysatorsäure auszuwaschen, und destilliert anschließend im Vakuum.<br />
128 0 C; Ausbeute 85%.<br />
Acetamidinhydrochlorid aus Acetonitril: Dox, A. W., Org. Synth., CoIl. Vol. I (1956), 5.<br />
Einige Amidine werden als Pflanzenschutzmittel genutzt, z.B. Amitraz (N-Methylamido-bis-(N'-2,3dimethyl-anilidoformamidin).<br />
Die Alkoholyse von Imidoestern führt zu Orthocarbonsäureestern. Auf diese Weise läßt<br />
sich z. B. Orthoameisensäuretriethylester herstellen:<br />
©<br />
xNH2<br />
OEt<br />
H-ef Cl 0 + 2 EtOH H-C-OEt + NH4CI [7.84]<br />
OEt OEt<br />
7.1.6. Addition von Nucleophilen an spezielle Carbonylverbindungen<br />
Phosgen, das Dichlorid der Kohlensäure, geht prinzipiell die gleichen Reaktionen ein wie einfache<br />
Carbonsäurehalogenide. Wegen der direkten Bindung der zwei Chloratome an den Carbonylkohlenstoff<br />
sind jedoch die Folgeprodukte der Reaktion mit Basen oft wiederum reaktive<br />
Carbonylverbindungen.<br />
Die Alkoholyse führt über den (in Substanz faßbaren) Chlorkohlensäure-(Chlorameisensäure-)ester<br />
[7.85], I zum Kohlensäurediester [7.85], II:<br />
JC=O + R-OH -^p Cl-c; ^T C=O [7.85]<br />
Cl<br />
In der Peptidsynthese wird beispielsweise der Chlorkohlensäurebenzylester (vgl. [7.51 a,b]) zur Synthese<br />
N-geschützter Aminosäuren eingesetzt.<br />
Chlor- bzw. Bromcyan als heteroanaloge Phosgene sind Säurehalogenide der Cyansäure und liefern bei<br />
der Alkoholyse Cyanate:<br />
Ar-OH + Br-C=N ^ • Ar-O-CEN [7.86]<br />
Die Reaktion verläuft nur mit speziellen Alkoholen, aber mit den meisten Phenolen glatt.<br />
Die Aminolyse von Phosgen führt je nach den Versuchsbedingungen über das sich intermediär<br />
bildene Carbamoylchlorid [7.87], I zu Harnstoffen II bzw. unter HCl-Eliminierung aus<br />
[7.87], I zu Isocyanaten III:
Cl \ R-NH2<br />
C = 0 HO, "<br />
/ - HCI<br />
Cl<br />
D. 7.1.6. Addition von Nucleophilen an spezielle Carbonylverbindungen 503<br />
+ R-NH2<br />
^ - HCI<br />
O<br />
R-N-C —<br />
H Cl<br />
».<br />
I -HCI<br />
R-NH<br />
C=O<br />
R-NH<br />
II<br />
R-N=C=O<br />
III<br />
[7.87]<br />
Bei der Isocyanatbildung geht man meist von den Aminhydrochloriden aus und phosgeniert<br />
in der Hitze. Auf diese Weise kann man die Harnstoffbildung weitgehend unterdrücken und<br />
die Produkte in relativ hohen Ausbeuten erhalten. Präparativ einfacher gestaltet sich oft<br />
jedoch eine Variante, bei der man das freie Amin zu einer Lösung von überschüssigem Phosgen<br />
in einem geeigneten Lösungsmittel (Toluen, Xylen, Chlorbenzen, a-Chlor-naphthalen<br />
usw.) unter Kühlung zusetzt. Es bildet sich auf diese Weise eine Mischung aus Carbamoylchlorid<br />
und Aminhydrochlorid. Anschließend wird bei höherer Temperatur weiter bis zur vollständigen<br />
Lösung phosgeniert.<br />
Die Diisocyanate Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat (MDI), 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat (TDI) und<br />
Hexamethylendiisocyanat (HDI) werden technisch in großem Umfang durch Phosgenierung der entsprechenden<br />
Diamine hergestellt und zu Polyurethanen weiterverarbeitet (s. unten).<br />
In prinzipiell gleicher Weise sind auch die Isothiocyanate (Senföle) aus Thiophosgen<br />
zugänglich. Da die Produkte gegenüber Wasser wesentlich unempfindlicher sind als die Sauerstoffanaloga,<br />
arbeitet man häufig in Wasser als Lösungsmittel.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Isocyanaten (Tab. 7.88)<br />
Achtung! Phosgen ist stark giftig! Nur in besonders dafür vorgesehenen Laboratorien unter<br />
dem Abzug arbeiten! Aus dem Kühler austretende Gase wie folgt durch vier Waschflaschen<br />
leiten: I . Zweite Waschflasche mit 10%iger wäßriger KOH, vierte<br />
Waschflasche mit halbkonz. wäßrigem Ammoniak füllen!<br />
In 400 ml trockenem Lösungsmittel, das man auf -7 0 C abgekühlt hat, wird l mol getrocknetes<br />
Phosgen gelöst (Einleiten bis zur berechneten Gewichtszunahme). Anschließend tropft man<br />
zunächst unter weiterer Kühlung eine Lösung von 0,75 mol primärem Amin (bzw. 0,4 mol Diamin)<br />
in wenig Lösungsmittel so zu, daß die Temperatur nur unwesentlich steigt. Nach der<br />
Aminzugabe entfernt man die Kühlung und leitet langsam weiteres trockenes Phosgen ein.<br />
Wenn die Wärmetönung abklingt, wird unter fortdauerndem Phosgeneinleiten auf 10O 0 C<br />
erhitzt. Nach Aufhören der HCl-Entwicklung unterbricht man die Gaszufuhr und entfernt<br />
überschüssiges Phosgen durch Einleiten von trockenem Stickstoff.<br />
Niedriger als das erwartete Reaktionsprodukt siedende Lösungsmittel werden im Vakuum<br />
abdestilliert und der Rückstand rektifiziert oder umkristallisiert.<br />
Lösungsmittel mit höheren Siedetemperaturen als das Isocyanat verbleiben als Sumpf im<br />
Reaktionskolben, während das Produkt im Vakuum abdestilliert und anschließend nochmals<br />
rektifiziert wird.<br />
l<br />
G
504 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Tabelle 7.88<br />
Isocyanate durch Phosgenierung von Aminen<br />
Produkt<br />
Phenylisocyanat<br />
4-Chlor-phenylisocyanat<br />
4-Nitro-phenylisocyanat<br />
a-Naphth- 1 -yl-isocy anat<br />
Ausgangsverbindung 1 )<br />
Anilin<br />
4-Chlor-anilin<br />
p-Nitranilin<br />
1 - Amino-naphthalen<br />
Lösungsmittel<br />
(Kp in 0 C)<br />
a-Chlor-naphthalen<br />
(260)<br />
Toluen(lll)<br />
Toluen(lll)<br />
Chlorbenzen (132)<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
165<br />
811>3(io)<br />
F 112 (PhH)<br />
1452,0(15)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
4-Chlor-phenylisothiocyanat durch Thiophosgenierung von 4-Chlor-anilin: DYSON, G. M.,<br />
Org. Synth. CoIl. Vol. I (1956), 165; deutsche Übersetzung von ASMUS, R., 158.<br />
Phenylcyanat aus Bromcyan und Phenol: MARTIN, D.; BAUER, M., Org. Synth. 61 (1983), 35.<br />
Carbonylverbindungen mit kumulierten Doppelbindungen addieren Nucleophile unter Bildung<br />
von Carboxylderivaten:<br />
/Ö/© OH<br />
/P<br />
X=C=O + INuH X=C<br />
©NuH<br />
X=C<br />
HX-C<br />
Nu Nu<br />
80<br />
70<br />
50<br />
70<br />
[7.89]<br />
Kohlendioxid ergibt auf diese Weise mit Alkylhydroxiden Hydrogencarbonate, die mit überschüssigem<br />
Reagens in Carbonate übergehen:<br />
O=C=O + 0 IO-H O=C<br />
O=C<br />
/ö/e<br />
[7.90]<br />
Analog bildet Ammoniak die unbeständige Carbamidsäure ([7.91], II), die mit überschüssigem Ammoniak<br />
in ihr Ammoniumsalz (III) übergeht:<br />
© NH3 NH2<br />
O=C=O + INH3 O=C O=C<br />
\Q\0 OH<br />
II III<br />
NH2<br />
C<br />
\0>0 NH®<br />
[7.91]<br />
Aus dem Ammoniumsalz der Carbamidsäure läßt sich entsprechend der Synthese von Amiden aus carbonsauren<br />
Ammoniumsalzen (s. [7.44]) in Gegenwart von Ammoniak bei 15O 0 C und 3,5 MPa (35 atm)<br />
Harnstoff darstellen. Das Verfahren wird technisch in größtem Umfang durchgeführt.<br />
Schwefelkohlenstoff addiert als schwefelanaloges Kohlendioxid in alkalischem Medium relativ<br />
leicht Alkohole und Amine zu den Estersalzen der Dithiokohlensäure (den Xanthogenaten<br />
[7.92]) bzw. den Dithiocarbamidaten ([7.93]):<br />
S=C=S + HOR<br />
S=C=S + H2NR<br />
NaOH<br />
NaOH<br />
/S> -<br />
Natrium-O-alkyldithiocarbonat<br />
("Xanthogenat")<br />
Na v©<br />
Natrium-N-alkyldithiocarbamidat<br />
NHR<br />
[7.93]<br />
Man mache sich den Reaktionsverlauf und die Wirkung des Alkalis klar! Die O-substituierten<br />
Dithiocarbonate (Xanthogenate) sind Ausgangsprodukte für die Chugaev-Esterpyrolyse<br />
(vgl. D.3.2.). Die Dithiocarbamidate können zur Darstellung der Isothiocyanate (Senföle,<br />
R-N=C=S) dienen. Man informiere sich darüber im Lehrbuch!
D. 7.1.6. Addition von Nucleophilen an spezielle Carbonylverbindungen 505<br />
Isothiocyanate und vor allem die entsprechend gebauten Isocyanate (R-N=C=O) und<br />
Ketene (R-CH=C=O) sind reaktionsfähige Carbonylverbindungen, die leicht Wasser, Alkohole,<br />
Amine und andere nucleophile Reagenzien addieren. Man formuliere an Hand von [7.89]<br />
folgende wichtige Reaktionen:<br />
Isocyansäure + Ammoniak -> Harnstoff (WÖHLER)<br />
Isocyanate + Wasser —> N-substituierte Carbamidsäuren (vgl. [9.27])<br />
—> Kohlendioxid + Amine<br />
Isocyanate + Alkohole —> Urethane<br />
Isocyanate + Ammoniak (Amine) -»N-substituierte Harnstoffe<br />
Isothiocyanate + Ammoniak (Amine) -> N-substituierte Thioharnstoffe<br />
Keten + Alkohole -»Essigsäureester<br />
Keten + Ammoniak (Amine) —> Acetamide<br />
Keten + Essigsäure —•> Acetanhydrid<br />
Die Umsetzungen der Ketene und Isocyanate verlaufen oft sehr heftig, während Isothiocyanate<br />
etwas reaktionsträger sind. So gelingt z. B. ihre Hydrolyse zu primärem Amin, Kohlendioxid<br />
und Schwefelwasserstoff erst durch Kochen mit Salzsäure; die analoge Reaktion der Isocyanate<br />
erfolgt dagegen schon bei Zimmertemperatur mit Wasser allein.<br />
Einige der genannten Reaktionen besitzen auch technisch Bedeutung. In größtem Umfang wird Cellulosexanthogenat<br />
zur Produktion von Kunstseide und Zellwolle nach dem Viskoseverfahren dargestellt.<br />
Gewisse Dithiocarbamate sind wichtige Vulkanisationsbeschleuniger für Kautschuk und finden darüber<br />
hinaus als Fungizide Verwendung, z. B. das Zinksalz der N,N-Dimethyl-dithiocarbamidsäure, die aus Dimethylamin<br />
und Schwefelkohlenstoff entsteht (Ziram). Den gleichen Zwecken dient das daraus durch Oxidation<br />
erhältliche Disulfid, das sog. Tetramethylthiuramdisulfid (Thiram). Thioharnstoffderivate haben sich<br />
auch als Pharmazeutika bei der Leprabehandlung bewährt, z. B. Thiambutoxin (N-p-Butoxy-phenyl-N'-pdimethyl-anilinothioharnstoff).<br />
Die bei der Addition von mehrwertigen Alkoholen (z.B. Butan-l,4-diol oder Polyester und Polyether<br />
mit freien Hydroxylgruppen) an Diisocyanate (z.B. MDI, TDI und HDI, s. oben) entstehenden Polyurethane<br />
werden als Kunststoffe und Schaumstoffe eingesetzt. Die Anlagerung von Essigsäure an Keten,<br />
das durch Pyrolyse von Essigsäure (vgl. D.7.1.4.4. und [3.55]) oder Aceton hergestellt wird, ist ein wichtiges<br />
Verfahren zur Erzeugung von Essigsäureanhydrid.<br />
Urethane, Harnstoffe und Thioharnstoffe sind im allgemeinen gut kristallisierende Verbindungen,<br />
die deshalb oft zur analytischen Charakterisierung von Alkoholen und Aminen dienen.<br />
Darstellung von /V-Phenyl-urethanen durch Addition von Alkoholen an Phenylisocyanat (Allgemeine<br />
Arbeitsvorschrift für die qualitative Analyse)<br />
Zu 0,5g Phenylisocyanat in 10 ml trockenem Ligroin (Kp 80 bis 10O 0 C) werden 0,3 bis 0,5g<br />
des Alkohols (vorher sorgfältig trocknen!) in 5 ml des gleichen Lösungsmittels gegeben. Nach<br />
dem Abklingen der Reaktion erwärmt man noch l bis 3 Stunden auf siedendem Wasserbad, filtriert<br />
heiß und läßt abkühlen. Der Niederschlag wird mit kaltem Petrolether gewaschen und<br />
aus Petrolether oder Tetrachlorkohlenstoff umkristallisiert.<br />
a-Naphthylurethane werden analog aus a-Naphthylisocyanat dargestellt.<br />
Darstellung von substituierten Thioharnstoffen durch Addition primärer und secundärer<br />
Amine an Phenylisothiocyanat (Allgemeine Arbeitsvorschrift für die qualitative Analyse)<br />
0,2 g Amin werden in 5 ml Alkohol gelöst und 0,2 g Phenylisothiocyanat in 5 ml Alkohol zugegeben.<br />
Falls bei Zimmertemperatur keine Reaktion erfolgt, wird l bis 2 Minuten erhitzt. Fallen<br />
beim Abkühlen auch beim Reiben keine Kristalle aus (aromatische Amine), wird weitere<br />
10 Minuten erhitzt oder von vornherein ohne Lösungsmittel gearbeitet und nach beendeter<br />
Reaktion mit 50%igem wäßrigem Alkohol ausgefällt. Umkristallisieren der Thioharnstoffe aus<br />
Alkohol.
506 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
7.1.7. Thionierung von Carbonylverbindungen<br />
Carbonylverbindungen lassen sich mit Phosphorpentasulfid (P4Si0) in Gegenward von Basen<br />
wie Pyridin oder Natriumhydrogencarbonat, in Thiocarbonylverbindungen überführen:<br />
O S<br />
/Cx , /C. , ^ = AIKyI1ArYl1OR1NH21NHR1NR2 [7.94]<br />
R R R R<br />
Auf diese Weise können insbesondere aromatische Thioketone, Thiocarbonsäureester und<br />
Thiocarbonsäureamide aus Ketonen, Carbonsäureestern und -amiden dargestellt werden.<br />
In neuerer Zeit hat sich das aus Phosphorpentasulfid und Anisol leicht und in hoher Ausbeute<br />
zugängliche 2,2-Bis-(4-methoxy-phenyl)-l,3,2,4-dithiadiphosphetan-2,4-disulfid [7.95],<br />
auch als Lawessons Reagens bezeichnet, als äußerst nützlich für die Herstellung von Thiocarbonylverbindungen<br />
aus Carbonylverbindungen erwiesen. Es ist reaktiver als P4Si0 und bei<br />
erhöhter Temperatur ausreichend in organischen Lösungsmitteln löslich, so daß die Reaktionen<br />
in homogener Phase durchgeführt werden können.<br />
4 PhOMe + P4S10 2 MeO^f ^-P( "P—f ^OMe [7.95]<br />
v=/ ^Y \=/<br />
Für die Reaktion von Lawessons Reagens mit Carbonylverbindungen ist folgender Mechanismus wahrscheinlich:<br />
' S'<br />
\ / \ / N o —<br />
v=y v=/ b<br />
/r^\ e s rV /R 1 /TA " *<br />
-// V-Px n + £ MeO-Y/ V-P-S-C-R'<br />
\=/ x s 0 o \=/ © A -<br />
e/s R R 1<br />
MeO-X/ V- p ~ s - c - Rf<br />
X=/ © ^G<br />
5 MeO<br />
O-C-R'<br />
i<br />
R<br />
o<br />
SxN /C6H4OMe<br />
©/P 0^0<br />
. © MeOC6H4^p p^S<br />
b n^O" \<br />
S C6H4OMe<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Thiocarbonsäureamiden (Tab. 7.97)<br />
A. 2,2-Bis-(4-methoxy-phenyl)-l,3,2,4-dithiadiphosphetan-2,4-disulfid (Lawesson Reagens)<br />
| Vorsicht! Schwefelwasserstoff-Entwicklung. Abzug benutzen!<br />
[7.96]<br />
l mol Anisol und 0,1 mol P4S10 werden in einem 250-ml-Rundkolben mit Rückflußkühler und<br />
Calciumchloridrohr 6 Std. auf 155 0 C Badtemperatur erhitzt, wobei alles in Lösung geht. Beim<br />
Abkühlen auf Zimmertemperatur kristallisiert das Produkt aus. Es wird abgesaugt, mit Ether/
D. 7.2. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit Kohlenstoff-Nucleophilen 507<br />
Dichlormethan (l : 1) gewaschen und über Phosphorpentoxid im Vakuum getrocknet. Ausbeute:<br />
80%. F227...229°C, ein Teil schmilzt schon bei 214 0 C Im Exsikkator im Vakuum über<br />
Phosphorpentoxid bei Raumtemperatur aufbewahrt, ist das Produkt etwa lO Tage haltbar.<br />
B. Darstellung von Thiocarbonsäureamiden<br />
0,01 mol Carbonsäureamid und 0,005 mol 2,2-Bis-(4-methoxy-phenyl)-l,3,2,4-dithiadiphosphetan-2,4-disulfid<br />
werden in 15 ml Ethylenglycoldimethylether in einem lOOml-Rundkolben bei<br />
100 0 C Badtemperatur im Falle von secundären und tertiären Amiden bzw. bei 80 0 C bei primären<br />
Amiden die vorgeschriebene Zeit erhitzt. Nach dem Erkalten rührt man in 50ml Wasser<br />
ein und schüttelt viermal mit je 25ml Ether aus. Die ätherischen Phasen werden vereinigt,<br />
über MgSO4 getrocknet und anschließend im Rotationsverdampfer zur Trockene eingeengt.<br />
Weicht die Schmelztemperatur nach dem Umkristallisieren von der angegebenen ab, so kann<br />
das Produkt gereinigt werden, indem man es in Ether/Aceton (1:1) löst und die Lösung durch<br />
eine Silicagel-Säule gibt.<br />
Tabelle 7.97<br />
Thiocarbonsäureamide<br />
Produkt<br />
Thioformanilid<br />
Thiobenzamid<br />
Thiobenzanilid<br />
Thioacet-4-chlor-anilid<br />
Thionicotinsäureamid<br />
N,N-Dimethyl-thioformamid<br />
Ausgangsverbindungen<br />
Formanilid<br />
Benzamid<br />
Benzanilid<br />
Acet-4-chlor-anilid<br />
Nicotinsäureamid<br />
N,N-Dimethylformamid<br />
Reaktionsdauer<br />
in h<br />
1<br />
1<br />
8<br />
2<br />
!5<br />
3<br />
F (bzw. Kp)<br />
in 0 C<br />
138...140 (abs. EtOH)<br />
115...116(EtOH/H20)<br />
97...9S (EiOHfH2O<br />
oder Essigester)<br />
141...143 (EtOH)<br />
188...190 (PrOH)<br />
Kp^3(IO) 9S...97<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Thiocarbonylverbindungen, insbesondere Thiocarbonsäureamide finden als Pharmaka, Pflanzenschutzmittel,<br />
Vulkanisationsbeschleuniger, Korrosionsinhibitoren und Schmieröladditive technische Verwendung.<br />
Acetyl-Coenzym A, das bei der Biosynthese von Fettsäuren und Terpenen sowie im Citronensäurecyclus<br />
entscheidend beteiligt ist, enthält eine reaktive Thioestergruppierung (vgl. [7.114]).<br />
Thiocarbonylverbindungen sind wichtige Ausgangsstoffe für die Synthese von Heterocyclen.<br />
Man formuliere die Umsetzung von Thioacetamid mit Chloraceton zu 2,4-Dimethyl-thiazol!<br />
7.2. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
mit Kohlenstoff-Nucleophilen<br />
Mit Kohlenstoff-Nucleophilen reagieren Carbonylverbindungen unter Knüpfung einer C-C-<br />
Bindung. Die Reaktionen sind daher von außerordentlicher Bedeutung für die Synthese organischer<br />
Verbindungen.<br />
Als Kohlenstoff-Nucleophile kommen in Frage:<br />
6- 0+<br />
a) Organometallverbindungen: R-M<br />
Sie besitzen auf Grund des -i-I-Effektes des Metalls eine polare C-M-Bindung, in der das<br />
Kohlenstoffatom eine negative Partialladung trägt.<br />
b) Cyanid-und Acetylidionen: - C>N, - &CR<br />
c) Ylide ^c-X® ( ^C=X Ylene)<br />
/~ /<br />
des Phosphors (X = PR3) und Schwefels (X = SR2; SOR2)<br />
70<br />
68<br />
72<br />
82<br />
68<br />
80
508 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Öl Öl<br />
d) Enolate X C=C X ~ — ^-C?<br />
' / \ /~ \<br />
von Aldehyden, Ketonen, Carbonsäureestern und -amiden sowie ihre Aza-Analoga (Enamide<br />
[vgl. D.7.4.2.I.], a-Cyano- und a-Nitro-carbanionen)<br />
Xi X®<br />
e) Enole, Enolether, Enamine: C=C^<br />
vgl.D.7.4.2.<br />
—- C-c'<br />
7 ^<br />
7 X<br />
Die Verbindungen b) bis d) werden aus entsprechenden CH-aciden Verbindungen durch<br />
Entzug eines Protons gebildet. Sie können auch aus diesen CH-aciden Vorläufern direkt in der<br />
Reaktion durch Zusatz von Basen in situ erzeugt werden.<br />
In Tabelle 7.98 sind die wichtigsten Reaktionen von Carbonylverbindungen mit Kohlenstoff-Nucleophilen<br />
zusammengestellt.<br />
Tabelle 7.98<br />
Reaktionen von Carbonylverbindungen mit Kohlenstoff-Nucleophilen<br />
O n<br />
Aldehyde,<br />
Ketone<br />
O n<br />
O<br />
H-C=N<br />
-CH2-C<br />
\<br />
OH<br />
-C-CEN<br />
OH<br />
i<br />
OH<br />
i<br />
H3C-C Ar H<br />
\ /<br />
C=C<br />
AK% + HsC_/ -CH3COOH H, CQOH<br />
O n<br />
O n<br />
ff<br />
H , ; c<br />
C * H2C-COOH ^H2CT P=\<br />
HNCOPh Ar U<br />
+ H2C-COOR<br />
-HCI<br />
Cl ' ; COOR<br />
Y \f<br />
^urf ^ V-r (XY = COR1COOR,<br />
2 ^ -H2O* / ^ COOH, CN, NO2)<br />
R2NH + C + -CH2-C<br />
M n \<br />
\ /<br />
C=C<br />
C=O<br />
Synthese von<br />
Cyanhydrinen<br />
Ethinylierung<br />
Aldol-Addition<br />
Aldol-Kondensation<br />
Perkin-Reaktion<br />
Erlenmeyer-Reaktion<br />
Darzens-<br />
Glycidestersynthese<br />
Knoevenagel-<br />
Kondensation<br />
R2N-CH2-CH-C 7 Mannich-Reaktion
Tabelle 7.98 (Fortsetzung)<br />
2 Ar-^H<br />
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 509<br />
(CN 0 )<br />
O PPh3<br />
O<br />
O Il<br />
"OR 1„ + -CH2-C<br />
HO O<br />
CH-C<br />
Ar 7 Ar<br />
\ C<br />
R 1<br />
- R 1 OH °\\ /P<br />
•x<br />
C-CH-'<br />
+ R 1 OH /<br />
OR'<br />
X Ov X<br />
- + H 2 C Mri* X C-CH (X, Y = COR, COOR, CN)<br />
Cl 'y "U / N y<br />
\ N<br />
H<br />
R 2<br />
C=C<br />
°,<br />
. + H-Ar ——- C-Ar (X = CI1OCOR)<br />
A ~ nA /<br />
+ R-M —<br />
M = MgX, Li u.a.<br />
OM OH<br />
' ^ (+H2O) i r<br />
O OH<br />
.C + R-M<br />
/\<br />
- XMgOH<br />
C-R<br />
(X = OH, OR', Cl, OCOR 1 ;<br />
M = Li, LiCuR, CdR u.a.)<br />
Acyloinkondensation<br />
Wittig-Reaktion<br />
Esterkondensation<br />
Acylierung von<br />
CH-aciden<br />
Verbindungen<br />
Acylierung von<br />
Enaminen<br />
(vgl. D.7.4.2.3.)<br />
Friedel-Crafts-<br />
Acylierung<br />
(vgl. D.5.1.8.1.)<br />
Reaktion mit Organometallverbindungen<br />
(M = MgX:<br />
Grignard-Reaktion)<br />
Die Reaktionen einiger Carbonylverbindungen mit Aromaten als Nucleophile wurden schon in Kapitel<br />
D.5 besprochen (Friedel-Crafts-Acylierung, Chlormethylierung und verwandte Umsetzungen).<br />
7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden<br />
Verbindungen<br />
Zur Addition an die Carbonylgruppe ist eine Reihe CH-acider Verbindungen (Aldehyde,<br />
Ketone, Carbonsäureester und -amide, Nitrile und Nitroverbindungen mit einem Wasserstoffatom<br />
in a-Stellung zur funktioneilen Gruppe sowie Blausäure und Acetylen) befähigt. Diese
510 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Verbindungen weisen von vornherein keine nucleophilen Eigenschaften auf, können aber in<br />
Gegenwart starker Basen in einem der eigentlichen Carbonylreaktion vorgelagerten Gleichgewicht<br />
in Anionen übergehen, die dann eine genügend große Nucleophilie besitzen, um an<br />
die Carbonylgruppe addiert zu werden.<br />
Die Lage dieses Gleichgewichtes wird von dem Verhältnis der Basizitäten von Katalysatorbase<br />
und Anion der CH-aciden Verbindung bestimmt (Tab. 7.99).<br />
Tabelle 7.99<br />
PK5-Werte in Wasser bei 25 0 C<br />
Substanz pKs<br />
Methan etwa 48<br />
Benzen etwa 43<br />
Ammoniak etwa 38<br />
Wasserstoff etwa 35<br />
Triphenylmethan etwa 32<br />
Acetylen etwa 25<br />
Acetonitril etwa 25<br />
Essigsäuremethyl- etwa 24<br />
ester<br />
Substanz pKs<br />
Aceton etwa 20<br />
Ethanol 16<br />
Methanol 15,5<br />
Wasser 15,74<br />
Malonsäurediethylester 12,9<br />
Malononitril 11,2<br />
Piperidiniumion 11,1<br />
Acetessigsäureethyl- 10,8<br />
ester<br />
Substanz pKs<br />
Cyanessigsäureethylester 10,5<br />
Nitromethan 10,2<br />
Phenol 10,0<br />
Blausäure 9,2<br />
Ammoniumion 9,24<br />
Acetylaceton 9,0<br />
Malonaldehyd 5,0<br />
Essigsäure 4,8<br />
Bei Carbonylverbindungen löst die Katalysatorbase ein Wasserstoffatom in a-Stellung zur<br />
Carbonylgruppe als Proton ab:<br />
P<br />
H-C-C<br />
I \<br />
I<br />
B-H<br />
X - /P 1<br />
C-C<br />
/ \<br />
Ua<br />
} ><br />
\<br />
C=C [7.100]<br />
Ub Uc<br />
Die acidifizierende Wirkung der Carbonylgruppe und ihrer Analoga auf die benachbarte Alkylgruppe<br />
beruht darauf, daß sie auf Grund ihrer -!-Wirkung die Polarität der C-H-Bindung erhöht. Das nach der<br />
Abspaltung des Protons verbleibende Elektronenpaar ist zudem mit der C=O-Gruppe konjugiert. Hierdurch<br />
wird das Anion [7.100], II stabilisiert.<br />
Aus den geschilderten Gründen ist auch verständlich, daß nur die in a-Stellung befindlichen Wasserstoffatome<br />
gelockert sind. Von der ß-Methylgruppe im Propionaldehyd z. B. ist keine Konjugation zur Carbonylgruppe<br />
mehr möglich. Ebenso ist auch das Wasserstoffatom an der Carbonylgruppe von Aldehyden<br />
nicht durch Basen als Proton abspaltbar, da hierbei das konjugierte System nicht verlängert werden könnte<br />
(dagegen ist die Abspaltung als Radikal bzw. Anion möglich, vgl. z. B. [1.46] und [7.238]).<br />
In den ß-Dicarbonylverbindungen (Malonsäurediethylester, Acetessigsäureethylester, Acetylaceton<br />
u. a.) sind sowohl der induktive Effekt auf die benachbarte C-H-Bindung als auch die Delokalisierungsmöglichkeit<br />
des freien Elektronenpaares im Anion sehr stark ausgeprägt. Sie besitzen daher eine den Phenolen<br />
und Carbonsäuren vergleichbare Säurestärke.<br />
Das entsprechend [7.100] gebildete Anion II der CH-aciden Verbindung kann sich genauso<br />
an die Carbonylverbindung anlagern wie die bisher beschriebenen Heteroatom-Nucleophile 1 )<br />
vgl. [7.8]:<br />
} Die Anionen von Carbonylverbindungen (Enolate) besitzen, wie aus [7.100] hervorgeht, auch am Sauerstoffatom<br />
nucleophile Eigenschaften. Die Reaktion an dieser Stelle führt aber zu keinem bleibenden<br />
Ergebnis, da das entstehende halbacetalartige Gebilde sich nur durch Zerfall in die Komponenten stabilisieren<br />
könnte.
C-C + C=O<br />
Uc III<br />
C-C-C-QI + HB<br />
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 511<br />
O l l<br />
1 ' — P»<br />
c-c-c-or<br />
IV V<br />
\\ l l —0<br />
C-C-C-OH + B<br />
[7.101]<br />
Das dabei entstehende Alkoholation [7.101], IV übernimmt von der im ersten Schritt in<br />
[7.100] entstandenen protonierten Base HB (oder auch vom Lösungsmittel) wieder ein Proton,<br />
wodurch es in die ungeladene Hydroxyverbindung V übergeht und der Katalysator B - zurückgebildet<br />
wird. Die gesamte Umsetzung verläuft also mit katalytischen Mengen der Hilfsbase.<br />
Voraussetzung für den letzten Schritt (IV —»V) ist, daß das Alkoholation IV eine höhere Basizität besitzt<br />
als B - . Für Hydroxidionen als Hilfsbase z. B. (pKs = 15,7) ist diese Voraussetzung gegeben, da Alkoholationen<br />
vom Typ IV sehr starke Basen sind (pKs > 17 bis 19). Beispiele dafür, daß der „Neutralisationsschritt"<br />
nicht stattfinden kann, werden später erörtert. In solchen Fällen müssen molare Mengen des basischen<br />
Kondensationsmittels angewendet werden.<br />
Die Umsetzung [7.101] ist der Prototyp aller Adolreaktionen und verwandter, basisch katalysierter<br />
Umsetzungen. Da alle Reaktionsstufen Gleichgewichtsreaktionen sind, lassen sich die<br />
entstandenen Addukte prinzipiell wieder durch Basen spalten.<br />
An die Reaktion entsprechend [7.101] schließt sich häufig die Abspaltung eines Moleküls<br />
Wasser an, so daß a,ß-ungesättigte Carbonylverbindungen erhalten werden (Aldolkondensation).<br />
Solche Wasserabspaltungen verlaufen sehr leicht, da sich ein System konjugierter Doppelbindungen<br />
ausbilden kann, vgl. auch D.3.1.4. Ist die Carbonylkomponente, die mit dem<br />
Anion der CH-aciden Verbindung reagiert, ein Carbonsäurederivat (Ester, Halogenid, Anhydrid),<br />
so läuft der Kondensationsschritt immer ab, wobei Alkohol, Halogenwasserstoff bzw.<br />
Carbonsäure abgespalten werden. Man erhält nämlich dadurch die Anionen (Enolate) von<br />
ß-Dicarbonylverbindungen, die besonders energiearm sind:<br />
^Q / n<br />
C-C + C=O<br />
X = OR, Halogen, OCOR<br />
°\\ I _0 -HX<br />
C-CH-C-OI ^=^<br />
/ i ~ +HX<br />
X C-C=C-OI G — c-c-c<br />
[7.102]<br />
Auf Grund ihrer geringen Basizität sind die Anionen von ß-Dicarbonylverbindungen normalerweise<br />
nicht in der Lage, aus dem protonierten Katalysator die Hilfsbase (etwa Alkoholat) wieder in Freiheit zu<br />
setzen. Es handelt sich hier um einen der obengenannten Fälle, wo molare Mengen der Hilfsbase notwendig<br />
sind. Für X= Halogen, OCOR in [7.102] ist darüber hinaus ein weiteres Mol des Kondensationsmittels<br />
notwendig.<br />
Die Reaktionen CH-acider Carbonylverbindungen mit Carbonylverbindungen können nicht nur durch<br />
basische Katalysatoren, sondern z. T auch durch Säuren und Lewis-Säuren beschleunigt werden. Der saure<br />
Katalysator bewirkt in schon bekannter Weise eine Erhöhung der Carbonylaktivität, darüber hinaus katalysiert<br />
er die Enolisierung der CH-aciden Komponente:<br />
©,OH<br />
H-C-C<br />
Man informiere sich im Lehrbuch über Keto-Enol-Tautomerie! Vergleiche auch D.7.2.1.8.<br />
\<br />
OH<br />
[7.!03]
i<br />
G<br />
512 D. 7. Reaktionen von Carbony l Verbindungen<br />
Das Enol in [7.103] ist nun auf Grund der basischen Eigenschaften der C=C-Doppelbindung (vgl. D.4.)<br />
in der Lage, als nucleophiles Reagens an die Carbonylgruppe addiert zu werden:<br />
-H®<br />
;=^ C-C-C-OH ^= C-C-C-OH [7.104]<br />
/ I l +H® / | |<br />
Es entsteht mithin das gleiche Produkt wie bei der basisch katalysierten Reaktion [7.101]. Unter den<br />
sauren Reaktionsbedingungen wird das Aldol allerdings sofort dehydratisiert (s.o.):<br />
C-C-C-OH ^== C-C-C7O , C-C=C [7.105]<br />
/M -H 0 / I I^ ~ '<br />
Diese sauer katalysierten Reaktionen sind von geringerer Bedeutung als die basenkatalysierten.<br />
7.2.1.1. Anlagerung von Blausaure an Aldehyde und Ketone<br />
Durch Anlagerung von Blausäure an Aldehyde oder Ketone entstehen a-Hydroxy-carbonitrile<br />
(Cyanhydrine):<br />
/P ? H<br />
R-C + H-CEN ^==: R-C-CEN [7.106]<br />
R' R'<br />
Als basische Katalysatoren wirken hierbei Alkalicyanide, Alkalicarbonate, Ammoniak,<br />
Amine u. a. Man formuliere den Mechanismus der Reaktion!<br />
Die Reaktion ist reversibel. a-Hydroxy-carbonitrile lassen sich durch Basen daher wieder<br />
spalten. Die Lage des Gleichgewichts hängt stark von der Struktur der Carbonylverbindung<br />
ab, wobei sowohl elektronische als auch sterische Faktoren eine große Rolle spielen. Die Cyanhydrine<br />
von Aldehyden sind stabiler als die von Ketonen. -I-Gruppen in Nachbarstellung zur<br />
Carbonylgruppe erleichtern die Cyanhydrinbildung. Aliphatische Ketone geben schlechte Ausbeuten,<br />
während rein aromatische Ketone nicht reagieren. Aus sterischen Gründen sind die<br />
Cyanhydrine von Cyclohexanon und Cyclopentanon stabiler als die offenkettiger Ketone.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von «-Hydroxy-carbonitrilen (Cyanhydrinen)<br />
(Tab. 7.107)<br />
Achtung! Bei der Reaktion entsteht freie Blausäure! Abzug, Gasmaske! Auch die Cyanhydrine<br />
sind stark giftig (warum?). Die meisten Cyanhydrine sind thermisch instabil. Man stabilsiert<br />
deshalb vor der Destillation mit l bis 2% konzentrierter Phosphorsäure, Schwefelsäure<br />
oder Chloressigsäure. Andernfalls kann explosionsartige Zersetzung eintreten. Sollen<br />
Cyanhydrine gelagert werden, so sind sie ebenfalls zu stabilisieren!<br />
In einem Dreihalskolben mit Rührer, Rückflußkühler, Tropftrichter und Innenthermometer<br />
(vgl. Abb. A.4d) wird l mol fein gepulvertes Natriumcyanid in 120 ml Wasser unter Rühren<br />
gelöst und mit 1,2 mol der Carbonylverbindung versetzt. Man kühlt auf O 0 C und tropft unter<br />
kräftigem Rühren 0,85 mol 35%ige Schwefelsäure langsam zu, so daß die Innentemperatur<br />
nicht über +5 0 C ansteigt. Nach beendeter Zugabe rührt man noch weitere 15 Minuten und<br />
saugt anschließend sofort das gebildete Natriumhydrogensulfat ab (Vorsicht! Blausäure). Die<br />
Cyanhydrinschicht wird abgetrennt, das Salz zweimal mit je 100 ml Ether gewaschen und die<br />
wäßrige Phase mit dem gleichen Ether extrahiert. Die Etherextrakte werden mit dem Cyanhydrin<br />
vereinigt, man trocknet mit wasserfreiem Natriumsulfat, versetzt mit l g Chloressigsäure,<br />
treibt den Ether ab und destilliert das Cyanhydrin über eine kleine Vigreux-Kolonne im<br />
Vakuum (Abzug!).
Tabelle 7.107<br />
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 513<br />
a-Hydroxy-carbonitrile (Cyanhydrine) aus Aldehyden und Ketonen<br />
Produkt Ausgangsverbindungen Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
Acetoncyanhydrin Aceton<br />
Ethylmethylketoncyanhydrin Butanon<br />
Diethylketoncyanhydrin Pentan-3-on<br />
Acetaldehydcyanhydrin Acetaldehyd<br />
Benzaldehydcyanhydrin 1 ) Benzaldehyd<br />
Cyclohexanoncyanhydrin Cyclohexanon<br />
812(15)<br />
912.7(20)<br />
88U(8)<br />
952j(20)<br />
F 20<br />
1262,408); F 29<br />
J<br />
) Benzaldehydcyanhydrin ist unbeständig, sofort als Rohprodukt weiterverarbeilten<br />
(vgl. D.7.1.5)'<br />
ng)<br />
1,4013<br />
1,4151<br />
1,4251<br />
1,4052<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Darstellung von Glycolonitril (Formaldehydcyanhydrin): GAUDRY, R., Org. Synth., CoIl. Vol.<br />
III (1955), 436.<br />
Die Hydroxygruppe von Cyanhydrinen läßt sich acylieren und alkylieren (vgl. auch D.7.2.I.6.).<br />
Cyanhydrinallylether aus Aldehyden, Kaliumcyanid und Allylbromid unter Phasentransferbedingungen:<br />
MC!NTOSH, J. H., Canad. J. Chem. 55 (1977), 4200.<br />
Cyanhydrine verwendet man zur Darstellung von a-Hydroxy-carbonsäuren, indem die Nitrilgruppe<br />
sauer (warum nicht alkalisch?) hydrolysiert wird (vgl. auch D.7.1.5., Mandelsäure, Milchsäure).<br />
Die alkalische Spaltung der Cyanhydrine zu Aldehyden macht man sich beim Abbau von Aldosen zum<br />
nächstniederen Zucker zunutze (Wohl-Abbau), z. B.:<br />
CHO<br />
H-C-OH<br />
HO-C-H H2NOH<br />
H-C-OH *<br />
H-C-OH<br />
CH2OH<br />
D-Glucose<br />
CH=NOH C=N<br />
H-C-OH H-C-OAc<br />
HO-C-H Ac2O AcO-C-H CH3ONa<br />
H-C-OH (AcONa) H-C-OAc '<br />
H-C-OH H-C-OAc<br />
CH2OH CH2OAc<br />
CHO<br />
HO-C-H<br />
H-C-OH<br />
H-C-OH<br />
CH2OH<br />
D-Arabinose<br />
60<br />
50<br />
50<br />
70<br />
70<br />
60<br />
[7.108]<br />
Führt man die Umsetzung von Aldehyden mit Blausäure in Gegenwart von äquimolaren<br />
Mengen Ammoniak (auch primären und secundären Aminen) durch, so addiert sich die Blausäure<br />
an die zunächst gebildeten Iminoverbindungen, und es entstehen Aminonitrile, deren<br />
saure Hydrolyse a-Amino-carbonsäuren liefert (Strecker-Synthese):<br />
R-C 7 +<br />
\ H<br />
HNR2 + HCN -H2O<br />
R-CH-COOH + NH3<br />
[7.109]<br />
Mit Formaldehyd erreicht man so eine Cyanmethylierung von primären und secundären<br />
Aminen.<br />
Darstellung von N-Methyl-aminoacetonitril (Sarkosinonitril): COOK, A. H.; Cox, S. F.,<br />
J. Chem. Soc. 1949, 2334.<br />
Nach der gleichen Methode stellt man technisch Nitrilotriessigsäure (NTA, Trilon A, N(CH2COOH)3,)<br />
und Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA, Trilon B, Chelaplex) her. Man formuliere diese Synthesen.<br />
NTA komplexiert Ca- und Mg-Ionen und kann damit weitgehend Phosphat in Waschmitteln ersetzen.<br />
Eine Schwierigkeit bei Aminosäuresynthesen besteht darin, die Aminosäure von anorganischen Salzen<br />
zu trennen (gleiche Löslichkeit). Die Löslichkeit von Aminosäuren ist am isoelektrischen Punkt am geringsten.<br />
Daher können einige in Wasser schwer lösliche Aminosäuren durch Einstellung des pH-Wertes auf<br />
diesen Punkt aus der rohen Salzlösung ausgefällt werden (vgl. z.B. Tab. 6.12). In den meisten Fällen müs-
\\<br />
514 D. 7. Reaktionen von CarbonylVerbindungen<br />
sen jedoch die Aminosäuren als Hydrochloride aus dem Salzgemisch extrahiert werden, z. B. mit absolutem<br />
Alkohol. Aus den Hydrochloriden werden in geeigneten Lösungsmitteln die Aminosäuren mit Basen bzw.<br />
Ionenaustauschern in Freiheit gesetzt. In der unten angegebenen Vorschrift versetzt man die alkoholische<br />
Lösung des Hydrochlorids mit Diethylamin bzw. Tributylamin, wobei das Hydrochlorid dieser stärker basischen<br />
Verbindung im Alkohol gelöst bleibt und die Aminosäure ausfällt.<br />
o,L-Methionin, eine essentielle Aminosäure und Futtermittelzusatz bei der Geflügelaufzucht, wird technisch<br />
in einer Bucherer-Synthese aus ß-Methylthio-propionaldehyd (D.7.4.L2.) hergestellt:<br />
V + NaCN + (NH4)HCO3 Me" "^ Y^\ + H2O + NaOH<br />
o ' NH<br />
1.NaOH + c +<br />
Me" ^ Y °2 NH3<br />
2. H2SO4<br />
NH2<br />
"0<br />
[7.110]<br />
In analoger Weise wird aus 5-Oxo-valeronitril, mit einer Hydrierung als Zwischenstufe, Lysin gewonnen.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von «-Aminosäuren nach Strecker (Tab. 7.111)<br />
I<br />
Vorsicht beim Umgang mit Cyaniden! Beim Ansäuern der Reaktionslösung entwickelt sich<br />
Blausäure. Abzug! Druckflasche nur bis zu einem Drittel ihres Volumens füllen, während der<br />
Reaktion mit einem Tuch umwickeln und vor dem Öffnen erst abkühlen lassen! Schutzbrille!<br />
In eine Druckflasche gibt man eine kalt gesättigte Lösung von 0,55 mol Ammoniumchlorid,<br />
100 ml konz. Ammoniaklösung und eine Lösung von 0,55 mol Natriumcyanid in 50 ml Wasser.<br />
Dann wird in Eiswasser gekühlt und 0,5 mol des betreffenden Aldehyds oder Ketons tropfenweise<br />
unter Schütteln zugesetzt. Bei aromatischen Carbonylverbindungen fügt man außerdem<br />
noch 100 ml Methanol zu, um die Löslichkeit der Carbonylverbindung zu erhöhen. Die verschlossene<br />
Flasche wird 5 Stunden bei Raumtemperatur auf der Maschine geschüttelt. Bei<br />
Ketonen erwärmt man 5 Stunden unter häufigem Schütteln auf 50 0 C im Wasserbad.<br />
Dann öffnet man die abgekühlte Flasche vorsichtig, überführt den Inhalt in eine Vakuumdestillationsapparatur<br />
und destilliert im vollen Vakuum der Wasserstrahlpumpe bei 30 bis 40 0 C<br />
Badtemperatur das Ammoniak und einen Teil des Wassers ab. Danach werden 300ml konz.<br />
Salzsäure zugegeben (Vorsicht! Es entwickelt sich etwas freie Blausäure. Abzug!), und es wird<br />
3 Stunden unter Rückfluß gekocht, um das Aminonitril zu hydrolysieren. Man destilliert nun<br />
im Vakuum zur Trockne, zuletzt im siedenden Wasserbad, und extrahiert den heißen Rückstand<br />
zweimal mit je 100 ml Methanol. Die vereinigten Filtrate scheiden beim Abkühlen noch<br />
etwas Ammoniumchlorid aus und werden nochmals filtriert. Dann fügt man Diethylamin oder<br />
Tributylamin bis zur schwach alkalischen Reaktion zu, wodurch die Aminosäure in Freiheit<br />
gesetzt wird. Man läßt über Nacht im Eisschrank stehen, filtriert die ausgefallene Aminosäure<br />
ab und wäscht mit Methanol und Ether. Erforderlichenfalls kann aus wäßrigem Alkohol<br />
umkristallisiert werden.<br />
Tabelle 7.777<br />
a-Aminosäuren nach STRECKER<br />
Produkt<br />
DL-Alanin<br />
DL-a-Aminobuttersäure<br />
DL-Norvalin<br />
DL-Valin<br />
Ausgangsverbindungen<br />
Acetaldehyd 1 )<br />
Propionaldehyd<br />
Butyraldehyd<br />
Isobutyraldehyd<br />
F<br />
in 0 C<br />
295<br />
307 (Zers.)<br />
303 2 ) (Zers.)<br />
29S 2 ) (Zers.)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
50<br />
60<br />
65<br />
14
Tabelle 7.777 (Fortsetzung)<br />
Produkt<br />
DL-Methionin<br />
DL-Phenylglycin 3 )<br />
DL-a-Methyl-analin<br />
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 515<br />
Ausgangsverbindungen<br />
ß-Methylthio-propionaldehyd<br />
Benzaldehyd<br />
Aceton<br />
F<br />
in 0 C<br />
281 (Zers.)<br />
256<br />
316 (Zers.)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
1) In 100 ml Ether lösen, der bei der Aufarbeitung mit abdestilliert wird.<br />
2 ) im geschlossenen Röhrchen<br />
3 ) Nach der Hydrolyse Reaktionsgemisch mit konz. Ammoniak bis zur schwach basischen Reaktion versetzen,<br />
ausgefallene Säure absaugen. Zur Feinreinigung vgl. STEIGER, R. E., Org. Synth., CoIl. Vol. III<br />
(1955), 84.<br />
u.,VL-Hydrazobis(cydohexancarbonitril) und ct,oL'-Hydrazobis(isobutyronitril) werden in entsprechender<br />
Weise aus Cyclohexanon bzw. Aceton, Hydrazinsulfat und Natriumcyanid erhalten:<br />
OVERBERGER, C. G.; HUANG, R; BERENBAUM, M. B., Org. Synth., CoIl. Vol. IV (1963), 274.<br />
3-Amino-pentan-3-carbonsäure: STEIGER, R. E., Org. Synth., CoIl. Vol. III (1955), 66.<br />
Aus Aldehyd-Cyanhydrinen können mit Hilfe der Ritter-Reaktion (erster Schritt in [7.112]) a-Oxo-carbonsäuren<br />
gewonnen werden:<br />
OH<br />
R-CH-CN<br />
H2O<br />
-H2N-J-Bu<br />
J-BuOH<br />
(H2SO4)'<br />
O<br />
R-C-COOH<br />
OH O<br />
R-CH-C-NH-f-Bu<br />
O O<br />
CrO3 n n<br />
— R-C-C-NH-f-Bu<br />
In der Technik werden aus Acetoncyanhydrin Polymethacrylsäuremethylester (Plexiglas),<br />
CDH O<br />
H3C-C-CN H2S ° 4 - H2C=C-C' CH ^ H > H2C=C-COOCH3 Polymeres<br />
CH3 CH3NH2 3 CH3<br />
60<br />
50<br />
55<br />
[7.112]<br />
[7.113a]<br />
aus Formaldehydcyanhydrin Glycin und aus Acetaldehydcyanhydrin Milchsäure hergestellt. Über in situ<br />
erzeugte Cyanhydrine, die in Gegenwart von Carbonsäurechloriden oder -anhydriden zu Estern reagieren,<br />
gewinnt man synthetische Pyrethroide, z. B. Cypermethrin (X=Cl) und Deltamethrin (X=Br):<br />
[7.113b]<br />
Diese dem natürlichen Pyrethrum analogen Stoffe sind bereits in geringer Menge hoch wirksame Insektizide<br />
(vgl. auch [4.83]).
516 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
7.2.1.2. Ethinylierung von Carbonylverbindungen<br />
Aldehyde und Ketone reagieren mit Acetylenen zu Propargylalkoholen. Die Ethinylierung<br />
von Ketonen wird meistens in flüssigem Ammoniak in Gegenwart von Natriumamid durchgeführt,<br />
das in molaren Mengen angewandt werden muß (warum?):<br />
NH2 0 + H-C=CH ICECH + NH3<br />
// U O 1 V +H® i [7.114]<br />
R-C + IC=CH R-C-CECH R-C-C=CH<br />
V11 i i<br />
R R 1 R 1<br />
I II<br />
Bei der Zersetzung des Reaktionsgemisches mit Wasser geht I in II über.<br />
Aliphatische Ketone lassen sich schon mit Kaliumhydroxid als Katalysator ethinylieren.<br />
Aldehyde werden besser in Gegenwart von Kupferacetylid umgesetzt, da die genannnten basischen<br />
Katalysatoren Nebenreaktionen (Adolreaktionen) hervorrufen.<br />
Bei der Umsetzung von niederen Ketonen und Aldehyden können Mono- und Diadditionsverbindungen<br />
entstehen. So kann man Acetylen und Formaldehyd sowohl zum Propargylalkohol als auch zum Butin-1,4diol<br />
umsetzen. Durch Veränderung der molaren Verhältnisse (Acetylenkonzentration) läßt sich die Reaktion<br />
lenken.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Ethinylierung von Ketonen (Tab. 7.115)<br />
Achtung! Mit flüssigem Ammoniak (Kp -34 0 C) stets im Abzug arbeiten. Gasmaske sicherheitshalber<br />
bereitlegen, Schutzbrille! Manche Alkinole können sich beim Destillieren<br />
explosionsartig zersetzen, vor allem in Gegenwart basischer Stoffe. Man vermeide deshalb<br />
basische Trockenmittel, wie Kaliumcarbonat, setze dem Destillationsgut eine kleine Menge<br />
Bernsteinsäure zu und destilliere hinter einem Schutzschild.<br />
Alle Geräte und Reagenzien müssen gut getrocknet werden (vgl. auch Reagenzienanhang).<br />
Ein 1-1-Dreihalskolben mit kräftigem Rührer, Gaseinleitungsrohr, Thermometer und einem<br />
mit Ätznatron gefüllten Trockenrohr mit Gasableitung zum Abzug wird bis zum Hals in eine<br />
Methanol/Trockeneis-Mischung eingetaucht und ein rascher Ammoniakstrom eingeleitet, bis<br />
sich etwa 350 bis 400 ml NH3 kondensiert haben. Bei den folgenden Operationen hält man die<br />
Temperatur stets zwischen -35 0 C und -40 0 C (Kolben nur noch wenig in die Kältemischung<br />
eintauchen).<br />
Unter heftigem Rühren fügt man 0,1 g Eisen(III)-nitrat zu und leitet einen kräftigen Strom, von<br />
Acetylen ein, das vorher zur Entfernung von Acetondämpfen 1 ) durch 2 Waschflaschen mit konz.<br />
Schwefelsäure geleitet wird. Sobald sich die Schwefelsäure auch in der zweiten Flasche dunkel<br />
färbt, müssen die Waschflaschen neu beschickt werden. Zwischen die Waschflaschen und den<br />
Reaktionskolben ist außerdem eine Überdrucksicherung nach Abbildung A.l l einzubauen.<br />
0,5 mol Natrium werden in kleine schmale Streifen geschnitten (unter trockenem Toluen<br />
halten) und nach und nach in dem Maße in die Lösung gegeben, wie die anfängliche Blaufär-<br />
l ) In der Stahlbombe ist das Acetylen in Aceton gelöst, vgl. auch Reagenzienanhang.
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 517<br />
bung 1 ) jeweils verschwindet. Sobald nach der Auflösung des gesamten Natriums eine farblose<br />
bis hellgraue Lösung bzw. Suspension vorliegt, wird die Acetylenzufuhr beendet.<br />
In die Lösung tropft man innerhalb von 30 Minuten 0,5 mol trockenes Keton in 75 ml trokkenem<br />
Ether, entfernt das Kühlbad ganz und rührt noch weitere 2 Stunden. Dann läßt man das<br />
Ammoniak verdampfen, am besten über Nacht. Der Rückstand wird vorsichtig mit Wasser zersetzt<br />
und mit 50%iger Schwefelsäure schwach angesäuert. Anschließend ethert man mehrfach<br />
aus, wäscht die vereinigten Extrakte mit Kochsalzlösung, trocknet über Magnesiumsulfat und<br />
destilliert unter Zusatz einer kleinen Menge Bernsteinsäure.<br />
Tabelle 7.7/5<br />
Ethinylierung von Ketonen<br />
Produkt<br />
2-Methyl-but-3-in-2-ol<br />
3-Methyl-pent- 1 -in-3-ol<br />
1-Ethinyl-cyclohexanol<br />
1 -Ethinyl-cyclopentanol<br />
2-Phenyl-but-3-in-2-ol<br />
3-Phenyl-pent-l-in-3-ol<br />
unterkühlte Schmelze<br />
Ausgangsverbindungen<br />
Aceton<br />
Ethylmethylketon<br />
Cyclohexanon<br />
Cyclopentanon<br />
Acetophenon<br />
Propiophenon<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
106<br />
121<br />
7S205); F 30<br />
792,4(18);F27<br />
107,,9O4): F 5i<br />
10713(10);F34<br />
" 2 D 0<br />
1,4207<br />
1,4310<br />
1,48OS 1 )<br />
!,5302 1 )<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Die Ethinylierungsreaktion besitzt für die Synthese von ungesättigten Verbindungen, vor allem von Terpenen,<br />
Carotinoiden und Stereoiden, erhebliche Bedeutung. So lassen sich z. B. verschiedene Terpenalkohole<br />
(Linalool, Geraniol, Farnesol, Phytol) auf diese Weise darstellen.<br />
Durch Ethinylierung von Formaldehyd werden technisch Prop-2-in-l-ol (Propargylalkohol) und But-2in-l,4-diol<br />
hergestellt. Dieses dient nach seiner Hydrierung zu Butan-l,4-diol (vgl. Tab. 4.126) als Ausgangsprodukt<br />
für die Synthese von Tetrahydrofuran (vgl. Tab.2.61) und y-Butyrolacton sowie als Alkoholkomponente<br />
für Polyester und Polyurethane (vgl. D.7.I.6.).<br />
Über 2-Methyl-but-3-in-2-ol (Tab. 7.115) kann Isopren, der Baustein des Naturkautschuks und der natürlichen<br />
Terpene, hergestellt und zu 1,4-cis-Polyoisopren weiterverarbeitet werden.<br />
O OH OH<br />
H3C-C 7 + HC=CH H3C-C-CECH - 1 ^ H3C-C-CH=CH2<br />
TT^ H2C=C-CH=CH2<br />
CH3<br />
60<br />
60<br />
80<br />
40<br />
70<br />
80<br />
* ^ [7,16]<br />
3-Methyl-pent-l-in-3-ol (Methylpentynol, Tab. 7.115) und 1-Ethinyl-cyclohexylcarbamat (Ethinamat)<br />
finden als Sedativa Verwendung. Ethinylestradiol, das man durch Ethinylierung aus Estron erhält, ist ein<br />
hochwirksames synthetisches Östrogen:<br />
) Die Blaufärbung wird durch das im flüssigen Ammoniak gelöste Natrium hervorgerufen. Durch Eisensalze<br />
wird die Umsetzung zum (farblosen) Natriumamid katalysiert. Die Bildung des Natriumacetylids<br />
erfolgt sehr rasch. Man kann die Reaktion auch so durchführen, daß man zunächst die Natriumamidlösung<br />
herstellt und erst dann das Acetylen einleitet.
518 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
7.2.1.3. Aldolreaktion<br />
HCECH 7" ^ JL JL/ [7.H7]<br />
Unter einer Aldolreaktion versteht man die Umsetzung von Aldehyden und Ketonen (Carbonylkomponente)<br />
mit sich selbst oder anderen Aldehyden und Ketonen als CH-acider Verbindung<br />
(Methylenkomponente). 1 ) Der Mechanismus der basisch katalysierten Aldolreaktion ist<br />
in [7.101] wiedergegeben. (Man formuliere die Aldolreaktion mit Propionaldehyd!) Als Basen<br />
dienen bevorzugt Alkali- und Erdalkalihydroxide. Die in [7.104] formulierte sauer katalysierte<br />
Reaktion hat keine so große Bedeutung.<br />
Wenn bei niedrigen Temperaturen gearbeitet wird, lassen sich die einfachen Aldole im allgemeinen<br />
ohne Schwierigkeiten isolieren. Bei den aus aromatischen Aldehyden entstandenen<br />
Aldolen schließt sich jedoch außerordentlich leicht eine Dehydratisierung an, weil ein ausgedehntes<br />
konjugiertes System entstehen kann. Bei der sauer katalysierten Aldolreaktion entsteht<br />
immer das Kondensationsprodukt.<br />
Aldehyde als Carbonylkomponente reagieren besonders leicht, und das Gleichgewicht<br />
[7.101] liegt weit auf der rechten Seite.<br />
Über die Reaktivität verschiedener Aldehyde gilt das bereits früher Gesagte. So besitzt der Formaldehyd<br />
die weitaus größte Reaktionsfähigkeit (warum?). Mit besonders aktiven Methylenverbindungen (z.B.<br />
Cyclohexan-l,3-dion, vgl. D.7.4.1.3.) reagiert er sogar ohne Katalysator in wäßriger Lösung. Im Gegensatz<br />
zu den anderen Aldehyden kann er sich auch zu Addukten umsetzen, in denen alle Wasserstoffatome am<br />
a-Kohlenstoffatom der Methylenkomponente substituiert sind, z. B.:<br />
p p CH2OH<br />
3 H-C 7 + H3C-C 7 - HOCH2-C-CH=O [7.118]<br />
H H CH2OH<br />
Diese Methylolverbindung unterliegt sehr leicht einer gekreuzten Cannizzaro-Reaktion zum Pentaerythritol,<br />
vgl. D.7.3.1.3. Die aromatischen Aldehyde sind am reaktionsträgsten.<br />
Ketone fungieren infolge ihrer geringeren Carbonylaktivität bei einer Aldolreaktion zwischen<br />
einem Aldehyd und einem Keton immer als Methylenkomponente (Claisen-Schmidt-<br />
Reaktion). Auch Ketone ohne reaktiven a-Wasserstoff (z.B. Benzophenon) reagieren nicht<br />
mit methylenaktiven Aldehyden, in diesen Fällen ist die Selbstaldolisierung der Aldehydkomponente<br />
bevorzugt.<br />
Man kann die Reaktion mit dem Aldehyd als Methylenkomponente jedoch erzwingen, wenn man die<br />
Carbonylaktivität des Aldehyds durch vorherige Überführung in eine Schiffsche Base vermindert (vgl.<br />
[7.6]) und aus dieser anschließend, z. B. mit Lithiumdiisopropylamid, das Anion bildet:<br />
NR 1 0 NR 1<br />
R-CH2-C' R-CH-C Li® P-119]<br />
H H<br />
I Im weiter gefaßten Sinne werden häufig auch Umsetzungen der Aldehyde und Ketone mit anderen CHaciden<br />
Verbindungen als Aldolreaktionen bezeichnet. Diese Klassifizierung erscheint deswegen gerechtfertigt,<br />
weil es sich in allen Fällen prinzipiell um den gleichen Reaktionsmechanismus handelt.
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 519<br />
Die Umsetzung mit der Carbonylgruppe von anderen Aldehyden oder Ketonen führt zu N-analogen<br />
Aldolen, die durch Wasserdampfdestillation in Gegenwart von Oxalsäure in die a,ß-ungesättigten Aldehyde<br />
übergeführt werden können.<br />
KT C^ +H2O<br />
/Nl ;+ ^Ol /N IQln -R 1 NH2-LiOH<br />
R-e L.e- R- ue-e<br />
Hat ein Keton zwei reaktionsfähige Stellen, wie z. B. Aceton oder Butanon, so lassen sich<br />
bei der normalen Aldolreaktion Mono- und Di-Aldolisierungsprodukte erhalten. Will man das<br />
Mono-Addukt herstellen, muß die Methylenkomponente in einem 2- bis 3-molaren Überschuß<br />
verwendet werden. Wird ein unsymmetrisches Keton in die Aldolreaktion eingesetzt, so sind<br />
zwei verschiedene Produkte möglich:<br />
O<br />
P H<br />
^ ^ K<br />
[7.12Ia]<br />
[7.12Ib]<br />
Die sauer katalysierte Reaktion mit aromatischen Aldehyden führt im allgemeinen zu einer<br />
Kondensation an der Methylengruppe (b), während im alkalischen Medium die Methylgruppe<br />
bevorzugt angegriffen wird (a). Unverzweigte aliphatische Aldehyde reagieren unabhängig<br />
vom Medium meist an der Methylengruppe.<br />
Mit schwach CH-aciden Methylenkomponenten kann die basenkatalysierte Aldolreaktion<br />
mitunter auf einfache Weise in einem Zweiphasensystem erzwungen werden (vgl. Phasentransferkatalyse,<br />
D.2.4.2.). Als praktisches Beispiel hierfür ist in der allgemeinen Arbeitsvorschrift<br />
zu Tabelle 7.123 unter Variante E die Kondensation von Acetonitril mit aromatischen Aldehyden<br />
angegeben; vgl. [7.131].<br />
Die Gleichgewichtslage bei der Aldolisierung eines Ketons mit sich selbst oder mit einem<br />
anderen Keton ist ungünstig, so daß sich z. B. Diacetonalkohol (4-Hydroxy-4-methyl-pentan-2on)<br />
durch eine Aldolreaktion aus Aceton in brauchbarer Ausbeute nur darstellen läßt, wenn<br />
man das gebildete Aldol dem Aldolisierungsgleichgewicht ständig entzieht.<br />
In Gegenwart starker Säure läßt sich Aceton ebenfalls mit sich selbst kondensieren. (Durch den<br />
Kondensationsschritt wird das Gleichgewicht im gewünschten Sinne verschoben.) Es entstehen<br />
dann aber neben 4-Methyl-pent-3-en-2-on (Mesityloxid) auch die höheren Kondensationsprodukte<br />
2,6-Dimethyl-hepta-2,5-dien-4-on (Phoron) und 1,3,5-Trimethyl-benzen (Mesitylen).<br />
Eine protonierte Carbonylgruppe kann aber nicht nur, wie in [7.104] formuliert, das Elektronenpaar<br />
eines Enols aufnehmen, sondern auch mit einem nicht aktivierten Alken reagieren (Prins-Reaktion). Das<br />
Additionsprodukt vermag sich in verschiedener Weise zu stabilisieren. Hauptprodukte sind entweder ! ,3-<br />
Dioxan-Derivate oder ß,y-ungesättige Alkohole:
520 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
. H ,<br />
/C=G; I © H<br />
+ X - ^C- 1 [7.122]<br />
© R A_D<br />
Die Prins-Reaktion wird technisch genutzt: Durch zweifache Formaldehydaddition an Isobuten entsteht<br />
4,4-Dimethyl-l,3-dioxan, das über Ca-Phosphat thermisch in Isopren (77%), Formaldehyd und Wasser<br />
gespalten wird.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für Aldolisierungen (Tab. 7.123)<br />
A. Aldolisierungen aliphatischer Aldehyde<br />
In einem 250-ml-Dreihalskolben mit Rührer, Tropftrichter und Innenthermometer legt man<br />
l mol des betreffenden Aldehyds 1 ) in 75 ml Ether vor und fügt unter Kühlung mit Wasser sehr<br />
langsam 0,02 mol 15%ige methanolische Kalilauge zu, wobei die Innentemperatur bei 10 bis<br />
15 0 C zu halten ist. Anschließend wird noch 1,5 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Man<br />
neutralisiert sorgfältig mit der äquimolaren Menge Eisessig, trennt vom Kaliumacetat ab,<br />
trocknet über Nacht mit Na2SO4 und destilliert bei möglichst niedriger Temperatur.<br />
B. Aldolreaktion aliphatischer Aldehyde (außer Formaldehyd) mit Ketonen<br />
In einem 500-ml-Dreihalskolben mit Rührer, Tropftrichter und Innenthermometer legt man<br />
das Keton 1 ) vor und fügt 0,03 mol 15%ige methanolische Kalilauge zu. Besitzt das Keton nur<br />
eine reaktionsfähige Methylen- bzw. Methylgruppe, wendet man l mol an, in allen anderen<br />
Fällen 3 mol, sofern das l:l-Produkt dargestellt werden soll.<br />
Unter gutem Rühren und Kühlen mit Wasser wird l mol des betreffenden frisch destillierten<br />
aliphatischen Aldehyds in 75 ml Ether sehr langsam (4 bis 6 Stunden) bei einer Innentemperatur<br />
von 10 bis 15 0 C zugetropft und anschließend noch 1,5 Stunden bei Raumtemperatur<br />
gerührt. Dann neutralisiert man mit Eisessig, trocknet über Na2SO4 und destilliert.<br />
C. Reaktionen mit Formaldehyd<br />
Für die Reaktion von l:l-Addukten wird l mol Paraformaldehyd in 5 mol der Methylenkomponente<br />
1 ) suspendiert, sofern diese mehrere reaktionsfähige Stellen besitzt, bzw. in l mol,<br />
sofern nur eine reaktionsfähige Stelle vorhanden ist.<br />
Diese Mischung wird in einem 500-ml-Dreihalskolben mit Rührer, Rückflußkühler und<br />
Innenthermometer mit 15%iger alkoholischer Kalilauge bis zu einem pH-Wert von 10 bis 11<br />
versetzt und unter Rühren 0,5 bis l Stunde auf 40 bis 45 0 C erwärmt. Man prüft von Zeit zu<br />
Zeit den pH-Wert und gibt nötigenfalls noch etwas Lauge hinzu. Dann neutralisiert man mit<br />
Eisessig, filtriert fest ausgefallene Reaktionsprodukte ab, wäscht sie mit Wasser bzw. trennt die<br />
organische Schicht ab und destilliert.<br />
Bei entsprechender Veränderung der stöchiometrischen Verhältnisse lassen sich in gleicher<br />
Weise a,a-Bis(hydroxymethyl)-Produkte bzw. a,a,a-Tris(hydroxymethyl)-Produkte gewinnen.<br />
Die Präparationen sind im Halbmikromaßstab durchführbar. Man arbeitet dann mit einem<br />
Magnetrührer.<br />
1 J Aldehyde und Ketone frisch destilliert einsetzen.
I<br />
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 521<br />
D. Reaktion aromatischer Aldehyde mit Ketonen<br />
Achtung! x,ß-ungesättigte Ketone sind häufig stark haut- und schleimhautreizend. Betroffene<br />
Stellen mit verdünntem Alkohol waschen.<br />
In einem 1-1-Dreihalskolben mit Rührer, Tropftrichter und Innenthermometer legt man l mol<br />
Aldehyd und das Keton 1 ) in 200 ml Methanol vor. Sollen bei Ketonen mit mehr als einer reaktionsfähigen<br />
Methylen- bzw. Methylgruppe Monokondensationsprodukte erhalten werden,<br />
wendet man 3 mol an, dagegen nur 0,5 mol, wenn ein 2: l-Produkt darzustellen ist. Zu dieser<br />
Lösung tropft man unter gutem Rühren 0,05 mol 15%ige Kalilauge bei einer Innentemperatur<br />
von 20 bis 25 0 C zu. Dann wird noch 3 Stunden gerührt und mit Eisessig neutralisiert. Fest<br />
abgeschiedene Reaktionsprodukte werden abgesaugt und mit Wasser gewaschen. In allen<br />
anderen Fällen verdünnt man mit Wasser und filtriert dann bzw. ethert aus. Der Etherextrakt<br />
wird mit Wasser gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und destilliert.<br />
Zur Darstellung von Nitrostyrenen muß l mol Lauge angewandt und der Ansatz nach 30<br />
Minuten in die doppelt molare Menge 20%iger Salzsäure gegossen werden.<br />
E. Kondensation mit Acetonitril (Zweiphasenreaktion 2 ))<br />
In einem 200-ml-Rundkolben mit Rührer, Rückflußkühler und Tropftrichter erhitzt man ein<br />
Gemisch aus 6,6g (0,1 mol) festem, gepulvertem 85%igem Kaliumhydroxid, 80 ml gereinigtem<br />
Acetonitril (vgl. Reagenzienanhang) und 2 ml Aliquat 336 (vgl. D.2.4.2.). Sobald Rückfluß eintritt,<br />
läßt man unter kräftigem Rühren eine Lösung von 0,1 mol Aldehyd in 15 ml gereinigtem<br />
Acetonitril zufließen. Anschließend erhitzt man 10 Minuten weiter unter Rückfluß, läßt<br />
abkühlen und gießt die Lösung auf 200 g zerstoßenes Eis.<br />
Danach wird 2mal mit Methylendichlorid ausgeschüttelt, die organische Phase mit wenig<br />
Wasser gewaschen, über Na2SO4 getrocknet und das Lösungsmittel im Vakuum verdampft;<br />
Rückstand aus Ethanol Umkristallisieren oder im Vakuum destillieren. Die Zugehörigkeit des<br />
Produktes zur E- oder Z-Form ist durch ein W-NMR-Spektrum in CDCl3 zu ermitteln.<br />
Tabelle 7.123<br />
Aldolreaktion<br />
Produkt<br />
3-Hydroxy-butanal 1 )<br />
(Acetaldol)<br />
3-Hydroxy-2-methylpentanal<br />
(Propionaldol)<br />
Tiglinaldehyd 3 )<br />
2-Ethyl-3-hydroxyhexanal<br />
(Butyraldol)<br />
4-Hydroxy-pentan-2-on<br />
4-Hydroxy-3-methylpentan-2-on<br />
4-Hydroxy-heptan-2-on<br />
2-Hydroxymethyl-<br />
2-methyl-propanal<br />
3-Hydroxymethylbutan-2-on<br />
Zimtaldehyd 4 )<br />
Ausgangsverbindungen<br />
Acetaldehyd<br />
Propionaldehyd<br />
Acetaldehyd,<br />
Propionaldehyd<br />
Butyraldehyd<br />
Acetaldehyd, Aceton<br />
Acetaldehyd, Butanon<br />
Butyraldehyd, Aceton<br />
Formaldehyd,<br />
Isobutyraldehyd<br />
Formaldehyd, Butanon<br />
Benzaldehyd,<br />
Acetaldehyd<br />
Variante<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
B<br />
B<br />
B<br />
C<br />
C<br />
D<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
832,1(20)<br />
85i, 5(ii)<br />
118<br />
iOOucio)<br />
60i,3(10)<br />
76i,3(1o)<br />
92i,6(12)<br />
F 86 (PhH/<br />
Petrolether)<br />
80i,3(1o)<br />
1242,i(i6)<br />
1 J Aldehyde und Ketone frisch destilliert einsetzen.<br />
2 ) Vgl. GOKEL, G. W.; DiBiASE, S.A.; LIPISKO, B. A., Tetrahedron Lett. 1976, 3495.<br />
» 2 D°<br />
1,423S 2 )<br />
1,4373 2 )<br />
1,4475<br />
1,4409 2 )<br />
1,4265<br />
1,4350<br />
1,4360<br />
1,4340<br />
1,6195<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
60<br />
60<br />
30<br />
70<br />
60<br />
70<br />
70<br />
80<br />
50<br />
60
522 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Tabelle 7.123 Fortsetzung<br />
Produkt<br />
Benzylidenaceton<br />
Dibenzylidenaceton<br />
w-Nitro-styren 5 )<br />
Benzylidenacetophenon<br />
6 ) (Chalcon)<br />
p-Methoxy-benzylidenaceton4-Dimethylaminocinnamonitril4-Diethylaminocinnamonitril<br />
4-Methoxy-cinnamonitril<br />
Ausgangsverbindungen<br />
Benzaldehyd, Aceton<br />
Benzaldehyd, Aceton<br />
Benzaldehyd,<br />
Nitromethan<br />
Benzaldehyd,<br />
Acetophenon<br />
Anisaldehyd, Aceton<br />
4-Dimethylamino-benzaldehyd,<br />
Acetonitril<br />
4-Diethylamino-benzaldehyd,<br />
Acetonitril<br />
Anisaldehyd,<br />
Acetonitril<br />
Variante<br />
D<br />
D<br />
D<br />
D<br />
D<br />
E<br />
E<br />
E<br />
Kp (bzw. F) n 2 ?<br />
in 0 C<br />
1402,K16); F 41<br />
Fiii<br />
(Aceton, -15 0 C)<br />
F 58 (EtOH)<br />
F 57 (EtOH)<br />
1852,4(18);F74<br />
F164...166<br />
F97...99<br />
170...1902,4(18)<br />
F59...61<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Durch 20-cm-Vigreux •Kolonne destillieren; das Acetaldol geht beim Stehen rasch in ein dimeres Produkt<br />
über („Paraldol" : F 97<br />
OH<br />
0 C (Et2O)),<br />
CT "CH3<br />
wobei die Flüssigkeit zunächst immer viskoser wird und schließlich Kristalle abscheidet. Ein geringer<br />
Zusatz von Wasser hemmt diese Reaktion. Aus dem Paraldol wird beim Destillieren im Wassserstrahlvakuum<br />
das monomere Aldol zurückgebildet.<br />
2 ) Der Brechungsindex bezieht sich auf die frisch hergestellte Substanz.<br />
3 ) Je 0,5 mol der Aldehyde einsetzen; in Stickstoffatmosphäre arbeiten. Nach der Destillation vom Reaktionswasser<br />
abtrennen, mit Calciumchlorid trocknen und rektifizieren.<br />
4 ) Methanol durch Wasser setzen; unter Stickstoff arbeiten; 2 mol Benzaldehyd und 0,1 mol Kaliumhydroxid<br />
vorlegen; 30%ige wäßrige Acetaldehydlösung zutropfen und, nachdem die Hälfte der Lösung zugetropft<br />
ist, nochmals 0,05 mol Kaliumhydroxid in 30 ml Wasser zusetzen.<br />
5 ) Molverhältnis der Ausgangsprodukte 1:1; mit äquimolarer Menge Lauge unter +5 0 C arbeiten; nach 15<br />
Minuten langsam in überschüssige, eiskalte verdünnte Salzsäure gießen.<br />
6 ) Methanolmenge verdreifachen; 8 Stunden rühren.<br />
Darstellung von Diacetonalkohol (^Hydroxy-^-methyl-pentan-l-on) 1 )<br />
In einem 250-ml-Rimdkolben mit Soxhlet-Aufsatz (vgl. Abb. A.88) und wirksamem Rückflußkühler<br />
wird l mol Aceton unter kräftigem Rückfluß im Wasserbad erhitzt. Die Extraktionshülse<br />
füllt man zur Hälfte mit Bariumoxid, das mit etwas Watte abgedeckt wird. Das Ende der<br />
Reaktion erkennt man daran, daß die Flüssigkeit auf dem kochenden Wasserbad nicht mehr<br />
zum Sieden kommt (nach etwa 30 Stunden). Anschließend wird im Vakuum fraktioniert.<br />
) 73 0 C; ng> 1,4235; Ausbeute 70%.<br />
Pseudojonon aus Citral und Aceton: RÜSSEL, A.; KENYON, R. L., Org. Synth., CoIl. Vol. III<br />
(1955), 747;<br />
3-Oxo-A 4 W-octahydronaphthalen-9-carbonsäureethylester aus l-(3-Oxo-butyl)cyclohexan-2on-1-carbonsäureethylester:<br />
DREIDING, A. S.; TAMASEWSKI, A. J., J. Am. Chem. Soc. 77 (1955), 411;<br />
1 J nach CONANT, J. B.; TUTTLE, N., in: Amus, R.: <strong>Organisch</strong>e Synthesen. - Vieweg & Sohn, Braunschweig<br />
1937, S. 192<br />
60<br />
70<br />
80<br />
75<br />
80<br />
55<br />
48<br />
30
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 523<br />
10-Methyl-A J , 9 -octahydronaphthalen-2,5-dion aus 2-Methyl-2-(3-oxo-butyl)cyclohexan-l,3dion:<br />
NAZAROV, I. N, u. a., Zh. Obshch. Khim. 26 (88) (1956), 441.<br />
Piperin aus Piperonal und Crotonsäurepiperidid unter Phasentransferkatalyse: SCHULZE, A.;<br />
OEDIGER, H., Liebigs Ann. Chem. 1981,1725.<br />
Bei der Aldolreaktion von prochiralen Ausgangskomponenten, z. B. einem Aldehyd und einem unsymmetrischen<br />
Keton, entstehen Produkte mit zwei asymmetrischen Kohlenstoffatomen, die in vier stereoisomeren<br />
Formen (zwei Diastereomeren in jeweils enantiomeren Formen) vorkommen können (vgl. C.7.3.2.).<br />
Die gebildeten diastereomeren Ketole bezeichnet man mit syn oder erythro bzw. anti oder threo:<br />
R 1<br />
O<br />
R"<br />
H R<br />
O OH<br />
R 1 " Y ^ R<br />
R"<br />
O OH<br />
R^ Y R<br />
R"<br />
syn-Ketol<br />
R (erythro)<br />
anfi-Ketol<br />
R,/ Y ^R (threo)<br />
R"<br />
[7.124]<br />
Aus achiralen Ausgangsverbindungen werden die beiden enantiomeren Formen jedes Diastereomeren<br />
im gleichen Verhältnis gebildet, also als racemisches Gemisch.<br />
Die beiden diastereomeren Ketole entstehen jedoch nicht in gleichen Mengen, sondern eins davon wird<br />
bevorzugt gebiltet. Welches das ist, hängt vor allem von der Größe der Reste R, R' und R" und von den<br />
Reaktionsbedingungen ab.<br />
Die Diastereoselektivität der Reaktion läßt sich verstehen, wenn man berücksichtigt, daß das durch<br />
Deprotonierung mit der Base (MB) aus der Methylenkomponente gebildete Enolat in zwei stereoisomeren<br />
Formen als (E)- und (Z)-Verbindung vorkommen kann. Es reagiert mit der Carbonylkomponente über<br />
einen sechsgliedrigen, sesselförmigen cyclischen Übergangszustand, in dem das Metallion M® mit dem<br />
Enolat- und dem Carbonylsauerstoff koordiniert ist.<br />
Verläuft die Reaktion thermodynamisch kontrolliert (vgl. C.3.2.), d. h. (E)- und (Z)-Enolat stehen miteinander<br />
im Gleichgewicht, wird vorrangig das thermodynamisch stabilere (E)-Enolat gebildet. Das ist vor<br />
allem bei höheren Temperaturen und langen Reaktionszeiten der Fall. Der energieärmste, am wenigsten<br />
sterisch gespannte Übergangszustand ist dann der, in dem der Rest R der Carbonylverbindung äquatorial<br />
angeordnet ist. Es ergibt sich das anti-(threo )-Keto\.<br />
+ MB<br />
-HB.<br />
R 1<br />
R"<br />
+ MB<br />
-HB•\<br />
R"<br />
R'<br />
(Z)-Enolat<br />
H<br />
R 1<br />
(£)-Enolat<br />
O 0 M 0<br />
O 0 M 0<br />
RCHO<br />
RCHO<br />
0 M©<br />
/^o-, M<br />
o ; v<br />
O, ©<br />
R 1<br />
OH<br />
O OH<br />
R"<br />
anti (threo)<br />
[7.125]<br />
Unter kinetischer Kontrolle der Reaktion, d.h. wenn das Enolat irreversibel gebildet wird, entsteht<br />
dagegen bevorzugt das (Z)-Enolat, das mit der Carbonylkomponente zum syn-feryt/zroJ-Ketol reagiert.<br />
Dies geschieht z. B. mit starken Basen, wie Lithiumdiisopropylamid (LDA), bei niedrigen Temperaturen<br />
und kurzen Reaktionszeiten.
524 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
In beiden Fällen ist die Diastereoselektivität um so stärker ausgeprägt, je größer die Reste R, R' und R"<br />
sind. So steigt z. B. bei der Reaktion von Benzaldehyd (R" = C6H5) mit Alkylmethylketonen (R' = CH3)<br />
über die mit LDA hergestellten Lithium-Enolate der Anteil des syn-Ketols mit der Größe des Alkylrestes<br />
in der Reihe: R = CH3CH2 < (CH3)2CH < (CH3)3C von 64 über 82 auf 98% an.<br />
3-Alkyl-2-methyl-3-oxo-l-phenyl-propanole aus Benzaldehyd und Alkylmethylketonen:<br />
HEATHCOCK, C. H.; BUSH, C. T; KLESCHICK, W. A.; PIRRUNG, M. C; SOHN, J. E.; LAMPE, J., J. Org.<br />
Chem. 45 (1980), 1066<br />
Die Aldolreaktion kann enantioselektiv gestaltet, d.h. nur eines der vier Stereoisomeren bevorzugt<br />
erhalten werden, wenn man von chiralen Ausgangsstoffen ausgeht. Man setzt präformierte (E)- oder (Z)-<br />
Enolate, z. B. von Bor mit chiralen Liganden ein oder führt die Reaktion mit präformierten Enolaten wie<br />
den Silylenolethern (vgl. D.7.4.2.) in Gegenwart chiraler Lewis-Säure-Katalysatoren, z. B. von Titankomplexen<br />
mit chiralen Liganden durch.<br />
Die Aldoladdition des Acetaldehyds wird auch technisch durchgeführt. Aus dem gebildeten Acetaldol<br />
gewinnt man durch Hydrierung Butan-l,3-diol (vgl. D.7.3.2.) und durch Dehydratisierung Crotonaldehyd<br />
(vgl. Tab. 3.37). Das Aldolkondensationsprodukt von Butyraldehyd wird ebenfalls technisch hergestellt<br />
und zu 2-Ethyl-hexanol hydriert (vgl. D.7.3.2.). 2-Hydroxymethyl-2-methyl-propanal (Tab. 7.123) wird zur<br />
Polyesterkomponente 2,2-Dimethyl-propan-l,3-diol hydriert. Zur Darstellung von Trimethylolpropan und<br />
Pentaerythritol durch Cannizzaro-Reaktion vgl. D.7.3.1.3.<br />
Aus Mesityloxid werden technisch durch Hydrierung das Lacklösungsmittel Isobutylmethylketon sowie<br />
4-Methyl-pentan-2-ol hergestellt.<br />
Auch bei der ersten Synthese eines Antibiotikums, des Chloramphenicols, bediente man sich der Aldolreaktion<br />
(1949):<br />
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 525<br />
/P /O<br />
H3C-C Ph-CH=CH-C x +Hn Ph-CH=CH-COOH<br />
Ph-CHO + > —— > -±^ [7.128]<br />
H3C-C ~ H2 ° H3C-Cx + H3C-COOH<br />
O<br />
X O<br />
Auf die gleiche Weise gelingt die Kondensation mit Benzoylaminoessigsäure (Hippursäure). Unter den<br />
Reaktionsbedingungen bildet sich daraus zunächst das sog. Azlacton, das dann mit der Carbonylverbindung<br />
reagiert:<br />
OH r"V + R-CHO<br />
HN^ /O -H2O N^/ -H2O<br />
Ph<br />
O<br />
Ph Ph<br />
Die erhaltenen ungesättigten Azlactone lassen sich zu a-Oxo-carbonsäuren bzw. nach vorangegangener<br />
Hydrierung zu a-Aminosäuren hydrolysieren (Aminosäure-Synthese nach ERLENMEYER):<br />
O<br />
NH3 + Ph - ^<br />
OH<br />
O<br />
'/<br />
OH<br />
[7.130]<br />
Bessere Ausbeuten an Aminosäuren werden erhalten, wenn man statt Hippursäure z. B. Hydantoin oder<br />
Rhodanin verwendet.<br />
Unter energischen Bedingungen lassen sich auch Carbonsäureester als Methylenkomponenten<br />
verwenden. Sie reagieren mit aromatischen Aldehyden und Ketonen in Gegenwart von<br />
Alkalialkoholaten als Katalysator zu Zimtsäureestern. (Gegenüber aliphatischen Ketonen fungieren<br />
Ester als Carbonylkomponenten (Esterkondensation, vgl. D.7.2.I.8.). Man begründe<br />
diesen Unterschied!)<br />
Acetonitril kann mit Ketonen und aromatischen Aldehyden unter Bedingungen der Phasentransferkatalyse<br />
in Gegenwart von konz. Kalilauge kondensiert werden; in der Vorschrift zu<br />
Tabelle 7.123, Variante E, ist die Darstellung von Cinnamonitrilen angegeben:<br />
CH=O + H3C-CN u • t V-CH=CH-CN [7.131]<br />
- H2U \\ /j<br />
Die stärker aciden a-Chlor-carbonsäureester setzen sich als Methylenkomponente sowohl<br />
mit Aldehyden als auch mit Ketonen um. Dabei bildet sich zunächst ein Chlorhydrin, das unter<br />
den Reaktionsbedingungen sofort Chlorwasserstoff abspaltet (Darzens-Claisen-Reaktion):<br />
\ ? H £<br />
C=O + CH2-COOR ^== - C-CH-COOR ~^ —C-CH-COOR [7.132]<br />
7 Cl Cl 7
526 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Einige präparative Beispiele findet man in der Arbeitsvorschrift für die Esterkondensation<br />
(vgl. D.7.2.I.8.).<br />
Die so erhaltenen 2,3-Epoxyester (Glycidester) decarboxylieren bei der Hydrolyse und<br />
lagern sich in Aldehyde um:<br />
O<br />
/ \<br />
—C-CH-COOR - —C-CH-COOH _QQ » CH-CHO [7.133]<br />
Unter den Bedingungen der Phasentransferkatalyse können mit Chloracetonitril analog<br />
[7.132] in Gegenwart von Natronlauge 2,3-Epoxy-propannitrile hergestellt werden (vgl.<br />
D.2.4.2.).<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Herstellung von 2,3-Epoxy-propannitrilen (Tab. 7.134)<br />
0,2 mol Chloracetonitril werden langsam zu einem heftig gerührten Gemisch von 0,22 mol<br />
Aldehyd oder Keton, 40 ml 50%iger Natronlauge, 50 ml Methylendichlorid und l g Benzyltriethylammoniumchlorid<br />
(BTEAC) oder 1,5 ml Aliquat 336 bei 15 bis 2O 0 C zugetropft.<br />
Anschließend wird noch 40 Minuten bei dieser Temperatur gerührt, mit 30 ml Wasser verdünnnt<br />
und die organische Phase abgetrennt. Man wäscht sie zweimal mit wenig Wasser, trocknet<br />
über Na2SO4 und destilliert.<br />
Beim Einsatz von Ketonen verzichtet man besser auf das Methylendichlorid und setzt nach<br />
Beendigung der Reaktion 80 ml Ether zu.<br />
Tabelle 7.134<br />
2,3-Epoxy-propannitrile (Oxirancarbonitrile) 1 )<br />
Produkt<br />
3-Phenyl-oxiran-2-carbonitril<br />
3,3-Pentamethylen-oxiran-2-carbonitril<br />
3-Methyl-3-phenyl-oxiran-2-carbonitril<br />
3-(4-Methoxy-phenyl)oxiran-2-carbonitril<br />
Ausgangsverbindung<br />
Benzaldehyd<br />
Cyclohexanon<br />
Acetophenon<br />
Anisaldehyd<br />
Kp in 0 C<br />
130...1351>9(14)<br />
IO^IOS^^)<br />
115-1210,8(6)<br />
160...165^9(14)<br />
nach JONCZYK, A.; FEDORYNSKI, M.; MAKOSZA; M., Tetrahedron Lett. 1972,2395<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Weitere CH-acide Verbindungen, die als Methylenkomponenten mit Aldehyden reagieren<br />
können, sind z. B. a- und y-Picoline sowie Cyclopentadien. Man erkläre die CH-Acidität dieser<br />
Substanzen!<br />
Zur Illustration sei die Synthese des Coniins wiedergegeben, das von LADENBURG 1886 als erstes Alkaloid<br />
synthetisch hergestellt wurde:<br />
OHC-CH3--- -^- [7-135]<br />
^N CH3 N CH=CHCH3 N CH2CH2CH3<br />
H<br />
Aus 2-Methyl-pyridin und Formaldehyd wird technisch über die Stufe des 2-(2-Hydroxy-ethyl)pyridins<br />
das Comonomer 2-Vinyl-pyridin hergestellt.<br />
Intermediäre Aldolkondensationen laufen, gekoppelt mit Iminbildung und Dehydrierung, auch bei technischen<br />
Synthesen von Alkylpyridinen ab. Aus Acetaldehyd und Ammoniak mit Ammoniumacetat als<br />
Katalysator entsteht in wässeriger Phase bei etwa 25O 0 C und 100-200 bar hauptsächlich 5-Ethyl-2-methylpyridin,<br />
das zu Nicotinsäure weiterverarbeitet wird, vgl. D.6.2.I., Tab. 6.14. Aus den gleichen Ausgangsstoffen<br />
erhält man in der Gasphase über Al2O3 bei etwa 450 0 C ein Gemisch von a- und y-Picolin, in Gegenwart<br />
von Formaldehyd werden Pyridin und ß-Picolin gebildet.<br />
45<br />
50<br />
50<br />
60
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 527<br />
Wie alle diese Beispiele zeigen, ist die Aldolreaktion von großer Vielseitigkeit und präparativ<br />
äußerst bedeutungsvoll, um C-C-Bindungen zu knüpfen.<br />
7.2.1.4. Knoevenagel-Reaktion<br />
Die Knoevenagel-Kondensation im engeren Sinne ist ein Spezialfall der Aldolkondensation,<br />
bei der Methylenkomponenten mit besonders großer CH-Acidität eingesetzt werden. Als<br />
solche kommen Verbindungen in Frage, bei denen die Methylengruppe durch zwei Gruppen<br />
aktiviert wird, z.B. Malonsäure, Malonsäurehalbester, Malonsäureester, Cyanessigsäure und<br />
-ester, Malononitril und ß-Diketone. Infolge der Konjugationsmöglichkeit der Doppelbindung<br />
mit dem ß-Dicarbonylsystem führt die Reaktion immer durch Wasserabspaltung zu den entsprechenden<br />
ungesättigten gekreuzt konjugierten Verbindungen, z. B.:<br />
\ / CN \ / CN<br />
C=O + H2C C=C + H2O [7.136]<br />
/ COOR / COOR<br />
Die Analogie zu den unter den Bedingungen der Aldolkondensation gewonnenen, einfach<br />
konjugierten ungesättigten Verbindungen (Allgemeine Arbeitsvorschrift zu Tab. 7.123, Varianten<br />
D,E) ist evident. Deshalb können unter Knoevenagel-Reaktion im erweiterten Sinne auch<br />
alle basekatalysierten Aldolkondensationen verstanden werden.<br />
Mit den reaktionsfähigeren der genannten Methylenverbindungen, vor allem Cyanessigsäure<br />
bzw. -ester und Malononitril, liefern sowohl Aldehyde als auch Ketone als Carbonylkomponenten<br />
gute Ausbeuten, während die weniger reaktionsfähigen Methylenkomponenten oft<br />
nur noch mit aromatischen Aldehyden glatt reagieren. Als Katalysatoren dienen Piperidin,<br />
Ammoniumacetat, ß-Alanin und andere in Gegenwart von Eisessig.<br />
Die Umsetzung einiger reaktionsträger Partner, z. B. von Malonester mit Ketonen, läßt sich<br />
in Tetrahydrofuran/Pyridin mit Titantetrachlorid erzwingen, das dabei verbraucht wird:<br />
Darstellung von Alkylidenmalonestern: LEHNERT, W, Tetrahedron Lett. 1970, 4723; Tetrahedron<br />
29 (1973), 635.<br />
In der Praxis werden vor allem zwei Varianten der Reaktion angewandt. Bei der Variante nach<br />
COPE destilliert man das Reaktionswasser azeotrop ab. Malonsäuren und deren Halbester reagieren<br />
auf diese Weise nur sehr schlecht und eignen sich nur für die Variante von KNOEVENAGEL-DOEB-<br />
NER (vgl. die ArbeitsVorschrift). Dabei wird das Kondensationsprodukt decarboxyliert, und man<br />
erhält direkt a,ß-ungesättigte Monocarbonsäuren. Dieses Verfahren ist häufig bedeutend einfacher<br />
als die klassische Perkin-Synthese. Es hat weiterhin den Vorteil, auch bei aliphatischen Aldehyden<br />
anwendbar zu sein, wobei substituierte Acrylsäuren entstehen. (VgI. damit die Darstellung von<br />
Cinnamonitrilen durch phasentransferkatalysierte Aldolkondensation, Tab. 7.123, Variante E.)<br />
Wie können Cinnamonitrile nach KNOEVENAGEL-ÜOEBNER hergestellt werden?<br />
Allgemeine Arbeitsvorschriften für die Knoevenagel-Reaktion (Tab. 7.137)<br />
A. Variante nach Cope<br />
In einem 500-ml-Rundkolben mit Wasserabscheider und Rückflußkühler erhitzt man ein Gemisch<br />
von 0,5 mol der Methylenkomponente (Cyanessigester, Malonester, Cyanessigsäure, Malononi- Q<br />
tril), 0,5 mol des betreffenden Aldehyds oder Ketons 1 ) 0,01 bis 0,05 mol des angegebenen Katalysators<br />
und 0,1 mol Eisessig in 150 ml Toluen unter Rückfluß. Die Reaktion ist beendet, wenn sich<br />
kein Wasser mehr abscheidet (2 bis 6 Stunden). Man läßt abkühlen und wäscht die Toluenschicht<br />
viermal mit wenig halbgesättigter Kochsalzlösung, trocknet über Natriumsulfat und destilliert das<br />
Toluen ab. Der Rückstand wird umkristallisiert oder destilliert.<br />
) Bei niederen aliphatischen Aldehyden und Ketonen (bis zum Pentanon) setzt man besser 0,6 mol der<br />
Carbonylverbindung ein. Flüssige Ausgangsstoffe werden frisch destilliert verwendet.<br />
\\
528 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
B. Variante nach Knoevenagel-Doebner<br />
In einem 500-ml-Rundkolben löst man 1,2 mol Malonsäure in etwa 180 ml trockenem Pyridin<br />
und fügt nach Abklingen der schwach exothermen Reaktion 1,0 mol des betreffenden Aldehyds<br />
und 0,1 mol Piperidin zu. Dann wird unter Rückfluß bis zum Aufhören der Kohlendioxidentwicklung<br />
auf dem Wasserbad erwärmt. Nach dem Abkühlen gießt man auf Eis/konz. Salzsäure,<br />
um das Pyridin und Piperidin herauszuwaschen.<br />
Scheidet sich dabei die Carbonsäure fest ab, läßt man zur Vervollständigung der Kristallisation<br />
einige Stunden im Kühlschrank stehen und saugt dann ab. Flüssige Produkte werden mit<br />
Ether oder Toluen extrahiert. Auch bei sich fest abscheidenden Carbonsäuren kann die Ausbeute<br />
häufig erhöht werden, wenn man die Mutterlauge zusätzlich extrahiert. Nach dem Trocknen<br />
des Ether- bzw. Toluenextrakts mit Natriumsulfat wird das Lösungsmittel abdestilliert und<br />
der Rückstand destilliert oder umkristallisiert.<br />
In gleicher Weise wie die Malonsäure lassen sich Malonsäuremonoalkylester umsetzen.<br />
Man erhält dann sofort die entsprechenden ungesättigten Carbonsäureester.<br />
Die beiden Präparationen sind auch im Halbmikromaßstab durchführbar. Beim Cope-Verfahren<br />
arbeitet man dann mit 30 bis 50 ml Schlepper und einem Wasserabscheider mit l bis 3 ml Inhalt.<br />
C. Umsetzung aromatischer Aldehyde mit CH-aciden Nitriten<br />
Achtung! Benzylidenmalononitril und vor allem dessen kernsubstituierte Derivate sind<br />
hautreizend! Dämpfe reizen die Schleimhäute!<br />
In einem 100-ml-Erlenmeyer-Kolben löst man 0,1 mol Aldehyd und 0,1 mol Nitril in 30 ml<br />
70%igem Methanol und rührt 1,5 bis 2 ml (bei Ansätzen mit Malononitril nur l ml) Piperidin<br />
ein. Nach kurzer Zeit beginnt die exotherme Reaktion. Man läßt 2 Stunden bis zur Beendigung<br />
der Kristallisation stehen, saugt ab, wäscht mit wenig eiskaltem Methanol und kristallisiert aus<br />
wenig Ethanol um.<br />
Tabelle 7.137<br />
Knoevenagel-Kondensation<br />
Produkt<br />
IsopropylidencyanessigsäureIsopropylidenmalononitril<br />
2-Cyan-3-methyl-pent-<br />
2-ensäureethylester<br />
Cyclohexylidencyanessigsäureethylester<br />
Cyclohexylidencyanessigsäure<br />
2 )<br />
Cyclohex- 1 -en- ! -y 1acetonitril<br />
3 )<br />
a-Cyan-ß-methyl-zimtsäureethylester<br />
Butylidenmalonsäurediethylester<br />
Ausgangsverbindungen<br />
Cyanessigsäure,<br />
Aceton<br />
Malononitril,<br />
Aceton<br />
Cyanessigsäureethylester,<br />
Butanon<br />
Cyanessigsäureethylester,<br />
Cyclohexanon<br />
Cyanessigsäure,<br />
Cyclohexanon<br />
Cyanessigsäure,<br />
Cyclohexanon<br />
Cyanessigsäureethylester,<br />
Acetophenon<br />
Malonsäurediethylester,<br />
Butyraldehyd<br />
Variante<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
Katalysator<br />
1 )<br />
Al<br />
Al<br />
Al<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
P<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
F 134<br />
(EtOH/ H2O)<br />
1012,1(16)<br />
H 7l ,5(11)<br />
151l,2(9)<br />
FIlO<br />
(MeNO2)<br />
931,3(10)<br />
120o,3(2)<br />
1443,3(25)<br />
" 2 E?<br />
1,4262<br />
1,4650<br />
1,4950<br />
1,4769<br />
1,5468<br />
1,4425<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
90<br />
90<br />
85<br />
80<br />
70<br />
75<br />
70<br />
55
Tabelle 7.137 (Fortsetzung)<br />
Produkt<br />
IsobutylidenmalonsäurediethylesterBenzylidenmalonsäurediethylesterCumarin-3-carbonsäureethylesterp-Dimethylaminozimtsäure<br />
6 )<br />
Sorbinsäure<br />
p-Methoxy-zimtsäure<br />
Zimtsäure<br />
4-Hydroxy-3-methoxyzimtsäure<br />
(Ferulasäure)<br />
m-Nitro-zimtsäure<br />
3-(Fur-2-yl)-acrylsäure<br />
Benzylidenmalononitril<br />
a-Cyan-p-methoxyzimtsäuremethylester<br />
Cinnamylidenmalononitrila-Cyan-zimtsäuremethylesterCinnamylidencyanessigsäuremethylester<br />
Furfurylidenmalononitril<br />
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 529<br />
Ausgangsverbindungen<br />
Malonsäurediethylester,<br />
Isobutyraldehyd<br />
Malonsäurediethylester,<br />
Benzaldehyd<br />
Malonsäurediethylester,<br />
Salicylaldehyd<br />
Malonsäure,<br />
p-Dimethylaminobenzaldehyd<br />
Malonsäure,<br />
Crotonaldehyd<br />
Malonsäure,<br />
Anisaldehyd<br />
Malonsäure,<br />
Benzaldehyd<br />
Malonsäure,<br />
Vanillin<br />
Malonsäure,<br />
m-Nitro-benzaldehyd<br />
Malonsäure,<br />
Furfural<br />
Malononitril,<br />
Benzaldehyd<br />
Cyanessigsäurernethylester,<br />
Anisaldehyd<br />
Malononitril,<br />
Zimtaldehyd<br />
Cyanessigsäuremethylester,<br />
Benzaldehyd<br />
Cyanessigsäuremethylester,<br />
Zimtaldehyd<br />
Malononitril,<br />
Furfural<br />
Variante<br />
A<br />
A<br />
A*)<br />
B<br />
B<br />
B<br />
B<br />
B<br />
Kataly- Kp (bzw. F)<br />
sator 1 ) in 0 C<br />
P 1363.6(27)<br />
P I862,4(i8)i<br />
F32<br />
P F94<br />
(EtOH/H2O)<br />
F 216 (Z)<br />
(EtOH)<br />
F !34 (H2O)<br />
F 172<br />
(EtOH/H2O)<br />
F 136 (H2O/<br />
EtOH=3:l)<br />
F 173 (H2O)<br />
F 203<br />
(EtOH)<br />
F140<br />
(Hexan)<br />
F 86<br />
F 96<br />
F127<br />
F 86<br />
F143<br />
F225...228<br />
(Nitromethan)<br />
/ig) Ausbeute<br />
in%<br />
1,4398 90<br />
1,53474) 70<br />
1 ) A = 0,05 mol Ammoniumacetat, A! = 0,Oi mol ß-Alanin, P = 0,02 mol Piperidin.<br />
2 ) Die gewaschene und getrocknete Reaktionslösung wird eingeengt, und die ausgefallenen und abfiltrierten<br />
Kristalle werden mit kaltem Benzin gewaschen.<br />
3 ) Die gewaschene und getrocknete Reaktionsmischung wird direkt im Vakuum destilliert (0,5 bis 0,7<br />
MPa). Dabei decarboxyliert die Cyclohexylidencyanessigsäure zu Cyclohexenylacetonitril, das unter<br />
diesem Druck bei 13O 0 C übergeht. Das Destillat wird dann in Benzen aufgenommen, wie üblich entsäuert<br />
und erneut im Vakuum destilliert.<br />
4 ) unterkühlte Schmelze<br />
5 ) Nur 0,01 mol Eisessig verwenden.<br />
6 ) Das Produkt wird aus der bei der Aufarbeitung entstehenden salzsauren Lösung durch Zugabe von wäßrigem<br />
Ammoniak isoliert.<br />
7 ) In 300 ml Pyridin arbeiten.<br />
Nach Art einer Knoevenagel-Reaktion verläuft die Pyrrolsynthese nach KNORR. Hierbei<br />
werden a-Amino-ketone (am besten a-Amino-ß-ketoester oder -diketone) mit ß-Dicarbonylverbindungen<br />
umgesetzt, z. B.:<br />
75<br />
75<br />
30<br />
50<br />
85<br />
80<br />
85<br />
85<br />
85<br />
85<br />
80<br />
82<br />
80<br />
80
530 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
H3C^O<br />
ROOC NH2<br />
COOR<br />
H3C COOR<br />
Neben der Knoevenagel-Reaktion wird dabei unter Ringschluß eine Keto- mit einer Aminogruppe<br />
kondensiert. Die a-Amino-ketone sind durch Reduktion der entsprechenden Isonitrosoketone<br />
(vgl. D.8.2.3.) zugänglich.<br />
Die durch Reaktion von Orthoameisensäureiriethylester mit CH-aciden Nitrilen erhältlichen a-Alkoxymethylennitrile<br />
lassen sich mit Amidinen zu Pyrimidinen umsetzten, z. B.:<br />
HC(OEt)3 + H2C<br />
CN<br />
i<br />
H<br />
CN CN H 3 c ~9x<br />
- 2 EtOH<br />
NH2<br />
NH<br />
4-Amino-5-cyano-<br />
2-methyl-pyrimidin<br />
Diese sind Ausgangsverbindungen für die technische Synthese von Thiamin (Aneurin, Vitamin B1).<br />
Zur Synthese von 2-Amino-thiophenen aus a-Alkyliden-nitrilen und Schwefel, die eine Kombination<br />
von Knoevenagel- und Willgerodt-Reaktion darstellt, vgl. D.6.2.3.2.<br />
7.2.1.5. Mannich-Reaktion<br />
Als Mannich-Reaktion bezeichnet man die Umsetzung eines Aldehyds (meist Formaldehyd) mit<br />
einem primären oder secundären Amin und einer CH-aciden Verbindung. Die Reaktion wird<br />
meist im sauren Bereich durchgeführt. Dabei reagiert zunächst das im vorgelagerten Hydrolysegleichgewicht<br />
[7.140] vorhandene freie Amin in der üblichen Weise mit dem Formaldehyd:<br />
©<br />
R2NH2 R2NH + H © [7.140]<br />
H2C=O + HNR2<br />
OH<br />
H2C<br />
NR2 +H2O1-H<br />
[7.141]<br />
Das entstandene Kation mit delokalisierter positiver Ladung stellt einen stickstoffanalogen<br />
Formaldehyd dar und setzt sich im Sinne einer normalen sauer katalysierten Aldolreaktion<br />
analog [7.104] mit dem Enol der CH-aciden Komponente um:<br />
/ H<br />
C-CH<br />
/ \<br />
0<br />
H0 x / e<br />
C=C + H2C^NR2<br />
/ \<br />
HO©<br />
/ C-C-CH2-NR2<br />
C-C-CH2-NR2<br />
/ I H<br />
Salz der Mannich-Base<br />
[7.142]
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 531<br />
Im Ergebnis der Reaktion ist also die CH-acide Verbindung „aminomethyliert" worden.<br />
Man formuliere die Bruttogleichung der Umsetzung!<br />
Eine Mannich-Base kann man normalerweise nur erhalten, wenn das angewandte Amin<br />
eine höhere Nucleophilie als die CH-acide Verbindung besitzt. Anderenfalls reagiert der Formaldehyd<br />
in einer Aldolreaktion bevorzugt mit der Methylenkomponente. So läßt sich z. B.<br />
aus Malonester, Formaldehyd und Dialkylamin keine Mannich-Base darstellen.<br />
Die Verhältnisse sind erheblich von der Acidität des Reaktionsmediums abhängig, da CHacide<br />
Komponente und Amin eine unterschiedliche Abhängigkeit ihrer Nucleophilie vom pH-<br />
Wert zeigen. Es gibt für jede Mannich-Reaktion einen optimalen pH-Wert. Man erreicht die<br />
günstigsten Bedingungen in den meisten Fällen, indem man die Amine als Hydrochloride oder<br />
Salze anderer Säuren einsetzt. Bei sehr schwach CH-aciden Verbindungen, wie Phenol oder<br />
Indol, geht man von den freien Basen aus, bzw. arbeitet in essigsaurem Medium.<br />
Einheitliche Produkte entstehen nur aus secundären Aminen. Ammoniak und primäre<br />
Amine können unter Ersatz aller am Stickstoff verfügbaren Wasserstoffatome weitereagieren.<br />
Man formuliere die möglichen Umsetzungen zwischen Acetophenon, Formaldehyd und<br />
Ammoniak!<br />
Sofern die Methylenkomponente mehr als eine reaktionsfähige Methyl- bzw. Methylengruppe<br />
enthält (z. B. Aceton, Cyclohexanon), setzt man sie stets im Überschuß von etwa 4 mol ein, um die<br />
Bildung von Bis-Mannich-Basen zurückzudrängen. Wie bei den sauer katalysierten Reaktionen<br />
vom Aldoltyp [7.104] ist die Methylengruppe von Ketonen, z. B. im Butanon, reaktionsfähiger als<br />
die Methylgruppe, so daß im allgemeinen verzweigte Mannich-Basen entstehen.<br />
Als CH-acide Verbindungen können Ketone, Aldehyde, aliphatische Nitroverbindungen,<br />
Blausäure und Acetylen in die Reaktion eingesetzt werden. Darüber hinaus lassen sich auch<br />
Aromaten, die einer elektrophilen Substitution leicht zugänglich sind (vgl. Tab.5.2.), wie beispielsweise<br />
Phenole und Heterocyclen (Thiophen, Pyrrol, Indol) nach MANNICH aminoalkylieren.<br />
Man erhält so aus Indol das Gramin:<br />
N<br />
H<br />
CH2N(CHa)2<br />
+ HCHO + HN(CH3J2 -TT^ I I > [7.143]<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Mannich-Reaktion (Tab. 7.144)<br />
A. Aliphatische Ketone ~T~<br />
1,5 mol Keton, 0,3 mol Formaldehyd als 35%iges Formalin und 0,3 mol Aminhydrochlorid wer- v<br />
den 12 Stunden unter Rückfluß erhitzt. Man engt anschließend im Vakuum ein und reinigt das Q<br />
Hydrochlorid durch Umkristallisieren. Zur Darstellung der freien Base trägt man das Hydro- ' '<br />
chlorid unter Rühren und Eiskühlung in konz. Kalilauge ein (die Temperatur soll dabei nicht<br />
über +5 0 C ansteigen), trennt die Base ab, trocknet mit wenig festem Ätzkali und destilliert.<br />
(Bei der Umsetzung mit Cyclohexanon wird aus den entsprechenden Mannich-Basen der<br />
Aminrest leicht eliminiert, es empfiehlt sich daher, das Hydrochlorid zu isolieren).<br />
B. Gemischt aliphatisch-aromatische Ketone<br />
0,3 mol Keton, 0,5 mol feingepulverter Paraformaldehyd und 0,3 mol Aminhydrochlorid werden<br />
mit 50 ml abs. Ethanol zum Sieden erhitzt. Nach etwa einer Stunde setzt man 0,5 ml konz.<br />
Salzsäure zu, der restliche Paraformaldehyd geht dann in Lösung. Man filtriert das heiße Reaktionsgemisch,<br />
läßt abkühlen und isoliert bereits ausgefallenes Hydrochlorid. Anschließend<br />
engt man die Mutterlauge im Vakuum ein, reibt den Rückstand mit Aceton an und kristallisiert<br />
die vereinigten Rohprodukte um bzw. setzt, wie unter Variante A beschrieben, die Base in<br />
Freiheit.
532 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Tabelle 7./44<br />
a-Dialkylaminomethyl-ketone durch Mannich-Reaktion<br />
Produkt<br />
(alsHydrochlorid)O<br />
1 -Phenyl-3-piperidinopropan-1-on3-Dimethylamino-l-phenylpropan-1-on3-Dimethylamino-l-(4methoxy-phenyl)propan-l<br />
-on<br />
3-Dimethylamino-2methyl-<br />
1 -phenyl-propan-1 -on<br />
1 -Phenyl-5-piperidino-pentl-en-3-on<br />
4-Piperidino-butan-2-on<br />
4-Morpholino-butan-2-on<br />
4-Dimethylamino-3-phenylbutan-2-on2-Dimethylamino-methylcyclohexanon<br />
4-Dimethylamino-butan-<br />
2-on<br />
4-Diethylamino-butan-2-on<br />
4-Dimethylamino-3-methylbutan-2-on<br />
3 )<br />
Ausgangsverbindungen<br />
Acetophenon,<br />
Piperidinhydrochlorid<br />
Acetophenon,<br />
Dimethylaminhydrochlorid<br />
p-Methoxy-acetophenon,<br />
Dimethylaminhydrochlorid<br />
Propiophenon,<br />
Dimethylaminhydrochlorid<br />
Benzylidenaceton, Piperidinhydrochlorid<br />
Aceton, Piperidinhydrochlorid<br />
Variante<br />
B<br />
B<br />
B<br />
B<br />
B<br />
A<br />
Aceton, Morpholinhydrochlorid A<br />
Phenylaceton, Dimethylaminhydrochlorid<br />
Cyclohexanon, Dimethylaminhydrochlorid<br />
Aceton, Dimethylaminohydrochlorid<br />
Aceton, Diethylamin, konz.<br />
Salzsäure 2 )<br />
Butanon, Dimethylaminhydrochlorid<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
F 193<br />
(EtOH/Me2CO)<br />
F 156<br />
(EtOH/Me2CO)<br />
FlSl(EtOH)<br />
F 155 (Me2CO)<br />
F186(iPrOH)<br />
F 167(EtOH/<br />
Me2CO)<br />
freie Base:<br />
-IfYi<br />
1012,7(20)<br />
F 149 (Me2CO)<br />
freie Base:<br />
1 IO2^20)<br />
F 156 (Me2CO)<br />
F 158<br />
(EtOH/Me2CO)<br />
F 126 (Me2CO)<br />
freie Base:<br />
C-I<br />
JM.7O3)<br />
F 77 (Me2CO)<br />
freie Base:<br />
74 2,0(15)<br />
freie Base:<br />
5S2^iS)<br />
Es empfiehlt sich, die Mannich-Basen in Form ihrer Salze zu isolieren.<br />
2 ) äquimolare Menge<br />
3 ) Das Hydrochlorid ist extrem hygroskopisch, deshalb wird das Produkt als freie Base isoliert.<br />
Darstellung von Gramm 1 )<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Ein eisgekühltes Gemisch aus 0,05 mol Dimethylamin (40- bis 50%ige wäßrige Lösung), 7 g Eisessig<br />
und 0,05 mol Formaldehyd (als wäßrige Lösung) wird auf einmal zu 0,049 mol Indol gegeben.<br />
Unter Erwärmung bildet sich eine klare Lösung, die man einige Stunden bei Raumtemperatur stehenläßt.<br />
Man alkalisiert mit verd. Natronlauge, saugt die Base ab, wäscht mit Wasser und trocknet<br />
im Exsikkator über Ätzkali. Ausbeute 98% d. Th.; F134 0 C (Aceton oder Hexan).<br />
Pseudopelletierin aus 2-Ethoxy-2,3-dihydropyran, das zunächst zum Glutaraldehyd hydrolysiert<br />
wird (vgl. [7.27]), Methylamin und Acetondicarbonsäure: COPE, A. C; DRYDEN, H. L.;<br />
HOWELL, C. F.; Org.Synth., CoIl. Vol. FV (1963), 816;<br />
l-Diethylamino-hept-2-in aus Hex-l-in: JONES, E.; MARSZAK, J.; BADER, H., J. Chem. Soc.<br />
1947,1578.<br />
Die Mannich-Reaktion wird in erster Linie zur Synthese von W-substituierten ß-Aminoketonen<br />
benutzt.<br />
i) KÜHN, H.; STEIN, O., Ber. Deut. Chem. Ges. 70 (1937), 567.<br />
75<br />
85<br />
70<br />
60<br />
75<br />
60<br />
60<br />
80<br />
90<br />
60<br />
70<br />
50
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 533<br />
Auch bei der Synthese einer Reihe von Alkaloiden spielt die Mannich-Reaktion eine wichtige Rolle. So<br />
ist Tropinon, eine Vorstufe bei der Darstellung des Atropins, durch doppelte Mannich-Reaktion aus Succinaldehyd,<br />
Methylamin und Acetondicarbonsäure zugänglich:<br />
HOOC HOOC<br />
H ' N - CH 3 TTn^T °<br />
HOOC HOOC<br />
N-CH3<br />
-2CO2<br />
o<br />
/CH3<br />
[7.145]<br />
Die Synthese läßt sich unter „physiologischen Bedingungen" (Raumtemperatur, Pufferlösung) durchführen.<br />
Mannich-Basen finden außerdem präparative Anwendung zur Darstellung von a,ß-ungesättigten Ketonen<br />
(vgl. D.3.1.6.) und zur Alkylierung von ß-Dicarbonylverbindungen. Als Beispiel hierfür sei die Synthese<br />
des 2-Acetamido-2-skatyl-malonsäurealkylesters aus Gramin und Acetamidomalonester formuliert:<br />
COOR<br />
+ H-C-NHCOCH3<br />
COOR<br />
KOH<br />
- HN(CH3)2<br />
COOR<br />
CH2-C-NHCOCH3<br />
COOR<br />
[7.146]<br />
Durch Hydrolyse und Decarboxylierung erhält man daraus Tryptophan (vgl. [7.68]).<br />
Auch die technische Synthese von Ranitidin, einem wichtigen Ulcustherapeuticum (Histamin-H2-Rezeptorenblocker),<br />
beginnt mit einer Mannich-Reaktion:<br />
(CH3)2NH + (H2CO)x + /^~\<br />
(CH3J2NCH2<br />
CHNO2<br />
CH2SCH2CH2NHCNHCH3<br />
7.2.1.6. Acyloinkondensation und Umpolung<br />
Ranitidin<br />
CH2OH<br />
[7.147]<br />
Eine Kombination von Cyanhydrinsynthese [7.106] und Aldolreaktion stellt die Benzoin- oder,<br />
verallgemeinert, die Acyloinkondensation dar, bei der zwei Moleküle eines aromatischen<br />
Aldehyds in Gegenwart katalytischer Mengen (10 bis 20%) Kaliumcyanid miteinander reagieren.<br />
Nebenreaktion ist erwartungsgemäß die Cannizzaro-Reaktion. Die Benzoinkondensation<br />
ist reversibel:<br />
Ar-<br />
/P<br />
O OH<br />
101°<br />
I<br />
*- Ar /^ Ul<br />
— Ar — U - OH<br />
M — Ar-CI 0<br />
Ar-C-CH-Ar +<br />
CN<br />
CN<br />
I<br />
+ Ar-C 7<br />
H^<br />
O<br />
-Ar-C<br />
H<br />
HO 101°<br />
i i<br />
Ar MI O<br />
p__p_<br />
O Mi<br />
AI-<br />
I I<br />
NC H [7.148]
534 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Acyloinkondensation aromatischer Aldehyde<br />
(Tab. 7.149)<br />
| Achtung! Alkalicyanide sind starke Gifte! Siehe auch Reagenzienanhang.<br />
Eine Lösung von 0,1 mol Aldehyd und 2g Kaliumcyanid in 30 ml 60%igem Ethanol erhitzt man<br />
unter Rückfluß. Mit Benzaldehyd ist die Reaktion nach 15 Minuten beendet, mit Furfural nach l<br />
Stunde. Mit anderen Aldehyden erhitzt man 2 Stunden; nach einer Stunde setzt man erneut l g<br />
Kaliumcyanid zu. Bleibt nach dem Erkalten die Kristallisation aus, wird die Reaktionsmischung<br />
über Nacht in den Kühlschrank gestellt und nötigenfalls anschließend geschüttelt, bis die Kristallisation<br />
eintritt. Man saugt ab, wäscht mit Wasser und kristallisiert aus Ethanol um.<br />
Tabelle 7.749<br />
Acyloine<br />
Produkt<br />
Benzoin<br />
2,2'-Furoin<br />
4,4 / -Dimethyl-benzoin<br />
p-Anisoin<br />
Ausgangsverbindung F in 0 C<br />
Benzaldehyd 134<br />
Furfural 134...136<br />
p-Tolylaldehyd 87...S8<br />
Anisaldehyd 111...112<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Das in [7.148], I formulierte intermediäre Carbanion kann nicht durch andere Elektrophile<br />
abgefangen und für gezielte C-C-Verknüpfungsreaktionen benutzt werden. Eine Ausnahme<br />
bildet die Reaktion von [7.148], I mit vinylogen Carbonylverbindungen (vgl. D.7.4.I.3.,<br />
Michael-Addition). Addiert man aber an Stelle von Blausäure Trimethylsilylcyanid (vgl.<br />
D.2.7.) an Aldehyde, so entstehen die schwach CH-aciden a-Trimethylsilyloxy-nitrile [7.150], I.<br />
Diese können mit Lithiumdiethylamid zu den Carbanionen [7.150], II deprotoniert werden, die<br />
sehr leicht mit Elektrophilen reagieren. Zuletzt wird das Reaktionszentrum durch Hydrolyse<br />
wieder in eine Carbonylgruppe überführt. Mit Aldehyden und Ketonen entstehen so Acyloine<br />
[7.150], IVa, mit Alkylhalogeniden, die nucleophil substituiert werden, Ketone ([7.15O] IVb)<br />
gewünschter Struktur:<br />
O OSiMe3 OSiMe3<br />
Ar_c// ±Me3SiOL Ar_6h (LiNE^ ^0<br />
85<br />
60<br />
55<br />
38<br />
\ l u® I<br />
H CN ~ H CN<br />
i n<br />
OSiMe3 9 Me3SiO IÖI 0 O OH<br />
Ar_i,e + R 1 -c-R*. Ar_6_i_R2 _±"20 Ar_^_R2<br />
CN NC R 1 - CN R 1 I 7 - 150 CN NC R !<br />
-Me3SiOH (a)<br />
Ar-CI 0 -^^ Ar-C-R +OH ° • Ar-c'<br />
-CN 0 "R<br />
-Me3SiOH (b)<br />
II III IV<br />
rv
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 535<br />
Durch eine spezielle Maskierung ist dabei das ehemalige, ausschließlich elektrophile Zentrum<br />
der Carbonylgruppe vorübergehend in ein nucleophiles verwandelt worden. Einen solchen<br />
Vorgang nennt man Umpolung und versteht darunter ganz allgemein die reversible<br />
Umkehrung der Polarität eines Reaktionszentrums (vgl. C.8.I.).<br />
An Stelle der silylierten werden auch acylierte Cyanhydrine (s. Tab. 7.41) bzw. die Additionsprodukte<br />
von Cyanhydrinen an Vinylether für solche Synthesen verwendet.<br />
Ketone aus aromatischen Aldehyden und Alkylhalogeniden mit Hilfe von Trimethylsilylcyanid:<br />
DEUCHERT, K.; HERTENSTEIN, U; HÜNIG, S.; WEHNER, G., Chem. Ber. 112 (1979), 2045.<br />
Bei einer neueren Variante der Alkylierung von Aldehyden zu Ketonen wird anstelle des hochtoxischen<br />
und teuren Trimethylsilylcyanids bzw. des am Ende dieses Kapitels angeführten geruchsintensiven Propan-<br />
1,3-dithiols (Bildung von l ,3-Dithianen, vgl. D.7.1.3.) das leicht verfügbare Benzotriazol genutzt:<br />
KATRITZKY, A. R., LANG, H., WANG, Z., ZHANG, Z., SONG, H., J. Org. Chem. 60, (1995) 7619.<br />
Präparativ einfach ist die intermediäre Maskierung von aliphatischen und aromatischen<br />
Aldehyden mit katalytischen Mengen (0,05...0,1 Äquivalente) 3-Alkyl-l,3-thiazoliumsalzen in<br />
Gegenwart von Basen. Dabei wird zunächst das Thiazoliumsalz unter N2-Atmosphäre zum<br />
Ylid (3-Alkyl-thiazolium-2-carbeniat, [7.151], I) dem eigentlichen Katalysator, deprotoniert.<br />
Das Ylid I addiert sich nucleophil an den Aldehyd, der dadurch umgepolt wird. So kann das<br />
Additionsprodukt [7.151] II (als substituiertes Thiazolium-2-methanat formuliert) jetzt mit<br />
einem weiteren Molekül Aldehyd zum Acyloin reagieren. (Aliphatische Acyloine sind so einfacher<br />
zugänglich als durch reduktive Kupplung von Estern, vgl. [7.262]). Sind a,ß-ungesättigte<br />
Carbonylverbindungen zugegen, so unterliegen diese bevorzugt einer Michael-Addition (vgl.<br />
7.4.1.3.), und es entstehen 1,4-Dicarbonylverbindungen (y-Diketone, 4-Oxo-carbonsäureester<br />
sowie 4-Oxo-nitrile):<br />
m<br />
^ —G<br />
1Ol r—S OH<br />
N' Cl 0 -Et3NH 0 CI 0 ^N' ^N' '2 ^N'
536 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Hydroxymethylketone durch gekreuzte Acyloinkondensation mit Formaldehyd in Gegenwart<br />
von 3-Ethyl-l,3-thiazoliumbromid: MATSUMOTO, T; OHISHI, M.; INOUE, SH., J. Org. Chem.<br />
50 (1985), 603.<br />
Eine Umpolung an Aldehyden kann man auch über deren Dithioacetale (vgl. D.7.1.3.) erreichen. Man<br />
formuliere die Synthese einer 1,2-Dicarbonylverbindung über die folgenden Schritte: Bildung des 2-Phenyl-l,3-dithians<br />
aus Benzaldehyd und Propan-l,3-dithiol, Deprotonierung mit Butyllithium, Acylierung mit<br />
einem Carbonsäurechlorid und Hydrolyse.<br />
7.2.1.7. Reaktionen von Aldehyden und Ketonen mit Alkylphosphonsäureestern<br />
und Alkylidenphosphoranenen<br />
7.2.1.7.1. Horner-Wadsworth-Emmons-Reaktion (HWE-Reaktion)<br />
Alkylphosphonsäurediethylester, die durch Michaelis-Arbuzov-Reaktion (vgl. D.2.6.5.2.) oder<br />
aus Diethylphosphit und Alkylhalogeniden hergestellt werden können, sind ebenfalls CHacide<br />
Verbindungen, die sich mit starken Basen deprotonieren lassen.<br />
Der Aldoladdition des entstandenen Carbanions [7.152], I an die Carbonylverbindung folgt<br />
jedoch wegen der großen Affinität des Phosphors zum Sauerstoff die Eliminierung von Diethylphosphat<br />
[7.152], II, und es entstehen Olefine (Homer-Wadsworth-Emmons-Reaktion):<br />
O R<br />
(EtO)2P-CH<br />
R 1<br />
NaH<br />
-H2*<br />
£<br />
O R<br />
n 0/<br />
(EtO)2P-CI —<br />
R'<br />
IÖI G R<br />
l /<br />
- (EtO)2P=C<br />
R'<br />
Na®<br />
O 101°<br />
O 0 ^P(OEt)2 ^ 0 IOIP(OEt)2 ^ O7P(OEt)2 \ , R<br />
-°-V £ °R -?-
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 537<br />
10 ml Wasser gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und das Lösungsmittel im Vakuum<br />
verdampft. Der Rückstand wird umkristallisiert. Für die Zuordnung der Stilbene zur E- oder<br />
Z-Form wird die Schmelztemperatur und das NMR-Spektrum (in CDCIs) herangezogen.<br />
Tabelle 7.753<br />
Stilbene und l,4-Diphenyl-buta-l,3-diene (Homer-Wadsworth-Emmons-Reaktion)<br />
Produkt<br />
Stuben<br />
4-Methyl-stilben<br />
4-Chlor-stilben<br />
4-Methoxy-stilben<br />
l,4-Diphenyl-buta-l,3-dien<br />
l-(p-Dimethylamino-phenyl)-4phenyl-buta-1<br />
,3-dien<br />
i) In 30 ml Toluen lösen<br />
7.2.1.7.2. Wittig-Reaktion<br />
Ausgangsverbindung<br />
Benzaldehyd<br />
p-Toluylaldehyd<br />
p-Chlorbenzaldehyd<br />
Anisaldehyd<br />
Zimtaldehyd<br />
p-Dimethylaminozimtaldehyd<br />
1 )<br />
F in 0 C<br />
122...124(EtOH)<br />
117(EtOH)<br />
129 (EtOH)<br />
136 (EtOH)<br />
150...151 (EtOH)<br />
168...170 (PrOH)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Die Wittig-Reaktion bedient sich der Alkyltriphenylphosphoniumsalze (vgl. D.2.6.5.I.). Deren<br />
Deprotonierung mit Natriumhydrid oder Lithiumalkylen liefert die Phosphoniumylide 1 )<br />
([7.154], I; aus II wird die Bezeichnung „Alkylidenphosphorane" deutlicher). Ohne daß sie aus<br />
Ionen vorliegen, besitzen Ylide ein ausgeprägt nucleophiles Zentrum am Kohlenstoff, das mit<br />
Carbonylverbindungen zu reagieren vermag. Der Addition an die Carbonylgruppe folgt eine<br />
Eliminierung von Triphenylphosphinoxid zum Olefin:<br />
Ph3P-CH<br />
1<br />
R -H"<br />
O ii<br />
PPh3<br />
© er<br />
Ph3P-CI<br />
R 1<br />
O7PPh3<br />
i^i R 1<br />
-C-C<br />
I F^<br />
III<br />
R<br />
Ph3P=Cx<br />
R 1<br />
\<br />
- Ph3P = O / C=C<br />
R 1<br />
70<br />
65<br />
65<br />
75<br />
60<br />
50<br />
[7.154]<br />
Bei dieser Umsetzung wird die C=C-Doppelbindung ausschließlich am Ort der ursprünglichen<br />
Carbonylgruppe gebildet, Isomerisierungen treten nur als Ausnahme bei der Umsetzung<br />
einiger cyclischer Ketone auf. Die Wittig-Reaktion [7.154] und die Horner-Wadsworth-<br />
Emmons-Variante sind wichtige Methoden zur gezielten Knüpfung von C=C-Doppelbindungen.<br />
In Ihrem Gesamtprozeß sind es Olefinsynthesen aus Carbonylverbindungen und Alkylhalogeniden.<br />
Durch Aldol- und Knoevenagel-Kondensation sind hingegen nur acceptorsubstituierte<br />
Olefine zugänglich.<br />
) Unter Ylid versteht man eine Verbindung, in der ein Kohlenstoffatom mit negativer Ladung direkt an<br />
ein Heteroatom (P,N,S), das eine positive Ladung trägt, gebunden ist. Die Bezeichnung bringt zum Ausdruck,<br />
daß Heteroatom und Kohlenstoff sowohl durch eine Atombindung (yl) als auch durch einen<br />
lonenbeziehung (id) verknüpft sind. Ammoniumylide lassen sich nur in dieser Form beschreiben, während<br />
bei Phosphor eine Oktettaufweitung (d-Orbitalbeteiligung) möglich ist. Deshalb ist in diesem Fall<br />
neben der „Ylid"-Form [7.154], I auch die „Ylen"-Form Il eine erlaubte Grenzformel.
538 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Die Reaktivität der Phosphoniumylide hängt wesentlich von den Substituenten am Ylidkohlenstoff,<br />
weniger von jenen am Phosphor ab. Das unsubstituierte Methylentriphenylphosphoran<br />
ist wie auch seine alkylsubstituierten Derivate äußerst nucleophil und instabil. Man spricht<br />
von labilen Yliden. Elektronenziehende Gruppen R bzw. R', z. B. in Phenacylphosphoniumsalzen,<br />
begünstigen zwar die Deprotonierung zum Ylid, reduzieren aber auch dessen Nucleophi-<br />
He. So sind Acylalkylidentriphenylphosphorane (R= RCO), die leicht durch Acylierung von<br />
Alkylidenphosphoranen mit Acylchlorid über das entsprechende Phosphoniumsalz erhältlich<br />
sind (formulieren!), in der Kälte hydrolysebeständig und reagieren nur noch mit sehr aktiven<br />
Carbonylverbindungen, wie z. B. Benzaldehyd. In diesen Fällen handelt es sich um stabilisierte<br />
Ylide.<br />
Die Stereoselektivität der Reaktion von P-Yliden mit Aldehyden hängt wesentlich davon<br />
ab, ob das beteiligte Ylid labil oder stabilisiert ist.<br />
Bei der Umsetzung eines Aldehyds mit einem Alkylidentriphenylphosphoran wird im ersten Schritt,<br />
einer [2+2]-Cycloaddition, ein Oxaphosphetan gebildet. Diese [2+2]-Cycloaddition kann zu zwei Diastereomeren<br />
führen, doch weist sie oft ein hohes Maß an Stereoselektivität auf. So ergeben im allgemeinen<br />
labile Ylide (R' = Alkyl) das cis-Oxaphosphetan [7.155], während stabile Ylide (mit -M-Substituenten,<br />
z.B. R' = Acyl) hauptsächlich zum thermodynamisch stabileren trans-Oxaphosphetan [7.156] reagieren.<br />
Das Oxaphosphetan zerfällt in einem zweiten Reaktionschritt, einer Cycloreversion, in Triphenylphosphin<br />
und ein Olefin. Dieser Zerfall ist stereospezifisch: ein cis-disubstituiertes Oxaphosphetan reagiert ausschließlich<br />
zu einem Z-Olefin, ein trans-disubstituiertes Oxaphosphetan zu einem £-Olefin:<br />
O PPh3 -r<br />
R Rl<br />
JJ + [I s' cis-Oxaphosphetan<br />
I^ ^D" \<br />
--3PO R' ^ [7 - 1551<br />
i , - . j=* [7.156]<br />
J ',, - Ph3PO<br />
FT *R'<br />
frans-Oxaphosphetan<br />
Ausgeprägte Stereoselektivität beobachtet man nur in Abwesenheit von Lithium-Ionen („salzfreie"<br />
Bedingungen), weshalb man meist natriumhaltige Basen, wie Natriumamid, zur Deprotonierung der Alkyltriphenylphosphoniumsalze<br />
nutzt. In Gegenwart von Lithium-Ionen wird auch aus stereochemisch einheitlichen<br />
Oxaphosphetanen ein Gemisch der diastereomeren Betaine Ia und Ib (vgl. [7.157]) gebildet, und<br />
man isoliert letztlich eine Mischung aus E- und Z-Olefin.<br />
£-Alkene aus labilen Yliden können über die Schlosser-Variante der Wittig-Reaktion mit hoher Stereoselektivität<br />
in Gegenwart von Lithium-Ionen erhalten werden. Diese Variante verläuft intermediär über<br />
die Lithio-Betaine I. Durch Deprotonierung dieser Zwischenstufen mit Phenyllithium erzeugt man daraus<br />
ein neues Ylid II. Dessen Protonierung mit einem Äquivalent HCl führt stereoselektiv zum Lithio-Betain<br />
Ia. Durch Zugabe von Kalium-tert-butanolat wird nach Austausch von Lithium gegen Kalium in Ia das<br />
trans-Oxaphosphetan III gebildet, welches anschließend zum £-Olefin und Triphenylphosphinoxid zerfällt.
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 539<br />
III<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Olefinen durch Wittig-Reaktion (Tab. 7.158)<br />
[7.157]<br />
A. Phosphoniumylide in Lösung<br />
0,2 mol Natriumhydrid 1 ) werden in einem Dreihalskolben mit Anschütz-Aufsatz vom Cyclohexan<br />
dekantiert und mehrmals mit n-Pentan gewaschen. Der mit Rückflußkühler, KPG-Rührer<br />
(bei kleineren Ansätzen ist ein Magnetrührer gut geeignet), Tropftrichter mit Druckausgleich<br />
und Gaseinleitungsrohr mit Hahn versehene Kolben wird mehrmals evakuiert und mit gereinigtem<br />
trockenem Stickstoff aufgefüllt (Bunsenventil!). Der Kühler ist mit einem mit Dimethylsulfoxid<br />
gefüllten Blasenzähler verschlossen; der Stickstoffstrom wird so einreguliert, daß<br />
man etwa 20 bis 30 Blasen in der Minute zählt. Aus dem Tropftrichter werden anschließend<br />
100 ml gut getrocknetes Dimethylsulfoxid 1 ) unter Rühren zugegeben und im Bad auf 8O 0 C<br />
erwärmt, bis die Wasserstoffentwicklung beendet ist (etwa 45 Minuten). Man kühlt im Eisbad<br />
und versetzt mit 0,2 mol des getrockneten Phosphoniumhalogenids, das in 200 ml Dimethylsulfoxid<br />
gelöst ist. Nach 10 Minuten Rühren bei Zimmertemperatur ist die Lösung gebrauchsfertig.<br />
B. Kondensation mit Carbonylverbindungen<br />
Zu der frisch dargestellten Ylidlösung gibt man die äquimolare Menge der gereinigten Carbonylverbindungen,<br />
feste Ausgangsverbindungen werden in wenig Dimethylsulfoxid gelöst.<br />
Anschließend wird die Reaktion unter Rühren und evtl. Erwärmen (vgl. Tab. 7.158) zu Ende<br />
geführt. Zur Aufarbeitung gießt man das Reaktionsgemisch in 300 ml Wasser, extrahiert mehrfach<br />
mit rz-Pentan, wäscht die Pentanphasen nochmals mit Wasser, trocknet mit Natriumsulfat,<br />
destilliert das Lösungsmittel ab und reinigt durch Umkristallisieren, Sublimieren, Destillieren<br />
oder Chromatographie.<br />
Tabelle 7.158<br />
Olefine durch Wittig-Reaktion<br />
Produkt<br />
Methylencyclohexan<br />
1 J VgI. Reagenzienanhang.<br />
Ausgangsverbindungen 1 )<br />
Cyclohexanon,<br />
Methyltriphenylphosphoniumbromid<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
F 103<br />
n 2 « 1,4516<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
85<br />
Reaktionsbedingungen<br />
30 Min.<br />
Raumtemperatur<br />
*G
540 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Tabelle 7./5S (Fortsetzung)<br />
Produkt<br />
a-Methyl-styren<br />
1-Phenyl-buta-<br />
1,3-dien 2 )<br />
1,1-Diphenylethen<br />
l,l-Bis(4-dimethylamino-phenyl)ethen<br />
9-Vinyl-anthracen<br />
2-Methylen-bornan<br />
1,1-Diphenylprop-1-en<br />
Ausgangsverbindungen 1 )<br />
Acetophenon,<br />
Methyltriphenylphosphoniumbromid<br />
Zimtaldehyd,<br />
Methyltriphenylphosphoniumbromid<br />
Benzophenon,<br />
Methyltriphenylphosphoniumbromid<br />
Michlers Keton,<br />
Methyltriphenylphosphoniumbromid<br />
Anthracen-9-carbaldehyd,<br />
Methyltriphenylphosphoniumbromid<br />
(+)-Campher,<br />
Methyltriphenylphosphoniumbromid<br />
Benzophenon,<br />
Ethyltriphenylphosphoniumbromid<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
F 162<br />
n 2 » 1,5360<br />
78i,5(n)<br />
1000,2(1,3);F6<br />
F 122<br />
(EtOH)<br />
F 67<br />
(Petrolether)<br />
F 70<br />
(Subl.)<br />
F 49<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
75<br />
60<br />
80<br />
70<br />
70<br />
70<br />
95<br />
Reaktionsbedingungen<br />
lStd.,65°C<br />
1 Std., Raumtemperatur<br />
und<br />
2 Std. 60 0 C<br />
1 Std., Raumtemperatur<br />
3 Std., 65 0 C<br />
10 Std., 65 0 C<br />
15Std.,50°C 3 )4)<br />
3 Std., Raumtemperatur<br />
und<br />
2 Std. 60 0 C 3 )<br />
1 ) An Stelle des Phosphoniumbromids kann auch das entspr. lodid eingesetzt werden, vgl.Tab. 2.87.<br />
2 ) Zur Destillation und Aufbewahrung Hydrochinon zusetzen.<br />
3 ) Nach Aufarbeitung Pentanlösung über Al2O3-Säule (Aktivitätsstufe 1) filtrieren, mit Pentan eluieren.<br />
4 ) Anfangs sublimierenden Komplex von Zeit zu Zeit mit Pentan zurückspülen.<br />
Die Wittig-Reaktion und besonders deren Variante, die Homer-Wadsworth-Emmons-Reaktion, werden<br />
industriell zur Herstellung von Vitamin A, Vitamin-A-Säure, ß-Carotin und Stilbenen (—» optische Aufheller)<br />
genutzt.<br />
7.2.1.8. Esterkondensation<br />
Die Esterkondensation ist ebenfalls eine Reaktion vom Typ der Aldolkondensation. Dabei<br />
werden Carbonsäureester als Carbonylkomponente in erster Linie mit folgenden CH-aciden<br />
Verbindungen zu ß-Dicarbonylverbindungen umgesetzt:<br />
a) mit Carbonsäureestern zu ß-Oxo-carbonsäureestern:<br />
2 R-CH2^COOR'<br />
b) mit Ketonen zu ß-Diketonen:<br />
O O<br />
R 1 -C-OR' + R 2 -CH2-C-R 3<br />
O<br />
R-CH2-C-CH-COOR 1 + R 1 OH<br />
R<br />
O O<br />
R 1 -C-CH-C-R 3 + R 1 OH<br />
R'<br />
[7.159]<br />
[7.160]
D. 7.2.!. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 541<br />
c) mit Nitrilen zu ß-Oxo-carbonitrilen:<br />
O O<br />
R 1 -C-OR' + R 2 -CH2-CN ^== R 1 -C-CH-CN + R'OH [7.161]<br />
R 2<br />
Wegen der relativ niedrigen Reaktivität der Estercarbonylgruppe (vgl. [7.3]) müssen als<br />
Kondensationsmittel starke Basen Anwendung finden, im allgemeinen Alkalialkoholate. Der<br />
Reaktionsablauf entspricht dem in [7.100] und [7.102] formulierten, z. B.:<br />
ö -°<br />
RO 0 + H3C-COOR ^== ROH + H2C-C<br />
OR<br />
[7.162]<br />
ii IH rv<br />
ior o<br />
H3C-C-CH2-Cx 7 [7.163]<br />
OR OR<br />
IÖI 0 o IÖI G o<br />
H3C-C-CH2-Cf ^=^ H3C-C=CH-C^ + ROH [7.164]<br />
OR OR OR<br />
V VI<br />
Da das im ersten Schritt [7.162] gebildete Anion IV eine sehr starke Base ist, liegt das<br />
Gleichgewicht weit links. Dennoch läuft die weitere Reaktion nach [7.163] und [7.164] ab, weil<br />
als Endprodukt das konjugiert ungesättigte System VI (ein Enolat) entsteht, dessen Energie<br />
relativ niedrig liegt.<br />
Aus diesem Grunde läßt sich die Esterkondensation in Gegenwart von Alkoholat als Base nur dann<br />
erfolgreich durchführen, wenn die als Methylenkomponente eingesetzte Verbindung ein enolisierbares<br />
Endprodukt liefern kann, d. h., sie muß mindestens zwei Wasserstoffatome am a-Kohlenstoffatom besitzen.<br />
Isobuttersäureester läßt sich daher unter Claisen-Bedingungen 1 ) nicht zum entsprechenden ß-Oxocarbonsäureester<br />
kondensieren.<br />
Die im letzten Schritt der Reaktion gebildeten Enole stellen stärkere Säuren als Alkohol<br />
dar (vgl. Tab. 7.99). Das als Kondensationsmittel eingesetzte Alkalialkoholat wird daher zur<br />
Neutralisation verbraucht und muß stets in mindestens molaren Mengen angewandt werden.<br />
Da es sich bei allen Teilreaktionen um Gleichgewichtsreaktionen handelt, kann man die<br />
Ausbeute erhöhen, wenn man nicht in überschüssigem Alkohol als Lösungsmittel, sondern mit<br />
alkoholfreiem Alkoholat arbeitet (s. Arbeitsvorschrift, Variante A). Noch wirksamer ist es, den<br />
in der Reaktion entstehenden Alkohol aus dem Gleichgewicht zu entfernen, etwa durch Abdestillieren<br />
(gegebenenfalls im Vakuum) oder indem man die Kondensation in Gegenwart von<br />
Alkalimetall 2 ) und einer Spur Alkohol durchführt (Arbeitsvorschrift, Variante C).<br />
1<br />
J Esterkondensationen, die mit Natrium- (Kalium-) Alkoholat durchgeführt werden, bezeichnet man als<br />
Claisen-Kondensationen.<br />
2<br />
) Die Reaktion in Gegenwart von metallischem Natrium liefert allerdings nicht immer gute Resultate,<br />
weil Nebenreaktionen in größerem Umfang eintreten können (Reduktionsprozeße unter Bildung vgon<br />
a-Diketonen und a-Oxoalkoholen (Acyloine, vgl. D.7.3.3.)).
542 D. 7. Reaktionen von Carbony l Verbindungen<br />
Anstatt die Gesamtreaktion vom letzten Schritt her gewissermaßen zu „ziehen", kann man sie auch vom<br />
ersten Schritt her „schieben", indem man diesen irreversibel macht. Das ist mit energischeren Kondensationsmitteln<br />
als Alkalialkoholat möglich, z.B. Natriumamid 1 ) Natriumhydrid, Triphenylmethylnatrium<br />
(„Tritylnatrium") und Mesitylmagnesiumbromid.<br />
Diese Kondensationsmittel, die ebenfalls in äquimolaren Mengen angewandt werden müssen, führen auf<br />
Grund ihrer außerordentlich großen Basizität (vgl. pKs-Werte in Tabelle 7.99) praktisch die gesamte<br />
Methylenkomponente in ihr Anion über, z. B.:<br />
O®<br />
R-H + Na NH2<br />
R-H +<br />
0Ph<br />
r+) ü/<br />
Na u IC-Ph<br />
Ph<br />
R 0 Na® + NH3<br />
R-H + H3C R 0 M9Br 0 +<br />
Ph<br />
R 0 Na® + H-C-Ph<br />
i<br />
Ph [7.165]<br />
Es gelingt auf diese Weise, auch Esterkondensationen mit solchen CH-aciden Verbindungen durchzuführen,<br />
bei denen die Teilreaktion [7.164] durch die Ausbildung des konjugierten ungesättigten Systems VI<br />
nicht möglich ist. Man formuliere die Esterkondensation zweier Moleküle Isobuttersäureester mit Triphenylmethylnatrium<br />
!<br />
Nach der Formulierung [7.162]... [7.164] sollte man erwarten, daß das zu dem Alkoholatanion gehörige<br />
Alkalimetallkation keinen Einfluß auf die Claisen-Kondensation besitzt. Das ist jedoch nicht so, sondern<br />
die Alkalimetallalkoholate sind steigend wirksam in der Reihenfolge Li < Na < K < Rb < Cs. Dies legt für<br />
viele Claisen-Kondensation einen der Formulierung [7.162] ... [7.164] zwar prinzipiell gleichen Mechanismus<br />
nahe, bei dem jedoch das Alkalimetallkation als Koordinationszentrum der Reaktionspartner wirkt,<br />
die auf diese Weise in eine für die Reaktion besonders günstige Lage gebracht werden. Zunächst entsteht<br />
an Stelle des freien Carbanions IV in [7.162] dessen Alkalimetallverbindung, die den elektrischen Strom in<br />
Lösung nicht leitet, also homöopolar oder als lonenpaar vorliegt. An das Metallkation wird nun außerdem<br />
noch die Carbonylgruppe der Carbonylkomponente koordiniert, deren Polarisation dadurch verstärkt<br />
wird. Die weiteren Elektronenübergänge verlaufen nun in einem cyclischen Komplex:<br />
R-O 0 Na 0 OR' OR'<br />
OR 1<br />
R 1 OH + R'<br />
OR'<br />
,0<br />
Na<br />
OR 1<br />
bzw. R<br />
R 1 OH<br />
1 J Als Nebenreaktion ist die Bildung von Säureamiden möglich.<br />
OR 1<br />
R 1 O<br />
,0<br />
Na<br />
OR'<br />
[7.166]
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 543<br />
Die Esterkondensation zwischen zwei Molekülen des gleichen Esters ist eine wichtige<br />
Methode zur Darstellung von ß-Oxo-carbonsäureestern. 1 ) Die Kondensation zweier verschiedener<br />
Ester hat wenig präparatives Interesse, da im allgemeinen ein Gemisch von verschiedenen<br />
Endprodukten entsteht (vgl. aber unten die Umsetzungen von Oxalsäure- und Ameisensäureestern).<br />
Man formuliere die möglichen Reaktionsprodukte der Umsetzung von Propionsäureester<br />
mit Essigsäureethylester!<br />
Ein eindeutiger Verlauf ergibt sich dagegen bei der Reaktion von Estern mit Ketonen<br />
[7.160] und Nitrilen [7.161]. In diesen Fällen stellt der Ester stets die Carbonylkomponente<br />
dar. (VgI. dagegen die Darzen-Claisen-Reaktion zwischen Chloressigsäureestern und Aldehyden<br />
[7.132], bei der der Ester die Methylenkomponente ist.)<br />
Werden die Enolate von Arylestern zweifach substituierter Essigsäuren mit Cycloalkanonen<br />
umgesetzt, können ß-Lactone in guten Ausbeuten erhalten werden. (Man formuliere die folgende<br />
Umsetzung!)<br />
3,3-Dimethyl-l-oxa-spiro[3,5]nonan-2-on aus Isobuttersäurephenylester und Cyclohexanon:<br />
WEDLER, C; SCHICK, H., Org. Syntheses Vol. 75 (1998) 116.<br />
Diese Reaktion ist eng verwandt mit der Reformatsky-Synthese von ß-Hydroxy-carbonsäurealkylestern<br />
aus a-Halogen-carbonsäureestern (vgl. [7.222]). Im vorliegenden Fall ist das Phenolat<br />
jedoch eine sehr gute Abgangsgruppe, so daß der intramolekulare Angriff des zwischenzeitlich<br />
gebildeten Alkoholats am Estercarbonylkohlenstoff begünstigt ist.<br />
Präparativ wichtige Spezialfälle der Esterkondensation sind:<br />
D ieckmann-Kondensation<br />
Damit bezeichnet man die innermolekulare Kondensation von Dicarbonsäureestern zu cyclischen<br />
Ketoestern. Man formuliere die in Tabelle 7.169 unter Variante C aufgeführten Dieckmann-Cyclisierungen<br />
sowie die Darstellung von Cyclohexan-2-on-l-carbonsäureester aus Pimelinsäureester!<br />
Das Ausbeutemaximum der Reaktion liegt beim fünf- und sechsgliedrigen Ring. Die<br />
höheren Dicarbonsäureester liefern nur geringe Ausbeuten. Bernsteinsäureester gibt zunächst<br />
eine gewöhnliche intermolekulare Esterkondensation, in zweiter Stufe entsteht durch intramolekulare<br />
Kondensation Cyclohexan-2,5-dion-l,4-dicarbonsäureester (formulieren!).<br />
Esterkondensationen mit Oxalsäure- und Ameisensäureester<br />
Diese Ester besitzen keine a-Methylengruppe, aber eine hohe Carbonylaktivität (warum?). Sie<br />
reagieren daher auch in gemischten Esterkondensationen mit anderen Estern in eindeutiger Weise.<br />
Man formuliere die Umsetzung von Oxalsäurediethylester mit Aceton und Phenylessigsäureethylester,<br />
die Kondensation von 2 mol Benzylcyanid mit l mol Oxalsäureethylester sowie die<br />
Umsetzung von 2 mol Oxalsäureethylester mit Aceton! (Das Produkt dieser zuletzt genannten<br />
Reaktion setzt sich in Gegenwart von Säure unter Wasserabspaltung zum Chelidonsäureester,<br />
einen y-Pyronderivat, um). Bei der Kondensation mit Oxalsäurediethylester wird in die a-Stellung<br />
von Estern bzw. Ketonen eine Ethoxalylgruppe eingeführt. Es entstehen Oxobernsteinsäurediethylester<br />
bzw. 2,4-Dioxo-carbonsäureethylester. Diese gehen beim Erhitzen über etwa 12O 0 C<br />
unter Abspaltung von Konlenmonoxid in ß-Dicarbonylverbindungen über. Die Decarbonylierung<br />
gelingt in der Regel besonders glatt bei den 3-monosubstituierten Verbindungen:<br />
O O O O<br />
l! OEt II<br />
Tn T^rT < R '°) R 1 ^ T^ OEt t 7 - 167 !<br />
R O R<br />
l Eine weitere Methode ist die in D.7.2.1.9. beschriebene Esterspaltung von cc-Acyl-ß-oxo-carbonsäureestern.
544 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Die Methode dient zur Herstellung von alicyclischen ß-Oxo-carbonsäureestern (z. B. 2-Oxocyclohexan-1-carbonsäureethylester)<br />
und monosubstituierten Malonsäureestern. Diese können<br />
so in reiner Form erhalten werden, was durch Alkylierung von Malonsäureestern in einigen<br />
Fällen nicht oder nur schwierig möglich ist, vgl. D.7.4.2.1. Phenylmalonsäurediethylester kann<br />
durch Phenylierung von Malonsäurediethylester überhaupt nicht dargestellt werden.<br />
Die bei der Kondensation von Ameisensäureestern mit Carbonsäureestern oder Ketonen entstehenden<br />
Esteraldehyde bzw. Oxoaldehyde sind stark enolisiert und liegen als a-Hydroxymethylenverbindungen vor,<br />
z.B.:<br />
O O OH O<br />
a-Hydroxymethylen-carbonylverbindungen, die in «-Stellung nicht substituiert sind (R' = H), trimerisieren<br />
äußerst leicht zu Benzenderivaten (Formylessigester zu Benzen-l,3,5-tricarbonsäureester). Man<br />
gewinnt sie deshalb nur in Form ihrer Natriumsalze.<br />
Kohlensäureester lassen sich mit Ketonen zu ß-Oxo-carbonsäureestern und mit Nitrilen zu Cyanessigsäureestern<br />
umsetzen. (Man formuliere die Reaktion von Phenylessigsäureethylester mit Diethylcarbonat!)<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Esterkondensation und die Glycidestersynthese nach<br />
Darzens (Tab. 7.169)<br />
| Vorsicht beim Umgang mit Natrium (vgl. auch Reagenzienanhang)!<br />
A. Reaktion mit alkoholfreiem Alkoholat<br />
In einem 500-ml-Dreihalskolben mit Rückflußkühler und Calciumchloridrohr, Tropftrichter<br />
und Hershberg-Rührer (vgl. Abb. A.6g) bedeckt man 0,5 mol in grobe Stücke geschnittenes,<br />
von den Krusten befreites Natrium mit etwa 250 mol trockenem Toluen und erhitzt, ohne zu<br />
rühren, im Heizbad bis zum leichten Sieden. Nunmehr bringt man den Rührer mit einem hochtourigen<br />
Rührmotor schnell auf die volle Tourenzahl und rührt, bis das Natrium zu einer weißgrauen<br />
Suspension zerschlagen ist, wobei weiter schwach geheizt wird. Sobald die Natriumsuspension<br />
entstanden ist, wird der Rührer abgestellt, und man läßt abkühlen. Keinesfalls darf<br />
bis zum Erstarren der Natriumpartikel gerührt werden, da diese sonst wieder zu gröberen<br />
Kügelchen zusammengeschlagen werden.<br />
Zu der erkalteten Suspension tropft man langsam unter gutem Rühren, notfalls unter Kühlen,<br />
0,5 mol abs. Alkohol 1 ) zu, wobei die Innentemperatur nicht über 85 0 C ansteigen soll,<br />
damit das Natrium nicht zum Schmelzen kommt und dadurch wieder zusammenklumpt.<br />
Anschließend wird noch eine Stunde auf etwa 100 0 C erhitzt und unter Rühren ein Gemisch<br />
der Reaktionspartner zugetropft:<br />
a) Zur Darstellung von ß-Oxo-carbonsäureestern verwendet man 1,5 mol des betreffenden<br />
über Phosphor(V)-oxid getrockneten und destillierten Esters und erhitzt 15 Stunden auf<br />
dem siedenden Wasserbad.<br />
b) Zur Darstellung von ß-Diketonen setzt man unter Kühlen mit Wasser ein Gemisch aus<br />
0,5 mol Keton und l mol Ester zu (beide über Phosphor(V)-oxid getrocknet und destilliert)<br />
und erhitzt anschließend noch 4 Stunden auf dem siedenden Wasserbad.<br />
c) Zur Darstellung von Oxobernsteinsäureestern und a-Formyl-carbonsäureestern (a-Hydroxymethylen-carbonsäureester)<br />
fügt man ein Gemisch von 0,5 mol Oxalsäurediethylester bzw.<br />
0,5 mol Ameisensäure und 0,5 mol des Carbonsäureesters zu und läßt über Nacht bei<br />
Raumtemperatur stehen.<br />
l Man verwende den Alkohol, der auch im Ester enthalten ist. Käuflichen absoluten Alkohol trocknen,<br />
vgl. Reagenzienanhang.
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 545<br />
Nach Beendigung der Reaktion destilliert man die unter 10O 0 C siedenden Anteile aus dem<br />
Reaktionsgemisch ab (Heizbadtemperatur bis 12O 0 C) und gibt den abgekühlten Rückstand zu<br />
einem Gemisch von 0,6 mol Eisessig und Eis (etwa 33%ige Essigsäure). Die organische Phase<br />
wird abgetrennt und die wäßrige Lösung mehrfach mit Ether extrahiert; die vereinigten Auszüge<br />
werden sorgfältig mit Wasser gewaschen und über Natriumsulfat getrocknet. Nach dem<br />
Abdestillieren des Lösungsmittels destilliert man den Rückstand oder kristallisiert um.<br />
B. Reaktion mit Natriumhydrid<br />
In einem 1-1-Dreihalskolben mit Rührer, Tropftrichter und Rückflußkühler mit Gasableitungsrohr<br />
wird zu einer Suspension von 0,5 mol Natriumhydrid in Cyclohexan 1 ) unter Rühren ein Gemisch<br />
der Reaktionspartner in den unter A. angegebenen Mengen zugetropft. Anschließend erhitzt man<br />
3 Stunden unter Rückfluß 2 ) läßt erkalten und arbeitet wie unter A. angegeben auf.<br />
C. Dieckmann-Cyclisierungen mit Natriumpulver<br />
In der unter Variante A. beschriebenen Weise stellt man eine Natriumsuspension aus 0,5 mol Natrium<br />
in 500 ml Toluen her. Zu der lebhaft gerührten, noch heißen Mischung tropft man 0,5 mol des<br />
betreffenden absoluten Dicarbonsäureesters, in dem man l ml absolutes Ethanol gelöst hat. Nachdem<br />
die erste heftige Reaktion vorüber ist, wird noch 6 Stunden unter Rückfluß erhitzt und dann<br />
nach dem Abkühlen vorsichtig auf ein Gemisch aus 200 g Eis und 0,5 mol konz. Salzsäure gegeben.<br />
Dann trennt man die organische Schicht ab, schüttelt die wäßrige Lösung noch zweimal mit Diethylether<br />
aus, wäscht die vereinigten Extrakte mehrfach mit wenig Wasser, trocknet über Natriumsulfat<br />
und destilliert das Lösungsmittel ab. Der Rückstand wird destilliert.<br />
D. Reaktion in alkoholischem Alkoholat<br />
In einem 500-ml-Dreihalskolben mit Rückflußkühler und Calciumchloridrohr, Tropftrichter und<br />
Rührer wird aus 0,3 mol Natrium und 300 ml absolutem Alkohol 3 ) eine Alkoholatlösung hergestellt<br />
(s.Reagenzienanhang). Nach völliger Auflösung des Natriums tropft man ein Gemisch von je<br />
0,3 mol der trockenen Ausgangsprodukte unter Rühren und Kühlen mit Eiswasser zu.<br />
Zur Darstellung von Glycidestern setzt man ein Gemisch aus 0,2 mol Carbonylkomponente<br />
und 0,3 mol Chloressigsäureethylester zu (von dem ein Teil unter Bildung von Alkoxyessigester<br />
verbraucht wird) und arbeitet bei -10 0 C. Anschließend wird bei Raumtemperatur über<br />
Nacht stehengelassen, mit der äquimolaren Menge Eisessig neutralisiert und in l l Eiswasser<br />
gegossen. Man ethert mehrfach aus bzw. saugt ab. Der Etherextrakt wird mit Wasser gewaschen<br />
und über Natriumsulfat getrocknet. Nach dem Abdestillieren des Lösungsmittels wird<br />
der Rückstand durch Destillation oder Kristallisation gereinigt.<br />
Tabelle 7.769<br />
Esterkondensation und Darzens-Reaktion<br />
Produkt Ausgangsverbindungen Variante Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
AcetessigsäureethylesterAcetessigsäurepropylesterAcetessigsäureisopropylester2-Methyl-3-oxo-pentansäureethylester<br />
Essigsäureethylester<br />
Essigsäurepropylester<br />
Essigsäureisopropylester<br />
Propionsäureethylester<br />
A, B 71i?6(i2)<br />
A, B 78^5(n)<br />
B 6915(11)<br />
B 89li6(i2)<br />
n 2 ? Ausbeute<br />
1,4198<br />
1,4240<br />
1,4179<br />
1,4228<br />
J ) VgI. Reagenzienanhang.<br />
2 ) Nicht im Wasserbad, am besten unter Verwendung eines Infrarotstrahlers arbeiten.<br />
3 ) Käuflichen abs. Alkohol trocknen, vgl. Reagenzienanhang.<br />
75<br />
75<br />
50<br />
50
546 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Tabelle 7.769 (Fortsetzung)<br />
Produkt<br />
2-Ethyl-3-oxo-hexansäureethylester2,2,4-Trimethyl-3-oxopentansäureethylestera,y-Diphenyl-acetessigsäureethylester3-Methyl-2-oxo-bernsteinsäurediethylester2-Oxo-3-phenyl-bernsteinsäurediethylester<br />
Dibenzoylmethan<br />
Acetylaceton<br />
Benzoylaceton<br />
2-Hydroxymethylencyclohexanon<br />
2-Oxo-cyclopentan-lcarbonsäureethylesterl-Methyl-4-oxopiperidin-3-carbonsäureethylester<br />
2,4,6-Trioxo-heptan-<br />
1,7-disäurediethylester<br />
3-Cyan-3-phenyl-brenztraubensäureethylester3-Oxo-2-phenyl-butannitril3-Phenyl-glycidsäuremethylester3-(4-Methoxy-phenyl)glycidsäuremethylester3-Methyl-3-phenylglycidsäuremethylester<br />
Ausgangsverbindungen<br />
Buttersäureethylester<br />
IsobuttersäureethylesterPhenylessigsäureethylester<br />
Propionsäureethylester,<br />
Oxalsäurediethylester<br />
Phenylessigsäure-<br />
ethylester, Oxalsäure-<br />
diethylester<br />
Acetophenon,<br />
Benzoesäureethylester<br />
Aceton, Essigsäureethylester<br />
Acetophenon,<br />
Essigsäureethylester<br />
Cyclohexanon,<br />
Ameisensäureethyloder<br />
-methylester<br />
Adipinsäurediethylester<br />
4-Methyl-4-aza-heptandisäurediethylester<br />
Aceton, Oxalsäurediethylester<br />
Benzylcyanid, Oxalsäurediethylester<br />
Benzylcyanid, Essigsäureethylester<br />
Benzaldehyd, Chloressigsäureethylester<br />
Anisaldehyd, Chloressigsäureethylester<br />
Acetophenon,<br />
Chloressigsäureethylester<br />
Variante<br />
B<br />
B 1 )<br />
A, B<br />
A, B<br />
A, D<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
104i,6(,2)<br />
961>6(12)<br />
F 77 (EtOH)<br />
H5l,3(10)<br />
2 )<br />
A, B 2202,4(18)<br />
F 78<br />
A, B 136<br />
A, B<br />
A, B 3 )<br />
C<br />
C4)<br />
D5)<br />
D<br />
D6)<br />
DT)<br />
D7)<br />
D7)<br />
1291>3(1o)<br />
F 6i<br />
103l,7(13)<br />
1 ISo7S(^<br />
Hydrochlorid:<br />
F128<br />
F103<br />
(Ligroin)<br />
F126<br />
F90<br />
(W./EtOH)<br />
130b,7(5)<br />
1450,08(0,7)<br />
F 62<br />
n 2 ?<br />
1,4271<br />
1,4212<br />
1,4303<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
55<br />
25<br />
70<br />
50,75<br />
85<br />
1,4465 55<br />
1,5124 55<br />
1,4519<br />
1,4802<br />
J ) 5 Stunden erhitzen.<br />
2 ) Wegen Decarbonylierung nicht destillierbar. Nach Abdestillieren des Lösungsmittels als Rohprodukt<br />
isolieren und weiterverarbeiten.<br />
3 ) Mit NaH nur 1,5 Stunden im Glycolbad auf 40 0 C erwärmen.<br />
4 ) Reaktionszeit 30 Minuten; zur Aufarbeitung wäßrige Phase mit Kaliumcarbonat alkalisch machen, zweimal<br />
ausethern, mit Natriumsulfat trocknen und Chlorwasserstoff einleiten.<br />
5 ) Zunächst nur 0,15 mol Keton und 0,3 mol Ester mit der Hälfte der Alkoholatlösung umsetzen; 30 Minuten<br />
unter Rückfluß erhitzen, anschließend zweite Hälfte der Alkoholatlösung zugeben. Vor der Aufarbeitung<br />
Alkohol bei UO 0 C Badtemperatur weitgehend abdestillieren. Man erhält ein Gemisch von<br />
Mono- und Dienol.<br />
6 ) 2 Stunden auf dem siedenden Wasserbad; wird das Reaktionsprodukt bei der Aufarbeitung nach dem<br />
Abdestillieren des Lösungsmittels nicht fest, so erhitzt man im Wasserstrahlvakuum auf 13O 0 C Man<br />
kann anschließend bei 1O -5 kPa (10^ Torr) und 10O 0 C sublimieren.<br />
7 ) Man arbeitet mit Natriummethylat in Methanol, wobei das umgeesterte Produkt entsteht. Die Methylester<br />
sind besonders leicht weiterzuverarbeiten (zu verseifen).<br />
1,513<br />
50,80<br />
50,65<br />
75<br />
70<br />
80<br />
80<br />
65<br />
90<br />
90<br />
70
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 547<br />
5-Methyl-3-oxo-hexansäureethylester aus Isobutylmethylketon und Diethylcarbonat und<br />
Benzoylessigsäureethylester aus Acetophenon und Diethylcarbonat: BRÄNDSTRÖM, A., Acta<br />
Chem. Scand. 4 (1950), 1315;<br />
x-Cyan-phenylessigsäureethylester aus Benzylcyanid und Diethylcarbonat: WALLINGFORD, V.<br />
H.; JONES, D. M.; HOMEYER, A. H., J. Am. Chem. Soc. 64 (1942), 576.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Decarbonylierung von Oxobernsteinsäure- und 2,4-Dioxocarbonsäureestern<br />
(Tab. 7.170)<br />
In einer Vakuumdestillationsapparatur wird der betreffende a-Ethoxalyl-carbonsäureester (auch<br />
das Rohprodukt kann direkt verwendet werden) mit einer Spur Eisenpulver und einer Spur Borsäure<br />
versetzt und danach bei einem Vakuum von etwa 6 kPa (40 bis 50 Torr) 1 ) unter Verwendung<br />
eines Heizbades bis zum Einsetzen der Reaktion langsam erhitzt (Badtemperatur 140 bis 170 0 C).<br />
Die Abspaltung von Kohlendioxid ist am Druckanstieg erkenntlich. Dabei destilliert ein Teil des<br />
decarbonylierten Esters über. Sobald die Gasentwicklung nachgelassen hat, wird die Heizbadtemperatur<br />
allmählich auf maximal 180 0 C gesteigert und das restliche Produkt herausdestilliert, wenn<br />
nötig, unter Verminderung des Druckes. Das Rohprodukt wird nochmals im Vakuum destilliert.<br />
Tabelle 7.170<br />
Decarbonylierung von Oxobernsteinsäure- und 2,4-Dioxo-carbonsäureestern<br />
Produkt Ausgangsverbindung Kp n 2 ^ Ausbeute<br />
in 0 C<br />
2-Oxo-cyclohexan-l-carbon- (2-Oxo-cyclohex-l-yl)-glyoxylsäure- 1071)6(12) 1,4794 80<br />
säureethylester ethylester<br />
Phenylmalonsäurediethylester 2-Oxo-3-phenyl-bernsteinsäure- 1 511?3(10) !,4977 67<br />
diethylester<br />
Methylmalonsäurediethylester 3-Methyl-2-oxo-bernsteinsäure- 831(7(13) 1,4126 95<br />
diethylester<br />
Eine Kondensation der Estercarbonylgruppe mit methylenaktiven Verbindungen im Sinne<br />
einer Knoevenagel-Kondensation (vgl. D.7.2.1.4.) ist keinesfalls zu erwarten. Alkoxymethylenverbindungen,<br />
wie sie im Ergebnis einer solchen Reaktion entstehen würden, können jedoch<br />
hergestellt werden, wenn man von Orthocarbonsäureestern ausgeht, z. B.:<br />
OEt COOEt /A _. EtO COOEt<br />
/ / (ACpO) \ / i>r 1111<br />
Eto-cH + H2C -2EtOH / c=c \ [im]<br />
OEt COOEt H COOEt<br />
Die Reaktion setzt eine relativ große CH-Acidität der Methylenkomponente voraus sowie<br />
ein wasserfreies, schwach saures Medium (Warum? Man vergleiche Orthoester mit Acetalen!).<br />
Sie beginnt mit der Eliminierung von Alkohol aus dem Orthoester nach dessen Protonierung.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Kondensation von Orthoameisensäuretriethylester mit<br />
methylenaktiven Verbindungen (Tab. 7.172)<br />
In einem 500-ml-Kolben, der zu einer Destillationsapparatur mit kurzer Kolonne gehört,<br />
erhitzt man ein Gemisch von 0,75 mol Orthoameisensäuretriethylester, 0,5 mol der methylenaktiven<br />
Verbindung und l mol Acetanhydrid l Stunde auf 14O 0 C, danach noch l Stunde auf<br />
15O 0 C Badtemperatur, wobei Essigester abdestilliert. Anschließend wird die Kolonne entfernt<br />
und im Vakuum destilliert.<br />
) Druck und Temperatur sind so aufeinander abgestimmt, daß die Decarbonylierung bei möglichst niedriger<br />
Temperatur zustande kommt, ohne daß dabei die Ausgangsverbindung mit überdestilliert.
548 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Tabelle 7.172<br />
a-Ethoxymethylen-carbonsäureester durch Orthoesterkondensation<br />
Produkt Ausgangsverbindung<br />
2-Cyan-3-ethoxy-prop-2-ensäureethyl- Cyanessigsäureethylester<br />
ester<br />
a-Ethoxymethylen-acetessigsäureethyl- Acetessigsäureethylester<br />
ester<br />
Ethoxymethylenmalononitril Malononitril<br />
Ethoxymethylenmalonsäurediethyl- Malonsäurediethylester 1 )<br />
ester 2 )<br />
Ethoxymethylencyanamid 3 ) Cyanamid<br />
1) 2 g ZnCl2 zusetzen.<br />
2 ) redestillieren<br />
3 ) nicht unbegrenzt haltbar<br />
Kp<br />
in 0 C<br />
173...1742(15)<br />
149...15I205)<br />
162...1632(15)<br />
F63...65<br />
159...1621,5(11)<br />
ng> 1,4620<br />
57...63^1S)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Die Ethoxygruppe kann sowohl sauer zur (enolisierten) Aldehydgruppe hydrolysiert als<br />
auch leicht gegen N- und C-Basen ausgetauscht werden (vgl. D.7.4.I.5.). Für solche Synthesen<br />
verwendet man auch die weniger reaktiven Dimethylaminomethylenverbindungen, die aus<br />
Dimethylformamid anstelle von Orthoester in Gegenwart von Acetanhydrid, Phosphoryl- oder<br />
Thionylchlorid hergestellt werden (vgl. Vilsmeier-Reaktion, D.5.1.8.3.).<br />
Während einfache Aldehyde und Ketone praktisch vollständig in der Oxoform vorliegen (Aceton z. B.<br />
zu 99,9998%), sind ß-Oxo-carbonsäureester und ß-Diketone mehr oder weniger enolisiert. Acetessigsäureethylester<br />
enthält in Substanz bei Zimmertemperatur z.B. 7,5% der Enolform, Acetylaceton 80%. Das<br />
Keto-Enol-Gleichgewicht ist lösungsmittelabhängig. Die Konzentrationen der Tautomeren verhalten sich<br />
zueinander wie ihre Löslichkeit in dem jeweiligen Lösungsmittel. Acetessigester und Acetylaceton bilden<br />
ds-Enolate mit intramolekularen Wasserstoffbrücken. Deshalb ist ihr Enolgehalt in unpolaren Lösungsmitteln<br />
größer als in polaren (Acetylaceton in Hexan 95%, in Acetonnitril 62% Enol), während Enole, die<br />
keine intramolekularen Wasserstoffbrücken ausbilden können, sich umgekehrt dazu verhalten.<br />
Das Enol einer ß-Dicarbonylverbindung gibt mit Eisen(III)-chlorid gefärbte Salze, die als<br />
Chelatkomplexe vorliegen:<br />
2©<br />
2Cl 0 [7.173]<br />
Die Bildung der Eisenkomplexe ist als Nachweisreaktion auf ß-Dicarbonylverbindungen<br />
geeignet (vgl. E.I.2.5.2.). Die Reaktion tritt schon bei Verbindungen mit l bis 2% Enolgehalt<br />
sofort ein. Da Malonsäureester und ihre Derivate nicht merklich enolisiert sind, geben sie<br />
keine Eisenchloridreaktion. Die reine Farbe des Eisenchelatkomplexes ist nur in alkoholischer<br />
Lösung zu beobachten. In wäßriger Lösung sind daneben noch die einfachen gefärbten Salze<br />
vorhanden. So geben Phenole, die keine chelatbildende Gruppe besitzen, nur in wäßriger<br />
Lösung mit Eisen(III)-chlorid eine Färbung, die auf der Bildung basischer Salze beruht.<br />
Unter den präparativ sehr bedeutungsvollen Methoden zur Knüpfung von C-C-Bindungen,<br />
die in diesem Kapitel behandelt werden, nimmt die Esterkondensation insofern eine besondere<br />
Stellung ein, als die entstehenden ß-Dicarbonylverbindungen und ihre Analoga Substanzen<br />
mit drei funktioneilen Gruppen darstellen. Man kann sie daher sowohl durch Veränderung der<br />
Ketogruppe (Reduktion, vgl. D.7.3., Enaminbildung, vgl. [7.1Ic] als auch durch Reaktion an<br />
der Methylengruppierung (Michael-Addition, vgl. D.7.4.I.3., Acylierung, vgl. D.7.2.1.10., Alky-<br />
82<br />
75<br />
85<br />
55<br />
75
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 549<br />
lierung, Halogenierung, vgl. D.7.4.2.1. und D.7.4.2.2.) und der Carboxylgruppe (Hydrolyse,<br />
Ketonspaltung, vgl. [7.64], Amidbildung, vgl. D.7.1.4.2.) in eine Vielzahl anderer Verbindungen<br />
überführen.<br />
ß-Dicarbonylverbindungen dienen auch häufig als Ausgangsprodukte zur Darstellung von<br />
heterocyclischen Verbindungen.<br />
Technische Bedeutung besitzt vor allem der Acetessigester, dessen Folgeprodukte (z. B. Pyrazolone) insbesondere<br />
für die Synthese von Azofarbstoffen (vgl. Tab. 8.35) verwendet werden.<br />
Phenylmalonester ist für die Synthese des Hypnotikums Ethylphenylbarbitursäure (Phenobarbital, vgl.<br />
D.7.1.4.2.) von Bedeutung.<br />
Reaktionen vom Typ der Esterkondensation laufen auch im lebenden tierischen Organismus ab (Fettsäurecyclus,<br />
Citronensäurecyclus). Bei der Biosynthese der Fettsäuren z.B. reagiert ein an ein Acyl-<br />
Carrier-Protein (ACP) gebundener Essigsäurethioester mit einem Malonsäurethioester als Methylenkomponente<br />
zu Acetessigsäurethioester:<br />
O O O O<br />
H3C-C-S-ACP + H2C-C-S-ACP uc _A » H3C-C-CH2-C-S-ACP [7.174]<br />
l — Ho<br />
COOH<br />
Acetyl-ACP Malonyl-ACP Acetoacetyl-ACP<br />
7.2.1.9. Esterspaltung und Säurespaltung von /?-Dicarbonylverbindungen<br />
Da alle Teilreaktionen der Claisen-Kondensation [7.162]-[7.164] bzw. [7.166] Gleichgewichtsreaktionen<br />
sind, lassen sich ß-Oxo-carbonsäureester und ß-Diketone durch alkoholische<br />
Alkoholatlösung wieder spalten („Esterspaltung"), z. B.:<br />
O OH 0 r!ÖI G OH O n O<br />
Il l + RO ^ I /-> I Il ^ 11<br />
R-C-CH=C-R' — - R-C-CH=C-R 1 ^== R-C-OR + H2C-C-R 1<br />
Q O<br />
H2C-C-R 1 + ROH<br />
OR<br />
Das Zwischenprodukt I entspricht der Verbindung [7.163], V.<br />
[7.175]<br />
Wie aus [7.175] ersichtlich ist und auch experimentell bewiesen wurde, reagiert das Alkoholat mit der<br />
nichtenolisierten Oxogruppe. ß-Oxo-carbonsäureester, die mit Alkoholat praktisch vollständig in das Enolat<br />
übergehen, sind deshalb bedeutend schwieriger zu spalten als ß-Diketone, die auch als Enolat noch eine<br />
reaktionsfähige Keto-Carbonylgruppe besitzen. Ist eine Enolisierungsrichtung in ß-Diketonen vorherrschend,<br />
bilden sich einheitliche Reaktionsprodukte.<br />
Läßt man an Stelle von Alkoholat Alkalilauge auf ß-Diketone bzw. ß-Oxo-carbonsäureester<br />
einwirken, so entsteht entsprechend [7.175] ein Säureanion und ein Keton bzw. Ester (der<br />
sofort verseift wird). Da Säureanionen keinerlei Carbonylreaktivität mehr haben, kann andererseits<br />
keine ß-Dicarbonylverbindung mehr zurückgebildet werden, und die Spaltung wird<br />
vollständig („Säurespaltung", vgl. Tab. 7.178).<br />
Als Nebenreaktion der Säurespaltung von ß-Oxo-carbonsäureestern tritt in erheblichem<br />
Maße die „Ketonspaltung" (vgl. [7.64]) in Erscheinung. Sie kommt dadurch zustande, daß der<br />
ß-Oxo-carbonsäureester unter Verseifung und Decarboxylierung an der Carboxylgruppe angegriffen<br />
wird. Daher ist die Säurespaltung von ß-Oxo-carbonsäureestern präparativ von geringerem<br />
Interesse. Die entsprechenden Säuren werden meist besser über substituierte Malonester<br />
hergestellt (vgl. [7.65]).
550 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Die Spaltbarkeit von ß-Dicarbonylverbindungen durch alkalische Agenzien steigt erheblich<br />
an, wenn man von der a-unsubstituierten zur a-monosubstituierten und schließlich zur a,a-disubstituierten<br />
Verbindung übergeht. Da a,a-disubstituierte Dicarbonylverbindungen nicht<br />
mehr enolisieren können, wird für die Konkurrenzreaktion kein Alkali mehr verbraucht, und<br />
die Esterspaltung gelingt jetzt bereits mit katalytischen Alkalimengen. Sie ist eine Nebenreaktion<br />
bei der Dialkylierung von ß-Oxo-carbonsäureestern, ß-Diketonen und Malonestern (vgl.<br />
D.7.4.2.I.).<br />
In den a-Acyl-ß-oxo-carbonsäureestern, die durch Acylierung von ß-Oxo-carbonsäureestern<br />
entstehen, liegt gleichzeitig ein ß-Diketon und ein ß-Oxo-carbonsäureester vor. Nach dem<br />
oben Gesagten ist es klar, daß die Säure- oder Esterspaltung hier stets an der ß-Diketonstruktur<br />
einsetzt. Mit Alkohol/Alkoholat (oder Ätzkali) entsteht dabei ein ß-Oxo-carbonsäureester,<br />
der in der Kälte nicht weiter verändert wird und deshalb gut faßbar ist:<br />
H3C-C-CH-C-R<br />
COOR<br />
-H<br />
O O<br />
n<br />
H3C-C-OR + R-C-CH2-COOR<br />
O O<br />
n 0:i<br />
H3C-C-C^C-R<br />
COOR<br />
Esterspaltung<br />
1. + ROH<br />
2. + H 0<br />
[7.176]<br />
Da sich nach [7.175] stets diejenige Oxogruppe im Keton (ß-Oxo-carbonsäureester) wiederfindet, die<br />
enolisiert war, erhält man aus einem a-Acyl-ß-oxo-carbonsäureester stets denjenigen der beiden möglichen<br />
ß-Oxo-carbonsäureester, der die größere Tendenz zur Enolatbildung besitzt. Das ist im allgemeinen der<br />
mit der größeren Acylgruppe. Die a-Acylierung von Acetessigester mit anschließender Esterspaltung stellt<br />
deshalb eine wichtige Möglichkeit für die Synthese höherer ß-Oxoester aus Acetessigester, wie z. B. von<br />
Benzoylessigester, dar. (Warum wird dieser nicht durch Esterkondensation hergestellt?)<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Esterspaltung von Acylacetessigestern (Tab. 7.177)<br />
l mol Acylacetessigester 1 ) wird mit 1,05 mol Ätzkali in 500 ml Ethanol oder Methanol 2 ) über<br />
Nacht stehengelassen. Dann gießt man auf 3 l Eis und 27 ml konz. Schwefelsäure und extrahiert<br />
viermal mit 200 ml Ether. Die vereinigten Extrakte werden mit Wasser annähernd neutral<br />
gewaschen. Es wird über Magnesiumsulfat getrocknet und das Lösungsmittel im Vakuum abgedampft.<br />
Den Rückstand destilliert man über eine 25-cm-Vigreux-Kolonne im Vakuum.<br />
Tabelle 7.777<br />
Esterspaltung von Acylacetessigestern<br />
Produkt Ausgangsverbindung KP<br />
in 0 C<br />
Benzoylessigsäureethylester<br />
Benzoylessigsäuremethylester<br />
4-Phenyl-acetessigsäuremethylester4-Phenyl-acetessigsäureethylester<br />
2-Benzoyl-3-oxo-butansäureethylester2-Benzoyl-3-oxo-butansäureethylester2-Acetyl-3-oxo-4-phenylbutansäureethylester2-Acetyl-3-oxo-4-phenylbutansäureethylester<br />
«B<br />
1370,5(4) 1,5254 70<br />
122o,33(2,5) 1,5372 70<br />
1250^3) Wg* 1,5158 85<br />
120o,o8(o,6) 1,5011 75<br />
1 J Darstellung vgl. Tab. 7.182; es kann das nichtdestillierte Rohprodukt verwendet werden.<br />
2 ) In Ethanol erhält man die Ethylester, in Methanol infolge Umesterung die Methylester.<br />
Ausbeute
Tabelle 7.177 (Fonsetzung)<br />
Produkt<br />
3-Oxo-hexansäureethylester<br />
4-Methyl-3-oxo-pentansäureethylester<br />
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 551<br />
Ausgangsverbindung<br />
2-Acetyl-3-oxo-hexansäureethylester2-Acetyl-4-methyl-3-oxopentansäureethylester<br />
Kp n 2 D 5<br />
in 0 C<br />
942(15)<br />
852.1(16)<br />
1,4245<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Die Säurespaltung von a-Acyl-cycloalkanonen hat präparatives Interesse zur Kettenverlängerung<br />
von Carbonsäuren, da sich die entstehenden Oxofettsäuren leicht nach WOLFF-KIZHNER<br />
reduzieren lassen (vgl. D.7.3.I.6.). Man formuliere einige der in Tab. 7.178 angegebenen Beispiele!<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Säurespaltung von «-Acyl-ketonen 1 ) (Tab. 7.178)<br />
0,1 mol a-Acyl-cyclohexanon 2 ) wird bei 10O 0 C unter Rühren mit der dreifach molaren Menge<br />
einer heißen 60%igen Kalilauge versetzt und noch 15 Minuten bei dieser Temperatur gehalten.<br />
Das erstarte Gemisch löst man nach dem Abkühlen in 300 ml Wasser und gibt zur Lösung tropfenweise<br />
so viel konz. Schwefelsäure zu, daß sie gerade noch alkalisch reagiert. Danach wird<br />
mit Ether ausgeschüttelt, die wäßrige Phase mit Salzsäure stark angesäuert und mit Chloroform<br />
extrahiert. Nach dem Vertreiben des Lösungsmittels destilliert man im Feinvakuum.<br />
Zur Spaltung der a-Acyl-cyclopentanone 2 ) kocht man besser 3 Stunden mit 100 ml 5%iger<br />
Natronlauge und arbeitet, wie oben angegeben, auf.<br />
Tabelle 7.778<br />
Säurespaltung von a-Acyl-ketonen<br />
Produkt<br />
6-Oxo-heptansäure<br />
7-Oxo-octansäure<br />
6-Oxo-octansäure<br />
7-Oxo-nonansäure<br />
6-Oxo-nonansäure<br />
7-Oxo-decansäure<br />
Ausgangsverbindung<br />
2-Acetyl-cyclopentanon<br />
2-Acetyl-cyclohexanon<br />
2-Propionyl-cyclopentanon<br />
2-Propionyl-cyclohexanon<br />
2-Butyryl-cyclopentanon<br />
2-Butyryl-cyclohexanon<br />
Kp (bzw. R)<br />
in 0 C<br />
1230,1(1);F35<br />
1610,5(4);F29<br />
136ö,i9(i,5); F 52<br />
152o,3(2);F42<br />
133o,o7(o,5> ^35<br />
1570,3(2)<br />
90<br />
40<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
7.2.1.10. Reaktion von Carbonsäurechloriden mit ^-DicarbonyIVerbindungen<br />
Ebenso wie Carbonsäureester können auch Carbonsäurechloride und -anhydride in Gegenwart<br />
basischer Kondensationsmittel mit CH-aciden Verbindungen reagieren. Der Mechanismus der<br />
Reaktion ist dem der Esterkondensation analog. Die Umsetzung mit einfachen Estern oder<br />
Ketonen besitzt wenig Bedeutung, da zur Darstellung von ß-Dicarbony l Verbindungen die<br />
Esterkondensation im allgemeinen überlegen ist (vgl. aber die Acylierung von Ketonen über<br />
Enamine, D.7.4.2.3.).Die Acylierung von ß-Dicarbonylverbindungen ist eine präparativ wichtige<br />
Reaktion, bei der meistens die entsprechenden Metallenolate mit Säurechloriden umgesetzt<br />
werden. Es entsteht dabei eine Tricarbonylverbindung, die saurer ist als die eingesetzte<br />
Dicarbonylverbindung (warum?) und daher deren Enolat das Kation entreißt:<br />
1) nach HÜNIG, S., u. a., Chem.Ber. 91 (1958), 129; 93 (1960), 913.<br />
2 ) In die Reaktion kann das ungereinigte Produkt eingesetzt werden.<br />
55<br />
50<br />
50<br />
70<br />
70<br />
40
552 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
O0 Na® O O 0 O<br />
2 R-C-CH-COOR + R'-C-CI - R-C=C-COOR + R-C-CH2-COOR [7.179]<br />
R 1 —C=O<br />
+ NaCI<br />
Aus diesem Grunde müssen zwei Äquivalente der Hilfsbase (meist Natrium- oder Magnesiumalkoholat<br />
1 ) angewendet werden. Formulieren Sie die Umsetzung von Propionylchlorid mit<br />
Acetessigester bzw. Malonester!<br />
Am ambidenten Anion (vgl. D.2.3.) einer ß-Dicarbonylverbindung wird unter bestimmten Bedingungen<br />
neben der C-Acylierung eine Substitution am Enolatsauerstoff beobachtet (O-Acylierung):<br />
©<br />
?0 Na<br />
R-C-CH-COOR + R'COCI<br />
O<br />
R-C-CH-COOR C-Acylierung<br />
COR'<br />
~ NaCI 0-COR'<br />
R-C=CH-COOR 0-Acylierung<br />
[7.180]<br />
Das Verhältnis von O- zu C-Substitution hängt sowohl von der Struktur des Acylierungsmittels und der<br />
ß-Dicarbonylverbindung als auch vom Reaktionsmedium ab.<br />
Die Acylierung der freien ß-Dicarbonylverbindungen mit Säurechloriden in Pyridin führt zu O-acylierten<br />
Produkten. Acylierendes Agens ist dabei das zunächst gebildete Acylpyridiniumsalze I:<br />
+ H^ /COOR [7.181]<br />
Die Addition des Acetessigesters an I entspricht der Mannich-Reaktion bzw. einer sauer katalysierten<br />
Aldoladdition an die stickstoffanaloge Carbonylgruppe ®>N=C< . Durch diesen ersten Reaktionsschritt ist<br />
die Orientierung der Reaktion auf die O-Acylierung festgelegt. Man formuliere die Bruttogleichung der<br />
Reaktion!<br />
Die als Nebenreaktion bei Verwendung von Alkohol als Lösungsmittel mögliche Alkoholyse<br />
des Acylchlorids läßt sich weitgehend vermeiden, wenn man bei Temperaturen um O 0 C arbeitet.<br />
Mit schwer verseifbaren Säurechloriden kann man sogar in wäßriger Natronlauge acylieren.<br />
Dibenzoylessigsäureethylester aus Benzoylessigsäureethylester und Benzoylchlorid: WRIGHT,<br />
R E.; McEwEN, W. E., J. Am. Chem. Soc. 76 (1954), 4540-4542;<br />
Benzoylessigsäureethylester aus Acetessigsäureethylester und Benzoylchlorid in wäßriger<br />
Lösung (Acylierung mit anschließender Esterspaltung): STRALEY, J. M.; ADAMS, C. A., Org.<br />
Synth., CoIl. Vol. IV (1963), 415.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Acylierung von /7-Dicarbonylverbindungen (Tab. 7.182)<br />
In einem 2-1-Dreihalskolben mit Rührer (am besten entsprechend Abb. A.6g), Intensivkühler<br />
mit Calciumchloridrohr und Tropftrichter übergießt man l mol Magnesiumspäne mit 50 ml<br />
abs. Ethanol und fügt 5 ml trockenen Tetrachlorkohlenstoff zu, der die Bildung von Magnesiumethanolat<br />
zum Anspringen bringt. Sobald die Reaktion gut im Gang ist, tropft man ein<br />
Gemisch aus l mol ß-Dicarbonylverbindung, 100 ml abs. Ethanol und 400 ml abs. Diethylether<br />
unter kräftigem Rühren so zu, daß die Mischung lebhaft siedet. Nach einigen Stunden ist prak-<br />
) Man verwendet oft Magnesiumalkoholat, weil die Magnesiumderivate der a-Dicarbonylverbindungen<br />
leichter löslich sind als die Natriumverbindungen.
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 553<br />
tisch alles Magnesium aufgelöst und die farblose Magnesiumverbindung entstanden. Unter<br />
guter Kühlung mit Eiswasser tropft man nun l mol des betreffenden frisch destillierten Säurechlorids<br />
in 100 ml abs. Ether zu, rührt noch eine Stunde unter Kühlung und läßt über Nacht<br />
stehen. Dann wird unter Eiskühlung eine Mischung von 400 ml Eis und 25 ml konz. Schwefelsäure<br />
zugesetzt, die Etherschicht abgetrennt und noch zweimal ausgeethert. Man wäscht die<br />
vereinigten Etherextrakte mit Wasser annähernd neutral, trocknet mit Natriumsulfat und fraktioniert<br />
im Vakuum über eine 20-cm-Vigreux-Kolonne.<br />
Tabelle 7.782<br />
Acylierung von ß-Dicarbonylverbindungen<br />
Produkt<br />
2-Benzoyl-3-oxo-butansäureethylester2-Acetyl-3-oxo-hexansäureethylester2-Acetyl-4-methyl-3-oxopentansäureethylester2-Acetyl-3-oxo-4-phenylbutansäureethylesterAcetylmalonsäurediethylesterBenzoylmalonsäurediethylesterPhenacetylmalonsäurediethylester<br />
Ausgangsverbindung<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Benzoylchlorid<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Butyrylchlorid<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Isobutyrylchlorid<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Phenacetylchlorid<br />
Malonsäurediethylester,<br />
Acetylchlorid<br />
Malonsäurediethylester,<br />
Benzoylchlorid<br />
Malonsäurediethylester,<br />
Phenacetylchlorid<br />
Kp<br />
in 0 C<br />
1751
554 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
OCOOMe<br />
^o a^n 2H2o(H^) j? j?<br />
-M9(OH)2' R^%H<br />
R, Me * "— " k ~ R '<br />
[7 ' 184]<br />
Die natürlichen Kohlenstoffressourcen werden im Laufe der Zeit zum großen Teil in CO2 umgewandelt.<br />
Im Gegensatz zur Natur gibt es in der Technik bislang, außer der Kolbe-Schmidt-Synthese (D.5.18.6.) und<br />
der Harnstoffsynthese kein Verfahren, das ermöglicht, CO2 wenigstens zu einem Bruchteil wieder in die<br />
Stoffkette einzugliedern.<br />
Die Heterocumulene II, III und V in [7.183] reagieren dagegen mit stark CH-aciden Methylengruppen<br />
schon in Gegenwart von Natriumethanolat, das nicht nur die erforderliche Deprotonierung<br />
bewirkt, sondern auch für die Salzbildung verbraucht wird. (Schwächer CH-acide<br />
Verbindungen, z. B. Ketone, erfordern Natriumhydrid oder -amid.) Als Beispiele seien Umsetzungen<br />
mit Cyanessigester formuliert:<br />
R-NH COOEt © R-NH COOEt<br />
+ H<br />
%<br />
%<br />
C + H2C -^^ C=C ^* C-CH F71851<br />
Ji bN - BOH Q X N CN t bN<br />
iv<br />
X = 0 ' S<br />
l J<br />
S COOEt +2aoe 0 Sx COOEt MeSx COOEt<br />
C + H2C oc • ^ C=C h^ C=C [7.186]<br />
S CN W S CN<br />
i Ii ra iv<br />
Isocyanate und Isothiocyanate ([7.185], I) liefern so a-acceptorsubstituierte Carbonsäureamide<br />
und Thiocarbonsäureamide ([7.185], IV), die auch als Salze isoliert werden können. Aus den mit<br />
Schwefelkohlenstoff entstehenden Endithiolaten ([7.186], III) können jedoch die freien Dithiosäuren<br />
nicht gewonnen werden, da diese nicht beständig sind. Man kann aber das Endithiolat zweifach<br />
alkylieren, wobei ein acceptorsubstituiertes Ketendithioacetal ([7.186], IV) entsteht, dessen<br />
Methylthiogruppen sich gegen primäre Amine und andere Basen austauschen lassen (weshalb?).<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Addition von Heterocumulenen an methylenaktive Verbindungen<br />
(Tab. 7.187)<br />
| Achtung! Dimethylsulfat ist ein starkes Gift! Im Abzug arbeiten, Schutzhandschuhe!<br />
In einem 250-ml-Dreihalskolben mit Rührer und Tropftrichter löst man 0,1 mol Natrium in<br />
70ml, bei Ansätzen mit Schwefelkohlenstoff 0,2 mol in 140 ml abs. Ethanol. (Für Methylester<br />
Methanol verwenden!) Dazu wird langsam unter Rühren ein Gemisch von 0,1 mol Heterocumulen<br />
und 0,1 mol Malonsäurederivat zugetropft; feste Stoffe löst man zuvor in 10ml Aceton.<br />
Anschließend wird noch 45 Minuten bei Raumtemperatur gerührt, wobei in einigen Fällen<br />
festes Salz auskristallisieren kann.<br />
Bei Ansätzen mit CS2 werden nun 0,2 mol Dimethylsulfat langsam zugetropft. Man läßt<br />
danach 0,5 Stunden stehen, rührt in das 4fache Volumen Wasser ein und saugt nach beendeter<br />
Kristallisation ab. Es wird mit Wasser gewaschen und umkristallisiert.<br />
Sonst wird in das 4-fache Volumen Wasser eingerührt, mit halbkonz. Salzsäure angesäuert,<br />
abgesaugt und mit Wasser gewaschen. Löst sich eine Probe in ca. 0,5 N Natronlauge klar auf,<br />
wird umkristallisiert. Ist dies nicht der Fall, wird das gesamte Rohprodukt in genügend verd.
D. 7.2.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit CH-aciden Verbindungen 555<br />
Natronlauge suspendiert, filtriert und das Filtrat angesäuert. Nach Absaugen und Waschen mit<br />
Wasser wird umkristallisiert.<br />
Tabelle 7.187<br />
Addition von Heterocumulenen an CH-acide Verbindungen<br />
Produkt<br />
a-Acetyl-acetessigsäureanilid<br />
3-Oxo-2-phenyl-carbamoylbutansäureethylester<br />
Dicyanessigsäureanilid<br />
2-Cyan-2-phenyl-thiocarbamoylessigsäureethylester2-Carbamoyl-2-cyan-thioessigsäureanilid(Phenylcarbamoyl)malonsäuredimethylester2-Cyan-3,3-bis(methylthio)prop-2ensäuremethylester<br />
Bis(methylthio)methylenmalononitril<br />
Ausgangsverbindungen<br />
Acetylaceton,<br />
Phenylisocyanat<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Phenylisocyanat<br />
Malononitril,<br />
Phenylisocyanat<br />
Cyanessigsäureethylester,<br />
Phenylisothiocyanat<br />
Cyanacetamid,<br />
Phenylisothiocyanat<br />
Malonsäuredimethylester,<br />
Phenylisothiocyanat<br />
Cyanessigsäuremethylester,<br />
Schwefelkohlenstoff<br />
Malononitril, Schwefelkohlenstoff<br />
Kp<br />
in 0 C<br />
64...Ö6 (EtOH)<br />
S5...57 (MeOH)<br />
170...172 (AcOH)<br />
114...116(EtOH)<br />
163...165 (EtOH)<br />
87...91 (EtOH)<br />
87 (MeOH)<br />
81 (EtOH)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Als polyfunktionelle Verbindungen sind die dargestellten Verbindungen z. B. für Synthesen von Heterocyclen<br />
geeignet. Zur Addition von Enaminen an Heterocumulene vgl. D. 7.4.2.3.<br />
7.2.1.12. Polymethinkondensation<br />
Immoniumsalze der Struktur [7.188], I sind leicht zu II deprotonierbar:<br />
"CH3<br />
-H<br />
+ H<br />
T R<br />
60<br />
55<br />
68<br />
78<br />
84<br />
68<br />
75<br />
75<br />
[7.188]<br />
Das betrifft auch Methylgruppen in 2- und 4-Position zu einem quaternären Stickstoff, der<br />
Teil eines heteroaromatischen Systems ist. Die dabei entstehenden stark nucleophilen Methylenverbindungen<br />
(Enaminstruktur, vgl. D.7.1.1. und D.7.4.2.3.) sind Reaktionen vom Typ der<br />
Aldolkondensation zugänglich. Mit Orthoameisensäuretrialkylestern, bei denen sich die Carbonylgruppe<br />
hinter der Acetalstruktur verbirgt, entstehen zunächst entsprechend [7.171] AIkoxymethylenverbindungen,<br />
die aber mit einem weiteren Molekül der Methylenverbindung zu<br />
sogenannten Trimethincyaninen 1 ) ([7.189], n = 1) kondensieren können, z. B.:<br />
l ) Tri-, Penta- bzw. Heptamethincyanine (vgl. [7.189]) sind nach der Zählung von Heteroatom zu Heteroatom<br />
(vgl. Tab. A.126) 1,5-, 1,7- bzw. l ,9-disubstituierte Penta-, Hepta- bzw. Nonamethincyanine. Das<br />
Monomethinoxonol [7.190], I kann man deshalb auch als ein Petamethinsystem auffassen.
556 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
CH3<br />
^N OEt<br />
V - CH3 + EtO-CH ?<br />
-S<br />
x oEt- 3BOH '- H<br />
I + (EtO)2CH-CH2-CH(OEt)2<br />
II (n =<br />
I + Ph-NH-CH=CH-CH=CH-CH=N-Ph<br />
CH3<br />
n (n = 3)<br />
H3C<br />
>-CH{CH=CHK /<br />
II (n = 1) [7.189]<br />
Mit Malonaldehyd erhält man auf die gleiche Weise Penta-, mit Glucatonaldehyd Heptamethincyanine.<br />
Zur Reaktion werden nicht die wenig beständigen freien Aldehyde, sondern die<br />
in speziellen Synthesen billiger erhältlichen Acetale oder Anile eingesetzt. Insbesondere durch<br />
Variieren der Methylenkomponente lassen sich zahlreiche Polymethine, darunter auch unsymmetrische,<br />
herstellen. Ihre Struktur wird am besten durch mesomere Grenzformeln charakterisiert.<br />
(Man gebe für das Cyanin in [7.189] eine zweite Grenzformel an, vgl. auch Tab. A. 126),<br />
und formuliere die Reaktion der oben angeführten Methinbildner mit l-Ethyl-2-methyl- bzw.<br />
l-Ethyl-4-methyl-chinolmiumbromid!).<br />
Die Ladung verteilt sich in den Polymethinen alternierend über die Kette. Die Gesamtladung<br />
wird vom Heteroatom bestimmt; sie kann auch negativ sein wie in den Polymethinoxonolen,<br />
vgl. Tab. A.126, III.<br />
Ein Monomethinoxonol, das aus 3-Methyl-l-phenyl-pyrazol-5-on (vgl. [7.59]) und Orthoameisensäuretriethylester<br />
hergestellt werden kann, ist in [7.190], I formuliert:<br />
m^N<br />
N=<br />
H<br />
MeMe<br />
löl 0<br />
\_ ©/ \© _/ V<br />
N=(CH)n-N = N-(CH)n^N<br />
PolymethincyanJne<br />
Q1^<br />
©/<br />
Polymethinmerocyanine<br />
©, IQ-(CH)11-Q -<br />
Polymethinoxonole<br />
Q=(CH)n-N<br />
\<br />
Q=(CH)n-QI 0<br />
0-(CH)n-N \<br />
(n + 3)7i<br />
n = 1,3, 5...<br />
(-CH=) z. B. auch<br />
(-CR=), (-N=)<br />
[7.190]<br />
Polymethine der allgemeinen Formel [7.190], II repräsentieren neben den Aromaten und<br />
den Polyenen einen dritten konjugierten Tt-Elektronen-Zustand. Vergleiche auch die UV-<br />
Absorptionen in Tabelle A.126 sowie das Kristall violett 1 J in D.5.1.8.5. Die nach D.6.4.3. herstellbaren<br />
kationischen Azofarbstoffe können als Azapolymethine aufgefaßt werden.<br />
l Kristallviolett ist ein vinylenhomologes (vgl. C.5.1. und D.7.4.) Nonamethincyanin, man erkläre dies!
D. 7.2.2. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit Organometallverbindungen 557<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Herstellung von TrI- und Pentamethincyaninen (Tab. 7.191)<br />
| Achtung! Dimethylsulfat ist ein starkes Gift! Im Abzug arbeiten, Schutzhandschuhe!<br />
20 mmol Methylheteroaromat werden in einem 100-ml-Kolben zusammen mit 25 mmol Dimethylsulfat<br />
30 Minuten auf 140 0 C (Badtemperatur) gehalten. Nach dem Erkalten setzt man 40<br />
ml trockenes Pyridin und 40 mmol Orthoameisensäuretriethylester oder 30 mmol Malonaldehydtetraethylacetal<br />
(bzw. Malonaldehyddianil-Hydrochlorid) zu und erhitzt 40 Minuten unter<br />
Rückfluß. Durch Einrühren des noch warmen Reaktionsgemischs in eine Lösung von 4g<br />
Kaliumiodid in 20 ml Wasser fällt man das Polymethin als lodid aus. Es wird abgesaugt, mit<br />
kaltem Essigester gewaschen und umkristallisiert.<br />
Die Reinheitsprüfung der Produkte erfolgt dünnschichtchromatographisch, z. B. auf Silufol, mit<br />
einem Gemisch von Butanol, Eisessig, Wasser im Volumenverhältnis von 4:1:5 als Laufmittel.<br />
Tabelle 7./97<br />
Tri- und Pentamethincyanine<br />
Produkt<br />
l,3-Bis(3-methyl-benzthiazol-2-yl)trimethiniumiodid<br />
v<br />
l,3-Bis(l-methyl-chinol-2yl)trimethiniumiodid<br />
1 ,3-Bis(3-methyl-benzoxazol-2-yl)trimethiniumiodid<br />
1 ,5-Bis(3-methyl-benzthiazol-2-yl)pentamethiniumiodidl,5-Bis(l-methyl-chinol-2yl)pentamethiniumiodid<br />
2 )<br />
2 ) KI in 80 ml Wasser lösen.<br />
Ausgangsverbindungen<br />
2-Methyl-benzthiazol,<br />
Orthoameisensäuretriethylester<br />
2-Methyl-chinolin,<br />
Orthoameisensäuretriethylester<br />
2-Methyl-benzoxazol,<br />
Orthoameisensäuretriethylester<br />
2-Methyl-benzthiazol,<br />
Malonaldehydtetraethylacetal<br />
2-Methyl-chinolin,<br />
Malonaldehydtetraethylacetal<br />
F<br />
in 0 C<br />
290...293 (DMF)<br />
310...312<br />
(DMF:W.= 1:1)<br />
285...2S8<br />
(PrOH.W. = 2:1)<br />
282...2S4 (PrOH)<br />
240...242 (PrOH)<br />
WIg «O 1 )<br />
in DMF<br />
569 (5,13)<br />
614 (5,20)<br />
491 (5,15)<br />
662 (5,13)<br />
720(5,11)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Nur relativ wenige Polymethine eignen sich als Textilfarbstoffe; im allgemeinen ist ihre Lichtechtheit<br />
gering. Sie besitzen aber eine große Bedeutung als Farbstofflaser und als spektrale Sensibilisatoren (vgl.<br />
auch D. 1.1.) in der Silberhalogenidfotografie. Unsensibilisiertes AgBr ist für Licht mit einer Wellenlängen<br />
oberhalb 500 nm nahezu unempfindlich. Am Silberhalogenid der fotografischen Schicht adsorbierte Polymethine<br />
gestatten nicht nur Abbildungen mit Licht des gesamten sichtbaren Spektralbereiches, sondern<br />
auch die IR-Fotografie. Sie sensibilisieren im allgemeinen in dem Wellenbereich, in dem sie selbst absorbieren.<br />
7.2.2. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
mit Organometallverbindungen<br />
Außer den bisher behandelten nucleophilen Reagenzien lassen sich mit der Carbonylgruppe<br />
noch weitere Verbindungen umsetzen, bei denen Alkyl- oder auch Arylreste mit ihren Bindungselektronen<br />
(als ,,Anionen") übertragen werden. Diese besonders stark basischen Anionen<br />
treten jedoch während der Reaktion im allgemeinen nicht frei auf, da eine Ionisierung von<br />
Molekülen unter Bildung freier Alkyl- bzw. Arylanionen, etwa nach<br />
70<br />
50<br />
65<br />
50<br />
30<br />
* G
558 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
M-R M® + R° [7.192]<br />
schwierig ist. In diesen Ionen könnte die negative Ladung nicht intern stabilisiert werden.<br />
Die M-R-Bindung kann vielmehr nur unter gleichzeitiger Reaktion mit der Carbonylgruppe<br />
gespalten werden, wobei ein ähnlicher Übergangszustand wie bei der SN2-Reaktion durchlaufen<br />
wird:<br />
M- R-C-O M®+ R-C-O 0 [7.193]<br />
Es handelt sich also bei der Spaltung der M-R-Bindung nicht um ein der eigentlichen Carbonylreaktion<br />
vorgelagertes Gleichgewicht, wie dies bei den Reaktionen CH-acider Verbindungen<br />
meist der Fall ist.<br />
Zu den in dieser Weise reagierende Verbindungen gehören einige Organometallverbindungen,<br />
deren Alkylreste durch den +!-Effekt des Metalls negativiert sind.<br />
Die noch immer wichtigsten Organometallverbindungen für Umsetzungen mit Carbonylverbindungen<br />
sind die sogenannten Grignard-Verbindungen, die sich vom Magnesium ableiten.<br />
Die wesentlichste Methode zu ihrer Darstellung ist die Umsetzung von Alkyl- oder Arylhalogeniden<br />
(RX) mit metallischem Magnesium, die üblicherweise folgendermaßen formuliert<br />
wird:<br />
R-X + Mg R-Mg-X [7.194]<br />
Diese Reaktion wird gewöhnlich in wasserfreiem Diethylether durchgeführt, aber auch<br />
andere nucleophile Lösungsmittel, die keinen aktiven Wasserstoff besitzen, z. B. höhere Ether<br />
(Dibutylether, Anisol, Tetrahydrofuran), sind geeignet.<br />
Bei der Umsetzung [7.194] handelt es sich um eine heterogene Reaktion, die sich an der<br />
Oberfläche des Metalls abspielt. Sie beginnt mit einer Elektronenübertragung vom Metall auf<br />
das Substrat RX; dabei entsteht ein Radikalanion, das auf Grund seiner schwachen Kohlenstoff-Halogen-Bindung<br />
in ein Radikal R' und X - zerfällt. Das Radikal reagiert dann mit<br />
Magnesium zur Grignard-Verbindung:<br />
R-X + Mg - R-X? + Mg? - R- + X 0 + Mg? - R-Mg-X [7.194a]<br />
Die Struktur des Grignard-Reagens, die noch nicht in allen Einzelheiten geklärt ist, hängt hauptsächlich<br />
von Konzentration und Lösungsmittel ab. Dabei spielt das sogenannte Schlenk-Gleichgewicht eine wichtige<br />
Rolle:<br />
X R<br />
2RMgX ^^ R-Mg, Mg-R ^^ R2Mg + MgX2 ^=^ R-Mg, JMgX [7.195]<br />
X X<br />
i ii m iv<br />
Das nucleophile Lösungsmittel ist an die Magnesiumatome komplex gebunden:<br />
R \ ? / Rf<br />
O Mg O [7.1%]<br />
R' i R'<br />
In etherischen Lösungen geringer Konzentration ist die Form I in [7.195] bevorzugt. Im stärker basischen<br />
Tetrahydrofuran scheint Form II zu überwiegen, während in Triethylamin Form IH vollständig ausgebildet<br />
wird. In Dioxan schließlich existiert in der Lösung durch Ausfällen des im Lösungsmittel unlöslichen<br />
Magnesiumhalogenids nur noch das Dialkylmagnesium.
D. 7.2.2. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit Organometallverbindungen 559<br />
Bei der weiteren Beschreibung der Reaktionen von Grignard-Verbindungen wird aus Gründen der Einfachheit<br />
nur Form I in den Formelbildern verwendet.<br />
Die Reaktionsgeschwindigkeit der Alkylhalogenide in der Reaktion [7.194] fällt vom lodid<br />
zum Chlorid; Chloride ergeben jedoch bessere Ausbeuten als Bromide und lodide. Von den<br />
aromatischen Halogenverbindungen reagieren im allgemeinen nur die Bromide und lodide.<br />
Die Kohlenstoff-Magnesium-Bindung ist stark polar, wobei das Kohlenstoffatom die negative<br />
Teilladung trägt (warum?). Grignard-Verbindungen stellen daher nucleophile Reagenzien<br />
dar, die sich leicht mit elektrophilen Substraten umsetzen. Die wichtigsten sind:<br />
a) Verbindungen, die aktiven Wasserstoff enthalten,<br />
b) Alkylhalogenide,<br />
c) Metallhalogenide,<br />
d) Verbindungen mit polaren Doppelbindungen (z. B. Carbonylverbindungen).<br />
a) Grignard-Verbindungen reagieren mit Substanzen, die aktiven Wasserstoff enthalten (Wasser,<br />
Alkohole, Phenole, Carbonsäuren, Thiole, primäre und secundäre Amine, Amide, Acetylene<br />
und andere CH-acide Verbindungen), unter Bildung von Kohlenwasserstoffen.<br />
R-Mg-Y + H-X R-H + X-Mg-Y [7.197]<br />
Man kann diese Reaktion zur quantitativen Bestimmung von aktivem Wasserstoff benutzen,<br />
indemv man Methylmagnesiumiodid als Grignard-Reagens einsetzt und das entstandene<br />
Metha^volumetrisch bestimmt (ZEREVITINOV). Die Umsetzung ist auch zur Darstellung von<br />
Grignard-Verbindungen geeignet, die auf normalem Wege entsprechend [7.194] schwer oder<br />
gar nicht zugänglich sind (Pyrrol, Acetylen usw.):<br />
HC=C-H + H3C-MgX - HC=C-MgX + CH4 [7.198]<br />
Auch die Umsetzung von Phenylessigsäure mit Isopropylmagnesiumchlorid zum Iwanow-<br />
Reagens stellt eine Umsetzung dieses Typs dar:<br />
p<br />
C6H5-CH2^COOH -i- 2(CH3J2CH-MgCI C6H5-CH-C 7 + 2 C3H8 [7.199]<br />
MgCI OMgCI<br />
b) Mit Alkylhalogeniden ergeben Grignard-Verbindungen in einer der Wurtzschen Synthese<br />
ähnelnden Reaktion Kohlenwasserstoffe:<br />
R-Mg-X + X-R 1 ~ R-R 1 + MgX2 [7.200]<br />
Besonders leicht reagieren auf diese Weise tert-Alkylhalogenide, Allyl- und Benzylhalogenide<br />
(warum?). Die Umsetzung tritt als Nebenreaktion bei der Darstellung von Grignard-<br />
Verbindungen nach [7.194] störend in Erscheinung.<br />
c) Grignard-Verbindungen reagieren mit den Halogeniden von Metallen, die edler als Magnesium sind,<br />
unter Austausch des Halogens gegen Alkylgruppen, z. B.:<br />
2 RMgX -i- CdCI2 - R2Cd + MgX2 + MgCI2 [7.201]<br />
Mit Silber- und Kupfer(II)-halogeniden verläuft die Reaktion abweichend unter Abscheidung von metallischem<br />
Silber bzw. Kupfer unter Bildung von Kohlenwasserstoffen:<br />
2 RMgX + 2 AgBr - R-R + MgX2 + MgBr2 + 2 Ag [7.202]<br />
Die Umsetzung [7.201] hat für die Darstellung anderer metallorganischer Verbindungen Bedeutung.<br />
Technisch gewinnt man auf diese Weise aus Siliciumtetrachlorid Alkylchlorsilane, die Ausgangsprodukte<br />
für die Synthese von Siliconen sind.
560 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
d) Reaktionen von Grignard-Reagenzien mit Carbonylverbindungen<br />
Als nucleophile Reagenzien sind Grignard-Verbindungen in der Lage, sich an die elektrophile<br />
Carbonylgruppe zu addieren:<br />
\ I<br />
R-Mg-X + C=O R-C-O-Mg-X [7.203]<br />
An der Reaktion sind häufig 2 mol Reagens und ein mol Keton beteiligt. Der Mechanismus<br />
ist noch nicht in allen Einzelheiten geklärt, am übersichtlichsten wird der Reaktionsverlauf<br />
durch einen cyclischen Übergangskomplex wiedergegeben. Dabei wird die nucleophile Kraft<br />
der magnesiumorganischen Verbindung innerhalb des cyclischen Komplexes durch das zweite<br />
Molekül Grignard-Reagens erhöht:<br />
4*V -V R<br />
' 1 ^ /- ; '<br />
CV CX - Ox + MgX2<br />
^Mg Mg [7.204]<br />
R(X) R(X)<br />
Das in den Formeln I und II in Klammern gesetzte X soll andeuten, daß an Stelle von<br />
RMgX auch MgX2 in den Übergangskomplex eingebaut werden kann. Die Reaktionsgeschwindigkeit<br />
wird dadurch zwar verringert, jedoch werden die Konkurrenzreaktionen nach<br />
[7.209] und [7.210] zurückgedrängt.<br />
Das entstehende Magnesiumalkoholat wird anschließend mit Wasser hydrolytisch gespalten:<br />
R-O-MgX XMgOH<br />
bzw. 2 - ROH + bzw.<br />
R-O-Mg-O-R Mg(OH)2 [7.205]<br />
R-O-Mg-R 1 +H2 °- ROH + R 1 H + Mg(OH)2<br />
Auf diese Art lassen sich aus Formaldehyd primäre Alkohole, aus anderen Aldehyden<br />
secundäre Alkohole, aus Ketonen tertiäre Alkohole und aus Kohlendioxid Carbonsäuren darstellen.<br />
Man formuliere diese Umsetzungen!<br />
Carbonsäurederivate (Ester, Anhydride und Halogenide) reagieren zunächst analog [7.204]:<br />
OR"<br />
P R " R ^5Mg Hal ? R "<br />
R-Cx + 2R 1 MgHaI M^ ^\* R-C-R 1 + R 1 MgHaI<br />
O ° M/ R1 QMgHaI<br />
HaI<br />
I II<br />
Das Addukt II ist als Salz eines Halbacetats aufzufassen, das instabil ist (warum?) und in<br />
ein Keton und ein Alkoholatmolekül zerfällt:
D. 7.2.2. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit Organometallverbindungen 561<br />
OR" R-<br />
R-C-R' R-C + R 11 OMgHaI [7.207]<br />
OMgHaI Ö<br />
Das entstehende Keton reagiert nun nach [7.204] mit weiterem Grignard-Reagens zu einem<br />
tertiären Alkohol.<br />
Welches Endprodukt ergibt die Reaktion mit Ameisensäureestern?<br />
Entsprechend der Carbonylaktivitätsreihe [7.3] setzt sich ein Keton schneller mit einer Grignard-Verbindung<br />
um als ein Ester. Aus diesem Grunde kann man als Zwischenprodukt auftretende<br />
Ketone nicht isolieren.<br />
Setzt man als Carbonylkomponente dagegen Säurechloride ein, so ist das Keton unter speziellen<br />
Bedingungen isolierbar (warum?). Bessere Ergebnisse liefern bei dieser Ketonsynthese<br />
allerdings die cadmiumorganischen Verbindungen, da ihre Reaktivität nur noch ausreicht, die<br />
Säurechloride anzugreifen, während Ketone unverändert bleiben:<br />
/° /P<br />
R2Cd + 2R-C 7 2R-C 7 + CdCI2 [7.208]<br />
Cl R 1<br />
Ganz ähnlich wie mit Carbonylgruppen reagieren Grignard-Verbindungen auch mit anderen<br />
polaren Mehrfachbindungen, z. B. -C=N, >C=N, >C=S, -N=O. Man formuliere die Reaktionsprodukte!<br />
C=C-Doppelbindungen reagieren nur, wenn sie durch eine konjugierte Carbonylgruppe<br />
polarisiert sind (unter 1,2- und l,4-Addition).<br />
Nebenreaktionen treten bei Grignard-Reaktionen vor allem dann auf, wenn der cyclische Übergangszustand<br />
(I in [7.204]) aus sterischen Gründen nicht möglich ist. Bei Carbonylverbindungen oder Grignard-<br />
Reagenzien mit voluminösen Gruppen hat nur noch ein Molekül der magnesiumorganischen Verbindung<br />
im cyclischen Komplex Platz. In solchen Fällen wird häufig ein (kleineres) Hydridion statt des Alkylrestes<br />
auf die Carbonylgruppe übertragen, wodurch diese reduziert wird und die Grignard-Verbindung in das<br />
Olefin übergeht (Grignard-Reduktion):<br />
\l H /_ \.H \ /<br />
M-Xi i + n [7.209]<br />
O^ Cc- Ox ^c^<br />
Mg \ MgX<br />
X<br />
Führt man die Reaktion sterisch gehinderter Grignard-Reagenzien jedoch in Gegenwart von Magnesiumbromid<br />
durch, so ist dieses auf Grund seines kleineres Volumens in der Lage, zur Ausbildung eines normalen<br />
cyclischen Übergangszustandes nach [7.204] beizutragen, wodurch die Reduktion nach [7.209] weitgehend<br />
zurückgedrängt wird.<br />
Besitzt die sterisch gehinderte Grignard-Verbindung kein Wasserstoffatom in ß-Stellung, so ist eine<br />
Reduktion nach [7.209] nicht möglich. Ist in der Carbonylverbindung ein acider Wasserstoff vorhanden,<br />
bildet sich in sterisch belasteten Grignard-Umsetzungen das Magnesiumenolat der Carbonylverbindung:<br />
I JP \ 0OMgX<br />
X-Mg-R + H-C-C R-H + C-C [7.2!O]<br />
Solche Grignard-Reagenzien können daher als stark basische Kondensationsmittel bei Esterkondensationen<br />
angewendet werden (vgl. [7.165]).<br />
Einige Hinweise zur Durchführung von G'rignard-Reaktionen<br />
Die Grignard-Reaktion wird durch Wasser und Alkohol stark beeinträchtigt (warum?). Man<br />
muß darauf achten, daß der als Lösungsmittel benutzte Ether nicht nur wasser-, sondern auch
562 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
alkoholfrei ist; dann kommt die Reaktion besonders mit niedrigen Alkylhalogeniden rasch in<br />
Gang. Mitunter springt die Umsetzung nur sehr schwer an. Man gibt in diesen Fällen zu der<br />
Lösung einige Tropfen Brom oder Tetrachlorkohlenstoff und erwärmt gegebenenfalls leicht.<br />
Auch Anätzen des Magnesiums mit etwas lod (kurzes Erwärmen eines Körnchens lod mit den<br />
trockenen Metallspänen über der Flamme) oder der Zusatz einer kleinen Menge wasserfreien<br />
Magnesiumbromids wird empfohlen.<br />
Grignard-Verbindungen sind sauerstoffempfindlich. Das „Polster" von Etherdämpfen über<br />
der Lösung schützt jedoch normalerweise ausreichend vor einer Oxidation. Gegebenenfalls<br />
muß in Inertgasatmosphäre gearbeitet werden. Weshalb ist Kohlendioxid nicht geeignet?<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Alkoholen und Carbonsäuren über<br />
Grignard-Verbindungen (Tab. 7.211)<br />
A. Darstellung der Grignard-Verbindungen<br />
In einem 1-1-Dreihalskolben mit Tropftrichter, Rührer und Rückflußkühler mit Calciumchloridrohr<br />
werden 0,5 mol Magnesiumspäne mit 50 ml abs. Ether übergössen und mit etwa 1/20<br />
von insgesamt 0,5 mol Alkyl- bzw. Arylhalogenid unter Rühren versetzt. Das Anspringen der<br />
Reaktion macht sich durch Auftreten einer leichten Trübung und durch Erwärmung des Ethers<br />
bemerkbar. Sollte die Reaktion nicht einsetzen, gibt man zum Reaktionsgemisch 0,5 ml Brom<br />
oder einige Tropfen Tetrachlorkohlenstoff und erwärmt leicht. Nach dem Anspringen wird das<br />
restliche Alkyl- bzw. Arylhalogenid, gelöst in 125 ml abs. Ether, unter weiterem Rühren so<br />
zugetropft, daß der Ether gelinde siedet. Wird die Reaktion zu heftig, so kühlt man den Kolben<br />
mit Wasser. Gegen Ende des Eintropfens wird auf einem Wasserbad zum gelinden Sieden<br />
erhitzt, bis praktisch alles Magnesium gelöst ist (etwa 30 Minuten).<br />
B. Umsetzung von Grignard-Verbindungen mit Aldehyden und Ketonen bzw.<br />
Carbonsäureestern<br />
In die Grignard-Reagens-Lösung aus 0,5 mol Halogenid tropft man unter Rühren 0,4 mol der<br />
Carbonylverbindung (aber 0,2 mol Ester, warum?) im gleichen Volumen abs. Ether zu. Nach<br />
beendeter Zugabe erhitzt man unter Rühren noch 2 Stunden auf dem Wasserbad, kühlt ab,<br />
hydrolysiert durch Zugabe von 50g zerstoßenem Eis und gibt anschließend so viel halbkonz.<br />
Salzsäure zu, daß sich der entstandene Niederschlag gerade löst. Bei der Darstellung tertiärer<br />
Alkohole muß unter diesen Bedingungen unter Umständen schon mit Dehydratisierung<br />
gerechnet werden. Man ersetzt in diesen Fällen die Salzsäure durch gesättigte wäßrige Ammoniumchloridlösung.<br />
Die etherische Schicht wird abgetrennt und die wäßrige Phase noch zweimal<br />
mit Ether extrahiert. Die vereinigten Extrakte werden mit gesättigter Natriumhydrogensulfitlösung,<br />
Hydrogencarbonatlösung und wenig Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen über<br />
Natriumsulfat destilliert man den Ether ab und fraktioniert den Rückstand oder kristallisiert<br />
um.<br />
C. Umsetzung von Grignard-Verbindungen mit Kohlendioxid<br />
In die auf -5 0 C gekühlte Grignard-Reagens-Lösung wird ein kräftiger Strom trockenen Kohlendioxids<br />
so eingeleitet, daß die Temperatur nicht über O 0 C ansteigt. Wird keine exotherme<br />
Reaktion mehr beobachtet, leitet man noch eine Stunde Kohlendioxid ein und zersetzt dann<br />
wie unter B. mit Eis und Salzsäure, trocknet die abgetrennte etherische Phase mit Magnesiumsulfat<br />
und entfernt das Lösungsmittel. Der Rückstand wird im Vakuum destilliert bzw. aus heißem<br />
Wasser, eventuell unter Zusatz von etwas Salzsäure, umkristallisiert.
D. 7.2.2. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit Organometallverbindungen 563<br />
Tabelle 7.277<br />
Alkohole und Carbonsäuren über Grignard- Verbindungen<br />
Produkt Ausgangsverbindungen<br />
Pentan-2-ol Acetaldehyd,<br />
Propylmagnesiumbromid<br />
Octan-2-ol Acetaldehyd,<br />
Hexylmagnesiumbromid<br />
2-Methyl-pentan-3-ol Isobutyraldehyd,<br />
Ethylmagnesiumbromid<br />
3-Methyl-l-phenyl-butan-2-ol Isobutyraldehyd,<br />
Benzylmagnesiumchlorid<br />
2,2,2-Trichlor-l-phenyl- Chloral 1 ),<br />
ethanol Phenylmagnesiumbromid<br />
1-Phenyl-propan-l-ol Benzaldehyd,<br />
Ethylmagnesiumbromid<br />
2-Methyl-butan-2-ol 2 ) Aceton,<br />
Ethylmagnesiumbromid<br />
2,3-Dimethyl-butan-2-ol Aceton, Isopropylmagnesiumchlorid<br />
oder -bromid<br />
3-Methyl-pentan-3-ol) Ethylmethylketon,<br />
I Ethylmagnesiumbromid<br />
1,1-Diphenyl-ethan-l-pl 3 ) Acetophenon,<br />
Phenylmagnesiumbromid<br />
1 -Phenyl-3,4-dihydro- a-Tetralon,<br />
naphthalen 4 ) Phenylmagnesiumbromid<br />
3-Ethyl-pentan-3-ol 5 ) Kohlensäurediethylester,<br />
Ethylmagnesiumbromid<br />
3-Methyl-pentan-3-ol Essigsäureethylester,<br />
Ethylmagnesiumbromid<br />
4-Ethyl-heptan-4-ol Propionsäureethylester,<br />
Propylmagnesiumbromid<br />
3-Ethyl-hexan-3-ol Buttersäureethylester,<br />
Ethylmagnesiumbromid<br />
Triphenylmethanol Benzoesäureethylester,<br />
Phenylmagnesiumbromid<br />
Trimethylessigsäure Kohlendioxid,<br />
(Privalinsäure) tert-Butylmagnesiumchlorid<br />
Phenylessigsäure 6 ) Kohlendioxid,<br />
Benzylmagnesiumchlorid<br />
Benzoesäure Kohlendioxid,<br />
Phenylmagnesiumbromid<br />
a-Naphthoesäure Kohlendioxid,<br />
Naphth- 1 -ylmagnesiumbromid<br />
l ) VgI. Reagenzienanhang.<br />
2 ) Etherlösung nicht waschen, mit Kaliumcarbonat trocknen.<br />
Kp (bzw. F) n 2 ?<br />
in 0 C<br />
119 1,4053<br />
741300) 1,4245<br />
127 1,4175<br />
1182,0(15) 1,509P)<br />
145ii6(12)<br />
F 37<br />
1072,0(15)<br />
1,5257<br />
102 1,4042<br />
118 1,4176<br />
122 1,4186<br />
1551)6(12)<br />
F 90 (Et2O)<br />
1782,4(18) 1,6297<br />
136 1,4216<br />
122 1,4186<br />
T72,3(17) 1,4439<br />
805,4(40)<br />
F 162 (PhH)<br />
782,7(20)<br />
F 35<br />
144l .6(12)<br />
F 76<br />
F 122 (W.)<br />
F 160<br />
(30%ige AcOH)<br />
1,4300<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
3<br />
) Bei der Destillation entsteht als Hauptprodukt 1,1-Diphenyl-ethylen; vgl. Tab. 3.34.<br />
4<br />
) Nach dem Abdestillieren des Ethers wird der Rückstand mit 20 ml Acetanhydrid 20 Minuten auf dem<br />
Wasserbad erhitzt und destilliert.<br />
5<br />
) 0,75 mol Grignard- Verbindung auf 0,2 mol Ester einsetzen.<br />
6 0<br />
) Kohlendioxid bei -20 C einleiten.<br />
7 ) «r!<br />
Darstellung von Tropasäure aus dem Iwanow-Reagens [7.199] und Paraformaldehyd (man<br />
formuliere die Reaktion!): BLICKE, F. F.; RAFFELSON, H.; BARNA, B., J. Am. Chem. Soc. 74<br />
(1952), 253.<br />
35<br />
45<br />
68<br />
75<br />
70<br />
78<br />
60<br />
70<br />
67<br />
80<br />
60<br />
80<br />
67<br />
58<br />
61<br />
75<br />
63<br />
79<br />
90<br />
80
564 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Neben den Grignard-Verbindungen haben in zunehmendem Maße auch lithiumorganische<br />
Verbindungen an Bedeutung gewonnen. Sie können analog den Grignard-Verbindungen aus<br />
Alkyl- bzw. Arylhalogeniden und metallischem Lithium hergestellt werden:<br />
R-HaI + 2 Li - R-Li + Li-HaI [7.212]<br />
In den meisten Fällen verwendet man jedoch nach [7.212] gewonnenes Butyl- oder Phenyllithium<br />
in Austauschreaktionen mit Halogenverbindungen [7.213] oder CH-aciden Verbindungen<br />
[7.214] zur Synthese lithiumorganischer Verbindungen:<br />
R 1 —HaI + R-Li R 1 —Li + R-HaI [7.213]<br />
R 1 —H + R-Li R 1 —Li + R-H [7.214]<br />
Der Halogen-Metall-Austausch [7.213] ist besonders nützlich zur Darstellung von substituierten<br />
Aryl- und Alkenyl-Lithium-Verbindungen. Es kann bei sehr niedrigen Temperaturen (-60 bis<br />
-120 0 C) gearbeitet werden, bei denen Substituenten wie die Nitro- oder Cyan-Gruppe im Gegensatz<br />
zur direkten Metallierung mit Lithium oder Magnesium nicht angegriffen werden.<br />
Nach [7.214] lassen sich auch sehr schwach CH-acide Verbindungen deprotonieren, wie<br />
Allyl- und Benzylverbindungen, 1,3-Dithiane (vgl. D.7.2.I.6.), quartäre Ammonium- und Phosphoniumsalze<br />
(analog [7.154]) und durch -I-Substituenten aktivierte Olefine und Aromaten.<br />
Die Verbindungen des stark elektropositiven Lithiums sind reaktiver als die Grignard-Verbidungen.<br />
Lithiumorganische Verbindungen sind deshalb auch nicht so leicht zu handhaben<br />
wie Grignard-Reagenzien. Man muß vielmehr bei striktem Ausschluß von Feuchtigkeit, Sauerstoff<br />
und Kohlendioxid unter Schutzgas (am besten Argon) arbeiten.<br />
Organolithium-Verbindungen zeigen grundsätzlich analoge Reaktionen wie Grignard-Verbindungen<br />
(s. oben a) bis d)). Für Umsetzungen mit Carbonylverbindungen verwendet man sie<br />
gewöhnlich nur, wenn Substrate geringer Reaktivität vorliegen. 2-Oxo-l,l-diphenyl-acenaphthen<br />
z.B. läßt sich nicht mit Phenylmagnesiumbromid, wohl aber mit Phenyllithium zu<br />
2-Hydroxy-l,l,2-triphenyl-acenaphthen umsetzen. Mit Lithium-Reagenzien kann häufig auch<br />
die unerwünschte Grignard-Reduktion [7.209] vermieden werden. So ist z.B. 3-tert-Butyl-<br />
2,2,4,4-tetramethyl-pentan-3-ol aus Di-tert-butylketon und tert-Butyllithium zugänglich.<br />
Außerdem können durch die Umsetzung von Carbonsäuren mit Organolithium-Verbindungen<br />
Ketone dargestellt werden (Gilman-Van-Ess-Synthese), da die Zwischenstufe [7.215], III unter den<br />
Reaktionsbedingungen beständig ist und erst bei der Hydrolyse in das Keton übergeht:<br />
+ RLi<br />
i: *• i ;=i j<br />
i ii m rv<br />
[7.215]<br />
Aus diesem Grunde reagiert auch Kohlendioxid, das mit Grignard-Reagenzien Carbonsäuren<br />
ergibt, mit Organolithium-Verbindungen zu Ketonen:<br />
O 1 Rü R<br />
RLi + CO2 - R-C -^^ C=O [7.216]<br />
OLJ R<br />
4,6-Dimethyl-hept-l-en-4-ol aus 4-Methyl-pentan-2-on und Allyllithium: SEYFERTH, D.; WEI-<br />
NER, M. A., Org. Synth., CoIl. Vol. V (1973), 452.<br />
Cydohexylmethylketon aus Cyclohexancarbonsäure und Methyllithium: BARE, T. M.;<br />
HOUSE, H. O., Org. Synth. 49 (1969), 81.
D. 7.2.2. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit Organometallverbindungen 565<br />
2-Pyridyl-essigsäure aus 2-Pyridyl-methyllithium und Kohlendioxid: WOODWARD, R. B.;<br />
KORNFELD, E. C, Org. Synth., CoIl. Vol. III (1955), 413.<br />
Reaktivität und Selektivität von Magnesium- und Lithium-Reagenzien werden häufig durch<br />
Zusatz von Kupfer(I)-Salzen erhöht. In einer Metallaustausch-Reaktion analog [7.201] bilden<br />
sich dann intermediär Organokupfer-Verbindungen, wie Alkylkupfer oder Dialkylkuprate:<br />
RM + CuX - RCu + MX M = MgXLi<br />
2RM + CuX R2CuM + MX X = CI1Br, I1CN<br />
Sie können auf diese Weise auch in Substanz hergestellt werden.<br />
Vor allem die Lithiumcuprate aus 2 mol Lithiumverbindung und l mol Kupfer(I)-iodid sind wertvolle<br />
Reagenzien. Sie reagieren z.B. mit a,ß-ungesättigten Carbonylverbindungen unter l,4-Addition, während<br />
Grignard- und Organolithium-Verbindungen meist 1,2-Addukte ergeben:<br />
CH3<br />
+ (H3C)2CuLi<br />
-H3CCu<br />
[7.218]<br />
Mit Alkyl- Alkenyl- und Arylbromiden, -iodiden und -sulfonaten reagieren Lithiumcuprate analog<br />
[7.200] zu den entsprechenden Kohlenwasserstoffen:<br />
R 1 X + R2CuLi R 1 R + RCu + LiX [7.219]<br />
Carbonsäurechloride können auf diese Weise in Ketone überführt werden:<br />
R 1 COCI + R2CuLi R'COR + RCu + LJX [7.220]<br />
3,3-Dimethyl-cyclohexanon aus 3-Methyl-cyclohex-2-enon und Lithiumdimethylcuprat:<br />
HOUSE, H. O.; WILKINS, J. M., J. Org. Chem. 41 (1976), 4031.<br />
tert-Butyl-phenylketon aus Benzoylchlorid und Lithium-tert-butyl-phenylthiocuprat: POSNER,<br />
G. H.; WHITTEN, C. E., Org. Synth. 55 (1976),122.<br />
Den Lithiumcupraten ähnliche gemischte Alkylkupfer-Magnesium-Verbindungen, sog. TVormant-Reagenzien,<br />
lassen sich aus Grignardverbindungen und CuBr herstellen. Sie können an<br />
Acetylene (stereospezifisch syn) addiert und die erhaltenen Alkenylkupferverbindungen weiter<br />
umgesetzt werden:<br />
RMgBr + CuBr - RCuMgBr2 [7.221]<br />
RCuMgBr2 + R 1 C = (<br />
R 1 CR=CHCH=CHR"<br />
Viele der genannten Reaktionen können auch mit Grignard-Reagenzien in Gegenwart katalytischer<br />
Mengen von Kupfer(I)-Salzen wie CuCl, CuBr, CuCN, durchgeführt werden.<br />
tert-Butylmalonsäurediethylester aus Isopropylidenmalonsäureethylester und MeMgl/CuCl:<br />
ELIEL, E. L.; HUTCHINS, R. O.; KNOEBER, M., Org. Synth. 50 (1970), 38.<br />
ß-Cydohexyl-propionsäureethylester aus Acrylsäureethylester und Cyclohexylmagnesiumbromid<br />
in Gegenwart von CuCl: LIU, S.-H., J. Org. Chem. 42 (1977), 3209.
566 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Der Grignard-Reaktion analog ist auch die Reformatsky-Synthese, bei der a-Halogen-ester<br />
mit Ketonen oder Aldehyden in Gegenwart von metallischem Zink umgesetzt werden:<br />
\<br />
+ Br-CH2-COOR Zn I<br />
H2O<br />
-C-CH2-COOR -C-CH2-COOR [7.222]<br />
6-ZnBr<br />
OH<br />
Die intermediär gebildete zinkorganische Verbindung ist viel weniger reaktionsfähig als die<br />
analoge Magnesium- oder gar die Lithiumverbindung. Sie reagiert nicht mehr mit der reaktionsträgeren<br />
Estercarbonylgruppe, sondern nur noch mit Aldehyd- bzw. Ketocarbonylgruppen.<br />
Ziel der Reformatsky-Reaktion ist meistens die Synthese von a,ß-ungesättigten Carbonsäureestern,<br />
die leicht durch Dehydratisierung der ß-Hydroxy-carbonsäureester entstehen, mitunter<br />
schon während der Reaktion.<br />
ß-Hydroxy-ß-phenyl-propionsäureethylester aus Bromessigsäureethylester und Benzaldehyd:<br />
HAUSER, CH. R.; BRESLOW, D. S., Org. Synth., CoIl. Vol. III (1955), 408;<br />
ß-Alkyl-ß-hydroxy-propionsäureethylester aus Bromessigsäureethylester und aliphatischen<br />
Aldehyden: FRANKENFELD, J. W; WERNER, J. J., J. Org. Chem. 34 (1969), 3689;<br />
7.3. Reduktion von Carbonylverbindungen<br />
Die Reduktion von Carbonylverbindungen kann auf verschiedenen Wegen erreicht werden.<br />
Die wichtigsten sind:<br />
- die Übertragung von Hydridionen durch H-Nucleophile,<br />
- die katalytische Hydrierung mit elementarem Wasserstoff und<br />
- die Übertragung von Elektronen durch Einelektronendonatoren.<br />
Für die Hydridübertragung geeignete Reagenzien sind Aluminium- und Borhydride sowie<br />
spezielle organische Verbindungen, z.B. gewisse Metallalkoholate und metallorganische Verbindungen,<br />
s. D.7.3.1.<br />
Die katalytische Hydrierung von Carbonylverbindungen ist der von Olefinen (vgl. D.4.5.2.<br />
und D.4.5.1.) sehr ähnlich und kann mit denselben Methoden wie diese durchgeführt werden,<br />
s. D.7.3.2.<br />
Reduktionsmittel, die als Einelektronendonatoren wirken, sind unedle Metalle und niedervalente<br />
Metallverbindungen, s. D.7.3.3.<br />
In Tabelle 7.223 sind wichtige Reaktionen, die zur Reduktion von Carbonylverbindungen<br />
führen, zusammengestellt.<br />
Tabelle 7.223<br />
Reduktion von Carbonylverbindungen<br />
C=O + HM<br />
Aldehyde, Ketone<br />
-C' + HM<br />
\ X .<br />
2HM (+H2O)<br />
-MX<br />
(M = AIH3Li, BH3Na u.a.)<br />
-CH2-OH (X = CI1OR) zu Alkoholen<br />
(X = CI1OR, NR2, O ;<br />
M = AI(Of-Bu)3Li u.a.)<br />
Reduktion von Carbonylverbindungen<br />
durch Metallhydride<br />
zu Aldehyden
Tabelle 7.223 (Fortsetzung)<br />
(+ H2O)^<br />
-2 MOH<br />
\ ° [AI(OR')3] \ °<br />
C=O + HC-OH - HC-OH + C=O<br />
/ R / R '<br />
7.3. Reduktion von Carbonylverbindungen 567<br />
-CH2-NR2 (M = AIH3Li1BH3NaU-S.) zu Aminen<br />
Meerwein-Ponndorf-Reduktion<br />
(Oppenauer-Oxidation)<br />
/P '9 (HO 0 ) /P<br />
—C -i- —C + H2O — —+ —C + —CH2-OH Cannizzaro-Reaktion<br />
H H OH<br />
\ /<br />
C=O + HN + HCOOH<br />
/ \<br />
/P<br />
—C<br />
0-CH2-<br />
Claisen-Tlshchenko-Reaktion<br />
HC-N + CO2 + H2O Leuckart-Wallach-Reaktion<br />
\ (RO 0 ) \<br />
C=O + H2N-NH2 — '— CH2 + H2O + N2 Wolff-Kizhner-Reduktion<br />
C=O + H2 HC-OH Katalytische Hydrierung zu<br />
Alkoholen<br />
C=NR + H2 (Kat) • HC-NHR zu Aminen<br />
-C=N + 2 H2<br />
9<br />
Cl<br />
2 C=O + Mg<br />
-Cx + 4 Na<br />
OR<br />
(Kat)<br />
(Pd) JP<br />
-CH2-NH2<br />
+2H 0 \ /<br />
^r- HO-C-C-OH<br />
-Mg 2 ® / \<br />
+ 3 R 1 OH<br />
-RONa<br />
- 3 R 1 ONa<br />
Reduktion von Nitrilen zu<br />
Aminen<br />
Rosenmund-Reduktion<br />
Reduktion zu Pinacolen<br />
-CH2-OH Bouveault-Blanc-Reduktion
568 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Tabelle 7.223 (Fortsetzung)<br />
2<br />
\<br />
r* j-A Ma<br />
O T *l INa<br />
OR<br />
* — r\ j_ O 7n ^L >1<br />
(+2H @ )<br />
- 2 RONa<br />
« L. © -2Na<br />
,,©<br />
HO<br />
HC-<br />
^ /^u<br />
-c<br />
9<br />
, o 7«2© , u r\<br />
Acyloin-Bildung<br />
/~'1p»mmp»ncf»n_l?.=Hiilftir»n<br />
2 C=O +Ti *• C=C + TiO2 McMurry-Reaktion<br />
7.3.1. Reduktion von Carbonylverbindungen durch H-Nucleophile<br />
7.3.1.1. Reduktion von Carbonylverbindungen durch Aluminiumund<br />
Borhydride<br />
Ähnlich wie Organometallverbindungen (C-Nucleophile) einen organischen Rest gemeinsam<br />
mit seinem Bindungselektronenpaar auf Carbonylverbindungen übertragen können (vgl.<br />
[7.193]), sind gewisse Metallhydride H-M in der Lage, als H-Nucleophile zu wirken und ein<br />
Wasserstoffatom mit seinen Bindungselektronen als Hydridion auf das C-Atom der Carbonylgruppe<br />
zu übertragen. Das Hydridion tritt dabei nicht frei auf, sondern reagiert unter konzertierter<br />
Spaltung der M-H-Bindung und Knüpfung der C-H-Bindung:<br />
M® + H-C-O 0 [7.224]<br />
I<br />
Aldehyde und Ketone werden auf diese Weise zu Alkoholaten reduziert.<br />
Als Reduktionsmittel geeignete Metallhydride sind Lithiumaluminiumhydrid LiAlH4 und<br />
Natriumborhydrid NaBH4, z. B.:<br />
H<br />
Li 0 H-AI-H + C=O - AIH3 + H-C-O 0 Li 0 H-C-Q-AI 1 HLi 0 [7.225a]<br />
H 7 1 H<br />
In gleicher Weise treten nacheinander alle Hydridwasserstoffatome in Reaktion:<br />
\<br />
.© © I<br />
LiAIH4 + 4 C=O Li AI(O-C-H)4<br />
[7.225b]<br />
Das so entstandene komplexe Lithiumalumiriiurnalkoholat wird anschließend hydrolytisch<br />
gespalten:<br />
0 I<br />
AI(O-C-H)4 + 2 H2O 4 H-C-OH + LiAIO2 [7.226]<br />
Sind „aktive" Wasserstoffatome im Substratmolekül vorhanden, so werden sie von Lithiumaluminiumhydrid<br />
bevorzugt angegriffen, wobei molekularer Wasserstoff gebildet wird:
D. 7.3.!. Reduktion von Carbonylverbindungen durch H-Nucleophile 569<br />
4 HX + LiAIH4 - LiAIX4 + 4 H2 [7.227]<br />
Aus diesem Grunde muß bei der Reaktion mit Lithiumaluminiumhydrid in wasserfreiem<br />
Medium gearbeitet werden. Dieses Reagens ist daher auch nicht für die Reduktion von Verbindungen<br />
brauchbar, die sich in indifferenten organischen Lösungsmitteln nicht lösen, z. B.<br />
Zucker. Hier leistet das NaBH4 gute Dienste, da es in Wasser nur langsam zersetzt wird.<br />
Reduktionen mit komplexen Hydriden besitzen gegenüber anderen Methoden einige wichtige<br />
Vorteile: Sie verlaufen im allgemeinen unter sehr milden Bedingungen und mit hohen Ausbeuten.<br />
Vor allem für den Umsatz wertvoller Stoffe und kleiner Mengen sind sie hervorragend<br />
geeignet. Auch gestatten sie glatt die Reduktion der reaktionsträgen Säurecarbonylderivate<br />
(Carbonsäuren, Amide, Ester).<br />
Aus Carbonsäuren, Estern und Säurehalogeniden entstehen normalerweise die primären<br />
Alkohole, aus Amiden und Nitrilen die entsprechenden Amine. Aus Säurehalogeniden und<br />
-amiden bzw. Nitrilen lassen sich unter speziellen Bedingungen auch Aldehyde darstellen. In<br />
Tabelle 7.228 sind die für die Reduktionen benötigten Mengen Lithiumaluminiumhydrid angegeben.<br />
Man mache sich klar, wie diese Mengen zustande kommen!<br />
Tabelle 7.228<br />
Reduktionen von Carbonylverbindungen mit Lithiumaluminiumhydrid<br />
Carbonylverbindung Reaktionsprodukt mol LiAlH4<br />
Keton, Aldehyd<br />
Ester, Säurechlorid<br />
Carbonsäuren<br />
Amid (RCONH2)<br />
Amid (RCONHR)<br />
Amid (RCONR2)<br />
Nitril<br />
Alkohol<br />
Alkohol<br />
Alkohol<br />
prim. Amin<br />
sec. Amin<br />
tert. Amin<br />
prim. Amin<br />
Durch Verwendung verschiedener Hydride und Variation des Lösungsmittels lassen sich<br />
beachtlich selektive Reduktionen erzielen. Die Übersicht 7.229 zeigt, welche Kombinationen<br />
zur Reduktion führen (+) bzw. keine Reaktion ergeben (-).<br />
0,25<br />
0,50<br />
0,75<br />
UOO<br />
0,75<br />
0,50<br />
0,50<br />
Tabelle 7.229<br />
Selektivität von Reduktionen mit Aluminium- und Borhydriden (R = Alkyl, Aryl)<br />
Verbindung LiAlH4 DlBAL-Hi) LiAlH[OC(CH3)3]3 Disiamyl- NaBH4+ NaBH4<br />
inEt2O in Hexan in THF boran 2 ) in THF LiCl in EtOH<br />
in Diglycol<br />
R-COCl + + + - + +<br />
R-CHO, R-COR' + + + + + +<br />
R-COOR' + + ± - + -<br />
R-CONR2' + + _ + _ _<br />
R-ON + + - - - -<br />
R-NO2 + + _ _ _<br />
R-CH=CHR' - + - -<br />
! ) Diisobutylaluminiumhydrid<br />
2 ) Bis(3-methyl-but-2-yl)boran.<br />
In Gegenwart von Lewis-Säuren wird die Spezifik der Reaktion verändert. So reduzieren<br />
LiAlH4 und NaBH4 Ester und Lactone in Gegenwart von BF3-Etherat zu Ethern.<br />
Für Reduktionen mit Lithiumaluminiumhydrid benutzt man meist wasserfreien Ether oder<br />
Tetrahydrofuran als Lösungsmittel. Dabei ist zu beachten, daß die Reduktion unter erheblicher
570 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Wärmeentwicklung verläuft. In Sonderfällen sind auch Pyridin und W-Alkyl-morpholine als<br />
Lösungsmittel geeignet. Manchmal löst sich das handelsübliche Lithiumalanat nicht vollständig<br />
in Ether. Man kann dann mit dem gleichen Erfolg in etherischer Suspension arbeiten.<br />
Schwer lösliche Substanzen können nach dem Extraktionsverfahren reduziert werden.<br />
Dabei gibt man den zu reduzierenden Stoff in die Extraktionshülse eines kontinuierlich arbeitenden<br />
Extraktors (oder nach SOXHLET) und extrahiert mit Ether. Der Siedekolben enthält<br />
Lithiumaluminiumhydrid.<br />
Diisobutylaluminiumhydrid (DIBAL-H) ist sowohl in Tetrahydruforan als auch in Alkanen<br />
und Cycloalkanen sowie Toluen als Lösungsmittel verwendbar. Es vermag auch OC-Bindungen<br />
selektiv zu C=C-Bindungen zu reduzieren.<br />
Reduktionen mit Natriumborhydrid werden entweder in Wasser, wäßrigem Alkohol, Isopropylalkohol,<br />
Acetonitril o. ä. vorgenommen.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für Reduktionen mit Lithiumaluminiumhydrid (Tab. 7.230)<br />
Achtung! Vorsicht beim Umgang mit Lithiumaluminiumhydrid! Bei größeren Ansätzen<br />
Rührer mit Wasserturbine oder explosionsgeschütztem Motor antreiben, um Knallgasexplosionen<br />
zu vermeiden. Vorsicht bei der Zersetzung mit Wasser! Vorsicht beim Zerkleinern<br />
von Brocken!<br />
In einen 200-ml-Erlenmeyer-Kolben mit Magnetrührer, Zweihalsaufsatz, Tropftrichter und<br />
Rückflußkühler mit Calciumchloridrohr gibt man die für die Reduktion notwendige Menge<br />
Lithiumaluminiumhydrid (vgl. Tab. 7.230) mit 10% Überschuß in 50 mol abs. Ether und tropft<br />
unter ständigem Rühren eine Lösung von 0,05 mol der zu reduzierenden Verbindung in 20 ml<br />
abs. Ether so zu, daß die Reaktion unter Kontrolle gehalten werden kann und der Ether mäßig<br />
siedet. Nach Beendigung des Zutropfens rührt man noch 4 Stunden oder kocht eine Stunde<br />
unter Rückfluß. 1 )<br />
Dann kühlt man den Kolben mit Eiswasser ab und versetzt unter Rühren äußerst vorsichtig<br />
(Tropfen für Tropfen) so lange mit Eiswasser, wie noch Wasserstoff entwickelt wird, anschließend<br />
mit so viel 10%iger Schwefelsäure, daß sich der gebildete Aluminiumhydroxidniederschlag<br />
gerade auflöst. Es wird im Scheidetrichter getrennt und noch dreimal ausgeethert. Die<br />
organischen Phasen werden mit gesättigter Kochsalzlösung gewaschen, über Natriumsulfat<br />
getrocknet und destilliert.<br />
Bei der Darstellung von Aminen wird nur mit der gerade notwendigen Wassermenge zersetzt.<br />
Man saugt vom ausgeschiedenen Aluminiumhydroxid ab, schlämmt dieses nochmals mit<br />
Ether auf, saugt wieder ab und destilliert die etherische Lösung nach dem Trocknen über Ätznatron.<br />
Tabelle 7.230<br />
Reduktion mit Lithiumaluminiumhydrid<br />
Produkt<br />
2,2,2-Trichlor-ethanol<br />
4-Phenyl-but-3-en-2-ol<br />
a-Phenyl-ethanol<br />
(-)-Menthol und<br />
(+)-Neomenthol 2 )<br />
cis-cw-ß-Decalol<br />
Ausgangsverbindung<br />
Choral 1 )<br />
Benzyiidenaceton<br />
Acetophenon<br />
(-)-Menthon<br />
cis-ß-Decalon<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
56^13); F 17<br />
1442,8(2!)', F 34<br />
951>6(12);F20<br />
95...1052,1(16)<br />
F 105<br />
(Petrolether)<br />
n 2 ^ Ausbeute<br />
in%<br />
50<br />
95<br />
1,5224 90<br />
80<br />
I In einigen Fällen läßt sich die Ausbeute steigern, wenn man an dieser Stelle nochmals 10% der berechneten<br />
Alanatmenge zusetzt und eine weitere Stunde unter Rühren erhitzt.<br />
80
Tabelle 7.230 (Fortsetzung)<br />
Produkt<br />
rac-Isoborneol<br />
2-Hydroxy-benzylalkohol 5 )<br />
1 ,2-Bis(hydroxymethyl)benzen<br />
ß-Phenyl-ethylamin<br />
Hexan-l,6-diol<br />
(S)-(+)-2-N,N-Dibenzylamino-propan-1<br />
-öl 5 )<br />
N-Ethyl-anilin<br />
4-tert-Butyl-cyclohexanol<br />
D. 7.3.1. Reduktion von Carbonylverbindungen durch H-Nucleophile 571<br />
Ausgangsverbindung<br />
rac-Campher<br />
Salicylsäuremethylester<br />
Phthalsäureanhydrid 4 )<br />
Benzylcyanid<br />
Adipinsäuredimethyl- oder<br />
-diethylester<br />
(S)-N,N-Dibenzyl-alaninbenzylester<br />
Acetanilid 4 )<br />
4-tert-Butyl-cyclohexanon<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
F212<br />
(geschl.Rohr)<br />
F 86 (W.)<br />
F64<br />
83i,9(14)<br />
134i3(10);F43<br />
F 41, [a] 2 ?+92,8°<br />
(in ChIf.)<br />
98^4(18)<br />
F 82<br />
n25 Ausbeute<br />
in%<br />
85<br />
60<br />
80<br />
1,5299 80<br />
80<br />
1,5519<br />
75 (MeOH)<br />
1 ) VgI. Reagenzienanhang.<br />
2 ) Gemisch von etwa 75% (-)-Menthol und 25% (-i-)-Neomenthol; Analyse durch den Drehwert in<br />
Ethanol: (-)-Menthol [a]g>^8,2°; (+)-Neomenthol [a] 2 « +19,7°.<br />
3 ) Aufarbeiten, wie für Amine angegeben; jedoch Aluminiumhydroxidniederschlag mit Petrolether aus-<br />
kochen.<br />
4 ) In getrocknetem Tetrahydrofuran gelöst zutropfen.<br />
5 ) In THF bei 60 0 C arbeitender dem Umkristallisieren eine Stunde bei 2Pa (0,015 Torr) auf 60 0 C erwärmen.<br />
Reduktion von 4-tert-Butyl-cyclohexanon mk Natriumborhydrid<br />
0,1 mol Keton werden bei Zimmertemperatur portionsweise unter Rühren zu einer Lösung<br />
von 0,04 mol Natriumborhydrid in 120 ml Isopropylalkohol gegeben. Durch Stehen über Nacht<br />
wird die Reaktion vervollständigt. Dann wird vorsichtigt so viel verd. Salzsäure zugesetzt, bis<br />
sich kein Wasserstoff mehr entwickelt. Die erhaltene Lösung extrahiert man fünfmal mit<br />
Ether, trocknet den Extrakt mit Natriumsulfat und destilliert das Lösungsmittel ab. Der Rückstand<br />
wird analog der zur Herstellung saurer Ester der 3-Nitro-phthalsäure angegebenen Vorschrift<br />
(vgl. D.7.1.4.1.) mit Phthalsäureanhydrid umgesetzt und der saure Ester aus Ethylacetat/<br />
Pentan umkristallisiert. Den Ester zerlegt man durch Wasserdampfdestillation aus einer<br />
Lösung in 20%iger Natronlauge. Das Destillat wird mit Diethylether extrahiert und der Ether<br />
abdestilliert. Der Rückstand enthält ein Gemisch von cis- und trans-4-tert-Butyl-cyclohexanol.<br />
Die Trennung der Isomeren gelingt durch Chromatographie an aktiviertem Aluminiumoxid.<br />
Für l g Cyclohexanolgemisch benötigt man 30 g Al2O3. Eluiert wird zunächst mit l l Pentan<br />
und anschließend mit 300 ml Pentan, das 10% Diethylether enthält. Der erste Anteil des<br />
Eluats (etwa 600 bis 700 ml) enthält die Hauptmenge des cis-Alkohols, dann folgt eine Zwischenfraktion<br />
(etwa 300 ml); in dem restlichen Eluat ist der reine Irans-Alkohol gelöst.<br />
cis-4-tert-Butyl-cyclohexanol: F80...81 0 C; trans-4-tert-Butyl-cyclohexanol: F 81...82 0 C<br />
Reduktion von Carbonsäurechloriden zu Aldehyden mit Lithiumtri(tert-butoxy)aluminiumhydrid<br />
in Diglyme, z. B. 4-Nitro-benzaldehyd aus 4-Nitro-benzoylchlorid: BROWN, H. C.; SUBBA<br />
RAO, B.C., J. Am. Chem. Soc. 80 (1958), 5377.<br />
Verwendet man in der obigen Vorschrift Methanol als Lösungsmittel anstelle von Isopropylalkohol,<br />
so muß man etwa die 4fache Menge an Reduktionsmittel einsetzen, da Methanol<br />
merklich mit Natriumborhydrid reagiert. Als Zwischenprodukt bildet sich dabei Natriumtrimethoxyborhydrid,<br />
das als sperriges Reagens Ketone mit großer Stereoselektivität reduziert.<br />
Unsymmetrische Ketone sind prochiral, bei ihrer Reduktion entsteht ein asymmetrisches C-Atom vgl.<br />
C.7.3.2. Aus achiralen Ausgangsstoffen werden die beiden enantiomeren Alkohole im gleichen Verhältnis<br />
als racemisches Gemisch gebildet. Enthält das Keton jedoch schon eine chirale Gruppe, so ist eines der<br />
beiden, nun diastereomeren Reduktionsprodukte, bevorzugt, z. B.:<br />
60<br />
80<br />
i<br />
G
572 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
H CH3<br />
Ph Y O<br />
r,u/V/ CH 3<br />
'<br />
H .CH3<br />
LJAIH H CH3<br />
^ „uX^CHsi<br />
Ph ^^<br />
HO H<br />
. /*\ .CHs<br />
Ph X^<br />
H OH<br />
74%<br />
26%<br />
[7.231]<br />
Dieses Ergebnis läßt sich mit dem Felkin-Anh-Modell erklären, vgl. [C99] und [ClOO].<br />
Achirale Ketone können enantioselektiv mit chiralen Reagenzien reduziert werden, unter denen besonders<br />
Aluminium- und Borhydride mit chiralen Resten untersucht und angewendet worden sind. Auch<br />
Reduktionen mit achiralen Reagenzien in Gegenwart chiraler Katalysatoren sind möglich. So reduziert<br />
z. B. Boran mit dem chiralen (S)-Oxazaborolidin I als Katalysator Ketone mit hohem Enantiomerenüberschuß<br />
zu secundären Alkoholen:<br />
O<br />
Ii<br />
Ph^^CH3<br />
I + BH3 • THF<br />
od. BH3 • Me2S<br />
ee > 96 %<br />
HO H<br />
„X CH3<br />
(D<br />
[7.232]<br />
Natriumcyanoborhydrid besitzt aufgrund der elektronenziehenden Cyanogruppe eine geringere<br />
Nucleophilie als Natriumborhydrid und ist somit nicht in der Lage, bei einem pH-Wert<br />
> 5 Ketone und Aldehyde zu reduzieren. Hingegen können die stärker basischen Imine noch<br />
im schwach sauren Milieu reduziert werden. Dies ermöglicht eine direkte reduktive Aminierung<br />
von Carbonylverbindungen durch selektiven Abfang des Iminiumions:<br />
\ C=O + H2NR<br />
-H2O<br />
C=NR<br />
+ H<br />
\<br />
H<br />
C=N0<br />
R<br />
(NaBH3CN)<br />
HC-N<br />
H<br />
R<br />
[7.233]<br />
2-Acetamino-2-ethoxycarbonyl-9-(4-imidazolyl)-7-aza-nonansäureethylester aus 2-Acetamino-2-ethoxycarbonyl-6-oxo-hexansäureethylester<br />
und Histamindihydrochlorid: MORI, K.;<br />
SUGAI, T,: MAEDA, Y.; OKAZAKI, T; NOGUCHI, T; NAITO, H., Tetrahedron 41 (1985), 5307.<br />
7.3.1.2. Meerwein-Ponndorf-Verley-Reduktion und Oppenauer-Oxidation<br />
Aldehyde und Ketone lassen sich mit Hilfe von Alkoholaten des Magnesiums oder Aluminiums<br />
zu Alkoholen reduzieren, wobei das Alkoholat zur entsprechenden Carbonylverbindung<br />
oxidiert wird ([7.225]; Meerwein-Ponndorf-Verley-Reduktiori). Die Reaktion gelingt auch,<br />
wenn man den freien Alkohol in Gegenwart katalytischer Mengen Alkoholat als Reduktionsmittel<br />
verwendet, da das Alkoholat mit dem eingesetzten Alkohol im Gleichgewicht steht.<br />
Das Aluminium im Alurmniumalkoholat ([7.234], II) erhöht als Lewis-Säure die elektrophile<br />
Aktivität der Carbonylgruppe. Gleichzeitig übt das im Komplex negativierte Aluminium<br />
einen Elektronenschub auf die von ihm ausgehenden Bindungen aus. Der a-Wasserstoff im<br />
Alkoholat wird deswegen unter Mitnahme des Bindungselektronenpaares auf das positivierte<br />
Carbonylkohlenstoffatom übertragen:<br />
R'<br />
* .H, , R '<br />
R-C C-R'<br />
n i<br />
o....,o<br />
III rv<br />
R-CT H R 'cr R '<br />
l + Il<br />
[7.234]<br />
Die Aluminiumalkoholate sind im Gegensatz zu den Natriumalkoholaten in organischen Lösungsmitteln<br />
löslich und unzersetzt destillierbar. Aus diesen Eigenschaften erkennt man, daß die Bindung zwischen Al
D. 7.3.1. Reduktion von Carbonylverbindungen durch H-Nucleophile 573<br />
und OR schon weitgehend kovalenten Charakter hat. Aluminiumalkoholate können die Alkoxygruppen<br />
deshalb im allgemeinen nicht mehr als freie Anionen für Reaktionen zur Verfügung stellen, so daß ihre<br />
Basizität niedrig ist und sie normalerweise nicht mehr in der Lage sind, Carbonylverbindungen in ihre Enolate<br />
zu überführen, d. h., sie katalysieren die Aldoladdition nicht oder nur in untergeordnetem Maße. Deshalb<br />
und wegen ihrer relativ großen Chelatisierungstendenz sind sie für die Meerwein-Ponndorf-Verley-<br />
Reduktion besonders gut geeignet.<br />
Die Alkoholate secundärer Alkohole sind wesentlich bessere Reduktionsmittel als die primärer<br />
Alkohole und neigen weniger zu Nebenreaktionen. Warum können tertiäre Alkohole<br />
nicht eingesetzt werden?<br />
Die Reaktion [7.234] ist eine Gleichgewichtsreaktion. Um gute Ausbeuten zu erreichen,<br />
muß daher die aus dem Aluminiumalkoholat gebildete Carbonylverbindung ständig aus dem<br />
Gleichgewicht entfernt werden. Im allgemeinen verwendet man daher Isopropylalkohol als<br />
Reduktionsmittel, weil das entstehende Keton (Aceton) die am leichtesten flüchtige Komponente<br />
des Systems wird und abdestilliert werden kann. Dient Ethanol als reduzierender Alkohol,<br />
treibt man den gebildeten Acetaldehyd am besten durch einen Stickstoffstrom aus dem<br />
Reaktionsgemisch heraus.<br />
Die Hauptbedeutung der Reduktion liegt darin, daß Doppelbindungen (auch zur Carbonylgruppe<br />
konjugierte) erhalten bleiben und auch Nitrogruppen und Halogene nicht angegriffen<br />
werden.<br />
Wie wird Allylalkohol technisch aus Acrolein hergestellt?<br />
Die Meerwein-Ponndorf-Verley-Reduktion von ß-Dicarbonylverbindungen mißlingt meist, weil sich die<br />
Aluminiumverbindungen dieser relativ stark sauren Stoffe bilden, die ausfallen und so der Reaktion entzogen<br />
werden.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Reduktion von Ketonen und Aldehyden nach Meerwein-<br />
Ponndorf-Verley (Tab. 7.235)<br />
In einer trockenen Destillationsapparatur mit 60-cm-Vigreux-Kolonne oder sehr vorteilhaft<br />
mit einem Hahn-Aufsatz (vgl. Abb.A.77) erhitzt man 0,2 mol der Carbonylverbindung mit<br />
0,2 mol einer l M Lösung von Aluminiumisopropanolat 1 ) in abs. Isopropylalkohol in einem<br />
Heizbad. Die Badtemperatur wird so reguliert, daß pro Minute etwa 5 Tropfen Isopropylalkohol-Aceton-Gemisch<br />
überdestillieren. Der Hahn-Aufsatz wird mit Ethanol gefüllt. Die Umsetzung<br />
wird qualitativ verfolgt, indem nach einigen Stunden von Zeit zu Zeit einige Tropfen des<br />
Destillats mit 5 ml salzsaurer, wäßriger 2,4-Dinitro-phenylhydrazinlösung (0,1 g in 100 ml 2 N HCl)<br />
geschüttelt werden, wobei sofort Trübung bzw. Fällung eintritt, sofern noch Aceton anwesend ist.<br />
Ist der Test negativ, so erhitzt man nochmals 15 Minuten unter vollständigem Rückfluß und wiederholt<br />
die Probe. Falls wiederum keine Trübung eintritt, wird die Hauptmenge des Isopropylalkohols<br />
im schwachen Vakuum abdestilliert, der Rückstand mit 500 g Eis pro mol eingesetztes Aluminiumisopropanolat<br />
versetzt und mit 550ml eiskalter 6 N Schwefel- oder Salzsäure hydrolysiert. Man<br />
extrahiert mit Ether, wäscht einmal mit Wasser, trocknet mit Natriumsulfat, dampft das Lösungsmittel<br />
ab und kristallisiert den Rückstand um oder destilliert.<br />
Bei ungesättigten Verbindungen wird die Carbonylverbindung nicht mit vorgelegt, sondern<br />
pro 0,1 mol in etwa 100 ml abs. Isopropylalkohol gelöst und innerhalb 6 Stunden zu der siedenden<br />
Isopropanolatlösung getropft, wobei man im gleichen Maße das Aceton-Isopropylalkohol-<br />
Gemisch abdestillieren läßt. Etwa eine Stunde nach beendeter Zugabe zur Carbonylverbindung<br />
ist der Acetontest meist negativ.<br />
Die Präparation ist auch zur Reduktion von Ketonen im Halbmikromaßstab geeignet. Man<br />
verwendet dabei zweckmäßig die dreifach molare Menge Aluminiumisopropanolat; die<br />
Reduktion ist dann meist in einer Stunde beendet.<br />
i VgI. Reagenzienanhang.
574 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Tabelle 7.235<br />
Alkohole durch Meerwein-Ponndorf-Verley-Reduktion<br />
Produkt<br />
2,2,2-Trichlor-ethanol<br />
Tribrommethanol<br />
Zimtalkohol<br />
o-Nitro-benzylalkohol<br />
p-Nitro-benzylalkohol<br />
m-Nitro-benzylalkohol<br />
1 -(m-Nitro-phenyl)ethan-l -öl<br />
4-Phenyl-but-3-en-2-ol<br />
(-)-Menthol und<br />
(+)-Neornenthol 2 )<br />
4-tert-Butyl-cyclohexanol 3 )<br />
Ausgangsverbindung<br />
Chloral 1 )<br />
Brornal<br />
Zimtaldehyd<br />
o-Nitro-benzaldehyd<br />
p-Nitro-benzaldehyd<br />
m-Nitro-benzaldehyd<br />
m-Nitro-acetophenon<br />
Benzylidenaceton<br />
(-)-Menthon<br />
4-tert-Butyl-cyclohexanon<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
56ij(i3);F17<br />
931>3(1o>;<br />
F80(Petrolether)<br />
139!,9(U). F 34<br />
1682.7(20); ^ 74<br />
185!^12); F 93<br />
1780,4(3)^27<br />
F 62 (EtOH)<br />
1250>4(3);F39<br />
96i ,7(13)<br />
F82...83<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
1) VgI. Reagenzienanhang.<br />
2 ) Reaktionsdauer: 24 Stunden; man bestimme die prozentuale Zusammensetzung aus den Drehwerten;<br />
(-)-Menthol: [a] 2 «- 48,2°, (+)-Neomenthol: [a] 2 ? + 19,7° (in Ethanol).<br />
3 ) Isomerengemisch<br />
Crotylalkohol (But-2-en-l-ol) aus Crotonaldehyd: YOUNG, W. G.; HÄRTUNG, W. H.; CROSSLEY,<br />
F. S., J. Am. Chem. Soc. 58 (1936), 100;<br />
4-Methyl-pent-3-en-2-ol aus Mesityloxid: Rouvfe, A.; STOLL, M., HeIv. Chim. Acta 30 (1947),<br />
2216.<br />
Die Reversibilität der Reaktion [7.234] gestattet es auch, einen Alkohol mit Hilfe eines<br />
Ketons oder Aldehyds zur entsprechenden Carbony l Verbindung zu oxidieren (Oppenauer-Oxidatiori).<br />
Bei der Oppenauer-Oxidation ist jedoch die Verschiebung des Gleichgewichtes zugunsten<br />
der gewünschten Produkte durch Abdestillieren des gebildeten Alkohols nicht möglich, da der<br />
Alkohol stets höher siedet als die Carbonylverbindung, aus der er hervorgegangen ist. Man<br />
arbeitet daher zweckmäßig mit einem Überschuß des Oxidationsmittels oder wählt die Reaktionspartner<br />
so, daß die darzustellende Carbonylverbindung der am niedrigsten siedende<br />
Anteil des Reaktionsgemisches ist, und destilliert diese ständig ab.<br />
Als Dehydrierungsmittel bei der Oppenauer-Oxidation dient sehr häufig Cyclohexanon,<br />
mitunter Zimtaldehyd oder Anisaldehyd.<br />
Der zu oxidierende Alkohol wird im allgemeinen nicht direkt in das Aluminiumalkoholat<br />
übergeführt, sondern in einem vorgelagerten Gleichgewicht aus dem Alkoholat eines an der<br />
Reaktion nicht teilnehmenden Alkohols gebildet:<br />
H3Cx R H3Cx R<br />
H3C-C-O-AL + HC-OH ^^ H3C-C-OH + HC-O-A[ [7.236]<br />
H3C 3 R H3C R 3<br />
Man verwendet hierzu günstig Aluminium-tert-butanolat oder Aluminiumphenolat (warum?).<br />
Die Oppenauer-Oxidation dient vorzugsweise zur Oxidation von Naturstoffen.<br />
Ebenso wie bei der Meerwein-Ponndorf-Verley-Reduktion werden Doppelbindungen bei<br />
der Oppenauer-Oxidation nicht angegriffen, allerdings kann Isomerisierung zu a,/?-ungesättigten<br />
Carbonylverbindungen eintreten, wie z. B. bei der Darstellung von /4 4 -Cholesten-3-on aus<br />
Cholesterol:<br />
80<br />
75<br />
75<br />
90<br />
90<br />
70<br />
60<br />
90<br />
70
D. 7.3.1. Reduktion von Carbonylverbindungen durch H-Nucleophile 575<br />
Darstellung von J 4 -Cholesten-3-on aus Cholesterol [7.237]<br />
[7.237]<br />
In einem 1-1-Kolben mit Rückflußkühler und Calciumchloridrohr werden 0,03 mol Cholesterol<br />
in 2 mol heißem, über Kaliumpermanganat und danach über Kaliumhydroxid destilliertem<br />
Aceton gelöst und mit 0,05 mol Alummium-tert-butanolat 1 ) in 300 ml absolutem Toluen 1 ) versetzt.<br />
Man erhitzt 10 Stunden unter Rückfluß, läßt erkalten und schüttelt zur Abtrennung der<br />
Aluminiumsalze mehrmals mit verd. Schwefelsäure aus. Die Toluenschicht wird mit Wasser<br />
gewaschen, bis die Waschflüssigkeit neutral reagiert, mit Natriumsulfat getrocknet und der<br />
nach dem Entfernen des Lösungsmittels verbleibende Rückstand aus Methanol umkristallisiert.<br />
F. 8O 0 C; Ausbeute: 85% d. Th,<br />
A*-Cholesten-3-on nach OPPENAUER mit Cyclohexanon: EASTHAM, J. F.; TERANISHI, R., Org.<br />
Synth., CoIl.Vol. IV (1963), 192.<br />
7.3.1.3. Reaktionen nach Cannizzaro und Claisen-Tishchenko<br />
Aromatische und nichtenolisierbare aliphatische Aldehyde disproportionieren unter dem Einfluß<br />
basischer Katalysatoren (Alkali- und Erdalkalihydroxide) zu C^rbonsäuren und Alkoholen (Cannizzaro-Reaktion).<br />
Bei enolisierbaren Aldehyden beobachtet man hingegen ausschließlich Aldolreaktion,<br />
da deren Geschwindigkeit größer ist als die der Cannizzaro-Reaktion.<br />
Der Mechanismus der Cannizzaro-Reaktion ist dem der Meerwem-Ponndorf-Reduktion<br />
verwandt: In einem cyclischen Übergangszustand, an dem 2 Moleküle des Aldehyds, das<br />
Hydroxyl- und das Alkaliion beteiligt sind, wird der Wasserstoff mit seinen Bindungselektronen<br />
von einem zum anderen Aldehydmolekül übertragen. Es entstehen zunächst ein Alkoholat<br />
und eine Carbonsäure, die zum Alkohol bzw. Carbonsäuresalz weiterreagieren:<br />
Ar, ,Ar<br />
Na<br />
ONa O<br />
ArCH2OH + ArCOONa [7.238]<br />
Man formuliere die Bildung von a-Hydroxy-phenylessigsäure (Mandelsäure) aus Oxophenyl-acetaldehyd<br />
(Phenylglyoxal) durch intramolekulare Cannizzaro-Reaktion!<br />
Bei der Cannizzaro-Reaktion des Gemisches eines Aldehyds mit Formaldehyd fungiert stets<br />
der Formaldehyd als Hydriddonor und wird dabei zur Ameisensäure oxidiert („gekreuzte"<br />
Cannizzaro-Reaktion):<br />
R-CHO + H2CO R-CH2OH + HCOOH [7.239]<br />
Enthält der Aldehyd R-CHO in [7.239] noch a-ständigen Wasserstoff, so findet zunächst eine Aldolreaktion<br />
statt. Erst nach Ersatz aller a-ständigen Wasserstoffatome tritt mit weiterem Formaldehyd die<br />
Cannizzaro-Reaktion ein, z. B. bei der Darstellung von Pentaerythritol aus Acet- und Formaldehyd:<br />
> VgI. Reagenzienanhang.
576 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
CH2OH CH2OH<br />
l , upuir) i<br />
3 HCHO + CH3CHO HOCH2-C-CHO - HOCH2-C-CH2OH + HCOOH [7.240]<br />
CH2OH CH2OH<br />
Der Cannizzaro-Reaktion verwandt ist die Benzilsäureumlagerung, wo statt eines Wasserstoffatoms ein<br />
Phenylrest mit den Bindungselektronen übertragen wird:<br />
[7.241]<br />
Auch enolisierbare, aliphatische Aldehyde können sich im Sinne einer Cannizzaro-Reaktion<br />
umsetzen, wenn als Katalysator Aluminiumalkoholate verwendet werden, die zu schwach<br />
basisch sind, um die Aldolreaktion zu katalysieren (Claisen-Tishchenko-Reaktion). Dabei muß<br />
unter Ausschluß von Wasser und Alkohol gearbeitet werden (warum?). Als Reaktionsprodukt<br />
entsteht hier unmittelbar aus zwei Molekülen Aldehyd ein Ester, z. B. Essigsäureethylester aus<br />
Acetaldehyd:<br />
H3C i „H i H3C H3C ^O<br />
n Ccx ex o.<br />
VU Et "AI "Et<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die gekreuzte Cannizzaro-Reaktion (Tab. 7.243)<br />
In einem Dreihalskolben mit Rührer, Innenthermometer, Rückflußkühler und Tropftrichter<br />
wird eine Mischung von 0,2 mol aromatischem Aldehyd, 60 ml Methanol und 0,26 mol Formaldehyd<br />
(30%ige wäßrige Lösung) auf 65 0 C erhitzt. Dann tropft man eine Lösung von 0,6 mol<br />
Kaliumhydroxid in 25 ml Wasser unter Rühren so schnell zu, daß dabei durch Außenkühlung<br />
mit fließendem Wasser die Innentemperatur zwischen 65 und 75 0 C gehalten werden kann.<br />
Nach beendeter Zugabe wird noch 40 Minuten auf 70 0 C erwärmt und anschließend weitere<br />
20 Minuten unter Rückfluß gekocht. Dann kühlt man ab, gibt 100 ml Wasser hinzu und nimmt<br />
das sich abscheidende Öl in Ether auf. Die organische Phase wird mit Wasser gewaschen und<br />
mit Natriumsulfat getrocknet. Nach dem Abdestillieren des Ethers destilliert man oder kristallisiert<br />
um.<br />
Tabelle 7.243<br />
Alkohole durch gekreuzte Cannizzaro-Reaktion<br />
Produkt<br />
Benzylalkohol<br />
p-Methoxy-benzylalkohol<br />
Piperonylalkohol<br />
o-Chlor-benzylalkohol<br />
/n-Chlor-benzylalkohol<br />
p-Chlor-benzylalkohol<br />
Ausgangsverbindung<br />
Benzaldehyd<br />
Anisaldehyd<br />
Piperonal<br />
o-Chlor-benzaldehyd<br />
m-Chlor-benzaldehyd<br />
p-Chlor-benzaldehyd<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
98lt9(14)<br />
136,,S02,; F 23<br />
1572>i(i6)<br />
F 56 (W.)<br />
F 69 (EtOH)<br />
1OS1J(I3)<br />
F 72 (W.)<br />
" 2 D 0<br />
1,5403<br />
1,5535<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
90<br />
90<br />
80<br />
90<br />
70<br />
90
Tabelle 7.243 (Fortsetzung)<br />
Produkt<br />
p-Methyl-benzylalkohol<br />
Furfurylalkohol 1 )<br />
D. 7.3.1. Reduktion von Carbonylverbindungen durch H-Nucleophile 577<br />
Ausgangsverbindung<br />
p-Methyl-benzaldehyd<br />
Furfural<br />
Kp (bzw. F) n 2 ?<br />
in 0 C<br />
1182,7(20)»<br />
FöO(Ligroin)<br />
833,3(25) 1,4828<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
!) Nicht kochen! Vor dem Ausethern Lösung mit Pottasche sättigen, etherische Lösung mit wenig gesättigter<br />
Kochsalzlösung waschen.<br />
Darstellung von Pentaerythritol<br />
In einem 1-1-Dreihalskolben mit Rührer, Innenthermometer, Tropftrichter und Rückflußkühler<br />
tropft man 0,5 mol Acetaldehyd in 300 ml Wasser zu einer Mischung von 18,5 g Calciumoxid<br />
und 2,3 mol Formalin, wobei man die Temperatur bei +15 0 C hält. Dann wird allmählich in<br />
einer Stunde auf +45 0 C erwärmt. Um den Katalysator zu entfernen, leitet man Kohlendioxid<br />
bis zur beginnenden Wiederauflösung des entstandenen Niederschlags von Calciumcarbonat<br />
ein, verkocht den Kohlendioxidüberschuß, läßt abkühlen und saugt ab. Das Filtrat wird unter<br />
vermindertem Druck zur Trockne eingedampft, der Rückstand in 200 ml heißem Etharjpl aufgenommen<br />
und die entstandene Lösung abgekühlt, wobei Pentaerythritol auskristallisiert.<br />
Ausbeute 75%. Reines Pentaerythritol schmilzt bei 26O 0 C (Hochvakuumsublimation).<br />
2,2,6,6-Tetrakis(hydroxymethyl)cyclohexanol aus Cyclohexanon und Formaldehyd: WITT-<br />
KOFF, H., Org. Synth., CoIl. Vol. IV (1963), 907;<br />
Furan-2-carbonsäure (Brenzschleimsäure) und Furfurylalkohol aus Furfural: WILSON, W. C.,<br />
Org. Synth., CoIl. Vol. I (1937), 270.<br />
Die Cannizzaro-Reaktion ist zur technischen Darstellung folgender Produkte wichtig:<br />
Pentaerythritol (2,2-Bis(hydroxymethyl)propan-l,3-diol); aus Acetaldehyd und Formaldehyd;<br />
-»Alkydharze;<br />
—> Nitropenta (Pentaerythritoltetranitrat), Sprengstoff.<br />
Trihydroxyneopentan (2-Hydroxymethyl-2-methyl-propan-l,3-diol, „Metriol"); aus Propionaldehyd und<br />
Formaldehyd;<br />
—> Ester (Weichmacher).<br />
Trimethylolpropan (2,2-(Bis(hydroxymethyl)butan-!-ol); aus Butyraldehyd und Formaldehyd;<br />
—> Alkydharze, Polyester, Polyurethane.<br />
Neopentylglycol (2,2-Dimethyl-propan-l,3-diol); aus Isobutyraldehyd und Formaldehyd;<br />
—> Polyester, Weichmacher.<br />
Nach CLAISEN-TISHCHENKO wird in der Technik Essigsäureethylester aus Acetaldehyd hergestellt.<br />
Mit der Cannizzaro-Reaktion verwandte Umsetzungen treten auch bei physiologischen Prozessen auf.<br />
Gewisse Fermente vermögen Aldehyde in Alkohol und Säure umzuwandeln. So entsteht z.B. bei der<br />
Milchsäuregärung aus Methylglyoxal Milchsäure unter der Wirkung von Glyoxalase:<br />
O H OH<br />
/C^ H +H2O „c' /OH<br />
H3C" "CT 2 —~ H3C "CT [7.244]<br />
O O<br />
7.3.1.4. Leuckart-Wallach-Reaktion<br />
Nach LEUCKART-WALLACH kann man Amine reduktiv mit Aldehyden oder Ketonen und Ameisensäure<br />
als Reduktionsmittel alkylieren. Die Carbonylverbindung reagiert zunächst in der<br />
üblichen Weise nach Gleichung [7.1Ia] mit dem Amin. Das Carbenium-Immonium-Kation (I<br />
in [7.245]) wird nunmehr durch Ameisensäure über einen cyclischen Übergangszustand II zum<br />
Amin reduziert:<br />
75<br />
60
578 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
^x- \l I-<br />
C + HCOOH1 C'-^<br />
/M<br />
0 -V<br />
& ~-p- ,H O Il<br />
D J + C<br />
[7.245]<br />
Il<br />
^ O<br />
i n m<br />
Gegenüber der katalytischen reduktiven Aminierung [7.256] hat die Leuckart-Wallach-<br />
Reaktion den Vorteil, daß auch Stoffe umgesetzt werden können, die den Hydrierungskatalysator<br />
vergiften.<br />
Am besten lassen sich nach LEUCKART-WALLACH tertiäre Amine herstellen. Bei der Darstellung<br />
primärer oder secundärer Amine erhält man stets die höher alkylierten Amine als Nebenprodukte.<br />
Besonders mit dem sehr reaktionsfähigen Formaldehyd entsteht meist das vollständig<br />
methylierte Amin.<br />
Die als Reduktionsmittel dienende Ameisensäure wird stets im Überschuß (2 bis 4 Mol pro<br />
Mol Carbonylverbindung) benutzt. Bei der Alkylierung durch Formaldehyd kann man in wäßriger<br />
Lösung arbeiten (Formalinlösung und 85%ige Ameisensäure); bei den weniger reaktionsfähigen<br />
höheren Aldehyden und in noch stärkerem Maße bei Ketonen sinken die Ausbeuten<br />
stark ab, wenn Wasser anwesend ist. Deshalb führt man Aminierungen von Ketonen normalerweise<br />
bei Temperaturen von 150 bis 180 0 C durch. Das Wasser wird dabei destillativ entfernt.<br />
Unter diesen Bedingungen entsteht aus Ameisensäure und dem Amin das entsprechende<br />
Ammoniumformiat bzw. Formamid. Man kann auch direkt Formamide oder Ammoniumformiate<br />
in die Reaktion einsetzen.<br />
Bei der Darstellung secundärer Amine erhält man besonders bei höheren Temperaturen<br />
Formylderivate der entsprechenden Amine, da Ameisensäure leicht formylierend wirkt (vgl.<br />
D.7.1.4.2.). In einer weiteren Reaktionsstufe muß dann das gebildete N-disubstituierte Formamid<br />
hydrolysiert werden.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Leuckart-Wallach-Reaktion mit Aldehyden (Tab. 7.246)<br />
In einem 2-1-Rundkolben mit Rückflußkühler legt man l mol des betreffenden Amins vor und<br />
setzt durch den Kühler unter Eiskühlung 5 mol Ameisensäure zu (85% ige bei Reaktionen mit<br />
Formaldehyd, 98%ige bei Reaktionen mit höheren Aldehyden oder Ketonen).<br />
Dann werden pro einzuführende Alkylgruppe 1,2 mol des betreffenden Aldehyds zugefügt<br />
(Formaldehyd als Formalin), und bis zur Beendigung der Kohlendioxidentwicklung wird auf<br />
dem Wasserbad erwärmt (8 bis 12 Stunden).<br />
Man säuert die Lösung mit konz. Salzsäure gegen Kongorot an und dampft im Wasserstrahlvakuum<br />
auf dem Dampfbad bis zur Trockne ein. Der Rückstand wird in wenig kaltem Wasser<br />
gelöst, die Base mit 25%iger Natronlauge in Freiheit gesetzt und dreimal ausgeethert. Dann<br />
trocknet man die Etherextrakte über Ätzkali, dampft den Ether ab und destilliert durch eine<br />
20-cm-Vigreux-Kolonne oder kristallisiert um.<br />
Tabelle 7.246<br />
Amine durch Leuckart-Wallach-Reaktion<br />
Produkt<br />
NA-Dimethyl-butylamin<br />
N^N-Dimethyl-benzylamin<br />
N-Methyl-dicyclohexylamin 1 )<br />
N-Methyl-piperidin<br />
N-Butyl-piperidin<br />
N-Benzyl-piperidin<br />
N,N-Diethyl-furfurylamin<br />
Ausgangsverbindung Kp<br />
in 0 C<br />
Butylamin, Formaldehyd 94<br />
Benzylamin, Formaldehyd 7S3^26)<br />
Dicyclohexylamin, Formaldehyd 1533>2(24)<br />
Piperidin, Formaldehyd 106<br />
Piperidin, Butyraldehyd 682,7(20)<br />
Piperidin, Benzaldehyd H9i,7(i3)<br />
Diethylamin, Furfural 743^2(24)<br />
" 2 D°<br />
ng: 1,3954<br />
ng: 1,4986<br />
1,4895<br />
1,4464<br />
1,4461<br />
1,5252<br />
1,4630<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
1 ) Schäumt das Produkt bei der Destillation stark, so destilliere man unter Normaldruck ohne Kolonne; Kp 268 0 C<br />
80<br />
80<br />
65<br />
70<br />
40<br />
40<br />
45
D. 7.3.1. Reduktion von Carbonylverbindungen durch H-Nucleophile 579<br />
a-Phenyl-ethylamin (Racemat) aus Acetophenon und Arnmoniumforrniat: INGERSOLL, A. W.,<br />
Org. Synth., CoIl. Vol. II (1943), 503.<br />
Amphetamin (C6H5-CH2-CH(NH2) -CH3) und dessen Derivate werden durch Leuckart-Wallach-Synthese<br />
aus Phenylaceton hergestellt. Sie wirken als Sympathikomimetika, sind aber suchterzeugend und deshalb<br />
als Rauschmittel eingestuft und die Verwendung als Dopingmittel verboten.<br />
7.3.1.5. Enzymatische Reduktion<br />
In Gegenwart von Enzymen lassen sich Carbonylgruppen (durch Hydridübertragung) unter<br />
milden Bedingungen reduzieren. Die hierfür geeigneten Oxidoreduktasen sind chirale Katalysatoren,<br />
die aus einem Proteinrest und einem Coenzym (niedermolekulare Wirkgruppe)<br />
bestehen. NADH (hydriertes Nicotinsäureamid-Adenin-Dinucleotid) bzw. dessen phosphorylierte<br />
Form (NADPH) ist eines der Coenzyme in solchen Oxidoreduktasen. Sein hydridübertragender<br />
Molekülteil ist das reduzierte Nicotinsäureamid [7.247], dessen Pyridin-N-Atom glycosidisch<br />
mit Ribose verbunden ist. Das bei der Reaktion entstehende NAD® wird über eine<br />
biochemische Reaktionskette, z. B. durch zugesetzten Zucker, wieder zu NADH reduziert:<br />
I<br />
R<br />
,CONH, O „ OH .<br />
* A =5 "^ * CJ I"«'<br />
Die trigonale Carbonylgruppe (R * R') wird als prochirales System vom chiralen Enzym<br />
bevorzugt von derjenigen Seite angegriffen, die zum thermodynamisch stabilsten (diastereomeren)<br />
Übergangszustand führt. Man erhält daher vorzugsweise (in Ausnahmefällen ausschließlich)<br />
ein Enantiomer des resultierenden Alkohols.<br />
An Stelle des isolierten teuren Enzyms kann man z. B. für die Reduktion von ß-Oxo-carbonsäureestern<br />
die wohlfeile Bäckerhefe verwenden (1...l,5 kg für l mol Substrat). Auf die gleiche<br />
Weise können auch andere ß- bzw. a-Oxo-carbonsäureester, a-Hydroxy-ketone und ähnliche<br />
Verbindungen mit hohem Enantiomerüberschuß reduziert werden (s. auch die folgende Literaturstelle).<br />
(S)-(-)-3-Hydroxy-buttersäureethylester aus Acetessigsäureethylester durch Reduktion mit<br />
Bäckerhefe: SEEBACH, D.; WEBER, R. H.; ZÜGER, M. F., Org. Synth. 63 (1985), 1.<br />
Siehe auch: WIPF, B.; KUPFER, E.; BERTAZZI, R.; LEUENBERGER, H. G. W, HeIv. Chim. Acta 66<br />
(1983), 485.<br />
7.3.1.6. Wolff-Kizhner-Reduktion<br />
Eine wichtige Methode, Aldehyde und Ketone in die entsprechenden Kohlenwasserstoffe<br />
überzuführen, ist die Reduktion nach WOLFF-KIZHNER. Wenn man ein Hydrazin eines Aldehyds<br />
oder Ketons in Gegenwart von Natrium oder Natriumalkoholat im Autoklav auf 200 0 C<br />
erhitzt, so spaltet sich Stickstoff ab, und die Carbonylverbindung geht in den Kohlenwasserstoff<br />
über:<br />
\ 2 \<br />
C=N - CH2 + N2 [7.248]<br />
M ' v ^ ^ '*"-<br />
-N2<br />
[7.249]
580 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
In entsprechender Weise liefert auch die Zersetzung der Semicarbazone den Kohlenwasserstoff.<br />
Eine neuere Variante nach HUANG-MINLON besteht darin, daß das Hydrazon in einem hochsiedenden<br />
Lösungsmittel (Diglycol oder Triglycol) aus Carbonylverbindung und Hydrazin dargestellt<br />
und sofort ohne Isolierung auf 195 0 C erhitzt wird, wobei drucklos gearbeitet werden<br />
kann. Da man das Reaktionswasser gleichzeitig aus dem System abdestillieren läßt, ist es möglich,<br />
an Stelle des teuren Hydrazinhydrats die billige 85%ige wäßrige Lösung und an Stelle von<br />
Natrium oder Natriumalkoholat Ätznatron oder Ätzkali einzusetzen.<br />
Ketone und Oxocarbonsäuren reagieren sehr glatt und in hohen Ausbeuten. ß-Oxo-carbonsäureester<br />
lassen sich auf diese Weise nicht reduzieren, da sich Pyrazolone bilden (vgl. [7.59]).<br />
Doppelbindungen in Alkylresten werden isomerisiert und z. T. hydriert (Reduktion der Nitrogruppe<br />
vgl. [8.9]).<br />
Bei der Reaktion mit Aldehyden können sich Azine bilden. In diesem Falle arbeitet man<br />
daher besser mit Hydrazinhydrat in größerem Überschuß (6 bis 10 mol).<br />
Die Huang-Minlon-Variante gestattet es vor allem, auch größere Ansätze mühelos zu bewältigen,<br />
und ist in dieser und anderer Hinsicht der Clemmensen-Reduktion häufig überlegen.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Wolff-Kizhner-Reduktion von Ketonen (Tab. 7.250)<br />
| Achtung! Vorsicht beim Ausethern der stark alkalischen Lösung! Schutzbrille!<br />
l mol des betreffenden Ketons wird mit 3 mol 85%iger Hydrazinhydtatlösung 1 ), 4 mol fein<br />
gepulvertem Ätzkali (bei Oxosäuren 5 mol) und 1000 ml Triglycol 2 Stunden unter Rückfluß<br />
gekocht. Danach versieht man den Kolben mit einem absteigenden Kühler, destilliert langsam<br />
ein Gemisch von Hydrazin und Wasser ab, bis die Temperatur im Reaktionsgemisch 195 0 C<br />
beträgt, 2 ) und hält bei dieser Temperatur, bis die Stickstoffentwicklung beendet ist (etwa<br />
4 Stunden). 3 ) Von den leichter flüchtigen Kohlenwasserstoffen befindet sich schon ein großer<br />
Teil im Destillat. Nach dem Abkühlen wird mit dem gleichen Volumen Wasser verdünnt und<br />
mit konz. Salzsäure angesäuert, sofern eine Oxocarbonsäure reduziert wurde. Dann ethert<br />
man mehrfach aus, vereinigt mit evtl. schon während der Reduktion abdestilliertem Produkt,<br />
wäscht mit verd. Salzsäure und mit Wasser und trocknet über Calciumchlorid. Anschließend<br />
destilliert man den Ether ab und destilliert oder kristallisiert den verbleibenden Rückstand.<br />
Ausbeute 80 bis 95%.<br />
Tabelle 7.250<br />
Wolff-Kizhner-Reduktion<br />
Produkt Ausgangsverbindungen Kp (bzw. F) n 2 **<br />
in 0 C<br />
Ethylbenzen Acetophenon 136 1,4959<br />
Propylbenzen Propiophenon 572,7(20) 1,4920<br />
Butylbenzen Butyrophenon 7S1^10) 1,4898<br />
l-Brom-4-ethyl-benzen 4-Brom-acetophenon 942>0(15) 1,5488<br />
l-Chlor-4-ethyl-benzen 4-Chlor-acetophenon 8O2^1S) 1,5190<br />
l-Ethyl-3,4-dimethoxybenzen 3,4-Dimethoxy-acetophenon 112^2(9)<br />
l-Ethyl-4-methoxybenzen 4-Methoxy-acetophenon 9O2^21) 1,5038<br />
1 J Der Verwendung von höher konzentriertem Hydrazinhydrat steht nichts im Wege. Zur Konzentrierung<br />
stärker wasserhaltiger Lösungen und zur Gehaltsbestimmung vgl. Reagenzienanhang.<br />
2 ) Das Innenthermometer muß mit einer Metallhülse geschützt werden (warum?). Erhitzt man in einem<br />
Metallbad, in das der Kolben tief eintaucht genügt Temperaturmessung im Bad.<br />
3 ) Um das Ende der Gasentwicklung zu erkennen, führt man vom Destillationsvorstoß einen Schlauch von<br />
Zeit zu Zeit in ein wassergefülltes Gefäß. (Vorsicht, daß das Wasser bei evtl. Abkühlen nicht zurücksteigt!)<br />
Voraussetzung sind Dichtigkeit der Apparatur sowie gleichmäßiges Erhitzen.
Tabelle 7.250 (Fortsetzung)<br />
Produkt<br />
l-Ethyl-4-methyl benzen<br />
4-Phenyl-buttersäure<br />
Undecan- 1,11 -dicarbonsäure<br />
(Brassylsäure)<br />
Heptansäure<br />
Octansäure<br />
Nonansäure (Pelargonsäure)<br />
D. 7.3.1. Reduktion von Carbonylverbindungen durch H-Nucleophile 581<br />
Ausgangsverbindungen<br />
4-Methyl-acetophenon<br />
3-Benzoyl-propionsäure<br />
Methylen-bis(dihydroresorcinol) 1 )<br />
6-Oxo-heptansäure<br />
6-(bzw. 7-)Oxo-octansäure<br />
6-(bzw. 7-)Oxo-nonansäure<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
162<br />
F 50<br />
FH2<br />
(Essigester)<br />
H9ij
582 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
7.3.2. Katalytische Hydrierung von Carbonylverbindungen<br />
Die heterogen katalysierte Hydrierung der C=O-Gruppe verläuft ähnlich wie die der C=C-<br />
Doppelbindung (D.4.5.2.). Wasserstoff wird auf der Oberfläche des Katalysators unter Bildung<br />
von Hydridkomplexen chemisorbiert und reagiert in dieser Form mit der ebenfalls adsorbierten<br />
Carbonylverbindung. Aldehyde und Ketone werden dabei zu Alkoholen hydriert:<br />
C=O + H2 -^ 9 - HC-OH [7.253]<br />
Für die katalytische Hydrierung von Carbonyl- und carbonylanalogen Verbindungen verwendet<br />
man prinzipiell die gleichen Katalysatoren wie zur Hydrierung der C=C-Doppelbindung<br />
(vgl. D.4.5.2.). Im Laboratorium sind vor allem Raney-Nickel, Platin und Palladium<br />
gebräuchlich.<br />
Wie andere Carbonylreaktionen läßt sich auch die Hydrierung durch Säuren beschleunigen.<br />
Die Edelmetalle stellen daher im sauren Medium wirksamere Katalysatoren dar als in neutraler<br />
oder alkalischer Lösung. Beim Arbeiten mit Raney-Nickel liefert dagegen ein stark basischer<br />
Kontakt (z. B. nach URUSHIBARA) die besten Ergebnisse.<br />
Entsprechend ihrer Stellung in der Reaktivitätsreihe [7.3] der Carbonylverbindungen werden<br />
Aldehyde und Ketone besonders leicht hydriert. Platin und Palladium als Katalysatoren<br />
sind hierfür jedoch relativ träge, so daß z. B. ohne weiteres selektive Reduktionen a,ß-ungesättigter<br />
Ketone zu den gesättigten Ketonen (vgl. Tab. 4.124) möglich sind, die auch mit alkalifreien,<br />
durch Säuren oder Methyliodid desaktivierten Raney-Nickel-Katalysatoren gelingen.<br />
Alkalihaltiges Raney-Nickel dagegen greift die Carbonylgruppe sehr leicht an, so daß z.B.<br />
ungesättigte Ketone gleich bis zu den gesättigten Alkoholen reduziert werden.<br />
Nitrite, Azomethine, Oxime u. a. werden mit Platin und Palladium als Katalysatoren leicht<br />
hydriert, Raney-Nickel erfordert im allgemeinen Temperaturen um 100 0 C. Bei der Hydrierung<br />
von Nitrilen entstehen sehr häufig secundäre und tertiäre Amine als Nebenprodukte. Diese<br />
Nebenreaktionen verlaufen über das intermediär entstehende Aldimin ([7.254], II), das mit<br />
schon gebildetem primärem Amin (III) ein Azomethin bildet:<br />
R-CEN ^* R-CH=NH ^* R-CH2-NH2<br />
I II III<br />
-NH3I +m<br />
R-CH=N-CH2-R —— (RCH2J2NH<br />
IV V<br />
Welche analogen Nebenprodukte sind bei der Hydrierung Schiffscher Basen zu erwarten?<br />
Die genannten unerwünschten Konkurrenzreaktionen lassen sich durch Verwendung eines<br />
stark alkalischen Raney-Nickels oder durch Hydrierung in Gegenwart von Ammoniak weitgehend<br />
vermeiden.<br />
Schwefel wird bei katalytischen Hydrierungen von Thiolen, Thioethern und Thioacetalen als Schwefelwasserstoff<br />
abgespalten. Darauf beruht eine wichtige Reaktion zur Überführung von Ketogruppen in<br />
Methylengruppen über die Dithiolane (vgl. [7.32]). Auch Halogene können u.U. durch Wasserstoff ersetzt<br />
werden.<br />
Nach der Reaktivitätsreihe [7.3] ist zu erwarten, daß auch Säurechloride sehr leicht katalytisch reduziert<br />
werden. Tatsächlich gelingt die Reduktion zum Aldehyd mit Hilfe eines partiell vergifteten Palladiumkatalysators,<br />
der zwar gestattet, das Säurechlorid zu hydrieren, aber nicht mehr in der Lage ist, den gebildeten<br />
Aldehyd anzugreifen (Rosenmund-Reduktion).
D. 7.3.2. Katalytische Hydrierung von Carbonylverbindungen 583<br />
Freie Säuren, Ester und Amide werden dagegen unter Bedingungen unter denen Aldehyde,<br />
Ketone, Nitrile, Schiffsche Basen usw. hydriert werden, nicht angegriffen. So läßt sich z. B. aus<br />
Acetessigester leicht ß-Hydroxy-buttersäureester darstellen.<br />
Zur katalytischen Hydrierung von Carbonsäuren und Estern eignet sich am besten ein Kupferchromitkatalysator<br />
bei hohen Temperaturen (100 bis 30O 0 C) und hohem Druck (20 bis<br />
3OMPa (200 bis 300 atm). Diese Methode ist vor allem in der Technik von Bedeutung, während<br />
die Reduktion von Estern im Laboratorium einfacher auf andere Weise (Bouveault-Blanc-<br />
Reduktion, vgl. [7.261]; Reduktion mit komplexen Hydriden, vgl. D.7.3.1.1.) gelingt.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur katalytischen Hydrierung von Ketonen, Aldehyden, Nitrilen,<br />
Oximen und Azomethinen (Tab. 7.255)<br />
I<br />
Über die allgemeine Arbeitsweise und die Sicherheitsvorkehrungen bei katalytischen<br />
Hydrierungen unterrichte man sich in D.4.5.2. und A. 1.8.2.!<br />
l mol der betreffenden Carbonylverbindung wird im doppelten Volumen Methanol gelöst,<br />
Raney-Urushibara-Nickel 1 ) aus 30g Legierung (30% Nickel) zugesetzt und im Rühr- oder<br />
Schüttelautoklav bei einem Druck von etwa 10 MPa (100 atm) hydriert. Bei einfachen, wenig<br />
verzweigten Aldehyden und Ketonen kann man bei Raumtemperatur arbeiten, a-tertiäre<br />
Aldehyde, Ketone und Nitrile werden bei 90 0 C umgesetzt.<br />
Nach Abkühlen und Entspannen des Autoklavs wird vom Katalysator abfiltriert und das<br />
Lösungsmittel abdestilliert. Den verbleibenden Rückstand reinigt man durch Destillation oder<br />
Kristallisation. Ausbeute 80 bis 90%.<br />
Kleinere Ansätze lassen sich bei den angegebenen Temperaturen auch unter Normaldruck<br />
durchführen. Die Katalysatormenge wird dabei zweckmäßig vergrößert.<br />
Tabelle 7.255<br />
Katalytische Hydrierung von Carbonyl- und carbonylanalogen Verbindungen<br />
Produkt<br />
Heptanol<br />
Tetrahydrufurfurylalkohol<br />
Butan-2-ol<br />
Cyclopentanol<br />
ß-Hydroxy-buttersäureethylester<br />
a-Phenyl-ethanol<br />
Diphenylmethanol<br />
4-Phenyl-butan-2-ol<br />
1 ,2-Diphenyl-ethylenglycol<br />
(Hydrobenzoin)<br />
3,3-Dimethyl-butan-2-ol<br />
Menthol<br />
4-Hydroxy-l-methyl-piperidin-<br />
3-carbonsäureethylester<br />
D-Sorbit 1 )<br />
Benzylanilin 2 )<br />
Hexamethylendiamin<br />
ß-Phenyl-ethylamin<br />
Ausgangsverbindung<br />
Heptanal<br />
Furfural<br />
Butanon<br />
Cyclopentanon<br />
Acetessigsäureethylester<br />
Acetophenon<br />
Benzophenon<br />
Benzylidenaceton<br />
Benzoin<br />
Pinacolon<br />
p-Menth-1 -en-3-on<br />
l -Methyl-piperid-4-on-<br />
3-carbonsäureethylester<br />
D-Glucose<br />
Benzylidenanilin<br />
Adiponitril<br />
Benzylcyanid<br />
I Alkalisches Raney-Nickel, vgl. Reagenzienanhang.<br />
Kp (bzw. F) in 0 C<br />
781>3(10)<br />
8O2Jt20)<br />
100<br />
140<br />
74 1,5(11)<br />
94^12)<br />
17O1J^3)<br />
F68(Ligroin)<br />
US1Ja3)<br />
F 139 (W.)<br />
120<br />
1 2 30,5(4)<br />
,;F36<br />
F etwa 100<br />
1731,3(10);F39<br />
881,5(11);F40<br />
83^9(14)<br />
n 2 ?<br />
1,4235<br />
1,4498<br />
1,3971<br />
1,4530<br />
1,4182<br />
1,5211<br />
1,5165<br />
1,4148<br />
1,3742<br />
1,5321
584 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Tabelle 7.255 (Fortsetzung)<br />
Produkt<br />
3-Acetamido-piperid-2-on-3-carbonsäureethylester<br />
3 )<br />
N-(3-Amino-propyl)-£-caprolactam 4 )<br />
Ausgangsverbindung<br />
1 - Acetamido-3-cyan-propan- 1,1dicarbonsäurediethylester<br />
N-(2-Cyan-ethyl)-e-caprolactam<br />
Kp in 0 C<br />
F 138 (EtOH)<br />
1 !0...12O0^2)<br />
1 J Hydrierung in wäßrigem Ethanol bei 7O 0 C durchführen; der nach Abdestillieren des Lösungsmittels<br />
zurückbleibende Sirup wird im Exsikkator über Calciumchlorid aufbewahrt; kristallisiert nur schwer,<br />
evtl. nach Animpfen.<br />
2 ) Hydrierung in Essigsäureethylester bei 20 0 C durchführen.<br />
3 ) Ethanol als Lösungsmittel verwenden! Um welchen Reaktionstyp handelt es sich bei dem nach der<br />
Hydrierung spontan erfolgenden Ringschluß? - Verseifung mit Salzsäure führt zum Ornithin (man formuliere<br />
diese Reaktion!): ALBERTSON, N.F.; Archer, S., J. Am. Chem. Soc. 67 (1945), 2043.<br />
4 ) Ausbeute 50%; wenn als Lösungsmittel mit Ammoniak gesättigtes Methanol verwendet wird, steigt die<br />
Ausbeute.<br />
Die präparative und technische Bedeutung der erwähnten Hydrierungsreaktionen für die Darstellung<br />
von Alkoholen und Aminen ist beträchtlich. In der Technik gewinnt man auf diese Weise z. B. Butanol aus<br />
Crotonaldehyd und 2-Ethyl-hexanol über 2-Ethyl-3-hydroxy-hexanal (Butyraldol). Diese beiden Alkohole<br />
werden im wesentlichen zu Estern weiterverarbeitet (Lösungsmittel, Weichmacher, vgl. Tab. 7.42). In größtem<br />
Umfang wird die Hydrierung von Kohlenmonoxid durchgeführt: An einem Zinkoxid-Chromiumoxid-<br />
Kontakt bei 300 bis 400 0 C und hohem Druck (20 MPa (200 atm)) entsteht Methanol. Es wird hauptsächlich<br />
zur Produktion von Formaldehyd (vgl. Tab. 6.40), der Methylamine, als Lösungsmittel und Gefrierschutzmittel<br />
verwendet.<br />
Bei einer um etwa 4O 0 C höheren Temperatur und mit einem alkalisierten Kontakt erhält man neben<br />
Methanol höhere Iso-Alkohole (bis Cy), in der Hauptsache Isobutylalkohol („Isobutylölsynthese"). Auch<br />
diese Alkohole werden vornehmlich zu Estern verarbeitet<br />
Die katalytische Reduktion von Fettsäuren und Fettsäureestern (aus natürlichen Fetten oder Paraffinoxidationsprodukten,<br />
vgl. D.6.5.) liefert höhere Fettalkohole, die für die Synthese von Waschmitteln<br />
Bedeutung haben (Fettalkoholsulfate). Niedere Alkohole (C4 bis C9) aus Fettsäuren der Paraffinoxidation<br />
sind Ausgangsprodukte für Ester (s. oben).<br />
Durch Reduktion von Adiponitril wird Hexamethylendiamin hergestellt, das als Aminkomponente in<br />
Polyamiden Verwendung findet (Nylon, vgl. D.7.I.4.2.).<br />
Führt man die Hydrierung von Aldehyden und Ketonen in Gegenwart von Ammoniak,<br />
primären oder secundären Aminen durch, erhält man statt der Alkohole die entsprechenden<br />
primären, secundären oder tertiären Amine (reduktive Aminierung) 1 ):<br />
C=O + NHR2 +h2 '» CH-NR2 R = H, Alkyl, Aryl [7.256]<br />
/ - H2O /<br />
Man wird als Zwischenprodukte die Azornethine bzw. Enarnine anzunehmen haben. Auch<br />
hier muß mit den bei der Nitrilhydrierung beschriebenen Nebenreaktionen gerechnet werden.<br />
Man setzt daher die Aminkomponente im allgemeinen im Überschuß ein.<br />
Von den aliphatischen Aldehyden sind nur die mit Kettenlängen über €5 gut katalytisch<br />
reduktiv zu aminieren, während die niedrigen Aldehyde leicht andere (z. B. aldolartige) Kondensationsprodukte<br />
ergeben. Aliphatische und aromatische Ketone und aromatische Aldehyde<br />
reagieren dagegen glatt.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur katalytischen reduktiven Aminierung von Aldehyden und<br />
Ketonen (Tab. 7.257)<br />
*<br />
' I Achtung! Der Autoklav darf keine kupfernen Teile besitzen, die mit der ammoniakalischen<br />
| Lösung in Berührung kommen können. (Viele Manometer besitzen kupferne Bauteile!)<br />
G<br />
l 1 1 J Die Reaktion wird auch als reduktive Alkylierung (des Ammoniaks bzw. Amins) bezeichnet. Zur reduktiven<br />
Aminierung mittels Ameisensäure und Aminen (Leuckart-Wallach-Reaktion) vgl. D.7.3.1.4.<br />
n 2 ?
I<br />
D. 7.3.2. Katalytische Hydrierung von Carbonylverbindungen 585<br />
Über die allgemeinen Sicherheitsvorkehrungen bei katalytischen Hydrierungen vgl. A. 1.8.2.<br />
und D.4.5.2.<br />
A. Darstellung primärer Amine<br />
\ mol der Carbonylverbindung wird in 500 ml Methanol gelöst, das bei 1O 0 C mit Ammoniak<br />
gesättigt wurde (etwa 5,5 mol). Nach Zugabe von Raney-Nickel aus 30g Legierung hydriert<br />
man im Schüttel- oder Rührautoklav bei 90 0 C und 10 MPa (100 atm).<br />
Nach Beendigung der Wasserstoffaufnahme wird entspannt, vom Katalysator abfiltriert und<br />
überschüssiges Ammoniak mit dem Lösungsmittel abdestilliert. Den Rückstand säuert man<br />
mit 20%iger Salzsäure gegen Kongorot an und ethert die nichtbasischen Verunreinigungen<br />
aus. Der Etherextrakt wird verworfen, die wäßrige Lösung unter guter Kühlung mit 40%iger<br />
Natronlauge alkalisiert und mehrfach ausgeethert. Die Etherlösung trocknet man über Ätzkali.<br />
Nach Verdampfen des Lösungsmittels wird über eine 20-cm-Vigreux-Kolonne destilliert.<br />
B. Darstellung secundärer Amine<br />
l mol der Carbonylverbindung wird mit einer Lösung von l mol des betreffenden primären<br />
Amins in 200 ml Methanol versetzt und wie oben hydriert und aufgearbeitet.<br />
Tabelle 7.257<br />
Katalytische reduktive Aminierung von Aldehyden und Ketonen<br />
Produkt<br />
Benzylamin<br />
N-Benzyl-methylamin<br />
N-Benzylanilin<br />
N-Benzyl-ß-phenyl-ethylamin<br />
1 )<br />
Furfurylamin<br />
rac-a-Phenyl-ethylamin<br />
rac-2-Amino-l -phenylpropan<br />
1 )<br />
rac-2-Methylamino-<br />
1 -phenyl-propan ] )<br />
Cyclohexylamin<br />
Dicyclohexylamin<br />
Ausgangsverbindungen<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
Benzaldehyd, Ammoniak<br />
Benzaldehyd, Methylamin<br />
Benzaldehyde, Anilin<br />
Benzaldehyd,<br />
ß-Phenyl-ethylamin<br />
75i,i(8><br />
82i ,6(12)<br />
172^10); F 39<br />
1701,2(9)<br />
Hydrochlorid:F261<br />
Furfural, Ammoniak<br />
145<br />
Acetophenon, Ammoniak<br />
Phenylaceton, Ammoniak<br />
7Oi ,3(io)<br />
92L6(i2)<br />
Hydrochlorid:,<br />
F 152<br />
Phenylaceton, Methylamin 932,o(i5)<br />
Hydrochlorid:<br />
F 140<br />
Cyclohexanon, Ammoniak 134<br />
Cyclohexanon,<br />
Cyclohexylamin<br />
12<br />
O23(I7)<br />
F 20<br />
" 2 D 0<br />
1,5424<br />
1,5222<br />
!,4886<br />
1,5282<br />
!,519O<br />
1,5123<br />
!,4372<br />
1,4852<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Diese Amine werden besser als Hydrochloride aufbewahrt: Man löst sie unter Kühlung in überschüssigem,<br />
chlorwasserstoffgesättigtem abs. Alkohol (HCl-Gehalt durch Auswägen bestimmen!) und versetzt<br />
zur Fällung des Salzes mit abs. Ether. Vorsicht, es handelt sich um Gifte!<br />
Chirale Verbindungen werden bei den üblichen chemischen Synthesen als l:!-Gemische der beiden möglichen<br />
Enantiomeren (D, L; R, S) erhalten. Im Gegensatz hierzu bilden sich in der Natur nahezu ausschließlich<br />
enantiomerenreine Verbindungen. Die Enantiomere eines Stoffes haben in der Regel völlig unterschiedliche<br />
biologische Wirkungen, z. B. bei Geruch, Geschmack, physiologischer und pharmakologischer<br />
Wirksamkeit.<br />
Eine Möglichkeit, zu reinen Enantiomeren zu gelangen, ist die Trennung eines synthetisch anfallenden<br />
racemischen Gemisches 1 ). Racemate saurer Produkte lassen sich beispielsweise mit den natürlich zugänglichen<br />
Basen (-)-Brucin und (-)-Chinin zu den diastereomeren Salzen umsetzen, die dann aufgrund ihrer<br />
unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften getrennt werden können, vgl. C.7.3.3.1.<br />
l Eine weitere Möglichkeit ist die asymmetrische Synthese, vgl. C.7.3.3.2.<br />
80<br />
90<br />
90<br />
70<br />
50<br />
80<br />
90<br />
80<br />
80<br />
70
586 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Ein Beispiel für eine ungewöhnlich einfach verlaufende derartige Racemattrennung ist die Spaltung des<br />
oben dargestellten rac-a-Phenyl-ethylamins. Von den beiden Enantiomeren bildet nämlich nur die (/?)-(+)-<br />
Form eine kristalline Additionsverbindung mit 2,3,4,6-Tetraacetyl-o-glucose.<br />
Die reinen Enantiomeren des a-Phenyl-ethylamins sind häufig anstelle der oben angeführten basischen<br />
Naturprodukte für andere Racemattrennungen verwendbar.<br />
Trennung von racemischem a-Phenyl-ethylamin in die Enantiomeren 1 )<br />
0,15 mol Tetraacetyl-D-glucose (ß-Form oder aus a- und ß-Gemisch bestehender Sirup) werden<br />
in 100 ml Ether mit 0,1 mol racemischem a-Phenyl-ethylamin in 20 ml Ether verrieben. Nach<br />
kurzer Zeit beginnt die Kristallisation des Addukts aus (R)-(+)-a-Phenyl-ethylamin mit Tetraacetyl-D-glucose.<br />
Man bewahrt noch 3 Stunden bei -78 0 C auf, saugt schnell ab und wäscht<br />
zweimal mit je 40 ml kaltem Ether. Ausbeute 98%.<br />
Zur Gewinnung der freien (R)-(-t-)-Base wird in 100 ml Chloroform gelöst und die Lösung<br />
zweimal mit je 100 ml 4 N Salzsäure extrahiert. Um die letzten Reste der Tetraacetyl-D-glucose<br />
abzutrennen, extrahiert man die salzsaure Lösung noch zweimal mit Chloroform und alkalisiert<br />
sie schließlich mit 40%iger Natronlauge unter guter Kühlung. Dann wird mit Ether extrahiert,<br />
über Ätzkali getrocknet und destilliert. Kpi,3(i0) 7O 0 C; [a]D 9 +35,9° (PhH). 2 )<br />
Die Tetraacetyl-D-glucose läßt sich aus der nochmals mit Salzsäure extrahierten Chloroformlösung<br />
nach Trocknen mit Calciumchlorid und Abdampfen des Chloroforms als Sirup wiedergewinnen.<br />
Sie kann erneut für die Spaltung in die Antipoden eingesetzt werden.<br />
Das (S)-(-)-a-Phenyl-ethylamin wird der Ethermutterlauge des kristallinen (R)-(+)-Addukts<br />
durch Extraktion mit Salzsäure nach der oben für die (R)-(+)-Base beschriebenen Arbeitsweise<br />
entzogen und destillativ gewonnen. Kpi 3(i0) 7O 0 C; [a]i 9 -34,6° (PhH). 2 )<br />
Enantiomerentrennung von a-Phenyl-ethylamin mit Weinsäure: THEILACKER, W.; WINKLER,<br />
H. G., Chem. Ber. 87 (1954), 690.<br />
7.3.3. Reduktion von Carbonylverbindungen durch unedle Metalle<br />
und niedervalente Metallverbindugen<br />
In Metallen sind die Valenzelektronen frei beweglich („Elektronengas") und können formal<br />
als „nucleophiles Reagens" an die Carbonylgruppe addiert werden:<br />
+ >c-öi 0<br />
^- V ^1 - / ~<br />
/ -<br />
i n m<br />
[7.259]<br />
Das Ergebnis dieser Reaktionen ist eine Reduktion der Carbonylverbindung. Dabei entsteht<br />
zunächst entweder durch Aufnahme eines Elektrons das Radikalanion I oder durch Aufnahme<br />
von 2 Elektronen das Dianion IV. Das Radikalanion I kann unter Bildung des 1,2-Diols<br />
1 J HELFERICH, B.; PORTZ, W., Chem. Ber. 86 (1953), 1034.<br />
2 ) Da die Enantiomeren nicht völlig rein sind, ergeben sich verschiedene Drehwinkel!
D. 7.3.3. Reduktion von Carbonylverbindungen durch unedle Metalle und ... 587<br />
III dimerisieren, ein Fall, der bei der Reduktion von Ketonen mit metallischem Magnesium<br />
verwirklicht ist, während das Dianion IV als starke Base dem Lösungsmittel Wasserstoffionen<br />
entreißt und dabei in den Alkohol V übergeht.<br />
Naturgemäß können sich diese Redoxvorgänge nur an der Oberfläche des Metalls abspielen.<br />
Es kommt dabei zu einer mehr oder weniger festen Bindung der Carbonylverbindung an<br />
das Metall (Chemisorption). Nach Beendigung der Elektronenübertragung wird das chemisorbierte<br />
Molekül wieder desorbiert. Für jedes entzogene Elektron geht die entsprechende<br />
Anzahl Metallatome als Kationen in Lösung:<br />
(|Znl ~ Zn 20 + 2e 0 ) + C=O + H® l(f-5-H -^-— H-C-OH [7.260]<br />
VLJ / ~ / ~ |<br />
Zu einer solchen Reduktion sind entsprechend ihrer Stellung in der elektrochemischen<br />
Spannungsreihe nur die unedlen Metalle befähigt. Die Alkalimetalle reduzieren auch die reaktionsträgen<br />
Carbonylverbindungen (z. B. Carbonsäureester), während Magnesium und Aluminium<br />
nur mit Aldehyden und Ketonen reagieren. Zink und Eisen schließlich sind selbst dazu<br />
nur noch in saurer Lösung in der Lage. (VgI. aber auch die katalytische Hydrierung von Carbonylverbindungen,<br />
D.7.3.2.)<br />
Die Reduktion von Carbonylverbindungen durch unedle Metalle, wie (amalgamiertes)<br />
Magnesium bzw. Aluminium, Eisen, Zink u. a. kann sowohl zu den Reduktionsprodukten entsprechend<br />
[7.258], als auch zu solchen, die der Gleichung [7.259] entsprechen, führen. Welche<br />
Umsetzung bevorzugt ist, hängt einmal von der Art der Carbonylverbindung, zum anderen<br />
auch von den Reaktionsbedingungen (Metall, Lösungsmittel usw.) ab. Aldehyde und Ketone<br />
werden durch die genannten Metalle und in Lösungsmitteln, die aktive Wasserstoffatome enthalten<br />
(z.B. Wasser, verdünnte Säuren und Alkalien, Alkohole), bevorzugt zu den entsprechenden<br />
Alkoholen, Azomethine zu Aminen reduziert. 1 ) Mit Magnesium- oder Aluminiumamalgam<br />
in Lösungsmitteln, die keinen aktiven Wasserstoff enthalten (z. B. Toluen), ergeben<br />
Ketone dagegen in der Hauptsache 1,2-Diole (Pinacole) 2 ). Man formuliere die im folgenden<br />
beschriebene Bildung des Pinacols aus Aceton ([7.258], II entspricht in diesem Falle dem<br />
Magnesiumpinacolat!) und diskutiere die Abhängigkeit der Reduktionsprodukte vom<br />
Lösungsmittel!<br />
Darstellung von 2,3-Dimethyl-butan-2,3-diol (Pinacol)<br />
In einen trockenen 1-1-Zweihalskolben mit Tropftrichter und Intensivkühler mit Calciumchloridrohr<br />
werden l mol trockene Magnesiumspäne und 200 ml trockenes Toluen 3 ) gegeben. Aus<br />
dem Tropftrichter setzt man nun etwa 25 ml einer Lösung von 0,1 mol Quecksilber(II)-chlorid<br />
in 2 mol gut getrocknetem Aceton 3 ) zu. Sollte die Reaktion nicht innerhalb weniger Minuten<br />
anspringen, wird kurz im Wasserbad erwärmt, bis die Lösung allein weitersiedet. Das Heizbad<br />
wird entfernt und die Aceton-Quecksilberchlorid-Lösung so rasch zugetropft, wie dies die<br />
Kühlerkapazität erlaubt. Schließlich setzt man noch eine Lösung von l mol trockenem Aceton<br />
in 60 ml trockenem Toluen zu und erhitzt auf dem Wasserbad, bis das Magnesium völlig verschwunden<br />
ist. Das gebildete Magnesium-Pinacolat füllt als stark quellende Masse schließlich<br />
den ganzen Kolben aus, so daß ein- bis zweimal während der ganzen Zeit der Kühler entfernt<br />
und der mit einem Stopfen verschlossene Kolben kräftig durchgeschüttelt werden muß<br />
(Schutzbrille!), ehe weiter unter Rückfluß erwärmt werden kann.<br />
1 ) Auch reduktive Aminierungen von Ketonen gelingen z. B. mit Aluminiumamalgam.<br />
2 ) Diese Verbindungen werden häufig als Pinacone bezeichnet, die hier verwendete Bezeichnung Pinacol<br />
bringt den Alkoholcharakter der Verbindungen jedoch besser zum Ausdruck.<br />
3 ) VgI. Reagenzienanhang.
588 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Zur Hydrolyse des Magnesiumsalzes setzt man nach Beendigung der Reaktion durch den<br />
Kühler 60 ml Wasser zu und kocht eine weitere Stunde. Dann wird auf 50 0 C gekühlt und vom<br />
Magnesiumhydroxid abgesaugt, das mit 150 ml Toluen ausgekocht und erneut abfiltriert wird.<br />
Das Toluen wird mit dem ersten Filtrat vereinigt. Diese Lösung engt man unter Abdestillieren<br />
des Lösungsmittels zur Hälfte ein, setzt 70 ml Wasser zu und kühlt unter Rühren im Eisbad ab,<br />
wobei Pinacolhexahydrat ausfällt. Nach einer Stunde wird abfiltriert und mit Toluen gewaschen.<br />
Das an der Luft getrocknete Präparat ist für die Weiterverarbeitung rein genug. Es kann<br />
aus Wasser umkristallisiert werden. F 46 0 C; Ausbeute 40%.<br />
Das wasserfreie Pinacol läßt sich durch azeotrope Entwässerung mit Toluen und Destillation<br />
im Vakuum erhalten. Kpi,7(i3) 75 0 C; F43 0 C.<br />
Eine ganz ähnliche Reaktion ist auch bei der Reduktion von Carbonsäureestern oder Säurechloriden<br />
durch Natrium in Gegenwart von Alkohol (Bouveault-Blanc-Reduktiori) als erster<br />
Reaktionsschritt anzunehmen. Entsprechend dem allgemeinen Reduktionsschema [7.259]<br />
ergibt sich weiter folgender Verlauf der Umsetzung:<br />
[7.261]<br />
Das Halbacetal-Natriumsalz des Aldehyds (III) zerfällt sofort zu Alkoholat und Aldehyd. Dieser<br />
wird in gleicher Weise reduziert, und es entsteht das Natriumsalz eines primären Alkohols.<br />
Insgesamt sind also pro mol Ester 4 mol Natrium und 2 mol Alkohol erforderlich. Man formuliere<br />
die Summengleichung der Reaktion!<br />
In Abwesenheit von Alkohol, d. h. bei der Reaktion eines Esters oder Chlorids mit metallischem Natrium<br />
allein, kann die Reaktion nicht in dieser Form ablaufen. Es entsteht zunächst entsprechend [7.258]<br />
das Produkt [7.262], I, das über das Diketon II zu einem Acyloin reduziert wird:<br />
o /d/ 0 0 IoMoI 0 o o<br />
// . / / I l Il Il<br />
2Na- +2R-C g- 2 R-Cx R-C-C-R R-C-C-R<br />
OR ~ 2Na OR<br />
rO O<br />
MI n<br />
2Na- + R-C-C-R 2 Na 0<br />
0 0 0<br />
IOI CK IOIIOI<br />
l n j I i<br />
R C^G R ** *" R G-C R<br />
n ni<br />
Di-Natriumsalz des Acyloins<br />
[7.262]<br />
Man begründe die Bildung des Diketons [7.262], II aus dem primären Dimerisationsprodukt I und erläutere<br />
die sich anschließende Reduktion einer Carbonylgruppe zum Di-Natriumsalz des Acyloins!
D. 7.3.3. Reduktion von Carbonylverbindungen durch unedle Metalle und ... 589<br />
Die Salze der Endiole III gehen beim Ansäuern in die freien Acyloine über:<br />
0 OI IÖI G @ HO OH O OH<br />
R-C=C-R +2H - R-C=C-R ^==- R-C-CH-R [7.263]<br />
ffl Acyloin<br />
Es ist bei der Bouveault-Blanc-Reduktion erwünscht, daß der angewandte Alkohol nicht<br />
leicht mit Natrium reagiert, weil sonst viel Natrium ungenutzt verbraucht wird und gasförmiger<br />
Wasserstoff in großen Mengen entweicht, der keinerlei Reduktionswirkung auf den Ester<br />
besitzt.<br />
Am besten eignen sich secundäre Alkohole, wie das Isomerengemisch der drei Methylcyclohexanole,<br />
das technisch billig aus dem Gemisch der drei Cresole erhalten werden kann (wie?),<br />
im Laboratorium auch Isopropylalkohol oder Cyclohexanol.<br />
Die Bouveault-Blanc-Reduktion liefert auch bei Nitrilen ausgezeichnete Ergebnisse. Es entstehen<br />
primäre Amine.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Bouveault-Blanc-Reduktion von Estern und Nitrilen<br />
(Tab. 7.264)<br />
Achtung! Beim Umgang mit Natrium und konzentrierten Laugen Schutzbrille tragen!<br />
Größte Vorsicht ist beim Zersetzen des Reaktionsgemisches geboten. Das Wasser darf erst<br />
dann zu gegeben werden, wenn alle Natriumreste verschwunden sind.<br />
Alle Apparateteile und Reagenzien müssen vollkommen trocken sein. Der Alkohol wird<br />
am besten nach der Magnesiummethode getrocknet 1 ), das Xylen über Natrium und der<br />
Ester bzw. das Nitril durch Vakuumdestillation.<br />
In einem 2-Liter-Dreihalskolben mit Hershberg-Rührer (vgl. Abb. A.6g), Intensivkühler mit<br />
Calciumchloridrohr und Tropftrichter erhitzt man 4,5 mol Natrium und eine Spatelspitze Stearinsäure<br />
(als Emulgator) unter 800 ml (bei Dicarbonsäureestern 1000 ml auf 0,5 mol Ester)<br />
Xylen bis zum Schmelzen. Dann wird die Heizung entfernt und der Rührer in Gang gesetzt.<br />
Man rührt so lange sehr heftig, bis das gesamte Natrium zu einer feinen grauen Dispersion zerteilt<br />
ist, und läßt, ohne weiterzurühren, unter die Schmelztemperatur des Natrium abkühlen.<br />
Nun wird wieder unter kräftigem Rühren eine Mischung von l mol (bzw. 0,5 mol bei Dicarbonsäureestern)<br />
Carbonsäureester oder Nitril und 3,5 mol Isopropylalkohol aus dem Tropftrichter<br />
so rasch zugesetzt, wie dies die Kapazität des Kühlers erlaubt.<br />
Bei der Reduktion der Nitrile muß mitunter erhitzt werden, um die Natriumteilchen in Suspension<br />
zu halten.<br />
Man rührt noch 15 bis 20 Minuten und gibt dann so viel Methanol zu, daß alles unverbrauchte<br />
Natrium zersetzt wird. Schließlich versetzt man vorsichtig mit 800 ml Wasser.<br />
Nach dem Erkalten werden die Phasen getrennt, und die wäßrige Phase wird mit Ether<br />
extrahiert (Vorsicht wegen Emulsionsbildung!), bei Diolen 5 Tage lang im Perforator. <strong>Organisch</strong>e<br />
Phase und Etherextrakt werden vereinigt, mit Natriumsulfat getrocknet und über eine 40cm-Vigreux-Kolonne<br />
destilliert.<br />
1 J VgI. Reagenzienanhang.
590 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Tabelle 7.264<br />
Bouveault-Blanc-Reduktion von Estern und Nitrilen<br />
Produkt<br />
Octan-1-ol 1 )<br />
Decan-1-ol<br />
Dodecan-1-ol<br />
(Laurylalkohol)<br />
Tetradecan-1-ol<br />
ß-Phenyl-ethylalkohol<br />
4-Hydroxy-butan-2-onethylenacetal<br />
1,10-Dihydroxy-decan<br />
Nonylamin 3 )<br />
Undecylamin<br />
Dodecylamin<br />
Tridecylamin<br />
Tetradecylamin<br />
Ausgangsverbindungen<br />
Octansäureethylester<br />
Decansäureethylester<br />
Dodecansäureethylester<br />
Tetradecansäureethylester<br />
(Myristinsäureethylester)<br />
Phenylessigsäureethylester<br />
Acetessigsäureethylesterethylenacetal<br />
Sebacinsäurediethylester<br />
Nonannitril<br />
Undecannitril<br />
Dodecannitril<br />
Tridecannitril<br />
Tetradecannitril<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
1002,7(20)<br />
H2l,5(ll)<br />
139li602)<br />
1722,1(i6)<br />
F 38<br />
F 74 2 J<br />
202<br />
H5l,7(13)<br />
1312,0(15)<br />
F 28<br />
160 l,9(14)<br />
F 27<br />
177ij9(14)<br />
F 40<br />
n» (n«)<br />
1,4300<br />
1,4367<br />
1,5259<br />
1,5315<br />
1,4448<br />
1,4352<br />
1,4403<br />
(1,4309)<br />
(1,4338)<br />
(1,4382)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
1 J Toluen als Lösungsmittel verwenden.<br />
2 ) Nach dem Abdestillieren des Lösungsmittels wird aus Wasser/Ethanol oder Benzen umkristallisiert.<br />
3 ) Zur glatten Trennung vom Xylen werden die vereinigten Extrakte mit 10%iger Salzsäure extrahiert.<br />
Die salzsaure Lösung des Amins wird nochmals mit Ether ausgeschüttelt, mit verdünnter Lauge alkalisiert,<br />
das freigesetzte Amin mit Ether extrahiert und nach dem Trocknen mit K2CO3 destilliert.<br />
Weitere Beispiele s. MANSKE, R. H., Org. Synth., CoIl. Vol. II (1957), 154.<br />
In gleicher Weise kann man ein beliebiges Fett reduzieren. Zunächst muß die Verseifungszahl<br />
des Fettes bestimmt werden, um den Ansatz berechnen zu können (vgl. S. 492).<br />
Bei der abschließenden Destillation fängt man ab Kpi,9(i4) 7O 0 C auf (entspricht etwa dem<br />
Q-Alkohol), ohne zunächst weitere Fraktionen zu schneiden. Das Destillat wird in Alkohol<br />
gelöst und gaschromatographisch getrennt (Abb. 7.266).<br />
Bei der Einwirkung von amalgamiertem Zink und konzentrierter Salzsäure auf Aldehyde<br />
und Ketone werden diese bis zu den Kohlenwasserstoffen reduziert (Clemmensen-Reduktiori):<br />
\ C=O + 2Zn + 4 H © \ CH2 + 2Zn 20 + H2O [7.265]<br />
Bei dieser Reaktion werden häufig in beträchtlichem Ausmaß Nebenprodukte gebildet, wie<br />
z. B. Pinacole und Alkohole (entsprechend dem üblichen Reduktionsschema) sowie Olefine<br />
und höhermolekulare Kohlenwasserstoffe. Außerdem sind oft sehr lange Reaktionszeiten<br />
erforderlich, und ein Teil der Carbonylverbindung wird unverändert zurückgewonnen.<br />
Immerhin ergibt die Methode in einer Reihe von Fällen in guten Ausbeuten den Kohlenwasserstoff,<br />
so z. B. bei der Reduktion vieler Aldehyde und aliphatischer bzw. araliphatischer<br />
Ketone, während Diarylketone im allgemeinen schlecht reagieren.<br />
a-Oxo-carbonsäuren liefern häufig nur die entsprechenden a-Hydroxy-carbonsäuren, die Reduktion von<br />
ß-Oxo-carbonsäureestern ist mit mäßigen Ausbeuten und die von y-Oxo-carbonsäuren mit guten Ausbeuten<br />
möglich. Bei sehr schwer löslichen Ketonen (z. B. in der Steroidreihe) kann man zur Erhöhung der Löslichkeit<br />
Ethanol oder Eisessig (1:1) zusetzen. Eine zu gute Löslichkeit des Ketons in der wäßrigen Phase ist<br />
jedoch ebenfalls ungünstig.<br />
60<br />
70<br />
80<br />
85<br />
80<br />
60<br />
75<br />
70<br />
80<br />
75<br />
70<br />
75
0.34<br />
D. 7.3.3. Reduktion von Carbonylverbindungen durch unedle Metalle und ... 591<br />
11,66<br />
14,43<br />
16,88<br />
a)b) O d) e) f) g) h)<br />
Retentionszeit *•<br />
Abb. 7.266<br />
Gaschromatographische Trennung der<br />
geradzahligen C6^Q8-Alkohole in Ethanol<br />
Säule: 3% Silicon OV 225 an Chromosorb<br />
W-AW-DMCS, 2 m, Durchmesser 3 mm;<br />
Temperatur-Programm: 110 bis 240 0 C, 8 °C/min,<br />
2 min isothermer Vorlauf;<br />
Detektor-Empfindlichkeit (FID): 30 x 109 Q;<br />
Trägergasfluß: 2,5 l/h (N2)<br />
a) Ethanol; b) Hexanol; c) Octanol; d) Decanol;<br />
e) Dodecanol; f) Tetradecanol; g) Hexadecanol;<br />
h) Octadecanol<br />
Außer unedlen Metallen sind auch gewisse niedervalente Metallverbindungen in der Lage,<br />
Carbonylverbindungen zu reduzieren.<br />
So reagiert niedervalentes Titanium, wahrscheinlich Ti(O), das aus TiCl3 und LiAlH4 oder<br />
Kalium z.B. in THF erhältlich ist, mit Carbonylverbindungen vermutlich zunächst zu einer<br />
Zwischenstufe [7.267], I, aus der durch Hydrolyse das Diol II gebildet werden kann. Beim<br />
Erwärmen wird I unter Bildung von TiO2 bis zum Alken III reduziert (McMurry-Kupplung).<br />
2 C=O + Ti<br />
HO OH<br />
-TiO2 / \<br />
III<br />
[7.267]<br />
Die Reaktion besitzt größere Bedeutung für die Synthese von Alkenen aus Carbonylverbindungen.<br />
Sind die beiden Carbonylgruppen in einem Molekül enthalten, können sich Ringe bilden.<br />
Dabei sind die Ausbeuten nahezu unabhängig von der Ringgröße (intramolekulare<br />
McMurry-Kupplung).
592 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
3,3-Dimethyl-l,2-diphenyl-cydopropen aus Dimethyldibenzoylmethan und weitere Cycloalkene<br />
durch Reduktion mit TiCVLiAlH4: BAUMSTARK, A. L.; McCLOSKEY, C J. WITT, K. E.,<br />
J. Org. Chem. 43 (1978), 3609.<br />
7.4. Reaktionen vinyloger Carbonylverbindungen<br />
und anderer vinyloger Systeme<br />
Steht die Doppelbindung einer Carbonylgruppe (oder auch eines anderen -M-Substituenten)<br />
in Konjugation zu einer C=C-Doppelbindung, so werden die elektrophilen Eigenschaften des<br />
Carbonylkohlenstoffs auf das ß-Kohlenstoffatom übertragen 1 ) Demzufolge greift normalerweise<br />
ein nucleophiles Agens diese Position bevorzugt an. Ursache hierfür ist die Delokalisation<br />
der rc-Elektronen über das gesamte ungesättigte System, was durch die in [7.268] angegebenen<br />
mesomeren Grenzformeln zum Ausdruck kommt:<br />
/<br />
[7.268]<br />
Analog kann das einsame Elektronenpaar eines +M-Substituenten (-NR2, -OR) in Konjugation<br />
mit einer C=C-Doppelbindung treten. 2 ) In diesem Falle werden die nucleophilen Eigenschaften<br />
des +M-Substituenten auf das ß-ständige Kohlenstoffatom übertragen; die Folge<br />
davon ist, daß elektrophile Reagenzien dort bevorzugt angreifen. Diese Eigenschaften lassen<br />
sich entsprechend [7.269] beschreiben:<br />
\ \ A \0 v*<br />
C=C — C7C<br />
/V \ /"• \<br />
-X= -01°, -OH, -QR, -NR2<br />
\6- ,v*<br />
G— 'C<br />
/ \ [7.269]<br />
Die in [7.269] angeführten Strukturen sind Enolformen von Carbonylverbindungen bzw. leiten sich wie<br />
die Enolate, die Enolether und die Enamine, von den Enolen ab. Man formuliere die analogen Enolformen<br />
von primären und secundären aliphatischen Nitroverbindungen! Reaktionen von Enolen wurden bisher<br />
z. B. bei der sauer katalysierten Aldolkondensation und bei der Mannich-Reaktion besprochen.<br />
Ist der -M- (bzw. -i-M-)Substituent an den endständigen Kohlenstoff einer Kette konjugierter<br />
Doppelbindungen gebunden, so wird die Positivierung (bzw. Negativierung) bis zum anderen<br />
endständigen Kohlenstoffatom übertragen. Allgemein bezeichnet man diese Weiterleitung<br />
der Polarität innerhalb eines konjugierten Systems bzw. die Eigenschaft, daß über Vinylengruppen<br />
verknüpfte Gruppierungen sich so verhalten, als wären sie direkt miteinander verbunden,<br />
als Vinylogie, die betreffenden Verbindungen als Vinyloge bzw. Vinylenhomologe der entsprechenden<br />
Stammverbindung (z. B. des Aldehyds, des Carbonsäureesters, des Amins usw.),<br />
vgl. hierzu auch C.5.1.<br />
In Tabelle 7.270 sind wichtige Reaktionen an vinylogen Carbonylverbindungen und anderen<br />
vinylogen Systemen zusammengestellt.<br />
1 J acceptorsubstituierte Olefine, vgl. D. 4.<br />
2 ) donatorsubstituierte Olefine, vgl. D. 4.
7.4. Reaktionen vinyloger Carbonylverbindungen 593<br />
Tabelle 7270<br />
Reaktionen an vinylogen Carbonylverbindungen und weiteren vinylogen Systemen<br />
v X I i Addition von Amino-,<br />
Y-H + C=C - Y-C-C-X Hydroxy-,Sulfanyl-<br />
/ \ i Verbindungen und<br />
Halogenwasserstoffen<br />
X= -COR, —COOR, -CN u.a.<br />
Y= R2N-, RCONR 1 , RO-, RS-, HaI —<br />
| \ X l M<br />
X'-C-H + C=C X'-C-C-X X'wie X Michael-Addition<br />
I / \ I l<br />
I /° I /°<br />
R-Z + H-C-C 7 - R-C-C' Z=-HaI, —SO2R' Alkylierungvon<br />
\ -HZ i \ Carbonylverbindungen<br />
I /P I /P „. .<br />
HaI2 + H-C-C uu • HaI-C-C Halogemerung von<br />
| \ -HHaI i \ Carbonylverbindungen<br />
\ OSiMe3 | O<br />
R—Z + C=C - R-C-C Alkylierung von<br />
/ \ -Me3SiZ i \ Silylenolethera<br />
O \ OSIMe3 Me3SiO n u ^ OH p<br />
// \ / l // + HoO ' //<br />
R-C + C=C R-C-C-C —tj 0.^ - R-C-C-C Mukaiyama-<br />
R-(H) / ^ R- I X 3 R' I X Aldolreaktion<br />
©<br />
O \ NR2 O I NR2 u ^ O I O<br />
R-C 7 + C=C —^ X C-C-C /X +H2 °n. ^C-C-C 7 Acylierungvon<br />
x c, / \ -Cl 0 / | \ -R2NH2 0 / | \ Enaminen<br />
©<br />
\ NR2 l NR2 I I O<br />
R-Z + C=C — R-C-C-C^ ^^V R-C-C-C 7 Alkylierung von<br />
/ \ -Z 0 | \ -R2NH2 0 | | \ Enaminen
594 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
7.4.1. Reaktionen vinyloger Elektronenacceptorverbindungen -<br />
«^-ungesättigte Carbonylverbindungen<br />
Das endständige Kohlenstoffatom einer vinylogen Carbonylverbindung reagiert infolge seiner<br />
Positivierung in ähnlicher Weise wie der Carbonylkohlenstoff selbst:<br />
e e<br />
IpI NU / pH Nux /<br />
HNu<br />
I \ / I<br />
/ -£- \ / fj" \ ' fj" \ /^<br />
i i i / . H<br />
Dabei wird der nucleophile Partner regioselektiv an die C=C-Doppelbindung addiert (vgl.<br />
auch [4.98]).<br />
Die vinylogen Elektronenacceptorverbindungen lassen sich etwa in folgender Reihenfolge<br />
abnehmender Reaktivität anordnen: a,ß-ungesättigte Aldehyde > a,ß-ungesättigte Ketone ><br />
a,ß-ungesättigte Nitrile > a,ß-ungesättigte Carbonsäureester > «,/^-ungesättigte Carbonsäureamide.<br />
Wichtige Vertreter dieser Stoffklassen sind: Acrolein, Methylvinylketon, Acrylonitril 1 ) und<br />
Acrylsäureester. Wenn diese Stoffe durch Alkyl- oder Arylgruppen substituiert sind, liegt ihre<br />
Reaktivität stets niedriger als bei den Grundkörpern. (Man vergleiche dies mit den analogen<br />
Verhältnissen bei Aldehyden, Ketonen und Carbonsäuren!)<br />
Als additionsfähige Substanzen kommen ebenso wie bei den Carbonylverbindungen sowohl<br />
Stoffe mit einem freien Elektronenpaar (z. B. Ammoniak, Amine, Alkohole, Phenole, Thiole,<br />
einige Mineralsäuren) als auch CH-acide Verbindungen (Blausäure, Aldehyde, Ketone,<br />
ß-Dicarbonylverbindungen und ihre Analoga) in Frage. Die Reaktionen der ersten Gruppe<br />
werden sowohl durch Alkalien (Aktivierung der Base) als auch durch Säuren katalysiert (Aktivierung<br />
der vinylogen Carbonylverbindung).<br />
- Base-Katalyse:<br />
- Säure-Katalyse:<br />
O, MM / 1Ol © Nu / OH Nu / O<br />
n-) -HB \/ l +H® \/ i \/ u r^^i<br />
~ T^ /C^C^ =£ /C^C^ ^^ /C^ /C^ [7.272]<br />
©<br />
OH @Nux/ OH Nu O<br />
HNu " - ' " ~ - - -<br />
' "" ^ +H" ' V<br />
I<br />
^ ' /^ ^<br />
/ H<br />
CH-acide Verbindungen müssen in einer der eigentlichen Additionsreaktion vorgelagerten<br />
Deprotonierung in die additionsfähigen Anionen übergeführt werden. Ihre Additionsreaktionen<br />
sind daher im allgemeinen basenkatalysiert ([7.272]).<br />
Als basische Katalysatoren dienen meistens Alkalihydroxide, Alkalialkoholate, Benzyltrimethylammoniumhydroxid<br />
(Triton B), bei hoch reaktionsfähigen Systemen auch Triethylamin.<br />
Für die saure Katalyse werden Schwefelsäure, Eisessig, Bortrifluorid u. a. verwendet.<br />
i) Die Additionen an Acrylonitril bezeichnet man auch als Cyanethylierungen.
7.4.1.1. Addition von Aminen an vinyloge Carbonylverbindungen 595<br />
7.4.1.1. Addition von Aminen an vinyloge Carbonylverbindungen<br />
Amine addieren sich relativ glatt an «,^-ungesättigte Carbonylverbindungen und Nitrile, z. B.:<br />
R2NH + H2C=CH-COOR 1 R2N-CH2-CH2-COOR' [7.274]<br />
Ammoniak und aliphatische Amine sind hinreichend basisch, um unter milden Bedingungen<br />
ohne Mitwirkung eines Katalysators addiert zu werden. Bei den aromatischen Aminen müssen<br />
dagegen Temperaturen über 100 0 C und häufig außerdem saure Katalysatoren angewandt werden.<br />
Bei primären aliphatischen Aminen kann die Addition je nach den stöchiometrischen Verhältnissen<br />
und der angewandten Temperatur sowohl das Mono- als auch das Bis-Addukt liefern.<br />
Man formuliere diese Reaktionen! Vom Ammoniak sind dagegen Monoaddukte allenfalls<br />
nur unter speziellen Bedingungen in brauchbarer Ausbeute zu fassen.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Addition von Aminen an vinyloge Carbonylverbindungen<br />
(Tab. 7.275)<br />
I<br />
Vorsicht! Die meisten vinylogen Carbonylverbindungen sind giftig oder tränenreizend.<br />
Abzug!<br />
A. Aliphatische Amine<br />
In einem 500-ml-Dreihalskolben mit Rührer, Tropftrichter, Rückflußkühler und Innenthermometer<br />
löst man 1,1 mol des betreffenden aliphatischen Amins in 150 ml Ethanol. Zu dieser<br />
Lösung wird unter Rühren l mol der frisch destillierten a,ß-ungesättigten Carbonylverbindung<br />
zugetropft, wobei die Innentemperatur unter 3O 0 C gehalten wird. Soll aus einem primären<br />
Amin ein Bis-Addukt hergestellt werden, verwendet man 2,5 mol der Carbonylkomponente.<br />
Der Ansatz bleibt bei Monoadditionen an Acrylonitril bzw. Methylvinylketon über Nacht,<br />
bei Monoadditionen an Acrylester 24 Stunden stehen. Für die Synthese von Bis-Addukten<br />
wird die Zeit verdoppelt. Dann destilliert man im Vakuum.<br />
B. Aromatische Amine<br />
In einem Rundkolben mit Rückflußkühler werden 0,5 mol des aromatischen Amins, 0,5 mol<br />
der frisch destillierten a,ß-ungesättigten Verbindung und 20 ml Eisessig 12 Stunden unter<br />
Rückfluß gekocht und dann im Vakuum destilliert.<br />
Tabelle 7.275<br />
Addition von Aminen an vinyloge Carbonylverbindungen<br />
Produkt<br />
3-Methylamino-propionsäureethylester4-Methyl-4-aza-heptandisäurediethylester3-Methylamino-propiononitril4-Methyl-4-aza-heptandinitril3-Piperidino-propionsäureethylester<br />
3-Piperidino-propiononitril<br />
3-Benzylamino-propionsäureethylester<br />
Ausgangsverbindungen<br />
Methylamin,<br />
Acrylsäureethylester<br />
Methylamin,<br />
Acrylsäureethylester<br />
Methylamin,<br />
Acrylonitril<br />
Methylamin,<br />
Acrylonitril<br />
Piperidin,<br />
Acrylsäureethylester<br />
Piperidin,<br />
Acrylonitril<br />
Benzylamin,<br />
Acrylsäureethylester<br />
Variante<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
652,3(17)<br />
122o,4(3)<br />
742,1(16)<br />
138oj(5)<br />
11023(17)<br />
H52,4(18)<br />
134o.3(2)<br />
« 2 D°<br />
1,421S 1 )<br />
1,4411<br />
1,4342 2 )<br />
1,4606<br />
1,4548<br />
1,4697<br />
1,5060<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
42<br />
80<br />
75<br />
80<br />
80<br />
90<br />
85<br />
4<br />
G
596 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Tabelle 7.275 (Fortsetzung)<br />
Produkt<br />
4-Benzyl-4-aza-heptandisäurediethylester3-Diethylamino-propiononitril<br />
4-Piperidino-butan-2-on<br />
3-Anilino-propionsäureethylester3-(p-Toluidino)-propionsäuremethylester<br />
3-Anilino-propiononitril<br />
3-(/?-Anisidino)propiononitril<br />
')"g<br />
2) ««<br />
3 )«£<br />
Ausgangsverbindungen<br />
Benzylamin,<br />
Acrylsäureethylester<br />
Diethylamin,<br />
Acrylonitril<br />
Piperidin,<br />
Methylvinylketon<br />
Anilin,<br />
Acrylsäureethylester<br />
p-Toluidin,<br />
Acrylsäuremethylester<br />
Anilin, Acrylonitril<br />
p-Anisidin,<br />
Acrylonitril<br />
Variante<br />
A<br />
A<br />
A<br />
B<br />
B<br />
B<br />
B<br />
Kp (bzw. F) n 2 ?<br />
in 0 C<br />
170o.i(i) 1,494l 3 )<br />
841J(13)<br />
1,4353<br />
101,^11) 1,4630<br />
146o,3(2)<br />
1500,8(6^6O<br />
(PhH-Petrolether)<br />
1600,8(6)^49<br />
(EtOHAV.)<br />
2212,8(21);F64<br />
(EtOHAV.)<br />
1,5313<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Die durch Säuren katalysierte Addition aromatischer Amine an a,ß-ungesättigte Aldehyde<br />
oder Ketone ist auch bei der Synthese von Chinolinen nach SKRAUP ([7.276]) bzw. DOEBNER-<br />
MILLER verwirklicht. Die «,^-ungesättigten Carbonylverbindungen werden hierbei häufig nicht<br />
als solche eingesetzt, sondern erst in der Reaktion dargestellt (z. B. Acrolein aus Glycerol, Crotonaldehyd<br />
aus Paraldehyd). An die Addition des Amins schließt sich eine sauer katalysierte<br />
Reaktion der Aldehydgruppe mit dem aromatischen Kern an (vgl. D.5.I.8.5.), die zum 1,2-<br />
Dihydrochinolin führt:<br />
NH2<br />
O Il<br />
H OH<br />
-H2O<br />
80<br />
85<br />
80<br />
50<br />
50<br />
80<br />
70<br />
[7.276]<br />
Dieses wird schließlich zum Chinolin dehydriert (SKRAUP) bzw. disproportioniert zum Tetrahydrochinolin-<br />
und Chinolinderivat (ÖOEBNER-MILLER; formulieren!)<br />
Zur Oxidation des Dehydrochinolins wird bei der Skraup-Synthese meist das dem eingesetzten<br />
Amin entsprechende Nitrobenzen verwendet. Als Dehydrierungsmittel eignen sich jedoch<br />
auch Arsenpentoxid, Eisen(III)-chlorid u. a.<br />
Man formuliere die Synthesen von 8-Hydroxy-chinolin (Antisepticum) und von 2- und 4-Methyl-chinolin<br />
(-> Polymethinfarbstoffe, vgl. D.7.2.1.12)!<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Darstellung von Chinolinen nach SKRAUP (Tab. 7.277)<br />
In einem 500-ml-Dreihalskolben mit Rührer, Innenthermometer, Tropftrichter und Rückflußkühler<br />
werden 0,4 mol des aromatischen Amins, 1,3 mol wasserfreies Glycerol und 0,47 mol<br />
Arsenpentoxid unter Rühren auf etwa 140 0 C erhitzt. Dann gibt man etwa die Hälfte von insgesamt<br />
UOg konz. Schwefelsäure in großen Portionen durch den Tropftrichter, den Rest tropfenweise<br />
zu, nachdem sich der anfänglich gebildete Niederschlag gelöst hat. Das Gemisch wird<br />
noch 4 Stunden bei 150 bis 155 0 C gehalten, nach dem Abkühlen in l l Wasser gegossen und<br />
über Nacht stehengelassen. Man filtriert und alkalisiert die saure Lösung unter sehr gutem
7.4.1.2. Addition von Wasser, Halogenwasserstoff, Schwefelwasserstoff, Alkoholen und ... 597<br />
Rühren tropfenweise mit konz. Natronlauge. Das alkalische Gemisch wird bei flüssigen Produkten<br />
mit Wasserdampf destilliert und das Destillat mehrfach ausgeethert. Man trocknet über Kaliumhydroxid,<br />
dampft den Ether ab und destilliert im Vakuum über eine 20-cm-Vigreux-Kolonne.<br />
Bei Feststoffen saugt man ab, trocknet das Rohprodukt im Vakuumexsikkator und fällt das<br />
Hydrochlorid, indem man in die Lösung der rohen Base in Aceton Chlorwasserstoff einleitet.<br />
Nach dem Absaugen wird in Wasser gelöst, mit Kohle gekocht, filtriert und die Base wie oben<br />
wieder in Freiheit gesetzt und abgesaugt. Schließlich kristallisiert man aus Wasser/Alkohol um.<br />
Tabelle 7.277<br />
Skraupsche Chinolinsynthese<br />
Produkt<br />
Chinolin 1 )<br />
6-Nitro-chinolin<br />
1 - Aza-phenanthren<br />
Ausgangsverbindung<br />
Acetanilid 2 )<br />
p-Nitranilin<br />
ß-Naphthylamin<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
H2l,9(14)<br />
FlSl(EtOHAV.)<br />
F93(Ligroin)<br />
1 J An Stelle von As2O5 0,25 mol Nitrobenzen als Oxidationsmittel verwenden.<br />
2 ) Wird im Reaktionsverlauf zu Anilin hydroylsiert.<br />
n 2 D0<br />
1,6218<br />
7.4.1.2. Addition von Wasser, Halogenwasserstoff, Schwefelwasserstoff,<br />
Alkoholen und Thiolen an vinyloge Carbonylverbindungen<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Die Addition von Alkoholen an acceptorsubstituierte Olefine gelingt in Gegenwart saurer<br />
oder (häufiger) alkalischer Katalysatoren:<br />
ROH + H2C=CH-COOR' RO-CH2-CH2-COOR' [7.278]<br />
In gleicher Weise läßt sich auch Wasser addieren, wobei entweder ß-Hydroxyverbindungen<br />
oder die entsprechenden ß,/?'-disubstituierten Diethylether entstehen. Man formuliere die<br />
Reaktion!<br />
Bei der Umsetzung von Ethylenglycol oder Glycerol mit Acrylonitril erhält man Addukte, die als Trennphasen<br />
in der Gaschromatographie eingesetzt werden. Cyanethylierte Cellulose wird für Spezialfasern verwendet.<br />
Die Addition von Schwefelwasserstoff und Thiolen verläuft leichter als die von Wasser und<br />
Alkoholen, da die Nucleophilie der Schwefelverbindungen höher liegt. So reagiert Methanthiol<br />
mit Acrolein schon ohne Katalysator (Kupfer(II)-acetat dient als Polymerisationsinhibitor).<br />
Die Addition von Halogenwasserstoff führt zu ß-Halogen-carbonylverbindungen und folgt<br />
hier nicht der Markovnikov-Regel. Man erkläre diesen Befund!<br />
Darstellung von/^Methylthio-propionaldehyd durch Addition von Methanthiol an Acrolein 1 )<br />
Achtung! Man beachte die in D.2.6.6. gegebenen Hinweise für den Umgang mit Thiolen!<br />
Acrolein ist stark tränenreizend!<br />
In einem 500-ml-Zweihalskolben mit Gaseinleitungsrohr und Rückflußkühler mit Gasableitungsrohr<br />
erwärmt man vorsichtig unter Durchleiten eines langsamen Stickstoffstromes 0,28<br />
mol S-Methyl-thiouroniumsulfat 2 ) mit 110 ml 5 N Natronlauge. Das freigesetzte gasförmige<br />
Methanthiol wird wie folgt durch zwei Waschflaschen (zweite mit verd. Schwefelsäure: l Vol.<br />
konz. Schwefelsäure, 2 Vol. Wasser) und einen Trockenturm mit Calciumchlorid in einen Vier-<br />
1 J nach PIERSON, E., u. a., J. Am. Chem. Soc. 70 (1948), 1450.<br />
2 ) Darstellung vgl. Org. Synth., CoIl. Vol. II (1943), 411.<br />
50<br />
50<br />
50
Ii<br />
598 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
halskolben mit Gaseinleitungsrohr, Rührer, Innenthermometer und Rückflußkühler mit<br />
Gasableitung geleitet:<br />
In diesem Kolben befinden sich 0,5 mol frisch<br />
destilliertes Acrolein und 0,25 g Kupfer(II)-acetat. Die Reaktionstemperatur soll 35 bis 40 0 C<br />
betragen (Kühlung im Eisbad). Nach etwa 90 Minuten ist das gesamte Thiouroniumsulfat zersetzt<br />
und die Reaktion beendet. Man fraktioniert im Vakuum unter Verwendung einer kurzen<br />
Vigreux-Kolonne. Kp^di) 53 0 C; ng> 1,4850; Ausbeute 60%.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Addition von Halogenwasserstoff an vinyloge Carbonylverbindungen<br />
(Tab. 7.279)<br />
Man leitet unter Feuchtigkeitsausschluß trockenen Halogenwasserstoff in 0,2 mol der frisch<br />
destillierten vinylogen Carbonylverbindung, die in Eis-Kochsalz-Mischung auf etwa -1O 0 C<br />
abgekühlt wird, mit einer solchen Geschwindigkeit ein, daß die Temperatur im Kolben nicht<br />
über -5 0 C ansteigt. Nach Aufnahme der theoretischen Gasmenge (Massekontrolle!) läßt man<br />
den verschlossenen Kolben bei O 0 C über Nacht stehen. Das Reaktionsgemisch wird nacheinander<br />
mit Wasser, 10%iger Natriumhydrogencarbonatlösung und nochmals mit Wasser gewaschen,<br />
über Magnesiumsulfat getrocknet und destilliert.<br />
Tabelle 7.279<br />
Addition von Halogenwasserstoff an vinyloge Carbonylverbindungen<br />
Produkt Ausgangsverbindungen Kp in 0 C rig Ausbeute<br />
3-Chlor-propiononitril<br />
3-Brom-propiononitril<br />
3-Chlor-propionsäureethylester<br />
3-Brom-propionsäuremethylester<br />
3-Brom-propionsäureethylester<br />
3-Brom-isobuttersäuremethylester<br />
2 )n{8<br />
Chlorwasserstoff,<br />
Acrylonitril<br />
Bromwasserstoff,<br />
Acrylonitril<br />
Chlorwasserstoff,<br />
Acrylsäureethylester<br />
Bromwasserstoff,<br />
Acrylsäuremethylester<br />
Bromwasserstoff,<br />
Acrylsäureethylester<br />
Bromwasserstoff,<br />
Methacrylsäuremethylester<br />
872j(20)<br />
923,3(25)<br />
803,9(29)<br />
652)4(i8)<br />
7S2^19)<br />
762,9(22)<br />
7.4.1.3. Addition von CH-aciden Verbindungen an vinyloge<br />
Carbonylverbindungen (Michael-Addition)<br />
1,4360<br />
!,4789 1 )<br />
1,4254<br />
1,4542<br />
1,45692)<br />
1,4551<br />
Von besonderer präparativer Bedeutung sind die Additionsreaktionen CH-acider Verbindungen<br />
an vinyloge Carbonylverbindungen in Gegenwart basischer Katalysatoren. Die Umsetzungen<br />
verlaufen besonders glatt mit ß-Dicarbonylverbindungen (warum?), aber auch gut mit<br />
Ketonen und Nitrilen vom Typ des Benzylcyanids. Sie werden häufig als Michael-Addition<br />
bezeichnet. Man formuliere entsprechend [7.272] z. B. die Addition von Malonsäurediethylester<br />
an Acrylsäureethylester in Gegenwart von Natriumalkoholat!<br />
Besitzt die CH-acide Komponente mehrere reaktionsfähige Wasserstoffatome, so können<br />
außer dem Monoaddukt auch Mehrfachaddukte gebildet werden. Das Monoaddukt läßt sich<br />
meist in guter Ausbeute erhalten, wenn die CH-acide Komponente im Überschuß eingesetzt<br />
oder durch ein Lösungsmittel verdünnt wird.<br />
95<br />
90<br />
80<br />
80<br />
90<br />
80
D. 7.4.1.3. Addition von CH-aciden Verbindungen an vinyloge Carbonylverbindungen 599<br />
Interessant ist die Addition von Aldehyden an vinyloge Carbonylverbindungen. Da der<br />
Aldehydwasserstoff nicht CH-acid ist und der Carbonylkohlenstoff ein elektrophiles Zentrum<br />
darstellt, muß dessen Reaktivität zunächst umgepolt werden. Wie bei der Acyloinkondensation<br />
(vgl. D.7.2.1.6.) geschieht dies bei aromatischen Aldehyden mit Cyanidionen:<br />
CN<br />
Pri ö OH<br />
NC IOI°<br />
-CN"<br />
Ph<br />
[7.280]<br />
Das intermediär gebildete Carbeniumion läßt sich nun an vinyloge Carbonylverbindungen<br />
addieren, wobei nach Rückbildung des Katalysators (CN - ) y-Dicarbonylverbindungen entstehen.<br />
Mit enolisierbaren aliphatischen Aldehyden katalysiert das stark basische Cyanid die Aldolreaktion.<br />
Das Cyanid läßt sich vorteilhaft durch heterocyclische Zwitterionen, gebildet aus heterocyclischen Quartärsalzen,<br />
insbesondere des 1,3-Thiazols, ersetzen. Dieser Vorgang ist bereits in [7.139] ausführlich formuliert<br />
worden. VgI. die Originalliteratur am Ende der Allgemeinen Arbeitsvorschriften.<br />
Anstelle der vinylogen Carbonylverbindungen können häufig für Michael-Additionen auch direkt die<br />
entsprechenden Mannich-Basen (vgl. D.7.2.1.5.) eingesetzt werden. Die Umsetzung verläuft nach einem<br />
Eliminierungs-Additions-Mechanismus über die vinylenhomologe Carbonyl- bzw. carbonylanaloge Verbindung;<br />
z. B. bildet sich aus Gramin (vgl. [7.143]) und Benzaldehyd in der oben beschriebenen Weise mit<br />
CN - als Katalysator das co-(Indol-3-yl)acetophenon:<br />
NMe2<br />
O<br />
JL (CN0 )<br />
- HNMe2<br />
[7.281]<br />
Häufig komplizieren sich die Verhältnisse bei Michael-Reaktionen noch dadurch, daß sich an die Addition<br />
Aldolreaktionen oder Claisen-Kondensationen anschließen können. Das ist beispielsweise der Fall,<br />
wenn man Malonsäureester mit Mesityloxid in Gegenwart äquimolarer Mengen Natriumalkoholat<br />
umsetzt. Diese Reaktion ist als Zugang zu Cyclohexan-l,3-dionen wichtig:<br />
Me<br />
COOR<br />
COOR<br />
H COOR<br />
-ROH<br />
[7.282]<br />
Andererseits ist die Michael-Addition häufig eine Folgereaktion bei Aldolkondensationen. So setzen<br />
sich z. B. die unter den Bedingungen der Knoevenagel-Reaktion (D.7.2.1.4.) aus ß-Dicarbonylverbindungen<br />
und Aldehyden gebildeten a,ß-ungesättigen Produkte oft mit einem weiteren Molekül der ß-Dicarbonylverbindung<br />
im Sinne einer Michael-Addition zur Alkyliden-bis(ß-dicarbonyl)-verbindung um, z. B.:<br />
H H<br />
^CH3<br />
COOR 1<br />
COOR'<br />
CH3<br />
H2O (Knoevenagel) [7.283a]
600 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
COOR' COOR' R'OOC COOR'<br />
Diese Tendenz ist vor allem beim Formaldehyd stark ausgeprägt.<br />
Die durch basische Katalysatoren bedingten Nebenreaktionen bei der Umsetzung von Aldehyden und<br />
Ketonen lassen sich vermeiden, wenn man an Stelle der CH-aciden Komponente das entsprechende Enamin<br />
(vgl. D.7.1.1.) einsetzt.<br />
Während aus den Aldehydenaminen meist stabile, unzersetzt destillierbare Cyclobutanderivate entstehen,<br />
spalten sich die aus Ketonenaminen und elektrophilen Olefinen zunächst erhältlichen Cyclobutane<br />
bei erhöhter Temperatur wieder in die Ausgangskomponenten, die dann die thermodynamisch begünstigten<br />
acyclischen Verbindungen liefern (thermodynamische Kontrolle), vgl. [7.284]. Die Bildung der offenkettigen<br />
Produkte ist auch in polaren aprotonischen Lösungsmitteln begünstigt (vgl. C.3.3.); man überdenke<br />
diesen Einfluß des Reaktionsmediums!<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Michael-Addition (Tab. 7.285)<br />
[7.284]<br />
Achtung! Viele a,ß-ungesättigte Carbonylverbindungen sind giftig und tränenreizend.<br />
Abzug!<br />
In einem 1-1-Dreihalskolben mit Rührer, Innenthermometer, Tropftrichter und Rückflußkühler<br />
wird l mol der CH-aciden Komponente vorgelegt. Man gibt eine Katalysatorlösung aus<br />
0,5 g Natrium in 10 ml Alkohol oder l g Kaliumhydroxid in 10 ml Alkohol zu und tropft unter<br />
gutem Rühren 1,1 mol der frisch destillierten a,/?-ungesättigten Komponente so zu, daß die<br />
Temperatur zwischen 3O 0 C und 4O 0 C gehalten werden kann. Zur Darstellung von Di-, Tribzw.<br />
Tetraaddukten werden entsprechend 2, 3 bzw. 4 mol a,ß-ungesättigte Komponente pro<br />
mol CH-acider Verbindung angewandt. Ist in der CH-aciden Verbindung mehr als ein acides<br />
Wasserstoffatom vorhanden und soll ein Monoaddukt dargestellt werden, wendet man 2 mol<br />
CH-acider Verbindung pro mol a,ß-ungesättigter Komponente an. Man achte unbedingt darauf,<br />
daß die Reaktion schon nach dem Eintropfen eines kleinen Teils der vinylogen Carbonylverbindung<br />
anspringt (Temperaturanstieg). Anderenfalls muß mehr Katalysator zugefügt werden.<br />
Nach beendeter Zugabe bleibt der Ansatz ohne weiteres Rühren über Nacht stehen. Sich<br />
direkt aus der Reaktionslösung fest abscheidende Produkte werden abgesaugt, mit Wasser<br />
gewaschen und umkristallisiert. Im anderen Falle versetzt man mit etwa gleichen Volumina<br />
Dichlormethan oder Diethylether, neutralisiert mit der äquimolaren Menge Eisessig und<br />
wäscht mit Wasser. Nach dem Trocknen über Magnesiumsulfat wird destilliert. Wurde ein mit<br />
Wasser mischbares Lösungsmittel angewandt (vgl. Tab. 7.285), so destilliert man dieses vor der<br />
eben beschriebenen Behandlung ab.
Tabelle 7.255<br />
Michael- Addition<br />
Produkt<br />
D. 7.4.1.3. Addition von CH-aciden Verbindungen an vinyloge Carbonylverbindungen 601<br />
Bis(2-cyan-ethyl)malonsäurediethylesterAcetamido(2-cyan-ethyl)malonsäurediethy<br />
lester 1 )<br />
2-(2-Cyan-ethyl)acetessigsäureethylester3,3',3",3'"-(l-Oxo-cyclopentan-2,2,5,5-tetrayl)tetrapropiononitrill-(2-Cyan-ethyl)-2-oxocyclohexan-1-carbonsäureethylester<br />
3-Phenyl-pentan- 1 ,3 ,5tricarbonitrilN-(2-Cyan-ethyl)-e-caprolactam<br />
5 )<br />
5-Acetyl-2,8-dioxo-nonan-<br />
5-carbonsäureester<br />
3-Isopropyl-2,6-dioxoheptan-3-carbonsäureethylestera-(3-Oxo-butyl)benzylcyanid<br />
9-Hydroxy-decalin-2-on<br />
2-Oxo-l-(3-oxo-butyl)cyclohexan-1-carbonsäureethylester5-Oxo-2,3-diphenyl-hexannitri!<br />
1 - Acetamido-4-oxo-butan-<br />
1,1-dicarbonsäureethyl-<br />
pctprä^ Ca ici j<br />
2-Oxo-6-phenyl-cyclohex-<br />
3-en-l -carbonsäureethylester2-Acetyl-glutarsäurediethylesterHeptan-l,3,3-tricarbonsäuretriethylester<br />
Ausgangsverbindungen<br />
Malonsäurediethylester,<br />
Acrylonitril<br />
Acetamidomalonsäurediethylester<br />
2 ), Acrylonitril<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Acrylonitril<br />
Cyclopentanon 3 ),<br />
Acrylonitril<br />
2-Oxo-cyclohexan- 1 -carbonsäureethylester,<br />
Acrylonitril<br />
Benzylcyanid 4 ), Acrylonitril<br />
£-Caprolactam, Acrylonitril<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Methylvinylketon<br />
2-Acetyl-3-methyl-butansäureethylester,<br />
Methylvinylketon<br />
Benzylcyanid,<br />
Methylvinylketon<br />
Cyclohexanon,<br />
Methylvinylketon<br />
2-Oxo-cyclohexan-l-carbonsäureethylester,<br />
Methylvinylketon<br />
Benzylcyanid,<br />
Benzylidenaceton 7 )<br />
Acetamidomalonsäurediethylester<br />
2 ), Acrolein<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Zimtaldehyd<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Acrylsäureethylester<br />
Butylmalonsäurediethylester,<br />
Acrylsäureethylester<br />
Kp (bzw. F) n 2 »<br />
in 0 C<br />
F 62 (EtOH)<br />
F 94 (EtOH)<br />
1210,3(2) 1,44469)<br />
F 176 (DMF)<br />
1420,04(0,3) 1,47009)<br />
F 70 (EtOH)<br />
1300,01(0>1)<br />
16Qo.i(i)<br />
13Qo.i(i) 1,4825 1 O)<br />
155o,3(2)<br />
F148(Methylcyclohexan)<br />
6 )<br />
140o.o6(o.5) 1,47309)<br />
184o,id)<br />
ohne Reinigung<br />
weiterverarbeiten<br />
162o,7(5) 1,5635<br />
1350,5(4)<br />
1,4416<br />
1 I 2 O1O1(Oj) 1,4398»)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
1<br />
J Ausgangsprodukt für Glutaminsäure durch Verseifung und für Ornithin durch Hydrierung und<br />
anschließende Verseifung: ALBERTSON, N. F.; ARCHER, S., J. Am. Chem. Soc. 67 (1945), 2043.<br />
2<br />
) in 500 ml EtOH<br />
3<br />
) in 200 ml PhH<br />
4) in 250 ml EtOH<br />
5 0 0<br />
) Caprolactam schmelzen (70 C); Reaktionsgemisch insgesamt 3 Stunden auf 80 C halten. Produkt ist<br />
Vorstufe für Ödiger-Base ( vgl. D.3.1.1.2), es kann als Rohprodukt weiterverarbeitet werden.<br />
6) Auch Sublimation bei 115 0 C und 0,05 kPa (0,4 Torr) möglich.<br />
7) in 100 ml Et2O<br />
8<br />
) Ausgangsprodukt zur Darstellung von Tryptophan: MOE, O. A.; WARNER, D. T., J. Am. Chem. Soc. 70<br />
(1948), 2763, 2765; Produkt wird ohne Reinigung weiterverarbeitet.<br />
90<br />
70<br />
60<br />
95<br />
85<br />
80<br />
55<br />
80<br />
65<br />
60<br />
30<br />
70<br />
80<br />
85<br />
50<br />
65<br />
80
\<br />
602 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Succinonitril aus Blausäure und Acrylonitril: TERENTEV, A. F; KOST, A. N, Zh. Obshch.<br />
Khim. 21 (1951), 1867;<br />
3-(Indol-3-yl)propiononitril aus Indol und Acrylonitril: TERENT-EV, A. R; KOST, A. N; SMIT,<br />
V. A., Zh. Obshch. Khim. 26 (1956), 557;<br />
3-(2~Oxo-cyclohex-l-yl)propiononitril aus Cyclohexanon und Acrylonitril: BRUSON, H. A.;<br />
RIENER, T. W., J. Am. Chem. Soc. 64 (1942), 2850;<br />
l-Phenyl-pentan-l,4-dion aus Benzaldehyd und Methylvinylketon: STETTER, H.; SCHRECKEN-<br />
BERG, M., Chem. Ber. 107 (1974), 2453; STETTER, H., Angew. Chem. 88 (1976), 695;<br />
Undecan-2,5-dion aus But-3-en-2-on (Methylvinylketon) und Heptanal in Gegenwart von<br />
3-Benzyl-5-(2-hydroxyethyl)-4-methyl-l,3-thiazoliumchlorid: STETTER, H.; KUHLMANN, H.;<br />
HAASE, W; Org. Synth. 65 (1987), 26;<br />
4-Oxo-4-(pyrid-3-yl)butyronitril aus Pyridin-3-carbaldehyd und Acrylonitril: STETTER, H.;<br />
KUHLMANN, H.; LORENZ, Q, Org. Synth. 59 (1980), 53.<br />
Darstellung von 2^-MethyIenbis(l,3-dioxo-cyclohexan) 1 )<br />
0,15 mol Cyclohexan-l,3-dion werden in 300 ml Wasser gelöst, 0,12 mol wäßr. Formaldehydlösung<br />
zugegeben und vorsichtig bis eben zur Trübung erhitzt. Dann läßt man über Nacht bei<br />
Raumtemperatur stehen, filtriert ab und wäscht mit Wasser. Ausbeute quantitativ; F132 0 C.<br />
Die analoge Reaktion mit 5,5-Dimethyl-cyclohexan-l,3-dion (Dimedon) dient in der qualitativen<br />
und quantitativen Analyse zum Nachweis bzw. zur Bestimmung von Formaldehyd und<br />
anderen Aldehyden.<br />
Dimedon kann man durch Ketonspaltung des nach [7.282] erhaltenen Produkts darstellen:<br />
SHRINER, R. L.; TODD, H. R., Org. Synth., CoIl. Vol. II (1943), 200.<br />
Die Michael-Addition hat eine außerordentlich große präparative Bedeutung, da es auf<br />
diese Weise gelingt, mit einem Reaktionsschritt die Kohlenstoffkette einer Verbindung um<br />
mehrere Kohlenstoffatome zu verlängern.<br />
Ein instruktives Beispiel wird nachstehend formuliert:<br />
[7.286]<br />
Die Addition von Methylvinylketon an 2-Methyl-cyclohexan-l-on mit nachfolgender Cyclisierung durch<br />
Aldolkondensation führt zu einem Octalon ([7.286], I) mit angulärer Methylgruppe. Man erkennt, daß<br />
diese Verbindung die Ringe A und B der Stereoide enthält (vgl. II). Da die Michael-Addition außerdem<br />
weitgehend stereospezifisch verläuft, hat sie größte Bedeutung für Stereoidsynthesen, deren bekannte<br />
Varianten alle eine Michael-Addition des formulierten Typs enthalten.<br />
In die Reihe des 1,4-Dihydropyridins kommt man, wenn man nach HANTZSCH Acetessigester mit Ammoniak<br />
bzw. einem primären Amin und einem Aldehyd behandelt.<br />
Dabei entstehen einerseits die ß-Amino- bzw. ß-Alkylamino-crotonsäureethylester [7.12] und andererseits<br />
in einer Knoevenagel-Reaktion die Alkyliden- bzw. Aralkylidenacetessigester [7.283a]. Diese beiden<br />
Komponenten reagieren dann in einer Michael-Addition [7.287a] und anschließend unter Cyclisierung zum<br />
l,4-Dihydropyridin-3,5-dicarbonsäureester, der sich, sofern Ammoniak eingesetzt wurde, leicht (z. B. durch<br />
nitrose Gase) zum entsprechenden Pyridindicarbonsäureester dehydrieren läßt ([7.287b]).<br />
Die als Zwischenprodukte genannten Stoffe können auch für sich hergestellt und erst dann zum Endprodukt<br />
umgesetzt werden. Dieses Ringschlußprinzip ist für die Synthese von Pyridinderivaten äußerst fruchtbar.<br />
1 J STETTER, H., Angew. Chem. 67 (1955), 769.
R'OOC H<br />
-H2O<br />
D. 7.4.1.3. Addition von CH-aciden Verbindungen an vinyloge Carbonylverbindungen 603<br />
COOR'<br />
H R<br />
R'OCXX X /COOR'<br />
H3C" N CH3<br />
H<br />
H R<br />
COOR'<br />
H3C N CH3<br />
[7.287a]<br />
[7.287b]<br />
Die HANTZscH-Synthese wird technisch genutzt, z. B. zur Darstellung von 2,6-Dimethyl-4-(2-nitrophenyl)l,4-dihydropyridin-3,5-dicarbonsäurediethylester<br />
(Nifedipin), einem wichtigen Coronar-Therapeuticum.<br />
Die Michael-Addition der Enamine vom Typ [7.287a] an p-Benzochinon (Nenitzescu-Reaktion)<br />
führt zu den physiologisch interessanten 5-Hydroxy-indolen. Beispielsweise erhält man<br />
aus Af-monosubst. Ammofurmar- (bzw. -malein)säureestern und p-Benzochinon in Gegenwart<br />
von Bortrifluorid meist in guten Ausbeuten 5-Hydroxy-indol-2,3-dicarbonsäureester:<br />
HN iR<br />
COOEt<br />
COOEt<br />
(BF3)<br />
[7.288]<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von jY-substituierten 5-Hydroxy-indol-2,3-dicarbonsäuredimethylestern<br />
(Tab. 7.289)<br />
0,02 mol Af-substituierter Aminofumarsäuredimethylester werden in 50 ml wasserfreiem Diethylether<br />
gelöst und unter gutem Rühren tropfenweise mit einer Mischung aus 0,02 mol p-Benzochinon<br />
und 0,02 mol Bortrifluoridetherat in 100 ml abs. Diethylether versetzt. Man läßt über Nacht<br />
stehen. Fest ausgefallene Produkte werden abgesaugt, mit Wasser gewaschen, in Methanol aufgenommen,<br />
nach evtl. Einengen der Lösung erneut abgesaugt und umkristallisiert. Ist bei der Reaktion<br />
keine Kristallisation eingetreten, so wäscht man die etherische Phase mit 50 ml Wasser, extrahiert<br />
die wäßrige Phase noch zweimal mit Ether, engt die vereinigten Extrakte etwas ein und filtriert<br />
über trockenes Aluminiumoxid (Aktivitätsstufe 1). Man wäscht mit Dioxan nach, dampft das<br />
Lösungsmittel im Vakuum auf dem Wasserbad ab und kristallisiert um.<br />
Tabelle 7.259<br />
5-Hydroxy-indole durch Michael-Addition an p-Benzochinon<br />
Produkt Ausgangsverbindung F<br />
in 0 C<br />
5-Hydroxy-l-methyl-indol-2,3dicarbonsäuredimethylesterl-te/t-Butyl-5-hydroxy-indol-2,3dicarbonsäuredimethylesterl-Benzyl-5-hydroxy-indol-2,3dicarbonsäuredimethylester<br />
5-Hydroxy-l -phenyl-indol-2,3dicarbonsäuredimethylester<br />
N-Methyl-aminofumarsäuredimethylesterN-tert-Butyl-aminofumarsäuredimethylesterN-Benzyl-aminofumarsäuredimethylesterN-Phenyl-aminofumarsäuredimethylester<br />
158 80<br />
(CH2Cl2 : CCl4 l: 1)<br />
246 (Toluen) 20<br />
159 (MeOH) 90<br />
208 (Dichlorethan) 60<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
*G
604 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
5-Hydroxy-2-methyl-indol-3-carbonsäurealkylester aus ß-Amino-crotonsäureestern undp-Benzochinonen:<br />
PATRICK, J. B.; SAUNDERS, E. K., Tetrahedron Lett. 1979 (42), 4009.<br />
7.4.1.4. Addition von Säureamiden an vinyloge Carbonylverbindungen<br />
Auch unsubstituierte oder monosubstituierte Säureamide lagern sich an a,/?-ungesättigte Carbonylverbindungen<br />
und Nitrile an. Diese Reaktion muß stets durch Basen katalysiert werden.<br />
Besonders geeignet sind Säureimide, wie Phthalimid und Succinimid, sowie Sulfonsäureamide,<br />
die durch den Katalysator sehr leicht in die eigentlich additionsfähige basische Form übergeführt<br />
werden (vgl. [8.49]).<br />
Die Additionsprodukte sind deswegen von Interesse, weil durch Verseifung der Säureamidgruppe<br />
ß-Aminoethylverbindungen erhalten werden können. Diese lassen sich durch direkte<br />
Addition von Ammoniak bzw. Monoalkylaminen schlecht herstellen, so beispielsweise das<br />
ß-Alanin, für dessen Darstellung im Laboratorium die folgende Vorschrift günstig ist.<br />
Darstellung von)?-Alanin<br />
ß-Phthalimido-propiononitril durch Cyanethylierung von Phthalimid<br />
In einem 1-1-Dreihalskolben mit Rührer, Rückflußkühler und Thermometer werden 2 mol<br />
Phthalimid, 130 ml Dimethylformamid und 2,5 mol Acrylonitril im Wasserbad auf 6O 0 C<br />
erwärmt. Dann werden unter Rühren auf einmal 4 ml 50%ige Kalilauge zugegeben, worauf<br />
gewöhnlich die Reaktion sofort einsetzt. Wenn nach einigen Minuten noch kein Temperaturanstieg<br />
zu beobachten ist, wird noch mehr Kalilauge zugefügt. Die notwendige Menge Lauge<br />
hängt von der Qualität des Phthalimids ab, das möglichst frei von Phthalamidsäure sein soll.<br />
Die Innentemperatur steigt schnell auf etwa 120 0 C an. Die klare, schwach gelbe Lösung wird<br />
noch 20 bis 30 Minuten bei etwa 12O 0 C gehalten, dann läßt man etwas abkühlen und gießt<br />
unter ständigem Rühren in etwa 2 l kaltes Wasser. Das muß geschehen, ehe die Kristallisation<br />
im Kolben einsetzt. Die farblosen Kristalle werden abgesaugt und mit kaltem Wasser gewaschen.<br />
F154 0 C (EtOH); Ausbeute 95%.<br />
Hydrolyse von ß-Phthalimido-propiononitril zu ß-Alanin<br />
In einem 3-1-Rundkolben werden 2 mol /?-Phthalimido-propiononitril (Rohprodukt) mit 900 ml<br />
20%iger Salzsäure 5 Stunden unter Rückfluß gekocht. Die gebildete Phthalsäure fällt nach etwa 4<br />
Stunden schlagartig aus und verursacht starkes Stoßen (Kolben gut einspannen). Man gießt noch<br />
heiß in ein Becherglas und läßt unter häufigem Rühren erkalten. Dann wird die ausgefallene<br />
Phthalsäure abgesaugt und sorgfältig mit Wasser gewaschen. Die vereinigten Filtrate dampft man<br />
auf dem siedenden Wasserbad im Wasserstrahlvakuum zur Trockne und trocknet noch l Stunde<br />
unter den gleichen Bedingungen. Zu dem noch heißen Abdampfrückstand gibt man 150 ml<br />
Methanol, arbeitet gut durch und saugt ab. Der Filterrückstand wird noch zweimal in gleicher<br />
Weise mit je 100 ml Methanol behandelt. Die vereinigten Methanolextrakte werden nach Abkühlen<br />
nochmals filtriert und bis zur schwach alkalischen Reaktion mit Tributylamin oder Diethylamin<br />
versetzt, wodurch die auf den isoelektrischen Punkt gebrachte Aminosäure ausfällt. Man filtriert<br />
und wäscht mit Methanol. F 200 0 C; Ausbeute 80 % (bezogen auf Phthalimid).<br />
7.4.1.5. Substitutionsreaktionen an vinylogen Carbonylverbindungen<br />
Abgangsgruppen wie Cl > OCH3 > SCH3 > NR2 1 ) die sich in /^-Position an vinylogen Carbonylverbindungen<br />
befinden, lassen sich über einen Additions-Eliminierungs-Mechanismus<br />
durch Basen bzw. CH-acide Verbindungen substituieren. Beispielsweise sind so aus ß-Chlor-<br />
l ) In dieser Reihenfolge nimmt die Austrittstendenz ab.
D. 7.4.1.5. Substitutionsreaktionen an vinylogen Carbonylverbindungen 605<br />
vinylaldehyden und -ketonen (man erkläre, weshalb diese als vinyloge Carbonsäurechloride<br />
aufgefaßt werden können) (ß-Amino-vinyl)carbonyl-Verbindungen darstellbar:<br />
H3C-NH2 + CI-CH=CH-CH=QI - H3C^NH-CH^CH=CH^QI°<br />
-* H3C-NH-CH=CH-CH=O<br />
— HCI<br />
C H r C\ [7.290]<br />
Meist reagiert bei solchen Umsetzungen gleichzeitig auch die Carbonylgruppe; man nutzt<br />
dies für mehrstufige Cyclokondensationen aus. Durch Reaktion von ß-Chlor-zimtaldehyd mit<br />
Thioglycolsäureester erhält man z. B. auf diese Weise substituierte Thiophene:<br />
COOEt [7.291]<br />
Man formuliere die Reaktion von ß-Chlor-acrolein mit Hydrazin zum Pyrazol!<br />
Ein weiteres Beispiel ist die Reaktion von ß-Chlor-vinylketonen mit Enaminen (vinyloge<br />
Elektronendonorverbindungen, vgl. D.7.4.2.) zu Pyryliumsalzen:<br />
[7.292]<br />
Vinyloge heteroanaloger Carbony !Strukturen, wie Carbimmonium Verbindungen<br />
I I © \<br />
R-C=C-C=NR2 und Nitrile mit geeigneten Abgangsgruppen in ß-Stellung, reagieren analog.<br />
Aus den Nitrilen entstehen dabei unter intramolekularer Addition heteroaromatische Amine,<br />
z. B. aus Ethoxymethylencyanessigester (vgl. Tab. 7.172) und Hydrazinhydrat ein 3(5)-Aminopyrazol-4-carbonsäureester:<br />
COOR COOR COOR<br />
— ^NH2 — H-V^NH2 [7 ' 293]<br />
I<br />
H<br />
Dieser kann mit Formamid zu 4,5-Dihydro-4//-pyrazolo[3,4-d]pyrimid-4-on (Allopurinol), einem wichtigen<br />
Antiarthriticum, kondensiert werden.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von 3- bzw. S-Amino-pyrazoI-4-carbonsäurederivaten<br />
(Tab. 7.294)<br />
In einem 100-ml-Kolben versetzt man ein Gemisch aus 20 mmol der Nitrilkomponente und<br />
20ml Ethanol unter Umschütteln portionsweise mit dem Hydrazin (30 mmol 80%iges Hydrazinhydrat<br />
bzw. 20 mmol Phenylhydrazin in 5 ml Ethanol). Man erhitzt eine Stunde unter Rückfluß<br />
auf dem Wasserbad, läßt erkalten, entnimmt eine Probe und verdünnt mit Wasser. Fällt<br />
beim Anreiben das Produkt aus, wird das gesamte Reaktionsgemisch in das doppelte Volumen<br />
Wasser eingerührt und nach 24 Stunden abgesaugt. Bleibt die Fällung aus, engt man auf dem
606 D. 7. Reaktionen von Carbony l Verbindungen<br />
Wasserbad zur Trockne ein, verreibt den Rückstand mit wenig Wasser und saugt ab. Anschließend<br />
kristallisiert man um.<br />
Tabelle 7.294<br />
3- bzw. 5-Amino-pyrazol-4-carbonsäurederivate<br />
Produkt Ausgangsverbindungen F<br />
in 0 C<br />
3-bzw. 5-Amino-pyrazol-<br />
4-carbonsäureethylester<br />
3- bzw. 5-Ammo-pyrazol-<br />
4-carbonitril<br />
5-Amino-1 -phenyl-pyrazol-<br />
4-carbonsäureethylester 1 )<br />
5-Amino-1-phenyl-pyrazol-<br />
4-carbonitril<br />
5-Amino-3-methylthio-l -phenylpyrazol-4-carbon-säuremethylester<br />
2 ) 3 )<br />
3-Amino-5-methylthio-pyrazol-<br />
4-carbonitril<br />
2-Cyan-3-ethoxy-prop-2-ensäure- 103 75<br />
methylester, Hydrazinhydrat (wenig W.)<br />
Ethoxyrnethylenmalononitril, 175 (W.) 85<br />
Hydrazinhydrat<br />
Ethoxymethylencyanessigsäure- 100 70<br />
ethylester, Phenylhydrazin (Essigester)<br />
Ethoxyrnethylenmalononitril, 138 (W.) 85<br />
Phenylhydrazin<br />
2-Cyan-3,3-bis(methylthio)prop-2- 114 90<br />
ensäuremethylester, Phenylhydrazin (Petrolether)<br />
Bis(methylthio)methylenmalono- 151 (W.) 90<br />
nitril, Hydrazinhydrat<br />
!) Das nach dem Eindampfen anfallende Öl wird mit Benzen angerieben.<br />
2 ) Als Lösungsmittel Methanol verwenden.<br />
3 ) Methanthiolentwicklung, Abzug!<br />
7.4.2. Reaktionen, vinyloger Elektronendonorverbindungen -<br />
Enolate, Enole, Enolether, Enamine<br />
Ausbeute<br />
Vinyloge Elektronendonorverbindungen leiten sich von enolisierten Carbonylverbindungen ab:<br />
i ,?<br />
H-C-C<br />
I \<br />
\ P H<br />
/ C=C \<br />
[7.295]<br />
Ihre Reaktivität gegenüber den meisten Elektrophilen entspricht etwa der in [7.296] angegebenen<br />
Reihenfolge:<br />
\ ClOH<br />
C=C<br />
/° \<br />
I<br />
\ ciOR<br />
C=C<br />
/^ \<br />
n<br />
\ ClOSiR3 x CINR2 \ c]PI<br />
C=C < C=C < C=C<br />
/° \ /^ \ /" \<br />
III IV<br />
[7.2%]<br />
Das endständige Kohlenstoffatom der vinylogen Elektronendonorverbindungen reagiert<br />
infolge seiner Negativierung im Prinzip wie die Donorgruppe selbst, d. h., Elektrophile greifen<br />
bevorzugt an diesem Kohlenstoffatom an. In [7.297] ist dies am Beispiel eines Enamins (IV),<br />
formuliert:<br />
H HNR2<br />
E 0 . C=C<br />
H CxNR2<br />
E-C 1 C<br />
I \ -H<br />
E INR2<br />
/ C=C \<br />
[7.297]<br />
Carbonylverbindungen können mit Elektrophilen über die Enole als Zwischenprodukte reagieren.
D. 7.4.2.1. Alkylierung von Carbonylverbindungen 607<br />
Bei einfachen Aldehyden und Ketonen liegt das Keto-Enol-Gleichgewicht [7.295] weit auf der Seite der<br />
Carbonylverbindung, ihr Enolgehalt ist sehr gering (vgl. D.7.2.I.8.). ß-Oxo-carbonsäureester und ß-Diketone<br />
sind demgegenüber wesentlich stärker enolisiert. Die Einstellung des Keto-Enol-Gleichgewichts wird<br />
durch Protonen katalysiert.<br />
Die elektrophilen Reagenzien (E®) greifen in Analogie zu [7.297] an dem zur Carbonylgruppe<br />
a-ständigen Kohlenstoffatom an:<br />
Das Enol wird durch die Reaktion mit dem Elektrophil ständig dem Gleichgewicht entzogen, so daß<br />
auch nur in geringem Maße enolisierte Carbonylverbindung noch gut reagieren können (vgl. z. B. die sauer<br />
katalysierte Aldolkondensation [7.104], die Halogenierung [7.308] sowie die Umsetzung CH-acider Verbindungen<br />
mit salpetriger Säure D.8.2.3. und mit Diazoniumsalzen D.8.3.3. und [9.45]).<br />
Die Bedeutung der Enolether ([7.296] II) für die präparative Chemie ist relativ gering.<br />
Genannt wurden schon die saure Hydratisierung bzw. Alkoholaddition z. B. bei dem wichtigen<br />
cyclischen Enolether 3,4-Dihydro-2H-pyran (vgl. [7.26] und [9.21]) und die Polymerisation.<br />
Bedeutsamer sind die Silylenolether ([7.296] III), die man u. a. durch Silylierung der Enolate<br />
von Carbonylverbindungen mit Trimethylchlorsilan erhält. Auch sie reagieren in ß-Position mit<br />
Elektrophilen. So lassen sie sich beispielsweise mit SNl-aktiven Alkylhalogeniden in Gegenwart<br />
von Lewis-Säuren, z. B. TiCl4 alkylieren, was eine tert-Alkylierung von Aldehyden, Ketonen<br />
und Carbonsäuren in a-Position erlaubt, die mit Hilfe von Basen nicht möglich ist<br />
(warum?).<br />
l 9 \Z3** \ P- SiM ^g t. Me3^11 v , *3 + .RCI(TiCI4) ^UMOUJ- „ „ g J><br />
^299J<br />
I \ / \ -Me3SiOH i \<br />
Mit Aldehyden und Ketonen reagieren Silylenolether in Gegenwart von Lewis-Säuren wie<br />
TiCLt zu Additionsprodukten, die nach der Hydrolyse Aldole ergeben:<br />
O \ OSiMei MesSiO i O a> OH o<br />
R-/ + Vc' 3
608 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
R-X<br />
O n<br />
H3C-C-CH-COOR 1<br />
löl 0<br />
H3C-C=CH-COOR'<br />
-X 0<br />
H3C-C-CH-COOR'<br />
i<br />
R<br />
0-R<br />
i<br />
H3C-C=CH-COOR'<br />
[7.301]<br />
Aus dem ambidenten Anion (vgl. D.2.3.) können auch 0-Alkylierungsprodukte entstehen, unter den<br />
Bedingungen der allgemeinen Arbeitsvorschrift zu Tabelle 7.302 allerdings nur in geringem Umfange. Ihre<br />
Bildung wird unterstützt durch ein aprotonisches, polares Medium, durch niedrige Konzentration des ambidenten<br />
Anions und ein voluminöses Gegenion sowie durch Alkylierungsmittel mit geringer Nucleophilie<br />
und harter Abgangsgruppe. Demzufolge steigt bei sec-Alkylhalogeniden der Anteil an 0-Alkylierung vom<br />
lodid zum Chlorid und in folgender Reihe von Lösungsmitteln: Ethanol ~ Aceton < Acetonitril < Dimethylsulfoxid<br />
~ Dimethylformamid. Das Kation im Substrat spielt eine geringere Rolle, im allgemeinen<br />
scheinen die Natriumsalze die C-Alkylierung zu unterstützen. (Manche O-Alkylprodukte werden leicht<br />
intermolekular umalkyliert, d. h., sie übertragen ihre Alkylgruppe auf den Kohlenstoff eines Carbanions).<br />
Die O-Alkylierung läßt sich im neutralen oder schwach sauren Medium erzwingen. Als Alkylierungsmittel<br />
sind dann nicht mehr Alkylhalogenide (warum?), sondern Diazoalkane, Orthoester und Alkoxoniumsalze<br />
zu verwenden.<br />
Die Reaktionsfähigkeit der Alkylierungsreagenzien nimmt in der folgenden Reihe mit sinkender<br />
Beweglichkeit des Halogens bzw. Säurerestes ab: Allylhalogenide > Benzylhalogenide<br />
> a-Halogen-ketone > Dialkylsulfate > Alkyl-p-toluensulfonate > Alkylhalogenide. Bei den<br />
Alkylhalogeniden fällt die Reaktivität mit steigender Raumerfüllung des Alkylrestes, d. h. vom<br />
Methyl- zum tert-Butylhalogenid. Üblicherweise wird die ß-Dicarbonylverbindung mit Hilfe<br />
von Natriumalkoholat in das Natriumderivat übergeführt. In Nebenreaktionen entstehen dann<br />
aus dem Alkylierungsmittel auch Ether und Olefine (formulieren!). Diese Reaktionen verlaufen<br />
besonders bei den verzweigten Alkylhalogeniden (vgl. D.2. und D.3.) leicht. Aus diesem<br />
Grunde gehen die Ausbeuten bei Umsetzungen mit solchen Alkylierungsmitteln stark zurück,<br />
mit tert-Butylhalogeniden sind keine brauchbaren Ausbeuten mehr zu erzielen.<br />
Bei der Monoalkylierung von ß-Dicarbonylverbindungen bilden sich häufig auch Dialkylierungsprodukte,<br />
selbst wenn man nur molare Mengen Alkylierungsmittel anwendet: In diesem<br />
Falle bleibt ein äquivalenter Teil der Carbonylverbindung unalkyliert. Vor allem bei den niederen<br />
Alkylierungsprodukten ist die Trennung der drei im Reaktionsgemisch vorhandenen<br />
Stoffe (Ausgangs- Monoalkyl-, Dialkylprodukt) schwierig. Um reine Monoalkylprodukte zu<br />
erhalten, ist man daher mitunter zu einem Umweg gezwungen (vgl. z. B. die Darstellung von<br />
Monoalkylmalonestern über die 2-Oxo-bernsteinsäureester [7.167] und die Alkylierung über<br />
Enamine [7.319].<br />
Die vollständige Dialkylierung von ß-Dicarbonylverbindungen ist meist schwierig, weil die<br />
Acidität der Monoalkyl-ß-dicarbonylverbindungen geringer ist als die der unsubstituierten<br />
Grundkörper und weil die Dialkyl-ß-dicarbonylprodukte unter den Bedingungen der Alkylierungsreaktion<br />
(alkoholisches Alkalialkoholat) leicht solvolytisch gespalten werden (vgl. Esterspaltung<br />
[7.175]). Man formuliere die Spaltung von disubstituierten Malonestern zu Kohlensäureestern<br />
und Dialkylessigestern! In solchen Fällen hat sich die inverse Arbeitsweise<br />
bewährt, bei der man die jff-Dicarbonylverbindung vorlegt und das Alkoholat so zutropft, daß<br />
niemals größere Konzentrationen davon auftreten.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Alkylierung von/^DicarbonylVerbindungen (Tab. 7302)<br />
| Achtung! Vorsicht beim Umgang mit Natrium (vgl. Reagenzienanhang)!<br />
In einem 1-1-Dreihalskolben mit Rührer, Tropftrichter, Rückflußkühler und Calciumchloridrohr<br />
stellt man aus l mol Natrium und 500 ml abs. Alkohol (der bei Estern mit dem in diesen<br />
enthaltenen Alkohol identisch sein soll, falls keine Umesterung beabsichtigt ist) eine Natrium-
D. 7.4.2.1. Alkylierung von Carbonylverbindungen 609<br />
alkoholatlösung her (vgl. Reagenzienanhang). Zur noch heißen Alkoholatlösung tropft man<br />
l mol der ß-Dicarbonylverbindung und anschließend 1,05 mol des Alkylierungsmittels unter<br />
Rühren so zu, daß die Lösung mäßig siedet. Anschließend wird unter Rühren erhitzt, bis die<br />
Lösung neutrale Reaktion zeigt (2 bis 16 Stunden). Dann destilliert man die Hauptmenge<br />
Alkohol im schwachen Vakuum unter Rühren ab. (Die Mischung stößt sonst durch ausgeschiedenes<br />
Salz stark. Auch das Einengen am Rotationsverdampfer ist günstig.) Diesen Alkohol<br />
kann man für die gleiche Präpration sehr gut wiederverwenden, da er wasserfrei ist. Nach dem<br />
Abkühlen setzt man so viel Eiswasser zu, daß das abgeschiedene Salz eben gelöst wird, trennt<br />
im Scheidetrichter die organische Phase ab und ethert noch zweimal aus. Die vereinigten organischen<br />
Phasen werden über Natriumsulfat getrocknet, das Lösungsmittel wird abdestilliert<br />
und der Rückstand über eine 30-cm-Vigreux-Kolonne fraktioniert.<br />
Zur Dialkylierung legt man die unsubstituierte ß-Dicarbonylverbindung mit reichlich 2 mol<br />
Alkylierungsmittel vor und fügt unter Rühren das getrennt dargestellte Natriumalkoholat<br />
(doppeltmolare Menge) unter Feuchtigkeitsausschluß zu. Man kann auch schon monoalkyliertes<br />
Produkt zusammen mit einem geringen Überschuß Alkylierungsmittel vorlegen und l mol<br />
Natriumalkoholat zutropfen. 1 )<br />
Tabelle 7.302<br />
Alkylierung von ß-Dicarbonylverbindungen<br />
Produkt<br />
Ethylmalonsäurediethylester l )<br />
Diethylmalonsäurediethylester<br />
2 )<br />
Propylmalonsäurediethylester<br />
Isobutylmalonsäurediethylester<br />
Butylmalonsäurediethylester<br />
Pentylmalonsäurediethylester<br />
Hexylmalonsäurediethylester<br />
Allylmalonsäurediethylester<br />
Cyclopropan-1 ,1-dicarbonsäurediethylester<br />
3 )<br />
Cyclobutan-1 ,1 -dicarbonsäurediethylester<br />
3 )<br />
Ethan-1 ,1 ,2-tricarbonsäuretriethylester2-Acetyl-butansäureethylester<br />
1 )<br />
2-Acetyl-3-methyl-butansäureethylester<br />
1 )<br />
2-Acetyl-hexansäureethylester2-Acetyl-4-methyl-pentansäureethylester<br />
Ausgangsverbindungen<br />
Malonsäurediethylester,<br />
Ethylbromid<br />
Malonsäurediethylester,<br />
Ethylbromid<br />
Malonsäurediethylester,<br />
Propylbromid<br />
Malonsäurediethylester,<br />
Isobutylbromid<br />
Malonsäurediethylester,<br />
Butylbromid<br />
Malonsäurediethylester,<br />
Pentylbromid<br />
Malonsäurediethylester,<br />
Hexylbromid<br />
Malonsäurediethylester,<br />
Allylbromid<br />
Malonsäurediethylester,<br />
1 ,2-Dibrom-ethan<br />
Malonsäurediethylester,<br />
1,3-Dibrom-propan oder<br />
1 -Brom-3-chlor-propan<br />
Malonsäurediethylester,<br />
Chloressigsäureethylester<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Ethylbromid<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Isopropyliodid<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Butylbromid<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Isobutylbromid<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
961(3(10)<br />
100i,6(12)<br />
1081>7(13)<br />
H3i,6(12)<br />
1322,3(17)<br />
1351?9(14)<br />
1451)6(12)<br />
102i 3(10)<br />
1002,7(20)<br />
104,i6(,2)<br />
1582,0(15)<br />
8Oi 3(10)<br />
942.4(18)<br />
1102,1(16)<br />
12O2406)<br />
n 2 ?<br />
1,4163<br />
1,4245<br />
1,4197<br />
1,4282<br />
1,4225<br />
1,4259<br />
1,4281<br />
1,4338<br />
1,4335<br />
1,4360<br />
1,4315<br />
1,4194<br />
1,4234<br />
1,4246<br />
1,4242<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
I Diese Methode gestattet die Herstellung unsymmetrischer dialkylierter ß-Dicarbonylverbindungen.<br />
85<br />
75<br />
85<br />
80<br />
80<br />
80<br />
80<br />
85<br />
45<br />
45<br />
70<br />
75<br />
75<br />
65<br />
80
610 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Tabelle 7.302 (Fortsetzung)<br />
Produkt<br />
2-Acetyl-pent-4-ensäureethylester2-Benzyl-3-oxo-butansäureethylester<br />
2-Methyl-cyclohexan-l ,3-dion<br />
Ausgangsverbindungen<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Allylbromid<br />
Acetessigsäureethylester,<br />
Benzylchlorid<br />
Cyclohexan-1 ,3-dion,<br />
Dimethylsulfat<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
102^12)<br />
1571>9(i4)<br />
F 120 (EtOH)<br />
n20<br />
1,4381<br />
1,4998<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
J ) Nur mit sehr wirksamer Kolonne rein erhältlich.<br />
2 ) Inverse Prozedur anwenden (Alkoholat zutropfen, vgl. Vorschrift).<br />
3 ) Invers arbeiten (Alkoholat innerhalb von 2 Stunden in 7O 0 C heiße Lösung tropfen); zur Aufarbeitung<br />
nach Abdestillieren des Alkohols mit Wasserdampf übertreiben; Destillat ausethern, Extrakte wie oben<br />
aufarbeiten. Von 1,2-Dibrom-ethan 1,1 mol, von 1,3-Dibrom-propan 1,05 mol einsetzen.<br />
vL-Isopropyl-acetessigsäureethylester durch Alkylierung von Acetessigsäureethylester in<br />
Gegenwart von Bortrifluorid: ADAMS, J. T; LEVINE, R.; HAUSER, C. R., Org. Synth., CoIl. Vol. III<br />
(1955), 405;<br />
ß'Ethoxy-E'Crotonsäureethylester aus Acetessigsäureethylester und Orthoameisensäuretriethylester:<br />
SMISSMAN, E. E.; VOLDENG, A. N, J. Org. Chem. 29 (1964), 3164.<br />
Ähnlich wie ß-Dicarbonylverbindungen lassen sich auch Monoketone, Carbonsäureester,<br />
Carboxylationen und Nitrile alkylieren. Wegen ihrer geringeren Acidität werden diese jedoch<br />
durch Alkoholate nur teilweise in ihre Anionen überführt (vgl. Tab. 7.99). Im Reaktionsgemisch<br />
liegen daher noch freie Carbonylverbindungen und freies Alkoholat vor. Hierdurch<br />
entstehende Nebenreaktionen führen zu Ether- und Olefinbildung und Aldolkondensationen.<br />
Um dies zu vermeiden, muß man stärkere, möglichst sterisch gehinderte Basen verwenden.<br />
Gebräuchlich sind Lithiumdüsopropylamid (LDA), Kalium-tert-butanolat, Natriumamid und<br />
Kaliumhydrid.<br />
Mit unsymmetrischen Ketonen führen diese Reagenzien zu unterschiedlichen Produkten.<br />
Die Alkylierung von 2-Methyl-cyclohexanon mit Methyliodid ergibt z.B. mit LDA das 2,6-<br />
Dimethyl-cyclohexanon, mit t-ButOK hingegen das 2,2-Isomere.<br />
O 0 Li 0<br />
Die Regioselektivität ist darauf zurückzuführen, daß das sehr stark basische LDA kinetisch<br />
kontrolliert das sterisch weniger gehinderte 6-H-Atom des Methylcyclohexanons abspaltet, das<br />
weniger basische t-BuOK dagegen thermodynamisch kontrolliert das stärker saure 2-H-Atom.<br />
Mit den stark basischen Amiden lassen sich auch die N-Analogen der Carbonylverbindungen,<br />
Imine (Schiffsche Basen) und Hydrazone, in die entsprechenden Enamidionen überführen<br />
(vgl. [7.119]) und alkylieren. Die Reaktionen werden u.a. genutzt, um Aldehyde in a-Stellung<br />
zu alkylieren, was direkt wegen der bevorzugten Aldolbildung nur schwierig möglich ist. Der<br />
Aldehyd wir zunächst mit einem Amin in das Imin überführt, dieses alkyliert<br />
..© e<br />
NR" Ll NR" R'v NR"<br />
R>CH *-
D. 7.4.2.1. Alkylierung von Carbonylverbindungen 611<br />
Über Metallenamide können auch Carbonylverbindungen mit einer prochiralen a-Methylengruppe<br />
enantioselektiv alkyliert werden. Man setzt sie mit einem enantiomerenreinen Amin<br />
oder Hydrazin, z.B. (S)-l-Amino-2-methoxymethyl-pyrrolidin, (SAMP) oder dessen (R)-<br />
Enantiomer (RAMP), zum chiralen Imin bzw. Hydrazon um. Prochirale a-Methylengruppen<br />
werden durch die Reaktion mit dem chiralen Hilfsstoff (Auxiliar) diastereotop 1 ) und können<br />
nach der Umsetzung mit LDA diastereoselektiv alkyliert werden. Man spaltet aus dem Alkylierungsprodukt<br />
das chirale Auxiliar wieder ab (vgl. 7.3.2.) und erhält die alkylierte Carbonylverbindung<br />
oft mit hohem Enantiomerüberschuß.<br />
OC H C\" H L-H® [(/Pr)2NLi]<br />
N CH2OCH3 N CH2OCH3 2 Me2so4<br />
NH2 N o u©/u n<br />
3 H /H,0 , , [?305]<br />
prochiral ,^^ X^\ , prochiral<br />
(diastereotop) I j (diastereotop)<br />
prochiral. .^\ prochiral ^^ " % *.e.<br />
(enantiotop) (enantiotop)<br />
(S)-(+)-4-Methyl-heptan-3-on über die SAMP/RAMP-Hydrazon-Methode: ENDERS, D.;<br />
KIPPGARDT, H.; FEY, R, Org. Synth. 65 (1987), 183 (mit Übersicht über weitere mögliche asymmetrische<br />
Synthesen mit Hilfe der SAMP/RAMP-Methode) 2 )<br />
Die Alkylierung einer Reihe schwach CH-acider Verbindungen ist auch unter den Bedingungen<br />
der Phasentransferkatalyse (vgl. D.2.4.2.) möglich, wodurch die anderenfalls erforderliche<br />
verhältnismäßig aufwendige Metallierung überflüssig wird. Allerdings sind bei Monoalkylierungsreaktionen<br />
bisalkylierte Verbindungen als Nebenprodukte oft nicht zu vermeiden.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Alkylierung von Benzylcyaniden unter Phasentransferbedingungen<br />
) (Tab. 7.306)<br />
In einem Vierhalskolben mit Rückflußkühler, Rührer, Tropftrichter und Innenthermometer<br />
bringt man eine Lösung aus 30g Ätznatron und 30 ml Wasser auf 35 0 C (Wasserbad; während<br />
der Reaktion als Kühlbad) und hält bei dieser Temperatur während der gesamten Reaktion.<br />
Man versetzt zunächst mit 0,5 g Benzyltriethylammoniumchlorid 4 ) und 0,2 mol des Benzylcyanids<br />
und gibt innerhalb von 30 Minuten unter gutem Rühren 0,2 mol des Alkylhalogenids tropfenweise<br />
zu. Anschließend wird noch zwei Stunden bei 35 0 C und 0,5 Stunden bei 40 0 C nachgerührt.<br />
Wurde von unsubstituiertem Benzylcyanid ausgegangen, so werden dessen unumgesetzte<br />
Reste in das wenig flüchtige a-Phenyl-cinnamonitril übergeführt, das sich besser von den Reaktionsprodukten<br />
abtrennen läßt. Zu diesem Zweck gibt man 2 g Benzaldehyd zu, rührt eine weitere<br />
Stunde bei 25 bis 30 0 C, versetzt mit 25 ml Toluen (oder Methylendichlorid), trennt die<br />
organische Phase ab, extrahiert die wäßrige Schicht nochmals mit Toluen (oder Methylendich-<br />
1 J Substituenten sind heterotop, wenn sie sich nicht konstitutionell, aber topographisch unterscheiden lassen,<br />
d. h. wenn sie innerhalb des Moleküls eine unterschiedliche chemische Umgebung besitzen. In achiralen<br />
Systemen mit prochiralen Gruppen sind diese enantiotop, in chiralen Systemen sind prochirale<br />
Substituenten diastereotop. Beim Ersatz eines enantiotopen Substituenten durch einen anderen entsteht<br />
ein Enantiomer, bei Ersatz eines diastereotopen Substituenten ein Diastereomer. Diastereotope Substituenten<br />
kann man physikalisch und chemisch, enantiotope nur unter chiralen Bedingungen (chirales<br />
Reagens, chirale Lösungsmittel, zirkulär polarisiertes Licht) unterscheiden (vgl. hierzu auch C.7.3.1. und<br />
C.7.3.2.).<br />
2 ) SAMP bzw. RAMP sind aus natürlichem (S)-Prolin bzw. der relativ leicht zugänglichen (/^-Glutaminsäure<br />
darstellbar, vgl. z. B. ENDERS, D; FEY, R; KIPPHARDT, H., Org. Synth. 65 (1987), 173 .<br />
3 ) nach MAKOSZA, M.; JONCZYK, A., Org. Synth. 55 (1976), 9L<br />
4 ) Darstellung vgl. SOUTO-BACHILLER u. a., Org. Synth. 55 (1976), 97.
612 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
lorid) und wäscht die vereinigten organischen Phasen nacheinander mit je 25 ml Wasser, verd.<br />
Salzsäure und wiederum Wasser. Nach Abdestillieren des Lösungsmittels wird rektifiziert.<br />
Tabelle 7.306<br />
Unter Phasentransferbedingungen alkylierte Benzylcyanide<br />
Produkt<br />
a-Phenyl-butyronitril<br />
a-Phenyl-valeronitril<br />
a-Phenyl-isovaleronitril<br />
1 -Phenyl-but-3-en-carbonitril<br />
a-Benzyl-a-phenyl-butyronitril<br />
Ausgangsverbindungen<br />
Benzylcyanid, Ethylbromid<br />
Benzylcyanid, Propylbromid<br />
Benzylcyanid, Isopropylbromid<br />
Benzylcyanid, Allylbromid<br />
a-Phenyl-butyronitril,<br />
Benzylchlorid<br />
Kp<br />
in 0 C<br />
1030,9(7)<br />
126li6(12)<br />
H0o,9(7)<br />
13I2^1S)<br />
190lt6(12)<br />
riß<br />
1,5086<br />
1,5063<br />
1,5059<br />
1,5201<br />
1,5593<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
QL-Monoalkylierung der Alkalisalze aliphatischer Carbonsäuren mit Hilfe von Butyllithium:<br />
CREGER, R L., J. Am. Chem. Soc. 92 (1970), 1397.<br />
Alkylierte Malonester werden technisch vor allem zur Herstellung von Barbitursäuren (Hypnotica, Antiepileptica,<br />
Narcotica) (vgl. D.7.I.4.2., D.7.2.1.8.) eingesetzt. Die Alkylierung von Benzylcyanid findet<br />
Anwendung bei der Synthese von Pethidin, einer Verbindung mit morphinähnlicher Wirkung, die als Analgeticum<br />
verwendet wird:<br />
Ph CN Ph COOEt<br />
Ck H2SO4, EtOH<br />
-2 HCI<br />
"N<br />
CH3<br />
7.4.2.2. Halogenierung von Carbonylverbindungen<br />
75<br />
75<br />
50<br />
60<br />
85<br />
[7.307]<br />
Relativ starke CH-acide Verbindungen, wie ß-Dicarbonylverbindungen sowie Aldehyde und<br />
Ketone, sind an dem zur Carbonylgruppe a-ständigen Kohlenstoffatom leicht zu halogenieren.<br />
Bei der z. B. durch Halogenwasserstoff sauer katalysierten Umsetzung wird das Enol durch das<br />
Halogen elektrophil angegriffen:<br />
ICI^CII<br />
H CjOH<br />
C=C<br />
-HCI<br />
v /P<br />
R'-C-Cx<br />
Ci R<br />
n<br />
[7.308]<br />
Die Reaktion ist auch durch schwache Basen (z. B. Natriumacetat) katalysierbar. Das Gleichgewicht zwischen<br />
Carbonylverbindung und Enolat liegt zwar für diesen Fall weit auf Seiten der Carbonylverbindung;<br />
da jedoch durch die in Analogie zu [7.308] ablaufende Halogenierung das Enolat ständig dem Gleichgewicht<br />
entzogen wird, ist eine vollständige Umsetzung möglich. Man formuliere diese Reaktion!<br />
Bei Carbonsäuren ist eine Enolisierung normalerweise nicht mehr zu erwarten. Man sorgt<br />
deshalb durch Zusatz von Katalysatoren (roter Phosphor, Phosphortricnlorid u. a.) dafür, daß<br />
die Carboxylgruppe zunächst zum Carbonsäurechlorid reagieren kann. Dieses ist dann wiederum<br />
über ein intermediäres Enol in «-Stellung halogenierbar:
3 X2 + 2 P<br />
/P<br />
3R-CH2-C<br />
OH<br />
OH<br />
R-CH=q + X2<br />
2PX3<br />
-P(OH)3<br />
R-CH-C + R-CH2-COOH<br />
D. 7.4.2.2. Halogenierung von Carbonylverbindungen 613<br />
/P (H @ )<br />
R-CH2-C<br />
R-CH-C 7 + HX<br />
OH<br />
R-CH=C<br />
/° /°<br />
R-CH-C 7 + R-CH2-C 7 usw.<br />
i \ ^ \<br />
X OH X<br />
[7.309]<br />
Die Chlorierung von Carbonsäuren liefert auch ß-Halogenderivate als Nebenprodukte, die<br />
wahrscheinlich in einer Radikalreaktion entstehen (vgl. D.I.).<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Herstellung von a-Brom-carbonsäuren (Tab. 7.310)<br />
I<br />
AlIe Arbeiten unter einem gut wirkenden Abzug durchführen! Zum Umgang mit Brom vgl.<br />
Reagenzienanzhang.<br />
In einem Dreihalskolben entsprechend Abbildung A.4d (der Auslauf des Tropftrichters soll in die<br />
Flüssigkeit eintauchen) wird zu einer Mischung von 0,5 mol der betreffenden Carbonsäure und<br />
0,15 mol rotem Phosphor unter Rühren 0,5 mol wasserfreies Brom in einer solchen Geschwindigkeit<br />
zugetropft, daß im Kühler keine gelben Bromdämpfe sichtbar werden. Die Reaktionstemperatur<br />
soll dabei 40 bis 50 0 C nicht übersteigen. Nach der Zugabe des Broms läßt man nochmals 0,5<br />
mol trockenes Brom schnell einlaufen und erhitzt anschließend unter Rühren 48 Stunden im Wasserbad<br />
auf 40 0 C Zur Aufarbeitung wird mit 0,5 mol Wasser versetzt, 5 bis 10 Minuten auf 120 bis<br />
140 0 C unter Rückfluß erhitzt und anschließend direkt im Vakuum destilliert. Der während der<br />
Reaktion entweichende Brom Wasserstoff wird in Wasser absorbiert (vgl. D. 1.4.2.).<br />
Tabelle 7.310<br />
a-Brom-carbonsäuren<br />
Produkt<br />
Bromessigsäure<br />
a-Brom-propionsäure<br />
a-Brom-buttersäure<br />
a-Brom-isobuttersäure<br />
a-Brom-valeriansäure<br />
2-Brom-hexansäure<br />
2-Brom-4-methyl-pentansäure<br />
Ausgangsverbindung<br />
Essigsäure<br />
Propionsäure<br />
Buttersäure<br />
Isobuttersäure<br />
Valeriansäure<br />
Hexansäure<br />
4-Methyl-pentansäure<br />
Kp (bzw. F) in 0 C<br />
1172(15);F49<br />
951)6(12);F25<br />
1273>3(25)<br />
1153,2(24);F46<br />
(Petrolether)<br />
H8l ,6(12)<br />
1372,4(18)<br />
129it6(i2)<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Phenacylbromiden (Tab. 7311)<br />
Ausbeute in %<br />
| Achtung! Vorsicht beim Umgang mit Brom 1 ) Phenacylbromide sind haut- und tränenreizend!<br />
In einem 500-ml-Dreihalskolben mit Rührer, Tropftrichter und Calciumchloridrohr versetzt<br />
man eine Lösung von 0,5 mol des betreffenden Acetophenons in 100 ml Eisessig mit einigen<br />
I Vgl. Reagenzienanhang.<br />
70<br />
70<br />
80<br />
75<br />
80<br />
75<br />
75<br />
j<br />
G<br />
4<br />
G
614 D. 7. Reaktionen von CarbonylVerbindungen<br />
Tropfen Brom Wasserstoff/Eisessig und tropft nun 0,5 mol Brom so zu, daß die Temperatur bei<br />
etwa 2O 0 C gehalten wird (zunächst Reaktion in Gang kommen lassen!). Nach Beendigung<br />
kühlt man in Eiswasser. Tritt keine Kristallisation ein, so wird in Eiswasser gegossen. Die<br />
festen Verbindungen werden abgesaugt und mit 50%igem Ethanol gewaschen, bis sie farblos<br />
sind. Man kristallisiert aus wenig Ethanol um.<br />
Tabelle 7.311<br />
Phenacylbromide<br />
Produkt<br />
Phencylbromid<br />
p-Brom-phenacylbromid<br />
p-Phenyl-phenacylbromid<br />
Ausgangsverbindung<br />
Acetophenon<br />
p-Brom-acetophenon<br />
p-Phenyl-acetophenon 2 )<br />
1 J<br />
2 ) Mit doppelter Menge Eisessig arbeiten.<br />
F<br />
in 0 C<br />
5l 1 )<br />
109<br />
125<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Bromacetaldehyddibutylacetal durch Bromierung von Paraldehyd in n-Butanol: BAGANZ, H.;<br />
Vrrz, C, Chem. Ber. 86 (1953), 395.<br />
Bromaceton aus Aceton und Brom in Eisessig: LEVENE, P. A., Org. Synth., CoIl. Vol. II<br />
(1943), 88.<br />
Brommalonsäurediethylester aus Malonsäurediethylester: PALMER, C. S.; MCWHERTER, P. W,<br />
Org. Synth., CoIl. Vol. I (1941), 245.<br />
a-Brom-y-butyrolacton aus y-Butyrolacton, Brom und rotem Phosphor, über ct.y-Dibrombuttersäurebromid<br />
und a,y-Dibrom-buttersäure: PLIENINGER, H., Chem. Ber. 83 (1950), 265.<br />
2-Chlor-cyclohexanon durch Chlorierung von Cyclohexanon in Wasser: NEWMAN, M. S.;<br />
FARBMAN, M. D.; HIPSHER, H., Org. Synth., CoIl. Vol. III (1955), 188.<br />
K-Chlor-acetessigsäureethylester aus Acetessigsäureethylester und Sulfurylchlorid: BOEHME,<br />
W. R.: Org. Synth., CoIl. Vol. IV (1963), 592.<br />
a-Halogen-carbonsäuren bzw. ihre Ester, vor allem Chloressigsäure, sind Zwischenprodukte<br />
für eine Reihe von Synthesen, z.B. die Glycidestersynthese nach DARZENS (vgl. [7.132]), die<br />
Darstellung von a-Amino-carbonsäuren nach FISCHER (vgl. Tab. 2.85), von Nitromethan nach<br />
KOLBE (vgl. D.2.6.8.) und von Malonsäurediethylester über Cyanessigsäure. a-Halogen-ketone<br />
und -aldehyde werden u. a. zur Herstellung von Thiazolen nach HANTZSCH verwendet.<br />
Auch in der Technik besitzen einige a-Chlor-carbonylverbindungen Bedeutung. Die wichtigsten sind die<br />
Chloressigsäure (die auch aus Trichlorethylen hergestellt wird, vgl. Tab. 4.26) und der Trichloracetaldehyd<br />
(Chloral). Chloressigsäure dient zur Darstellung des Herbizids 2,4-Dichlor-phenoxyessigsäure (2,4-D) (vgl.<br />
D.2.6.2.), von Malonester (Verwendung vgl. D.7.I.4.3.), von Carboxymethylcellulose (vgl. D.2.6.2.), von<br />
Farbstoffen u.a., während Chloral hauptsächlich zu DDT und anderen Insektiziden weiterverarbeitet wird<br />
(vgl. [5.62]). Aus 1,3-Dibrom-aceton wird technisch l,2,3-Tricyan-propan-2-ol und daraus Citronensäure<br />
hergestellt.<br />
7.4.2.3. Acylierung und Alkylierung von Enaminen<br />
Enamine, deren Darstellung in D.7.1.1. beschrieben wurde, reagieren mit aromatischen Carbonsäurechloriden<br />
entsprechend [7.297] meist in guten Ausbeuten zu acylierten Enaminen,<br />
wobei sowohl die Verbindung mit konjugierter Doppelbindung ([7.312], Ua) als auch das nichtkonjugierte<br />
System Ub gebildet werden. Beide Produkte ergeben bei der Hydrolyse die<br />
ß-Dicarbonylverbindung [7.312], III:<br />
60<br />
70<br />
80
D. 7.4.2.3. Acylierung und Alkylierung von Enaminen 615<br />
üb<br />
m<br />
[7.312]<br />
Die bei der Reaktion entstehende Salzsäure wird normalerweise mit einer Hilfsbase, z. B.<br />
wasserfreiem Triethylamin, abgefangen, da man sonst 50% des eingesetzten Enamins als Salz<br />
binden würde. (Warum lagert sich die Salzsäure nicht an das acylierte Enamin II an?)<br />
In einigen Fällen, z. B. bei der Acylierung mit Chlorameisensäureester, bewährt sich dieses Verfahren<br />
nicht, und man arbeitet vorteilhafter mit überschüssigem Enamin.<br />
Aliphatische Carbonsäurechloride, die am a-ständigen Kohlenstoff abspaltbaren Wasserstoff<br />
besitzen, reagieren mit dem Enamin oder der Hilfsbase zunächst unter Ketenbildung 1 )<br />
k<br />
Triethylamin^ \:c=c=o [7.313]<br />
-HCI<br />
R 2 ' Cl R 2 '<br />
Aus dem Enamin und dem Keten entsteht anschließend ein Cyclobutanonderivat:<br />
R V R4<br />
O<br />
C<br />
[7.314]<br />
Sind R 2 und R 4 gleich H, so ist der Cyclobutanonring thermisch instabil und wird z. B. bei<br />
der Destillation aufgespalten, wobei sich die beiden möglichen Spaltprodukte bilden:<br />
R 3<br />
\ ><br />
/ N A<br />
R 3 CH2^O<br />
U<br />
/ CH2R 1<br />
Man formuliere die Spaltung, wenn nur R 2 bzw. nur R 4 gleich H ist!<br />
[7.315]<br />
Bei Enaminen cyclischer Ketone ist die Spaltungsrichtung der Cyclobutanonbase abhängig von der Ringgröße<br />
des Ketons. Enamine aus Ketonen mit Ringgliedern bis n = 9 liefern als Spaltprodukte die acylierten<br />
Verbindungen, während bei größeren Ringen die Ringaufweitung dominiert:<br />
I VgI. D.3.1.5. Analog reagieren aliphatische Sulfonsäurechloride zu Sulfenen: R2C=SO2
616 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
(CH2),,<br />
[7.316]<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von /?-Diketonen durch Acylierung von Enaminen<br />
(Tab. 7317)<br />
In einem 250-ml-Dreihalskolben mit Tropftrichter, Rückflußkühler und Rührer werden<br />
0,1 mol Enamin und 0,12 mol über Natrium destilliertes Triethylamin in 150 ml trockenem<br />
Toluen gelöst. Man erwärmt im Wasserbad auf 25 0 C und tropft bei dieser Temperatur 0,12 mol<br />
Carbonsäurechlorid langsam zu. Danach läßt man noch l Stunde bei 35 0 C und anschließend<br />
über Nacht bei Zimmertemperatur stehen. Nach Zusatz von 50 ml 20%iger Salzsäure wird<br />
30 Minuten unter Rühren und Rückfluß gekocht. Nun trennt man die wäßrige Phase ab und<br />
wäscht die organische Schicht mit Wasser neutral. Durch Zusatz von verd. Natronlauge bringt<br />
man die wäßrige Phase auf einen pH-Wert von 5 bis 6 und extrahiert noch zweimal mit Toluen.<br />
Die vereinigten Toluenextrakte werden über Natriumsulfat getrocknet. Nach Abdestillieren<br />
des Lösungsmittels destilliert man in weiten Siedegrenzen im Vakuum. Zur Säurespaltung können<br />
die erhaltenen acylierten Ketone auch ohne weitere Reinigung eingesetzt werden.<br />
Tabelle 7.317<br />
ß-Diketone durch Acylierung von Enaminen<br />
Produkt<br />
2-Acetyl-cyclohexanon<br />
2-Propionyl-cyclohexanon<br />
2-Butyryl-cyclohexanon<br />
2-Acetyl-cyclopentanon<br />
2-Propionyl-cyclopentanon<br />
2-Butyryl-cyclopentanon<br />
Ausgangsverbindungen<br />
1 -Morpholino-cyclohexen,<br />
Acetylchlorid<br />
1 -Morpholino-cyclohexen,<br />
Propionylchlorid<br />
1 -Morpholino-cyclohexen,<br />
Butyrylchlorid<br />
1 -Morpholino-cyclopenten,<br />
Acetylchlorid<br />
1 -Morpholino-cyclopenten,<br />
Propionylchlorid<br />
1 -Morpholino-cyclopenten,<br />
Butyrylchlorid<br />
Kp<br />
in 0 C<br />
1122,4(18)<br />
144i>6(i2)<br />
1252,005)<br />
78i,i(8)<br />
1OS2^1S)<br />
H22,o(i5)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Die Enamine besitzen aufgrund ihrer hohen Reaktivität große Bedeutung für die präparative<br />
organische Chemie.<br />
Acylierungsreaktionen können ebenso mit isolierten Ketenen durchgeführt werden; der<br />
Acylierung mit aliphatischen Carbonsäurechloriden ist die Umsetzung mit aliphatischen SuIfonsäurechloriden<br />
und Triethylamin (Sulfenbildung) an die Seite zu stellen. Man formuliere<br />
diese Reaktion!<br />
Eine Variante der Acylierung von Enaminen stellt die Addition an Isocyanate und Isothiocyanate<br />
(D.7.1.6. und D.7.2.1.11.) dar, z. B.:<br />
NR2<br />
R-C=CH-R' + O=C=N-F<br />
NR2 O u<br />
R-C=C-C-NPh<br />
i<br />
R'<br />
50<br />
60<br />
55<br />
60<br />
60<br />
65<br />
[7.318]
D. 7.5. Literaturhinweise 617<br />
2-Morpholino-cyclohex-l-en-carbanilid bzw. -thiocabanilid aus l-Morpholino-cyciohexen<br />
und Phenylisocyanat bzw. Phenylisothiocyanat: HÜNIG, S.; HÜBNER, K.; BENZING, E., Chem.<br />
Ber. 95 (1962), 926.<br />
Die Alkylierung von Enaminen mit Alkylhalogeniden führt entsprechend der allgemeinen<br />
Gleichung [7.297] vorzugsweise zu den monoalkylierten Enaminen, die durch Hydrolyse zu<br />
a-monoalkylierten Carbonylverbindungen umgesetzt werden können. Man formuliere die<br />
Bildung von (2-Oxo-cyclohex-l-yl)essigsäureethylester aus 1-Pyrrolidino-cyclohex-l-en und<br />
Bromessigsäureethylester!<br />
Auch zur Darstellung von reinen Monoalkylprodukten der ß-Oxo-carbonsäureester und<br />
ß-Diketone setzt man ihre Enamine mit Alkylhalogeniden oder -sulfaten um. Das resultierende<br />
Immoniumsalz (II) wird anschließend zur ß-Dicarbonylverbindung (III) hydrolysiert:<br />
^NMe2<br />
©<br />
NMe2<br />
MeOSO2-CpMe + H3C-C=CH-COOEt<br />
I<br />
-r- H3C-C-CH-COOEt<br />
-MeOSO? i<br />
^ [7.319]<br />
O<br />
" H2 ° H3C-C-CH-COOEt<br />
- Me2NH2<br />
IVlC<br />
III<br />
Von präparativer Bedeutung ist auch die Alkylierung von Enaminen mit elektrophilen<br />
Olefinen und Acetylenen, wobei sich als Reaktionsprodukte Cyclobutanderivate bilden können<br />
(vgl. [7.284], man vergleiche aber auch die Umsetzung von Enaminen mit p-Benzochinon<br />
als vinyloge Carbonylverbindung [7.288]).<br />
oi-Methyl-acetessigsäureethylester durch Alkylierung von ß-Dimethylamino-crotonsäureethylester<br />
mit Dimethylsulfat: MISTRYUKOV, E. A., Izvest. Akad. Nauk SSSR, Ser. Khim. 1961,<br />
1512.<br />
7.5. Literaturhinweise<br />
Darstellung von Acetaten, Thioacetalen, Iminen, Oximen, Hydrazonen und Hydrogensulfitaddukten<br />
BAYER, O., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 7/1 (1954), S. 413-488.<br />
DUMI, M.; KORUNLEV, D; KOVALEVI, K.; POLAK, L.; KOLBAH, D, in: HOUBEN-WEYL. Bd. E14b/l (1990),<br />
S. 434-639 (Hydrazone); S. 640-730 (Azine).<br />
KLAUSNER, A., u. a., in: HOUBEN-WEYL. Bd. E14a/l (1991), S. 1-783 (Acetale).<br />
LAYER, R. W., Chem. Rev. 63 (1963), 489-510 (Darstellung und Reaktionen von Iminen).<br />
MEERWEIN, H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 6/3 (1965), S. 204-270.<br />
MESKENS, A. J., Synthesis 1981,501-522 (Acetale).<br />
PAWLENKO, S., in: HOUBEN-WEYL. Bd. E14b/l (1990), S. 222-286 (Imine).<br />
RASSHOFER, W., in: HOUBEN-WEYL. Bd. E14a/2 (1991), S. 1-819 (0,N-Acetale).<br />
UNTERHALT, B., in: HOUBEN-WEYL. Bd. E14b/l (1990), S. 287^33 (Oxime).<br />
WIMMER, R, in: HOUBEN-WEYL. Bd. E14a/l (1991), S. 785-836 (0,S-Acetale).<br />
Darstellung von Carbonsäuren, Carbonsäureestern, -Chloriden, -anhydriden, -amiden, -hydraziden<br />
BODANSZKY, M., in: Peptide Chemistry; A Practical Textbook. - Springer-Verlag, New York 1988.<br />
DOPP, D; DOPP, H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. E5/2 (1985), S. 934-1183.<br />
HENECKA, H., u. a. in: HOUBEN-WEYL. Bd. 8 (1952), S. 359-680.<br />
SUSTMANN, R.; KORTH, H.-G., u. a. in: HOUBEN-WEYL. Bd. E5/1 (1985), S. 193-773.
618 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Darstellung von Orthocarbonsäureestern<br />
MEERWEIN, H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 6/3 (1965), S. 295-324.<br />
SIMCHEN, G., in: HOUBEN-WEYL. Bd. E5/1 (1985), S. 105-122.<br />
DE WOLFE, R. H., Synthesis 1974,153-172.<br />
Darstellung und Reaktionen von Ketenen<br />
LACEY, R. N., Adv. Org. Chem. 2 (1960), 213-263.<br />
QUADBECK, G., in: Neuere Methoden. Bd. 2 (1960), S. 88-107; Angew. Chem. 68 (1956), 361-370.<br />
SCHAUMANN, E,; Scheiblich, S., in: HOUBEN-WEYL. Bd. E15/2 (1993), S. 2353-2530.<br />
TIDWELL, T. T: Ketenes. - John Wiley & Sons, New York 1994.<br />
Darstellung und Reaktionen von Cyanaten und Isocyanaten<br />
BLAGONRAVOVA, A. A.; LEVKOVICH, G. A.; Usp. Khim. 24 (1955), 93-119.<br />
FINDEISEN, K., u. a., in: HOUBEN-WEYL. E4 (1983), S. 738-834.<br />
MARTIN, D.; BACALOGLU, R., <strong>Organisch</strong>e Synthesen mit Cyansäureestern. - Akademie-Verlag, Berlin 1980.<br />
OZAKI, S., Chem. Rev. 72 (1972), 457-496.<br />
PETERSEN., u. a., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 8 (1952), S. 119-137.<br />
SAUNDERS, J. H.; SLOCOMBE, R. J., Chem. Rev. 43 (1948), 203-218.<br />
Darstellung und Reaktionen von Cyanhydrinen; Strecker-Synthese<br />
KURITZ, R, in: HOUBEN-WEYL. Bd. 8 (1952), S. 274-285; Nachr. Chem., Tech. Lab. 29 (1981), 445-447.<br />
Aldolreaktion<br />
BAYER, O., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 7/1 (1954), S. 76-92.<br />
EVANS, D. A.; NELSON, J. V; TABER, T. R., in: Topics in Stereochemistry. Bd. 13. Hrsg. ALLINGER, N. L.;<br />
ELIEL, E. L.; WILEN, S. H. - Wiley, New York 1982, S. 1-115.<br />
HEATHCOCK, C. H., in: Modern Synthetic Methods. Bd. 6. Hrsg. R. SCHEFFOLD. - VCHA, Basel 1992, S. 1-102.<br />
HEATHCOCK, C. H., in: Asymmetrie Synthesis. Bd. 3. Hrsg. J. D. MORRISON. - Academic Press, New York<br />
1984, S. 111-212.<br />
MUKAIYAMA, T, Org. React. 28 (1982), S. 302-331; Nachr. Chem. Tech. Lab. 29 (1981), 555-559.<br />
NIELSEN, A. T; HOULIHAN, W.J., Org. React. 16 (1968), 1-438.<br />
WITTIG, G., in: Topics in Current Chemistry. Bd. 67. - Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1976,<br />
S. 1-14.<br />
mit Nitromethan:<br />
LICHTENTHALER, F. W., in: Neuere Methoden. Bd. 4 (1966), S. 140-172; Angew. Chem. 76 (1964), 84.<br />
Azlacton-Svnthese<br />
BALTAZZI, E., Quart. Rev. 9 (1955), 150-173.<br />
CARTER, H. E.; Org. React. 3 (1946), 198-239.<br />
Perkin-Reaktion<br />
HENECKA, H.; QTT, E., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 8 (1952), S. 442-450.<br />
JOHNSON, J. R., Org. React. l (1942), 210-265.<br />
Glytidestersynthese nach DARZENS<br />
BAYER, O., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 7/1 (1954), S. 326-329.<br />
NEWMAN, M. S.; MAGERLEIN, B. J., Org. React. 5 (1949), 413-440.<br />
Prins-Reaktion<br />
ADAMS, D. R.; BHATNAGAR, S. R, Synthesis 1977,661-672.<br />
ISAGULYANZ, V. L; CHAiMOVA, T. G.; MELIKYAN, V. R.; POKROVSKAYA, S. V, Usp. Khim. 37 (1968), 61-77.<br />
Knoevenagel-Kondensation<br />
JONES, G., Org. React. 15 (1967), 204-599.
mit Malononüril:<br />
FATIADI, A. J., Synthesis 1978,165-204; 241-282.<br />
Mannich-Reaktion<br />
D. 7.5. Literaturhinweise 619<br />
AREND, M.; WESTERMANN, B.; RISCH, N., Angew. Chem. 110 (1998), 1096-1122.<br />
BLICKE, F. F., Org. React. l (1942), 303-341.<br />
HELLMANN, H., in: Neuere Methoden. Bd. 2 (1960), S. 190-207; Angew. Chem. 69 (1957), 463-471.<br />
HELLMANN, H.; OPITZ, G.: a-Aminoalkylierung. - Verlag Chemie, Weinheim/Bergstr. 1960.<br />
SCHRÖTER, R., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 11/1 (1957), S. 731-795.<br />
TRAMONTINI, M., Synthesis 1973,703-775.<br />
TRAMONTINI, M.; ANGIOLINI, L., Tetrahedron 1990,1791-1837.<br />
TRAMONTINI, M.; ANGIOLINI, L.: Mannich Bases: Chemistry and Uses. - CRC Press, Boca Raton 1994.<br />
Benzoin-Kondensation<br />
HERLINGER, H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 7/2a (1973), S. 653-671.<br />
IDE, W. S.; BUCK, J. S., Org. React. 4 (1948), 269-304.<br />
Wittig-Reaktion<br />
BERGELSON, L. D; SHEMTAKIN, M. M., in: Neuere Methoden. Bd. 5 (1967), S. 135-155; Angew. Chem. 76<br />
(1964), 113-123.<br />
BESTMANN, H. J.; KLEIN, O., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 5/lb (1972), S. 383-418.<br />
CADOGAN, J. I. G., Organophosphorus Reagents in Organic Synthesis. - Academic Press, New York 1966.<br />
JOHNSON, A. W., Ylide Chemistry. - Academic Press, New York, London 1966.<br />
MAERCKER, A., Org. React. 14 (1965), 270-490<br />
MARYANOFF, B. E.; REITZ, A. B., Chem. Rev. 89 (1989), S. 863-927.<br />
SCHÖLLKOPF, U, in: Neuere Methoden. Bd. 3 (1961), S. 72-97; Angew. Chem. 71 (1959), 260-273.<br />
TRIPPETT, S., Adv. Org. Chem. l (1960), S. 83-102; Quart. Rev. 17 (1963), 406.<br />
WADSWORTH jr, W. S., Org. React. 25 (1977), S. 73-253.<br />
Reaktionen der Alkylidenphosphorane<br />
BESTMANN, H. J., in: Neuere Methoden. Bd. 5 (1967), S. 1-52; Angew. Chem. 77 (1965), 609,651,850.<br />
BESTMANN, H. J.; ZIMMERMANN, R., Fortschr. Chem. Forsch. 20 (1971), 1-141.<br />
BESTMANN, H. J.; ZIMMERMANN, R., in: HOUBEN-WEYL. Bd. El (1982), S. 616-751.<br />
FLITSCH, W.; SCHINDLER, S. R., Synthesis 1975,685-700.<br />
JOHNSON, A. W., Ylides and Imines of Phosphorus. - John Wiley & Sons, New York 1993.<br />
KOLODIAZHNYI, O. L, Phosphorus Ylides. - Wiley-VCH, Weinheim 1999.<br />
SASSE, K., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 12/1 (1963), S. 112-124.<br />
ZBIRAL, E., Synthesis 1974,775-797.<br />
Esterkondensationen<br />
HAUSER, C. R.; HUDSON jr., B. E., Org. React. l (1942), 266-302.<br />
HENECKA, H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 8 (1952), S. 560-589.<br />
Dieckmann-Kondensation<br />
SCHAEFER, J. R; BLOOMFIELD, J. J., Org. React. 15 (1967), 1-203.<br />
Acylierung von Carbonylverbindungen mit Säurechloriden<br />
HAUSER, C R., u. a., Org. React. 8 (1954), 59-196.<br />
HENECKA, H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 8 (1952), S. 610-612.<br />
Polymethine<br />
BERLIN, L.; RIESTER, O., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 5/ld (1972), S. 227-299.<br />
Grignard-Reaktion<br />
COATES, G. E.; WADE, K., Organometallic Compounds. Vol. I. - Methuen, London 1967.
620 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
IOFFE, S. T; NESMEYANOV, A. N., The Organic Compounds of Magnesium, Beryllium, Calcium, Strontium<br />
and Barium. - North Holland Publishing Comp., Amsterdam 1967.<br />
KHARASCH, M. S.; REINMUTH, O., Grignard Reactions of Nonmetallic Substances. - Prentice-Hall, New<br />
York 1954.<br />
NÜTZEL, K., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 13/2a (1973), S. 47-527.<br />
WAKEFIELD, B. J., Organometal. Chem. Rev. l (1966), 131; Usp. Khim. 37 (1968), 36-60.<br />
WAKEFIELD, B. J., Organomagnesium Methods in Organic Synthesis. - Academic Press, London San Diego<br />
1995.<br />
Synthesen mit lithiumorganischen Verbindungen<br />
GSCHWEND, H. W.; RODRIGUEZ, H. R., Org. React. 26 (1979), 1-360.<br />
JORGENSON, M. J., Org. React. 18 (1970), 1-97.<br />
MALLAN, J. M.; BEBB, R. L., Chem. Rev. 96 (1969), 693-755.<br />
SCHÖLLKOPF, U, in: HOUBEN-WEYL. Bd. 13/1 (1970), S. 87-253.<br />
WAKEFIELD, B. J., Organolithium Methods. - Academic Press, London 1988.<br />
Kupferorganische Verbindungen<br />
BAHR, G.; Burba, R, in: HOUBEN-WEYL. Bd. 13/1 (1970), S. 731-761.<br />
HOUSE, H. O., Acc. Chem. Res. 9 (1976), 59-^67.<br />
LISHUTZ, B. H.; SENGUPTA, S., Org. React. 41 (1992), 135-631.<br />
NORMANT, J. F., Synthesis 1972,63-80.<br />
NORMANT, J. F.; ALEXAKIS, A., Synthesis 1981, 841-870.<br />
Organocopper Reagents. Hrsg.: R. J. K. TAYLOR. - Oxford University Press, Oxford 1994.<br />
POSNER, H. G., Org. React. 19 (1972), 1-113; 22 (1975), 253-400.<br />
POSNER, H. G., An Introduction to Synthesis Using Organocopper Reagents. - John Wiley & Sons, New<br />
York 1980.<br />
TAYLOR, R. J. K., Organocopper Reagents. - Oxford University Press, Oxford 1994.<br />
Zinkorganische Verbindungen<br />
ERDIK, E., Organozinc Reagents in Organic Synthesis. - CRC Press, Boca Raton 19%.<br />
KNÖCHEL, R; PEREA, J. J. A., Tetrahedron 54 (1998), 8275-8319.<br />
KNÖCHEL, R; Jones, R, Organozinc Reagents. - Oxford University Press, Oxford 1999.<br />
NÜTZEL, K., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 13/2a (1973), S. 553-^858<br />
Reformatsky-Synthese<br />
FÜRSTNER, A., Synthesis 1989,571-590.<br />
NÜTZEL, K., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 13/2a (1973), S. 809-838.<br />
RATHKE, M. W., Org. React. 22 (1975), 423-460.<br />
Darstellung von Ketonen aus Säurechloriden bzw. Carbonsäuren und metallorganischen Verbindungen<br />
CASAON, J., Chem. Rev. 40 (1947), 15-32.<br />
JORGENSON, M. J., Org. React. 18 (1970), 1-97.<br />
SHIRLEY, D. A., Org. React. 8 (1954), 28-58.<br />
WINGLER, F., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 7/2a (1973), S. 558-603.<br />
Reduktion mit komplexen Hydriden<br />
BROWN, W. G., Org. React. 6 (1951), 469-509.<br />
GAYLORD, N. G., Reduction with Complex Metal Hydrides. - Interscience, New York, London 1956.<br />
HAJOS, A., Komplexe Hydride. - Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin 1966.<br />
HAJOS, A., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 4/ld (1981), S. 1-486.<br />
HÖRMANN, H., in: Neuere Methoden. Bd. 2 (1960), 145-154; Angew. Chem. 68 (1956), 601-604.<br />
ITSUNO, S., Org. React. 52 (1998), 395-576 (Enantioselektive Reduktion von Ketonen).<br />
MALEK, J., Org. React. 34 (1985), 1-317; 36 (1988), 1-173.<br />
ROGINSKAYA, E. V, Usp. Khim. 21 (1952), 3-39.<br />
SCHENKER, E., in: Neuere Methoden. Bd. 4 (1966), 173-293; Angew. Chem. 73 (1961), 81-107.<br />
SEYDEN-PENNE, J., Reductions by the Alumino- and Borohydrides in Organic Synthesis. - VCH, New York 1991
Katalytische Hydrierung von Carbonylverbindungen<br />
D. 7.5. Literaturhinweise 621<br />
ADKINS, H., Org. React. 8 (1954), 1-27.<br />
BOGOSLOWSKI, B. M.; KASAKOWA, S. S., Skelettkatalysatoren in der organischen Chemie. - Deutscher Verlag<br />
der Wissenschaften, Berlin 1960.<br />
SCHILLER, G., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 4/2 (1955), S. 303-312,318-328.<br />
TINAPP, R, in: HOUBEN-WEYL. Bd. 4/lc (1980), S. 189-224.<br />
Reduktive Alkylierung von Aminen<br />
EMERSON, W. S., Org. React. 4 (1948), 174-255.<br />
KIYUEV, M. B.; KHIDEKEL, M. L., Usp. Khim. 49 (1980), 28-53.<br />
MÖLLER, F.; SCHRÖTER, R., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 11/1 (1957), S. 602-648.<br />
Leuckart-Wallach-Reaktion<br />
BOGOSLOVSKII, B. M., Reakts. Methody Issled. Org. Soedin. 3 (1954), 253-314.<br />
MÖLLER, F., SCHRÖTER, R., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 11/1 (1957), S. 648-664.<br />
MOORE, M. L., Org. React. 5 (1949), 301-330.<br />
Meerwein-Ponndorf-Verley-Reduktion<br />
BERSIN, T, in: Neuere Methoden. Bd. l (1949), S. 137-154.<br />
WILDS, A. L., Org. React. 2 (1944), 178-223.<br />
Oppenauer-Oxidation<br />
BERSIN, T, in: Neuere Methoden. Bd. l (1949), S. 137-154.<br />
DJERASSI, C, Org. React. 6 (1951), 207-272.<br />
LEHMANN, in: HOUBEN-WEYL. Bd. 4/lb (1975), S. 905-933.<br />
Cannizzaro-Reaktion<br />
GEISMANN, T A., Org. React. 2 (1944), 94-113.<br />
HENECKA, H.; OTT, E., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 8 (1952), S. 455-456.<br />
Wolff-Kizhner-Reduktion<br />
ASINGER, F.; VOGEL, H. H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 5/la (1970), S. 251-267,456-465.<br />
RODIONOV, V. M.; YARTSEVA, N. G, Reakt. Metody Issled. Org. Soedinen. l (1951), 7-98.<br />
SHAPIRO, R. H., Org. React. 23 (1976), 405-507 (Bamford-Stevens-Reaktion).<br />
TODD, D, Org. React. 4 (1948), 378-422.<br />
Reduktion von Carbonylverbindungen mit unedlen Metallen<br />
BLOOMFIELD, J. J.; OWSLEY, D. C; NELKE, J. M., Org. React. 23 (1976), 259-403.<br />
MUTH, H.; SAUERBIER, M., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 4/lc (1980; S. 645-654.<br />
Clemmensen-Reduktion<br />
ASINGER, F; VOGEL, H. H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 4/la (1970), S. 244-250,450-456.<br />
MARTIN, E. L., Org. React. l (1942), 155-209.<br />
VEDEJS, E., Org. React. 22 (1975), 401^*22.<br />
Reduktion von Carbonylverbindungen mit niedervalentem Titanium<br />
MCMURRY, J. E., Chem. Rev. 89 (1989), 1513-1524<br />
LENOIR, D, Synthesis 1989 883-897.<br />
FÜRSTNER, A.; BOGDANOVIC, B., Angew. Chem. 108 (1996), 2582-2609.<br />
Anlagerung von Ammoniak und Aminen an «^-ungesättigte Carbonylverbindungen<br />
CROMWELL, N. H., Chem. Rev. 38 (!946), 83-137.<br />
MÖLLER, F., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 11/1 (1957), S. 272-289.<br />
SUMINOV, S. L; KOST, A. N., Usp. Khim. 38 (1969), 1933-1963.
622 D. 7. Reaktionen von Carbonylverbindungen<br />
Skraupsche Chinolin-Synthese<br />
MANSKE, R. H. F.; KULKA, M., Org. React. 7 (1953), 59-98.<br />
Michael-Reaktion<br />
ALLEN jr., G. R.; Org. React. 20 (1973), 337^54 (Addition von Enaminen, Nenitzescu-Reaktion).<br />
BERGMANN, E. D, u. a., Org. React. 10 (1959), 179-555.<br />
HENECKA, H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 8 (1952), S. 590-598.<br />
LITTLE, R. D.; MASJEDIZADEH, M. R.; WALLQUIST, O.; McLouoHLiN, J. L, Org. React 47 (1995), 315-552<br />
(Intramolekulare Michael-Reaktion).<br />
NAGATA, W.; YOSHIOKA, M., Org. React. 25 (1977), 255-476 (Addition von Blausäure).<br />
STETTER, H., Angew. Chem. 88 (1976), 695-704 (Addition von Aldehyden).<br />
Cyanethylierung<br />
BRUSON, H. A., Org. React. 5 (1949), 79-135.<br />
KURTZ, R, in: HOUBEN-WEYL. Bd. 8 (1952), S. 340-344.<br />
NESMEYANOV, A. N., u. a., Usp. Khim. 36 (1967), 1089.<br />
TERENT-EV, A. R; KOST, A. N., Reakts. Metody Issled. Org. Soedin. 2 (1952), 47-208.<br />
Alkylierung von Carbonylverbindungen<br />
COPE, A. C, u. a. Org. React. 9 (1957), 107-331.<br />
HARRIS, T M.; HARRIS, C. M., Org. React. 17 (1969), 155-211.<br />
HENECKA, H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 8 (1952), S. 600-610.<br />
PETRAGNANI, N.; YONASHIRO, M., Synthesis 1982,521-578.<br />
mit Aminen und Ammoniumsalzen:<br />
BREWSTER, J. H.; ELIEL, E. L., Org. React. 7 (1953), 99-197.<br />
HELLMANN, H., Angew. Chem. 65 (1953), 473.<br />
Chlorierung und Bromierung von Carbonylverbindungen<br />
ROEDIG, A., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 5/4 (1960), S. 164-210.<br />
STROH, R., in: HOUBEN-WEYL. Bed. 5/3 (1962), S. 611-636.<br />
Darstellung und Reaktionen von Metallenolaten<br />
KLAR, G.; KRAMOLOWSKY, R., in: HOUBEN-WEYL. Bd. E15/1 (1993), S. 563-597.<br />
Darstellung und Reaktionen von Enolethern<br />
EFFENBERGER, F., Angew. Chem. 81 (1969), 374-391.<br />
FRAUENRATH, H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. E15/1 (1993), S. 1-349.<br />
von Silylenolethern<br />
BROWNBRIDGE, R, Synthesis 1983,1-28,85-104.<br />
PAWLENKO, S., in: HOUBEN-WEYL. Bd. E15/1 (1993), S. 404^162.<br />
RASMUSSEN, J. K., Synthesis 1977,91-110.<br />
Darstellung und Reaktionen von Enaminen<br />
Enamines - Synthesis, Structure and Reactions. Hrsg.: A. G. COOK. - Marcel Dekker, New York, London 1969.<br />
HICKMOTT, P. W., Tetrahedron 38 (1982), 1975-2050; 3363-3446.<br />
HÜNIG, S.; HOCH, H., Fortschr. ehem. Forsch. 14 (1970), 235-293 (Acylierung von Enaminen).<br />
RADEMACHER, R, in: HOUBEN-WEYL. Bd. E15/1 (1993), S. 598-717.<br />
SZMUSKOVICZ, J., Adv. Org. Chem. 4 (1963), 1-113.
D. 8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen 623<br />
D.8 Reaktionen weiterer heteroanaloger<br />
Carbonylverbindungen<br />
Nicht nur der Sauerstoff der Carbonylgruppe kann durch Heteroatome (Stickstoff, Schwefel)<br />
ersetzt sein, sondern auch der Kohlenstoff. Man erhält so N=O- bzw. S=O-Gruppierungen, die,<br />
über die formale Analogie hinaus, ähnliche Reaktionen eingehen wie die C=O-Gruppe. Die<br />
wichtigsten Gruppierungen dieser Art heteroanaloger Carbonylverbindungen sind die Nitrosogruppe,<br />
die Nitrogruppe und die Sulfogruppe nebst ihren Derivaten.<br />
Die heteroanaloge Carbonylaktivität der Nitrosogruppe ist mit der eines Aldehyds vergleichbar,<br />
wie aus folgenden Reaktionen erkennbar ist:<br />
R 1<br />
+ H2C<br />
COR"<br />
IQl 0<br />
l<br />
R 1<br />
(Welchen Aldehydreaktionen sind diese Kondensationen analog?)<br />
Die Nitrogruppe zeigt im Vergleich zur Nitrosogruppe eine geringere „Carbonylaktivität".<br />
Dies beruht auf einer erhöhten Mesomeriemöglichkeit der Nitrogruppe, die etwa der der Carboxylgruppe<br />
bzw. des Carboxylatanions vergleichbar ist. Auf Grund der leichteren Reduzierbarkeit<br />
der Nitrogruppe gegenüber der Carboxylgruppe kann die Nitrogruppe in ihrer heteroanalogen<br />
Carbonylaktivität etwa zwischen Keton und Carbonsäure eingeordnet werden.<br />
Die Sulfonsäure ist der Carbonsäure analog. Wegen der größeren Mesomeriemöglichkeit ist<br />
ihre carbonylanaloge Aktivität gering:<br />
> R-N© > R-C > R-
624 D. 8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen<br />
secundäre Nitroverbindungen sind ebenso wie die Oxime bereits in wäßrigem Alkali unter<br />
Salzbildung löslich.<br />
Während bei einfachen Aldehyden keine freien Enole bekannt sind und andererseits die<br />
Nitrosoverbindungen mit a-ständigem Wasserstoffatom nur als Oxime beständig sind, kann<br />
man bei Nitroverbindungen mit a-ständigem Wasserstoffatom sowohl die aci-Form (Enol) als<br />
auch die Nitroform (analog der Ketoform) isolieren. Man informiere sich in Lehrbüchern über<br />
die Tautomerie der aliphatischen Nitroverbindungen!<br />
Die Sulfonsäuregruppe und ihre Derivate acidifizieren benachbarte Wasserstoffatome stärker<br />
als die Carboxylgruppe. Die CH-Acidität fällt in der folgenden Reihe:<br />
H-C-N<br />
I /P<br />
> H-C-N©<br />
I b<br />
0<br />
O<br />
n<br />
O<br />
//<br />
> H-C-C > H-C-S > H-C-C [8.4]<br />
OR OR<br />
Wichtige Reaktionen heteroanalger Carbonylverbindungen sind in Tabelle 8.5 zusammengefaßt.<br />
Tabelle 8.5<br />
Wichtige Reaktionen heteroanaloger Carbonylverbindungen<br />
H 0 e 0<br />
R-NO2 ——- R-NO<br />
H @ e 0<br />
H @ e 0<br />
HO-NO + Ar-NH2<br />
+ R-NH2<br />
+ R2NH<br />
+ R-OH<br />
+ R2CH-C /P<br />
\<br />
Reduktion von Nitroverbindungen zu<br />
Nitrosoverbindungen<br />
R-NHOH Hydroxylaminen<br />
R-NH2<br />
©<br />
Ar-N=N<br />
R-OH<br />
R2N-NO<br />
RO-NO<br />
/P<br />
R2C-C<br />
NO X<br />
?<br />
R-N=N-R<br />
©<br />
Azoxyverbindungen<br />
R-N=N-R Azoverbindungen<br />
R—NH-NH-R Hydrazoverbindungen<br />
Aminen<br />
Reaktionen von salpetriger Säure zu<br />
Diazoniumsalzen<br />
Alkoholen<br />
Nitrosaminen<br />
Salpetrigsäureestern (Nitriten)<br />
a-Nitroso-carbonylverbindungen
Tabelle 8.5 (Fortsetzung)<br />
D. 8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen 625<br />
+ R-CH2-NO2 - R-C-NO2 Nitrolsäuren<br />
N-OH<br />
+ R2CH-NO2 R2C-NO2 Pseudonitrolen<br />
NO<br />
©<br />
Ar-N=N<br />
H2O<br />
- Ar-OH<br />
Reaktionen von Diazoniumsalzen<br />
„Verkochen" zu Phenolen<br />
H®e 0<br />
— ! —- Ar-NH-NH2<br />
Reduktion zu Arylhydrazinen<br />
* • Cu^ . ^ Sandmeyer-Reaktion zu Halogenund<br />
Pseudohalogenverbindungen<br />
A.. LJ<br />
^ Ar-N=N-Ar Kupplung zu Azoverbindungen<br />
R f^H<br />
——^- Ar—NH-N=CR2 Kupplung zu Hydrazonen<br />
Reaktionen von Diazomethan<br />
© © +H® © Ar-OH<br />
H2C-NEN K, »• CH3 ^- Ar-O-CH3 Veretherung von Phenolen<br />
- N2<br />
R -
626 D. 8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen<br />
Tabelle 8.5 (Fortsetzung)<br />
Reaktionen von Sulfonsäurederivaten<br />
H®e 0 H @ e 0<br />
R-SO2CI —-—- R-SO2H —'-—- R-SH Reduktion zu Sulfinsäuren und<br />
Thielen<br />
R 1 —OH<br />
- R-SO2OR 1 Bildung von Sulfonsäurealkylestern<br />
^*- R-SO2NHR 1 Bildung von Sulfonsäureamiden<br />
8.1. Reduktion von Nitroverbindungen und Nitrosoverbindungen<br />
Die Reduktion der Nitroverbindungen gelingt mit unedlen Metallen (bevorzugt in saurer<br />
Lösung), durch katalytische Hydrierung, elektrolytisch sowie mit einigen anderen Reduktionsmitteln.<br />
Der Reaktionsmechanismus der Reduktion durch Metalle bzw. der katalytischen<br />
Hydrierung mit molekularem Wasserstoff ist dem der Reduktion von Carbonylverbindungen<br />
analog (vgl. D.7.3.).<br />
Die Nitroverbindung wird zunächst zur Nitrosoverbindung reduziert:<br />
R-N=Q [8.6]<br />
Diese geht in der gleichen Weise in ein substituiertes Hydroxylamin über (formulieren!).<br />
Infolge ihrer höheren Reaktivität werden die Nitrosoverbindungen schneller hydriert als die<br />
Nitroverbindungen. Nitrosoverbindungen sind deshalb bei der Reduktion im allgemeinen nicht<br />
faßbar. Bei Reduktionen durch Metalle in saurer Lösung ist die Endstufe der Reaktion das primäre<br />
Amin:<br />
R-NH-OH ^=== R-NH-^O [8.7]<br />
^ _ © - 4- H®<br />
2 e 0 + R-NH7OH2 „ - R-NH - 1 ^- R-NH2<br />
^v .x V_/ — H2Ü<br />
[8.8]<br />
In neutraler oder schwach saurer Lösung, z. B. bei der Umsetzung der Nitroverbindung mit<br />
Zinkstaub in wäßriger Ammoniumchloridlösung, verläuft die Reduktion des Hydroxylamins<br />
so langsam, daß es auf diese Weise präparativ zugänglich ist. (Man erkläre diese Tatsache an<br />
Hand von [8.7], [8.8]!)<br />
In alkalischem Medium schließlich wird bei aromatischen Nitroverbindungen die Reduktion<br />
sowohl der Nitrosoverbindung als auch des Hydroxylamins so stark verzögert, daß eine Konkurrenzreaktion<br />
bestimmend wird: Das freie Arylhydroxylamin ist stark nucleophil und kann<br />
deshalb leicht mit der Arylnitrosoverbindung reagieren. Diese Umsetzung ist der Bildung<br />
Schiffscher Basen analog und führt zu Azoxyverbindungen, die zu Azobenzenen und schließlich<br />
zu Hydrazobenzenen weiterreduziert werden können. Die bei der Reduktion aromatischer<br />
Nitroverbindungen unter verschiedenen Bedingungen bevorzugt entstehenden Reaktionsprodukte<br />
sind im Schema [8.9] angegeben.
CT<br />
Nitrobenzen<br />
D. 8.1. Reduktion von Nitroverbindungen und Nitrosoverbindungen 627<br />
NO<br />
Nitrosobenzen<br />
,e<br />
(HO 0 )<br />
NHOH<br />
Phenylhydroxylamin<br />
I<br />
(H S )<br />
Anilin<br />
Azoxybenzen Azobenzen Hydrazobenzen<br />
(H @ ) [8.9]<br />
Alle Zwischenprodukte der Reduktion von aromatischen Nitroverbindungen, mit Ausnahme<br />
des Nitrosobenzens und des stabilen Azobenzens, lassen sich durch starke Säuren umlagern.<br />
Dabei liefert Phenylhydroxylamin das p-Ammo-phenol 1 ), Azoxybenzen das p-Hydroxyazobenzen,<br />
und Hydrazobenzen geht in Benzidin über. Man formuliere diese Produkte!<br />
Die katalytische Reduktion aromatischer Nitroverbindungen gelingt glatt und führt im allgemeinen<br />
bis zum primären Amin. Statt des molekularen Wasserstoffs kann Hydrazin Verwendung<br />
finden, das dabei zu Stickstoff dehydriert wird.<br />
Vorteilhaft ist die Reduktion mit Hydrazin wegen ihrer Selektivität: Carbonylgruppen bleiben<br />
erhalten. Die Selektivität geht unter alkalischen Bedingungen bei höheren Temperaturen<br />
allerdings verloren (Wolff-Kizhner-Reduktion, vgl. D.7.3.I.6.; so wird z.B. m-Nitro-benzaldehyd<br />
zu m-Toluidin reduziert).<br />
Die Reduktion mit Eisen in Salzsäure nach BECHAMP hat technische Bedeutung (billiges<br />
Metall, geringer Säureverbrauch, Verwendung des entstehenden Eisenoxids als Farbpigment):<br />
4 PhNO2 + 9 Fe + 4 H2O HCI<br />
4PhNH2 + 3Fe3O4<br />
[8.10]<br />
Wegen ihrer leichten Durchführbarkeit ist die Reduktion mit Zinn in Salzsäure in der qualitativen<br />
Analyse wichtig. Reduziert man mit Zink in Eisessig/Acetanhydrid, erhält man sofort<br />
die acetylierten Amine.<br />
Auch Ammoniumsulfid, Natriumsulfid und Natriumdithionit sind für die Reduktion von<br />
Nitroverbindungen geeignet. Ihre besondere Bedeutung liegt in der Anwendbarkeit zur partiellen<br />
Reduktion von Polynitroverbindungen (z. B. von m-Dinitro-benzen zu m-Nitro-anilin).<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur katalytischen Reduktion von aromatischen Nitroverbindungen<br />
(Tab. 8.11)<br />
A. Hydrierung mit molekularem Wasserstoff<br />
Über die allgemeine Arbeitsweise und die Sicherheitsvorkehrungen bei katalytischen<br />
Hydrierungen unterrichte man sich in den Abschnitten D.4.5.2. und A. 1.8. Aromatische<br />
Amine und Nitroverbindungen sind giftig, z. T. auch cancerogen! Sie werden sowohl durch<br />
die Atmungsorgane als auch durch die Haut resorbiert! Schutzhandschuhe tragen!<br />
In einem Rühr- oder Schüttelautoklaven wird l mol Nitroverbindung in der lOfachen Menge<br />
Lösungsmittel (Alkohole, Dioxan, Alkane) gelöst und mit 10% (bezogen auf die Nitroverbin-<br />
1 J p-Amino-phenol („Rodinal") und seine Derivate sind photographische Entwickler. Worauf beruht ihre<br />
reduzierende Wirkung?<br />
i<br />
G
628 D. 8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen<br />
düng) Raney-Nickel versetzt. Es wird bei Zimmertemperatur und 10 MPa (100 atm) Druck<br />
hydriert. Die Anwendung eines Lösungsmittels ist notwendig, um die hohe Reaktionswärme<br />
(553 kJ-mol- 1 ,132 kcal-moH) abzuführen.<br />
Aufarbeitung<br />
Nach Abfiltrieren des Katalysators destilliert man das Lösungsmittel ab und fraktioniert<br />
den Rückstand unter Verwendung einer kurzen Vigreux-Kolonne im Vakuum.<br />
B. Reduktion mit Hydrazin als Wasserstoffquelle<br />
In einem Zweihalskolben (oder Rundkolben mit Anschütz-Aufsatz), der mit einem Rückflußkühler<br />
versehen ist, gibt man zu einem mol der Nitroverbindung (bzw. 0,5 mol der Dinitroverbindung),<br />
gelöst in der lOfachen Menge Alkohol, 2,5 mol Hydrazinhydrat (80- bis 100%ig)i).<br />
Die Lösung wird auf 30 bis 40 0 C erwärmt und eine alkoholische Suspension von Raney-Nickel<br />
in kleinen Portionen zugegeben. 2 ) Der Reaktionsbeginn macht sich durch Stickstoffentwicklung<br />
bemerkbar. Man wartet mit der Zugabe der nächsten Katalysatormenge jeweils, bis die<br />
Gasentwicklung nachgelassen hat. Tritt bei weiterem Katalysatorzusatz keine Gasentwicklung<br />
mehr auf, erhitzt man noch eine Stunde unter Rückfluß, filtriert den Katalysator ab, entfärbt<br />
die Lösung mit wenig Aktivkohle und gewinnt das Amin unter Verwendung einer kurzen<br />
Vigreux-Kolonne durch Destillation im Vakuum bzw. durch Umkristallisieren.<br />
Die Methode ist auch für Halbmikropräparationen und die qualitative Analyse geeignet.<br />
Tabelle 8.11<br />
Primäre Amine durch Reduktion aromatischer Nitroverbindungen<br />
Produkt<br />
Anilin<br />
3-Brom-anilin<br />
4-Amino-phenetol<br />
a-Naphthylamin<br />
4-Chlor-anilin<br />
2-Chlor-anilin<br />
o-Toluidin<br />
p-Toluidin<br />
3-Chlor-anilin<br />
2,4-Diamino-toluen<br />
3-Amino-benzophenon<br />
3-Amino-benzaldehydethylenacetal<br />
Ausgangsverbindung<br />
Nitrobenzen<br />
1 -Brom-3-nitro-benzen<br />
4-Nitro-phenetol<br />
1 -Nitro-naphthalen<br />
1 -Chlor-4-nitro-benzen<br />
1 -Chlor-2-nitro-benzen<br />
2-Nitro-toluen<br />
4-Nitro-toluen<br />
1 -Chlor-3-nitro-benzen<br />
2,4-Dinitro-toluen<br />
3-Nitro-benzophenon<br />
3-Nitro-benzaldehydethylenacetal<br />
Variante<br />
A, B<br />
A, B<br />
A, B<br />
A, B<br />
A<br />
A, B<br />
A, B<br />
A, B<br />
A<br />
A, B<br />
B<br />
B<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
69li3(1o)<br />
13O1^12)<br />
FiS<br />
127U(8)<br />
F -2<br />
160l,6(12)<br />
F 90<br />
1302,7(20)<br />
F 71 (EtOH)<br />
1152J(20)<br />
12110,7(80)<br />
84lt7(i3)<br />
F 45<br />
H32,4(18)<br />
149U(8)<br />
F99<br />
F 87 (EtOH)<br />
1230,05(0,5)<br />
" 2 D°<br />
1,5863<br />
1,6260<br />
1,5895<br />
1,5728<br />
1,5930<br />
1,5740<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
m-Nitranilin durch partielle Reduktion von m-Dinitro-benzen: HODGSON, H. H.; WARD, E.<br />
R., J. Chern. Soc. 1949,1316.<br />
1 J Zur Konzentrierung stärker wasserhaltiger Lösungen von Hydrazinhydrat und zur Gehaltsbestimmung<br />
vgl. Reagenzienanhang.<br />
2 ) Man stelle sich etwa 5% Raney-Nickel, bezogen auf die Nitroverbindung, her. Bei Dinitroverbindungen<br />
benötigt man die doppelte Menge.<br />
90<br />
50<br />
80<br />
90<br />
95<br />
95<br />
70<br />
70<br />
70<br />
80<br />
80<br />
70
D. 8.1. Reduktion von Nitroverbindungen und Nitrosoverbindungen 629<br />
Reduktion aromatischer Nitroverbindungen zu primären Aminen mit Zinn und Salzsäure<br />
(Allgemeine Arbeitsvorschrift für die qualitative Analyse)<br />
0,5 g Nitroverbindung werden mit l ,5 g feingranuliertem Zinn und 8 ml halbkonz. Salzsäure l<br />
Stunde unter Rückfluß gekocht. Nach dem Abkühlen gießt man von ungelöstem Metall ab,<br />
verdünnt mit 5 ml Wasser und ethert nicht umgesetztes Ausgangsmaterial und nichtbasische<br />
Nebenprodukte aus. Man gießt die wäßrige Phase schnell in überschüssige Natronlauge, nimmt<br />
das Amin mit Ether auf, trocknet mit festem Kaliumhydroxid und destilliert den Ether ab. Ist<br />
das Ausethern durch ausgefallene ß-Zinnsäure erschwert, wird das Amin durch Wasserdampfdestillation<br />
abgetrennt. Zur Identifizierung kann das rohe Amin verwendet werden. Im Falle<br />
der Reduktion von sauren Nitroverbindungen (z. B. Nitrobenzoesäure) ist die Isolierung des<br />
Reduktionsprodukts durch Ausethern aus der alkalischen Lösung nicht möglich; die Aminosäuren<br />
bzw. Aminophenole können aber z. B. gleich in der alkalischen Lösung benzoyliert und<br />
nach dem Ansäuren durch Ausethern abgetrennt werden.<br />
Äquivalentmassebestimmung von Aminen durch Titration mit Perchlorsäure 1 )<br />
0,5 g bis l g der Base werden nach dem Einwägen in 10 ml wasserfreiem Eisessig gelöst. Man<br />
titriert nach Zugabe einiger Tropfen Indikatorlösung mit 0,1 N Lösung von Perchlorsäure in<br />
Eisessig 2 ) bis zum Farbumschlag. Kristallviolett als Indikator schlägt von Blau nach Grün, a-<br />
Naphtholbenzein von Gelb nach Grün um.<br />
v . . . j-, a -1000<br />
Aquivalentmasse E - —r<br />
a g Substanz; b ml Perchlorsäure; N Normalität der Säure<br />
Die Reduktion aromatischer Nitroverbindungen ist die gebräuchlichste Methode zur Darstellung<br />
primärer aromatischer Amine, da diese im allgemeinen nicht durch Substitution aus<br />
den Arylhalogeniden hergestellt werden können (vgl. D.2.2.I.). In der aliphatischen Reihe sind<br />
die Nitroverbindungen schwerer zugänglich, außerdem können die aliphatischen Amine leicht<br />
aus Alkoholen bzw. Alkylhalogeniden und Ammoniak (vgl. D.2.6.4.) oder durch katalytische<br />
Hydrierung der Nitrile (vgl. D.7.3.2.) dargestellt werden.<br />
Auch technisch werden aromatische Amine durch Reduktion der Nitroverbindungen gewonnen (vgl.<br />
D.5.I.3.). Man arbeitet dabei sowohl katalytisch als auch nach BECHAMP. Ein wichtiges Produkt ist Anilin,<br />
das zu Farbstoffen, Heilmitteln (Acetanilid, Sulfonamide, vgl. D.8.5.), Vulkanisationsbeschleunigern (z. B.<br />
Mercaptobenzothiazol) und Antioxidantien weiterverarbeitet wird. Zur technischen Verwendung von aromatischen<br />
Aminen vgl. auch D.5.I.3.).<br />
Wie die Nitroverbindungen lassen sich auch Nitroso- und Isonitrosoverbindungen (Oxime)<br />
zu Aminen reduzieren. Wegen der besonderen präparativen Bedeutung der acylierten Aminomalonester<br />
(vgl. D.7.1.4.3.) wird hier die Darstellung von Acetamidomalonester beschrieben.<br />
Darstellung von Acetamidomalonsäurediethylester^)<br />
In einen Dreihalskolben mit Anschütz-Aufsatz, Rührer, Rückflußkühler und Innenthermometer<br />
werden zu einer Lösung von 0,15 mol der Additionsverbindung aus Isonitrosomalonsäurediethylester<br />
und Natriumacetat in 250 ml Eisessig und 300 ml Acetanhydrid bei einer Anfangstemperatur<br />
von 80 0 C Zinkstaub in solchen Portionen zugegeben, daß die Reaktionstemperatur<br />
1 J Nach HOUBEN-WEYL. Bd. 2 (1953), S. 661.<br />
2 ) Vgl. Reagenzienanhang.<br />
3 ) Nach SHAW, K. N. F; NOLAN, CH., J. Org. Chem. 22 (1957), 1668; vgl. ZAMBITO, A. J.; HOWE, E. E., Org.<br />
Synth., CoIl. Vol. V (1973), 373.
630 D. 8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen<br />
stets 110 bis 115 0 C beträgt. Nach dem Eintragen des Zinkstaubs erhitzt man noch 30 Minuten<br />
bei dieser Temperatur. Die noch heiße Lösung wird schnell, am besten über eine elektrisch<br />
beheizte Fritte, abgesaugt und der Rückstand mit 70 ml siedendem Eisessig gewaschen<br />
(Abzug!).<br />
Man entfernt das Lösungsmittel im Vakuum (zum Schluß auf dem siedenden Wasserbad)<br />
und kocht den Rückstand gut mit Methylendichlorid aus. Der Extrakt wird mit gesättiger<br />
Natriumchloridlösung und dann mit Natriumhydrogencarbonatlösung gewaschen, mit Magnesiumsulfat<br />
getrocknet und das Lösungsmittel verdampft. Den zurückbleibenden rohen Ester<br />
kristallisiert man aus Isopropylalkohol um. F 97 0 C; Ausbeute 80%.<br />
Acetamidomalonsäurediethylester durch katalytische Hydrierung: VIGNAU, M., Bull. Soc.<br />
Chim. France 1952, 638.<br />
8.2. Reaktionen der salpetrigen Säure<br />
Die wichtigste Nitrosoverbindung ist die unbeständige salpetrige Säure. Die ihr analogen<br />
Carbonylverbindungen sind die Carbonsäuren. Wie diese Analogie erwarten läßt, ist die<br />
„Carbonylaktivität" der salpetrigen Säure gering, da die positive Partialladung des Stickstoffatoms<br />
der Nitrosogruppe durch den -i-M-Effekt der Hydroxylgruppe weitgehend kompensiert<br />
wird (vgl. D.7.).<br />
Für eine schnelle Reaktion mit Basen ist daher eine Katalyse durch Säuren notwendig:<br />
© _ _<br />
H-Q-N=Q + H^ ^==^ H-O-N=Q —<br />
H<br />
H2O + Q=N-Q-N=Q<br />
0 _<br />
H2O + N=Q<br />
m<br />
IV<br />
[8.12]<br />
Sowohl in der Verbindung [8.12], II als auch in III und IV ist die Reaktionsbereitschaft<br />
gegenüber einem nucleophilen Angriff erhöht. Man begründe das!<br />
Unter sauren Bedingungen besitzt die salpetrige Säure eine größere Reaktivität als die Carbonsäuren.<br />
Sie reagiert z.B. mit CH-aciden Verbindungen zu Isonitrosoverbindungen (Oximen)<br />
(vgl. D.8.2.3.). Die analoge Reaktion mit Carbonsäuren gelingt dagegen nicht.<br />
Im folgenden werden die sauer katalysierten Umsetzungen der salpetrigen Säure der Einfachheit<br />
halber über das Nitrosylkation [8.12], III formuliert.<br />
Welches der angegebenen Produkte [8.12], II, III, IV als Nitrosierungsmittel reagiert, hängt<br />
von der Säurekonzentration der Lösung ab. (Über den Mechanismus der Diazotierung vgl.<br />
Literaturhinweise in D.8.6.).<br />
8.2.1. Reaktionen der salpetrigen Säure mit Aminoverbindungen<br />
Achtung! Bei der Umsetzung von salpetriger Säure mit aliphatischen Aminen bzw. Aminabkömmlingen<br />
entstehen z.T. Verbindungen (Nitrosamine, Nitrosamide, Diazoalkane), die<br />
krebserregend sind. Beim Umgang mit diesen Substanzen ist äußerste Vorsicht und Sorgfalt<br />
geboten. Immer unter dem Abzug arbeiten und Schutzhandschuhe tragen!<br />
Primäre Amine reagieren mit salpetriger Säure zunächst gemäß [8.13] zu einer Nitrosoverbindung.<br />
Da in [8.13], III am Aminstickstoff noch ein Wasserstoff zur Verfugung steht, lagert<br />
sich die Verbindung in die Isonitrosoform IV (Diazohydroxid) um:
©<br />
R-NH2 + N=Q<br />
R-N=N-QH<br />
rv<br />
D. 8.2.1. Reaktionen der salpetrigen Säure mit Aminoverbindungen 631<br />
R-NH2-N=O —^ R-NH-N=O<br />
II ~ III<br />
© -H2O © _<br />
R-N=N-OH2 -* R-N=N<br />
+ H2O<br />
V VI<br />
[8.13]<br />
Unter den bei der Umsetzung notwendigen sauren Bedingungen spaltet das Diazohydroxid<br />
IV unter Aufnahme eines Protons Wasser ab, und es bildet sich das Diazoniumkation VI. In<br />
ihm ist die Struktur des molekularen Stickstoffs bereits vorgebildet. Daher eliminieren Diazoniumsalze<br />
sehr leicht Stickstoff, vor allem, wenn die Diazoniumgruppe nicht in Konjugation<br />
mit einem mesomeriefähigen System steht bzw. das Kation nicht leicht in ein solches übergehen<br />
kann.<br />
In Abhängigkeit von der Struktur des Amins gehen deshalb die intermediär gebildeten Diazoniumionen<br />
unterschiedliche Folgereaktionen ein:<br />
Geht man von aliphatischen primären Aminen aus (R = Alkyl), so spalten die entsprechenden<br />
Alkyldiazoniumionen schon weit unter O 0 C Stickstoff ab. Das verbleibende Carbeniumion<br />
stabilisiert sich in der üblichen Weise (vgl. D.2.1.1.), d.h., es wird durch das Lösungsmittel<br />
(meist Wasser) nucleophil substituiert ([8.14]), teilweise geht es auch durch Abgabe eines Protons<br />
in ein Olefin über. Vorher kann sich das Carbeniumion zu einem energieärmeren Ion isomerisieren,<br />
so daß z. B. aus n-Propylamin überwiegend Isopropylalkohol entsteht: 1 )<br />
© _<br />
H3C-CH2-CH2-N=N<br />
©<br />
H3C-CH-CH3<br />
©<br />
+ H2O<br />
H3C-CH2-CH2-OH<br />
OH<br />
H3C-CH-CH3<br />
— H2C=CH-CH3<br />
[8.14]<br />
Ganz analog werden primäre Säureamide durch salpetrige Säure desaminiert, wobei Carbonsäuren<br />
entstehen (Methode zur schonenden „Verseifung" von Säureamiden).<br />
Bei der Umsetzung von oc-Amino-säureestern und a-Amino-ketonen tritt bei tiefen Temperaturen<br />
keine Desaminierung ein, sondern aus der durch die Carbonylgruppe aktivierten a-Stellung<br />
wird ein Proton abgespalten, und es entstehen a-Diazo-ester bzw. -ketone.<br />
Die Reaktion sei am wichtigen Beispiel des Glycinesters formuliert:<br />
15 \\ © _<br />
C-CH-N=N<br />
RO<br />
i<br />
H<br />
\\ e © _<br />
C-CH-NEN<br />
RO<br />
-H<br />
632 D. 8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen<br />
a-Diazo-ketone und Diazomalonester (vgl. [8.16]) sind noch stabiler als die a-Diazo-carbonsäureester<br />
(warum?).<br />
ROOC ©<br />
9\ - ©<br />
C-C-N=N 0IC-NEEN t 8 - 16 !<br />
R R' ROOC 7<br />
Diazoketon Diazomalonester<br />
Diazoketone lassen sich auch auf andere Weise (durch Umsetzung von Säurechloriden und<br />
Diazomethan, vgl. D.8.4.2.2., bzw. durch „Diazogruppenübertragung" unter Verwendung von<br />
methylenaktiven Verbindungen und reaktionsfähigen organischen Aziden) darstellen. Man<br />
informiere sich hierzu auch in der am Ende des Kapitels angegebenen Literatur.<br />
Die bei der Umsetzung primärer aromatischer Amine mit salpetriger Säure (Diazotierung)<br />
entstehenden Diazoniumsalze sind infolge der Konjugation der Diazoniumgruppe mit dem<br />
aromatischen Kern verhältnismäßig beständig. Beim Erwärmen zerfallen auch sie in gleicher<br />
Weise wie die Alkyldiazoniumionen (s. D.8.3.I.).<br />
Man führt die Diazotierung im allgemeinen in wäßriger Lösung durch und erzeugt dabei die<br />
salpetrige Säure aus Natriumnitrit durch Zusatz von Mineralsäuren. Die erhaltenen Diazoniumsalze<br />
werden gewöhnlich nicht isoliert, sondern in Lösung weiterverarbeitet.<br />
Da die Basizität aromatischer Amine um Größenordnungen niedriger ist als die der aliphatischen<br />
Amine, hat die Aktivierung der salpetrigen Säure durch Mineralsäuren (vgl. [8.12]) bei<br />
der Diazotierungsreaktion besondere Bedeutung. Außerdem ist ein Säureüberschuß notwendig,<br />
um die Kupplung des entstandenen Diazoniumsalzes mit noch nicht umgesetztem freiem<br />
Amin zu verhindern (Triazenbildung, vgl. [8.33]). Dennoch kann nur das im Protonieningsgleichgewicht<br />
vorliegende freie Amin als Additionspartner der salpetrigen Säure fungieren.<br />
Primäre aromatische Amine, deren Basizitäten in der Größenordnung des Anilins liegen, kann<br />
man im allgemeinen in verdünnten Mineralsäuren (2,5 bis maximal 3 Säureäquivalente pro mol<br />
Amin und Natriumnitrit) diazotieren. Schwächer basische Amine erfordern höhere Säurekonzentrationen.<br />
Beispielsweise muß 2,4,6-Trimtro-anilin, dessen Aminogruppe nur noch angenähert die<br />
Basizität eines Carbonsäureamids besitzt, in konz. Schwefelsäure diazotiert werden.<br />
Für schwach basische und deshalb schwer diazotierbare Amine und zur Tetrazotierung von<br />
Diaminen hat sich das Arbeiten mit „Nitrosylschwefelsäure" bewährt. Meist wird das Amin in<br />
Eisessig gelöst und zur gut gerührten „Nitrosylschwefelsäure" zugetropft. In anderen Fällen ist<br />
auch die in der folgenden Allgemeinen Arbeitsvorschrift angegebene Variante B anwendbar.<br />
Für die Diazotierung von Aminen mit sauren Gruppen, z. B. -SO3H, empfiehlt es sich, zu einer<br />
Lösung ihrer Natriumsalze und Natriumnitrit die Säure zuzugeben.<br />
Feste Diazoniumsalze erhält man, wenn man in wasserfreien, sauren Lösungen (chlorwasserstoffhaltiger<br />
Eisessig, absoluter Alkohol) mit Salpetrigsäureestern (vgl. D.8.2.2.) diazotiert<br />
und die Salze mit Ether ausfällt. Die Salze sind in trockenem Zustand hochexplosiv und gegen<br />
Schlag und Hitze empfindlich! Ihre Darstellung als Chloride sollte unterbleiben!<br />
Vorteilhafter ist die Darstellung der stabileren Diazoniumtetrafluoroborate, die bei der Diazotierung<br />
in 40%iger Tetrafluorborwasserstoffsäure als schwerlösliche Salze anfallen. Man kann sie<br />
auch durch Zugabe einer Lösung von Ammonium- oder Natriumtetrafluoroborat zur Diazoniumchloridlösung<br />
erhalten. Wird Ammoniumhexafluorophosphat zur Diazoniumchloridlösung gegeben,<br />
lassen sich die stabilen Diazoniumhexafluorophosphate ausfällen und gewinnen.<br />
Darstellung von Arendiazoniumtetrafluoroboraten: DUNKER, M. F. W.; STARKEY, E. B.; JEN-<br />
KINS, G. L., J. Am. Chem. Soc. 58 (1936), 2308.
D. 8.2.1. Reaktionen der salpetrigen Säure mit Aminoverbindungen 633<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Lösungen diazotierter aromatischer Amine<br />
A. Diazotierung mit Natriumnitrit F.<br />
In einem Kolben oder Becherglas löst man unter Zutropfen (Flüssigkeiten) bzw. portionswei- v<br />
ser Zugabe (Feststoffe; vorher gut pulverisieren!) l mol primäres aromatisches Amin in 2 l /i bis Q<br />
3 mol halbkonz. Salzsäure bzw. Bromwasserstoffsäure oder drittelkonzentrierter Schwefel- L<br />
säure 1 ), wobei die Temperatur 5O 0 C nicht überschreiten soll. Danach wird die Lösung in einer<br />
Eis-Kochsalz-Mischung unter kräftigem Rühren schnell auf O 0 C abgekühlt und die dem Amin<br />
äquivalente Menge 1 ) einer 2,5molaren wäßrigen Natriumnitrit so zugetropft, daß die Temperatur<br />
nicht über 5 0 C steigt. Gegen Ende der Zugabe der Nitritlösung prüft man mit lodidstärkepapier<br />
(Tüpfeln, Blaufärbung) auf freie salpetrige Säure. Man gibt Nitritlösung zu, bis der<br />
Nachweis 5 Minuten nach Zugabe noch positiv ausfällt. Überschüssige salpetrige Säure wird<br />
durch wenig Sulfamidsäure beseitigt, da sie bei weiteren Umsetzungen stören kann. Tritt bei<br />
der Auflösung des Amins in der Mineralsäure eine Konzentrationsfällung ein oder läßt sich<br />
das Amin nicht vollständig in das Salz überführen, diazotiert man unter Rühren in Suspension.<br />
Eine möglichst feinkristalline Suspension erhält man durch Lösen des ausgefallenen Salzes in<br />
der Hitze und rasches Abkühlen unter intensivem Rühren (s. oben). Da die heterogene Reaktion<br />
langsamer verläuft, ist eine gute Durchmischung notwendig.<br />
Diese Vorschrift ist zur Durchführung im Halbmikromaßstab geeignet.<br />
B. Diazotierung mit „Nitrosylschwefelsäure" (Nitrosylhydrogensulfat)<br />
In 10 ml konz. Schwefelsäure trägt man portionsweise 0,01 mol feingepulvertes Natriumnitrit<br />
unter gutem Rühren und Kühlen so ein, daß die Temperatur 1O 0 C nicht übersteigt und sich<br />
keine nitrosen Gase bilden; man läßt anschließend 10 Minuten bei 15 bis 2O 0 C unter Wasserkühlung<br />
weiterrühren und erwärmt danach unter ständigem Rühren auf 70 0 C. Wenn eine klare<br />
Lösung entstanden ist, läßt man abkühlen und trägt unter Rühren und weiterer Kühlung 0,01<br />
mol des gut gepulverten schwach basischen Amins langsam ein. Dabei wird die Temperatur<br />
zwischen 10 und 20 0 C gehalten und anschließend noch 3 Stunden bei Zimmertemperatur nachgerührt.<br />
Zur Zerstörung von überschüssigem Nitrit setzt man eine Spatelspitze Harnstoff oder<br />
Sulfamidsäure zu und läßt etwa 30 Minuten stehen.<br />
Mit secundären Aminen reagiert die salpetrige Säure zu Nitrosaminen:<br />
H R<br />
^N-N=Q V-N=O + H® [8.17]<br />
Aus N-monosubstituierten (secundären) Säureamiden entstehen in analoger Weise die<br />
Nitrosamide. Man formuliere diesen Vorgang am N-Methyl-harnstoff! Warum reagiert die<br />
methylierte Aminogruppe schneller als die unsubstituierte mit der salpetrigen Säure?<br />
Af-Nitroso-alkylamide besitzen Bedeutung zur Darstellung der Diazoalkane (D.8.4.I.).<br />
Darstellung von W-Methyl-JV-nitroso-harnstoff<br />
Achtung! Af-Methyl-Af-nitroso-harnstoff wird in einer dunklen Flasche im Kühlschrank aufbewahrt,<br />
da er bei Licht- und Wärmeeinwirkung unter Feuererscheinung verpuffen kann.<br />
Technisches Methylamin oder sein Hydrochlorid enthalten oft Dimethylamin. Beim Einwirken<br />
von Natriumnitrit entsteht daraus das sehr giftige und canerogene Dimethylnitrosamin. Man<br />
arbeite unter dem Abzug!<br />
1 ) Bei Diazotierung von Polyaminen sind die Mengenverhältnisse entsprechend der Zahl der Aminogrup-<br />
pen zu berechnen.
634 D. 8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen<br />
5 mol Methylaminhydrochlorid und 5 mol Harnstoff werden in 400 ml Wasser gelöst und<br />
unter Rückfluß 3 Stunden erhitzt. Nach dem Zulösen von 1,6 mol Natriumnitrit läßt man die<br />
auf -1O 0 C abgekühlte Lösung in eine mit Eis-Kochsalz-Mischung abgekühlte Mischung von<br />
60Og Eis und UOg konz. Schwefelsäure unter Rühren langsam einfließen. Die sich abscheidende<br />
Nitrosoverbindung wird abgesaugt und mit Eiswasser gewaschen. F 124 0 C (Z.); Ausbeute<br />
80%; Reinigung durch Umkristallisieren aus Methanol. Zur Darstellung von Diazomethan<br />
wird das anfallende Rohprodukt eingesetzt.<br />
Um welchen Reaktionstyp handelt es sich bei der zunächst erfolgenden Bildung des Methylharnstoffs<br />
aus Methylamin und Harnstoff? Begründen Sie den großen Harnstoffüberschuß!<br />
Darstellung von N-Methyl-N-nitroso-toluensulfonamid: DE BOER, TH. J.; BACKER, H. J., Org.<br />
Synth., CoIl. Vol. IV (1963), 943.<br />
Tertiäre aliphatische Amine reagieren unter stark sauren Bedingungen (pH < 2) und bei<br />
Zimmertemperatur im allgemeinen nicht oder nur sehr langsam mit salpetriger Säure. Im<br />
schwach sauren oder neutralen Bereich und bei erhöhter Temperatur werden sie dagegen<br />
angegriffen. Unter Entalkylierung bildet sich das Nitrosamin, während der abgespaltene Alkylrest<br />
zum Aldehyd oxidiert wird. Benzylreste werden leichter abgespalten als Alkylgruppen.<br />
Analytisch nutzt man die Reaktion von salpetriger Säure mit Aminen, um aliphatische von<br />
aromatischen Aminen zu unterscheiden. Letztere sind diazotierbar und lassen sich durch<br />
Kupplungsreaktionen nachweisen (vgl. D.8.3.3.). Die Trennung und der qualitative Nachweis<br />
der secundären Amine neben primären und tertiären gelingt ebenfalls durch Umsetzung mit<br />
salpetriger Säure. Wirkt sie auf ein Gemisch von primären, secundären und tertiären Aminen<br />
ein, werden die primären Amine desaminiert, die tertiären bleiben unverändert; die aus den<br />
secundären Aminen entstehenden gelben Nitrosamine sind wasserdampfflüchtig und löslich in<br />
Ether. Durch Erhitzen mit Säure werden sie in salpetrige Säure und secundäre Amine zurückgespalten.<br />
Aromatische Nitrosamine neigen zur Umlagerung inp-Nitrosoarylamine.<br />
Bei der Desaminierung primärer Amine mit salpetriger Säure wird Stickstoff frei, der sich<br />
volumetrisch bestimmen läßt. Darauf beruht die Methode nach VAN SLYXE zur quantitativen<br />
Bestimmung von Verbindungen, die eine primäre Aminogruppe enthalten (aliphatische und<br />
aromatische Amine, Aminosäuren, primäre Amide).<br />
8.2.2. Reaktionen der salpetrigen Säure mit Alkoholen (Veresterung)<br />
In einer der Umsetzung mit secundären Aminen analogen Reaktion bildet salpetrige Säure mit<br />
Alkoholen Salpetrigsäureester:<br />
_ ©_ ®__-H @ ___<br />
R-Q-H + N=Q ^== R-O-N=Q ^=| R-Q-N=Q [8.18]<br />
+H +<br />
H<br />
Salpetrigsäure-<br />
Die Veresterung der salpetrigen Säure verläuft wesentlich rascher als die von Carbonsäuren,<br />
ebenso die Hydrolyse der Salpetrigsäureester.<br />
Die Salpetrigsäureester werden vielfach an Stelle der freien Säure für Nitrosierungen verwendet,<br />
z.B. wenn man nicht im wäßrigen Medium arbeiten will (vgl. D.8.2.I., Darstellung<br />
fester Diazoniumsalze) oder alkalische Reaktionsbedingungen erforderlich sind (vgl. D.8.2.3.,<br />
Nitrosierung CH-acider Verbindungen).
Darstellung von Isopentylnitrit<br />
D. 8.2.3. Reaktionen der salpetrigen Säure mit CH-aciden Verbindungen 635<br />
Vorsicht! Das Einatmen von Dämpfen der Salpetrigsäureester führt zu einer starken Erweiterung<br />
der peripheren Blutgefäße (Blutandrang zum Kopf).<br />
In einem Becherglas wird l mol Isopentylalkohol mit einer Lösung von 1,1 mol Natriumnitrit<br />
in 140 ml Wasser versetzt und unter Rühren auf O 0 C abgekühlt (Eis-Kochsalz-Mischung). Aus<br />
einem Tropftrichter läßt man zur Reaktionsmischung langsam unter gutem Rühren 90 ml<br />
konz. Salzsäure zufließen, wobei die Temperatur nicht über 5 0 C steigen darf. Man gießt das<br />
Reaktionsgemisch in einen 1-1-Scheidetrichter, schüttelt mit 400 ml Wasser durch, trennt die<br />
wäßrige Schicht ab, wäscht mit verd. Sodalösung und dann noch mehrmals mit Wasser. Das<br />
abgetrennte Reaktionsprodukt wird mit wenig Calciumchlorid getrocknet und im Vakuum<br />
unter Verwendung einer Tiefkühlvorlage destilliert. Kpg,o(50) 3O 0 C; Ausbeute 75%; gelbes Öl.<br />
8.2.3. Reaktionen der salpetrigen Säure mit CH-aciden Verbindungen<br />
Auch CH-acide Verbindungen können mit salpetriger Säure reagieren. Es handelt sich um den<br />
gleichen Reaktionstyp wie bei der sauer katalysierten Aldolreaktion (vgl. [7.104]). Die Reaktion<br />
ist auf die reaktionsfähigeren Methylenkomponenten beschränkt (mindestens eine Oxo-,<br />
Nitro-, zwei Carboxyl- oder Estergruppen in a-Stellung):<br />
O I u© HO ^/ a H(D0 i Öl O O<br />
\\ l +H \ /-v~~x ^ — \« I '' \\ ^ r o i m<br />
C-C-H ^== C=C +^N=O C-C-N =* C-C-N [8.19]<br />
/ _H® / \ / | - _H® /<br />
Wenn sich an dem der Nitrosogruppe benachbarten C-Atom noch ein Wasserstoffatom<br />
befindet, wandelt sich die gebildete Nitrosoverbindung sofort entsprechend [8.3] in die Isonitrosoverbindung<br />
um.<br />
Bei wenig aktiven Methylenkomponenten muß die Reaktion durch starke Basen (Alkalialkoholate)<br />
erzwungen werden. In diesem Falle kann man natürlich nicht mehr die salpetrige<br />
Säure selbst einsetzen (warum?), sondern verwendet ihre Ester. Die Umsetzung ist damit der<br />
Claisen-Esterkondensation analog. Man formuliere die Reaktion!<br />
Darstellung von Isonitrosomalonsäurediethylester 1 )<br />
Zu l mol frisch destilliertem Malonsäurediethylester in 170 ml Eisessig werden bei O 0 C 3 mol Natriumnitrit,<br />
in 250 ml Wasser gelöst, unter intensivem Rühren innerhalb von 3 bis 4 Stunden zugetropft.<br />
Danach wird die Mischung weitere 10 Stunden bei Zimmertemperatur gerührt. Den Isonitrosomalonsäurediethylester<br />
extrahiert man zunächst mit 400 ml und anschließend dreimal mit 100<br />
ml Methylendichlorid. Die vereinigten Extrakte werden mit Magnesiumsulfat getrocknet und mit<br />
10g festem Natriumhydrogencarbonat durchgeschüttelt (Vorsicht, Kohlendioxidentwicklung!).<br />
Nach dem Abklingen der Gasentwicklung filtriert man die Lösung, versetzt mit 20 g gepulvertem<br />
wasserfreiem Natriumacetat und erhitzt 10 Minuten unter Rückfluß. Die filtrierte Lösung wird auf<br />
die Hälfte ihres Volumens eingeengt, bis zur Trübung mit trockenem Petrolether verdünnt und zur<br />
Kristallisation über Nacht in den Kühlschrank gestellt. Man isoliert die Additionsverbindung von 3<br />
mol Isonitrosomalonsäurediethylester mit l mol Natriumacetat. Ausbeute 75%; FSS 0 C<br />
Präparative Anwendung findet die Nitrosierung CH-acider Verbindungen zur Darstellung<br />
von a-Amino-carbonylverbindungen (durch Reduktion) und a-Dicarbonylverbindungen<br />
(durch Hydrolyse der gebildeten Monoxime).<br />
1 J als Additionsverbindung mit 1/3 mol Natriumacetat nach SHAW, K. N. F.; NOLAN, CH., J. Org. Chem. 22<br />
(1957) 1668
636 D. 8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen<br />
Die Reduktion des Isonitrosomalonsäureesters unter gleichzeitiger Acylierung der gebildeten<br />
Aminoverbindungen zum Acetamido- bzw. Formamidomalonsäurediethylester (präparative<br />
Durchführung vgl. D.8.1.) ist für die Synthese von a-Aminocarbonsäuren bedeutungsvoll<br />
(vgl. Tryptophansynthese, [7.68], [7.146]).<br />
Wie kann man Diacetyl aus Ethylmethylketon herstellen?<br />
Eine analytische Anwendung der Reaktion von salpetriger Säure mit CH-aciden Verbindungen ist die<br />
Trennung bzw. Unterscheidung aliphatischer primärer und secundärer Nitroverbindungen über die Nitrolsäuren<br />
bzw. Pseudonitrole: Die farblosen Nitrolsäuren sind in Alkalien unter Bildung tiefrot gefärbter<br />
Salze löslich; die blaugrünen Pseudonitrole bilden keine Salze.<br />
xN-OH<br />
R-CH2-NO2 + HNO2 R-C' + H2O [8.20]<br />
NO2<br />
Nitrolsäure<br />
R Rx M=O<br />
CH-NO2 + HNO2 R'' Cv N02 + H2 ° ^ 21 I<br />
R 1<br />
Pseudonitrol<br />
8.3. Reaktionen der Diazoniumsalze<br />
Die durch die Diazotierung aromatischer primärer Amine erhaltenen Diazoniumsalze können<br />
entweder unter Verlust und Substitution der Diazoniumgruppe durch andere Reste oder<br />
unter Erhalt der N-N-Gruppierung reagieren.<br />
8.3.1. Verkochung und Reduktion<br />
Aromatische Diazoniumsalze verlieren beim Erhitzen bzw. bei der Bestrahlung mit ultraviolettem<br />
Licht elementaren Stickstoff. In wäßriger Lösung entstehen dabei über ein intermediär<br />
gebildetes Phenylkation 1 ) bevorzugt Phenole. Werden chlorid- bzw. bromidhaltige Lösungen<br />
verkocht, treten in geringem Umfang halogenierte Aromaten als Nebenprodukte auf. Präparativ<br />
glatt läßt sich von den Halogenen das Fluorid einführen, indem feste Diazoniumtetrafluoroborate<br />
unter Zusatz inerter Verdünnungsmittel thermolysiert werden (Schiemann-Reaktion):<br />
Zur Darstellung weiterer Halogenaromaten aus Diazoniumsalzen vgl. D.8.3.2.<br />
, ,©<br />
BF3<br />
[8.22]<br />
l) Diese Reaktion entspricht der Zersetzung von aliphatischen Diazoniumsalzen, erfolgt aber wegen der<br />
höheren Stabilität der Arendiazoniumionen im allgemeinen nicht mehr spontan bei Raumtemperatur.
D. 8.3.1. Verkochung und Reduktion 637<br />
Beim Verkochen der Diazoniumsalze in Alkoholen läuft neben der Substitution zu den<br />
Alkylarylethern die Reduktion der Diazoniumsalze zu Kohlenwasserstoffen als Konkurrenzreaktion<br />
ab. Sie wird in cyclischen Ethern (Dioxan, Tetrahydrofuran u.a.) oder auch in Dimethylformamid<br />
zur Hauptreaktion (Meerwein-Reduktion). Der Wasserstoff wird dabei in<br />
einer Radikalkettenreaktion auf den Arylrest übertragen:<br />
+ e ©<br />
[8.23a]<br />
[8.23b]<br />
CH<br />
O + + N2 + [8.23c]<br />
Gegenüber dieser Reaktion erscheint die ältere Methode zur Überführung von Diazoniumsalzen<br />
in die entsprechenden aromatischen Kohlenwasserstoffe mit alkalischer Stannitlösung<br />
weniger zweckmäßig.<br />
Die Ausbeuten an Phenol beim Verkochen von Diazoniumsalzen sind niedrig. Man stellt<br />
Phenole auf diese Weise hauptsächlich dann her, wenn man sie frei von Isomeren erhalten will<br />
oder wenn sie auf anderem Wege nicht zugänglich sind.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Verkochung von Diazoniumsalzlösungen zu Phenolen<br />
(Tab. 8.24)<br />
Eine nach der allgemeinen Arbeitsvorschrift in D.8.2.1. (Variante A) erhaltene Diazoniumsalzlösung,<br />
dargestellt aus 0,5 mol Amin, wird auf dem siedenden Wasserbad erhitzt, bis die Stickstoffentwicklung<br />
abgeklungen ist. Danach destilliert man das entstandene Phenol mit Wasserdampf<br />
über, bis ein Tropfen des übergehenden Destillats keine positive Eisen(III)-chloridreaktion<br />
mehr gibt. Das Destillat wird mit Natriumchlorid gesättigt und das Phenol ausgeethert.<br />
Die vereinigten Etherphasen werden mit Magnesiumsulfat getrocknet, der Ether wird abdestilliert<br />
und das Phenol durch Vakuumdestillation gewonnen.<br />
Diese Vorschrift ist zur Halbmikropräparation geeignet.<br />
Tabelle 8.24<br />
Phenole durch Verkochen von Diazoniumsalzlösungen<br />
Phenol<br />
Phenol<br />
m-Cresol<br />
o-Cresol<br />
p-Cresol<br />
m-Chlor-phenol<br />
p-Chlor-phenol<br />
Amin<br />
Anilin<br />
m-Toluidin<br />
o-Toluidin<br />
p-Toluidin<br />
m-Chlor-anilin<br />
p-Chlor-anilin<br />
Kp<br />
in 0 C<br />
74i 3(io)<br />
862.0(15)<br />
933,l(23)<br />
962,0(15)<br />
55o,4(3><br />
88oj(5)<br />
F<br />
in 0 C<br />
43<br />
(ng> 1,5364)<br />
31<br />
36<br />
32<br />
42<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
*) Die Startreaktion kann durch Spuren von Metallionen niedriger Wertigkeitsstufe oder durch die eingesetzten<br />
Puffersysteme ausgelöst werden.<br />
60<br />
60<br />
60<br />
60<br />
65<br />
60<br />
4<br />
G
638 D. 8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen<br />
Tabelle £.24 (Fortsetzung)<br />
Phenol<br />
m-Hydroxy-benzaldehyd 1 )<br />
Guajacol 2 )<br />
Arnin<br />
m-Arnino-benzaldehyd<br />
o-Anisidin<br />
Kp<br />
in 0 C<br />
168^3(I7)<br />
1 OS3^25)<br />
F<br />
in 0 C<br />
108 (W.)<br />
30<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
!) Die verkochte Diazoniurnsalzlösung filtriert man heiß, kocht die Schmieren mit Wasser aus und extrahiert<br />
den nicht wasserdampfflüchtigen Aldehyd aus den vereinigten Filtraten mit Ether.<br />
2 ) Zur Diazoniumsalzlösung gibt man in der Kälte 300 ml konz. Schwefelsäure pro mol Amin und erhitzt<br />
im Metallbad auf 125 bis 13O 0 C Innentemperatur. Bei dieser Temperatur destilliert man das Guajacol<br />
kontinuierlich mit Wasserdampf über.<br />
Außer zu Kohlenwasserstoffen lassen sich Diazoniumsalze auch unter Erhalt des Stickstoffs<br />
im Molekül reduzieren. Der Wasserstoff lagert sich dabei an die N-N-Mehrfachbindung an,<br />
und man erhält Arylhydrazine; als Reduktionsmittel dienen Natriumsulfit, auch Zink in Eisessig<br />
oder Zinn(II)-chlorid in salzsaurer Lösung (vgl. aber oben: Reduktion zu Kohlenwasserstoffen<br />
mit Stannitlösung).<br />
Die Reduktion von Benzendiazoniumchlorid mit Natriumsulfit zu Phenylhydrazin ist folgendermaßen<br />
zu formulieren:<br />
/—^ „<br />
55<br />
50<br />
SO3Na 0 —-
D. 8.3.2. Sandmeyer-Reaktionen 639<br />
dieser Temperatur wird die Kristallisation vervollständigt. Der Niederschlag wird abgesaugt und<br />
gegebenenfalls als Rohprodukt weiter verarbeitet.<br />
3. Reinigung<br />
Das Rohprodukt wird in 70 ml Wasser gelöst bzw. suspendiert, mit Natronlauge alkalisiert und<br />
das Hydrazin sofort viermal mit je 30 ml Methylendichlorid extrahiert. Das Lösungsmittel wird<br />
auf dem Wasserbad unter Normaldruck abdestilliert (azeotrope Trocknung!) und der Rückstand<br />
im Vakuum fraktioniert oder bei Feststoffen aus Petrolether umkristallisiert. Ausbeute<br />
etwa 65%.<br />
Variante B<br />
In einem 500-ml-Dreihalskolben mit Rührer, Tropftrichter und Innenthermometer kühlt man<br />
eine Lösung von 0,3 mol Zinn(II)-chlorid-dihydrat in 70 ml Salzsäure (p. a.) auf -10 bis -15 0 C<br />
(Aceton/Trockeneis). Danach tropft man unter Rühren bei dieser Temperatur die aus 0,1 mol<br />
Amin unter Verwendung von Salzsäure (p. a.) dargestellte Diazoniumchloridlösung zu.<br />
Zur Vervollständigung der Reaktion läßt man über Nacht im Kühlschrank stehen. Danach<br />
saugt man das ausgefallene Zinn-Doppelsalz ab, löst bzw. suspendiert in 70 ml Wasser und setzt<br />
bis zur stark alkalischen Reaktion konz. Natronlauge zu.<br />
Das Hydrazin wird viermal mit 40 ml Ether extrahiert. Nach dem Trocknen der vereinigten<br />
Etherextrakte mit Magnesiumsulfat wird das Lösungsmittel abdestilliert und der Rückstand im<br />
Vakuum fraktioniert bzw. aus Petrolether umkristallisiert. Ausbeute etwa 70%.<br />
Tabelle 8.26<br />
Arylhydrazine durch Reduktion von Arendiazoniumsalzen<br />
Hydrazin<br />
Phenylhydrazin<br />
p-Tolylhydrazin<br />
m-Tolylhydrazin<br />
3-Methoxy-phenylhydrazin<br />
4-Chlor-phenylhydrazin<br />
3-Chlor-phenylhydrazin<br />
2-Chlor-phenylhydrazin<br />
4-Brorn-phenylhydrazin<br />
Ausgangsverbindung<br />
Anilin<br />
p-Toluidin<br />
m-Toluidin<br />
/n-Anisidin<br />
4-Chlor-anilin<br />
3-Chlor-anilin<br />
2-Chlor-anilin<br />
4-Brorn-anilin<br />
Variante<br />
A, B<br />
A, B<br />
A, B<br />
A, B<br />
A, B<br />
A, B<br />
A, B<br />
A, B<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
120i,6(l2),<br />
F 19<br />
ri§ 1,6084<br />
F 54<br />
960)3(2)<br />
1050,i(i)<br />
F 84,5<br />
890,07(0,5)<br />
95o,i(i)<br />
F 102<br />
Phenylhydrazine sind wichtige Reagenzien zur analytischen Charakterisierung von Aldehyden,<br />
Ketonen und Zuckern (vgl. D.7.1.1.) und Ausgangsstoffe für die Fischer-Indolsynthese (vgl.<br />
D.9.2.). Sie werden technisch für die Synthese von Pyrazolinonabkörnrnlingen eingesetzt, die als<br />
Farbstoffkomponenten (vgl. D.8.3.3.) und Arzneimittel (vgl. D.7.1.4.2.) Bedeutung besitzen.<br />
8.3.2. Sandmeyer-Reaktionen<br />
Kann ein Substituent (z.B. Brom) nicht durch einfaches Verkochen des Diazoniumsalzes in<br />
den aromatischen Kern eingeführt werden, ist es oft möglich, diese Umsetzung durch Zusatz<br />
von Kupferpulver oder von Kupfer(I)-salzen zu erzwingen (Sandmeyer-Reaktion):<br />
EN + Cu 0 /~\ + NEN + Cu 20 [8-27a]
640 D. 8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen<br />
e 0 + Cu ,2©<br />
Cu ,©<br />
CII + e"<br />
[8.27b]<br />
[8.27c]<br />
Die hierbei als Nebenprodukt auftretenden Derivate des Diphenyls weisen auf einen radikalischen<br />
Ablauf der Reaktion hin. 1 ) (Vergleiche dazu: Radikalbildung durch Redoxprozesse, D. 1.1.)<br />
Das Kupferion tritt als Elektronendonor bzw. -acceptor auf. Es ist deshalb verständlich, daß<br />
man bei der Einführung leicht oxiderbarer bzw. reversibel oxidierbarer nucleophiler Reagenzien<br />
keinen eigentlichen Sandmeyer-Katalysator mehr braucht, so z.B. beim lodidion, das<br />
gewissermaßen seinen eigenen Katalysator darstellt. (Durch Nebenreaktionen wird dabei aber<br />
auch stets etwas lod gebildet.) Auch durch Arsenit wird das Diazoniumion zum Arendiazoradikal<br />
reduziert, eine Kettenreaktion unterbleibt jedoch, und als Reaktionsprodukt wird die<br />
Arsonsäure erhalten. Man formuliere die entsprechenden Reaktionsschritte! Die folgende<br />
Übersicht unterrichtet über einige Möglichkeiten:<br />
NEN -N2<br />
+ Cl 0 ; Cu 0<br />
+ Br 0 ;Cu®<br />
+ 1<br />
fVc,<br />
R-\=/<br />
+ CN G ;Cu® fyc,N<br />
RA=/<br />
[8.28]<br />
Die Bedeutung dieser Reaktion liegt in der Möglichkeit, über eine Nitrogruppe nach<br />
Reduktion und Diazotierung Substituenten einzuführen, die durch direkte Substitution gar<br />
nicht oder nicht an der gewünschten Stelle eingeführt werden können. Als Produkt von Konkurrenzreaktionen<br />
können Phenole, Diaryle oder Azoverbindungen auftreten. Man erkläre<br />
sich diese Nebenreaktionen!<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Chlorarenen, Bromarenen und lodarenen<br />
sowie aromatischen Nitriten nach SANDMEYER (Tab. 8.29)<br />
I<br />
Achtung! Bei der Nitrildarstellung wird Blausäure frei! Unter einem sehr gut ziehenden<br />
Abzug arbeiten und Gasmaske (Atemfilter B, vgl. Reagenzienanhang) bereithalten! Metallcyanide<br />
sind stark giftig! Entsorgung der Cyanidrückstände beachten!<br />
1 J Diaryle werden zum Hauptprodukt, wenn man Diazoniumsalze mit Laugen in die Diazoanhydride,<br />
(Ar-N=N)2O, überführt und diese durch aromatische Lösungsmittel extrahiert, in denen sie sich zersetzen.<br />
Das entstehende Arylradikal substituiert das Lösungsmittel (Gomberg-Bachmann-Arylierung).
D. 8.3.2. Sandmeyer-Reaktionen 641<br />
Herstellung des Kupferkatalysators<br />
In einem Rundkolben wird l mol 1 ) Kupfersulfat in 800 ml Wasser unter Erwärmen gelöst und<br />
mit 1,5 mol Natriumchlorid (für die Darstellung der Chloride) bzw. Natriumbromid (für Bromide)<br />
versetzt. Zu dieser Lösung gibt man langsam unter Rühren eine Lösung von 0,5 mol<br />
Natriumsulfit in 200 ml Wasser hinzu. Man läßt abkühlen, wäscht den Niederschlag durch<br />
Dekantieren mit Wasser, löst in 400 ml konz. Salzsäure bzw. Bromwasserstoffsäure und verschließt<br />
das Gefäß gut bis zur Weiterverarbeitung, da das Kupfersalz luftempfindlich ist.<br />
Kupfer(I)-cyanid läßt sich analog darstellen. Hierbei wird jedoch erst reduziert und dann<br />
das Natriumcyanid zugegeben. Nach dem Waschen mit Wasser löst man den Niederschlag in<br />
600 ml 4,5molarer Natriumcyanidlösung. Vorsicht!<br />
Sandmeyer-Reaktion<br />
Man führt die Reaktion in einem Becherglas durch (ggf. starkes Schäumen durch Stickstoffentwicklung!)<br />
und überführt das Reaktionsgemisch nach beendeter Stickstoffabspaltung in einen<br />
zur Wasserdampfdestillation geeigneten Rundkolben. Für hochschmelzende Endprodukte<br />
wird der Kolben (NS 29/32) über Destillationsaufsatz, Luftkühler und Krümmer, mit einem<br />
Mehrhalskoben verbunden, der zur Wasserdampfkondensation vertikal mit einem Dimrothkühler<br />
bestückt ist. Scheidet sich im Luftkühler Festprodukt ab, wird es mit einem Heißluftfön<br />
geschmolzen und in die Vorlage getrieben.<br />
0,75 mol des betreffenden Amins werden unter Verwendung von Salzsäure (zur Darstellung<br />
der Chloride), Bromwasserstoffsäure (für Bromide) bzw. Schwefelsäure (für Nitrile und<br />
lodide) nach der Vorschrift in D.8.2.1. (Variante A) diazotiert.<br />
In der Kupfersalz-katalysierten Variante (Chloride, Bromide, Nitrile) wird die Diazoniumsalzlösung<br />
bei O 0 C unter Rühren in die Katalysatorlösung eingetragen, nach dem Erwärmen<br />
auf Raumtemperatur l Stunde weiter gerührt und danach 30 Minuten auf dem siedenden Wasserbad<br />
erhitzt.<br />
Zur Darstellung der lodide wird die kalte Diazoniumsalzlösung in eine wäßrige Lösung von<br />
l mol Alkaliiodid (Ig Natriumiodid pro 3 ml bzw. l g Kaliumiodid pro 5 ml Wasser) innerhalb<br />
einer Stunde zugetropft, l Stunde bei Zimmertemperatur nachgerührt und abschließend<br />
30 Minuten auf dem Wasserbad erhitzt. Nach dem Abkühlen wird gebildetes lod mit einer<br />
wäßrigen Natriumsulfitlösung reduziert, bis die typische lodfärbung verschwunden ist.<br />
Zur Isolierung der Produkte unterwirft man das Reaktionsgemisch einer Wasserdampfdestillation.<br />
Überdestillierte flüssige Reaktionsprodukte werden durch Ausschütteln mit Ether<br />
abgetrennt. Die vereinigten Etherphasen wäscht man zur Beseitigung mitentstandener Phenole<br />
mit 2 N Natronlauge und mit Wasser, trocknet, destilliert das Lösungsmittel ab und rektifiziert<br />
den Rückstand über eine kurze Vigreux-Kolonne im Vakuum. Feste Reaktionsprodukte<br />
werden mit einer Glasfritte abgesaugt, auf der Fritte mit 2 N Natronlauge und viel Wasser<br />
gewaschen, getrocknet und umkristallisiert.<br />
Tabelle 8.29<br />
Sandmeyer-Reaktionen<br />
Produkt<br />
o-Chlor-toluen<br />
m-Chlor-toluen<br />
p-Chlor-toluen<br />
o-Brorn-toluen<br />
rn-Brorn-toluen<br />
l Kristallwassergehalt beachten!<br />
Ausgangsverbindung<br />
o-Toluidin<br />
m-Toluidin<br />
p-Toluidin<br />
o-Toluidin<br />
/n-Toluidin<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
158<br />
472,3(17)<br />
44i,3(io)<br />
782j(20)<br />
712,0(15)<br />
n20<br />
1,5247<br />
1,5214<br />
1,5221<br />
1,5565<br />
!,5528<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
80<br />
80<br />
80<br />
60<br />
60
642 D. 8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen<br />
Tabelle 8.29 (Fortsetzung)<br />
Produkt<br />
p-Brom-toluen<br />
o-Chlor-nitrobenzen<br />
m-Chlor-nitrobenzen<br />
m-Brom-nitrobenzen<br />
p-Brom-nitrobenzen<br />
Benzonitril<br />
p-Methyl-benzonitril<br />
o-Chlor-benzonitril<br />
p-Chlor-benzonitril<br />
p-Nitro-benzonitril<br />
p-Chor-iodbenzen<br />
lodbenzen<br />
p-Iod-toluen<br />
p-Brom-iodbenzen<br />
p-Iod-anisol<br />
p-Iod-nitrobenzen<br />
Ausgangsverbindung<br />
p-Toluidin<br />
o-Nitro-anilin<br />
m-Nitro-anilin<br />
m-Nitro-anilin<br />
p-Nitro-anilin<br />
Anilin<br />
p-Toluidin<br />
o-Chlor-anilin<br />
p-Chlor-anilin<br />
p-Nitro-anilin<br />
p-Chlor-anilin<br />
Anilin<br />
p-Toluidin<br />
p-Brorn-anilin<br />
p-Anisidin<br />
p-Nitro-anilin<br />
Kp (bzw. F) n 2 ?<br />
in 0 C<br />
824j(35); F 26<br />
F 33 (EtOH)<br />
F 45 (EtOH)<br />
F 55 (EtOH)<br />
F 125 /EtOH)<br />
7O1300) 1,5289<br />
911,5(11);F29<br />
F 43 (EtOH)<br />
F 90 (EtOH)<br />
F 146 (EtOH)<br />
F 56 (EtOH)<br />
64i,3 (10)<br />
13333 (25)<br />
F 35 (EtOH)<br />
F 92 (EtOH)<br />
F 52 (EtOH)<br />
F 174 (EtOH)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Thiosalicylsäure aus Anthranilsäure: ALLEN, C. F. H.; MACKAY, D. R, Org. Synth., CoIl. Vol.<br />
II (1957), 580; diese Vorschrift verbindet eine Sandmeyer-Reaktion mit der Reduktion eines<br />
Disulfids (vgl. D.8.5.);<br />
2,4-Dichlor-toluen aus 2,4-Diamino-toluen: HODGSON, H. H.; WALKER, J., J. Chem. Soc. 1935,<br />
350;<br />
Verbesserte Ausbeute bei der Sandmeyer-Reaktion durch Zugabe von Reduktionsmitteln:<br />
GALLI, C, Tetrahedron Lett. 21 (1980), 4515.<br />
8.3.3. Azokupplung, Azofarbstoffe<br />
Diazoniumionen besitzen am endständigen Stickstoffatom elektrophile Eigenschaften (einen<br />
Elektronenunterschuß):<br />
© ©<br />
N=N = N=N<br />
60<br />
90<br />
90<br />
90<br />
90<br />
60<br />
60<br />
70<br />
80<br />
75<br />
65<br />
65<br />
80<br />
65<br />
70<br />
75<br />
[8.30]<br />
Sie sind daher in der Lage, Aromaten unter elektrophiler Substitution anzugreifen (Azokupplung),<br />
eine Reaktion, die den typischen elektrophilen Substitutionen an Aromaten<br />
(Nitrierung, Halogenierung, Sulfonierung usw.) an die Seite zu stellen ist:<br />
a-Komplex Azoverbindung<br />
N=N =/ [831]<br />
Infolge der weitgehend delokalisierten positiven Ladung stellen Diazoniumionen keine sehr wirksamen<br />
elektrophilen Reagenzien dar, so daß nur stark basische Aromaten substituiert werden können. Im allgemeinen<br />
ist die Azokupplung daher auf die aromatischen Amine (starker +M-Effekt der Aminogruppe)<br />
und Phenole beschränkt (starker +M/+I-Effekt des Sauerstoffs im Phenolation, das das eigentliche reagierende<br />
Agens darstellt, vgl. D.5.I.2.). Nur in einzelnen Fällen reagieren auch (Poly-)Phenolether und<br />
Polyalkylaromaten (s. unten).
D. 8.3.3. Azokupplung, Azofarbstoffe 643<br />
Wegen ihrer geringen Reaktivität reagieren Diazoniumionen sehr selektiv (vgl. auch D.5.I.2.), so daß<br />
sich im allgemeinen (neben wenig o-Produkt) fast ausschließlich die p-substituierten Azobenzene bilden.<br />
Übereinstimmend mit den theoretischen Erwartungen steigern -I- und -M-Substituenten im Diazoniumion<br />
dessen Reaktionsfähigkeit gegenüber dem Aromaten, +1- und +M-Gruppen senken sie.<br />
Während sich z. B. das Benzendiazoniumion gerade noch mit Phloroglucinoltrimethylether umsetzt, reagiert<br />
das 4-Nitro-benzendiazoniumion schon mit Resorcinoldimethylether. 2,4-Dinitro-benzendiazoniumsalze<br />
kuppeln bereits glatt mit Anisol, und das 2,4,6-trinitrierte Ion schließlich vermag sogar mit Mesitylen<br />
zu reagieren.<br />
Es gibt für jede Kupplungsreaktion einen optimalen pH-Wert. Im stark sauren Medium<br />
wird im allgemeinen auch mit aromatischen Aminen und Phenolen keine Umsetzung beobachtet.<br />
Die Konzentration an freiem Amin ist hier durch Salzbildung zu stark vermindert. (Warum<br />
wird das Ammoniumsalz nicht vom Diazoniumion angegriffen?) Ebenso ist die Konzentration<br />
an Phenolationen in saurer Lösung außerordentlich gering, da die Dissoziation des Phenols<br />
stark zurückgedrängt ist. Im alkalischen Medium dagegen ist zwar die Bereitschaft, elektrophil<br />
substituiert zu werden, seitens des Amins ungeschwächt vorhanden, bei einem Phenol durch<br />
Salzbildung sogar bedeutend erhöht, aber die Konzentration des Diazoniumions ist nur noch<br />
sehr gering, da sich das Diazotat [8.32], III bildet, das nicht kupplungsfähig ist:<br />
/T~\ © _ +OH 0 /~~\ +OH 0 ,-H2O /T~\ _0<br />
(/ V-N=N . n
644 D. 8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen<br />
R O R O O O<br />
n^^D' n^^^p- p^N^^Q'<br />
O J (^ R - O Y-U R ^T R M R<br />
^ (+) l ff}«" LJ^ Il<br />
"^" V ^ H<br />
Ph Ph Ph<br />
[8.34]<br />
Technische Bedeutung als Kupplungskomponenten haben auch CH-acide Pyrazolinone, Indole, Pyridone<br />
u.a. Man informiere sich im Lehrbuch!<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Azokupplung (Tab. 8.35)<br />
A. Kupplung in schwach saurer Lösung (mit Aminen)<br />
Zu einer Lösung von 0,1 mol der Kupplungskomponente in der äquivalenten Menge l N Mineralsäure<br />
bzw. bei den Aminosäuren in der äquivalenten Menge l N Natronlauge läßt man bei 5<br />
bis 1O 0 C eine aus 0,1 mol Amin dargestellte Diazoniumsalzlösung (Darstellung vgl. D.8.2.I.,<br />
Variante A) unter Kühlen und Rühren zufließen. Aus der sauren Farblösung wird der Farbstoff<br />
durch Abstumpfen mit Natriumacetatlösung bzw. Neutralisation mit Soda und/oder Aussalzen<br />
mit Kochsalz als Farbsalz abgeschieden. Zum Aussalzen wird die Farbstofflösung auf 60 bis<br />
8O 0 C erwärmt und unter Rühren langsam (!) mit maximal 20g feingepulvertem Kochsalz je<br />
100 ml Lösung versetzt. Je nach Löslichkeit kann aus wenig Wasser oder einem Wasser-Alkohol-Gemisch<br />
umkristallisiert werden.<br />
B. Kupplung in saurer Lösung (mit Aminen)<br />
Zu einer Lösung von 0,01 mol der Kupplungskomponente in 10 ml 10%iger Schwefelsäure läßt<br />
man unter Rühren die aus 0,01 mol Amin durch Diazotieren mit Nitrosylschwefelsäure (Darstellung<br />
vgl. D.8.2.I., Variante B) dargestellte hochviskose, braune Diazoniumsalzlösung langsam<br />
zufließen. Die Temperatur wird durch Zugabe von Eis auf O 0 C gehalten. Die Kupplung<br />
setzt meist sofort ein und ist nach ca. 8 Stunden beendet. Falls erforderlich, stumpft man die<br />
Lösung zum Abscheiden des Farbstoffs wie unter Variante A angegeben ab.<br />
C. Kupplung in alkalischer Lösung (mit Phenolen)<br />
Zu einer Lösung von 0,1 mol des Phenols in 0,2 mol 2 N Natronlauge (für jede weitere saure<br />
Gruppe in der Kupplungskomponente muß eine äquivalente Menge Alkali zugesetzt werden)<br />
läßt man bei 5 bis 1O 0 C die Lösung von 0,1 mol diazotiertem Amin (Darstellung vgl. D.8.2.I.,<br />
Variante A) langsam unter Rühren zufließen. Man kontrolliert den pH-Wert der Lösung mit<br />
Indikatorpapier und setzt gegebenfalls weiteres Alkali in Form von Soda zu, damit die Lösung<br />
stets alkalisch bleibt. Das Fällen des Farbstoffes wird durch Aussalzen mit Kochsalz vervollständigt.<br />
Er wird durch Waschen mit Eiswasser gereinigt.<br />
D. Kupplung in acetatgepufferter Lösung (mit CH-aciden Verbindungen)<br />
Zu einer Mischung aus 0,1 mol CH-acider Komponente in 150 ml Ethanol (für Cyanacetamid<br />
sind 300 ml Ethanol erforderlich) und 0,15 mol Natriumacetat in 120 ml 50%igem Ethanol<br />
tropft man bei O bis 5 0 C die Lösung von 0,1 mol diazotiertem Amin (Darstellung vgl. D.8.2.I.,<br />
Variante A) langsam unter Rühren zu. Man läßt zur Kristallisation stehen. Gegebenfalls fällt<br />
man vorsichtig mit kleinen Portionen Wasser so, daß sich der Farbstoff fest und nicht ölig<br />
abscheidet. Das Produkt wird mit Wasser gewaschen und umkristallisiert
Tabelle 8.35<br />
Azofarbstoffe und Hydrazone durch Kupplungsreaktionen<br />
Produkt<br />
4'-Dimethylamino-azobenzen-<br />
4-sulfonsäure, Natriumsalz<br />
(Methylorange)<br />
4'-Dimethylamino-azobenzen-<br />
2-carbonsäure, Natriumsalz<br />
(Methylrot)<br />
4'-Amino-5'-methoxy-2'methyl-4-nitro-azobenzen<br />
2-(2,6-Dibrom-4-nitrophenylazo)-5-diethylaminoacetanilid<br />
2 / -Brom-4-diethylamino-4',6'dinitro-azobenzen<br />
5-[Bis(2-acetoxy-ethyl)amino]-2-(2-brom-4,6-dinitro-phenylazo)-4-methoxy-acetanilid4-(2-Hydroxy-naphthalen-lazo)benzensulfonsäure,<br />
Dinatriumsalz<br />
(ß-Naphtholorange)<br />
l-(4-Nitro-phenylazo)-naphth-<br />
2-ol (Pararot)<br />
4-Hydroxy-4'-nitro-azobenzen-<br />
3-carbonsäure 3 )<br />
1 -Pheny lazo-naphth-2-ol<br />
3-Methyl-4-(2,4-dimethylphenylazo)-<br />
1 -phenyl-zl 2 -<br />
pyrazolin-5-on<br />
3-Phenylhydrazono-pentan-<br />
2,4-dion<br />
3-Oxo-2-phenylhydrazonobuttersäureethylesterp-Methoxy-phenylhydrazonocyanessigsäureethylesterp-Methoxy-phenylhydrazonocyanacetamid<br />
Diazokomponente,<br />
Kupplungskomponente<br />
Sulfanilsäure,<br />
N,N-Dimethyl-anilin<br />
Anthranilsäure,<br />
N,N-Dimethyl-anilin<br />
p-Nitranilin,<br />
1 - Amino-2-methoxy-5methyl-benzen<br />
(Cresidin)<br />
2 ,6-Dibrom-4-nitroanilin<br />
2 ),<br />
3-Diethylamino-acetanilid<br />
2-Brom-4,6-dinitroanilin 2 ),<br />
N,N-Diethyl-anilin<br />
2-Brom-4,6-dinitroanilin 2 ),<br />
3-[Bis(2-acetoxy-ethyl)amino]-4-methoxyacetanilid<br />
Sulfanilsäure,<br />
ß-Naphthol<br />
p-Nitranilin,<br />
ß-Naphthol<br />
p-Nitranilin,<br />
Salicylsäure<br />
Anilin,<br />
ß-Naphthol<br />
2,4-Dimethyl-anilin,<br />
3-Methyl-l-phenyl-zf 2 -<br />
pyrazolin-5-on<br />
Anilin,<br />
Acetylaceton<br />
Anilin,<br />
Acetessigsäureethylester<br />
p-Anisidin,<br />
Cyanessigsäureethylester<br />
p-Anisidin,<br />
Cyanacetamid<br />
D. 8.3.3. Azokupplung, Azofarbstoffe 645<br />
Kupplungsvariante<br />
A<br />
A<br />
A<br />
B<br />
B<br />
B<br />
C<br />
C<br />
C<br />
C<br />
C<br />
D<br />
D<br />
D<br />
D<br />
Farbe der Lösung<br />
bzw. /max!)<br />
F in 0 C<br />
sauer: rot<br />
alkalisch: gelb<br />
sauer: rot<br />
alkalisch: gelb<br />
F 254<br />
rot<br />
Am3x: 507 (4.40)<br />
(ChIf.)<br />
F168...172<br />
(DMF)<br />
/lmax: 552 (4.44)<br />
(ChIf.)<br />
F!90...192<br />
(DMF)<br />
/Ux: 594 (4.54)<br />
(ChIf.)<br />
F146...149<br />
(DMF)<br />
orange<br />
F 246 (PhMe)<br />
rot<br />
F 258 (AcOH)<br />
sauer: gelb<br />
alkalisch: braun<br />
F130(W./EtOH)<br />
rot<br />
F 167<br />
gelb<br />
F 89 (EtOH)<br />
F 70 (EtOH)<br />
F 78 (EtOH)<br />
F 239...240 (AcOH)<br />
! ) ^max längstwellige Absorption in nm; e molarer Extinktionskoeffizient; in Klammern Ig e.<br />
2 ) Diazotierung mit „Nitrosylschwefelsäure" (vgl. D.8.2.I.).<br />
3 ) Das Produkt fällt zunächst als Lösung des Alkalisalzes an und wird mit Salzsäure ausgefällt.<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Azoverbindungen sind unter Bedingungen, die denen der Reduktion von Nitroverbindungen<br />
entsprechen, in primäre Amine überführbar:<br />
80<br />
80<br />
85<br />
93<br />
88<br />
93<br />
80<br />
80<br />
80<br />
80<br />
90<br />
85<br />
95<br />
75<br />
66
646 D. 8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen<br />
NR2<br />
-NH-NH-<br />
\=/<br />
[8.36]<br />
Über die Azokupplung kann man also eine primäre Aminogruppe in die Kupplungskomponente<br />
einführen. Man erhält dabei o- bzw. p-Phenylendiamine oder Aminophenole, die durch<br />
andere Methoden schwieriger zugänglich sind, z.B. l-Amino-naphth-2-ol aus ß-Naphtholorange<br />
(vgl. D.6.4.2.).<br />
Die Azokupplung wird technisch in großem Umfang zur Herstellung von Azofarbstoffen angewandt.<br />
Diese Farbstoffklasse stellt mit etwa der Hälfte den Hauptanteil der gesamten Farbstoffproduktion. Man<br />
informiere sich in Lehrbüchern über die wichtigsten Farbstoff typen!<br />
Durch Kombination von Diazoniumsalzen mit einer Vielzahl aromatischer Amine (substituierte Aniline,<br />
Naphthylamine u. a.) und den verschiedensten Kupplungskomponenten (Aniline, Phenole, Naphthylamine,<br />
Naphthole, Pyrazolinone, deren Sulfonsäuren und andere Substitutionsprodukte) ist eine große Zahl von<br />
Azofarbstoffen hergestellt worden, wobei in wachsendem Maße Heterocyclen als Diazonium- oder Kupplungskomponenten<br />
eingesetzt werden. Anionische Azofarbstoffe enthalten meist eine oder mehrere Sulfogruppen<br />
und sind unter Salzbildung wasserlöslich. Diese sauren Azofarbstoffe dienen zum Färben von<br />
Substraten mit basischen Gruppen (Wolle, Seide, Polyamid, Leder), können aber auch als Direktfarbstoffe<br />
(„Substantive Azofarbstoffe") zum Färben ungeheizter Cellulosefasern (Baumwolle, Leinen, regenerierte<br />
Cellulose, Papier) eingesetzt werden.<br />
Ebenfalls wasserlöslich sind die kationischen („basischen") Azofarbstoffe, die steigende Bedeutung für<br />
die Anfärbung von Polyacrylonitrilfaserstoffen u. ä. haben.<br />
In Wasser schwerlösliche Azofarbstoffe besitzen als Dispersionsfarbstoffe zur Färbung hydrophober<br />
Faserstoffe, wie Polyester, Cellulosetriacetat, auch Polyacrylonitril und Polyamid, technische Bedeutung.<br />
Diese Farbstoffe ziehen aus einer wäßrigen Dispersion auf die Faser auf. Wasserunlöslich sind auch die sog.<br />
Entwicklungsfarbstoffe, die durch Kupplung der Komponenten direkt auf der Faser hergestellt werden.<br />
Bedeutung haben hier die Naphthol-AS-Farbstoffe, bei denen Arylamide der 3-Hydroxy-naphthalen-2-carbonsäure<br />
(vgl. D.5.1.8.6.) und anderer aromatischer Carbonsäuren mit nachbarständiger Hydroxylgruppe<br />
als Kupplungskomponenten verwendet werden. In der Textilfärberei und für das Anfärben von Plasten<br />
haben metallhaltige komplexbildende Azofarbstoffe eine große Bedeutung. Azopigmente (unlösliche Farbpulver<br />
bestimmter Kristallinität) stellen häufig solche Metallkomplexe bzw. unlösliche Metallsalze dar.<br />
Diazoniumsalze sind lichtempfindlich und haben deshalb Bedeutung für die Informationsaufzeichnung.<br />
Sie befinden sich, wie beispielsweise bei der Lichtpausung (klassische Diazotypie), zusammen mit einer<br />
phenolischen Kupplungskomponente in molekulardisperser Verteilung in der Schicht. Diese ist sauer,<br />
wodurch eine Kupplung zunächst verhindert wird. Die Entwicklung nach der Belichtung geschieht z.B.<br />
durch Bedampfen mit Ammoniak, wobei der pH-Wert steigt und das unzersetzte Diazoniumsalz kuppeln<br />
kann. Nach diesem Prinzip können Aufzeichnungsmaterialien mit sehr hohem Auflösungsvermögen hergestellt<br />
werden (z. B. Diazomikrofilme).<br />
Als antibakterielles Pharmazeutikum, das eine Azogruppe enthält, ist das „Sulfonamid" Prontosil chemiehistorisch<br />
von Bedeutung (Man informiere sich in einem Lehrbuch und vgl. D.8.5.).<br />
Azofarbstoffe können auch durch oxidative Kupplung hergestellt werden, die in D.6.4.3.<br />
besprochen wurde.<br />
8.4. Aliphatische Diazoverbindungen<br />
8.4.1. Darstellung von Diazoalkanen<br />
Die Diazoalkane sind nicht durch Diazotierung von primären Alkylaminen darstellbar, weil in<br />
deren Molekül kein aktivierter a-ständiger Wasserstoff vorhanden ist, so daß das intermediär gebildete<br />
Alkyldiazoniumion schneller unter N2-Eliminierung zerfällt, als es zum Diazoalkan deproto-
D. 8.4.1. Darstellung von Diazoalkanen 647<br />
niert. Es muß daher zur Darstellung der Diazoalkane ein Umweg beschritten werden. Ein acyliertes<br />
primäres Alkylamin wird nitrosiert und das Acylnitrosoalkylamin alkalisch gespalten:<br />
/ R=0 + 2OH 0 0 -<br />
R-CH2-N R-CH2-N=N-QI ^== R-CH-N=N-Q-H<br />
-R 1 COO 0 ,-H2O<br />
[8.37]<br />
0 © _ © ©l ©<br />
0 IR-CH-N=N — R-CH=N=N = R-CH^N=N<br />
-OH 8 L J * v '<br />
0<br />
Das dabei intermediär entstehende Diazotat zerfällt zum Diazoalkan.<br />
Für die präparative Darstellung der Diazoalkane haben sich aus der Fülle von Nitrosamiden<br />
einige als besonders günstig erwiesen, vor allem N-Alkyl-N-nitroso-harnstoffe, Af-Alkyl-Nnitroso-urethane<br />
und N-Alkyl-A^mtroso-toluensulfonamide.<br />
Das weitaus wichtigste Diazoalkan ist das Diazomethan. Man formuliere seine Bildung aus<br />
den genannten Nitrosamiden!<br />
Nach dem in [8.37] formulierten Verfahren lassen sich nur die niederen Diazoalkane befriedigend<br />
darstellen, da die Ausbeuten mit steigender Kettenlänge des Alkylrestes stark abnehmen.<br />
In guten Ausbeuten werden höhere Diazoalkane durch Vakuumpyrolyse der Lithiumsalze<br />
von Tosylhydrazonen gewonnen. 1 ) Man formuliere diese Reaktion!<br />
Darstellung von Diazomethan aus W-Methyl-W-nitroso-harnstoff<br />
Über den Umgang mit N-Methyl-Af-nitroso-harnstoff s. D.8.2.1.<br />
Achtung! Diazomethan (Kp -24 0 C) ist explosibel, sehr giftig und cancerogen. Man stellt es<br />
zweckmäßig nur in Lösung her. Die Lösungen sind auch in der Kälte nur einige Tage haltbar<br />
und werden am besten vor der Verwendung jeweils frisch dargestellt. Gefäße mit Diazomethanlösungen<br />
nicht fest verschlossen aufbewahren! (Warum?)<br />
Alle Arbeiten mit dem Präparat sind hinter einem Schutzschild und unter einem gut ziehenden<br />
Abzug durchzuführen. (VgI. auch Org. Synth. 40 (1960, Beilage).<br />
In einen Erlenmeyer-Kolben werden unter dauerndem Schwenken des Gefäßes 0,1 mol W-Methyl-<br />
Af-nitroso-harnstoff in kleinen Portionen in 100 ml Ether eingetragen, der mit 35 ml eisgekühlter<br />
40%iger KOH unterschichtet ist. Die Temperatur darf dabei +5 0 C nicht überschreiten. 10 Minuten<br />
nach der letzten Zugabe trennt man die etherische Diazomethanlösung mit Hilfe eines Scheidetrichters<br />
ab und trocknet sie 3 Stunden über wenig festem Kaliumhydroxid.<br />
Diese Vorschrift ist zur Durchführung im Halbmikromaßstab geeignet.<br />
Gehaltsbestimmung von Diazomethanlösungen<br />
a) Gravimetrisch: durch Umsetzen von Diazomethan mit überschüssiger p-Brom-benzoesäüure<br />
(vgl. auch D.8.4.2.I., Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Methylierung von Carbonsäuren).<br />
Der Überschuß an Säure wird mit Natriumcarbonatlösung entfernt und anschließend<br />
der isolierte Ester ausgewogen. Gegebenfalls kann auch die Verseifungszahl (vgl.<br />
D.7.1.4.3.) bestimmt und auf den Diazomethangehalt umgerechnet werden.<br />
b) Titrimetrisch: Einen aliquoten Teil der Diazomethanlösung setzt man mit 0,2 N etherischer Benzoesäurelösung<br />
um. Die nicht umgesetzte Säure wird durch Rücktitration mit 0,1 N Natronlauge<br />
bestimmt. (MARSHALL, E. K.; ACREE, S. F., Ber. Deut. Chem. Ges. 43 (1910), 2323.)<br />
Darstellung von Diazomethan aus W-Methyl-Af-nitroso-toluensulfonamid: DE BOER, TH. J.;<br />
BACKER, H. J., Org. Synth. 36 (1956), 16.<br />
l Vgl. KAUFMAN, G. M., u. a., J. Am. Chem. Soc. 87 (1965), 935-937
648 D. 8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen<br />
Die angegebenen Verfahren zur Darstellung von Diazomethan aus jV-Methyl-jY-nitrosoharnstoff<br />
bzw. A^Methyl-N-nitroso-toluensulfonamid sind gleich gut für die Durchführung im<br />
Laboratorium geeignet.<br />
8.4.2. Reaktionen aliphatischer Diazoverbindungen<br />
Aliphatische Diazoverbindungen besitzen, wie aus den Formulierungen [8.16] und [8.37]<br />
ersichtlich, dipolare Eigenschaften. Das Kohlenstoffatom als nucleophiles Zentrum ist einem<br />
Angriff durch elektrophile Reagenzien (z.B. Protonen, Carbonylverbindungen) zugänglich.<br />
Diese Reaktionen werden in den folgenden Abschnitten behandelt. Außerdem gehen Diazoalkane<br />
mit Olefinen und Acetylenen die in D.4.4.4. besprochenen 1,3-Dipol-Cycloadditionen<br />
ein. Die mit Olefinen erhältlichen zH-Pyrazoline isomerisieren leicht zu den J 2 -Pyrazolinen<br />
und gehen beim Erwärmen unter N2-Abspaltung in Cyclopropane über. Man formuliere diese<br />
Reaktionen! Diazoalkane können auch selbst Stickstoff abspalten, z.B. bei der Pyrolyse, beim<br />
Bestrahlen mit ultraviolettem Licht oder in Gegenwart von Katalysatoren (Kupfer- oder Silberionen,<br />
vgl. auch die Zersetzung von a-Diazo-ketonen, D.9.1.1.3.). Die Reaktionen der bei<br />
diesen Umsetzungen entstehenden Carbene wurden in D.3.3. und D.4.4.1. behandelt.<br />
8.4.2.1. Reaktionen aliphatischer Diazoverbindungen mit Protonensäuren<br />
Bei der Addition eines Protons an den nucleophilen Kohlenstoff einer aliphatischen Diazoverbindung<br />
wird die Konjugationsmöglichkeit der Diazogruppe mit dem restlichen Molekül beseitigt.<br />
Die Energie dieses Zwischenprodukts liegt daher so hoch, daß sofort Stickstoff eliminiert<br />
wird, wobei ein Carbeniumion entsteht, das sich in der üblichen Weise durch Aufnahme eines<br />
nucleophilen Partners stabilisiert, vgl. [8.38]. Bei den höheren Diazoalkanen können sich durch<br />
Abspaltung eines Protons auch Olefine bilden (vgl. D.2.1.1. und D.3.1.1.).<br />
Die Bereitschaft aliphatischer Diazoverbindungen zur Reaktion mit Protonensäuren hängt von ihrer<br />
Basizität ab. Diese nimmt in der zu erwartenden Weise vom Diazomethan bzw. Diazoalkan über den Diazoessigester<br />
zum Diazoketon und den a-Diazo-dicarbonylverbindungen ab. Die a-Diazo-dicarbonylverbindungen<br />
sind gegen das Hydroxoniumion bereits stabil (zur Alkylierung von Diazoketonen s. unten). Die<br />
Reaktionsgeschwindigkeit der Umsetzung von aliphatischen Diazoverbindungen mit Protonensäuren ist<br />
dem pH-Wert des Reaktionsmediums proportional. Man kann daher die volumetrische Bestimmung des<br />
Stickstoffs, der aus Diazoessigester eliminiert wird, zur pH-Messung anwenden.<br />
Die Darstellung von Carbonsäuremethylestern und Methylphenylethern aus Diazomethan<br />
und Carbonsäuren bzw. Phenolen nach [8.38] hat präparative und analytische Bedeutung. Sie<br />
verläuft quantitativ und unter besonders schonenden Bedingungen, so daß man z. B. auch empfindliche<br />
Naturstoffe methylieren kann. Da das Methylkation bei der Veresterung keine großen<br />
sterischen Anforderungen stellt, können auch sterisch gehinderte Säuren mit Diazomethan<br />
umgesetzt werden:
n x - © ©<br />
IC-N=NI -i- H u<br />
C-H<br />
+ HOH<br />
*CI C<br />
D. 8.4.2.1. Reaktionen aliphatischer Diazoverbindungen mit Protonensäuren 649<br />
R'-C<br />
+ ArO ,-<br />
R = H, Alkyl, R-CO- RO-CO-<br />
CH-N=NI<br />
* ©H<br />
CH-O / \<br />
R H<br />
R<br />
CH-CI<br />
R O<br />
\ //<br />
/ CH-O-C\<br />
R R 1<br />
CH-O-Ar<br />
"x©<br />
INHNI + C-H [8.38a]<br />
CH-OH + H ,©<br />
[8.38b]<br />
Die Acidität der Alkohole reicht nicht aus, um mit Diazomethan zu Methylethern zu reagieren. Der<br />
Zusatz von katalytischen Mengen Bortrifluorid ermöglicht jedoch auch hier die Veretherung:<br />
R-O-H + BF3<br />
F<br />
R-O-B-F<br />
i<br />
F<br />
[8.39]<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Methylierung von Carbonsäuren und Phenolen mit Diazomethan<br />
(Tab. 8.40)<br />
I<br />
Achtung! Diazomethan ist giftig, cancerogen und explosibel! Unter einem gut ziehenden<br />
Abzug und hinter einem Schutzschild arbeiten; vgl. auch D.8.4.1.<br />
0,1 mol der zu alkylierenden Verbindung werden in Methanol/Wasser (10:1) gelöst und bei<br />
Zimmertemperatur in einem Kolben unter Schwenken mit so viel etherischer Diazomethanlösung<br />
versetzt, bis eine schwache Gelbfärbung bestehenbleibt bzw. bis weiterer Zusatz von<br />
Diazomethanlösung keine Stickstoffentwicklung mehr zur Folge hat. (Vorsicht! Aufschäumen<br />
durch langsame Zugabe vermeiden!) Im Wasserbad destilliert man das Lösungsmittel im<br />
Vakuum ab und nimmt den Rückstand mit Ether auf. Anschließend wäscht man mit verd. Salzsäure,<br />
verd. Natronlauge und Wasser, trocknet und reinigt den Ester bzw. Phenolether nach<br />
dem Abdestillieren des Lösungsmittels durch Kristallisation oder Vakuumdestillation.<br />
Diese Vorschrift ist zur Halbmikropräparation und für die qualitative Analyse gut geeignet.<br />
Tabelle 8.40<br />
Methylester und -ether durch Methylierung mit Diazomethan<br />
Ester bzw. Ether<br />
Terephthalsäuredimethylester<br />
Anissäuremethylester<br />
p-Brom-benzoesäuremethylester<br />
p-Amino-benzoesäuremethylester<br />
Ausgangsverbindung<br />
Terephthalsäure<br />
Anissäure<br />
p-Brom-benzoesäure<br />
p-Amino-benzoesäure<br />
F (bzw. Kp)<br />
in 0 C<br />
142 (EtOH)<br />
49 (EtOH)<br />
81 (EtOHAV.)<br />
112(EtOH)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
80<br />
70<br />
80<br />
50
650 D. 8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen<br />
Tabelle 8.40 (Fortsetzung)<br />
Ester bzw. Ether<br />
Methyl-a-naphthylether<br />
Methyl-ß-naphthylether<br />
p-Nitro-anisol<br />
Ausgangsverbindung<br />
a-Naphthol<br />
ß-Naphthol<br />
p-Nitro-phenol<br />
F (bzw. Kp)<br />
in 0 C<br />
Kp 1 442,o05)<br />
/ig> 1,6225<br />
72 (EtOH)<br />
54 (EtOH)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
8.4.2.2. Reaktionen aliphatischer Diazoverbindungen mit Carbonylverbindungen<br />
Auf Grund ihrer nucleophilen Eigenschaften können die aliphatischen Diazoverbindungen<br />
auch mit der Carbonylgruppe reagieren. Die Umsetzung ist auf die reaktivsten Carbonylverbindungen<br />
beschränkt.<br />
Am wichtigsten sind die Reaktionen des Diazomethans, das glatt Aldehyde, Ketone, Säurehalogenide<br />
und Säureanhydride angreift, während sich z.B. Diazoessigester zwar noch mit<br />
Aldehyden, aber nicht mehr mit Ketonen umsetzt.<br />
Die Addition von Diazomethan an Aldehyde und Ketone nimmt folgenden Verlauf:<br />
_ © 0<br />
n \ /\<br />
N=N-CH2 + x C=O<br />
"—'W<br />
R<br />
r r öi 0<br />
O Ly Ul<br />
|<br />
R 1<br />
II<br />
~R*)<br />
— © i —(=)<br />
N=N-CH2-C-Qr<br />
n<br />
R'<br />
-R-' ,<br />
* n, FT-CH2-C n<br />
innere R<br />
SN-Reaktion<br />
R 1<br />
CH2<br />
/cr/ -<br />
c©<br />
"R-<br />
-N2<br />
© i _©<br />
H2C-C-QI<br />
R 1<br />
II<br />
o<br />
R-CH2-C<br />
R 1<br />
UI<br />
"• " R 1- CH2 C<br />
IV<br />
50<br />
50<br />
65<br />
[8.4Ia]<br />
[8.4Ib]<br />
Die Umlagerungen zu den Produkten [8.41], III bzw. IV herrschen im allgemeinen vor. Die<br />
Reaktion kann daher zur Kettenverlängerung von Ketonen (bzw. Ringerweiterung bei cyclischen<br />
Ketonen) dienen, vgl. auch D.9.1.1.3.; dort wird auch auf den Mechanismus der Umlagerungsreaktion<br />
eingegangen.<br />
Die Umsetzung von Diazomethan mit Carbonsäurechloriden bzw. -anhydriden verläuft<br />
insofern etwas anders, als die Abspaltung von Stickstoff aus dem ersten Addukt ([8.41], I) nicht<br />
die bevorzugte Reaktion ist. Vielmehr wird Chlorwasserstoff bzw. Carbonsäure abgespalten<br />
und das relativ stabile a-Diazo-keton gebildet (vgl. auch D.8.2.I.):<br />
*) ~R bedeutet, daß das Produkt unter Wanderung des Restes R umgelagert wird; vgl. D.9.
D. 8.4.2.2. Reaktionen aliphatischer Diazoverbindungen mit Carbonylverbindungen 651<br />
R<br />
R<br />
NHN-CH2 + ,C=QI - N=N-CH2-C-QI 0 [ 8 - 42a ]<br />
Cl Cl<br />
© " 1 JV Q _ © e / R _ _<br />
D^C 1 Or N=N-CH-C + HCI [8.42b<br />
1 s' ~~ V X<br />
H r CI O<br />
u<br />
Arbeitet man nicht im basischen Medium (Triethylamin), so reagiert der abgespaltene Chlorwasserstoff<br />
bzw. die Carbonsäure in der oben formulierten Weise (vgl. [8.38]) mit einem weiteren<br />
Mol DiazoVerbindung unter Bildung von Methylchlorid bzw. Carbonsäuremethylester.<br />
Die a-Diazoketone sind wichtige Zwischenprodukte. Sie lassen sich zu den Methylketonen<br />
oder auch zu den a-Amino-ketonen reduzieren. Die Umsetzung mit Halogen Wasserstoff säure<br />
liefert a-Halogen-ketone (formulieren!).<br />
Schließlich kann das Diazoketon in Gegenwart von Wasser und Alkoholen bzw. Ammoniak<br />
unter Umlagerung in Carbonsäuren und Carbonsäureester bzw. -amide übergeführt werden.<br />
Diese Reaktion wird in D.9.1.1.3. behandelt.<br />
Als ambidente Substrate reagieren a-Diazo-ketone auch mit starken Alkylierungsmitteln<br />
wie z.B. Trialkyloxoniumhexachloroantimonaten, wobei unter O-Alkylierung (Angriff am<br />
Zentrum der höchsten Elektonendichte, vgl. auch D.2.3.) alkoxy-substituierte 1-Alkendiazoniumsalze<br />
entstehen. Sie sind bemerkenswert stabil. Man formuliere die Reaktion und informiere<br />
sich über diesen Verbindungstyp in der am Ende des Kapitels angegebenen Literatur.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Diazoketonen und deren Überführung in<br />
Halogenketone (Tab. 8.43)<br />
Achtung! Diazomethan ist explosibel, cancerogen und giftig (vgl. D.8.4.I.)! Da Reibung von<br />
Glas zur Explosion des Diazomethans führen könnte, fette man den KPG-Rührer sehr gut!<br />
Diazoketone zersetzen sich beim Erwärmen unter Explosion! Man arbeite unter einem<br />
gut ziehenden Abzug und hinter einem Schutzschild! Diazoketone sollten nach ihrer Darstellung<br />
ohne Reinigung sofort umgesetzt werden.<br />
a-Halogen-ketone sind tränenreizende, giftige Stoffe (Weißkreuzgruppe)!<br />
A. Diazoketone<br />
In einem Dreihalskolben mit Rührer, Tropftrichter und Innenthermometer gibt man eine etherische<br />
Diazomethanlösung, die aus 0,4 mol W-Methyl-W-nitroso-harnstoff nach der Arbeitsvorschrift<br />
in D.8.2.1. hergestellt wurde. Dazu läßt man unter Rühren und Kühlen bei O 0 C eine<br />
Lösung von 0,1 mol Säurechlorid in 100 ml Ether zutropfen. Die Umsetzung erfolgt sehr rasch<br />
und unter Gasentwicklung. Nach beendeter Zugabe des Säurechlorids läßt man noch eine<br />
Stunde bei Zimmertemperatur stehen.<br />
Die Diazoketone sind wegen ihres polaren Charakters in Ether schwer löslich und können<br />
durch Abkühlen auf-20 0 C aus ihren Lösungen ausgefällt und abgesaugt werden. Flüssige Diazoketone<br />
gewinnt man durch vorsichtiges Einengen der Lösung im Vakuum ohne Temperaturerhöhung.<br />
Zur Schmelzpunktbestimmung kristallisiere man nur eine kleine Probe des Diazoketons aus<br />
Ether um. Zur Darstellung der a-Halogen-ketone werden die Diazoketone nicht isoliert.<br />
B. Halogenketone<br />
Zu der unter A. anfallenden Lösung von Diazoketon tropft man unter Rühren 100 ml konz.<br />
Salzsäure bzw. Bromwasserstoffsäure zu. Die Reaktion setzt sofort unter Stickstoffentwicklung<br />
^in. Man erwärmt nach der Zugabe der Mineralsäure eine Stunde auf dem Wasserbad unter
652 D. 8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen<br />
Rückfluß (Intensivkühler verwenden!). Nach dem Abkühlen wird die Reaktionsmischung mit<br />
Wasser auf das 3fache Volumen verdünnt, die etherische Phase abgetrennt, mit einer Lösung<br />
von Natriumhydrogencarbonat gewaschen und mit Magnesiumsulfat getrocknet. Man gewinnt<br />
die Halogenketone durch Destillation im Vakuum.<br />
Tabelle 8.43<br />
Darstellung von Diazoketonen und Halogenketonen<br />
Produkt<br />
Benzyldiazomethylketon<br />
Diazomethylphenylketon<br />
Diazomethylheptadecylketon<br />
Diazomethyl-a-naphthylketon<br />
Diazomethyl(p-methoxy-phenyl)keton<br />
Bis(diazomethyl)octamethylendiketon<br />
Benzylchlormethylketon<br />
Brommethylphenylketon<br />
Chlormethylphenylketon<br />
Ausgangsverbindung<br />
Phenacetylchlorid<br />
Benzoylchlorid<br />
Stearoylchlorid<br />
Naphth- 1 -oylchlorid<br />
Anisoylchlorid<br />
Sebacoyldichlorid<br />
Benzyldiazomethylketon<br />
Diazomethylphenylketon<br />
Diazomethylphenylketon<br />
8.5. Reaktionen der Sulfonsäurederivate<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
Öl<br />
F49(Explos.)<br />
F 69<br />
F 56<br />
F 84<br />
F91<br />
1342,5(19)<br />
!35^4(I8)<br />
F50(Petrolether)<br />
140i,9(i4)<br />
F59(Petrolether)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Sulfonsäuren und ihre Derivate enthalten eine schwefelanaloge Carbonylgruppe. Indessen stehen<br />
die genannten Verbindungen in ihrem Verhalten häufig der Schwefelsäure und anderen<br />
anorganischen Säuren näher als etwa den Carbonsäuren.<br />
So werden die Sulfonsäurealkylester unter 0-Alkylspaltung verseift und können im Gegensatz<br />
zu den meisten Carbonsäureestern zur Alkylierung verwendet werden (vgl. Tab. 2.4.).<br />
Die Reduktion von Sulfonsäurederivaten ist ähnlich schwierig wie die der Carbonsäuren. In<br />
Analogie zu diesen wird auch hier das Säurechlorid (SuIfonsäurechlorid) am leichtesten reduziert,<br />
wobei man Sulfinsäuren und Thiole bzw. Thiophenole erhalten kann:<br />
RSO2CI + 2 H RSO2H + HCI [8.44a]<br />
RpH T RoH 1 R«aH<br />
2RSO2H -^- R-SO2-S-R -^- R-S-S-R ^- 2 RSH [8.44b]<br />
Unter geeigneten Bedingungen ist es möglich, die Reduktion auf der Stufe der Sulfinsäuren<br />
anzuhalten. Dies ist die wichtigste präparative Methode zur Darstellung von Sulfinsäuren<br />
(über eine andere Methode vgl. [8.28]).<br />
In Umkehrung der Reduktion lassen sich Sulfinsäuren leicht zu Sulfonsäuren oxidieren. Das<br />
folgende Schema gibt einen Überblick über diese Redoxreaktionen und einen Vergleich mit<br />
den analogen anorganischen Schwefelverbindungen:<br />
80<br />
70<br />
80<br />
80<br />
80<br />
80<br />
80<br />
80<br />
70
D. 8.5. Reaktionen der Sulfonsäurederivate 653<br />
1Ol 1Ol<br />
H-S-H — HO-S-OH ^=^ HO-S-OH<br />
n<br />
Schwefelwasserstoff schweflige Säure lOl<br />
Schwefelsäure<br />
R-S-H<br />
ThIoI<br />
— R-S-OH<br />
Sulfensäure<br />
— R-S-S-R<br />
Disulfid<br />
1Ol 1Ol<br />
R-S-OH ^==^ R-S-OH<br />
Sulfinsäure<br />
101<br />
Sulfonsäure<br />
1Ol 1Ol<br />
_ Il Il<br />
R ^ K --. • *^ R ^SR --< R S R<br />
n<br />
Sulfid Sulfoxid 1Ol<br />
Sulfon<br />
Oxidation ^<br />
Reduktion<br />
[8.45]<br />
Zur Darstellung von Thiolen verwendet man als Reduktionsmittel unedle Metalle (z.B.<br />
Zinkstaub) in saurer Lösung; zur Synthese von Thiophenolen mit gutem Erfolg auch roten<br />
Phosphor in Gegenwart von lod. Die katalytische Reduktion ist weniger günstig, da die Thiole<br />
Katalysatorgifte sind. Außer durch Reduktion der Sulfochloride lassen sich Thiole auch durch<br />
Substitution aus Halogeniden darstellen (vgl. D.2.6.6.).<br />
Thiole und Thiophenole sind gegen Oxidationsmittel sehr empfindlich, sie gehen dabei in<br />
Disulfide über. Dies geschieht oft schon bei Berührung mit Luftsauerstoff, weshalb man bei<br />
ihrer Darstellung und Verarbeitung meist unter Inertgas arbeitet (sauerstofffreier Stickstoff;<br />
vgl. Reagenzienanhang). Der Übergang vom Thiol (Thiophenol) zum Disulfid ist reversibel;<br />
die Disulfide werden durch milde Reduktionsmittel wieder in Thiole bzw. Thiophenole gespalten.<br />
(Man informiere sich in einem Lehrbuch über die biologische Bedeutung dieser Reaktion<br />
am Beispiel Cystein/Cystin!)<br />
Die leichte Oxidierbarkeit von Thiolen nutzt man zu ihrer Entfernung aus gasförmigen technischen Kohlenwasserstoffen.<br />
Diese unerwünschten Verbindungen werden dabei, z. B. mit Cobalt-Phthalocyaninen als<br />
Katalysator, zu Disulfiden oxidiert (Merox-Wäsche).<br />
Analog den Sulfonsäuren sind auch die Sulfone sehr stabile Verbindungen, die bisher nur in<br />
speziellen Fällen reduziert werden konnten. Von der Stufe der Sulfoxide aus ist die Reduktion<br />
zu Sulfiden ohne weiteres möglich, hat aber geringe präparative Bedeutung. Die Umkehrung<br />
dieser Reaktion, die Oxidation von Sulfiden (Thioethern) zu Sulfoxiden (z. B. mit H2O2, Persäuren<br />
und anderen Oxidationsmitteln), ist die wichtigste präparative Methode zur Darstellung<br />
der Sulfoxide. Mit den angegebenen Oxidationsmitteln, aber bei erhöhter Temperatur, oder<br />
mit stärkeren Oxidationsmitteln wie Kaliumpermanganat, werden Thioether bzw. Sulfoxide zu<br />
den SuIfonen oxidiert.<br />
Gut kristallisierende Sulfone dienen zur Charakterisierung von Thiolen und Sulfiden. Man<br />
formuliere die Umsetzung eines Thiols mit l-Chlor-2,4-dinitro-benzen und die anschließende
654 D. 8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen<br />
Oxidation zum Sulfon, die in Eisessiglösung mit H2O2 bei erhöhter Temperatur durchgeführt<br />
wird (vgl. D.5.2.1. und E.2.9.2.).<br />
Oxidationen von Sulfiden werden auch technisch durchgeführt, z. B. zur Synthese von Dimethylsulfoxid,<br />
(DMSO, dipolares aprotisches Lösungsmittel, vgl. C.3.3. und D.2.2.) und von Omeprazol, einem wichtigen<br />
Ulcus-Therapeuticum(H+/K+-ATPase-Inhibitor):<br />
H<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Thiophenolen 1 ) (Tab. 8.47)<br />
[8.46]<br />
Vorsicht! Thiophenole besitzen einen äußerst starken, widerwärtigen und lange anhaftenden<br />
Geruch und verursachen Hautekzeme! Unter einem gut ziehenden Abzug, am besten in<br />
einem besonderen Raum (Stinkraum) arbeiten. Geräte nur mit Gummihandschuhen anfassen,<br />
mit Permanganatlösung reinigen!<br />
In einem 250-ml-Dreihalskolben, versehen mit Rührer, Rückflußkühler und Tropftrichter, werden<br />
unter kräftigem Rühren 50 ml Eisessig, 12,5g roter Phosphor und 0,6g lod zum Sieden<br />
erhitzt. 0,15 mol Sulfochlorid werden dann so zugetropft, daß die Reaktion unter Aufsieden<br />
der Lösung und Entwicklung von loddämpfen anspringt. (Feste Sulfochloride bringt man<br />
durch einen als Steigrohr aufgesetzten Luftkühler ein.) Das weitere Sulfochlorid wird so zugegeben,<br />
daß das Reaktionsgemisch - trotz Abstellen der Heizquelle - siedet, aber keine loddämpfe<br />
aus dem Rückflußkühler entweichen. Anschließend erhitzt man das Gemisch noch<br />
2 Stunden unter Rückfluß, versetzt vorsichtig mit 9 ml Wasser und läßt nochmals eine Stunde<br />
sieden. Aufgearbeitet wird durch Wasserdampfdestillation.<br />
Bei flüssigen Thiophenolen trennt man die organische Phase des Destillats im Scheidetrichter<br />
ab und schüttelt die wäßrige Phase mit Chloroform aus. Nach dem Vereinigen der organischen<br />
Phasen wird mit Natriumsulfat getrocknet und das Thiophenol nach dem Abdestillieren<br />
des Lösungsmittel im Vakuum rektifiziert. Feste Thiophenole werden abgesaugt und aus<br />
Methanol/Wasser umkristallisiert.<br />
Tabelle 8.47<br />
Thiophenole durch Reduktion von Sulfochloriden<br />
Produkt<br />
Thiophenol<br />
4-Methyl-thiophenol<br />
2-Methyl-thiophenol<br />
4-Ethyl-thiophenol<br />
4-Propyl-thiophenol<br />
4-Isopropyl-thiophenol<br />
4-Butyl-thiophenol<br />
Ausgangsverbindung<br />
Benzensulf ochlorid<br />
p-Toluensulfochlorid<br />
o-Toluensulf ochlorid<br />
4-Ethyl-benzensulfochlorid4-Propyl-benzensulfochlorid4-Isopropyl-benzensulfochlorid4-Butyl-benzensulfochlorid<br />
Kp (bzw. F) nD<br />
in 0 C<br />
551
Tabelle 5.47 (Fortsetzung)<br />
Produkt<br />
4-Chlor-thiophenol<br />
4-Methoxy-thiophenol<br />
Ausgangsverbindung<br />
4-Chlor-benzensulfochlorid4-Methoxy-benzensulfochlorid<br />
D. 8.5. Reaktionen der Sulfonsäurederivate 655<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
F 54 (EtOH)<br />
HQ2.0(15)<br />
«D<br />
/1*1,5822<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Die Alkoholyse und Aminolyse von Sulfonsäurechloriden zu Sulfonsäureestern bzw. -amiden<br />
kann den entsprechenden Reaktionen der Carbonsäurehalogenide an die Seite gestellt<br />
werden. Die Sulfochloride sind jedoch generell weniger reaktionsfähig als diese (warum?; vgl.<br />
D.8., Einleitung). So zersetzen sie sich in kaltem Wasser nur sehr langsam, und einzelne Vertreter<br />
lassen sich sogar aus Wasser Umkristallisieren.<br />
Die Alkoholyse wird am besten in Gegenwart säurebindender Mittel, wie Natronlauge oder<br />
Pyridin, durchgeführt. (VgI. auch die Alkoholyse der Carbonsäurechloride D.7.1.4.1.).<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung vonp-Toluensulfonsäurealkylestern (Tab. 8.48)<br />
In eine Lösung von 0,25 mol p-Toluensulfochlorid und 0,3 mol des wasserfreien Alkohols in<br />
100 ml Chloroform werden bei O bis 3 0 C 0,5 mol abs. Pyridin unter Rühren und Ausschluß von<br />
Luftfeuchtigkeit zugetropft. Man rührt anschließend noch 30 Minuten bei der gleichen Temperatur<br />
bzw. bei Alkoholen mit mehr als 3 C-Atomen noch 3 Stunden bei Zimmertemperatur<br />
weiter. Danach gibt man eine Mischung aus 200 g Eis und 70 ml konz. Salzsäure zu, trennt die<br />
Chloroformschicht ab, wäscht mehrmals mit Wasser und trocknet mit Natriumsulfat. Nach<br />
dem Abdestillieren des Lösungsmittels im Vakuum wird der Rückstand nach Zugabe einer<br />
Spatelspitze Natriumhydrogencarbonat im Feinvakuum bei 0,01 bis 0,04 kPa (0,1 bis 0,3 Torr)<br />
unter Verwendung eines Metallbades fraktioniert. Feste Ester werden umkristallisiert.<br />
Tabelle 8.48<br />
p-Toluensulfonsäurealkylester aus p-Toluensulfochlorid und Alkoholen<br />
Ester<br />
p-Toluensulfonsäuremethylester<br />
p-Toluensulfonsäureethylester<br />
p-Toluensulfonsäurepropylester<br />
p-Toluensulfonsäurebutylester<br />
p-Toluensulfonsäurepentylester<br />
p-Toluensulfonsäurehexylester<br />
p-Toluensulfonsäureheptylester<br />
p-Toluensulfonsäureoctylester<br />
p-Toluensulfonsäure-(-)-menthylester<br />
Alkohol<br />
Methanol<br />
Ethanol<br />
Propanol<br />
Butanol<br />
Pentanol<br />
Hexanol<br />
Heptanol<br />
Octanol<br />
(-)-Menthol<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
1 OO1J03); F 29<br />
1732i0(15);F33<br />
140o3(2)<br />
128o,03(0,2)<br />
135o,o4(o,3)<br />
1 ^So1Q2(Oj5)<br />
150o,02(0,15)<br />
149o,oi(o,i)<br />
F93(Petrolether)<br />
[a] 2 D0- 64° (ChIf.)<br />
" 2 D 0<br />
1,4998<br />
1,5044<br />
1,5012<br />
1,4990<br />
1,4966<br />
1,4950<br />
80<br />
85<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Auch die Aminolyse der Sulfochloride geschieht in der für die Carbonsäurehalogenide<br />
üblichen Weise (vgl. D.7.I.4.2.).<br />
Die Sulfonamide sind gut kristallisierende Verbindungen, die sich deshalb als Derivate bei<br />
analytischen Identifizierungen eignen.<br />
Zur Identifizierung von Aminen sind die entsprechenden Sulfonamide deswegen interessant,<br />
weil es mit ihrer Hilfe möglich ist, Gemische primärer, secundärer und tertiärer Amine zu<br />
trennen (Hinsberg-Trennung). Während die Sulfonamide aus primären Aminen in wäßrigem<br />
70<br />
60<br />
70<br />
70<br />
70<br />
70<br />
70<br />
70<br />
60<br />
\<br />
G
656 D. 8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen<br />
Alkali unter Salzbildung löslich sind, zeigen die N-disubstituierten Sulfamide diese Eigenschaft<br />
nicht. Tertiäre Amine schließlich geben mit Sulfochloriden, ebenso wie mit Carbonsäurechloriden,<br />
keine Amide.<br />
Der saure Charakter der Aminogruppe monosubstituierter Sulfonamide überrascht nicht. Generell vermindern<br />
elektronenanziehende Substituenten die Basizität des Stickstoffatoms. Während Ammoniak eine<br />
relativ starke Base darstellt, vermögen einfache Carbonsäureamide nur noch mit starken Säuren in hoher<br />
Konzentration Salze zu bilden, die in Wasser sofort hydrolysiert werden. In wäßriger Lösung reagieren Carbonsäureamide<br />
praktisch neutral. In Imiden vom Typ des Phthalimids ist der basizitätsvermindernde (acidifizierende)<br />
Einfluß 1 ) der zwei Carbonylgruppen bereits so stark, daß sie z. B. in Natronlauge unter Salzbildung<br />
löslich sind. Die Wirkung einer Sulfonylgruppe ist etwa der von zwei Carbonylgruppen gleich. Verbindungen<br />
vom Typ des Saccharins schließlich besitzen bereits die Acidität von Carbonsäuren:<br />
r O r O O- r o ,.<br />
R^H2<br />
R^A - "TjJ"<br />
R<br />
Salzbildung in wäßriger Salzbildung mit Natronlauge Salzbildung mit [8A9]<br />
mit wäßrigen Lösung Hydrogencarbonatlösung<br />
Säuren neutral<br />
Man formuliere die Salzbildung mit Alkali!<br />
Basizität des N-Atoms steigt<br />
NH-Acidität steigt<br />
Die Sulfonamide werden auch zur Charakterisierung von Sulfonsäuren und aromatischen<br />
Kohlenwasserstoffen herangezogen. Die freien Sulfonsäuren bzw. ihre Alkalisalze, die z. B. bei<br />
der hydrolytischen Spaltung von Sulfonsäurederivaten anfallen, werden dazu zunächst in die<br />
Sulfochloride übergeführt. Diese Umwandlung gelingt am besten mit Phosphorpentachlorid<br />
oder Thionylchlorid in Gegenwart von Dimethylformamid. Das Dimethylformamid steigert<br />
die Reaktivität des Thionylchlorids erheblich. Thionylchlorid allein oder die weiteren zur<br />
Darstellung von Carbonsäurechloriden geeigneten Reagenzien führen bei Sulfonsäuren zu<br />
schlechten Ergebnissen.<br />
Aus den aromatischen Kohlenwasserstoffen gewinnt man die Sulfochloride durch Chlorsulfonierung<br />
(vgl. D.5.I.4.).<br />
Darstellung von Sulfochloriden aus den Sulfonsäuren bzw. ihren Alkalisalzen (Allgemeine<br />
Arbeitsvorschrift für die qualitative Analyse)<br />
l g wasserfreie Sulfonsäure bzw. wasserfreies Alkalisulfonat wird in einem 25-ml-Rundkölbchen<br />
mit 2 g Phosphorpentachlorid gut durchmischt. Der Kolben wird mit einem Rückflußkühler<br />
und Calciumchloridrohr versehen und das Gemisch im Metallbad 30 Minuten auf 12O 0 C<br />
erhitzt. Nach dem Erkalten versetzt man mit 20 ml Toluen, erhitzt zum Sieden und filtriert<br />
nach dem Abkühlen. Aus dem Filtrat gewinnt man das Sulfochlorid durch Abdestillieren des<br />
Toluens und des Phosphorylchlorids im Vakuum auf dem Wasserbad. Das als Rückstand verbleibende<br />
rohe Sulfochlorid eignet sich zur Überführung in das Sulfonamid.<br />
I Man vergleiche auch mit dem acifizierenden Einfluß von Carbonylgruppen auf a-CH-Gruppierungen<br />
und mit der CH-Acidität von ß-DicarbonylVerbindungen!
D. 8.5. Reaktionen der Sulfonsäurederivate 657<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Darstellung von Sulfonsäureamiden (Tab. 8.50)<br />
In einem 1-1-Dreihalskolben mit Tropftrichter, Rührer, Rückflußkühler und Thermometer<br />
wird zu 500 ml konz. Ammoniak bei 60 0 C l mol Sulfochlorid unter Rühren zugetropft bzw. in<br />
kleinen Portionen eingetragen. Man erhitzt auf dem Wasserbad unter gutem Rühren, bis sich<br />
eine dem Reaktionskolben entnommene Probe in verd. Natronlauge klar löst und der Geruch<br />
des Sulfochlorids verschwunden ist.<br />
Nach dem Abkühlen wird das Sulfonamid abgesaugt und durch Umkristallisieren aus Wasser<br />
oder Alkohol/Wasser (1:1) gereinigt. Ausbeute etwa 80%.<br />
Diese Vorschrift ist zur Durchführung im Halbmikromaßstab und für analytische Zwecke<br />
geeignet. In diesem Falle erhitzt man das Sulfochlorid einfach mit überschüssigem Ammoniak<br />
einige Minuten zum Sieden, verdünnt mit Wasser und saugt ab.<br />
Tabelle 8.50<br />
Sulfonsäureamide aus Sulfonsäurechloriden<br />
Produkt Ausgangsverbindung F in 0 C<br />
m-Nitro-benzensulfonamid m-Nitro-benzensulfochlorid 167<br />
Benzensulfonarnid Benzensulfochlorid 153<br />
p-Toluensulfonarnid p-Toluensulfochlorid 137<br />
o-Toluensulfonarnid o-Toluensulfochlorid 156<br />
p-Arninosulfonyl-acetanilid p-Acetarnido-benzensulfochlorid 218<br />
p-Chlor-benzensulfonarnid p-Chlor-benzensulfochlorid 144<br />
p-Methoxy-benzensulfonarnid p-Methoxy-benzensulfochlorid 113<br />
N-(p-Toluensulfonyl)anthranilsäure aus p-Toluensulfochlorid und Anthranilsäure: SCHEI-<br />
FELE, H. J.; DETAR, D. F., Org. Synth., CoIl. Vol. IV (1963), 34.<br />
4-[N-(Pyrid-2-yl)aminosulfonyl]acetanilid aus 4-Acetarnido-benzensulfochlorid und 2-<br />
Arnino-pyridin in Dioxan: CROSSLEY, M. L.; NORTHEY, E. H.; HULTQUIST, M. E., J. Arn. Giern.<br />
Soc. 62 (1940), 372.<br />
Trennung von Arningernischen über die Sulfonarnide (Hinsberg-Trennung) (Allgemeine<br />
Arbeitsvorschrift für die qualitative Analyse)<br />
Man versetzt 2g der Aminmischung mit 40 ml 10%iger Natronlauge und gibt portionsweise 4g<br />
(3 ml) Benzensulfochlorid oder 4 g p-Toluensulf ochlorid zu. Dann wird kurze Zeit im Wasserbad<br />
erwärmt, bis der Geruch des Sulfochlorids verschwunden ist. Die alkalische Lösung wird mit verd.<br />
Salzsäure angesäuert, der Niederschlag abfiltriert und mit wenig kaltem Wasser gewaschen. Das<br />
tertiäre Amin befindet sich als Hydrochlorid im FiItrat. Zur Überführung der mitentstehenden<br />
Disulfamide in die Monosulfonamide kocht man den trockenen Filterrückstand 30 Minuten lang<br />
mit einer Natriumalkoholatlösung aus 2 g Natrium und 40 ml abs. Alkohol. Anschließend wird mit<br />
wenig Wasser verdünnt und der Alkohol abdestilliert. Das aus dem secundären Amin entstandene<br />
Sulfonamid wird abgesaugt, das Filtrat mit verd. Salzsäure angesäuert und das sich vom primären<br />
Amin ableitende Sulfonamid ebenfalls abgesaugt. Die erhaltenen Derivate werden aus verd. Alkohol<br />
umkristallisiert. Das tertiäre Amin im ersten sauren Filtrat wird mit Natronlauge in Freiheit<br />
gesetzt, ausgeethert und am besten als Pikrat identifiziert (vgl. E.2.1.1.3.).<br />
Einige Amide der p-Toluensulfonsäure, die aus p-Toluensulf ochlorid (vgl. D.5.1.4.) hergestellt werden, besitzen<br />
wirtschaftliche Bedeutung, z. B. das N-Chloramid-Natriumsalz (Chloramin T) als Desinfektionsmittel.<br />
Amide der Sulfanilsäure sind Chemotherapeutica gegen bakterielle Infektionen („Sulfonarnide"). Man<br />
erhält sie im allgemeinen durch Reaktion von 4-Acetamido-benzensulfochlorid (vgl. D.5.1.4.) mit bestimmten<br />
Aminoverbindungen und nachfolgender hydrolytischer Abspaltung des Acetylrestes. Ein Vertreter ist<br />
das Sulfamethoxazol.
658 D. 8. Reaktionen weiterer heteroanaloger Carbonylverbindungen<br />
H2N<br />
y5 ^N" ^N<br />
I<br />
Sulfamethoxazol Sildenafil<br />
Auch Sildenafil (Viagra), ein Mittel gegen Potenzschwäche, ist ein Sulfonsäureamid.<br />
Unter den Sulfonylharnstoffen gibt es wichtige orale Antidiabetika, z. B.<br />
J Ä<br />
Glibenclamid Glimeperid<br />
Me<br />
Andere haben als Herbizide große wirtschaftliche Bedeutung, wie Chlorsulfuron und davon abgeleitete<br />
Verbindungen:<br />
Chlorsulfuron<br />
8.6. Literaturhinweise<br />
Nitroso- und Nitroverbindungen<br />
BEHNISCH, R., u. a., in: HOUBEN-WEYL. Bd. E16d (1992), S. 142-405.<br />
BUNCEL, E.; NORRIS, A. R.; RUSSELL, K. E., Quart. Rev. 22 (1968), 123-146.<br />
CADOGAN, J. I. G., Quart. Rev. 22 (1968), 222-251.<br />
COLLINS, C. J., Acc. Chem. Res. 4 (1971), 315-322.<br />
DOPP, D. O., Fortsch. Chem. Forsch. 55 (1975), 49-^85.<br />
FEUER, H.: The Chemistry of The Nitro and Nitroso Groups. Bd. 1-2. - Interscience, New York 1969-1970.<br />
KIRBY, G. W., Chem. Soc. Rev. 6 (1977), 1.<br />
URBANSKI, T, Synthesis 1974,613^632.<br />
Reduktion von Nitro- und Nitrosoverbindungen<br />
BAVIN, P. M. G., Org. Synth., CoIl. Vol. 5 (1973), S. 30.<br />
PORTER, H. K., Org. React. 20 (1973), 455^81.<br />
SCHRÖTER, R., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 11/1 (1957), S. 360-494.<br />
Aliphatische Diazoverbindungen<br />
BÖSHAR, M., u. a., in: HOUBEN-WEYL. Bd. E14b (1990), S. 961-1257.<br />
BOTT, K., in: HOUBEN-WEYL. Bd. E15 (1993), S. 1101.<br />
BURKE, S. D; GRIECO, P. A., Org. React. 26 (1979), 361^75.<br />
[8.52]
D. 9. Umlagerungen 659<br />
EISTERT, B., u. a., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 10/4 (1968), S. 473-893.<br />
FRIDMAN, A. L.; ISMAGILOVA, G. S.; ZALESOV, V S.; NOVIKOV, S. S., Usp. Khim. 41 (1972), 722-757.<br />
HERRMANN, W. A., Angew. Chem. 90 (1978), 855-868.<br />
PEACE, B. W.; WULFMAN, D. S., Synthesis 1973,137-145.<br />
ZOLLINGER, H.: Diazo Chemistry II. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1995.<br />
REGITZ, M., in: Neuere Methoden. Bd. 5 (1970), S. 76; Synthesis 1972,351-373.<br />
REGITZ, M.; MAAS, G.; ILLGER, W.: Diazoalkane. Eigenschaften und Synthesen. - Georg Thieme Verlag,<br />
Stuttgart 1977.<br />
RIED, W.; MENGLER, H., Fortschr. Chem. Forsch. 5 (1965/66), 1-88.<br />
Diazotierung, Diazoniumsalze, Azoverbindungen<br />
LANG-FUGMANN, S., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 16d (1992), S. 1-118.<br />
PORAI-KOSHITS, B. A., Usp. Khim. 39 (1970), 608-621.<br />
PÜTTER, R., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 10/3 (1965), S. 1-212.<br />
ROE, A., Org. React. 5 (1949), 193-288.<br />
SZELE, L; ZOLLINGER, H., in: Topics in Current Chemistry. Bd. 112. - Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg,<br />
New York 1983. S. 1-66.<br />
The Chemistry of the Hydrazo, Azo and Azoxy Groups. Hrsg.: S. PATAI. Bd. 1-2. - John Wiley & Sons, London,<br />
New York, Sydney 1975.<br />
Ullmanns Encyclopädie der technischen Chemie. Bd. 10. 4. Aufl. - Verlag Chemie, - Weinheim 1975. S.<br />
109-132.<br />
Ullmann's Encyclpedia of Industrial Chemistry. Bd. A8. 5. Aufl. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim<br />
1987. S. 505-522.<br />
ZOLLINGER, H.: Chemie der Azofarbstoffe. - Birkhäuser Verlag, Basel, Stuttgart 1958. S. 30-44;<br />
Acc. Chem. Res. 6 (1973), 335-341; Angew. Chem. 90 (1978), 151-160.<br />
ZOLLINGER, H.: Diazo Chemistry I. - VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1994.<br />
Sandmeyer-Reaktion, „Verkochen" von Diazoniumsalzlösungen, Arylierung<br />
AMBROZ, H. B.; KEMP, T. J., Chem. Soc. Rev. 8 (1979), 353-365.<br />
COHEN, T; DIETZ, A. G.; MISER, J. R., J. Org. Chem. 42 (1977), 2053-2058.<br />
FORCHE, E., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 5/3 (1962), S. 213-245.<br />
PFEIL, E., Angew. Chem. 65 (1963), 155-158.<br />
RONDESTVEDT, C. S., Org. React. 24 (1976), 225-259.<br />
Herstellung und Reaktionen von Schwefelverbindungen<br />
BLOCK, E.: Reactions of Organosulfur Compounds. - Academic Press, New York 1978.<br />
HOUBEN-WEYL. Bd. 9 (1955), S. 3-771.<br />
Organic Chemistry of SuIfur. Hrsg.: S. OAE. - Plenum Press, New York, London 1977.<br />
Sulfur in Organic and Inorganic Chemistry. Bd. l (1971). Bd. 2 (1972). Bd. 3 (1972). - Marcel Dekker, New<br />
York.<br />
Topics in Sulfur Chemistry. Bd. l (1976). Bd. 2 (1977). Bd. 3 (1978). Bd. 4 (1979). - Georg Thieme Verlag,<br />
Stuttgart.<br />
D.9 Umlagerungen<br />
Als Umlagerungen werden Reaktionen bezeichnet, bei denen ein Substituent oder eine<br />
Gruppe an ein anderes Atom wandert. Sie lassen sich formal klassifizieren, indem man von der<br />
gelösten Bindung ausgehend die Atome nach beiden Seiten jeweils mit l beginnend fortlaufend<br />
numeriert und angibt, welche Atome im Produkt miteinander in Bindung stehen. Es ergeben<br />
sich auf diese Weise z. B. die folgenden Typen:
660 D. 9. Umlagerungen<br />
[l,2]-Umlagerung<br />
1R , o/<br />
,C-C^ - ;c-c [9.1a]<br />
[l ,2-H]-Umlagerung<br />
1 h<br />
H-O v v /- \ v O /<br />
c-cr' —- /c-c<br />
0 2 ^ ^O l x<br />
[l,3]-Umlagerung<br />
[l,3-H]-Umlagerungen<br />
[l,5-H]-Umlagerung<br />
5O<br />
4!<br />
H 1<br />
[9.1b]<br />
Vinylcyclopropan-Cyclopenten-Umlagerung [9.2]<br />
Allylumlagerung [9.3a]<br />
/c.c,o Keto-Enol-Umlagerung [9.3b]<br />
OH<br />
Azomethin-Enamin-Umlagerung [9.3c]<br />
Azo-Hydrazon-Umlagerung [9.3d]<br />
Dienon-Phenol-Umlagerung [9.4]
[2,3]-Umlagerung<br />
[3,3]-Umlagerungen<br />
D. 9.1. [l,2]-Umlagerungen 661<br />
^ [2,3]-Wittig-Umlagerung [9.5]<br />
^X<br />
Cope-Umlagerung [9.6a]<br />
^ ! Claisen-Umlagerung [9.6b]<br />
Bei den vorstehend formulierten Umlagerungen wird stets eine
662 D. 9. Umlagerungen<br />
Nudeophile [l,2]-Umlagerungen sind häufig vorkommende und präparativ wichtige Reaktionen.<br />
Sie sind immer dann zu erwarten, wenn im Verlauf einer Reaktion ein Kohlenstoffatom<br />
oder auch ein Heteroatom mit nur sechs Elektronen (Elektronensextett) auftritt. Dabei ist<br />
gleichgültig, ob mit dem Elektronensextett eine Ladung verknüpft ist oder nicht. Für ein z. B.<br />
in einer Solvolysereaktion entstandenes primäres Carbeniumion ergeben sich die folgenden<br />
Re aktionsmöglichkei ten:<br />
C=CH2<br />
-H® (E)<br />
IHa<br />
l ©<br />
R-C-CH2<br />
l P a<br />
R l<br />
R-C-CH2-Y ~ R<br />
R V<br />
\® C-CH3<br />
Ha<br />
\© C-CH2-R<br />
t Hb<br />
-H"<br />
+ Y<br />
C=CH2<br />
Y<br />
R-C-CH3<br />
R<br />
IHa<br />
IVa<br />
H-C-CH2-R<br />
R ivb<br />
H<br />
C=CH-R<br />
R IHb<br />
Das primär gebildete Zwischenprodukt mit Elektronensextett [9.9], I ist energiereich und<br />
kann sich deshalb relativ unselektiv durch verschiedene Konkurrenzreaktionen stabilisieren.<br />
Die Eliminierung eines Protons (Abschluß einer E l-Reaktion) unter Bildung von IUa bzw.<br />
Addition eines Nucleophils (Abschluß einer SN l-Reaktion) unter Bildung von V sind Reaktionen,<br />
die zu keiner Umlagerung führen. Es ist jedoch auch möglich, daß ein Substituent (im<br />
vorstehenden Beispiel H oder R) vom ß-Atom mit seinen Bindungselektronen an das Atom mit<br />
dem Elektronensextett wandert unter Bildung eines neuen Zwischenproduktes mit Elektronensextett<br />
(Ua bzw. Ub), das sich nunmehr durch Eliminierung von H® oder Addition eines<br />
Nucleophils Y| - endgültig stabilisiert.<br />
Die Triebkraft der Umlagerung besteht im allgemeinen darin, daß sich aus einem energiereicheren<br />
Zwischenprodukt ein energieärmeres bildet, z. B. aus dem primären Carbeniumion<br />
[9.9], I ein sekundäres Carbeniumion [9.9], II. Es sind auch „entartete" Umlagerungen möglich,<br />
z. B. CH3-CH2 - ^ - CH2-CH3, die jedoch makroskopisch nur durch besondere experimentelle<br />
Kunstgriffe (Isotopenexperimente) erkannt werden können.<br />
Der wandernde Rest löst sich in den meisten Fällen nicht vollständig vom verbleibenden Molekülteil,<br />
sondern bleibt in dessen Wirkungssphäre (z. B. in Form eines Tr-Komplexes, eines SN2-ähnlichen<br />
Übergangszustandes, eines engen lonenpaares oder eines Radikalpaares). Dementsprechend<br />
wandert der Substituent bei der Bildung von [9.9], II meist weitgehend synchron mit der<br />
Bildung des primären Zwischenprodukts [9.9], I, so daß ein ähnliches „Vierzentrenprinzip" gilt wie<br />
bei der ionischen Eh'minierung (vgl. D.3.1.) und eine konformationell bedingte Vorzugsrichtung<br />
dafür besteht, welcher der drei Substituenten am ß-Atom zum a-Atom wandert:<br />
[9.9]
a)<br />
D. 9. l. l. l. Pinacolon-Umlagerung 663<br />
Aus [9.10] wird ersichtlich, daß der wandernde Rest seinerseits einem „Vorderseitenangriff"<br />
unterliegt; das entspricht einer Retention der Konfiguration am wandernden Zentrum, die tatsächlich<br />
häufig experimentell gefunden wird.<br />
Sofern die Konformation im Ausgangsprodukt der Reaktion bzw. im primären Zwischenprodukt<br />
[9.9], I nicht starr sondern relativ flexibel ist, kann natürlich infolge der großen<br />
Geschwindigkeiten von Konformationsänderungen jeder der drei Substituenten in die umlagerungsfähige<br />
periplanare Lage kommen, vgl. [9.1OJa). Sofern dies der Fall ist, wandert bevorzugt<br />
derjenige Rest, dessen nucleophile Kraft am größten ist, und man findet damit übereinstimmend<br />
die folgenden relativen Wanderungstendenzen von Substituenten:<br />
-H < -CH3 < -CH2CH3 < -CH(CH3)2 < -C(CH3)3 < -Ph [9.1Ia]<br />
bzw. für substituierte Phenylgruppen:<br />
2- < p-ci- < H- < p-Ph- < p-CH3- < p-CH3o [9.1 ib]<br />
Darüber hinaus existieren allgemeine sterische Einflüsse: Je voluminöser die Substituenten<br />
am ß-Atom des Zwischenprodukts [9.9], I sind, desto mehr ist die triviale nucleophile Substitution<br />
unter Bildung von [9.9], V sterisch gehindert, während andererseits die Umlagerung z.B.<br />
der voluminösen tert-Butylgruppe durch ihre hohe Wanderungstendenz entsprechend [9.1Ia]<br />
besonders leicht verläuft.<br />
Nucleophile Umlagerungen sind in gleicher Weise in Verbindungen mit einem Elektronensextett<br />
an einem Heteroatom möglich:<br />
* _ ~R R s© - R x<br />
R-C-Y — 1 ^ C-Y-R —* C=Y-R [9.12]<br />
R R R<br />
Konkrete Fälle werden unter D.9.1.2. und D.9.1.3. besprochen.<br />
9.1.1. Nucleophile [1,2]-Umlagerungen am Kohlenstoffatom<br />
9.1.1.1. Pinacolon-Umlagerung<br />
Die Dehydratisierung von 1,2-Diolen (a-Glycolen) (I in [9.13]) in Gegenwart saurer Katalysatoren<br />
führt fast immer zu einer Carbonylverbindung und nur in seltenen Fällen zu konjugierten Dienen:
664 D. 9. Umlagerungen<br />
R 1 R 3<br />
R 2 -C-C-R'<br />
HO OH<br />
I<br />
© R 1 R 3<br />
' ^t R2 -f f R4<br />
~ H ® HO OH2<br />
©<br />
-Ri R2 F 3 -H« * F 3<br />
^=^ 0C-C-R 3 ^^ C-C-R 3<br />
II<br />
HO ^ +H e 0 7/ k<br />
IV V<br />
-H2Q<br />
+ H2O<br />
R 1 R3<br />
i<br />
R 2 -C-C©<br />
H6 *<br />
III<br />
[9.13]<br />
Zunächst entsteht durch Protonierung einer Hydroxylgruppe und anschließende Wasserabspaltung<br />
ein Carbeniumion III. Dieses Kation stabilisiert sich durch Wanderung einer Gruppe<br />
R 1 zum Carbeniumion IV, das durch Abspaltung eines Protons von der Hydroxylgruppe in die<br />
Carbonylverbindung V übergeht. Sind die Reste Ri, R 2 , R 3 , und R 4 verschieden, wandert die<br />
Hydroxylgruppe so, daß ein möglichst stabiles Kation III entsteht. Die Abspaltungstendenz<br />
nimmt somit in folgender Reihe zu:<br />
H H R Ar<br />
-CH2OH < R-C-OH < Ar-C-OH < R-C-OH < Ar-C-OH [9.14]<br />
I I I<br />
(Zur Stabilität von Kationen vgl. D.3.1.4.)<br />
Für die Wanderungstendenz der Reste R 1 bzw. R 5 gelten die in [9.11a,b] angegebenen<br />
Abstufungen.<br />
Was entsteht bei der Dehydratisierung von Ethylenglycol, Glycerol und 2,3-Dimethylbutan-2,3-diol<br />
(Pinacol)? 1 )<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Pinacolon-Umlagerung (Tab. 9.15)<br />
In einer Apparatur zur Wasserdampfdestillation (vgl. A.2.3.4.) werden l mol Glycol und<br />
500 ml 12%ige Schwefelsäure gemischt und einer Wasserdampfdestillation unterworfen. Das<br />
überdestillierende Wasser-Aldehyd- bzw. Wasser-Keton-Gemisch wird mit Kochsalz gesättigt<br />
und die Carbonylverbindung mit Ether extrahiert. Die ätherische Phase trocknet man mit<br />
Magnesium- oder Natriumsulfat und fraktioniert anschließend oder kristallisiert aus Alkohol<br />
um.<br />
Tabelle 9.15<br />
Aldehyde und Ketone durch Pinacolonumlagerung<br />
Produkt<br />
Isobutyraldehyd<br />
Cyclopentancarbaldehyd<br />
3,3-Dimethyl-butan-2-on<br />
(Pinacolon)<br />
Phenylacetaldehyd<br />
3,3-Bis(p-tolyl)butan-2-on<br />
Ausgangsverbindung<br />
2-Methyl-propan-l,2-diol<br />
trans-Cyclohexan-1 ,2-diol<br />
2,3-Dimethyl-butan-2,3-diol<br />
(Pinacol)<br />
1 -Phenyl-ethan- 1 ,2-diol<br />
2-Methyl-l,l-bis(p-tolyl)propan-1,<br />
2-diol<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
64<br />
137<br />
106<br />
7S1^10)<br />
F 47 (EtOH)<br />
n 2 ?<br />
1,3730<br />
1,4423<br />
1,3956<br />
1,5254<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
I In älteren Lehrbüchern wird der hier als Pinacol bezeichnete Alkohol oft Pinakon und das Keton Pinakolin<br />
genannt. Die hier verwendeten Endungen entsprechen den Nomenklatur-Regeln besser.<br />
80<br />
70<br />
70<br />
40<br />
85
D. 9. l. l. l. Pinacolon-Umlagerung 665<br />
Es ist nicht entscheidend, auf welche Weise das Elektronendefizit-Zentrum bei nucleophilen<br />
[l,2]-Umlagerungen entsteht. Aus diesem Grunde gehen auch primäre Amine bei der Desaminierung<br />
mit salpetriger Säure Umlagerungen ein; aus a-Amino-alkoholen entstehen so Aldehyde<br />
bzw. Ketone (Tiffeneau-Umlagerung):<br />
(<br />
H 0 . HNO2 t<br />
'OH " N2 ^ OH<br />
CH2 ^CH2<br />
C-OH — ( C=O<br />
©<br />
[9.16]<br />
Diese Umnlagerung wird präparativ zur Homologisierung von cyclischen Ketonen benutzt<br />
(Tiffeneau-Demjanov-Reaktion). Dabei wird das Keton mit n Ringatomen zunächst mit Nitromethan<br />
zum Aldol-Produkt umgesetzt und dieses nach Reduktion der Nitro- zur Aminogruppe<br />
entsprechend [9.16] zum ringerweiterten Keton mit (n+1) Ringatomen umgewandelt. Man formuliere<br />
diese Reaktion.<br />
Die Ausbeuten sind dabei höher als bei der Homologisierung mit Diazomethan (vgl. D 9.1.1.3).<br />
Analog reagieren Epoxide, deren Dreiring bei der Einwirkung von Lewis-Säuren unter Bildung<br />
eines Elektronendefizit-Zentrums aufspaltet, das eine Umlagerung zu Carbonylverbindungen<br />
auslöst:<br />
R R<br />
C=C' / \<br />
1 R3<br />
R -C-C- , i Ri-C-C© i \ ~~ DtT.<br />
X 3<br />
/ C-C-R ,<br />
L [9.17] J<br />
R2 R 4 R 2 R 4<br />
Um die solvolytische Aufspaltung des Epoxids zu vermeiden, arbeitet man zweckmäßig in<br />
unpolaren Lösungsmitteln. Für die Öffnung des Epoxid-Ringes durch Lewis-Säuren gelten die<br />
gleichen Überlegungen wie für die Abspaltung einer Hydroxylgruppe bei 1,2-Diolen (Pinacolon-Umlagerung).<br />
In der Analytik wird die Umlagerung von Epoxiden zur Identifizierung von Olefinen angewendet,<br />
da sich die entstehenden Aldehyde bzw. Ketone leicht durch Derivate erfassen lassen.<br />
Überlegen Sie unter Berücksichtigung der Reihen [9.1Ia] und [9.14], welche Olefine sich zu<br />
einheitlichen Carbonylverbindungen umlagern und damit eindeutig identifizieren lassen!<br />
Epoxidierung von Olefinen und Umlagerung der Epoxide zu Carbonylverbindungen 1 ) (Allgemeine<br />
Arbeitsvorschrift für die qualitative Analyse)<br />
1 g Olefin wird in 5 ml Ether gelöst und bei Zimmertemperatur mit 3 ml 40%iger Peressigsäure,<br />
die 5% Natriumacetat enthält, versetzt. Man läßt 20 Stunden stehen, schüttet dann in eine<br />
gesättigte wäßrige Kaliumcarbonat-Lösung, trennt die Etherschicht ab und extrahiert die wäßrige<br />
Schicht mehrmals mit wenig Ether. Die vereinigten Ether-Extrakte (etwa 20ml) werden<br />
2 Stunden über Natriumsulfat getrocknet. Dann versetzt man mit 2ml Bortrifluoridetherat-<br />
Lösung und schüttelt 5 Minuten durch. Anschließend wäscht man mit 2 ml Wasser, trennt die<br />
Etherschicht ab und destilliert das Lösungsmittel ab. Der Rückstand wird mit 2 N methanolischer<br />
Salzsäure aufgenommen, mit Dinitrophenylhydrazin-Lösung versetzt und aufgekocht.<br />
Das auskristallisierte Dinitrophenylhydrazon saugt man ab und kristallisiert es um (vgl.<br />
D.7.1.L).<br />
i) nach SHAREFKIN, I. G.; SHWERZ, H. E., Analyt. Chem. 33 (1961), 635
666 D. 9. Umlagerungen<br />
Campholenaldehyd aus a-Pinenoxid: ROYALS, E. E.; HARRELL, L. L., J. Am. Chem. Soc. 77<br />
(1955), 3405.<br />
9.1.1.2. Wagner-Meerwein-Umlagerung<br />
Eng verwandt mit der Pinacolon-Umlagerung ist die Wagner-Meerwein-Umlagerung.<br />
Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß im umgelagerten Carbeniumion ein Proton abgespalten<br />
werden kann und die Bildung eines Olefins zur bevorzugten Stabilisierungsreaktion wird:<br />
R 1 H R 1 H 3 Rx 1 R 4 R 1 R 4<br />
R 2 -C-C-R 4 — R 2 -C-C© ^- C-CH ^ C=C<br />
^i -X 0 ^3 R4 R2 R3 -H @ R2 ^ [9.18]<br />
X = Halogen, OTos, OH (+ H 0 )<br />
Da man bei dieser Umlagerung das Kohlenstoffgerüst der Ausgangsverbindung der Pinacolon-Umlagerung<br />
erhält, nennt man die Wagner-Meerwein-Umlagerung auch Retropinacolinumlagerung.<br />
2,3-Dimethyl-but-2-en aus 3,3-Dimethyl-butan-2-ol: WHITHMORE, F. C.; ROTHROCK, H. S., J.<br />
Am. Chem. Soc. 55 (1933), 1109.<br />
Vor allem bei Terpen-Verbindungen findet man oft Reaktionsfolgen, in denen Wagner-<br />
Meerwein-Umlagerungen eine entscheidende Rolle spielen. Die Umlagerung ist hier begünstigt,<br />
weil die Kohlenstoffatome C 2 und C 6 bzw. C 3 und C 5 in diesen starren Systemen nur<br />
einen kleinen Abstand voneinander haben. So entsteht z. B. aus Borneol 1 ) bei der Dehydratisierung<br />
Camphen:<br />
[9.19]<br />
Man informiere sich über die Synthese von Campher!<br />
Auch die Dehydratisierung von Tetrahydrofurfurylalkohol zu Dihydropyran ist von einer<br />
Wagner-Meerwein-Umlagerung begleitet:<br />
^\~.. /^\<br />
[9.20]<br />
Eine Arbeitsvorschrift für die Darstellung von 3,4-Dihydro-2H-pyran durch katalytische Dehydratisierung<br />
von Furfurylalkohol findet man in älteren Auflagen dieses Buches.<br />
3,4-Dihydro-2H-pyran kann als cyclischer Enolether Alkohole zu Acetalen addieren (vgl.<br />
D.4.2.2.).:<br />
1 J Die räumliche Lage der Substituenten in diesen bicyclischen Systemen wird durch die Vorsilbe ejco- oder<br />
endo- gekennzeichnet. Im formulierten Borneol ist die Hydroxylgruppe endoständig (axial), der Wasserstoff<br />
exoständig (äquatorial). Im Isoborneol steht die OH-Gruppe in exo-Stellung:<br />
(endo-) Borneol (exo-) Isobomeoi<br />
H
H 0<br />
^~ ^cA c<br />
0 H<br />
Man verwendet es daher zur reversiblen Blockierung von Alkoholen.<br />
9.1.1.3. Wolff-Umlagerung<br />
D. 9.1.1.3. Wolff-Umlagerung 667<br />
Diazoketone spalten in der Hitze oder beim Bestrahlen mit UV-Licht Stickstoff ab, wobei sich<br />
ein ungeladenes Kohlenstoffatom mit Elektronensextett (Garben) bildet. Die Reaktion läßt<br />
sich durch Silberkatalysatoren beschleunigen.<br />
Das Garben kann sich durch Wanderung des Restes R (Wolff-Umlagerung) oder eines<br />
Hydridions stabilisieren, wodurch ein Keten (I) bzw. ein aß-ungesättigtes Keton (II) gebildet wird:<br />
© 0/ w " 2rv / CH 2 R O ^ CH2R' O CH2R<br />
'<br />
O=C-CI \ — O=C=C\<br />
R R<br />
1<br />
" ß/ vx ' [9.22]<br />
R N w \\\<br />
N<br />
' R<br />
-H^ O ,,C-R<br />
X 0<br />
c- c1 / \<br />
R H<br />
—<br />
O C-R<br />
X 7/<br />
c-c / \<br />
R H<br />
Das Keten addiert in wäßriger Lösung sofort Wasser unter Bildung einer Säure ([9.23], I).<br />
Mit Alkoholen werden Ester (II), mit Aminen Amide (III) gebildet (vgl. D.7.I.6.):<br />
R-CH=C=O<br />
"^* R-CH2-COOH i<br />
+ HOR^ R-CH2-COOR' Il [9.23]<br />
-u NI-U<br />
R-CH2-CONH2 III<br />
Das Verhältnis der Reaktionsprodukte in [9.22] hängt von der Reaktionstemperatur ab: Bei<br />
niedriger Temperatur bildet sich bevorzugt das a,ß-ungesättigte Keton, bei höherer Temperatur<br />
(über 5O 0 C) überwiegend das Carbonsäurederivat. Nur Diazoketone, die neben der CHN2-<br />
Gruppe keine CH2-Gruppe tragen, also z. B. solche, wie sie bei der Umsetzung von Säurechloriden<br />
mit Diazomethan (vgl. D.8.4.2.2.) entstehen, reagieren stets zu Carbonsäuren bzw. deren<br />
Derivaten.<br />
ARNDT und EISTERT nutzten die Wolff-Umlagerung zur Kettenverlängerung von Carbonsäuren:<br />
Ein Säurechlorid wird mit Diazomethan in das Diazoketon übergeführt, nach dessen<br />
Dediazonierung/Umlagerung die um eine Methylgruppe verlängerte Carbonsäure entsteht.<br />
(Welche Methoden zur Carbonsäure-Kettenverlängerung kennen Sie noch?)<br />
Auf ähnliche Weise reagieren Ketone und Aldehyde mit Diazomethan unter Verlust von<br />
Stickstoff und Umlagerung zu einer entsprechenden, um eine CH2-Gruppe vergrößerten Carbonylverbindung<br />
(vgl. auch D.8.4.2.2.). Die Methode besitzt vor allem Bedeutung zur Ringerweiterung<br />
cyclischer Ketone, da hierbei ein einheitliches Umlagerungsprodukt entsteht:<br />
f-\ ÖI G - r^A<br />
H2CN2 - < K © V=O [9.24] l J<br />
\ /JCH2-N=NI N2 ^^T<br />
Man vergleiche hierzu auch die Tiffeneau-Reaktion [9.14].
668 D. 9. Umlagerungen<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Darstellung von Carbonsäureestern aus Diazoketonen<br />
durch Wolff-Umlagerung (Tab. 9.25)<br />
7. Herstellung des Silberoxidkatalysators<br />
Zu 50 ml 10%iger Silbernitratlösung gibt man so lange verd. Natronlauge, bis kein Ag2O mehr ausfällt.<br />
Der Niederschlag wird so oft in Wasser aufgeschlämmt und dekantiert, bis das Waschwasser<br />
neutral reagiert. Dann wird abfiltriert und im Exsikkator getrocknet. Ausbeute etwa 3 g.<br />
2. Wolff-Umlagerung<br />
0,1 mol Diazoketon (Darstellung vgl. D.8.4.2.2; man kann die rohen Diazoketone verwenden)<br />
werden in 300ml abs. Alkohol gelöst. Die Lösung erhitzt man in einem 1-1-Dreihalskolben mit<br />
Rückflußkühler, Tropftrichter und Rührer auf 55 bis 6O 0 C und tropft unter Rühren eine Suspension<br />
von 3 g des Silberoxid-Katalysators in 60 ml abs. Alkohol zu. Anschließend kocht man<br />
unter Rühren noch zwei Stunden, gibt dann etwas Tierkohle zu (etwa 0,5 g), kocht nochmals<br />
auf und filtriert heiß. Scheidet sich beim Abkühlen der Ester fest ab, saugt man ihn ab und<br />
kristallisiert aus Alkohol um. Ist er flüssig oder fällt er nicht aus, so verdampft man den Alkohol<br />
im Vakuum und destilliert den Ester.<br />
Tabelle 9.25<br />
Carbonsäureester durch Wolff-Umlagerung<br />
Produkt<br />
Heptadecansäure-ethylester<br />
(Margarinsäure-ethylester)<br />
Nonadecansäure-ethylester<br />
Decan-1 ,10-dicarbonsäurediethylester<br />
Phenylessigsäure-ethylester<br />
p-Methoxy-phenylessigsäureethylester<br />
Naphth- 1 -ylessigsäureethylester<br />
Dihydrozimtsäure-ethylester<br />
Ausgangsverbindung<br />
Diazomethylpentadecylketon<br />
Diazomethylheptadecylketon<br />
1 ,10-Bis(drazomethyl)decan-<br />
1,10-dion<br />
Diazomethylphenylketon<br />
Diazomethyl(p-methoxyphenyl)ketonDiazomethyl-a-naphthylketon<br />
Benzyldiazomethylketon<br />
Darstellung von Cycloheptanon (Suberon) 1 )<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
1850,7(5)<br />
F 28<br />
1670,03(o,3)<br />
F 37<br />
1932(15)<br />
F 15<br />
100^3(10)<br />
15423(17)<br />
179i,5(11)<br />
1232,1(i6)<br />
nD<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
60<br />
55<br />
45<br />
n 1 8 1,4492 35<br />
40<br />
35<br />
ng> 1,4911 35<br />
In einem 11-Dreihalskolben mit Rührer, Innenthermometer, Tropftrichter und einer Öffnung<br />
zum Ablassen des bei der Reaktion entwickelten Stickstoffs werden 0,5 mol Cyclohexanon,<br />
0,6 mol N-Methyl-N-nitroso-toluensulfonamid und 150ml Alkohol mit 10 ml Wasser gemischt.<br />
Um Schaumbildung bei der Reaktion zu verhindern, setzt man dem Kolbeninhalt etwas Silikonentschäumer<br />
zu. Unter Rühren und Kühlen mit einer Eis-Kochsalz-Mischung tropft man<br />
zu dem Gemisch eine Lösung von 15g Kaliumhydroxid in 50ml 50%igem Alkohol so zu, daß<br />
die Temperatur im Kolben 10 bis 2O 0 C beträgt. Durch die Zugabe der Lauge bildet sich aus<br />
dem Nitrosamid Diazomethan, das sofort mit dem Cyclohexanon reagiert. Nachdem die<br />
gesamte Lauge eingetropft ist, rührt man noch 30 Minuten und setzt unter weiterem Rühren<br />
2 N Salzsäure bis zur schwach sauren Reaktion und danach 300 ml gesättigte technische Natriumhydrogensulfit-Lösung<br />
zu. Nach einigen Minuten beginnt sich das Bisulfit-Addukt des Suberons<br />
abzuscheiden. Man rührt noch zehn Stunden, saugt dann den Niederschlag ab und<br />
wäscht ihn gründlich mit Ether aus. Die Bisulfitverbindung wird in einer warmen Lösung von<br />
i) nach DEBOER, TH. J.; BACKER, H. J., Org. Synth., CoIl. Vol. IV (1963), 225
D. 9.1.2.1. Hofmann-Abbau 669<br />
125g Soda (Na2CO3-IOH2O) in 150 ml Wasser zersetzt, die Ketonschicht abgetrennt und die<br />
wäßrige Phase viermal mit 50 ml Ether extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen trocknet<br />
man mit Magnesiumsulfat und fraktioniert nach Verdampfen des Ethers im Vakuum über<br />
eine 40 cm-Vigreux-Kolonne. Als erste Fraktion erhält man nicht umgesetztes Cyclohexanon,<br />
dann bei l,6kPa (12Torr) und 65 0 C das Cycloheptanon. Im Rückstand bleiben höhere Ringketone<br />
(Cyclooctanon usw.). Ausbeute 33 %; n^ 5 1,4600. Ein besonders reines Produkt erhält<br />
man durch Rektifikation (RücklaufVerhältnis 10:1).<br />
9.1.2. Umlagerungen am Stickstoffatom<br />
Beim Säureabbau nach HOFMANN, CURTIUS und LOSSEN und der Schmidt- und Beckmann-Reaktion<br />
werden Umlagerungen durch ein Elektronensextett am Stickstoffatom hervorgerufen.<br />
[9.26], I und [9.26], II haben den Charakter eines Nitrens bzw. Nitreniumions, sie entstehen<br />
gewöhnlich nicht in freier Form:<br />
HOFMANN: R-C<br />
LOSSEN:<br />
NH2<br />
NH-OH<br />
CURTIUS: R-C<br />
N-N=NI<br />
0 ©<br />
SCHMIDT:<br />
R'<br />
_ ©<br />
C=N-NHNI<br />
R '<br />
BECKMANN: C=R-QH<br />
/<br />
R<br />
9.1.2.1. Hofmann-Abbau<br />
~R O=C=N-R<br />
^ ® ~R © -<br />
C=N R'-C=N-R R'-C<br />
-H"<br />
NH-R<br />
[9.26]<br />
Beim Hofmann-Säureamid-Abbau erhält man durch Einwirkung von Hypohalogenit auf<br />
Säureamide primäre Amine, die ein C-Atom weniger als die Ausgangssubstanz haben. 1 ) Hierbei<br />
bildet sich ein unter bestimmten Bedingungen isolierbares Halogenamid ([9.27], I) als Zwischenprodukt,<br />
aus dem unter Halogenwasserstoff-Abspaltung und Umlagerung ein Isocyanat<br />
III entsteht, an das sofort Wasser angelagert wird. Die Carbamidsäure IV ist unbeständig und<br />
zerfällt in Kohlendioxid und Amin:<br />
l Man verwechsele die Reaktion nicht mit dem Abbau von Aminen nach Hofmann, vgl. D.3.1.6)
670 D. 9. Umlagerungen<br />
,9<br />
NH2<br />
+ Br 0 +OH 0<br />
-H2O<br />
III<br />
O<br />
R K CU<br />
NHBr<br />
©<br />
+ OH<br />
-Br 0 - H2O<br />
/P<br />
C NN<br />
CO2 + RNH2<br />
[9.27]<br />
Das Isocyanat ist das Stickstoff-Analoge des Ketens in der Wolff-Umlagerung.<br />
Wenn man beim Hofmann-Säureamid-Abbau in alkoholischer Lösung arbeitet, entsteht ein<br />
Urethan.<br />
In der Technik stellt man aus Phthalimid durch Hofmann-Abbau Anthranilsäure her, die ein wichtiges<br />
Zwischenprodukt in der Farbenindustrie ist.<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für den Hof mann-Abbau von Säureamiden zu Aminen (Tab. 9.28)<br />
L Darstellung einer Hypobromit-Lösung 1 )<br />
Man tropft bei O 0 C 1,2 mol Brom in eine Lösung von 6 mol Natriumhydroxid in 21 Wasser.<br />
2. Darstellung einer Hypochlorit-Lösung<br />
30Og Kaliumhydroxid werden in 400ml Wasser gelöst, auf O 0 C gekühlt und mit 1,5kg zerstoßenem<br />
Eis vermischt; danach werden schnell 85 g Chlor eingeleitet.<br />
3. Vorschrift für den Hofmann-Abbau<br />
In die frisch hergestellte Hypohalogenit-Lösung gibt man bei -5 0 C unter Rühren l mol Säureamid<br />
2 ). Sollte die Innentemperatur +40 0 C übersteigen, wird gekühlt. Nach Rühren über Nacht<br />
versetzt man mit 20g Natriumsulfit, säuert unter Kühlung auf pH 2 an, rührt weitere 15 Minuten<br />
und macht erneut mit 50%iger wäßriger Kalilauge alkalisch.<br />
4. Aufarbeitung<br />
a) Wasserdampf-flüchtige Amine werden mit Wasserdampf überdestilliert, das Destillat wird<br />
mit Kaliumcarbonat gesättigt, ausgeethert, mit Natriumsulfat getrocknet und fraktioniert.<br />
Bei leicht flüchtigen Aminen beschickt man die Vorlage mit halbkonz. Salzsäure und kristallisiert<br />
nach Abdampfen des Destillats das Hydrochlorid aus Ethanol um.<br />
b) Bei nicht Wasserdampf-flüchtigen Aminen wird die Reaktionslösung mit Kaliumcarbonat<br />
gesättigt, abgesaugt, ausgeethert, die Etherphase mit Natriumsulfat getrocknet und<br />
anschließend fraktioniert.<br />
Besonders die leichtflüchtigen Amine können nach dieser Vorschrift (Variante a) auch im<br />
Halbmikromaßstab hergestellt werden.<br />
1 J Das Arbeiten mit Hypobromit-Lösung beim Hof mann-Abbau hat den Vorteil einer leichteren Handhabung,<br />
mit Hypochloritlösung dagegen erreicht man meist bessere Ausbeuten<br />
2 ) Herstellung aus den entsprechenden Chloriden nach der Vorschrift in Abschn. D.7.1.4.2).
Tabelle 9.28<br />
Amine durch Hofmann-Abbau<br />
Produkt<br />
Methylamin-hydrochlorid<br />
Ethylamin-hydrochlorid<br />
Benzylamin<br />
3,4-Dimethoxy-anilin<br />
Anthranilsäure<br />
Ausgangsverbindung<br />
Acetamid<br />
Propionamid<br />
Phenylacetamid<br />
3,4-Dimethoxy-benzamid<br />
Phthalimid<br />
Methode<br />
NaOBr (a)<br />
NaOBr (a)<br />
NaOBr (b)<br />
NaOCl (b)<br />
NaOBr 1 )<br />
D. 9.1.2.2. Curtius-Abbau 671<br />
F (bzw. Kp)<br />
in 0 C<br />
227 (EtOH)<br />
108 (EtOHTEt2O)<br />
(hygroskopisch)<br />
Kp 184<br />
Kp i733,2(24)<br />
87 (EtOH)<br />
145 (EtOH)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
l ) Die Reaktionslösung wird mit Salzsäure gegen Kongorot neutralisiert und das ausgefallene Produkt<br />
unter Zusatz von Aktivkohle aus Wasser umkristallisiert.<br />
ß-Alanin aus Succinimid: CLARKE, H. T; BEHR, L. D., Org. Synth., CoIl. Vol. U (1943), 19.<br />
9.1.2.2. Curtius-Abbau<br />
Beim Curtius-Abbau geht man von einem Säureazid aus, das thermisch zersetzt wird:<br />
/P<br />
N-NENI<br />
-N2<br />
R-C<br />
N<br />
-R O=C=N-R [9.29]<br />
Arbeitet man in einem inerten Lösungsmittel (z.B. Benzen), so wird im Gegensatz zum<br />
Hofmann-Abbau die weitere Umsetzung des Isocyanats vermieden, und man kann es isolieren.<br />
Wie erklären Sie sich das Auftreten disubstituierter Harnstoffe, wenn bei der Zersetzung<br />
der Azide nicht sorgfältig auf Wasserfreiheit geachtet wird? Welches Reaktionsprodukt erhält<br />
man beim Curtius-Abbau in alkoholischer Lösung?<br />
In der unten angegebenen Vorschrift für den Curtius-Abbau wird das Säureamid in Wasser-<br />
Aceton-Lösung durch Einwirkung von Natriumazid auf das gemischte Anhydrid aus Carbonsäure<br />
und Kohlensäurehalbester erhalten; dieses bildet sich im Reaktionsgemisch aus der<br />
betreffenden Carbonsäure und Chlorameisensäureester (vgl. D.7.I.4.4.). Auch aus dem entsprechenden<br />
Säurechlorid und Natriumazid bzw. aus dem Säurehydrazid und salpetriger Säure<br />
können die Azide dargestellt werden.<br />
Die Darstellung der Isocyanate nach CURTIUS gelingt nicht, wenn sich das betreffende Säureazid<br />
schon bei Zimmertemperatur oder darunter merklich zersetzt. In diesen Fällen findet<br />
nämlich die Stickstoffabspaltung bereits unter den Bedingungen der Azidbildung statt, und das<br />
Isocyanat reagiert sofort mit dem Lösungsmittel (Wasser).<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Darstellung von Isocyanaten aus Carbonsäuren durch<br />
Curtius-Abbau (Tab. 9.30)<br />
Vorsicht! Azide explodieren beim raschen Erhitzen oder bei Berührung mit Schwefelsäure<br />
sehr leicht. Man isoliere sie nicht in Substanz! Schutzbrille tragen! Bei der Destillation des<br />
Isocyanats einen kleinen Rückstand lassen! Bei der Zersetzung des Azids stets ein Wasserbad<br />
zum Erhitzen verwenden.<br />
L Darstellung der Säureazide^)<br />
In einem 500-ml-Dreihalskolben mit Tropftrichter, Rührer und Innenthermometer werden<br />
0,085 mol Carbonsäure in 150ml Aceton gelöst. Die Lösung wird mit einer Eis-Kochsalz-<br />
I nach WEINSTOCK, J., J. Org. Chem. 26 (1961), 3511<br />
70<br />
70<br />
80<br />
80<br />
60
672 D. 9. Umlagerungen<br />
Mischung auf O 0 C abgekühlt. Bei dieser Temperatur tropft man 0,1 mol Triethylamin in 40ml<br />
Aceton und danach eine Lösung von 0,11 mol Chlorameisensäureethylester ebenfalls in 40ml<br />
Aceton langsam zu und rührt anschließend noch 30 Minuten. Dann werden bei O 0 C 0,13 mol<br />
Natriumazid in 30ml Wasser zugetropft. Man rührt noch eine Stunde, gießt das Reaktionsgemisch<br />
in 400ml Eiswasser und extrahiert das gebildete Azid dreimal mit je 70ml eiskaltem<br />
Toluen. Die Toluen-Lösung wird zunächst mit geglühtem Magnesiumsulfat und anschließend<br />
mit Phosphor(V)-oxid im Tiefkühlschrank oder Eis-Kochsalz-Bad getrocknet.<br />
2. Darstellung der Isocyanate<br />
In einen Dreihalskolben mit Rückflußkühler und Tropftrichter, der sich in einem siedenden Wasserbad<br />
befindet, wird die oben dargestellte Lösung des Azids langsam eingetropft. Unter heftiger<br />
Stickstoffentwicklung tritt die Umlagerung ein. Nach beendetem Zutropfen erhitzt man noch eine<br />
Stunde, entfernt im Vakuum zuerst das Lösungsmittel und destilliert dann das Isocyanat.<br />
Tabelle 9.30<br />
Isocyanate durch Curtius-Abbau<br />
Produkt<br />
Phenylisocyanat<br />
a-Naphthylisocyanat<br />
ß-Naphthylisocyanat<br />
Ausgangsverbindung<br />
9.1.2.3. Schmidt-Reaktion<br />
Benzoesäure<br />
a-Naphthoesäure<br />
ß-Naphthoesäure<br />
Kp (bzw. F)<br />
in 0 C<br />
602j(2o)<br />
1452,0(15)<br />
137W(n) F 56<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Die Umsetzung von Carbonylverbindungen mit Stickstoffwasserstoffsäure in Gegenwart starker<br />
Säuren ergibt nach SCHMIDT unter Wanderung einer Alkylgruppe Säureamide. Der eigentlichen<br />
Umlagerung ist eine normale Carbonylreaktion (Addition der Stickstoffwasserstoffsäure<br />
und Wasserabspaltung) vorgelagert. Mit Ketonen ergibt sich folgender Reaktionsverlauf:<br />
R f<br />
ö ©<br />
C=O + H-N-NHNI<br />
-N2<br />
R'<br />
© ~R<br />
C=NI ——<br />
© _<br />
R'-C=N-R<br />
in IV<br />
R' H ^<br />
i i ©<br />
R-C-N-NHNI -TTTT<br />
l — H2U<br />
OH<br />
I<br />
65<br />
60<br />
70<br />
R 1<br />
. _ ©<br />
C=N-N=NI<br />
[9.31]<br />
Das so entstandene Carbeniumion IV reagiert mit Wasser als Lösungsmittel zu einem Säureamid,<br />
mit überschüssiger Stickstoffwasserstoffsäure zu Tetrazolen:<br />
© _<br />
R'-C=N-R<br />
R' -<br />
OH<br />
N-R<br />
_ ©<br />
NH-N=NI<br />
R'-C,<br />
N-R<br />
R'—C<br />
NH-R<br />
-H"<br />
R 1-<br />
VI<br />
[9.32]
D. 9.1.2.3. Schmidt-Reaktion 673<br />
Wahrscheinlich bildet sich das Nitreniumion [9.31], III nicht als Zwischenprodukt, sondern<br />
der Rest R wandert gleichzeitig mit der Abspaltung des Stickstoffs. Entsprechend [9.10] ist<br />
dann zu erwarten, daß sich der zur Diazoniumgruppe trans-(£)-ständige Substituent umlagert:<br />
© _<br />
Rf * R'-C=N-R Produkt<br />
C=N7NENI - N2 [9.33]<br />
R 7 V^ ^ >* © _<br />
K ^ R-C=N-R'<br />
Die Wasserabspaltung aus [9.31], I führt im allgemeinen zu demjenigen E,Z-Isomeren von<br />
II, bei dem sich der voluminösere Rest und die Diazoniumgruppe in der trans-(E)-Stellung<br />
befinden. Daher findet man bei der Schmidt-Reaktion an unsymmetrischen Ketonen folgende,<br />
von der in [9.1Ia] angegebenen, abweichende Reihenfolge der Wanderungstendenz von Substituenten:<br />
tert-C4H9 > C6H5 - Wo-C3H7 > C2H5 > CH3<br />
[9.34]<br />
Carbonsäuren (in [9.31]: R' = OH) ergeben unter den Bedingungen der Schmidt-Reaktion<br />
das um ein Kohlenstoffatom ärmere Amin (vergleiche dazu den Curtius-Abbau). Die dem<br />
Amid V in [9.32] entsprechende N-substituierte Carbamidsäure - das gleiche Produkt, das<br />
beim Hofmann-Abbau gebildet wird (vgl. [9.27]) - zerfällt sofort in Kohlendioxid und Amin.<br />
Aus Malonsäuren lassen sich auf diese Weise a-Amino-carbonsäuren darstellen, da nur eine<br />
Carboxylgruppe angegriffen wird (formulieren!).<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Schmidt-Reaktion (Tab. 9.35)<br />
I<br />
Achtung! Bei der Reaktion entsteht Stickstoffwasserstoffsäure, die sehr giftig und explosiv<br />
ist. Deshalb gut wirkenden Abzug und Schutzschild verwenden, Schutzbrille tragen! VgI.<br />
auch Reagenzienanhang!<br />
In einen 500-ml-Dreihalskolben mit Rührer und Rückflußkühler mit Gasableitung gibt man zu<br />
einer Mischung aus 0,1 mol Carbonylverbindung, 50ml konz. Schwefelsäure und 150ml Chloroform<br />
bei Zimmertemperatur unter lebhaftem Rühren 0,12 mol Natriumazid in kleinen Portionen<br />
so zu, daß die Reaktion nicht zu heftig wird. Wenn alles Azid eingetragen ist, erhitzt<br />
man in einem Wasserbad unter weiterem Rühren noch sechs Stunden bei 5O 0 C. Nach dem<br />
Abkühlen gießt man das Reaktionsgemisch auf 40Og zerstoßenes Eis, mischt gut durch und<br />
trennt die Chloroform-Schicht sorgfältig ab.<br />
Aufarbeitung<br />
a) Amine: Man macht die wäßrige Phase unter Kühlung mit konz. Natronlauge stark alkalisch<br />
und destilliert das Amin mit Wasserdampf in eine Vorlage, die mit verd. Salzsäure beschickt<br />
ist. Daraus läßt sich das Hydrochlorid durch Eindampfen im Vakuum gewinnen. Zur Darstellung<br />
des freien Amins löst man das Hydrochlorid in wenig Wasser und setzt die Base<br />
unter Kühlung mit festem Natriumhydroxid in Freiheit. Das Amin wird mit Ether aufgenommen,<br />
die Ether-Lösung mit Natriumhydroxid getrocknet und danach über eine 30-cm-<br />
Vigreux-Kolonne fraktioniert.<br />
b) Amide: Die wäßrige Phase wird mit konz. Ammoniak unter Kühlung neutralisiert, wobei<br />
sich das Amid abscheidet. Feststoffe werden abgesaugt und umkristallisiert, Flüssigkeiten<br />
mit Chloroform extrahiert. Man trocknet die vereinigten Chloroform-Extrakte mit Magnesiumsulfat<br />
und fraktioniert nach dem Abdestillieren des Lösungsmittels den Rückstand im<br />
Vakuum.<br />
Aus der vom Reaktionsgemisch abgetrennten Chloroform-Schicht läßt sich durch Verdampfen<br />
des Lösungsmittels noch eine kleine Menge Amid gewinnen.
674 D. 9. Umlagerungen<br />
Tabelle 9.35<br />
Amine und Amide durch Schmidt-Reaktion<br />
Produkt<br />
Pentylamin<br />
1,4-Diamino-butan<br />
(Putrescin)<br />
Butylamin<br />
Anilin<br />
a-Piperidon<br />
((5-Valerolactam)<br />
e-Caprolactam<br />
Acetanilid<br />
Propionanilid<br />
Butyranilid<br />
Benzanilid<br />
N-(Naphth-l-yl)acetamid1,3,4,5-Tetra-hydrobenz[b]-azepin-2-on<br />
2 )<br />
Phenanthridon 3 )<br />
Ausgangsverbindung<br />
Hexansäure<br />
Adipinsäure<br />
Valeriansäure<br />
Benzoesäure<br />
Cyclopentanon<br />
Cyclohexanon<br />
Acetophenon<br />
Propiophenon<br />
Butyrophenon<br />
Benzophenon<br />
Methyl-a-naphthylketon<br />
a-Tetralon<br />
Fluorenon<br />
Variante<br />
a<br />
a<br />
a<br />
a 1 )<br />
b<br />
b<br />
b<br />
b<br />
b<br />
b<br />
b<br />
b<br />
b<br />
Kp (bzw. F) ng><br />
in 0 C<br />
104 1,4115<br />
158; F 27<br />
Hydrochlorid:<br />
F 315 (Z.)<br />
78 1,4010<br />
Hydrochlorid:<br />
F 195<br />
184 1,5863<br />
137^I4)<br />
F 40<br />
1401/K12)<br />
F 68<br />
F 114 (EtOH)<br />
F 105 (EtOHAV.)<br />
F 96 (EtOHAV.)<br />
FlOl(EtOH)<br />
FIoO(EtOH)<br />
F 141 (EtOHAV.)<br />
F 294 (EtOH)<br />
i) Bei der Wasserdampfdestillation keine Salzsäure vorlegen und Destillat ausethern.<br />
2 ><br />
" /°<br />
^s"-4<br />
Qo<br />
3 ) H -, /°<br />
M //<br />
\J~\_)<br />
Ausbeute<br />
in%<br />
Ornithin aus Cyclopentan-2-on-carbonsäureester und Lysin aus Cyclohexan-2-on-carbonsäureester:<br />
ADAMSON, D.W., J. Chem. Soc. 1939.1564.<br />
Pentamethylentetrazol (Pentetrazol) aus Cyclohexanon: <strong>Organikum</strong>. 15. Aufl., S. 706.<br />
9.1.2.4. Beckmann-Umlagerung<br />
Wird das Oxim eines Ketons oder Aldehyds mit Säuren oder Lewis-Säuren (Schwefelsäure,<br />
Phosphorpentachlorid) behandelt, entsteht zunächst das gleiche Zwischenprodukt wie bei der<br />
Schmidt-Reaktion (III in [9.31]). Als Endprodukt erhält man Carbonsäureamide (Beckmann-<br />
Umlagerung):<br />
R 1<br />
C=N<br />
-H2O<br />
© _<br />
R'-C=N<br />
III<br />
-H"<br />
R'-C<br />
NH-R<br />
70<br />
70<br />
70<br />
60<br />
60<br />
80<br />
97<br />
65<br />
65<br />
80<br />
50<br />
70<br />
90<br />
[9.36]<br />
Auch hier tritt das Kation II nicht frei auf, sondern die Abspaltung der (protonierten)<br />
Hydroxylgruppe und die Umlagerung des Restes R erfolgen simultan aus der trans-Lage. Bei<br />
der Reaktion liegen die Zwischenstufen II und III als lonenpaare vor. Es gelten sinngemäß die
D. 9.1.3. Umlagerungen am Sauerstoffatom 675<br />
gleichen Überlegungen über die Wanderungstendenz von Substituenten wie bei der Schmidt-<br />
Reaktion (vgl. D.9.1.2.3.). So erhält man aus Arylmethylketonen überwiegend Essigsäure-Narylamide.<br />
Die Beckmann-Reaktion hat große technische Bedeutung zur Darstellung von e-Caprolactam,<br />
woraus durch Polymerisation Polyamidfasern und -kunststoffe hergestellt werden.<br />
Darstellung von f-Caprolactam aus Cyclohexanonoxim<br />
1. Cyclohexanonoxim ~j~<br />
In einem 1-1-Dreihalskolben mit Rührer und Tropftrichter werden 1,5 ml Hydroxylamin-hydro- W<br />
chlorid und 1,2 mol kristallisiertes Natriumacetat in 400 ml Wasser gelöst und in einem Wasser- Q<br />
bad auf 60 0 C erwärmt. Unter Rühren tropft man nun l mol Cyclohexanon ein, rührt dann '—'<br />
noch eine halbe Stunde bei dieser Temperatur, kühlt auf O 0 C und saugt das abgeschiedene<br />
Oxim ab. Die wäßrige Phase wird noch dreimal mit Ether extrahiert. Das feste Oxim trocknet<br />
man im Vakuumexsikkator, die etherische Lösung über Natriumsulfat. Dann wird der Ether<br />
abdestilliert, das feste Oxim zum Rückstand gegeben und beides im Vakuum destilliert.<br />
, 104 0 C; F 90 0 C; Ausbeute 70%.<br />
2. e-Caprolactam<br />
In einem 400-ml-Becherglas mischt man bei maximal 2O 0 C unter Kühlen und Rühren 2 mol<br />
konz. Schwefelsäure mit l mol Cyclohexanonoxim. Diese Lösung tropft man bei 12O 0 C in<br />
l,5 mol konz. Schwefelsäure, die sich in einem Dreihalskolben mit Innenthermometer, Rührer,<br />
Tropftrichter und Rückflußkühler befindet (stark exotherme Reaktion!). Fällt die Temperatur<br />
unter 115 0 C, ist sofort das Zutropfen der Oximlösung zu unterbrechen, bis durch zusätzliches<br />
Heizen wieder 12O 0 C im Kolben erreicht sind. (Bei tieferer Temperatur tritt eine Reaktionsverzögerung<br />
ein, und beim anschließenden Erhitzen würde sich das nicht umgesetzte Oxim<br />
explosionsartig umlagern.)<br />
Ist die Oximlösung vollständig zugetropft, erhitzt man noch 20 Minuten auf 125 bis 13O 0 C<br />
und kühlt dann ab. Das kalte Reaktionsgemisch wird auf 0,5 kg zerstoßenes Eis gegossen und<br />
dann unter Kühlung mit einer Eis-Kochsalz-Mischung mit konz. Ammoniak gegen Phenolphthalein<br />
neutralisiert. Die Temperatur der Lösung darf bei der Neutralisation nicht über<br />
2O 0 C steigen. Durch Ausschütteln mit Chloroform (viermal mit je 150ml) extrahiert man das<br />
£-Caprolactam. Die Chloroform-Lösung wird mit Wasser gewaschen und mit Calciumchlorid<br />
getrocknet. Dann wird im Vakuum destilliert. Kpi,6(i2) 14O 0 C; F 68 0 C; Ausbeute 80%.<br />
Polymerisation von £-Caprolactam<br />
In einem starkwandigen Reagenzglas werden 3 g reines, mit einem Tropfen konz. Salzsäure versetztes<br />
e-Caprolactam im Wasserbad geschmolzen. Anschließend zieht man den oberen Teil<br />
des Reagenzglases in der Gebläseflamme so zu einer feinen Kapillare aus, daß der Leeraum<br />
über der Substanz möglichst gering ist. Die Ampulle wird evakuiert (Gummistopfen mit Glasrohr<br />
als Verbindung zur Wasserstrahlpumpe aufsetzen) und unter Vakuum abgeschmolzen.<br />
Die Polymerisation erfolgt durch vierstündiges Erhitzen in einem Metallbad auf 250 0 C. Nach<br />
dem Abkühlen ist der Inhalt der Ampulle zu einer spröden, elfenbeinartigen Masse erstarrt.<br />
Lactame aus alicyclischen Ketonen: OLAH, G. A.; FUNG, A. R, Synthesis 1979,537.<br />
9.1.3. Umlagerungen am Sauerstoffatom<br />
Verbindungen mit einem Elektronensextett am Sauerstoffatom RO® (Oxeniumionen) entsprechen<br />
formal den Carbenen und Nitrenen. Nach der Stellung von C, N und O im Periodensystem<br />
nimmt die Energie von den Carbenen zu den Oxeniumionen zu, die demzufolge bisher
676 D. 9. Umlagerungen<br />
in keinem Fall als diskrete Zwischenverbindungen nachgewiesen werden konnten. Die Umlagerungen<br />
am Sauerstoffatom verlaufen synchron; das Elektronendefizit am Sauerstoffatom<br />
wird gewöhnlich durch säurekatalysierte Spaltung von Peroxyverbindungen erzeugt. Der<br />
bekannteste Fall ist die Synthese von Phenolen nach HOCK:<br />
© ... --A© . /-\ ? H3 I<br />
H3C-C-Q-Q-H + HT<br />
/=\<br />
H2O + C-O^fx /) ^ HO-C-O-^x /,<br />
CH3<br />
/<br />
H3C<br />
\\ // l • ^Zs<br />
V^-H<br />
\ \\ //<br />
^3 V^<br />
/ CH 3 /TA<br />
- O=C + HO-^ J<br />
Die Reaktion wird im industriellen Maßstab für die petrolchemische Herstellung von Phenol<br />
und Aceton angewandt, blieb jedoch bisher auf diesen Fall beschränkt. Auch im Laboratorium<br />
haben Umlagerungen von Hydroperoxiden keine größere Bedeutung, was vor allem auf die Probleme<br />
bei der Herstellung und Handhabung von Hydroperoxiden zurückzuführen ist.<br />
Phenol aus a,a-Dimethyl-benzylhydroperoxid: <strong>Organikum</strong>, 15. Aufl., S. 710.<br />
Von erheblich größerem Nutzen ist die Baeyer-Villiger-Reaktion, bei der die Peroxyverbindungen<br />
aus Ketonen oder Aldehyden und Peroxysäuren (gelegentlich auch H2O2) hergestellt<br />
und in situ umgelagert werden:<br />
R /O R 70<br />
C=O + R"—C 7 _ - HO-C-Q-Q-Cx 7<br />
R' IQ-Q-H R' R"<br />
[9.38]<br />
Aus offenkettigen Ketonen entstehen so Carbonsäureester, aus Cycloalkanonen Lactone.<br />
Die Wanderungstendenzen der Substituenten entsprechen den in [9.1Ia] und [9.1Ib] angegebenen<br />
Abstufungen. Ebenso setzen sich «,^-ungesättigte Ketone um, wobei meist beide Produkte<br />
erhalten werden, die sich aus der Wanderung von R bzw. des ungesättigten Restes ergeben.<br />
Ebenso wandert bei der Reaktion von Aldehyden sowohl R als auch H. Formulieren Sie diese<br />
Umsetzungen!<br />
Darstellung von f-Caprolacton 1 )<br />
0,2 mol Cyclohexanon werden mit 0,25 mol Perbenzoesäure 2 ) in ca. 500 bis 600ml feuchtem<br />
Chloroform bei 22 bis 25 0 C im Dunkeln stehengelassen. In geeigneten Zeitabständen wird der<br />
Gehalt an Perbenzoesäure durch Titration ermittelt, wie in D.7.1.4.3. beschrieben ist. Nach<br />
ca. zwölf Stunden ist die Reaktion beendet, und der Verbrauch an Perbenzoesäure bricht<br />
1) nach FRIES, S. L., J. Am. Chem. Soc. 71 (1949), 2571<br />
2 ) Herstellung nach der in Abschnitt D.7.1.4.3. angegebenen Vorschrift. Anstelle des dort angegebenen<br />
Ethers wird Chloroform zur Extraktion verwendet und die feuchte (trübe) Chloroformlösung direkt weiterverwendet.<br />
Es kann auch eine Lösung von Perbenzoesäure in Diethylether für die oben angegebene<br />
Präparation verwendet werden; die Ausbeuten liegen aber dann niedriger.
D. 9.2. [3,3]-Umlagerungen 677<br />
abrupt ab. Die gebildete Benzoesäure und überschüssige Peroxysäure werden mit verd.<br />
NaHCO3-Lösung extrahiert. Man wäscht die Chloroformschicht nochmals mit Wasser, trocknet<br />
über Na2SO4 und destilliert. Kp0,9(7) 102...104 0 C; ng> 1,4488; Ausbeute 71%.<br />
In der gleichen Weise kann aus Cyclopentanon
678 D. 9. Umlagerungen<br />
Die analoge D,L-Verbindung reagiert dementsprechend überwiegend in derjenigen Sesselform,<br />
in der die voluminösen Methylgruppen äquatorial angeordnet sind (Bildung von 90%<br />
des trans,trans-Octa-2,6-diens und nur 9% des cis,cis-Octa-2,6-diens). Formulieren Sie diese<br />
Umlagerungen!<br />
Interessante fluktuierende Strukturen werden bei entarteten Cope-Umlagerungen beobachtet.<br />
Für das 3,4-Homotropiliden (Bicyclo[5.1.0]octa-2,5-dien) wurden durch NMR-Messungen sehr<br />
schnell ablaufende Cope-Umlagerungen nachgewiesen (bei 18O 0 C k > 103 s- 1 ), vgl. [9.42]. Bei<br />
Raumtemperatur ist die Reaktionsgeschwindigkeit viel niedriger, und bei -50 0 C ist die Umlagerung<br />
vollständig unterbunden. Das Phänomen wird auch als Valenztautomerie bezeichnet.<br />
[9.42]<br />
Die Cope-Umlagerung ist experimentell sehr einfach, da lediglich erhitzt werden muß. Das<br />
Problem ist meist die Synthese der Vorstufen. In dieser Hinsicht ist die Claisen-Umlagerung<br />
(Oxa-Cope-Umlagerung) besonders einfach, bei der Allylarylether oder Allylvinylether umgelagert<br />
werden, z. B.:<br />
COOR' ^ COOR'<br />
OH<br />
[9.43]<br />
Allylarylether lassen sich leicht aus Allylbromid und Phenolaten herstellen (vgl. D.2.6.2.).<br />
Allylvinylether können durch Abspaltung von Allylalkohol aus Diallylacetalen bzw. von Alkohol<br />
aus gemischten Alkylallylacetalen gewonnen werden, vgl. D.3.1.4; diese Eliminierung und<br />
die Claisen-Umlagerung lassen sich als Eintopfreaktion durchführen. Analog geben entsprechende<br />
Orthocarbonsäureester bzw. Amidacetale (a-Alkoxy-vinyl)allylether (Ketenacetale)<br />
bzw. Allyl(a-amino-vinyl)ether (Ketenaminale) die durch Claisen-Reaktion zu y,
D. 9.2. [3,3]-Umlagerungen 679<br />
dihydrobenzofuran durch zweimalige Extraktion mit Petrolether (Kp 30...6O 0 C) ab. Die alkalische<br />
Lösung wird angesäuert und mit Diethylether extrahiert. Nach Trocknen mit Calciumchlorid<br />
wird destilliert. Kp2,5(i9> 103...105 0 C; n 2 , 4 1,5445; Ausbeute 73 %.<br />
Aus dem Petroletherextrakt kann das 2-Methyl-2,3-dihydro-benzofuran durch Destillation<br />
gewonnen werden. Kp2,5(i9> 86...88 0 C; nD 2 1,5307.<br />
3-Methyl-hex-5-en-2-on, 4-Methyl-hept-6-en-2-on, 2-Allyl-cyclopentanon bzw. 2-Allyl-cydohexanon<br />
aus den Diallylacetalen von Butanon, Pentan-3-on, Cyclopentanon bzw. Cyclohexanon:<br />
LORETTE, N. B.; HOWARD, W. L., J. Org. Chem. 26 (1961), 3112.<br />
Es sind auch der Claisen-Umlagerung analoge Aza-Cope-Umlagerungen bekannt. Von<br />
besonderem Interesse ist die [3,3]-Umlagerung der Arylhydrazone von Aldehyden oder Ketonen<br />
als sehr einfacher Zugang zu Indolen (Fischer-Indolsynthese):<br />
^V R ' + H«<br />
XN,<br />
N H<br />
i i<br />
H H<br />
H R<br />
II<br />
R> „ r r VR'<br />
N' NH3 -H @ -NH3 kAN'<br />
H H<br />
IV V<br />
[9.44]<br />
Als umlagerungsfähige Verbindung fungiert das Enamin II. Durch Isotopenversuche mit<br />
15 N ist gesichert, daß bei der Ringschlußreaktion des eigentlichen [3,3]-Umlagerungsproduktes<br />
III das Stickstoffatom abgespalten wird, das dem aromatischen Ring nicht benachbart ist.<br />
Die Arylhydrazone I sind aus Arylhydrazinen und Aldehyden bzw. Ketonen leicht zugänglich.<br />
Arylhydrazone substituierter Brenztraubensäurester, die zur Herstellung der 2-Ethoxycarbonyl-indole<br />
benötigt werden, sind sehr einfach durch Japp-Klingemann-Reaktion erhältlich;<br />
hierbei liefern die basenkatalysierte Azokupplung und Säurespaltung der gebildeten Azoverbindung<br />
unmittelbar das Arylhydrazon:<br />
[9.45]<br />
Sowohl die Isomerisierung der Arylhydrazone [9.44], I zu den Enaminen II als auch der<br />
Indol-Ringschluß unter Eliminierung von Ammoniak sind säurekatalysiert. Der Erfolg der<br />
Fischer-Indolsynthese hängt erheblich von Art und Stärke der Säure ab. Bisher können hierfür<br />
noch keine allgemeingültigen Richtlinien gegeben werden. In einer Reihe von Fällen hat sich<br />
Polyphosphorsäure bewährt. Für eine Eintopfvariante, bei der Arylhydrazin-hydrochlorid, ein<br />
Keton und Pyridin unter relativ milden Bedingungen unmittelbar zum Indolderivat reagieren,<br />
ist offenbar das entstehende Pyridin-hydrochlorid als Katalysator optimal, vgl. die unten gegebene<br />
Literaturstelle.
680 D. 9. Umlagerungen<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Fischer-Indolsynthese (Darstellung der Phenylhydrazone<br />
nach Japp-Klingemann) (Tab. 9.46)<br />
Vorsicht! Aromatische Amine sind gesundheitsschädlich, Naphthylamine sind cancerogen.<br />
Man achte auf Sauberkeit beim Arbeiten!<br />
Man versetzt eine eisgekühlte Lösung von 0,1 mol a-substituiertem Acetessigester mit 35ml<br />
einer eisgekühlten wäßrigen 50%igen Kalilauge. Die Mischung wird anschließend mit 200ml<br />
Eiswasser verdünnt, worauf man unter Rühren schnell eine aus 0,1 mol Amin dargestellte Diazoniumsalzlösung<br />
(vgl. D.8.2.1.) einfließen läßt. Dann wird noch fünf Minuten gerührt, das sich<br />
als rotes Öl ausscheidende Phenylhydrazon abgetrennt und die wäßrige Lösung mit Ether<br />
extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen trocknet man mit Natriumsulfat und destilliert<br />
das Lösungsmittel ab. Das rohe Hydrazon wird in wasserfreiem Alkohol gelöst und bis zur<br />
beginnenden Fällung von Ammoniumchlorid trockener Chlorwasserstoff eingeleitet (30 bis<br />
180 Minuten). Nach Stehen über Nacht gießt man in Eiswasser, saugt ab oder extrahiert mit<br />
Ether. Nach Abdestillieren des Lösungsmittels wird umkristallisiert. Die Ausbeute beträgt<br />
etwa 50%.<br />
Tabelle 9.46<br />
Indole nach FISCHER<br />
Produkt Ausgangsverbindung F in 0 C<br />
5-Methoxy-indol-2-carbonsäureethylester<br />
5-Ethoxy-indol-2-carbonsäureethylester<br />
Benzo[g]indol-2-carbonsäureethylester<br />
Benzo[e]indol-2-carbonsäureethylester<br />
5-Methoxy-3-methyl-indol-2-carbonsäureethylester5-Ethoxy-3-methyl-indol-2-carbonsäureethylester3-Methyl-benzo[g]indol-2-carbonsäureethylester3-Methyl-benzo[e]indol-2-carbonsäureethylester5-Methoxy-3-propyl-indol-2-carbonsäureethylester5-Ethoxy-3-phenyl-indol-2-carbonsäureethylester<br />
Vorher durch Umkristallisieren aus Petrolether reinigen.<br />
2-Methyl-3-oxo-butansäureethylester,<br />
p-Anisidin<br />
2-Methyl-3-oxo-butansäureethylester,<br />
p-Phenetidin<br />
2-Methyl-3-oxo-butansäureethylester,<br />
a-Naphthylamin<br />
2-Methyl-3-oxo-butansäureethylester,<br />
ß-Naphthylamin<br />
2-Acetyl-butansäureethylester,<br />
p-Anisidin<br />
2-Acetyl-butansäureethylester,<br />
p-Phenetidin<br />
2-Acetyl-butansäureethylester,<br />
a-Naphthylamin<br />
2-Acetyl-butansäureethylester,<br />
ß-Naphthylamin<br />
2-Acetyl-hexansäureethylester,<br />
p-Anisidin<br />
2-Benzyl-3-oxo-butansäureethylester,<br />
p-Phenetidin<br />
153 (EtOH) 1 )<br />
156 (EtOH)<br />
170 (EtOH/<br />
Tierkohle)<br />
161<br />
(Petrolether)<br />
147 (EtOH) 1 )<br />
167 (EtOH/<br />
Tierkohle)<br />
176 (EtOH/<br />
Tierkohle)<br />
176 (EtOH/<br />
Tierkohle)<br />
106(EtOH) 1 )<br />
148 (EtOH/<br />
Tierkohle)<br />
2,3-Tetramethylen-indol, 5-Chlor-2,3-tetramethylen-indol, 5-Methoxy-2,3-tetramethylen-indol<br />
aus Cyclohexanon und den entsprechenden Arylhydrazin-hydrochloriden in Pyridin: WELCH,<br />
W. M., Synthesis 1977, 645;<br />
Heteroawcin (Indol-3-essigsaure) aus 2-(2-Cyanethyl)acetessigsäureethylester und Anilin:<br />
FEOFILAKTOV, V. V.; SEMENOVA, N. K., Sint. Org. Soedin. 2 (1952), 63.<br />
Indolabkömmlinge sind wichtige Naturstoffe, besonders das Tryptophan als Eiweißbaustein und das<br />
Serotonin als Hormon. Die Fischer-Indolsynthese hat in Verbindung mit der Japp-Klingemann-Reaktion<br />
für die Synthese solcher Naturstoffe und anderer biologisch wirksamer Indole große Bedeutung erlangt.<br />
Welche weiteren Indolsynthesen kennen Sie?
9.3. Literaturhinweise<br />
Umlagerung von Carbokationen<br />
D. 9.3. Literaturhinweise 681<br />
BROUWER, D. M.; HOGEVEEN, H., Prog. Phys. Org. Chim. 9 (1972), 179-240.<br />
KIRMSE, W., in: Topics in Current Chemistry. Bd. 80. - Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York 1979,<br />
S. 125-311.<br />
HARWOOD, L. M.: Polare Umlagerungen. - VCH, Weinheim 1995.<br />
OLAH, G.; SCHLEYER, P. v. R.: Carbonium Ions. Bd. 2. - Interscience, New York 1970.<br />
SHUBIN, V. G.; in: Topics in Current Chemistry. Bd. 117. - Springer-Verlag, New York 1984, S. 3269-341.<br />
Wagner-Meenvein-Umlagerung<br />
STREITWIESER, A., Chem. Rev. 56 (1956), 698.<br />
Demjanov-Umlagerung, Tiffeneau-Reaktion<br />
SMITH, P. A. S.; BAER, D. R., Org. React. 11 (1960), 157-188.<br />
Pinacolon-Umlagerung<br />
COLLINS, C. J.; Quart. Rev. 14 (1960), 357.<br />
Wolff-Umlagerung, Arndt-Eistert-Reaktion<br />
BACHMANN, W. E.; STRUVE, W. S., Org. React. l (1942), 38-62.<br />
HENECKa, H., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 8 (1952), S. 456-458,556,668-669.<br />
MEIER, H.; ZELLER, K.-R, Angew. Chem. 87 (1975), 52.<br />
RIED, W.; MENGLER, M., Fortschr. Chem. Forsch. 5 (1965), 1-88.<br />
RODINA, L. L.; KOROBITSYNA, I. K., Usp. Khim. 36 (1967), 611-635; Engl. Übersetzung: Russ. Chem. Rev. 36<br />
(1967), 260.<br />
Stevens-Umlagerung<br />
PINE, S. H., Org. React. 18 (1970), 403-464.<br />
STEVENS, T S.; WATTS, W. E.: Selected Molecular Rearrangements. - Van Nostrand Reinhold, London, New<br />
York 1973, S. 81-116.<br />
Wittig-Umlagerung<br />
BRÜCKNER, R., Nachr. Chem. Tech. Lab. 38 (1990), 1506.<br />
NAKAY, T.; MIKAMI, K., Chem. Rev. 86 (1986), 885.<br />
NAKAY, T; MIKAMI, K., Org. React. 46 (1994), 105.<br />
SCHÖLLKOPF, U; Angew. Chem. 82 (1970), 795.<br />
Elektrophile Umlageningen von Organoalkalimetall-Verbindungen<br />
GROVENSTEIN, E., Angew. Chem. 90 (1978), 317.<br />
Hofmann-Abbau von Carbonsäureamiden<br />
KOVACIC, R; LOWERY, M.K., Chem. Rev. 70 (1970), 639-665.<br />
MÖLLER, F, in: HOUBEN-WEYL. Bd. 11/1 (1957), S. 854-862.<br />
WALLIS, E. S.; LANE, J. F., Org. React. 3 (1946), 267-306.<br />
Curtius- Abbau<br />
LWOWSKI, W., Angew. Chem. 79 (1967), 922.<br />
MÖLLER, F, in: HOUBEN-WEYL. Bd. 11/1 (1957), S. 862-872.<br />
SMITH, P.A. S., Org. React. 3 (1946), 337-450.
682 D. 9. Umlagerungen<br />
Lossen-Reaktion<br />
BAUER, L.; EXNER, O., Angew. Chem. 86 (1974), 419-428.<br />
YALE, H. L., Chem. Rev. 33 (1943), 209.<br />
Schmidt-Reaktion<br />
KOLDIBSKII, G. J., u. a., Usp. Khim. 40 (1971), 1790-1813; 47 (1978), 2044-2064.<br />
WOLFF, H., Org. React. 3 (1946), 307-336.<br />
Beckmann-Umlagerung<br />
DONARUMA, G., HERTZ, W. Z., Org. React. l (1960), 1-156.<br />
GAWLEY, E. E., Org. React. 35 (1988), 1^20.<br />
KNUNYANTS, J. L.; FABRITSNYI, B. R, Reakts. Metody Issled. Org. Soedin. 3 (1954), 137-251.<br />
MÖLLER, F., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 11/1 (1957), 892-899.<br />
VINNIK, M. L; ZACHARANI, N. G., Usp. Khim. 36 (1967), 167-198.<br />
Hock-Reaktion, Baeyer-Villiger-Oxidation<br />
HASSALL, C. H.; Org. React. 9 (1957), 73-106.<br />
HOCK, H.; KRÖPF, H., Angew. Chem. 69 (1957), 313-321.<br />
KRÖPF, H.; in: HOUBEN-WEYL, Bd. E13 (1988), 1085-1094.<br />
WEDEMEYER, K.-F, in: HOUBEN-WEYL, Bd. 6/lc (1976), 117-139.<br />
Cope- und Claisen-Umlagerung<br />
BARTLETT, P. D., Tetrahedron 36 (1980), 2-72.<br />
BENNETT, G. B., Synthesis 1977,589.<br />
BLECHERT, S., Synthesis 1989,71-81.<br />
ENDERS, D; KNOPP, M.; SCHIFFERS, R., Asymmetrie [3,3]-Sigmatropic Rearrangements in Organic Synthesis,<br />
Tetrahedron. Asymmetry 7 (1996), 184-1882.<br />
RHOADS, S. J.; RAULINS, N. R., Org. React. 22 (1975), 1-252.<br />
SMITH, G. G.; KELLY, F. W., Prog. Phys. Org. Chem. 8 (1971), 75-234.<br />
TARBELL, D. S., Org. React. 2 (1944), 1^8.<br />
WEHRLI, R.; BELLUS, D; HANSEN, H.-J.; SCHMID, H., Chimia 30 (1976), 416.<br />
WINTERFELD, E., Fortschr. Chem. Forsch. 16 (1970), 75.<br />
Synthese von Indolen nach E. Fischer<br />
DOPP, H.; DOPP, D.; LANGER, U GERDING, B., in: HOUBEN-WEYL, Bd. E6bt/2a (1994), 709-753.<br />
GRANDBERG, I. L; SOROKIN, V. L; Usp. Khim. 43 (1974), 266-293.<br />
KITAEV, J. R, Usp. Khim. 28 (1959), 336-368.<br />
ROBINSON, B., Chem. Rev. 63 (1963), 373-401; 69 (1969), 227-250.<br />
ROBINSON, B.: The Fischer Indole Synthesis. - John Wiley & Sons, New York 1983.<br />
The Chemistry of Indole. - Academic Press, New York, London 1970.
Identifizierung organischer Substanzen<br />
1. Vorproben und Prüfung auf funktioneile Gruppen<br />
Die Identifizierung organischer Substanzen durch chemische Reaktionen ermöglicht es, schon<br />
mit einfachen Mitteln und ohne Zuhilfenahme teurer Geräte wichtige Erkenntnisse über die<br />
Zusammensetzung der zu untersuchenden Verbindungen zu gewinnen. Dabei kann man sich<br />
nicht wie bei der anorganischen qualitativen Analyse auf einen strengen, durchgearbeiteten<br />
Trennungsgang stützen, da die Einordnung der Vielzahl organischer Verbindungen in ein straffes<br />
Schema nicht möglich ist.<br />
Zu Beginn der Untersuchungen ist zunächst immer zu klären, ob eine reine Substanz oder<br />
ein Substanzgemisch vorliegt. Man überprüft dies am besten mittels chromatographischer Verfahren,<br />
wie der Dünnschichtchromatographie (s. A.2.7.I.), der Gaschromatographie (GC,<br />
s. A.2.7.4.) und der Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC, s. A.2.7.3.)). Liegt ein Stoffgemisch<br />
vor, wird man zunächst eine Trennung mit physikalischen Mitteln (fraktionierte<br />
Destillation, Kristallisation) versuchen. Auch die angeführten chromatographischen Verfahren<br />
lassen präparative Trennungen zu. Trotzdem sollte man auch eine Trennung auf chemischem<br />
Wege versuchen, besonders dann, wenn sie ohne größeren Aufwand zu bewerkstelligen ist.<br />
Man beachte dazu die unter E.3. gegebenen Hinweise.<br />
Die reinen Verbindungen, in Sonderfällen auch die Gemische, kann man spektroskopisch<br />
untersuchen. In Kombination mit den nachstehend beschriebenen Vorproben (deren Informationsgehalt<br />
erfahrungsgemäß häufig nur ungenügend genutzt wird) besitzt man dann bereits<br />
wichtige Aussagen über Strukturmerkmale der Verbindung, in günstigen Fällen können diese<br />
Informationen schon zu einem Strukturvorschlag führen.<br />
Für die wichtigsten Substanzklassen sind im Abschnitt E.2. typische IR- bzw. NMR-Spektren<br />
abgebildet. Sie sollen insbesondere in Verbindung mit den Tabellen A.135, A.145, A.148<br />
und A. 153 die Spektrenauswertung erleichtern.<br />
Im Abschnitt E. 1.2. ist zudem die chemische Prüfung auf funktioneile Gruppen beschrieben.<br />
Die angegebenen Vorproben und die Herstellung von Derivaten (vgl. E.2.) trainieren die organisch-chemische<br />
Präparierkunst mit kleinen Substanzmengen.<br />
Die Charakterisierung unbekannter Verbindungen durch gezielte Reaktionen erzieht,<br />
bedingt durch die vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten, wie keine andere Praktikumsaufgabe<br />
zum chemischen Denken, zur Substanzkenntnis und dadurch zur Entwicklung von Fähigkeiten<br />
und Fertigkeiten in der organischen Synthesechemie.<br />
Zunächst werden bei diesem Vorgehen die funktioneilen Gruppen des unbekannten Moleküls<br />
ermittelt und dann die Substanz mit geeigneten Reagenzien in kristalline Derivate überführt.<br />
Verbindungen, die sich hydrolytisch spalten lassen, werden zuvor in ihre Komponenten<br />
zerlegt, die man für sich untersucht.<br />
Durch Vergleich der Schmelztemperaturen von 2 bis 3 Derivaten der unbekannten Substanz<br />
mit den Werten in Schmelztemperaturtabellen (vgl. E.2.) wird die Identität normalerweise hinreichend<br />
bewiesen. Einen zusätzlichen Beweis für die Natur der Substanz liefert die Bestimmung<br />
der Molmasse oder der Äquivalentmasse. Zur Sicherung des Ergebnisses werden oft
684 E. Identifizierung: 1.1. Vorproben<br />
noch Speziaireaktionen durchgeführt, die für die einzelnen Substanzen aus der Literatur zu<br />
ersehen sind.<br />
Ein eindeutiger Substanznachweis gelingt durch Vergleich des IR-Spektrums der Probe mit<br />
dem Originalspektrum.<br />
Weitere allgemeine Hinweise:<br />
a) Einteilung der Analysensubstanz: Die Analyse ist bei Verwendung der nachfolgend angegebenen<br />
Vorschriften mit maximal 5g Substanz zu lösen. Davon sind etwa 1...2g Substanz für<br />
die Vorproben und Prüfungen auf funktionelle Gruppen nötig. Weitere 2 g stehen für die Identifizierung<br />
zur Verfügung, und der Rest der Analysensubstanz soll als Reserve dienen, um<br />
nötige Wiederholungen zu ermöglichen. Das bedeutet äußerste Sparsamkeit mit der Substanz,<br />
vor allem bei den Vorproben. Bei der Prüfung auf funktioneile Gruppen ist zu beachten, daß<br />
viele der hierfür notwendigen Umsetzungen bereits Derivate liefern, die zur Identifizierung<br />
geeignet sind.<br />
b) Wert der Blindprobe: Für den Anfänger ist es von großer Wichtigkeit, durch Blindproben<br />
Sicherheit und Zutrauen zu den analytischen Methoden zu gewinnen, und zwar durch Blindproben<br />
in zwei Richtungen. Einmal wird die Reaktion unter den angegebenen Bedingungen<br />
jedoch ohne die Analysensubstanz durchgeführt, um eventuelle Störungen durch unsaubere<br />
Lösungsmittel oder Reagenzien zu erkennen (z. B. bei Farbreaktionen oder bei der Oxidation<br />
mit Kaliumpermanganat in acetonischer Lösung, vgl. E.l.2.1.2.). Zum anderen wird bei negativ<br />
verlaufenden Reaktionen mit der Analysensubstanz durch Zugabe bekannter Verbindungen,<br />
bei denen der Test positiv ausfallen muß, geprüft, ob die richtigen Reaktionsbedingungen eingehalten<br />
wurden. (Zum Beispiel gibt man bei negativ verlaufenden Reaktionen auf Carbonylverbindungen<br />
etwas Aceton zu. Fällt jetzt ein Niederschlag aus, so lagen die richtigen Reaktionsbedingungen<br />
vor.)<br />
c) Vorbereitung der Substanz: Die zu analysierende Substanz soll rein vorliegen. Deshalb<br />
werden flüssige Analysen nach Möglichkeit fraktioniert, eventuell im Vakuum. Die Einheitlichkeit<br />
der Fraktionen prüft man gaschronmatographisch. Feststoffe werden nach den Löslichkeitsproben<br />
(vgl. E.l.1.5.) bis zur Schmelztemperaturkonstanz umkristallisiert und dünnschichtchromatographisch<br />
auf ihre Reinheit untersucht.<br />
Vor Durchführung aller Versuche informiere man sich unbedingt in den Kapiteln F und G<br />
über die Gefährlichkeit der verwendeten Chemikalien und beachte, daß auch die zu analysierenden<br />
Substanzen gefährlich sind. Man behandele sie daher zumindest nach den R-Sätzen<br />
23 bis 25.<br />
1.1. Vorproben<br />
1.1.1. Äußere Erscheinung der Substanz<br />
a) Farbe: Die meisten reinen Substanzen sind farblos. Man prüft daher, ob die Farbigkeit<br />
einer Substanz nach dem Umkristallisieren bzw. Destillieren erhalten bleibt oder nur von Verunreinigungen<br />
herrührt.<br />
Farbig sind folgende wichtige Verbindungsklassen: Nitro-, Nitroso- (nur in monomerer<br />
Form), Azoverbindungen, Chinone. Aromatische Amine und Phenole, besonders polyfunktionelle,<br />
zeigen meist gelbe bis braune Färbung, die durch Spuren von Oxidationsprodukten hervorgerufen<br />
wird. Dadurch werden jedoch die Reaktionen nicht beeinträchtigt, und man kann<br />
auf intensive Reinigung verzichten.<br />
b) Geruch: Gewisse Verbindungsgruppen haben einen charakteristischen Geruch: Kohlenwasserstoffe<br />
der Terpenreihe (Camphen, Caren, Pinen) ebenso wie Cyclohexanon, Pinacolon,
E. Identifizierung: 1.1. Vorproben 685<br />
tert-Butylalkohol (Terpengeruch), niedere Alkohole; niedere Fettsäuren (Ameisen- und Essigsäure<br />
scharf, ab Propionsäure unangenehm schweißartig); niedere Ketone; Aldehyde; Halogenkohlenwasserstoffe<br />
(betäubend süßlich); Phenole („Carbol"-Geruch); Phenolether (Anis-,<br />
Fenchelgeruch); aromatische Nitroverbindungen (Bittermandelgeruch); Ester aliphatischer<br />
Alkohole (Fruchtgeruch): Isocyanide (unangenehm süßlich); Thiole, Sulfide u. Ä. (unangenehmer<br />
schwefelwasserstoffähnlicher Geruch).<br />
c) Geschmack: Eine Geschmacksprüfung ist unter keinen Umständen anzuraten, da ein großer<br />
Teil organischer Substanzen auch in kleinsten Mengen physiologisch aktiv ist.<br />
1.1.2. Bestimmung physikalischer Konstanten<br />
Bestimmung und Bedeutung der physikalischen Konstanten, wie Schmelztemperatur, Siedetemperatur,<br />
Brechungsindex u. a., werden in A.3. besprochen. Die Kristallform der Substanz<br />
wird zusammen mit der Schmelztemperatur unter dem Heiztischmikroskop bestimmt, wobei<br />
man gleichzeitig noch Sublimation, Kristallwasserabspaltung u.a. beobachten kann.<br />
1.1.3. Brenn- und Glühprobe<br />
Einige Tropfen bzw. Kristalle der Substanz werden erhitzt, und jede Veränderung des Aussehens,<br />
der Farbe und des Geruchs sowie das Auftreten flüchtiger Anteile werden beobachtet<br />
und notiert.<br />
Ist die Substanz brennbar, so deutet eine schwach leuchtende, fast blaue Flamme auf eine<br />
sauerstoffreiche Verbindung (Alkohol, Ether usw.), während eine leuchtend gelbe, meist<br />
rußende Flamme bei stark kohlenstoffhaltigen, ungesättigten Systemen (aromatische Kohlenwasserstoffe,<br />
Acetylene usw.) auftritt.<br />
Hinterbleibt beim Erhitzen ein Rückstand, so glüht man bis zur Oxidation der kohlenstoffhaltigen<br />
Bestandteile und analysiert den evtl. noch vorhandenen anorganischen Rückstand.<br />
Findet man ein Oxid oder Carbonat eines Metalls, so lag das Salz einer sauren Verbindung<br />
(Carbonsäure, Phenol usw.) vor. Ergibt sich ein Sulfid, Sulfit oder Sulfat, kann man auf eine<br />
Bisulfitverbindung von Aldehyden bzw. Ketonen, auf das Salz einer Sulfin- oder Sulfonsäure<br />
oder auf ein Thiolat schließen.<br />
1.1.4. Nachweis der Elemente<br />
Beilstein-Probe (Hinweise auf Halogene): Man befeuchtet einen ausgeglühten Kupferdraht mit<br />
der Substanz bzw. gibt einige Kristalle darauf und hält den Draht in den Saum einer entleuchteten<br />
Bunsenflamme. Die bei der Verbrennung entstehenden leicht flüchtigen Kupferhalogenide<br />
färben den Flammensaum grün bis grünblau.<br />
Sehr empfindliche Probe! Eindeutig kann nur die Abwesenheit von Halogen bewiesen werden!<br />
<strong>Organisch</strong>e Stickstoffverbindungen geben oft auch bei Abwesenheit von Halogen eine<br />
positive Reaktion.<br />
Neben den für organische Verbindungen typischen Elementen Kohlenstoff, Wasserstoff und<br />
Sauerstoff kommen noch bevorzugt Stickstoff, Schwefel und die Halogene in organischen Substanzen<br />
vor. Um diese Elemente nachweisen zu können, schließt man die unbekannte Substanz<br />
mit metallischem Natrium auf und überführt dabei die vorhandenen Elemente in eine wasserlösliche<br />
Form:
686 E. Identifizierung: 1.1. Vorproben<br />
C, H, O, N, S, HaI —— Na2S1NaCN1NaHaI1NaSCN [E.l]<br />
Aufschluß organischer Verbindungen mit Natrium<br />
I<br />
Vorsicht! Explosible Umsetzungen mit Nitroalkanen, organischen Aziden, Diazoestern,<br />
Diazoniumverbindungen und einigen aliphatischen Polyhalogeniden. Reaktion und Zersetzung<br />
des Aufschlusses nur unter geschlossenem Abzug und mit Schutzbrille durchführen!<br />
5 bis 20 mg Substanz werden in ein Glühröhrchen gebracht. Dann führt man in das schräg<br />
gehaltene Röhrchen ein etwa 4 mm langes, sauberes Stückchen Natrium so ein, daß es kurz<br />
über der Substanz liegt. Nun wird das Natrium mit einer kleinen, spitzen Flamme (Sparflamme)<br />
geschmolzen, damit es heiß 1 ) in die Substanz tropft. Man erhitzt noch kurze Zeit auf<br />
dunkle Rotglut (oft starke Verkohlung) und bringt das glühende Rohr in 5 ml destilliertes Wasser,<br />
das sich in einem kleinen Becherglas befindet. Das Glührohr zerspringt, und die wäßrige<br />
Lösung der Natriumsalze wird zum Nachweis der Heteroatome abfiltriert.<br />
Sollte die Substanz beim Mischen oder Erhitzen mit Natrium unter Explosion reagieren, so<br />
geht man wie folgt vor: 0,1 g der Substanz werden in l bis 2 ml Eisessig gelöst; dazu gibt man<br />
0,1 g Zinkstaub. Man erwärmt zu gelindem Sieden, bis alles Zink in Lösung gegangen ist. Nun<br />
wird die Lösung zur Trockne eingedampft und der Rückstand nach dem oben beschriebenen<br />
Verfahren aufgeschlossen.<br />
Sollten die folgenden Nachweisreaktionen negativ verlaufen, wird zur Sicherheit der Aufschluß<br />
ein- bis zweimal wiederholt, eventuell mit einer größeren Menge Natrium.<br />
Nachweis des Stickstoffs (Lassaigne-Probe): l ml der filtrierten Aufschlußlösung wird mit<br />
0,5ml einer wäßrigen Eisen(II)-sulfatlösung versetzt, l bis 2 Minuten gekocht, 2 Tropfen<br />
Eisen(III)-chloridlösung zugegeben, nochmals erhitzt und nach dem Abkühlen bis zur schwach<br />
sauren Reaktion angesäuert. Enthielt die Substanz Stickstoff, fällt jetzt Berliner Blau aus (u. U.<br />
nur grünblaue Färbung), das besonders gut erkannt wird, wenn man einige Tropfen der gut<br />
durchgeschüttelten Lösung auf Filterpapier gibt.<br />
Enthält die Substanz Schwefel, kann der Nachweis des Stickstoffs mitunter erschwert sein.<br />
Man wiederholt dann den Aufschluß mit der doppelten Menge Natrium und führt die Stickstoffprobe<br />
mit einer größeren Eisen(II)-sulfatmenge durch (warum?)<br />
Nachweis von Schwefel: l bis 2 ml der Aufschlußlösung werden mit Essigsäure angesäuert.<br />
Man setzt einige Tropfen Bleiacetatlösung zu. Eine schwarze Fällung beweist den Schwefel.<br />
Empfindlicher wird der Nachweis, wenn man 0,5 ml der alkalischen Aufschlußlösung mit<br />
2 Tropfen einer wäßrigen Lösung von Dinatriumpentacyanonitrosylferrat(III) (Nitroprussidnatrium)<br />
versetzt. Bei Anwesenheit von Schwefel tritt eine Violettfärbung auf.<br />
Nachweis der Halogene: Die Halogene werden nach dem Ansäuern der Aufschlußlösung<br />
mit starker Salpetersäure wie üblich mit Silbernitrat nachgewiesen. Bei Anwesenheit von<br />
Stickstoff muß man die entstandene Blausäure vor der Fällung mit Silbernitrat auf dem siedenden<br />
Wasserbad verkochen.<br />
Die Unterscheidung der Halogene wird nach den Methoden der anorganischen Analyse<br />
durchgeführt. Bromid neben Chlorid und lodid läßt sich außerdem durch die spezifische, sehr<br />
empfindliche Eosinprobe einwandfrei nachweisen: 0,5 ml der Aufschlußlösung werden mit einigen<br />
Tropfen konz. Schwefelsäure bis zur sauren Reaktion und 3 bis 5 Tropfen konz. Permanganatlösung<br />
versetzt. Nun bedeckt man das Gläschen mit Papier, das mit Fluoresceinlösung<br />
1 J Es empfiehlt sich, flüssige Substanzen auch in der Kälte mit Natrium zu behandeln. Eine Reaktion unter<br />
Wasserstoffentwicklung weist auf saure Verbindungen hin: Säuren, Alkohole, CH-acide Verbindungen<br />
usw.
E. Identifizierung: 1.1. Vorproben 687<br />
getränkt ist, und erwärmt auf etwa 40 bis 5O 0 C. Nach 15 Minuten hält man das Papier in<br />
Ammoniakdämpfe. Bei Anwesenheit von Brom färbt es sich rosarot.<br />
Zum Fluornachweis wird l ml der Aufschlußlösung zur Trockne eingedampft, 0,5 ml konz.<br />
Schwefelsäure und wenig Kaliumbichromat zugesetzt und kräftig umgeschüttelt. Die Glaswand<br />
wird benetzt. Man erhitzt vorsichtig und schüttelt wieder, bei Anwesenheit von Fluor wird die<br />
Wandung des Glases nicht mehr benetzt.<br />
Man kann Fluor auch durch die Zirkon-Alizarinlack-Probe nachweisen: 2 ml der Aufschlußlösung<br />
werden mit Essigsäure angesäuert und aufgekocht; davon werden l bis 2 Tropfen auf<br />
Zirkon-Alizarin-Papier gegeben. Fluor bewirkt Entfärbung bzw. Gelbfärbung.<br />
1.1.5. Bestimmung der Löslichkeit<br />
Sehr wichtig ist die Bestimmung der Löslichkeit, da sich damit Hinweise auf die Polarität des<br />
Moleküls und auf bestimmte funktionelle Gruppen ergeben. Außerdem zeigen die Löslichkeitsversuche,<br />
wie ein fester Stoff zu reinigen ist (Lösungsmittel zum Umkristallisieren) bzw.<br />
ob ein Gemisch so getrennt werden kann.<br />
Geprüft wird zweckmäßig mit folgenden Reagenzien (in dieser Reihenfolge):<br />
- Wasser<br />
- Ether<br />
- 5% ige Natronlauge<br />
- 5% ige Natriumhydrogencarbonatlösung<br />
- 5%ige Salzsäure<br />
- konz. Schwefelsäure<br />
- Alkohol, Toluen, Eisessig, Petrolether (zum Umkristallisieren und Trennen von Gemischen)<br />
0,01 bis 0,1 g Substanz werden mit etwa 3 ml Lösungsmittel portionsweise versetzt und gut<br />
durchmischt. Falls die Substanz nicht in Wasser löslich ist, wird die Löslichkeit in verd. Natronlauge,<br />
Hydrogencarbonatlösung und Salzsäure zu bestimmt. Es wird sorgfältig geschüttelt, bei<br />
Substanzgemischen das Ungelöste abgetrennt und in jedem Falle die wäßrige Lösung neutralisiert.<br />
Bei der Neutralisation wird beobachtet, ob sich die Ausgangsverbindung wieder ausscheidet.<br />
Schon eine Trübung des neutralisierten Filtrats ist bei Einhalten der vorgeschriebenen<br />
Substanzmengen ein positiver Hinweis auf basische oder saure Eigenschaften. Beim Lösen in<br />
Hydrogencarbonat achte man auf Kohlendioxidentwicklung!<br />
Sollte bei Zimmertemperatur keine Lösung eintreten, wird kurz zum Sieden erhitzt. Es muß<br />
dann, vor allem beim Erhitzen mit Säuren oder Laugen, immer festgestellt werden, ob sich die<br />
Substanz nicht durch Hydrolyse oder ähnliches irreversibel verändert hat (Substanz wieder isolieren,<br />
Schmelz- oder Siedetemperatur bestimmen!).<br />
Schlußfolgerungen aus der Löslichkeit<br />
a) Löslichkeit in Wasser und Ether: Nach ihrer unterschiedlichen Löslichkeit in Wasser und<br />
Ether kann man die organischen Verbindungen in folgende Hauptgruppen einteilen:<br />
I. löslich in Wasser, unlöslich in Ether<br />
II. löslich in Ether, unlöslich in Wasser<br />
III. löslich in Wasser und Ether<br />
IV. unlöslich in Wasser und Ether<br />
Gruppe I. Substanzen, in denen der polare Rest überwiegt: Salze, Polyole, Zucker, Aminoalkohole,<br />
Hydroxycarbonsäuren, Di- und Polycarbonsäuren, niedere Säureamide, aliphatische<br />
Aminosäuren, Sulfosäuren.<br />
Gruppe II. Substanzen, in denen der unpolare Rest überwiegt: Kohlenwasserstoffe, halogenierte<br />
Kohlenwasserstoffe, Ether, Alkohole mit mehr als 5 Kohlenstoffatomen, höhere Ketone<br />
und Aldehyde, höhere Oxime, mittlere und höhere Carbonsäuren, aromatische Carbonsäuren,
688 E. Identifizierung: 1.2. Prüfung auf funktioneile Gruppen<br />
Säureanhydride, Lactone, Ester, höhere Nitrile und Säureamide, Phenole, Thiophenole, höhere<br />
Amine, Chinone, Azoverbindungen.<br />
Gruppe III. Substanzen, in denen sich der Einfluß des polaren und des unpolaren Restes ausgleicht:<br />
Niedere aliphatische Alkohole, niedere aliphatische Aldehyde und Ketone, niedere<br />
aliphatische Nitrile, Säureamide und Oxime, niedere cyclische Ether (Tetrahydrofuran,<br />
1,4-Dioxan), niedere und mittlere Carbonsäuren, Hydroxy- und Oxo-Carbonsäuren, Dicarbonsäuren,<br />
mehrwertige Phenole, aliphatische Amine, Pyridin und seine Homologen, Aminophenole.<br />
Gruppe IV. Hochkondensierte Kohlenwasserstoffe, höhere Säureamide, Anthrachinone, Purinderivate,<br />
einige Aminosäuren (Cystin, Tyrosin), Sulfanilsäure, höhere Amine und Sulfonamide,<br />
makromolekulare Verbindungen.<br />
b) Löslichkeit in Basen und Säuren: Bei diesen Proben muß immer kontrolliert werden, ob<br />
sich die Substanz nicht verändert. Besonders eindeutig verlaufen diese Reaktionen bei Verbindungen<br />
der Lösungsklasse II und IV, da durch Salzbildung die Substanzen in der Regel wasserlöslich<br />
werden. Bei den Gruppen I und III, also bei Substanzen, die von vornherein wasserlöslich<br />
sind, prüft man vorher den pH-Wert mit Indikatorpapier.<br />
Löslich in verdünnter Salzsäure sind aliphatische und aromatische Amine. (Die Löslichkeit<br />
nimmt mit der Anzahl der Arylgruppen stark ab. Diphenylamin löst sich kaum, Triphenylamin<br />
gar nicht.)<br />
Löslich in Natronlauge und Natriumhydrogencarbonatlösung sind stark saure Stoffe, wie<br />
Carbonsäuren, SuIfon- und Sulfinsäuren, einige stark saure Phenole (Nitrophenole,<br />
4-Hydroxy-cumarin) usw. Nur in Natronlauge sind löslich: Phenole, einige Enole, Imide, primäre<br />
aliphatische Nitrokörper, am Stickstoff unsubstituierte und monosubstituierte<br />
Arylsulfonamide, Oxime, Thiophenole, Thiole.<br />
Bei der Reaktion mit Laugen werden organische Basen aus ihren Salzen in Freiheit gesetzt.<br />
Sie fallen entweder kristallin aus oder scheiden sich als Öl ab bzw. machen sich durch ihren<br />
Geruch bemerkbar. Fettsäuren mit einer Kohlenstoffzahl über 12 lösen sich nicht mehr klar in<br />
Alkalien, sondern bilden typische Seifen, die opaleszieren.<br />
ß-Dicarbonylverbindungen, die mit alkoholischer Kalilauge sofort unter Salzbildung reagieren,<br />
lassen sich mit 5%iger Natronlauge nicht neutralisieren.<br />
Gewisse Substanzen lösen sich sowohl in Basen als auch in Säuren (amphotere Stoffe).<br />
Hierzu gehören: Aminosäuren, Aminophenole, Aminosulfon- und Aminosulfinsäuren u. a.<br />
c) Löslichkeit in konz. Schwefelsäure: Das Lösen in konz. Schwefelsäure ist oft mit einer<br />
Reaktion verbunden, die sich durch Erwärmung, Gasentwicklung usw. anzeigt. Daher läßt der<br />
Schwefelsäuretest keine für die angeführten Substanzklassen allgemeingültigen Schlüsse zu,<br />
gibt aber oft Hinweise, von denen einige nachfolgend aufgeführt werden: Ungesättigte Substanzen<br />
werden in wasserlösliche Schwefelsäureester übergeführt; sauerstoffhaltige Substanzen<br />
gehen meist unter Oxoniumsalzbildung in Lösung, wenn der organische Rest nicht mehr als<br />
9 bis 12 Kohlenstoffatome enthält; Alkohole werden verestert oder dehydratisiert; Olefine<br />
können polymerisieren; einige Kohlenwasserstoffe werden sulfoniert; Triphenylmethanol, Phenolphthalein<br />
und ähnliche Verbindungen zeigen Halochromieerscheinungen; lodverbindungen<br />
zersetzen sich unter lodausscheidung.<br />
1.2. Prüfung auf funktioneile Gruppen<br />
Durch die Bestimmung der Löslichkeiten, der Heteroatome, der physikalischen Konstanten<br />
(Schmelztemperatur, Siedetemperatur, Molmasse usw.) sowie die Farbe der Substanz erhält<br />
man bereits wesentliche Hinweise auf die zu analysierende Verbindung. Zur weiteren Einengung<br />
der in Frage kommenden Verbindungsklassen wird die Spektroskopie herangezogen.
E. Identifizierung: 1.2. Prüfung auf funktioneile Gruppen 689<br />
Eine zusätzliche Möglichkeit besteht im Einsatz von Reaktionen, die in möglichst kurzer Zeit<br />
ablaufen, sich durch eine charakteristische Änderung, wie Fällung, Farbumschlag, Entstehung von<br />
charakteristisch riechenden Substanzen, oder durch Änderung der Löslichkeit anzeigen.<br />
Bei der außerordentlichen Vielzahl organischer Verbindungen kann durch die Möglichkeit<br />
der Kombination von mehreren funktioneilen Gruppen in einem Molekül deren Nachweis<br />
gestört sein. Trotz dieser Einschränkung ist es in der Praxis aber möglich, solche Verbindungen<br />
zu erkennen, wenn man den Einfluß aller im Molekül enthaltenen funktioneilen Gruppen auf<br />
die spezielle Nachweisreaktion berücksichtigt (vgl. E.4., Aufgaben 1.1. bis 1.5.).<br />
In diesem Zusammenhang sollte vor der Überbewertung von Farbreaktionen, die in der<br />
Literatur für einzelne Verbindungen als charakteristisch beschrieben sind, gewarnt werden, da<br />
in vielen Fällen auch andere Substanzen ähnliche Reaktionen zeigen.<br />
1.2.1. Hinweise auf ungesättigte Verbindungen<br />
Das Erkennen einer ungesättigten Verbindung ist prinzipiell durch die in D.4. dargelegten<br />
Additionsreaktionen möglich. Im vorliegenden Falle werden die Bromaddition in Tetrachlorkohlenstoff<br />
oder die Entfärbung von Permanganat benutzt. Weitere Hinweise auf ungesättigte<br />
Verbindungen entnimmt man dem IR-Spektrum; im !H-NMR-Spektrum findet man typische<br />
chemische Verschiebungen für HCR=, HC= und HAr.<br />
1.2.1.1. Umsetzung mit Brom<br />
Arbeitsvorschrift s. D.4.1.4.<br />
Tetrachlorkohlenstoff als Lösungsmittel hat den Vorteil, daß er HBr nicht löst und daher<br />
auch Substitutionen, die durch HBr-Entwicklung gekennzeichnet sind, leicht nachzuweisen<br />
gestattet.<br />
Grenzen: Nicht alle Olefine addieren Brom! Die Anwesenheit von -I- und -M-Gruppen an<br />
einem doppelt gebundenen C-Atom verlangsamt die Reaktion oder verhindert sie ganz. Sterisch<br />
gehinderte Olefine addieren Brom oft nur in Eisessig oder Wasser. Aliphatische und aromatische<br />
Amine können ein Olefin vortäuschen, da sie die Lösung entfärben.<br />
Substitutionen unter HBr-Entwicklung verhindern die eindeutige Aussagekraft der Reaktion.<br />
Besonders betrifft dies Enole, Phenole, Methylketone und Malonester. Leicht oxidierbare<br />
Verbindungen wie Thiole stören.<br />
1.2.1.2. Umsetzung mit Permanganat<br />
Diese Reaktion ist immer durch die Bromaddition zu ergänzen!<br />
0,1 g Substanz wird in 2 ml Wasser oder 2 ml Aceton 1 ) gelöst und eine 2%ige wäßrige Permanganatlösung<br />
tropfenweise zugegeben. Der Test ist negativ, wenn nicht mehr als 3 Tropfen<br />
entfärbt werden.<br />
Grenzen: Diese Oxidationsreaktion (vgl. D.6.2.1.) stellt eine willkommene Ergänzung der<br />
Bromaddition dar. So reagieren hochkonjugierte Olefine mit Permanganat, die Brom nur<br />
schwer addieren. Darüber hinaus geben natürlich alle leicht oxidierbaren Substanzen einen<br />
postiven Test, wie Enole, Phenole, Thiole, Thioether, Amine, Aldehyde, Ameisensäureester,<br />
Alkohole. Oftmals werden falsche Deutungen vorgenommen, weil leicht oxidierbare Verunreinigungen<br />
eine oxidierbare Verbindung vortäuschen.<br />
1 J Das Aceton muß gegen Permanganat beständig sein, sonst gibt man zunächst so viel Permanganat zu,<br />
bis keine Entfärbung mehr stattfindet.
690 E. Identifizierung: 1.2. Prüfung auf funktionelle Gruppen<br />
1.2.2. Hinweise auf Aromaten<br />
Grundsätzlich sind die meisten in D.5. aufgeführten Substitutionsreaktionen zum Nachweis<br />
von Aromaten geeignet. Daneben gibt die Spektroskopie wertvolle Hinweise!<br />
1.2.2.1. Umsetzung mit Salpetersäure<br />
| Vorsicht! Evtl. sehr heftige Umsetzung, vgl. D.5.1.3.<br />
Zu 0,1 g Substanz werden langsam unter fortwährendem Schütteln 3 ml Nitriersäure (l Teil<br />
rauchende Salpetersäure, l Teil konz. Schwefelsäure) gegeben. Dann wird im Abzug auf einem<br />
Wasserbad 5 Minuten auf 45 bis 5O 0 C erwärmt und anschließend auf 10g zerstoßenes Eis<br />
gegossen und das erhaltene Öl oder Festprodukt abgetrennt.<br />
Man prüft auf Vorhandensein einer Nitrogruppe durch Reduktion mit Zink und Ammoniumchlorid.<br />
Das dabei entstehende Phenylhydroxylamin reduziert ammoniakalische Silberoxidlösung<br />
(Tollens-Reagens) zu metallischem Silber.<br />
0,3 g der Substanz in 10 ml 50%igem Ethanol werden mit 0,5 g Ammoniumchlorid und 0,5 g<br />
Zinkstaub versetzt. Die Mischung wird geschüttelt und 2 Minuten zum Sieden erhitzt. Nach<br />
dem Abkühlen filtriert man und gibt Tollens-Reagens 1 ) zu. Die Ausscheidung von metallischem<br />
Silber beweist, daß eine Nitro- oder Nitrosogruppe vorlag.<br />
Grenzen: s. D.5.1.3.<br />
1.2.2.2. Umsetzung mit Chloroform und Aluminiumchlorid<br />
Zu 2 ml trockenem Chloroform wird 0,1 g der Substanz gegeben. Dann setzt man vorsichtig 0,5 g<br />
wasserfreies Aluminiumchlorid so zu, daß ein Teil an der Wand des Glases bleibt. Das Auftreten<br />
verschiedenfarbiger Tönungen an diesem Teil des Glases deutet auf einen Aromaten. 2 )<br />
1.2.3. Hinweis auf stark reduzierende Substanzen<br />
(Umsetzung mit ammoniakalischer Silbersalzlösung)<br />
Stark reduzierende Substanzen scheiden aus ammoniakalischer Silberoxidlösung metallisches<br />
Silber aus:<br />
0,05 g Substanz werden mit 2 bis 3 ml frisch zubereitetem Tollens-Reagens 1 ) in einem sauberen<br />
Reagensglas (vorher mit heißer konz. Salpetersäure reinigen) versetzt. Falls sich in der<br />
Kälte kein Silberspiegel bildet, wird kurze Zeit auf 60 bis 70 0 C erwärmt.<br />
Eine positive Reaktion deutet auf Aldehyde, reduzierende Zucker, a-Diketone, a-Ketole,<br />
mehrwertige Phenole, a-Naphthole, Aminophenole, Hydrazine, Hydroxylamine, a-Alkoxyund<br />
a-Dialkylamino-ketone u.a. Auch einige aromatische Amine, z.B. p-Phenylendiamin,<br />
geben eine positive Reaktion.<br />
1 J VgI. Reagenzienanhang.<br />
2) Umfangreiche Untersuchungen und Grenzen bei: TALSKY, G., Z. analyt. Chem. 188 (1962), 416; 191<br />
(1962), 191; 195 (1963), 171.
1.2.4. Hinweise auf Aldehyde und Ketone<br />
E. Identifizierung: 1.2. Prüfung auf funktioneile Gruppen 691<br />
Aldehyde und Ketone sind an typischen Frequenzen im IR-Spektrum zu erkennen (vgl. Tab.<br />
A.135); das Aldehydproton ist im iH-NMR-Spektrum durch seine starke Verschiebung nach<br />
tiefen Feldern zu identifizieren; im 13 C-NMR-Spektrum ist der Carbonylkohlenstoff leicht zu<br />
erkennen.<br />
1.2.4.1. Umsetzung mit Dinitrophenylhydrazin<br />
Aldehyde und Ketone werden durch Fällung der 2,4-Dinitro-phenylhydrazone nachgewiesen.<br />
Arbeitsvorschrift s. D.7.1.1.<br />
Grenzen: Durch die saure Reagenslösung werden die meisten Acetale, Ketale, Oxime und<br />
Azomethine hydrolysiert und die gebildeten Carbonylverbindungen als 2,4-Dinitro-phenylhydrazone<br />
ausgefällt. Die Reaktion versagt bei Hydroxyketonen (Acyloinen).<br />
Zur Unterscheidung der Aldehyde von den Ketonen kann man die leichtere Oxidierbarkeit<br />
der Aldehyde heranziehen:<br />
1.2.4.2. Umsetzung mit Fehlingscher Lösung<br />
0,05 g Substanz und 2 bis 3 ml Fehlingsche Lösung 1 ) werden auf einem siedenden Wasserbad 5<br />
Minuten erhitzt.<br />
Der Test ist positiv, wenn gelbes oder rotes Kupferoxid ausfällt.<br />
Grenzen: Aromatische Aldehyde geben diesen Test normalerweise nicht. Gleichzeitige<br />
Anwesenheit anderer, stark reduzierender Gruppierungen stört (vgl. E.I.2.3.).<br />
1.2.4.3. Umsetzung mit fuchsinschwefliger Säure (Schiffsches Reagens)<br />
Zu 2 Tropfen oder 0,05 g Substanz werden 2 ml Schiffsches Reagens 1 ) gegeben, und die Lösung<br />
wird gut geschüttelt.<br />
Der Nachweis ist positiv, wenn sich die Lösung rosa bis violett verfärbt.<br />
Grenzen: Die Reaktion gelingt nicht mit Glyoxal und Zuckern, aromatischen Hydroxyaldehyden<br />
und a,ß-ungesättigten Aldehyden. Substanzen, die leicht SO2 absorbieren, können Aldehyde<br />
vortäuschen.<br />
1.2.5. Hinweise auf Alkohole, Phenole, Enole<br />
Man beachte die typischen Frequenzen dieser Substanzklassen im IR-Spektrum, vgl. Tab. A.135!<br />
OH-haltige Verbindungen geben mit Cerammoniumnitrat farbige Komplexe. Mit Eisen-<br />
(Ill)-chlorid ist die Unterscheidung der Enole und Phenole von den Alkoholen möglich.<br />
1.2.5.1. Umsetzung mit Cerammoniumnitrat-Reagens 1 )<br />
Wasserlösliche Substanzen: Man verdünnt 0,5 ml Reagenslösung mit 3 ml dest. Wasser und versetzt<br />
mit 5 Tropfen einer konz. wäßrigen Lösung der Substanz.<br />
Wasserunlösliche Substanzen: Man verdünnt 0,5 ml Reagenslösung mit 3 ml Dioxan, setzt<br />
tropfenweise so viel Wasser zu, bis eine klare Lösung vorliegt, und gibt 5 Tropfen einer konz.<br />
Lösung der Substanz in Dioxan zu.<br />
l Vgl. Reagenzienanhang.
692 E. Identifizierung: 1.2. Prüfung auf funktioneile Gruppen<br />
Bei Alkoholen färbt sich das Reagens rot. Phenole geben in wäßriger Lösung eine grünlichbraune<br />
bis braune Fällung, in Dioxan dagegen eine tiefrote bis braune Färbung.<br />
Grenzen: Die Reaktion verläuft eindeutig mit Verbindungen, die nicht mehr als zehn C-<br />
Atome besitzen, bei höhermolekularen Verbindungen ist die Färbung zuwenig intensiv. Mehrwertige<br />
Alkohole lassen sich ebenfalls nachweisen, allerdings kann sich die Lösung durch Oxidation<br />
schnell entfärben. Positive Reaktion geben weiterhin viele Amine und Substanzen, die<br />
sich leicht zu farbigen Verbindungen oxidieren lassen.<br />
1.2.5.2. Umsetzung mit Eisen(lll)-chlorid<br />
l Tropfen der Substanz wird in 5 ml Alkohol gelöst und l bis 2 Tropfen einer l % igen wäßrigen<br />
Eisen(III)-chloridlösung zugesetzt.<br />
Positive Reaktion zeigt sich durch eine Färbung an (blutrot bis kornblumenblau bei aliphatischen<br />
Enolen, blau bis violett bei Phenolen).<br />
Grenzen: Positiver Ausfall weist auf Phenole und Enole hin. Die meisten Oxime und Hydroxamsäuren<br />
geben eine rote Färbung, die Hydroxyverbindungen des Chinolins und Pyridins rotbraune,<br />
blaue oder grüne Farben. Auch bei Hydroxyderivaten der fünfgliedrigen Heterocyclen mit<br />
aromatischem Charakter entstehen rote Färbungen. Aminosäuren und Acetate geben braune bzw.<br />
rote, Diphenylamin grüne Färbungen. Viele Phenole geben diese Farbreaktion nicht.<br />
1.2.5.3. Umsetzung mit Kupfer(ll)-Salzen<br />
Mehrwertige Alkohole bilden mit Kupfer(II)-Ionen besonders in alkalischem Medium Komplexe.<br />
5 bis 6 Tropfen der Substanz werden in verd. Natronlauge gelöst und wenige Tropfen einer<br />
sehr verd. Kupfersulfatlösung zugegeben.<br />
Bildet sich kein Kupferhydroxidniederschlag, so liegt wahrscheinlich ein mehrwertiger<br />
Alkohol vor.<br />
1.2.5.4. Umsetzung mit Zinkchlorid/Salzsäure (Lukas-Reagens)<br />
Zur Unterscheidung primärer, secundärer und tertiärer Alkohole benutzt man die unterschiedliche<br />
Substitutionsgeschwindigkeit der OH-Gruppe durch Chloridionen (vgl. D.2.5.I.).<br />
Zu l ml Substanz werden schnell 6 ml Lukas-Reagens 1 ) gegeben. Anschließend wird die<br />
Mischung umgeschüttelt, 5 Minuten stehengelassen und beobachtet.<br />
Primäre Alkohole bis zu 5 C-Atomen werden gelöst, die Lösung färbt sich oft dunkel, bleibt<br />
aber klar.<br />
Secundäre Alkohole lösen sich zunächst klar, die Lösung wird aber bald trüb, zum Schluß<br />
scheiden sich feine Tröpfchen des Chlorids ab.<br />
Bei tertiären Alkoholen entstehen schnell 2 Phasen, eine davon ist das Chlorid.<br />
Grenzen: Da der Lukas-Test vom Erscheinen des unlöslichen Alkylchlorids abhängig ist, ist<br />
er natürlich nur bei solchen Alkoholen anwendbar, die sich klar im Reagens lösen. Allylalkohol<br />
verhält sich wie ein secundärer Alkohol (warum?).<br />
1 ) VgI. Reagenzienanhang.
1.2.5.5. Umsetzung mit Deniges-Reagens<br />
E. Identifizierung: 1.2. Prüfung auf funktioneile Gruppen 693<br />
Tertiäre und z.T. auch secundäre Alkohole werden leicht durch konzentrierte Schwefelsäure<br />
dehydratisiert. Die dabei entstehenden Olefine bilden mit Quecksilberionen gelbe bis rote<br />
Niederschläge.<br />
3 ml Deniges-Reagens 1 ) werden mit einigen Tropfen der Substanz l bis 3 Minuten zum Sieden<br />
erhitzt.<br />
Tertiäre Alkohole geben gelbe bis rote Niederschläge. Primäre und vor allem secundäre<br />
Alkohole geben u. U. auch Niederschläge, die aber meist farblos sind. Die Ester tertiärer Alkohole<br />
können durch das Reagens hydrolysiert werden und geben dann ebenfalls eine positive<br />
Reaktion. Thiophen wird als Komplex ausgefällt.<br />
1.2.6. lodoformprobe (Umsetzung mit Natriumhypoiodid)<br />
Arbeitsvorschrift s. D.6.5.3.<br />
Grenzen: Die lodoformprobe ist positiv bei folgenden Verbindungstypen:<br />
H3C-CO-R<br />
R-CO-CH2-CO-R<br />
H3C-CH(OH)-R<br />
R-CH(OH)-CH2-CH(OH)-R R = H, Alkyl, Aryl<br />
Keine lodoformreaktionen geben:<br />
H3C-CO-CH2-X X = CN, NO2 (COOR) [E.3]<br />
1.2.7. Hinweise auf alkalisch hydrolysierbare Verbindungen<br />
1.2.7.1. Umsetzung mit wäßriger Natronlauge (Rojahn-Probe)<br />
0,1 g Substanz wird in 3 ml Alkohol gelöst; es werden 3 Tropfen einer alkoholischen Phenolphthaleinlösung<br />
zugesetzt und gerade so viel 0,1 N alkoholische Natronlauge zugetropft, daß<br />
eine Rotfärbung zu erkennen ist. Dann erwärmt man 5 Minuten auf dem Wasserbad bei 40 0 C.<br />
Verschwindet die Rotfärbung, so ist die Reaktion positiv. Zur Sicherheit wiederholt man<br />
den Versuch mit der gleichen Probe durch erneute Zugabe von Natronlauge mehrere Male.<br />
Positive Reaktionen geben Ester, Lactone, Anhydride, leicht hydrolysierbare Halogenide,<br />
Amide und Nitrile.<br />
Grenzen: Freie Säuren müssen vor Durchführung der Probe neutralisiert werden. Störungen<br />
sind zu erwarten bei spaltbaren Diketonen (vgl. D.7.2.1.9.) sowie leicht verharzenden oder disproportionierenden<br />
Stoffen (vgl. D.7.3.I.5.).<br />
l) Vgl. Reagenzienanhang.<br />
[E.2]
694 E. Identifizierung: 1.2. Prüfung auf funktioneile Gruppen<br />
1.2.7.2. Umsetzung mit Hydroxylamin (Hydroxamsäuretest)<br />
Der Hydroxamsäuretest beruht auf der Aminolyse von Carbonsäurederivaten durch Hydroxylamin<br />
(vgl. Tab. 7.7.).<br />
0,05 g Substanz werden mit l ml 0,5 N alkoholischer Hydroxylaminhydrochloridlösung versetzt<br />
und 0,2 ml 6 N Natronlauge zugegeben. Die Mischung wird zum Sieden erhitzt und wieder<br />
abgekühlt, und es werden 2 ml l N Salzsäure zugetropft. Falls die Mischung trübe wird, setzt<br />
man 2 ml Alkohol zu. Bei Zugabe von l bis 2 Tropfen einer 5%igen wäßrigen Eisen(III)-chloridlösung<br />
tritt bei positiver Reaktion eine dunkelrote bis violette Farbtönung auf. Falls die<br />
Farbe nicht beständig ist, muß mehr Eisen(III)-chloridlösung zugesetzt werden.<br />
Positive Reaktion zeigen die unter E. 1.2.7.1. angegebenen Verbindungsklassen, von den<br />
Halogenverbindungen nur die Säurehalogenide und die geminalen Trihalogenide.<br />
Grenzen: Ameisensäure, Milchsäure und aliphatische Nitroverbindungen geben eine positive<br />
Reaktion. Folgende Ester geben den Hydroxamsäuretest nicht: Kohlensäureester, Urethane,<br />
Chlorameisensäureester, Sulfonsäureester und Ester anorganischer Säuren. Phenole stören<br />
die Reaktion nicht. Der Nachweis von Carbonsäuren ist analog möglich:<br />
Eine Probe der Carbonsäure versetzt man mit l ml Thionylchlorid, erhitzt 10 Minuten auf<br />
dem Wasserbad, verdampft das Thionylchlorid im Vakuum und setzt den Rückstand wie<br />
beschrieben mit Hydroxylamin um.<br />
Grenzen: Carbonsäuren, die leicht flüchtige Säurechloride ergeben, sind nicht erfaßbar.<br />
1.2.7.3. Umsetzung mit konzentrierter Kalilauge<br />
Carbonsäureamide und Nitrile sind durch die Rojahn-Probe im allgemeinen nicht erfaßbar.<br />
Man versetzt die Substanz in einem Reagenzglas mit konz. Kalilauge, säubert den Rand des<br />
Glases sorgfältig von Alkalispuren, verschließt das Glas locker mit einem Wattebausch und<br />
erhitzt anschließend die Mischung zum Sieden (Siedestein!). Bläuung eines auf die Watte<br />
gelegten feuchten roten Lackmusstreifen zeigt Nitrile und einfache Amide an.<br />
Grenzen: Salze flüchtiger Amine sowie Imide, Carbonsäurehydrazide usw. geben eine positive<br />
Reaktion.<br />
1.2.8. Hinweise auf Amine<br />
Amine deuten sich durch ihre Löslichkeit und ihren Stickstoffgehalt bereits in den Vorproben<br />
an. Primäre Amine lassen sich durch die Isocyanidprobe („Isonitrilprobe") erkennen. Die<br />
Unterscheidung zwischen primären aliphatischen und aromatischen Aminen gelingt durch Diazotierung<br />
und Kupplung. Primäre, secundäre und tertiäre Amine trennt man über Sulfamide<br />
(Hinsberg-Reaktion, vgl. D.8.5.).<br />
Man beachte die Banden der NH-Valenzschwingungen im IR-Spektrum (vgl. Tab: A.135).<br />
1.2.8.1. Umsetzung mit Chloroform (Isocyanidprobe)<br />
Vorsicht! Isocyanide sind stark giftig! Reaktion im Abzug durchführen, anschließend mit<br />
konz. Salzsäure zersetzen!<br />
2 bis 3 Tropfen der Analysensubstanz oder bei Festsubstanzen eine Spatelspitze werden in l ml<br />
Ethanol gelöst. Man gibt 2 ml verd. Natronlauge und einige Tropfen Chloroform hinzu und<br />
erhitzt kurz zum Sieden.
E. Identifizierung: 1.2. Prüfung auf funktionelle Gruppen 695<br />
An einem sehr intensiven unangenehmen Geruch (Blindprobe) erkennt man die Bildung<br />
eines Isocyanids. Man formuliere den Reaktionsverlauf!<br />
Grenzen: Diese Reaktion ist sehr empfindlich und kann bereits von Aminspuren hervorgerufen<br />
werden. Hochsiedende Amine bilden Isocyanide mit geringem Dampfdruck und sind<br />
daher schwer wahrzunehmen.<br />
1.2.8.2. Umsetzung mit salpetriger Säure<br />
Vorsicht! Nitrosamine sind sehr giftig und cancerogen (vgl. D.8.2.I.), nicht mit der Haut in<br />
( Berührung bringen! Reaktion unter dem Abzug durchführen!<br />
Arbeitsvorschrift s. D.8.2.1.<br />
Die aus primären aromatischen Aminen erhältliche Diazoniumsalzlösung wird mit ß-Naphthol<br />
gekuppelt (vgl. D.8.3.3.). Ein orangefarbener bis orangeroter Niederschlag beweist das<br />
primäre aromatische Amin.<br />
Aus secundären Aminen bilden sich bei der oben beschriebenen Umsetzung mit salpetriger<br />
Säure meistens in Wasser unlösliche gelbliche Nitrosamine. Bei niederen aliphatischen secundären<br />
Aminen dagegen sind die Nitrosamine sehr gut wasserlöslich. Tertiäre Amine reagieren<br />
nicht (vgl. hier D.8.2.1.).<br />
AyV-Dialkylaniline bilden p-Nitroso-verbindungen, vgl. auch D.5.19., die sich beim Alkalisieren<br />
durch ihre grüne Farbe zu erkennen geben. Primäre aliphatische Aminen bilden Alkohole,<br />
die sich bei einer längeren Kohlenstoffkette als Öle abscheiden. Niedere aliphatische<br />
Alkohole lassen sich nach Neutralisation mit Kaliumhydroxid durch Sättigen mit Kaliumcarbonat<br />
aussalzen.<br />
1.2.8.3. Umsetzung mit Ninhydrin<br />
l bis 2 mg Substanz werden in wenig Wasser mit 4 bis 5 Tropfen einer l%igen wäßrigen Ninhydrinlösung<br />
kurze Zeit gekocht.<br />
Die Lösung färbt sich bei Anwesenheit einer Aminosäure tief violett.<br />
Grenzen: Ammoniak, primäre Amine und ihre Salze stören, da sie ähnliche Färbungen zeigen.<br />
1.2.9. Hinweise auf Nitro- und Nitrosoverbindungen<br />
1.2.9.1. Umsetzung mit Zink und Ammoniumchlorid<br />
Arbeitsvorschrift s. E.l.2.2.1.<br />
Die Reaktion beruht auf der Bildung von Hydroxylamin, das mit Tollens-Reagens unter<br />
Abscheidung von metallischem Silber reagiert.<br />
Grenzen: Substanzen, die Tollens-Reagens selbst reduzieren (vgl. E. 1.2.3.), sind für diesen<br />
Test ungeeignet.<br />
Primäre und secundäre aliphatische Nitroverbindungen unterscheidet man wie folgt:<br />
1.2.9.2. Umsetzung der aci-Form mit Eisen(lll)-chlorid<br />
Man schüttelt eine Probe der Substanz mit konz. Natronlauge. Das entstehende Natriumsalz<br />
wird abgefrittet, in wenig Wasser gelöst und mit Ether überschichtet. Danach wird tropfenweise<br />
wäßrige Eisen(III)-chloridlösung zugesetzt. Beim Schütteln färbt sich die Etherschicht<br />
rot bis rotbraun.
696 E. Identifizierung: 1.2. Prüfung auf funktioneile Gruppen<br />
1.2.9.3. Umsetzung der aci-Form mit salpetriger Säure<br />
Eine Probe der Substanz wird mit einer Lösung von Natriumnitrit in 10 N Natronlauge versetzt.<br />
Ein sich bildender Niederschlag wird anschließend durch tropfenweise Zugabe von Wasser in<br />
Lösung gebracht. Man versetzt nunmehr vorsichtig unter Kühlung tropfenweise mit verd.<br />
Schwefelsäure.<br />
In schwach alkalischem Gebiet tritt bei Vorhandensein von primären Nitroverbindungen<br />
eine blutrote Färbung auf, die im sauren Gebiet wieder verschwindet. Secundäre Nitroverbindungen<br />
bilden beim Ansäuern intensiv blaue bis grüne Pseudonitrole, die sich mit Chloroform<br />
ausschütteln lassen (vgl. auch D.8.2.3.).<br />
1.2.10. Hinweis auf hydrolysierbares Halogen<br />
Einige Tropfen der wäßrigen oder alkoholischen Lösung der halogenhaltigen Substanz werden<br />
mit 2 ml einer 2%igen ethanolischen Silbernitratlösung versetzt. Falls nach 5 Minuten Stehen<br />
bei Zimmertemperatur keine Fällung erfolgt, wird die Lösung zum Sieden erhitzt. Bildet sich<br />
eine Fällung, so muß diese auch nach Zugabe von 2 Tropfen Salpetersäure bestehenbleiben.<br />
Entsprechend ihrer Löslichkeit kann man die in Frage kommenden Verbindungen in folgende<br />
Klassen einteilen:<br />
I. Wasserlösliche Substanzen: Fällung bei Zimmertemperatur: Salze von Aminen mit Halogenwasserstoffsäuren,<br />
niedere aliphatische Säurehalogenide<br />
II. Wasserunlösliche Substanzen<br />
a) Fällung bei Zimmertemperatur: Säurechloride, tert-Alkylhalogenide, geminale aliphatische<br />
Dibromide, a-Halogen-ether, Allylhalogenide, Alkyliodide<br />
b) Fällung bei erhöhter Temperatur: primäre und secundäre Alkylchloride, vicinale Dibromide,<br />
Dinitrochlorbenzene<br />
c) keine Fällung: Arylhalogenide, Vinylhalogenide, Tetrachlorkohlenstoff u. a.<br />
1.2.11. Hinweise auf Thiole und Thiophenole<br />
Fast alle Verbindungen dieser Substanzklassen sind bereits durch ihren durchdringenden, sehr<br />
unangenehmen Geruch erkennbar.<br />
Zum Nachweis kann man mit Schwermetallsalzlösungen umsetzen oder Farbreaktionen<br />
durchführen.<br />
1.2.11.1. Umsetzung mit Schwermetallsalzen<br />
Man löst eine Probe der Substanz in etwas Alkohol und versetzt mit einer konzentrierten wäßrigen<br />
Lösung eines Schwermetallsalzes (z.B. Blei(II)-acetat, Quecksilber(II)-chlorid, Kupfer(I)-chlorid).<br />
Bei Vorhandensein eines Thiols bildet sich ein charakteristischer Niederschlag, der beim<br />
Erwärmen meist in das entsprechende Sulfid übergeht. Blei- und Kupferthiolate sind gelb,<br />
Quecksilber(II)-thiolate farblos.<br />
1.2.11.2. Umsetzung mit salpetriger Säure<br />
Eine Probe der Substanz wird in Ethanol gelöst und mit festem Natriumnitrit versetzt. Man<br />
gibt anschließend vorsichtig verd. Schwefelsäure hinzu.
E. Identifizierung: 2.1. Identifizierung von Aminoverbindungen 697<br />
Primäre und secundäre Thiole zeigen eine rote Farbe. Tertiäre Thiole und Thiophenole werden<br />
zunächst grün, anschließend ebenfalls rot gefärbt.<br />
Grenzen: Thiocyansäure und Thiocyansäureester sowie einige Xanthogenverbindungen<br />
geben die gleiche Reaktion. Mercaptocarbonsäuren zeigen keine intensiven Färbungen, bei<br />
Mercaptozimtsäure versagt die Reaktion.<br />
1.2.11.3. Umsetzung mit Dinatriumpentacyanonitrosylferrat(lll)<br />
(Nitroprussidnatrium)<br />
Eine Probe der Substanz wird in Wasser, Alkohol oder Dioxan gelöst und mit 5 Tropfen 2 N<br />
Natronlauge und 5 Tropfen wäßriger Nitroprussidnatriumlösung versetzt. Violettfärbung zeigt<br />
Thiole an.<br />
Nach diesen Vorproben dürfte für die überwiegende Anzahl von Stoffen eine Zuordnung zu<br />
einer bestimmten Stoffklasse möglich sein, wobei z. T. auch schon Derivate erhalten wurden,<br />
die zur Identifizierung dienen können.<br />
2. Derivate und Spektren<br />
Zur Identifizierung einer unbekannten Verbindung bedient man sich verschiedener Methoden:<br />
a) Herstellung von festen, schmelzbaren Derivaten und Vergleich der Schmelztemperatur mit<br />
einer authentischen Probe (Mischschmelztemperatur!) oder mit in entsprechenden Tabellenwerken<br />
aufgeführten Werten der Schmelztemperaturen.<br />
Zur eindeutigen Charakterisierung sollte man neben den durch die Vorproben gewonnenen<br />
Erkenntnissen mindestens drei unterschiedliche Derivate herstellen, deren Schmelztemperaturen<br />
mit denjenigen der authentischen Substanz übereinstimmen müssen.<br />
b) Bestimmung der Molmasse der unbekannten Verbindung durch Verseifungs- oder Neutralisationsäquivalent,<br />
Bestimmung der ausgefällten Menge Silberhalogenid u. a. m. oder direkte<br />
Molmassenbestimmung der Verbindung nach einer der üblichen Methoden (vgl. Praktikumsbücher<br />
der physikalischen Chemie).<br />
c) Herstellung von Derivaten mit anschließender Bestimmung des Spaltäquivalents. Diese<br />
Methode stellt eine wertvolle Ergänzung des Vergleichs der Schmelztemperatur mit Tabellenwerten<br />
dar.<br />
d) Eine Substanz ist auch dann eindeutig charakterisiert, wenn sie das gleiche IR-Spektrum<br />
wie eine authentische Probe zeigt („finger-print-Gebiet"), vgl. A.3.5.2.). Zur Unterscheidung<br />
von Strukturisomeren eignet sich sowohl die IR- als auch die NMR-Spektroskopie<br />
(vgl. A.3.5.2. und A.3.5.3.).<br />
2.1. Identifizierung von Aminoverbindungen<br />
Primäre und secundäre Amine werden durch Acylierung, tertiäre Amine meist durch Quaternisierung<br />
charakterisiert. Fast alle Amine bilden Hydrogenhalogenide, doch ist ihre Darstellung<br />
besonders für tertiäre Amine zu empfehlen.
698 E. Identifizierung: 2.1. Identifizierung von Aminoverbindungen<br />
2.1.1. Primäre und secundäre Amine<br />
2.1.1.1. Darstellung der Benzamide<br />
Arbeitsvorschrift s. D.7.1.4.1. (Die dort angegebene Vorschrift ist auch für Amine gültig.)<br />
Grenzen: Gleiche Reaktion geben Alkohole, Thiole, Phenole. Erhaltene Derivate auf Stickstoffgehalt<br />
prüfen!<br />
2.1.1.2. Darstellung der Benzen- und Toluensulfonamide<br />
und Hinsberg-Trennung<br />
Arbeitsvorschrift s. D.8.5.<br />
Grenzen: Diese Trennungsreaktion ist nur für Amine mit einer Kettenlänge bis zu 6 C-Atomen<br />
einwandfrei anwendbar. Die erhaltenen Sulfonamide sind sehr stabile Verbindungen und<br />
lassen sich hydrolytisch nur schwer spalten. So müssen Sulfonamide von primären Aminen 24<br />
bis 36 Stunden, Sulfonamide secundärer Amine 10 bis 12 Stunden mit konzentrierter Salzsäure<br />
unter Rückfluß erhitzt werden, um die Amine zurückzugewinnen. Eine brauchbare Methode<br />
ist die Spaltung mit 48%iger Brom Wasserstoff säure bzw. 30%iger Bromwasserstoffsäure in<br />
Eisessig und Phenol. 1 )<br />
Die Hydrolyse kann vorteilhaft auch mit ZnCl2/HCl in Eisessig durchgeführt werden. 2 )<br />
2.1.1.3. Darstellung der Pikrate, Pikrolonate und Styphnate<br />
0,2g Amin werden in 5 ml 95%igem Ethanol gelöst und mit einer gesättigten Lösung von<br />
Pikrinsäure (Pikrolonsäure, Styphninsäure) in 95%igem Ethanol versetzt und aufgekocht. Die<br />
beim langsamen Abkühlen ausfallenden Kristalle werden abgesaugt und aus Ethanol umkristallisiert.<br />
Grenzen: Einige aromatische Kohlenwasserstoffe bilden unter diesen Bedingungen ebenfalls<br />
Pikrate, die sich oftmals nicht Umkristallisieren lassen (vgl. E.2.6..2.4.). Vorsicht! Prikrate können<br />
beim Erhitzen explodieren. Pikrate, Pikrolonate und Styphnate s. BEILSTEIN, Bd. 6 und Bd. 24.<br />
2.1.1.4. Darstellung der Phenylthioharnstoffe<br />
Arbeitsvorschrift s. D.7.1.6.<br />
Bei wasserlöslichen, niedermolekularen Aminen gelingt die Umsetzung mit Phenylisothiocyanat<br />
in gleicher Weise in Wasser (über Nacht stehenlassen).<br />
2.1.1.5. Äquivalentmassebestimmung<br />
Arbeitsvorschrift s. D.8.1.<br />
Grenzen: Diese Methode erlaubt die Bestimmung von Aminen mit pKB-Werten bis etwa 14.<br />
Amine des pKB-Bereiches 9 bis 11 (z.B. Pyridin und Anilin) lassen sich auch mit 0,1 N HCl in<br />
wäßriger Lösung gegen Methylorange titrieren.<br />
1 J VgI. SNYDER, H. R., u. a., J. Am. Chem. Soc. 74 (1952), 2006,4864.<br />
2 ) KLAMANN, D; HOFBAUER, G.; Liebigs Ann. Chem. 581 (1953), 182-197.
Tabelle EA<br />
Identifizierung von primären und secundären Aminen<br />
Amin<br />
Methyl-<br />
Dimethyl-<br />
Ethyl-<br />
Isopropyltert-Butyl-<br />
Propyl-<br />
Diethyl-<br />
Allylsec-Butyl-<br />
Isobutyl-<br />
Butyl-<br />
Diisopropyl-<br />
Pyrrolidin<br />
Isopentyl-<br />
Pentyl-<br />
Piperidin<br />
Dipropyl-<br />
Ethylendi-<br />
Propan-l,2-di-<br />
Morpholin<br />
Hexyl-<br />
Cyclohexyl-<br />
Diisobutyl-<br />
Dibutyl-<br />
Pentan-l,5-di-<br />
Benzyl-<br />
Anilin<br />
a-Phenyl-ethyl-<br />
Diisopentyl-<br />
N-Methyl-anilin<br />
ß-Phenyl-ethylo-Toludin<br />
m-Toluidin<br />
Dipentyl-<br />
N-Ethyl-anilin<br />
o-Chlor-anilin<br />
2,5-Dimethyl-anilin<br />
2,4-Dimethyl-anilin<br />
o-Anisidin<br />
o-Phenetidin<br />
m-Chlor-anilin<br />
Phenylhydrazin<br />
m-Phenetidin<br />
p-Phenetidin.<br />
rn-Anisidin<br />
rn-Brom-anilin<br />
Dibenzyl-<br />
Butan-l,3-di<br />
o-Brom-anilin<br />
p-Toluidin<br />
a-Naphthyl-<br />
Kp<br />
-6<br />
7<br />
16<br />
33<br />
46<br />
49<br />
56<br />
56<br />
63<br />
68<br />
78<br />
84<br />
89<br />
96<br />
104<br />
106<br />
109<br />
117<br />
119<br />
130<br />
130<br />
134<br />
139<br />
159<br />
180<br />
184<br />
184<br />
187<br />
187<br />
196<br />
198<br />
200<br />
203<br />
203<br />
205<br />
209<br />
215<br />
217<br />
225<br />
229<br />
230<br />
243<br />
248<br />
248<br />
251<br />
251<br />
300<br />
159<br />
229<br />
200<br />
300<br />
E. Identifizierung: 2.1. Identifizierung von Aminoverbindungen 699<br />
F Benzamid<br />
82<br />
43<br />
71<br />
134<br />
82<br />
fl.<br />
92<br />
57<br />
41<br />
fl.<br />
48<br />
fl.<br />
249<br />
192<br />
75<br />
40<br />
149<br />
135<br />
105<br />
165<br />
120<br />
63<br />
116<br />
146<br />
125<br />
60<br />
99<br />
16 140<br />
192<br />
5 66<br />
104<br />
120<br />
19 168<br />
103<br />
2 174<br />
18 120<br />
112<br />
27 177<br />
32 116<br />
45 158<br />
49 160<br />
Benzensulfonamid<br />
30<br />
52<br />
58<br />
26<br />
36<br />
42<br />
39<br />
70<br />
53<br />
fl.<br />
n. 94<br />
51<br />
168<br />
118<br />
17<br />
89<br />
56<br />
fl.<br />
119<br />
88<br />
112<br />
79<br />
69<br />
123<br />
97<br />
130<br />
138<br />
130<br />
89<br />
102<br />
120<br />
154<br />
143<br />
68<br />
120<br />
167<br />
p-Toluensulfonamid<br />
79<br />
80<br />
63<br />
50<br />
52<br />
60<br />
64<br />
62<br />
78<br />
48<br />
123<br />
fl.<br />
fl.<br />
96<br />
360<br />
103<br />
147<br />
62<br />
110<br />
fl.<br />
118<br />
103<br />
94<br />
108<br />
114<br />
87<br />
102<br />
233<br />
181<br />
127<br />
164<br />
135<br />
154<br />
(Zers.)<br />
157<br />
106<br />
68<br />
81<br />
90<br />
119<br />
157<br />
Pikrat<br />
211<br />
161<br />
170<br />
150<br />
198<br />
138<br />
74<br />
140<br />
130<br />
151<br />
145<br />
147<br />
112 gelb<br />
164 rot<br />
137<br />
138<br />
152<br />
97<br />
233 di<br />
237 di<br />
146<br />
126<br />
154<br />
121<br />
64<br />
237 di<br />
194<br />
175 (Zers.)<br />
94<br />
145<br />
169<br />
213<br />
200<br />
138<br />
134<br />
171<br />
209<br />
200<br />
177<br />
158<br />
69<br />
169<br />
180<br />
251 (Zers.) di<br />
129<br />
182<br />
1631 )<br />
146<br />
141<br />
165<br />
Phenylthioharnstoff<br />
113<br />
133<br />
101<br />
102<br />
120<br />
64<br />
34<br />
99<br />
101<br />
82<br />
65<br />
103<br />
69<br />
101<br />
69<br />
187 di<br />
136<br />
110<br />
150<br />
113<br />
86<br />
148<br />
156<br />
154<br />
72<br />
87<br />
135<br />
138<br />
109<br />
72<br />
89<br />
156<br />
148<br />
152<br />
136<br />
145<br />
124<br />
172<br />
138<br />
148<br />
143<br />
145
700 E. Identifizierung: 2.1. Identifizierung von Aminoverbindungen<br />
Tabelle EA (Fortsetzung)<br />
Amin<br />
Indol<br />
Diphenyl-<br />
2-Amino-pyridin<br />
p-Anisidin<br />
2,4-Dichlor-anilin<br />
m-Phenylendi-<br />
p-Brom-anilin<br />
o-Nitranilin<br />
p-Chlor-anilin<br />
Semicarbazid<br />
2,4-Diamino-toluen<br />
o-Phenylendi-<br />
Piperazin<br />
ß-Naphthylm-Nitranilin<br />
m-Amino-phenol<br />
Benzidin<br />
p-Phenylendi-<br />
p-Nitranilin<br />
o-Amino-phenol<br />
p-Amino-phenol<br />
p-Amino-benzoesäure<br />
Kp<br />
254<br />
302<br />
240<br />
245<br />
284<br />
232<br />
292<br />
256<br />
140<br />
306<br />
267<br />
J<br />
) nach Sublimation bei 185 0 C Zersetzung.<br />
2 0<br />
) dimorph; weitere Kristallform F 1 19 C.<br />
Q-CH2-CH2-NH2<br />
><br />
F<br />
52<br />
54<br />
56<br />
58<br />
63<br />
63<br />
66<br />
71<br />
72<br />
96<br />
99<br />
102<br />
104<br />
112<br />
114<br />
122<br />
128<br />
147<br />
147<br />
175<br />
185<br />
(Zers.)<br />
187<br />
Benzamid<br />
68<br />
180<br />
165<br />
158<br />
117<br />
240 di<br />
125 mono<br />
204<br />
94<br />
192<br />
225<br />
242<br />
301 di<br />
196<br />
162<br />
155<br />
174<br />
352 di<br />
203 mono<br />
300 di<br />
128 mono<br />
199<br />
182 di<br />
234 di<br />
278<br />
Benzensulfonamid<br />
124<br />
95<br />
128<br />
194<br />
134<br />
102<br />
122<br />
191<br />
185<br />
282<br />
102<br />
136<br />
232 di<br />
247 di<br />
139<br />
!41<br />
125<br />
212<br />
p-Toluensulfonamid<br />
142<br />
114<br />
172<br />
101<br />
113<br />
94 2 ><br />
192<br />
260 di<br />
173<br />
133<br />
138<br />
157<br />
243 di<br />
266 di<br />
191<br />
146<br />
143<br />
Pikrat<br />
187<br />
182<br />
!64<br />
106<br />
184<br />
180<br />
73<br />
208 (Zers.)<br />
280<br />
195<br />
143<br />
210 (Zers.)<br />
100<br />
x- r.F3r.nnn- /l . . l._<br />
Zusatz : -CH2-CH2-^<br />
H H Jr/<br />
H-H- H2C-H2C-NH2// "^NH2<br />
. H^<br />
V<br />
' JW<br />
JL J<br />
«T/Pfjm<br />
HO 10,0 9,0 8JD 7,0 6,0 5,0 3,0 2,0 10<br />
Abb. E.5<br />
iH-NMR-Spektrum von 2-Phenyl-ethylamin in CCl4<br />
Phenylthioharnstoff<br />
152<br />
146<br />
160 di<br />
161<br />
188<br />
158 (Zers.)<br />
200<br />
290<br />
(Zers.) di<br />
129<br />
156<br />
156<br />
304 di<br />
230<br />
(Zers.) di<br />
145<br />
146<br />
164
E. Identifizierung: 2.1. Identifizierung von Aminoverbindungen 701<br />
3600 3400 3200 3000 2600 2600 2400 2200 2000 1600 1600 KOO 1200 1000 800700 600 500 400<br />
Abb. E.6<br />
IR-Spektrum von p-Anisidin, fest in KBr<br />
H3C-CH2O-Q-NH2<br />
-NH2<br />
11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0<br />
Abb. E.7<br />
iH-NMR-Spektrum von p-Phenetidin in CCl4<br />
-CH2-CH3<br />
702 E. Identifizierung: 2.1. Identifizierung von Aminoverbindungen<br />
"NH2<br />
9,0 0,5 8,0 7,0 6,5 6,0 5,5<br />
Abb. E.10<br />
iH-NMR-Spektrum von o-Nitranilin in perdeuterierten Aceton<br />
9,0 8.5 7,5 7,0 6,5 6,0<br />
Abb.E.ll<br />
^-NMR-Spektrum von 2,4-Dinitro-anilin in perdeuteriertem Dimethylsulfoxid<br />
2.1.2. Tertiäre Amine<br />
2.1.2.1. Darstellung der Pikrate<br />
Darstellung und Grenzen s. E.2.2.1.3.<br />
2.1.2.2. Darstellung der Methoiodide und Methotosylate<br />
NO2<br />
NJO2<br />
«f/ppm<br />
Arbeitsvorschrift s. D.2.6.4.<br />
Bisweilen empfiehlt es sich, die quartären Salze aus Methylenchlorid/Ether umzukristallisieren.<br />
2.1.2.3. Äquivalentmassebestimmung<br />
Arbeitsvorschrift s. D.8.1.<br />
Grenzen: s. E.2.1.1.5.<br />
5,0<br />
cf/ppm
Tabelle E, 12<br />
Identifizierung von tertiären Aminen<br />
E. Identifizierung: 2.1. Identifizierung von Aminoverbindungen 703<br />
Amin Kp F Pikrat Methoiodid Methotosylat<br />
Trimethyl-<br />
Triethyl-<br />
Pyridin<br />
a-Picolin<br />
2,6-Lutidin<br />
ß-Picolin<br />
y-Picolin<br />
Collidin<br />
N,N-Dimethyl-anilin<br />
N,N-Dimethyl-p-toluidin 209<br />
N,N-Diethyl-anilin<br />
Chinolin<br />
Isochinolin<br />
Chinaldin<br />
Pyrimidin<br />
8-Hydroxy-chinolin<br />
Tribenzyl-<br />
Acridin<br />
4<br />
89<br />
116<br />
129<br />
144<br />
144<br />
145<br />
171<br />
194 2<br />
217<br />
237<br />
243<br />
247<br />
124 21<br />
267 7Ö 3 )<br />
380 95<br />
345 110<br />
Hexamethylentetramin (Urotropin) 280 (Zers.)<br />
1<br />
J Hydrat<br />
2<br />
) wasserfrei<br />
3<br />
) neben 3 anderen Modifikationen<br />
100 .<br />
2* 80<br />
c<br />
5 60<br />
A<br />
L H'/<br />
! -c-<br />
I 20 ' A<br />
f*f**r-~\^s \s\,s ^-A^ .<br />
i/ l/Ulf<br />
Hf „ o- I<br />
..,T)NtC-H I<br />
JH * -^U<br />
223<br />
173<br />
167<br />
170<br />
168<br />
150<br />
167<br />
155<br />
163<br />
130<br />
142<br />
203<br />
222<br />
195<br />
156<br />
204<br />
190<br />
208<br />
179<br />
>355<br />
>230<br />
117 139<br />
230 150<br />
233<br />
231 161<br />
205<br />
102<br />
85<br />
72 1 ), 133 2 ) 126<br />
159 163<br />
195 134<br />
143<br />
184<br />
224<br />
190 205<br />
Ifl .1J<br />
\/ ^<br />
Vy<br />
fr i<br />
1 I<br />
H. /~\t V "W<br />
-^~O~Y~ V/crn 1<br />
9600 3^00 3200 3000 2800 2600 2£00 2200 2000 1600 1600 UOO 1200 1000 800700 600 500 400<br />
Abb. E.13<br />
IR-Spektrum von N-Methyl-morpholin in CCl4<br />
-CH3<br />
5,5 5,0 3,5 3,0 2,5 2,0<br />
Abb. E.14<br />
iH-NMR-Spektrum von N-Methyl-morpholin in CDCl3
704 E. Identifizierung: 2.1. Identifizierung von Aminoverbindungen<br />
2.1.3. Aminosäuren<br />
Die Charakterisierung der Aminosäuren gelingt nach gleichen Methoden, wie bei den Aminen<br />
und Carbonsäuren beschrieben, wobei Umsetzungen an der Aminogruppe in der Regel die<br />
geeigneteren Derivate liefern. Aminosäuren besitzen keine Schmelz-, sondern nur Zersetzungstemperaturen,<br />
die wenige charakteristisch sind.<br />
2.1.3.1. Darstellung der Benzamide<br />
l g Aminosäure wird in 25 ml Wasser unter Zugabe von 3 g Natriumhydrogencarbonat gelöst<br />
und mit 1,5 ml Benzoylchlorid versetzt. Man schüttelt, bis die Umsetzung beendet ist. Dann<br />
wird filtriert und angesäuert. Der ausgefallene Niederschlag wird mit wenig kaltem Ether<br />
gewaschen, um vorhandene Benzoesäure zu lösen, und der Rückstand aus Wasser oder verd.<br />
Alkohol umkristallisiert.<br />
2.1.3.2. Darstellung der Phenylharnstoffe<br />
0,5g Phenylisocyanat werden zu einer Lösung von 0,2g Aminosäure in 10 ml 2 N Natronlauge<br />
gegeben, 2 bis 3 Minuten geschüttelt und 45 Minuten stehengelassen. Der unlösliche Diphenylharnstoff,<br />
der durch die Hydrolyse gebildet wurde, wird abgetrennt und das Filtrat mit verd.<br />
Salzsäure angesäuert.<br />
2.1.3.3. Papierchromatographie<br />
Man arbeitet nach der aufsteigenden Methode (vgl. A.2.5.4.1.) und verwendet entweder wassergesättigtes<br />
Phenol oder n-Butanol/Eisessig/Wasser (4:1:1) als Lösungsmittel.<br />
Nach der Entwicklung wird das Chromatogramm zunächst 5 Minuten bei 104 bis UO 0 C<br />
getrocknet, mit N-CN-Indikator 1 ) besprüht und danach l bis 2 Minuten auf 105 0 C erhitzt. Die<br />
dadurch sichtbar werdenden Flecken haben eine für die jeweilige Aminosäure charakteristische<br />
Farbe.<br />
Tabel/e£J5<br />
Identifizierung von Aminosäuren<br />
Aminosäure<br />
Antranilsäure<br />
m-Amino-benzoesäure<br />
p-Amino-benzoesäure<br />
ß- Alanin<br />
DL-Prolin<br />
DL-Glutaminsäure<br />
L-ß-Asparagin<br />
DL-Threonin<br />
Zersetzungs- Benztemperatur<br />
amid<br />
145...147<br />
174<br />
186<br />
200<br />
203<br />
227<br />
227<br />
227<br />
182<br />
248<br />
278<br />
120<br />
156<br />
189<br />
145<br />
Phenyl-<br />
/?p-Wert<br />
harnstoffPhenol/Eisessig/<br />
H2O H2O/<br />
Butanol<br />
181<br />
270<br />
300<br />
168<br />
170<br />
164<br />
178<br />
0,85<br />
0,86<br />
0,81<br />
0,66<br />
0,87<br />
0,31<br />
0,40<br />
0,50<br />
0,37<br />
0,43<br />
0,30<br />
0,19<br />
0,35<br />
DL-Serin 228 171 169 0,36 0,27<br />
> VgI. Reagenzienanhang.<br />
Farbe mit<br />
N /"1XT -CN-<br />
Indikator<br />
golden<br />
grünlichbraun,<br />
wird beim Stehen<br />
purpurbraun<br />
gründlichbraun,<br />
roter Ring beim<br />
Stehen
Tabelle E. 15 (Fonsetzung)<br />
E. Identifizierung: 2.2. Identifizierung von Carbonylverbindungen 705<br />
Aminosäure Zersetzungs- Benz- Phenyltemperatur<br />
amid harnstoff<br />
Glycin<br />
DL-Arginin<br />
L-Cystin<br />
DL-Phenylalanin<br />
L-Asparaginsäure<br />
DL-Methionin<br />
DL-Tryptophan<br />
DL-Isoleucin<br />
DL-Alanin<br />
DL-Norleucin<br />
DL-Valin<br />
DL-a-Aminobuttersäure<br />
DL-Tyrosin<br />
DL-Leucin<br />
DL-Lysin<br />
L-Cystein<br />
di, wasserfrei<br />
232<br />
238<br />
260<br />
264<br />
270<br />
281<br />
283<br />
292<br />
295<br />
297<br />
298<br />
307<br />
340<br />
332<br />
187<br />
23O 1 )<br />
181 di<br />
188<br />
185<br />
145<br />
193<br />
118<br />
166<br />
132<br />
147<br />
197<br />
141<br />
197<br />
160<br />
182<br />
162<br />
120<br />
190<br />
164<br />
170<br />
104<br />
165<br />
249 mono 196<br />
/?F-Wert<br />
Phenol/<br />
H2O<br />
Eisessig/<br />
H2O/<br />
Butanol<br />
0,40 0,26<br />
0,87 0,20<br />
0,1<br />
0,85 0,68<br />
0,19 0,24<br />
0,82 0,55<br />
0,76 0,50<br />
0,82 0,72<br />
0,55 0,38<br />
0,88 0,74<br />
0,78 0,60<br />
0,69 0,45<br />
0,59 0,45<br />
0,84 0,73<br />
0,81 0,14<br />
0,57<br />
Farbe mit<br />
N /"1XT -CN-<br />
Indikator<br />
orangebraun mit<br />
breitem orangefarbenem<br />
Ring<br />
grau<br />
gründlichgelb<br />
gräulichpurpur mit<br />
gelbem Ring<br />
braun mit breitem<br />
blauem Ring (Ring<br />
verblaßt schnell)<br />
lichtblau<br />
dunkelpurpur<br />
purpur<br />
3600 3400 3200 3000 2800 2600 24,00 2200 2000 1800 1600 UOO 1200 1000 800700 500 500 400<br />
Abb. E.16<br />
IR-Spektrum von Alanin, fest in KBr<br />
2.2. Identifizierung von Carbonylverbindungen<br />
2.2.1. Aldehyde und Ketone<br />
lichtbraun<br />
lichtpurpur mit<br />
gelbem Ring<br />
rotbraun, beim<br />
Stehen rosa Ring<br />
grau<br />
Die gebräuchlichsten Derivate sind Phenyl-, p-Nitro-phenyl- und 2,4-Dinitro-phenylhydrazone<br />
sowie Semicarbazone und Oxime. Die meisten Aldehyde und einige Ketone geben beim Schütteln<br />
mit einer 40%igen Bisulfitlauge kristalline Addukte, die zu ihrer Abtrennung dienen können<br />
(vgl. D.5.I.8.3., D.6.2.2., D.9.U.3.).
706 E. Identifizierung: 2.2. Identifizierung von Carbonylverbindungen<br />
2.2.1.1. Darstellung der Phenylhydrazone<br />
Arbeitsvorschrift s. D.7.1.1.<br />
Zur Darstellung der Phenyl- und p-Nitro-phenylhydrazone benutzt man an Stelle von<br />
Schwefelsäure eine 50%ige Essigsäure als Lösungsmittel.<br />
2,4-Dinitro-phenylhydrazone sind normalerweise gelb bis orange gefärbte, gut kristallisierende<br />
Verbindungen; aus a,/?-ungesättigten Carbonylverbindungen entstehen tiefrot gefärbte<br />
Produkte.<br />
Grenzen: Phenylhydrazone sind im Gegensatz zu den 2,4-Dinitro-phenylhydrazonen besonders<br />
bei niedrigen Aldehyden oder Ketonen oft flüssig und daher zur Charakterisierung weniger<br />
geeignet. Acetale wie auch Oxime u.a. geben unter den angeführten Bedingungen die entsprechenden<br />
Hydrazone.<br />
2.2.1.2. Darstellung der Semicarbazone<br />
Arbeitsvorschrift s. D.7.1.1.<br />
Alle Semicarbazone sind fest und werden nahezu schmelztemperaturrein erhalten.<br />
Grenzen: Die Bildungsgeschwindigkeit der Semicarbazone ist bisweilen äußerst gering.<br />
2.2.1.3. Darstellung des Dimedonderivats 1 )<br />
Grenzen: Dimedonderivate sind besonders für niedere Aldehyde geeignet. Ketone reagieren<br />
oberhalb 100 0 C in Eisessig.<br />
2.2.1.4. Äquivalentmassebestimmung durch Oximtitration<br />
ArbeitsVorschrift s. D.7.1.1.<br />
Tabelle E. 17<br />
Identifizierung von Aldehyden<br />
Aldehyd<br />
Form-<br />
Acet-<br />
Propion-<br />
Glyoxal<br />
Acrolein<br />
Isobutyr-<br />
Butyr-<br />
Chloral<br />
Valer-<br />
Croton-<br />
Hexanal<br />
Heptanal<br />
Furfural<br />
Hexahydrobenz-<br />
Succin-<br />
Decanal<br />
Benz-<br />
5-Methyl-furfural<br />
Phenyl-acet-<br />
Salicyl-<br />
Kp 1 )<br />
-19<br />
20<br />
48<br />
50<br />
53<br />
64<br />
75<br />
98<br />
102<br />
102<br />
128<br />
152<br />
162<br />
162<br />
170<br />
170<br />
179<br />
187<br />
194<br />
195<br />
F p-Nitrophenylhydrazon<br />
181<br />
128<br />
124<br />
311di<br />
151<br />
131<br />
91<br />
131<br />
74<br />
184<br />
73<br />
154<br />
178 di<br />
80<br />
191<br />
130<br />
151<br />
225<br />
-) HORNING, E. C; HORNING, M. G., J. Org. Chem. 11 (1946), 95.<br />
2,4-Dinitrophenylhydrazon<br />
166<br />
164<br />
155<br />
327 di<br />
166<br />
187 £<br />
122 £<br />
131<br />
107<br />
195<br />
104<br />
108<br />
212 Z, 231E<br />
172<br />
143 di<br />
106<br />
238<br />
210<br />
125<br />
258<br />
Semicarbazon<br />
169 2 )<br />
176<br />
98<br />
273 di<br />
171<br />
125<br />
1065)<br />
90<br />
Oxim 52<br />
215 (Zers.)<br />
98<br />
73<br />
214<br />
173<br />
188<br />
101<br />
222<br />
210<br />
158<br />
234<br />
Phenylhydrazon<br />
32<br />
100 Z 3 )<br />
fl.<br />
180 di<br />
514)<br />
fl.<br />
fl.<br />
56<br />
fl.<br />
96<br />
124 di<br />
158<br />
147<br />
60<br />
142
Tabelle E. 17 (Fortsetzung)<br />
Aldehyd<br />
Thiophen-2-carb-<br />
/n-Toluyl-<br />
3-Hydroxy-butanal<br />
o-Toluylp-Toluylo-Chlor-benz-<br />
Anis-<br />
Zimta-Naphth-<br />
5-Hydroxymethyl-furfural<br />
o-Methoxy-benzo-Nitro-benz-3,4-Dimethoxy-benzp-Chlor-benz-Phthalm-Nitro-benzß-Naphthp-Dimethylamino-benz-<br />
Vanillin<br />
p-Nitro-benz-<br />
Terephthal-<br />
Anthracen-9-carb-<br />
Kp 1 )<br />
E. Identifizierung: 2.2. Identifizierung von Carbonylverbindungen 707<br />
198<br />
198<br />
60/1,3 (10)<br />
200<br />
204<br />
212<br />
247<br />
129/2,7 (20)<br />
292<br />
120/0,07 (0,5)<br />
246<br />
280<br />
215<br />
84/0,11 (0,8)<br />
150/2,0 (15)<br />
284<br />
245<br />
F<br />
12<br />
34<br />
39<br />
44<br />
45<br />
48<br />
56<br />
57<br />
60<br />
74<br />
82<br />
107<br />
116<br />
105<br />
p-Nitrophenylhydrazon<br />
95<br />
157<br />
113<br />
222<br />
200<br />
249<br />
161<br />
195<br />
237<br />
185<br />
208<br />
250<br />
1) Druck in kPa (Torr)<br />
2 ) wasserfrei F112 0 C<br />
3 ) weitere Modifikation FSl 0 CE<br />
4 ) Mit Phenylhydrazin in Ether entsteht Phenylpyrazolin<br />
5 ) weitere Modifikationen bekannt<br />
6) Oxim200°C<br />
Tabelle E, 18<br />
Identifizierung von Ketonen<br />
Keton<br />
Aceton<br />
Ethylmethyl-<br />
Methylvinyl-<br />
Diacetyl<br />
Isopropylmethyl-<br />
Methylpropyl-<br />
Diethyl-<br />
Pinacolon<br />
Chloraceton<br />
Diisopropyl-<br />
Butylmethyl-<br />
Mesityloxid<br />
Cyclopentanon<br />
Kp<br />
56<br />
80<br />
81<br />
89<br />
94<br />
102<br />
102<br />
106<br />
119<br />
125<br />
128<br />
!3O<br />
130<br />
224<br />
244 (Zers.)<br />
250<br />
230<br />
186 (Zers.)<br />
225<br />
246<br />
281 di (Zers.)<br />
F p-Nitrophenylhydrazon<br />
152<br />
126<br />
330 di<br />
230 mono<br />
108<br />
117<br />
139<br />
88<br />
!33<br />
154<br />
2,4-Dinitrophenylhydrazon<br />
242<br />
207<br />
95<br />
194<br />
234<br />
213<br />
252<br />
253 E<br />
254<br />
184<br />
253<br />
250 (Zers.)<br />
263<br />
270<br />
182<br />
293 (Zers.)<br />
270<br />
325<br />
270<br />
320<br />
265<br />
2,4-<br />
Dinitrophenylhydrazon<br />
126<br />
117<br />
346 di<br />
123<br />
143<br />
156<br />
126<br />
125<br />
88<br />
108<br />
203<br />
146<br />
Semicarbazon<br />
216 (Zers.)<br />
233 (Zers.)<br />
194<br />
217<br />
234<br />
225<br />
216 (Zers.)<br />
215<br />
228<br />
196<br />
219<br />
256 (Zers.)<br />
183<br />
227<br />
240 di<br />
246<br />
245<br />
224 (Zers.)<br />
229<br />
220<br />
>4106)<br />
291<br />
Phenylhydrazon<br />
26<br />
fl.<br />
261 di<br />
134 mono<br />
fl.<br />
fl.<br />
fl.<br />
fl.<br />
142<br />
55<br />
Phenylhydrazon<br />
139<br />
93<br />
111<br />
121<br />
86<br />
120<br />
168<br />
82<br />
138<br />
94<br />
152<br />
121<br />
127<br />
191 di<br />
120<br />
215<br />
148<br />
104<br />
159<br />
154 mono<br />
278 di<br />
207<br />
Semicarbazon<br />
192<br />
143<br />
141<br />
278 (Z.) di<br />
235 mono<br />
116<br />
113<br />
140<br />
156<br />
147<br />
160<br />
125<br />
164<br />
205
708 E. Identifizierung: 2.2. Identifizierung von Carbonylverbindungen<br />
Tabelle E. 18 (Fortsetzung)<br />
Keton<br />
Acetylaceton<br />
Dipropyl-<br />
Cyclohexanon<br />
2-Methyl-cyclohexanon<br />
3-Methyl-cyclohexanon<br />
4-Methyl-cyclohexanon<br />
Hexan-2,5-dion<br />
p-Methyl-acetophenon<br />
Butyrophenon<br />
Propiophenon<br />
Acetophenon<br />
Phenylaceton<br />
Phoron<br />
p-Methoxy-acetophenon<br />
Benzylidenaceton<br />
Indan-1-on<br />
Benzophenon<br />
Phenacylbromid<br />
p-Brom-acetophenon<br />
Methyl-ß-naphthylketon<br />
Benzylidenacetophenon<br />
Phenacylchlorid<br />
Benzylphenylketon<br />
/n-Nitro-acetophenon<br />
Fluorenon<br />
Benzil<br />
p-Brom-phenacylbromid<br />
Benzoin<br />
Xanthon<br />
DL-Campher<br />
Kp<br />
139<br />
144<br />
156<br />
164<br />
167<br />
170<br />
191<br />
226<br />
229<br />
215<br />
200<br />
213<br />
198<br />
258<br />
262<br />
244 (Zers.)<br />
306<br />
256<br />
301<br />
345<br />
244<br />
321<br />
341<br />
347<br />
343<br />
350<br />
subl.<br />
F<br />
13<br />
19<br />
20<br />
27<br />
28<br />
38<br />
41<br />
42<br />
48<br />
50<br />
54<br />
54<br />
58<br />
59<br />
60<br />
81<br />
85<br />
95<br />
110<br />
137<br />
174<br />
178<br />
p-Nitrophenylhydrazon<br />
Dioxim<br />
149<br />
146<br />
132<br />
119<br />
128<br />
210 di<br />
192<br />
162<br />
184<br />
143<br />
195<br />
166<br />
235<br />
154<br />
Oxim 97 3 )<br />
Oxim 89<br />
163<br />
Oxim 132<br />
269<br />
192 mono<br />
290 di<br />
Oxim 115<br />
Oxim 161<br />
217<br />
2,4-<br />
Dinitrophenylhydrazon<br />
209 mono<br />
75<br />
162<br />
136<br />
!35<br />
134<br />
257 di<br />
258<br />
!94<br />
192<br />
248<br />
156<br />
118<br />
232<br />
229<br />
265<br />
232<br />
221<br />
232<br />
262 (Zers.)<br />
245<br />
219<br />
204<br />
228<br />
300<br />
189 mono<br />
1 J höchster angegebener Wert für (±)-3-Methyl-cyclohexanonsemicarbazon:<br />
2 ) 2 Modifikationen<br />
3 ) Z-Form;£-Form:F114°C<br />
^1OO u<br />
i ^ "Vf^V<br />
«60- H>/.<br />
cn l!/ \ ••<br />
' Ä W_ „ __, ,0<br />
ü) 40 /n W rf/ß~<br />
-H , ChK: C1 Il n 11<br />
:0<br />
V O<br />
{ CH3x<br />
CK: WlT3<br />
}C\i<br />
)c=o<br />
234<br />
164<br />
rvMl<br />
CH, N^ 0 " 3<br />
/ 0 VwCHs<br />
Phenylhydrazon<br />
170 mono<br />
fl.<br />
76<br />
45<br />
94<br />
110<br />
120 di<br />
96<br />
200<br />
147<br />
105<br />
85<br />
142<br />
158<br />
135<br />
137<br />
126<br />
176<br />
120<br />
116<br />
127<br />
152<br />
135 mono<br />
224 di<br />
158, 108 2 )<br />
152<br />
233<br />
F 198 0 C<br />
/ • • "^--^-N /• n/ ^-^X/<br />
»•— ->.<br />
^\_<br />
Semicarbazon<br />
185 mono<br />
209 di<br />
135<br />
166<br />
192<br />
183 1 )<br />
196<br />
224 di<br />
209<br />
191<br />
!8O<br />
199<br />
199 (Zers.)<br />
186<br />
198<br />
186 (trans)<br />
247<br />
168<br />
146<br />
208<br />
223 (Zers.)<br />
170<br />
157<br />
148<br />
257<br />
245<br />
244 (Zers.) di<br />
206 (Zers.)<br />
232 (Zers.)<br />
o 20 •<br />
D<br />
Q LJ — i — I — i — I — , — l — i — 1_ _l 1 1 1 U !_._ I « \ . \ - 1 U_| L_l 1•<br />
l I ' l<br />
v/cm<br />
•<br />
1<br />
H — i—<br />
3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 KOO 1200 1000 800700 600 500 400<br />
Abb. E.19<br />
IR-Spektrum von Isobutyraldehyd, flüssig in Substanz
E. Identifizierung: 2.2. Identifizierung von Carbonylverbindungen 709<br />
3600 34X 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 UOO 1200 1000 800700 600 500 400<br />
Abb. E.20<br />
IR-Spektrum von Zimtaldehyd, flüssig in Substanz<br />
3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 UOO 1200 1000 800700 600 500 400<br />
Abb. E.21<br />
IR-Spektrum von p-Dimethylamino-benzaldehyd, fest in KBr<br />
n,o<br />
Abb. E.22<br />
iH-NMR-Spektrum von p-Dimethylamino-benzaldehyd in CDCl3<br />
2,0 1,0<br />
- HO-p-
710 E. Identifizierung: 2.2. Identifizierung von Carbonylverbindungen<br />
100<br />
^ 80<br />
| 60<br />
O»<br />
g 40 -O<br />
!20<br />
.,CH C ~CH3<br />
CH3 A<br />
9600 3400 3200 3000 2800 2600 2O)O 2200 2000 1800 1600 UOO 1200 VKD ÖG0700 600 500 400<br />
Abb. E.24<br />
IR-Spektrum von Isopropylmethylketon, flüssig in Substanz<br />
100<br />
,580<br />
% 40<br />
;—CH3<br />
3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1600 1600 UOO 1200 1000 60OTtX) 600 500 400<br />
Abb. E.25<br />
IR-Spektrum von Acetophenon, flüssig in Substanz<br />
O r*<br />
n 4<br />
-c-<br />
j-ul cl<br />
i iU<br />
C<br />
<<br />
2 >C 6 ;„C 3 >C 5 , 3 /— v 2 9<br />
•""'^"- X 4
E. Identifizierung: 2.2. Identifizierung von Carbonylverbindungen 711<br />
3600 30)0 3200 3600 3400 3200 3000 2800 2000 1800 1600 UOO 1200 1000 600 700 600 500 400<br />
b) a)<br />
Abb. E.28<br />
IR-Spektrum von o-Amino-acetophenon,<br />
a) fest in KBr; b) in CHCl4<br />
2.2.2. Chinone<br />
Chinone erkennt man meist bereits an ihrer Farbe und ihrer Empfindlichkeit gegenüber Alkali<br />
(Verfärbung). Mit konzentrierter Schwefelsäure bilden sich stark farbige OniumVerbindungen.<br />
Chinone geben unter reduzierenden Bedingungen farblose Hydrochinone. Dabei treten oft<br />
intermediär grün gefärbte Chinhydrone auf.<br />
Charakterisiert werden die Chinone als Semicarbazone oder Hydrochinondiacetate.<br />
2.2.2.1. Darstellung der Semicarbazone<br />
0,2 g Chinon und 0,2 g Semicarbazidhydrochlorid werden mit wenig Wasser erwärmt. Der gelbe<br />
Niederschlag wird aus Wasser umkristallisiert.<br />
2.2.2.2. Darstellung der Hydrochinondiacetate<br />
Man suspendiert 0,5 g Chinon in 2,5 ml Acetanhydrid, versetzt mit 0,5 g Zinkstaub und 0,1 g<br />
gepulvertem wasserfreiem Natriumacetat, erwärmt vorsichtig bis zum Verschwinden der Chinonfarbe<br />
und kocht anschließend noch eine Minute. Nach Zugabe von 2 ml Eisessig wird noch<br />
kurze Zeit erhitzt und vom Rückstand heiß dekantiert, den man anschließend mit 3 bis 4ml<br />
heißem Eisessig wäscht. Die vereinigten essigsauren Lösungen werden mit wenig Wasser versetzt<br />
und gekühlt. Man kann aus verdünntem Alkohol oder Petrolether Umkristallisieren.<br />
Tabelle E.29<br />
Identifizierung von Chinonen<br />
Chinon Semi- Hydrocarbazonchinondiacetat<br />
2-Chlor-benzo-l,4-<br />
2-Methyl-benzo-l ,4-<br />
Benzo-1,4-<br />
Naphtho-1,4-<br />
2,6-Dibrom-benzo- 1 ,4-<br />
Naphtho-1,2-<br />
Chinizarin<br />
Phenanthren-9,10-<br />
Acenaphthen-<br />
3-Brom-phenanthren-9,10-<br />
57<br />
69<br />
116<br />
125<br />
!31<br />
146<br />
201<br />
206<br />
261<br />
268<br />
185 1 )<br />
179 1 )<br />
243 di<br />
247 2 )<br />
225 1 )<br />
184 2 )<br />
220 mono<br />
193 mono;<br />
271 di<br />
242 mono<br />
70<br />
52<br />
123<br />
128<br />
116<br />
105<br />
2(XP)<br />
183<br />
130
712 E. Identifizierung: 2.2. Identifizierung von Carbonylverbindungen<br />
Tabelle E.29 (Fortsetzung)<br />
Chinon Semi- Hydrocarbazonchinondiacetat<br />
Anthra-9,!0-<br />
Chloranil<br />
Alizarin<br />
286<br />
2904)<br />
290<br />
Oxim: 224 260<br />
245<br />
182<br />
J ) 4-Monoderivat<br />
2 ) 1-Monoderivat<br />
3 ) Chinizarindiacetat durch Kochen mit Acetanhydrid und etwas<br />
Schwefelsäure<br />
4 ) geschlossenes Rohr; Reduktion: Tetrachlorhydrochinon F134 0 C<br />
^320 -<br />
9600 3AOO 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 UOO 1200 1000 800 700 600 500 400<br />
Abb. E.30<br />
IR-Spektrum von p-Benzochinon, fest in KBr<br />
1<br />
4<br />
I<br />
265 O<br />
378 Aa0Jb<br />
, T T l 2<br />
|4a<br />
Ui<br />
6 YW& 3<br />
u<br />
(CDCl3)<br />
m -1<br />
(f/ppm<br />
220 210 200 190 180 170 160 150 UO 130 120 110 100 90 80 70 60 50 £0 30 20 10 O<br />
Abb. E.31<br />
13 C-NMR-Spektrum von Naphtho-l,4-chinon in CDCl3<br />
2.2.3. Monosaccharide<br />
Die charakteristischen Derivate einfacher Zucker sind die Osazone.<br />
2.2.3.1. Darstellung der Osazone<br />
Arbeitsvorschrift s. D.7.1.1.<br />
Grenzen: Die Schmelztemperaturen der einzelnen Osazone liegen oft zu nahe beieinander<br />
und sind daher zur Identifizierung nicht immer geeignet. Eine günstige Methode zur Charakterisierung<br />
ist die Papier- oder Dünnschichtchromatographie (vgl. A.2.5.4.1. und A.2.6.3.). Als<br />
Laufmittel empfehlen sich ein Gemisch aus Butylalkohol, Eisessig und Wasser (4:1:1) oder mit
E. Identifizierung: 2.2. Identifizierung von Carbonylverbindungen 713<br />
Wasser gesättigtes Phenol. (Lösungsmittel in jedem Falle zuvor destillieren, Testsubstanz mitlaufen<br />
lassen!) Sichtbar gemacht werden reduzierende Zucker durch Besprühen mit Anilinphthalat<br />
1 ) und Erwärmen auf 105 0 C (10 Minuten). Nichtreduzierende Zucker werden mit<br />
einer Mischung aus gleichen Teilen einer 0,2% igen alkoholischen Naphthoresorcinollösung<br />
und einer 2% igen wäßrigen Trichloressigsäurelösung und anschließendem Erwärmen auf<br />
100 0 C angefärbt.<br />
Tabelle E. 32<br />
Identifizierung von Kohlenhydraten<br />
Kohlenhydrat<br />
Raffinose<br />
D-Ribose<br />
a-D-Glucose<br />
2-Desoxy-D-ribose<br />
ß-Maltose<br />
o-Fructose<br />
D-Allose<br />
a-L-Rhamnose<br />
a-o-Lyxose<br />
DL-Glucose<br />
ß-L-Rhamnose<br />
DL-Xylose<br />
ß-D-Mannose<br />
DL-Mannose<br />
a-o-Mannose<br />
L-Xylose<br />
a-D-Xylose<br />
L-Fucose<br />
ß-D-Glucose<br />
ß-o-Arabinose<br />
ß-L-Arabinose<br />
DL-Fucose<br />
DL-Sorbose<br />
DL-Galactose<br />
DL-Arabinose<br />
L-Sorbose<br />
a-D-Galactose<br />
Rohrzucker<br />
L-Ascorbinsäure<br />
Gentiobiose<br />
Lactose<br />
ß-Cellobiose<br />
1 J VgI. Reagenzienanhang.<br />
Zersetzungstemperatur<br />
80(119)<br />
87 (95)<br />
90 (146)<br />
90<br />
103 (160...165)<br />
104<br />
105<br />
105 (93)<br />
106...107 (101)<br />
112<br />
122...126<br />
129...131<br />
132<br />
132...133<br />
!33<br />
144<br />
145<br />
145<br />
148...150<br />
!58<br />
160<br />
161<br />
162...163<br />
!63 (144)<br />
164<br />
165 (159)<br />
!67<br />
169...170 (185)<br />
190<br />
190...195 (86)<br />
201 (223)<br />
225<br />
M 2 D 0<br />
+ 105,2<br />
- 21,5<br />
(- 23,5)<br />
+ 52,7<br />
+ 2,13<br />
+ 130,4<br />
- 92,4<br />
+ 32,6<br />
+ 8,2<br />
- 14,0<br />
+ 9,1<br />
+ 14,2<br />
+ 14,2<br />
- 18,6<br />
+ 18,8<br />
- 75,9<br />
+ 52,7<br />
+ 104,5<br />
- 43,4<br />
+ 80,2<br />
+ 66,5<br />
- 49,0<br />
+ 8,7<br />
+ 55,3<br />
+ 34,6<br />
Osazon<br />
166<br />
205<br />
206<br />
205<br />
190<br />
163<br />
156<br />
210<br />
218<br />
205<br />
160<br />
164<br />
178<br />
210<br />
166<br />
187<br />
170<br />
206<br />
169<br />
162<br />
201<br />
205<br />
162<br />
200<br />
198<br />
ÄF-Wert<br />
Butanol/<br />
Eisessig/<br />
H2O<br />
0,05<br />
0,31<br />
0,18<br />
0,11<br />
0,23<br />
0,37<br />
0,37<br />
0,20<br />
0,28<br />
0,27<br />
0,31<br />
0,20<br />
0,20<br />
0,16<br />
0,14<br />
0,38<br />
0,09<br />
Phenol/<br />
H2O<br />
0,27<br />
0,59<br />
0,39<br />
0,73<br />
0,36<br />
0,51<br />
0,59<br />
0,45<br />
0,45<br />
0,44<br />
0,63<br />
0,54<br />
0,42<br />
0,44<br />
0,39<br />
0,24<br />
0,38
714 E. Identifizierung: 2.2. Identifizierung von Carbonylverbindungen<br />
Abb. E.33<br />
13 C-NMR-Spektrum von o-Glucose in D2O<br />
2.2.4. Acetale<br />
ot-D-Glucose ß-D-Glucose<br />
30 20<br />
Acetale und Ketale werden identifiziert, indem man sie sauer hydrolysiert und die entsprechenden<br />
Carbonylverbindungen und den Alkohol (vgl. E.2.5.) einzeln nachweist.<br />
Niedermolekulare Acetale hydrolysieren schnell (3 bis 5 Minuten unter Rückfluß, l- bis<br />
2%ige HCl), höhermolekulare Acetale benötigen 30 bis 60 Minuten. Bei wasserunlöslichen<br />
Verbindungen kann man unter Zusatz von Dioxan arbeiten.<br />
2.2.5. Carbonsäuren<br />
2.2.5.1. Darstellung der p-Brom- und p-Phenyl-phenacylester<br />
Arbeitsvorschriften s. D.2.6.3.<br />
Grenzen: Während der Herstellung des Esters darf die Reaktionslösung nicht alkalisch reagieren.<br />
Größere Mengen an Chloridionen stören, da sich schwerlösliches p-Brom-phenacylchlorid<br />
(F 117 0 C) ausscheidet. Schwierig ist die Herstellung der entsprechenden Aminosäurederivate<br />
sowie einiger Dicarbon- und Hydroxycarbonsäurederivate.<br />
2.2.5.2. Darstellung der Carbonsäureamide<br />
lg Carbonsäure wird unter Rückfluß (Calciumchloridrohr!) mit 5 ml Thionylchlorid und<br />
l Tropfen Dimethylformamid 15 bis 30 Minuten erhitzt. Die erkaltete Reaktionsmischung wird<br />
in 15 ml eiskaltes konz. Ammoniak gegossen, der Niederschlag abgesaugt und aus Wasser oder<br />
verd. Alkohol umkristallisiert.<br />
Grenzen: Ameisensäure ist auf diese Weise nicht charakterisierbar (warum?); bei niedrig<br />
siedenden Säurechloriden (besonders bei Acetyl- und Oxalyldichlorid) ist die sehr hohe Flüchtigkeit<br />
zu beachten. Hier ist es besser, die Reaktion durch mehrstündiges Stehen bei Zimmertemperatur<br />
durchzuführen. Amide, die leicht wasserlöslich sind, lassen sich schlecht isolieren.<br />
In allen diesen Fällen empfiehlt sich die Überfuhrung der Carbonsäure in den Methylester mit<br />
Diazomethan (vgl. D.8.4.2.1.) und nachfolgende Aminolyse mit konz. Ammoniak.
E. Identifizierung: 2.2. Identifizierung von Carbonylverbindungen 715<br />
2.2.5.3. Darstellung der Carbonsäure-N-benzyl-amide<br />
Arbeitsvorschrift vgl. D.7.I.4.2.; Darstellung der Säurechloride vgl. E.2.2.5.2. und D.7.1.4.4.<br />
An Stelle der Destillation kann man das überschüssige Thionylchlorid auch durch tropfenweise<br />
Zugabe von wasserfreier Ameisensäure zerstören und das rohe Säurechlorid weiterverarbeiten.<br />
Grenzen: s. E.2.2.5.2.<br />
Statt der Carbonsäurechloride sind die entsprechenden Anhydride einsetzbar, die auf diese<br />
Weise auch identifiziert werden können.<br />
2.2.5.4. Darstellung der Carbonsäureanilide<br />
Arbeitsvorschrift s. D.7.1.4.2.<br />
2.2.5.5. Äquivalentmassebestimmung<br />
Eine Probe der gereinigten Säure (etwa 0,2 g) wird exakt eingewogen und in 50 bis 100 ml Wasser<br />
oder wäßrigem Ethanol gelöst. Es wird mit O,!N NaOH gegen Phenolphthalein titriert.<br />
XT * r * • • i 4. Einwaage (m g) • 1000<br />
Neutrahsationsquivalent = , XT ^5T\T &/ —TT^:<br />
M ml NaOH • Normalität<br />
[E.34]<br />
Grenzen: CO2 stört und muß vor Ende der Titration verkocht werden. Bei leicht decarboxylierbaren<br />
Substanzen wird nur bei Zimmertemperatur gearbeitet. Falls die Säure im Wasser<br />
schwer löslich ist, versucht man in wäßrigem Alkohol zu arbeiten. Als Indikator ist dann Bromthymolblau<br />
günstiger.<br />
Tabelle E.35<br />
Identifizierung von Carbonsäuren<br />
Säure<br />
Ameisen-<br />
Essig-<br />
Acryl-<br />
Propion-<br />
Isobutter-<br />
Butter-<br />
Brenztrauben-<br />
Isovalerian-<br />
Valerian-<br />
Dichloressig-<br />
Hexan-<br />
Milch-<br />
01-<br />
Decan-<br />
Lävulin-<br />
Laurin-<br />
Bromessig-<br />
Myristin-<br />
Trichlorssig-<br />
Chloressig-<br />
Palmitin-<br />
Tiglin-<br />
Stearin-<br />
Croton-<br />
Kpi)<br />
101<br />
118<br />
141<br />
141<br />
155<br />
163<br />
165<br />
176<br />
186<br />
194<br />
205<br />
119/1,6(12)<br />
223/1,3(10)<br />
269<br />
246<br />
298<br />
208<br />
193/1,3(10)<br />
197<br />
187<br />
222/2,1(16)<br />
199<br />
189<br />
F<br />
8<br />
17<br />
13<br />
14<br />
13<br />
53<br />
14<br />
31<br />
37<br />
45<br />
50<br />
54<br />
57<br />
63<br />
63<br />
65<br />
70<br />
71<br />
Amid<br />
3<br />
82<br />
85<br />
79<br />
129<br />
115<br />
127<br />
136<br />
106<br />
99<br />
101<br />
79<br />
76<br />
100<br />
108<br />
103<br />
90<br />
105<br />
142<br />
116<br />
141<br />
78<br />
109<br />
161<br />
Anilid<br />
48<br />
114<br />
106<br />
103<br />
104<br />
93<br />
104<br />
111<br />
63<br />
94<br />
95<br />
45<br />
69<br />
63<br />
77<br />
162<br />
84<br />
94<br />
134<br />
91<br />
91<br />
95<br />
118<br />
p-Bromphenacylester<br />
140<br />
86<br />
63<br />
55<br />
63<br />
68<br />
75<br />
72<br />
72<br />
113<br />
67<br />
84<br />
59<br />
81<br />
104<br />
81<br />
68<br />
78<br />
95<br />
p-Phenylphenacylester<br />
74<br />
111<br />
165<br />
101<br />
90<br />
97<br />
76<br />
69<br />
71<br />
145<br />
183<br />
77<br />
94<br />
86<br />
90<br />
116<br />
94<br />
106<br />
97<br />
N-<br />
Benzylamid<br />
60<br />
61<br />
70<br />
52<br />
87<br />
37<br />
53<br />
42<br />
226<br />
89<br />
89 2 )<br />
89<br />
93<br />
94<br />
95<br />
98<br />
113
716 E. Identifizierung: 2.2. Identifizierung von Carbonylverbindungen<br />
Tabelle E.35 (Fortsetzung)<br />
Säure Kp l)<br />
Phenylessig- 227<br />
Glycol-<br />
Glutar-<br />
L-Äpfel-<br />
Citronen- (+1H2O)<br />
Oxal- (+2H2O)<br />
o-Methoxy-benzoe- 200<br />
Phenoxyessig- 285<br />
Pimelino-Toluyl-Azelainm-Toluyl-<br />
Mandel-<br />
Benzoe-<br />
Sebacin-<br />
Zirnt-(£) 300<br />
Malon-<br />
Malein-<br />
Acetylsalicylm-Nitro-benzoeo-Chlor-benzoeo-Nitro-benzoe-<br />
Benzil-<br />
Adipinm-Brorn-benzoem-Chlor-benzoe-Salicyla-Naphthoe-<br />
Wein-(rneso)<br />
2,4-Dinitro-benzoep-Toluyl-<br />
275<br />
ß-Naphthoe-<br />
Anis-<br />
Bernstein-<br />
3-Hydroxy-benzoe-<br />
3,5-Dinitro-benzoe-<br />
Wein-(rac.)<br />
(wasserfrei)<br />
4-Hydroxy-benzoe-<br />
3-Nitro-phthal-<br />
Phthal-<br />
Nicotin-<br />
Diphenp-Nitro-benzoep-Chlor-benzoe-<br />
F<br />
78<br />
79<br />
99<br />
100<br />
100<br />
!OO<br />
101<br />
101<br />
106<br />
107<br />
107<br />
114<br />
120<br />
122<br />
134<br />
133<br />
134<br />
137<br />
143<br />
142<br />
142<br />
147<br />
148<br />
153<br />
156<br />
156<br />
159<br />
162<br />
166<br />
180<br />
182<br />
183<br />
184<br />
188<br />
203<br />
206<br />
218<br />
216<br />
219<br />
227<br />
229<br />
232<br />
241<br />
242<br />
Arnid<br />
161<br />
120<br />
94<br />
149 di<br />
138<br />
214 mono<br />
350<br />
(Zers.)di<br />
!28<br />
101<br />
175 di<br />
141<br />
175 di<br />
94<br />
134<br />
127<br />
127 mono<br />
210 di<br />
149<br />
121 mono<br />
172di<br />
178 mono<br />
181 di«)<br />
1135)<br />
143<br />
140<br />
176<br />
155<br />
226 di<br />
155<br />
134<br />
139<br />
202<br />
189 di<br />
203<br />
167<br />
192<br />
167<br />
157 mono<br />
268 di<br />
170<br />
180<br />
212 mono<br />
240 di<br />
161<br />
174<br />
148 mono<br />
121<br />
190 mono<br />
201<br />
180<br />
Anilid<br />
118<br />
96<br />
128 mono<br />
223 di<br />
197 di<br />
164<br />
149 mono<br />
252 di<br />
74<br />
49<br />
155 di<br />
128<br />
184 di<br />
126<br />
150<br />
165<br />
122 mono<br />
201 di<br />
154<br />
132 mono<br />
229 di<br />
201<br />
137<br />
155<br />
114<br />
156<br />
177<br />
240 di<br />
137<br />
125<br />
136<br />
164<br />
194 mono<br />
196<br />
145<br />
167<br />
169<br />
228<br />
157<br />
239<br />
182 mono<br />
235 di<br />
195<br />
181 mono<br />
233 di<br />
170 mono<br />
253 di<br />
132<br />
181 mono<br />
218<br />
194<br />
p-Bromphenacylester<br />
89<br />
138<br />
137<br />
179 di<br />
150 tri<br />
244 (Zers.)<br />
di<br />
113<br />
137 di<br />
57<br />
131 di<br />
108<br />
119<br />
147 di<br />
146<br />
168 di<br />
134<br />
106<br />
100<br />
152<br />
154<br />
126<br />
117<br />
140<br />
136<br />
204<br />
158<br />
153<br />
152<br />
211 di<br />
176<br />
159<br />
205<br />
191<br />
149<br />
153 di<br />
134<br />
126<br />
p-Phenylphenacylester<br />
152<br />
204<br />
146<br />
166 (Zers.)<br />
13!<br />
146 (ers.)<br />
94<br />
145<br />
136<br />
105<br />
140<br />
183<br />
175<br />
128 3 )<br />
105 3 )<br />
153<br />
123, 83 3 )<br />
140<br />
122<br />
148, 8 3 )<br />
155<br />
154<br />
148<br />
165<br />
160<br />
208<br />
146 3 )<br />
154<br />
240, 178 3 )<br />
169 di<br />
182<br />
160<br />
N-<br />
Benzylamid<br />
122<br />
103<br />
170 di<br />
170<br />
128 mono<br />
223 di<br />
132<br />
85<br />
153 di<br />
9l 2 )<br />
44 2 )<br />
75<br />
105<br />
166 di<br />
106 2 )<br />
142 di<br />
206<br />
102<br />
100<br />
99<br />
156<br />
86<br />
189 di<br />
1052)<br />
107 2 )<br />
136<br />
93 2 )<br />
142 2 )<br />
133<br />
132<br />
138 mono<br />
206 di<br />
142<br />
157 2 )<br />
148 2 ) di<br />
182 2 )<br />
178<br />
185 2 ) di<br />
141<br />
129 2 )
Tabelle £.35 (Fortsetzung)<br />
Säure jKpi)<br />
F Amid<br />
Gallus-<br />
Fumar-<br />
Terephthal-<br />
Isonicotin-<br />
Isophthal-<br />
E. Identifizierung: 2.2. Identifizierung von Carbonylverbindungen 717<br />
258 243<br />
3006) 309<br />
300<br />
(Subl.)<br />
332 di<br />
316 154<br />
348 280<br />
(Subl.)<br />
Anilid<br />
207<br />
238 mono<br />
303 di<br />
313 mono<br />
336 di<br />
280<br />
1) Druck in kPa (Torr)<br />
2 ) p-Nitro-benzylester<br />
3 ) Phenacylester<br />
4 ) bei Darstellung Umlagerung zu Fumarsäurediamid möglich<br />
5 ) unscharf, unter Umlagerung in N-Acetyl-salicylamid<br />
6 ) geschlossenes Rohr<br />
p-Bromphenacylester<br />
134<br />
225 di<br />
179 di<br />
p-Phenylphenacylester<br />
195 (Zers.)<br />
198 3 )<br />
192 3 ) di<br />
19l 3 ) di<br />
3600 3400 3200 3000 2800 2600 2OX) 2200 2000 1600 1600 KOO 1200 1000 000 700 600 500 400<br />
Abb. E.36<br />
IR-Spektrum von 3-Phenyl-propionsäure, fest in KBr<br />
11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 3,0 2,0<br />
Abb. E.37<br />
iH-NMR-Spektrum von 3-Phenyl-propionsäure in CDCl3<br />
(Spektrum höherer Ordnung im -CH2-CH2-TeU: AA'BB'-Typ)<br />
(f/ppm<br />
N-<br />
Benzylamid<br />
14l 2 )<br />
314<br />
265<br />
202 2 )
718 E. Identifizierung: 2.2. Identifizierung von Carbonylverbindungen<br />
-c< OH<br />
13.0 12rO<br />
" 0 X<br />
11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0<br />
Abb. E.38<br />
iH-NMR-Spektrum von Crotonsäure in CDCl3<br />
E. Identifizierung: 2.2. Identifizierung von Carbonylverbindungen 719<br />
2.2.6.2. Darstellung der Amine (Bouveault-Blanc-Reduktion)<br />
Ig Nitril wird mit 20 ml abs. Alkohol bei 50 bis 6O 0 C durch portionsweise Zugabe von 1,5g<br />
Natrium reduziert. Nach dem Abkühlen setzt man vorsichtig 10 ml konz. Salzsäure zu und<br />
destilliert den Alkohol ab. Der Rückstand wird mit 10 ml 50%iger Natronlauge alkalisch<br />
gemacht und das gebildete Amin zusammen mit Wasser überdestilliert. Am besten wird das<br />
Amin in wäßriger Lösung mit Benzoylchlorid identifiziert (vgl. E.2.1.1.1.).<br />
Grenzen: Amide werden nicht reduziert. Die entstandenen Amine können auch direkt aus<br />
der alkoholischen Lösung in die Phenylthioharnstoffe übergeführt werden (vgl. E.2.1.1.4.).<br />
•<br />
— r ~ *°<br />
H-CxMx-CH3(A)<br />
Nx CH,(B)<br />
fP<br />
H-Cx<br />
A<br />
OLJ H H O*U<br />
B rlA<br />
Il PU<br />
Il -M' 3<br />
CH3<br />
^LJ II 3<br />
-N W 1 !! (17 °° c ><br />
^-<br />
Un3Ul<br />
^M\<br />
* ' T<br />
30 1<br />
tf/ppm<br />
HO 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0<br />
Abb. E.41<br />
1 H-NMR-SpCkIrUm von Dimethylformamid<br />
2.2.7. Carbonsäureester<br />
Man hydrolysiert normalerweise den Ester und weist die beiden Spaltprodukte einzeln nach.<br />
In vielen Fällen erhält man durch Aminolyse oder Umesterung entsprechende Derivate.<br />
2.2.7.1. Darstellung der Carbonsäuren und Alkohole<br />
2 g des Esters werden mit 20 ml l N Natronlauge unter Rückfluß gekocht, bis sich alles gelöst<br />
hat. Ein Teil dieser Reaktionsmischung wird zur Identifizierung der Carbonsäure benutzt (vgl.<br />
E.2.7.2.), vom anderen Teil destilliert man Wasser und Alkohol bis zur Trockne ab, sättigt das<br />
Destillat mit Kaliumcarbonat, trennt den abgeschiedenen Alkohol ab, trocknet mit MgSO4<br />
und identifiziert nach E.2.2.5.<br />
Grenzen: Bei Estern von in Wasser unlöslichen Alkoholen wird stets eine ölige Phase bleiben!<br />
Bei langkettigen Carbonsäuren enstehen Seifen. Ester, die durch wäßrige Alkalien nicht verseift<br />
werden, hydrolysiert man in Gegenwart von etwas Dioxan oder Tetrahydrofuran oder aber mit<br />
10%iger alkoholischer Kalilauge und verzichtet dann auf die Identifizierung des Alkohols.<br />
Verseifungsäquivalent s. D.7.1.4.3.<br />
Grenzen: Ester mehrwertiger Phenole sind schwer bestimmbar, da während der Hydrolyse<br />
Oxidation des Phenols eintritt. (Verfärbung und Alkali verbrauch!) Sterisch stark gehinderte<br />
Ester sind alkalisch nicht verseifbar.<br />
2.2.7.2. Darstellung der 3,5-Dinitro-benzoesäureester<br />
Arbeitsvorschrift s. D.7.1.4.4.<br />
Grenzen: Diese Methode ist für eine große Anzahl einfacher Ester brauchbar. Sie versagt bei<br />
Estern, deren Alkohol mit konz. Schwefelsäure reagiert (z. B. tertiäre Alkohole, leicht verharzende<br />
olefinische Alkohole). Höhermolekulare Ester reagieren sehr langsam oder gar nicht.
720 E. Identifizierung: 2.3. Identifizierung von Ethern<br />
2.2.7.3. Darstellung der Carbonsäureamide<br />
Arbeitsvorschrift s. D.7.1.4.2.<br />
Grenzen: Diese Reaktion gelingt nur mit Methyl- oder bestenfalls Ethylestern (Ausnahmen<br />
sind die sog. aktivierten Ester, s. D.2.2.I.). Ester höherer Alkohole müssen zuvor einer Methanolyse<br />
unterworfen werden:<br />
0,6 bis l g des Esters werden 30 Minuten mit 10 ml abs. Methanol, in dem zuvor 0,1 g Natrium<br />
gelöst wurde, unter Rückfluß erhitzt. Anschließend verdampft man das überschüssige<br />
Methanol, der Rückstand wird direkt der Aminolyse unterworfen.<br />
110 100 90 8,0 70 60 50 4,0 3,0 2,0 10<br />
Abb. E.42<br />
iH-NMR-Spektrum von Zimtsäureethylester in CCl4<br />
2.3. Identifizierung von Ethern<br />
Ether sind im allgemeinen sehr beständige Verbindungen. Die meisten aliphatischen Ether<br />
sind unter Oxoniumsalzbildung in konzentrierter Salzsäure löslich. Diese Salze zerfallen beim<br />
Verdünnen mit Wasser (Methode zur Abtrennung aus Gemischen). Araliphatische Ether<br />
geben die Oxoniumsalze nur mit konzentrierter Schwefelsäure, wobei teilweise Sulfonierung<br />
des aromatischen Kerns eintritt.<br />
2.3.1. Etherspaltung mit Jodwasserstoff- bzw. Bromwasserstoffsäure<br />
Arbeitsvorschrift s. D.2.5.2.<br />
Die destillativ isolierten Alkyliodide bzw. -bromide werden als S-Alkyl-thiouroniumpikrate<br />
identifiziert (vgl. D.2.6.6.).<br />
2.3.2. Etherspaltung mit Zinkchlorid/3,5-Dinitro-benzoylchlorid<br />
l g Substanz, 0,15 g wasserfreies Zinkchlorid und 0,5 g 3,5-Dinitro-benzoylchlorid werden eine<br />
Stunde unter Rückfluß gekocht. Nach dem Abkühlen setzt man 10 ml 2 N Sodalösung hinzu<br />
und erwärmt auf dem Wasserbad bis 9O 0 C. Beim Stehen scheidet sich der Dinitrobenzoesäureester<br />
aus, der abfiltriert, mit Sodalösung und Wasser gewaschen und anschließend mit 10<br />
ml Tetrachlorkohlenstoff gelöst wird. Entsteht keine klare Lösung, wird heiß filtriert. Sollten<br />
in der Kälte keine Kristalle ausfallen, läßt man das Lösungsmittel eindunsten.
E. Identifizierung: 2.4. Identifizierung von Halogenverbindungen 721<br />
Grenzen: Diese Vorschrift ist nur auf symmetrische aliphatische Ether anwendbar<br />
(warum?). Störungen sind durch Alkohole, Amine usw. möglich. Diese Stoffe müssen zuvor<br />
abgetrennt werden.<br />
100<br />
: o°<br />
J 50<br />
*l«<br />
l 20<br />
CH3-O-CH2-CH2OH<br />
-CH2-<br />
-CH3<br />
i i /i Ik i<br />
-C-O - C-'-C-OH<br />
, ,1 .<br />
v/cm" 1<br />
3600 3*00 3200 3000 2600 2600 2400 2200 2000 1800 16QC UOO 1200 1000 800 700 600 500 400<br />
Abb. E.43<br />
IR-Spektrum von Ethylenglycolmonomethylether, flüssig in Substanz<br />
i 20<br />
(ArKC-H I Q-CH2-O-CH2O l /<br />
S H-C-H<br />
I<br />
V/cm 1<br />
3600 3X03 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 700 600 500 400<br />
Abb. E.44<br />
IR-Spektrum von Dibenzylether, flüssig in Substanz<br />
2.4. Identifizierung von Halogenverbindungen<br />
Aus E. 1.2.10. ist ersichtlich, welche halogenhaltige Substanzklasse vorliegt.<br />
Geminale Di- und Trihalogenide (außer Abkömmlingen des Methans) werden hydrolysiert<br />
(vgl. D.2.6.1.) und die Aldehyde bzw. Carbonsäuren wie üblich nachgewiesen. Aromatische<br />
Fluoride und Chloride kann man durch Nitrierung bzw. Sulfochlorierung in Derivate überführen<br />
(vgl. E.2.6.).<br />
2.4.1. Darstellung der Carbonsäureanilide<br />
0,4g Magnesiumspäne, die mit lod aktiviert wurden, werden mit 1,2g der Halogenverbindung<br />
in 5 ml abs. Ether umgesetzt. Nach beendeter Reaktion wird die etherische Lösung dekantiert.<br />
Man setzt 3 bis 4g feste Kohlensäure (—» Carbonsäure) oder 4,5ml einer 10%igen etherischen<br />
Lösung von Phenylisocyanat (—» Anilid) zu. Nach 10 Minuten werden 20 g zerstoßenes Eis und<br />
l ml konz. Salzsäure zugegeben, gerührt, die abgetrennte etherische Phase getrocknet und der<br />
Ether verdampft.<br />
Es reagieren fast alle Alkylhalogenide sowie Arylbromide und -iodide (vgl. D.7.2.2.). Durch<br />
Umsetzung der Grignard-Verbindungen mit Dimethylformamid lassen sich Halogenkohlenwasserstoffe<br />
auch in Aldehyde überführen, die als 2,4-Dinitro-phenylhydrazone nachgewiesen<br />
werden (SHAREFEKIN, J.G.; FORSCHIRM, A., Analyt. Chem. 35 (1963), 1616).
722 E. Identifizierung: 2.4. Identifizierung von Halogenverbindungen<br />
2.4.2. Darstellung der S-Alkyl-thiouroniumpikrate<br />
Arbeitsvorschrift und Äquivalentmassebestimmung s. D.2.6.6.<br />
Grenzen: Diese Methode eignet sich nur für aliphatische Halogenkohlenwasserstoffe.<br />
Tabelle £.45<br />
Identifizierung von Alkylhalogeniden<br />
Halogenid<br />
Methyl-<br />
Vinyl-<br />
Ethyl-<br />
Isopropyl-<br />
Propyl-<br />
Allyltert-Butylsec-Butyl-<br />
Isobutyl-<br />
Butyltert-Pentyl-<br />
Isopentyl-<br />
Pentyl-<br />
Hexyl-<br />
Cyclohexyl-<br />
Heptyl-<br />
Benzyl-<br />
Octylß-Phenyl-ethylp-Chlor-benzylo-Brom-benzylm-Brom-benzylp-Brom-benzylp-Nitro-benzyl-<br />
1 J Druck in kPa (Torr)<br />
Chlorid<br />
Kp 1 )<br />
-24<br />
-14<br />
12<br />
36<br />
46<br />
46<br />
51<br />
67<br />
68<br />
77<br />
86<br />
100<br />
107<br />
134<br />
142<br />
159<br />
179<br />
184<br />
190<br />
214<br />
110/2,0(15)<br />
F 23<br />
F 50<br />
F 71<br />
Bromid<br />
Kp<br />
5<br />
16<br />
38<br />
60<br />
71<br />
71<br />
72<br />
90<br />
91<br />
100<br />
108<br />
118<br />
129<br />
157<br />
165<br />
180<br />
198<br />
204<br />
218<br />
F 51<br />
F 31<br />
F 41<br />
F 62<br />
F 99<br />
Tabelle E.46<br />
Identifizierung von aromatischen Halogenkohlenwasserstoffen<br />
Halogenkohlenwasserstoff<br />
Fluorbenzen<br />
Chlorbenzen<br />
Brombenzen<br />
2-Chlor-toluen<br />
3-Chlor-toluen<br />
4-Chlor-toluen<br />
1 ,3-Dichlor-benzen<br />
1 ,2-Dichlor-benzen<br />
2-Brom-toluen<br />
3-Brom-toluen<br />
2-Chlor-l ,4-dimethyl-benzen<br />
lodbenzen<br />
4-Chlor-l ,2-dimethyl-benzen<br />
4-Chlor-l,3-dimethyl-benzen<br />
Kp<br />
85<br />
132<br />
156<br />
159<br />
162<br />
162<br />
173<br />
180<br />
181<br />
183<br />
185<br />
188<br />
195<br />
192<br />
lodid<br />
Kp 1 )<br />
43<br />
56<br />
72<br />
89<br />
102<br />
103<br />
98<br />
119<br />
120<br />
130<br />
128<br />
148<br />
156<br />
180<br />
179<br />
204<br />
F 24<br />
225<br />
116/1,6(12)<br />
F 47<br />
F 42<br />
F 73<br />
F Sulfonamid<br />
Position F<br />
4<br />
4<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7 2<br />
6<br />
4<br />
5<br />
6<br />
5<br />
5<br />
6<br />
125<br />
143<br />
162<br />
126<br />
185<br />
143<br />
180<br />
135<br />
146<br />
168<br />
155<br />
207<br />
195<br />
Thiouroniumpikrat<br />
224<br />
104<br />
188<br />
196<br />
177<br />
155<br />
160<br />
166<br />
167<br />
180<br />
173<br />
154<br />
157<br />
174<br />
142<br />
188<br />
134<br />
194<br />
222<br />
205<br />
219<br />
Anilid<br />
114<br />
104<br />
104<br />
103<br />
92<br />
114<br />
128<br />
108<br />
109<br />
63<br />
92<br />
108<br />
96<br />
69<br />
146<br />
57<br />
117<br />
57<br />
97<br />
166<br />
Nitroprodukt<br />
Position F<br />
2,4<br />
2,4<br />
3,5<br />
4,6<br />
2<br />
4,6<br />
4,5<br />
3,5<br />
4,6<br />
5<br />
4<br />
5<br />
6<br />
52<br />
75<br />
64<br />
91<br />
38<br />
103<br />
110<br />
82<br />
103<br />
77<br />
174<br />
63<br />
42
Tabelle E.46 (Fortsetzung)<br />
E. Identifizierung: 2.4. Identifizierung von Halogenverbindungen 723<br />
Halogenkohlenwasserstoff Kp F Sulfonamid<br />
Position F<br />
1 ,3-Dibrom-benzen<br />
1 ,2-Dibrom-benzen<br />
1-Chlor-naphthalen<br />
1-Brom-naphthalen<br />
4-Brom-toluen<br />
1,4-Dichlor-benzen<br />
2-Brom-naphthalen<br />
2-Chlor-naphthalen<br />
1 ,4-Dichlor-naphthalen<br />
1 ,4-Dibrom-benzen<br />
1 ,5-Dichlor-naphthalen<br />
219<br />
219<br />
259<br />
281<br />
185<br />
174<br />
281<br />
265<br />
290<br />
219<br />
Tabelle £.47<br />
Identifizierung von Polyhalogenkohlenwasserstoffen<br />
Halogenkohlenwasserstoff Kp ri\<br />
Methylendichlorid<br />
E-l,2-Dichlor-ethylen<br />
Z-l,2-Dichlor-ethylen<br />
Chloroform<br />
2,2-Dichlor-propan<br />
Tetrachlorkohlenstoff<br />
1,2-Dichlor-ethan<br />
Trichlorethylen<br />
Methylendibromid<br />
Tetrachlorethylen<br />
1 ,2-Dibrom-ethan<br />
1 ,2-Dibrom-propan<br />
1 ,1 ,2,2-Tetrachlor-ethan<br />
Bromoform<br />
Pentachlorethan<br />
1 ,3-Dibrom-propan<br />
Methylendiiodid<br />
Benzylidendichlorid<br />
(Tricnlormethyl)benzen<br />
Styrendibromid<br />
Hexachlorethan<br />
41<br />
48<br />
60<br />
61<br />
70<br />
77<br />
84<br />
87<br />
97<br />
121<br />
132<br />
142<br />
147<br />
151<br />
161<br />
167<br />
180<br />
207<br />
221<br />
F 74<br />
F 186<br />
28<br />
53<br />
59<br />
61<br />
68<br />
89<br />
107<br />
1,4237<br />
1,4454<br />
1,4486<br />
1,4462<br />
,4093<br />
,4630<br />
1,4443<br />
,4773<br />
,5419<br />
1,5055<br />
1,5379<br />
1,5203<br />
1,4944<br />
1,5977<br />
1,5028<br />
1,5233<br />
1,7405<br />
1,5515<br />
1,5579<br />
6<br />
4<br />
4<br />
4<br />
2<br />
2<br />
8<br />
8<br />
6<br />
2<br />
3<br />
D^<br />
1,336<br />
1,257<br />
1,284<br />
1,489<br />
1,093<br />
1,595<br />
1,256<br />
1,464<br />
2,492<br />
1,623<br />
2,179<br />
1,933<br />
1,595<br />
2,887<br />
1,679<br />
1,982<br />
3,321<br />
1,254<br />
1,374<br />
190<br />
176<br />
186<br />
193<br />
165<br />
180<br />
208<br />
126<br />
244<br />
195<br />
204<br />
Nitroprodukt<br />
Position F<br />
3GOO 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 UOO 1200 1000 900700 600 500 400<br />
Abb. E.48<br />
IR-Spektrum von Propylbromid in CCl4<br />
4<br />
4,5<br />
4,5<br />
4<br />
2<br />
2<br />
1,8<br />
8<br />
2,5<br />
8<br />
61<br />
114<br />
180<br />
85<br />
47<br />
54<br />
175<br />
92<br />
84<br />
142
724 E. Identifizierung: 2.5. Identifizierung von Hydroxyverbindungen<br />
100<br />
jS' 80<br />
.£<br />
*- 60<br />
t«<br />
o<br />
l 20<br />
-C-H<br />
CH3<br />
3600 3400 3200 3000 2800 2800 2400 2200 2000 1600 1600 UOO 1200 1000 800700 600 500 400<br />
Abb. E.49<br />
IR-Spektrum von o-Chlor-toluen, flüssig in Substanz<br />
l5,AO H^<br />
4,24ppm<br />
/~\ I* » A<br />
Q-C-C-Br<br />
Br H6<br />
4,30 ppm<br />
X-Teil A B-Teil<br />
7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5.0 4,5 3,5<br />
Abb. E.50<br />
iH-NMR-Spektrum von Styrendibromid in perdeuteriertem Aceton<br />
HA und HB sind chemisch nicht äquivalent. Es liegt ein Spektrum höherer Ordnung vor, aus dem (5AB (0,06<br />
ppm) sowie JAx (6,09 Hz) und JBx (9,89 Hz) nicht ohne weiteres zu entnehmen sind.<br />
2.5. Identifizierung von Hydroxyverbindungen<br />
Zur Charakterisierung der Alkohole dienen die Ester der 3,5-Dinitro- und der 4-Nitro-benzoesäure<br />
sowie der 3-Nitro-phthalsäure oder die Phenyl- bzw. Naphthylurethane. Phenole sind<br />
ebenfalls durch Umsetzung mit Säurechloriden und Isocyanaten charakterisierbar. Viele Phenole<br />
bilden gut kristallisierende Tribromphenole.<br />
2.5.1. Primäre und secundäre Alkohole<br />
2.5.1.1. Darstellung der Nitrobenzoesäureester<br />
Arbeitsvorschrift s. D.7.1.4.1.<br />
Grenzen: Phenole, primäre und secundäre Amine und Thiole reagieren ebenfalls. Für wasserlösliche<br />
Alkohole, die oftmals Spuren von Wasser enthalten, ist die Darstellung dieser Ester<br />
besonders geeignet (vgl. aber Urethane). Bei Glycolen und Polyhydroxyverbindungen sind die<br />
Acetate und besonders die Benzoate günstiger (vgl. D.7.1.4.1.). Tertiäre Alkohole sind durch<br />
diese Methode nur schwer charakterisierbar.<br />
H
E. Identifizierung: 2.5. Identifizierung von Hydroxyverbindungen 725<br />
2.5.1.2. Darstellung der Halbester der 3-Nitro-phthalsäure<br />
Arbeitsvorschrift und Bestimmung der Äquivalentmasse s. D.7.1.4.1.<br />
Grenzen: Tertiäre Alkohole reagieren meist unter Bildung von Olefinen. Wird vorher aus<br />
dem tert-Alkohol mit Ethylmagnesiumbromid das entsprechende Alkoholat gebildet, so kann<br />
daraus mit 3-Nitro-phthalsäureanhydrid der zugehörige Halbester gewonnen werden. 1 ) Phenole,<br />
primäre und secundäre Amine reagieren unter Bildung der entsprechenden Derivate.<br />
2.5.1.3. Darstellung der Urethane<br />
Arbeitsvorschrift s. D.7.1.6.<br />
Grenzen: Analog reagieren Phenole, primäre und secundäre Amine, Thiole. Wasser stört, es<br />
bildet sich hierbei der entsprechende disubstituierte Harnstoff, weshalb diese Methode nur zur<br />
Identifizierung wasserfreier Verbindungen geeignet ist. Urethane von tertiären Alkoholen bilden<br />
sich nur schwer.<br />
2.5.2. Tertiäre Alkohole<br />
Tertiäre Alkohole werden zur Identifizierung in die entsprechenden Halogenkohlenwasserstoffe<br />
übergeführt und dann wie diese nachgewiesen.<br />
2.5.2.1. Darstellung der S-Alkyl-thiouroniumpikrate<br />
Der tertiäre Alkohol wird mit der 5- bis 6fachen Volumenmenge konz. Salzsäure geschüttelt.<br />
Man trennt die organische Phase ab und weist das entstandene Alkylhalogenid als S-Alkylthiouroniumpikrat<br />
nach (vgl. D.2.6.6.).<br />
Grenzen: Secundäre Alkohole sind dieser Reaktion auch zugänglich, wenn man an Stelle<br />
von konzentrierter Salzsäure mit Lukas-Reagens arbeitet (vgl. E.l.2.5.4.).<br />
2.5.2.2. Äquivalentmassebestimmung<br />
Arbeitsvorschrift s. D.2.6.6.<br />
Grenzen: Zur Äquivalenztitration müssen die Pikrate gut gereinigt sein, da freie Pikrinsäure<br />
die Bestimmung verfälscht. Exaktere Ergebnisse erhält man bei der potentiometrischen Titration<br />
(Glaselektrode).<br />
Tabelle E.51<br />
Identifizierung von Alkoholen<br />
Alkohol<br />
Methanol<br />
Ethanol<br />
Isopropylalkohol<br />
tert-Butylalkohol<br />
Propanol<br />
Allylalkohol<br />
Butan-2-ol<br />
Isobutylalkohol<br />
2-Methyl-butan-2-ol<br />
F Kp<br />
65<br />
78<br />
82<br />
25 82<br />
97<br />
97<br />
99<br />
!08<br />
116<br />
p-Nitro- 3,5- 3-Nitro- Phenyl- a-Naphbenzoat<br />
Dinitro- hydrogen- urethan thylbenzoat<br />
phthalat urethan<br />
96<br />
57<br />
108<br />
116<br />
35<br />
30<br />
25<br />
69<br />
85<br />
108<br />
93<br />
122<br />
142<br />
40<br />
50<br />
76<br />
86<br />
118<br />
1) Vgl. FESSLER, W. A.; SHRINER, R. L., J. Am. Chem. Soc. 58 (!936), 1384.<br />
153<br />
157<br />
153<br />
142<br />
124<br />
131<br />
179<br />
47<br />
52<br />
90<br />
!36<br />
52<br />
70<br />
64<br />
86<br />
44<br />
124<br />
80<br />
105<br />
80
726 E. Identifizierung: 2.5. Identifizierung von Hydroxyverbindungen<br />
Tabelle E.51 (Fortsetzung)<br />
Alkohol<br />
Pentan-3-ol<br />
Butan-1-ol<br />
Pentan-2-ol<br />
Ethylenglycolmonomethylether<br />
1 -Chlor-propan-2-ol<br />
2-Chlor-ethanol<br />
Isopentylalkohol<br />
Ethylenglycolmonoethylether<br />
Pentan-1-ol<br />
Hexan-2-ol<br />
Cyclopentanol<br />
2-Brom-ethanol<br />
2,2,2-Trichlor-ethanol<br />
Hexan- 1 -öl<br />
Heptan-2-ol<br />
Cyclohexanol<br />
3-Methyl-cyclohexanol<br />
(trans)<br />
Furfurylalkohol<br />
4-Methyl-cyclohexanol<br />
(trans)<br />
4-Methyl-cylohexanol (eis)<br />
2,3-Dimethyl-butan-2,3-diol<br />
(Pinacol)<br />
3-Methyl-cyclohexanol (cis)<br />
1 ,3-Dichlor-propan-2-ol<br />
Heptan-1-ol<br />
Octan-2-ol<br />
2-Ethyl-hexanol<br />
Propylenglycol<br />
Octan-1-ol<br />
Ethylenglycol<br />
Benzylalkohol<br />
Butan-l,3-diol<br />
Nonan-1-ol<br />
Propan-l,3-diol<br />
2-Phenyl-ethanol<br />
Butan- 1,4-diol<br />
Decan-1-ol<br />
Geraniol<br />
Diethylenglycol<br />
Glycerol<br />
Laurylalkohol<br />
Zimtalkohol (trans)<br />
L-Menthol<br />
Neopentylalkohol<br />
Stearylalkohol<br />
Diphenylmethanol<br />
Sorbit<br />
Benzoin<br />
Cholesterol<br />
Triphenylmethanol<br />
F<br />
17<br />
43 2 )<br />
20<br />
7<br />
18<br />
24<br />
34<br />
43<br />
55<br />
58<br />
69<br />
92<br />
138<br />
149<br />
164<br />
Kp<br />
116<br />
118<br />
120<br />
124<br />
127<br />
129<br />
132<br />
135<br />
138<br />
140<br />
141<br />
150<br />
151<br />
158<br />
160<br />
161<br />
168<br />
171<br />
171<br />
171<br />
172<br />
173<br />
176<br />
177<br />
180<br />
183<br />
188<br />
195<br />
198<br />
205<br />
208<br />
213<br />
214<br />
219<br />
229<br />
229<br />
230<br />
245<br />
290<br />
264<br />
257<br />
216<br />
113<br />
298<br />
380<br />
p-Nitrobenzoat<br />
17<br />
36<br />
17<br />
61<br />
56<br />
21<br />
11<br />
62<br />
71<br />
7<br />
fl.<br />
52<br />
63<br />
65<br />
96<br />
48<br />
58<br />
10<br />
28<br />
127 di<br />
17<br />
145 di<br />
84<br />
102<br />
19<br />
119<br />
62<br />
175<br />
30<br />
35<br />
188 tri<br />
29<br />
78<br />
62<br />
64<br />
132<br />
2164)<br />
123<br />
1455)<br />
3,5-<br />
Dinitrobenzoat<br />
101<br />
63<br />
61<br />
62<br />
46<br />
38<br />
53<br />
143<br />
60<br />
113<br />
111<br />
81<br />
142<br />
107<br />
99<br />
129<br />
47<br />
32<br />
61<br />
169 di<br />
51<br />
178<br />
57<br />
63<br />
151 di<br />
192 tri<br />
122<br />
153<br />
74<br />
3-Nitro- Phenylhydrogen-<br />
urethan<br />
phthalat<br />
121<br />
147<br />
103<br />
129<br />
166<br />
118 1 )<br />
136<br />
172<br />
124<br />
160<br />
183<br />
127<br />
128<br />
176 3 )<br />
125<br />
123<br />
123<br />
123<br />
162<br />
119<br />
49<br />
63<br />
51<br />
55<br />
46<br />
132<br />
76<br />
87<br />
42<br />
81<br />
82<br />
46<br />
124<br />
104<br />
215<br />
88<br />
73<br />
60<br />
114<br />
150 di<br />
74<br />
160 di<br />
77<br />
123 di<br />
60<br />
81<br />
183<br />
61<br />
81 di<br />
117di<br />
182<br />
78<br />
91<br />
112<br />
144<br />
80<br />
140<br />
163<br />
168<br />
a-Naphthylurethan<br />
72<br />
72<br />
75<br />
113<br />
101<br />
67<br />
67<br />
68<br />
61<br />
87<br />
120<br />
59<br />
54<br />
129<br />
118<br />
130<br />
160<br />
107<br />
129<br />
59<br />
63<br />
59<br />
66<br />
176 di<br />
134<br />
153 di<br />
65<br />
121<br />
73<br />
142 di<br />
192<br />
80<br />
114<br />
126<br />
100<br />
136<br />
140<br />
160
Tabelle E. 51 (Fortsetzung)<br />
Alkohol<br />
Mannit<br />
D-Borneol<br />
Pentaerythritol<br />
E. Identifizierung: 2.5. Identifizierung von Hydroxyverbindungen 727<br />
F Kp<br />
168<br />
205<br />
260<br />
p-Nitrobenzoat<br />
15(H)<br />
1006)<br />
3,5-<br />
Dinitrobenzoat<br />
154<br />
3-Nitro- Phenylhydrogen-<br />
urethan<br />
phthalat<br />
303<br />
139<br />
1 J wasserfrei; Hydrat F 94 0 C<br />
2 ) wasserfrei; Hydrat F 30 0 C<br />
3 ) 3-Nitro-phthalsäure-l-benzylester neben 3-Nitro-phthalsäure-2-benzylester, F151 0 C<br />
4 ) Hexabenzoat<br />
5) Benzoat<br />
6 ) Tetrabenzoat<br />
100<br />
* 80<br />
.E<br />
^ 60<br />
20<br />
CH3-CH-CH3<br />
OH<br />
X<br />
3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 UOO 1200 1000 800700 600 500 *00<br />
Abb. E.52<br />
IR-Spektrum von Isopropylalkohol, flüssig in Substanz<br />
H£N /CH3<br />
C<br />
H' \)H<br />
__^~ _r-<br />
^ JLx i<br />
^)C(CH3), ]-«___<br />
11,0 100 9,0 8,0 7,0 3,0 2,0 1,0<br />
Abb. E.53<br />
iH-NMR-Spektrum von Isopropylalkohol in CDCl3<br />
2.5.3. Phenole<br />
2.5.3.1. Darstellung der Benzoate<br />
ArbeitsVorschrift s. D.7.1.4.1.<br />
Grenzen: Alkohole, Thiole und Amine reagieren ebenfalls.<br />
2.5.3.2. Darstellung der Urethane<br />
^-<br />
a-Naphthylurethan<br />
127<br />
^C(CH3I2<br />
n<br />
1<br />
rf /P pm<br />
Arbeitsvorschrift s. D.7.1.6.<br />
Grenzen: s. a. E.2.5.1.3. Die a-Naphthylurethane bilden sich meist besser als die Phenylurethane.<br />
Die Reaktion wird durch einige Tropfen trockenen Pyridins katalysiert.
728 E. Identifizierung: 2.5. Identifizierung von Hydroxyverbindungen<br />
2.5.3.3. Darstellung der Bromphenole<br />
Arbeitsvorschrift s. D.5.1.5.<br />
2.5.3.4. Darstellung der Aryloxyessigsäuren<br />
l g des Phenols wird in 4 ml 10 N Natronlauge gelöst und mit 1,25 g Monochloressigsäure und l<br />
bis 2 ml Wasser, um eine homogene Lösung herzustellen, versetzt. Nach einstündigem Erhitzen<br />
auf dem Wasserbad wird die Lösung abgekühlt, mit 10 bis 15 ml Wasser verdünnt und mit Salzsäure<br />
gegen Kongorot angesäuert. Man extrahiert mit 50 ml Ether und schüttelt den Ether mit<br />
10 ml Wasser aus und anschließend nochmals mit 25 ml 5%iger Natriumcarbonatlösung. Die<br />
Carbonatlösung wird mit verd. Salzsäure angesäuert (Vorsicht Schäumen!), der entstandene<br />
Niederschlag abfiltriert und aus Wasser umkristallisiert.<br />
Grenzen: Elektrophile Substituenten am Kern stören die Reaktion.<br />
Tabelle K54<br />
Identifizierung von Phenolen<br />
Phenol<br />
Isoeugenol<br />
Resorcinolmonomethylether<br />
Eugenol<br />
Carvacrol<br />
Salicylsäureethylester<br />
o-Brom-phenol<br />
m-Cresol<br />
2,4-Dirnethyl-phenol<br />
o-Cresol<br />
m-Brorn-phenol<br />
p-Cresol<br />
2,4-Dibrorn-phenol<br />
Phenol<br />
2,4-Dichlor-phenol<br />
p-Chlor-phenol<br />
Salol<br />
o-Nitro-phenol<br />
2,6-Dirnethyl-phenol<br />
Thyrnol<br />
Hydrochinonrnonornethylether<br />
p-Brorn-phenol<br />
2,4,6-Trichlor-phenol<br />
2,4,5-Trirnethyl-phenol<br />
2,5-Dirnethyl-phenol<br />
2,3-Dirnethyl-phenol<br />
Vanillin<br />
a-Naphthol<br />
2,4,6-Tribrorn-phenol<br />
m-Nitro-phenol<br />
Brenzcatechin<br />
Chlorhydrochinon<br />
5-Methyl-resorcinol<br />
Resorcinol<br />
F<br />
-17,5<br />
- 9,1<br />
1<br />
1<br />
5<br />
12<br />
27<br />
31<br />
32<br />
36<br />
36<br />
42<br />
43<br />
43<br />
42<br />
45<br />
49<br />
51<br />
55<br />
64<br />
67<br />
71<br />
75<br />
75<br />
80<br />
94<br />
95<br />
97<br />
105<br />
106<br />
107<br />
110<br />
Kp 1 )<br />
267<br />
243<br />
253<br />
237<br />
234<br />
194<br />
202<br />
211<br />
192<br />
236<br />
200<br />
238<br />
182<br />
209<br />
217<br />
173/1,6(12)<br />
216<br />
203<br />
233<br />
244<br />
236<br />
232<br />
212<br />
285<br />
280<br />
194/9,3(70)<br />
245<br />
263<br />
290<br />
276<br />
Benzoat<br />
103<br />
133<br />
69<br />
837)<br />
87<br />
86<br />
56<br />
1657)<br />
1387)<br />
88<br />
71<br />
98<br />
71<br />
97<br />
93<br />
80<br />
59<br />
41<br />
1037)<br />
87<br />
102<br />
75<br />
63<br />
61<br />
58<br />
785)<br />
2577)<br />
81<br />
95<br />
S4 3 )<br />
13O 3 )<br />
88 3 )<br />
117 3 )<br />
Phenylurethan<br />
118 2 )<br />
1524)<br />
124<br />
101<br />
137<br />
98<br />
124<br />
103<br />
145<br />
115<br />
126<br />
148<br />
111<br />
133<br />
107<br />
144<br />
110<br />
166<br />
173<br />
116<br />
178<br />
168<br />
129<br />
169<br />
154 3 )<br />
164 3 )<br />
a-Naphthylurethan<br />
150<br />
129<br />
122<br />
104<br />
129<br />
128<br />
135<br />
142<br />
!46<br />
133<br />
166<br />
113<br />
176<br />
160<br />
168<br />
173<br />
152<br />
153<br />
167<br />
160<br />
Bromderivat<br />
94 3 )<br />
1045)<br />
1186)<br />
46<br />
95 5 )<br />
845)<br />
1795)<br />
S6 3 )<br />
1085)<br />
955)<br />
955)<br />
68<br />
90 3 )<br />
117 3 )<br />
79<br />
55<br />
1455)<br />
95 3 )<br />
35<br />
79 3 )<br />
160<br />
105 3 )<br />
9l 3 )<br />
1926)<br />
1045)<br />
117 3 )<br />
Aryloxyessigsäure<br />
94<br />
118<br />
100<br />
149<br />
143<br />
102<br />
142<br />
154<br />
108<br />
136<br />
153<br />
101<br />
141<br />
156<br />
158<br />
149<br />
111<br />
154<br />
177<br />
132<br />
118<br />
187<br />
189<br />
192<br />
155<br />
131<br />
194
Tabelle E. 54 (Fortsetzung)<br />
Phenol<br />
Bromhydrochinon<br />
p-Nitro-phenol<br />
2,4-Dinitrophenol<br />
p-Hydroxy-benzaldehyd<br />
Pikrinsäure<br />
ß-Naphthol<br />
2,5-Dihydroxy-toluen<br />
Pyrogallol<br />
Hydrochinon<br />
Phloroglucinol<br />
1) Druck in kPa (Torr)<br />
2 ) cis-Form<br />
3 ) Di-Derivat<br />
4 ) trans-Form<br />
5) Tri-Derivat<br />
6 ) Tetra-Derivat<br />
7 ) Dinitrobenzoat<br />
100<br />
(AP))P-H<br />
E. Identifizierung: 2.5. Identifizierung von Hydroxyverbindungen 729<br />
F Kpi)<br />
110<br />
114<br />
114<br />
115<br />
122<br />
123 285<br />
125<br />
133 293<br />
169 286<br />
218<br />
OOH<br />
Benzoat<br />
!42<br />
132<br />
72<br />
163<br />
107<br />
12O 3 )<br />
895)<br />
204 3 )<br />
1735)<br />
CCl4<br />
Phenylurethan<br />
148<br />
121<br />
136<br />
158<br />
1735)<br />
224 3 )<br />
1905)<br />
a-Naphthylurethan<br />
151<br />
157<br />
Bromderivat<br />
186 3 )<br />
142<br />
118<br />
18l 3 )<br />
84<br />
158 3 )<br />
186 3 )<br />
1515)<br />
(Ar))C-OH v w J v/cnf<br />
3800 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 UOO 1200 1000 800700 600 500 400<br />
Abb. E.55<br />
IR-Spektrum von Phenol in Lösung (Kombination der Spektren in CS2 und CCl4)<br />
3600 3400 J200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1600 1600 UOO 1200 1000 800700 600 500400<br />
Abb. E.56<br />
IR-Spektrum von p-Nitro-phenol, fest in KBr<br />
Aryloxyessigsäure<br />
186<br />
148<br />
198<br />
155<br />
198
730 E. Identifizierung: 2.6. Identifizierung von Kohlenwasserstoffen<br />
2.6. Identifizierung von Kohlenwasserstoffen<br />
2.6.1. Alkane und Cycloalkane<br />
Gesättigte Kohlenwasserstoffe werden durch ihre chemische Indifferenz bzw. geringe Reaktionsfähigkeit<br />
gegenüber den im Labor gebräuchlichen Reagenzien erkannt. In einfachen<br />
Fällen kann ihre Identifizierung durch Bestimmung physikalischer Konstanten (Schmelztemperatur,<br />
Siedetemperatur, Brechungsindex, Dichte, Molrefraktion) erfolgen.<br />
Tabelle E.57<br />
Identifizierung von Alkanen und Cycloalkanen<br />
Kohlenwasserstoff Df<br />
Isopentan<br />
Pentan<br />
Cyclopentan<br />
2,3-Dimethyl-butan<br />
Hexan<br />
Cyclohexan<br />
Heptan<br />
2,2,4-Trimethyl-pentan<br />
Methylcyclohexan<br />
2,5-Dimethyl-hexan<br />
Octan<br />
Nonan<br />
trans-p-Menthan<br />
cis-p-Menthan<br />
Decan<br />
trans-Decalin<br />
cis-Decalin<br />
100<br />
5 60<br />
^t<br />
9»<br />
S CO<br />
3<br />
lo<br />
28<br />
36<br />
50<br />
58<br />
69<br />
80<br />
98<br />
99<br />
101<br />
109<br />
125<br />
151<br />
170<br />
171<br />
174<br />
187<br />
195<br />
1,3536<br />
1,3574<br />
1,4093<br />
1,3750<br />
1,3750<br />
1,4263<br />
1,3878<br />
1,3914<br />
1,4231<br />
1,3924<br />
1,3890<br />
1,4054<br />
1,4368<br />
1,4431<br />
1,4120<br />
1,4695<br />
1,4810<br />
H ,., l" 3 XCH3<br />
1 ^-TiV CH3-C-CH2-CH<br />
U<br />
0,6196<br />
0,6260<br />
0,7450<br />
0,6615<br />
0,6593<br />
0,7786<br />
0,6837<br />
0,6919<br />
0,7694<br />
0,6942<br />
0,7028<br />
0,7176<br />
0,7928<br />
0,8002<br />
0,7300<br />
0,8699<br />
0,8965<br />
V/cm' 1<br />
3600 3COO 9200 9000 2803 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800700 600 500 400<br />
Abb. E.58<br />
IR-Spektrum von 2,2,4-Trimethyl-pentan, flüssig in Substanz<br />
*) typische Aufspaltung bei tert-Butyl- und Isopropylgruppen
E. Identifizierung: 2.6. Identifizierung von Kohlenwasserstoffen 731<br />
CHj.<br />
CU^CH-CH2-C(CHJ3<br />
" 0 T 2 " -C(CH3I3<br />
1 iJ<br />
-C(CH3I3<br />
(C<br />
X i<br />
^y2CH-<br />
I (CH3J2CH-<br />
«'ftP<br />
55 50 45 40 35 30 25 20 15<br />
Abb. E.59<br />
13 C-NMR-Spektrum von 2,2,4-Trimethyl-pentan in CDCl3<br />
2.6.2. Aromatische Kohlenwasserstoffe<br />
Aromatische Kohlenwasserstoffe werden durch Substitution am Kern oder durch Oxidation<br />
vorhandener Seitenketten identifiziert. Bisweilen ist die Darstellung von Pikraten möglich.<br />
2.6.2.1. Darstellung der Sulfonamide<br />
Arbeitsvorschrift s. D.5.1.4. und D.8.5. Anmerkungen vgl. auch E.2.9.2.<br />
Grenzen: Halogentoluene müssen während der Sulfochlorierung 10 Minuten auf 5O 0 C<br />
erhitzt werden. Polyhalogenbenzene benötigen drastischere Bedingungen (100 0 C, eine Stunde,<br />
kein Lösungsmittel). Die Reaktion ist auch auf Arylether anwendbar.<br />
2.6.2.2. Darstellung der o-Aroyl-benzoesäuren<br />
Arbeitsvorschrift s. D.5.1.8.1.<br />
Auch die Arylhalogenide sind auf diese Weise gut charakterisierbar. Falls die Aroylbenzoesäure<br />
nicht sofort kristallisiert, läßt man über Nacht stehen.<br />
Die Äquivalentmassebestimmung der Aroylbenzoesäure erfolgt gemäß E.2.2.5.5.; Umrechnung<br />
auf die Molmasse des unbekannten Aromaten:<br />
Molmasse (Aromat) = Äquivalentmasse (Aroylbenzoesäure) - 148,1. [E.60]<br />
2.6.2.3. Darstellung der Nitroderivate<br />
Arbeitsvorschrift s. E. 1.2.2.1.<br />
Die erhaltenen Nitroverbindungen werden entsprechend E.2.7. identifiziert.<br />
2.6.2.4. Darstellung der Pikrinsäureaddukte<br />
Gleiche Mengen Pikrinsäure und Substanz werden bis zum Schmelzen auf dem Wasserbad<br />
erhitzt. Nach dem Abkühlen wird das Addukt gepulvert und umkristallisiert. Zersetzt es sich<br />
beim Umkristallisieren, wird nur ein- bis zweimal mit Ether gewaschen und getrocknet.<br />
Analog können Styphnate und Pikrolonate hergestellt werden.
732 E. Identifizierung: 2.6. Identifizierung von Kohlenwasserstoffen<br />
2.6.2.5. Oxidation mit Permanganat oder Chromsäure<br />
Arbeitsvorschrift s. D.6.2.1.<br />
Grenzen: vgl. auch D.6.2.1. o-Dialkyl-benzene sind nur alkalisch oxidierbar, mit Chromsäure<br />
in Eisessig tritt Zersetzung ein. Einige mehrkernige Aromaten werden durch die Chromsäure -<br />
oxidation in Chinone übergeführt (Anthracen, Phenanthren).<br />
Tabelle E.61<br />
Identifizierung von aromatischen Kohlenwasserstoffen<br />
Kohlenwasserstoff<br />
Benzen<br />
Toluen<br />
Ethylbenzen<br />
p-Xylen<br />
m-Xylen<br />
o-Xylen<br />
Curnen<br />
Propylbenzen<br />
Mesitylen<br />
Pseudocurnen<br />
p-Cymen<br />
Butylbenzen<br />
Duren<br />
Tetralin<br />
Naphthalen<br />
a-Methyl-naphthalen<br />
ß-Methyl-naphthalen<br />
Biphenyl<br />
Acenaphthen<br />
Fluoren<br />
Phenanthren<br />
Anthracen<br />
Kp<br />
80<br />
110<br />
135<br />
138<br />
139<br />
144<br />
151<br />
!58<br />
164<br />
169<br />
177<br />
182<br />
193<br />
207<br />
218<br />
241<br />
241<br />
255<br />
278<br />
294<br />
340<br />
351<br />
F<br />
5<br />
13<br />
79<br />
80<br />
34<br />
70<br />
95<br />
114<br />
100<br />
216<br />
Sulfonamid<br />
148<br />
137<br />
109<br />
147<br />
137<br />
144<br />
107<br />
110<br />
141<br />
181<br />
115<br />
155<br />
erst nach Entfernen des Kristallwassers bei 10O 0 C im Vakuum.<br />
100<br />
i, 60<br />
5 40<br />
Aroylbenzoesäure<br />
128D<br />
138 1 )<br />
122<br />
132<br />
126<br />
178<br />
133<br />
126<br />
212<br />
124<br />
97<br />
264<br />
154<br />
173<br />
168<br />
190<br />
226<br />
198<br />
228<br />
Pikrat<br />
84<br />
88<br />
97<br />
90<br />
91<br />
88<br />
103<br />
97<br />
97<br />
150<br />
141<br />
115<br />
162<br />
84 (79)<br />
143<br />
138<br />
3600 3U» 3200 3000 28X 2600 2^00 2200 2000 1800 1600 KOO 1200 1000 800700 600 500 400<br />
Abb. E.62<br />
IR-Spektrum vonp-Cymen, flüssig in Substanz<br />
v/cm<br />
n 2 ?<br />
1,5011<br />
1,4969<br />
1,4959<br />
1,4958<br />
1,4972<br />
1,5054<br />
1,4915<br />
1,4920<br />
1,4994<br />
1,5049<br />
1,4909<br />
1,4898<br />
1,5414<br />
1,6182
E. Identifizierung: 2.6. Identifizierung von Kohlenwasserstoffen 733<br />
-^<br />
CHj-Q-CHiCH^ ^x-J"<br />
Hv/H CH,CH3 ,<br />
H"<br />
/N H H<br />
H m<br />
x$ >+**)*'**•<br />
.*JA- .<br />
CH3^<br />
r<br />
CH, £Ho,<br />
/% I<br />
(f/ppm<br />
110 10,0 9,0 8,0 70 6.0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 O<br />
Abb. E.63<br />
iH-NMR-Spektrum vonp-Cymen in CDCl3<br />
2.6.3. Alkene und Alkine<br />
In vielen Fällen gelingt die Identifizierung über die Bromaddukte (vgl. D.4.I.4.), die Oxidation<br />
an der Doppelbindung mit Kaliumpermanganat (vgl. D.6.5.I.), die Ozonierung und Überführung<br />
in die Aldehyde (vgl. D.4.1.7.) sowie die Epoxidierung und Umlagerung zu Ketonen bzw.<br />
Aldehyden (vgl. D.4.I.6.). Die Ozonierung und die Hydrierung (vgl. D.4.5.) können zur quantitativen<br />
Bestimmung der Olefine dienen.<br />
2.6.3.1. Überführung in die Carbonylverbindungen<br />
Allgemeine Arbeitsvorschrift s. D.9.1.1.1. und D.7.1.1.<br />
Die Darstellung der Epoxide kann man auch mit 40%iger Peressigsäure durchführen. 1 )<br />
Grenzen: «,^-ungesättigte Carbonsäuren reagieren nicht. Olefine mit mittelständiger Doppelbindung<br />
können isomere Ketone ergeben.<br />
2.6.3.2. Hydratation von Acetylenderivaten<br />
Arbeitsvorschrift s. D.4.1.3.<br />
Die entstehenden Ketone werden als 2,4-Dinitro-phenylhydrazone identifiziert. 2 )<br />
Tabelle E.64<br />
Identifizierung von Alkenen und Alkinen<br />
Kohlenwasserstoff D20 „20 Dibromderivat Andere Derivate<br />
Pent-2-en<br />
Pent-1-in<br />
Cyclopentadien<br />
Cyclopenten<br />
Diallyl<br />
Hex-l-in<br />
Cyclohexadien<br />
Cyclohexen<br />
Phenylacetylen<br />
Styren<br />
(±)-a-Pinen<br />
36<br />
40<br />
42<br />
46<br />
59<br />
70<br />
80<br />
84<br />
140<br />
146<br />
156<br />
0,651 1L,3789<br />
0,688 ,4079<br />
0,805 ,4470<br />
0,774 ,4223<br />
0,690 ,4010<br />
0,712 ,3989<br />
0,840 ,4756<br />
0,810 ,4465 Adipinsäure 152<br />
0,930 ,5524<br />
0,925 ] 1,5485 73<br />
0,859 ] 1,4656 170<br />
1) SHAREFKIN, J. G.; SHWERZ, H. E., Analyt. Chem. 33 (196!), 635; vgl. auch D.4.1.6.<br />
2) Vgl. hierzu: SHAREFKIN, J. G.; BOGHOSIAN, E. M., Analyt. Chem. 33 (1961), 640.
734 E. Identifizierung: 2.6. Identifizierung von Kohlenwasserstoffen<br />
Tabelle E.64 (Fortsetzung)<br />
Kohlenwasserstoff<br />
L-Camphen<br />
D- oder L-Limonen<br />
DL-Limonen (Dipenten)<br />
Inden<br />
Stuben (E) F 125<br />
160<br />
178<br />
178<br />
180<br />
306<br />
020<br />
0,822<br />
0,841<br />
0,841<br />
0,992<br />
« 2 D° Dibromderivat Andere Derivate<br />
1,4621<br />
1,4721<br />
1,4728<br />
1,5710<br />
89<br />
104 Tetrabromid Pikrat 98<br />
124 Tetrabromid Pikrat 94<br />
3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 UOO 1200 1000 800700 600 500 400<br />
Abb. E.65<br />
IR-Spektrum von Styren, flüssig in Substanz<br />
Abb. E.66<br />
iH-NMR-Spektrum von a-Methyl-styren in CDCl3<br />
100<br />
3? 80<br />
&<br />
^ 60<br />
I<br />
i 20<br />
237<br />
2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2,0 1,9<br />
9600 3400 3200 3000 2800 2600 2U)O 2200 2000 1000 1600 KOO 1200 1000 600700 600 600 400<br />
Abb. E.67<br />
IR-Spektrum von Phenylacetylen, flüssig in Substanz
E. Identifizierung: 2.8. Identifizierung von Sulfanylverbindungen 735<br />
2.7. Identifizierung von Nitro- und Nitrosoverbindungen<br />
Nitro- und Nitrosoverbindungen werden in saurer Lösung zu den entsprechenden Aminen<br />
reduziert und anschließend nach E.2.1. identifiziert.<br />
2.7.1. Darstellung der Amine mit Zinn/Salzsäure<br />
Arbeitsvorschrift s. D.8.1.<br />
Grenzen: Nach der Reduktion mit Zinn und Salzsäure fällt beim Alkalisieren oft Zinnsäure aus,<br />
die das entstandene Amin adsorptiv bindet. Man versuche dann, das Amin mit Wasserdampf abzutreiben.<br />
Auch Azoxy-, Azo- und Hydrazoverbindungen geben die entsprechenden Amine.<br />
2.7.2. Darstellung der Amine mit Hydrazinhydrat/Raney-Nickel<br />
Arbeitsvorschrift s. D.8.1.<br />
2.8. Identifizierung von Sulfanylverbindungen<br />
Die Überführung von Thiolen und Thiophenolen in ihre Derivate erfolgt wie bei den Sauerstoffhomologen.<br />
2.8.1. Darstellung der 3,5-Dinitro-thiobenzoate<br />
Arbeitsvorschrift s. D.7.1.4.1.<br />
2.8.2. Darstellung der 2,5-Dinitro-phenylsulfide und deren Oxidation<br />
zu Sulfonen<br />
Arbeitsvorschrift s. D.5.2.1.<br />
Oxidation zu Sulfonen:<br />
l g Sulfid wird in der gerade notwendigen Menge Eisessig gelöst, tropfenweise mit 4 ml<br />
30%igem Wasserstoffperoxid versetzt und anschließend 30 Minuten mit aufgesetztem Rückflußkühler<br />
auf dem Wasserbad erhitzt. Nach dem Stehen über Nacht versetzt man mit 20ml<br />
Eiswasser, saugt ab und kristallisiert aus Heptan um.<br />
2.8.3. Äquivalentmassebestimmung i)<br />
Etwa 0,2g des entsprechenden Thiols werden exakt eingewogen, in 50 bis 100 ml 20%igem<br />
wäßrigem Ethanol gelöst und mit einer 0,1 N lodlösung in Kaliumiodid gegen Stärke titriert<br />
(Blindprobe!)<br />
> Zur komplexometrischen Thiolbestimmung vgl. OELSNER, W., HEUBNER, G., Chem. Tech. 16 (1964), 432.
736 E. Identifizierung: 2.9.<br />
v . , . Einwaage m g • 1000<br />
Aquivalentmasse = . T .... & £ TT-TT<br />
n ml lodlosung • Normalität<br />
Grenzen: Kalium- oder Natriumxanthogenate werden ebenfalls erfaßt.<br />
Tabelle E.69<br />
Identifizierung von Thielen<br />
Thiol<br />
Methan-<br />
Ethan-<br />
Propan-2-<br />
Propan-1-<br />
2-Methy 1-propan- 1 -<br />
Butan-1-<br />
3-Methyl-butan-l-<br />
Pentan-1-<br />
Ethan-l,2-di-<br />
Hexan-1-<br />
Cyclohexan-<br />
Thiophenol<br />
Propan-l,3-di-<br />
Heptan-1-<br />
Phenylmethan-<br />
Octan-1-<br />
2-Phenyl-ethan-lm-Thiocresol<br />
a-Thionaphthol<br />
o-Thiocresol<br />
p-Thiocresol<br />
p-Chlor-thiophenol<br />
p-Brom-thiophenol<br />
ß-Thionaphthol<br />
^ 20<br />
Druck in kPa (Torr)<br />
Kpi) F<br />
6<br />
36<br />
56<br />
67<br />
88<br />
97<br />
117 43<br />
126<br />
146<br />
151<br />
159<br />
169<br />
67/2,4(18)<br />
176 53<br />
194<br />
199<br />
199<br />
200<br />
209<br />
194 15<br />
195 43<br />
53<br />
74<br />
81<br />
3,5-Dinitrobenzoat<br />
62<br />
62<br />
84<br />
52<br />
64<br />
49<br />
59<br />
40<br />
149<br />
82<br />
120<br />
78<br />
89<br />
2,4-Dinitrophenylsulfid<br />
!28<br />
115<br />
94<br />
81<br />
76<br />
66<br />
95<br />
80<br />
248<br />
74<br />
148<br />
121<br />
194<br />
101<br />
130<br />
98<br />
134<br />
91<br />
176<br />
101<br />
103<br />
123<br />
142<br />
145<br />
2,4-Dinitrophenylsulfon<br />
189<br />
160<br />
140<br />
128<br />
105<br />
92<br />
83<br />
97<br />
172<br />
161<br />
182<br />
145<br />
155<br />
190<br />
170<br />
190<br />
3600 30)0 3200 3000 2800 2600 24,00 2200 2000 1800 1600 KX 1200 1000 800700 600 500 400<br />
Abb. E.70<br />
IR-Spektrum von o-Mercapto-benzoesäure, fest in KBr<br />
2.9. Identifizierung von Sulfonsäuren<br />
[E.68]<br />
Die Methoden zur Charakterisierung von Sulfonsäuren entsprechen weitgehend denen zur<br />
Identifizierung von Carbonsäuren.
2.9.1. Darstellung der S-Benzyl-thiouroniumsulfonate<br />
E. Identifizierung: 2.9. 737<br />
0,2 g Sulfonsäure werden in 2 ml l N Natronlauge gelöst. Man setzt 2 Tropfen Methylrot zu und<br />
dann tropfenweise IN Natronlauge bis zum Umschlag des Indikators. Nun wird auf dem siedenden<br />
Wasserbad erhitzt und eine heiße Lösung von 0,5 g S-Benzyl-thiouroniumchlorid in 5 ml<br />
Wasser zugesetzt. Das Gemisch wird mit Eiswasser gekühlt, wobei das gewünschte Salz kristallin<br />
ausfällt. Falls nötig, reibt man mit dem Glasstab; Substanzen mit hydrophilen Gruppen werden<br />
mit Kochsalz ausgesalzen. Umkristallisiert wird aus Wasser oder verd. Alkohol.<br />
2.9.2. Darstellung der Sulfonamide 1 )<br />
Arbeitsvorschrift zur Darstellung des Sulfochlorids s. D.5.I.4.; Darstellung der Amide s.<br />
Arbeitsvorschrift D.8.5.<br />
Zur Darstellung der Anilide muß das Sulfochlorid mit so viel überschüssigem Anilin umgesetzt<br />
werden, daß die in Freiheit gesetzte Salzsäure gebunden wird. Das Endprodukt wird mit<br />
verdünnter Salzsäure ausgefällt und umkristallisiert.<br />
2.9.3. Äquivalentmassebestimmung<br />
Die Bestimmung der Äquivalentmasse erfolgt wie bei den Carbonsäuren durch direkte Titration<br />
der Säure mit 0,1 N Natronlauge gegen Phenolphthalein.<br />
Grenzen: Man achte bei der Berechnung darauf, daß die meisten Sulfonsäuren Kristallwasser<br />
enthalten! Da sie meist hygroskopisch sind, lassen sie sich auch schlecht handhaben.<br />
Tabelle £.77<br />
Identifizierung von Sulfonsäuren<br />
Sulfonsäure<br />
p-Toluen-<br />
3-Nitro-benzen-<br />
2,5-Dimethyl-benzen-<br />
Benzeno-Toluen-<br />
3,4-Dimethyl-benzen-<br />
2,4-Dimethyl-benzen-<br />
4-Chlor-benzen-<br />
Naphthalen-1-<br />
Naphthalen-2-<br />
4-Brom-benzen-<br />
Naphth-6-ol-2-<br />
3-Sulfo-benzoesäure<br />
2-Sulfo-benzoesäure<br />
4-Sulfo-benzoesäure<br />
Sulfanilsäure<br />
4-Hydroxy-benzen-<br />
F<br />
38<br />
48<br />
48<br />
51<br />
57<br />
64<br />
68<br />
68<br />
91<br />
103<br />
125<br />
133<br />
134<br />
260<br />
290<br />
!) Spaltung der Sulfonamide s. E.2.U.2.<br />
Mit x H2O<br />
JC<br />
1<br />
2<br />
1<br />
2<br />
2<br />
2<br />
1<br />
2<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
F<br />
106<br />
86<br />
46<br />
(140...150)<br />
55<br />
95<br />
67<br />
90<br />
124<br />
98<br />
69<br />
94<br />
Amid<br />
137<br />
167<br />
148<br />
153<br />
156<br />
144<br />
138<br />
144<br />
150<br />
217<br />
166<br />
237<br />
170 di<br />
236 di<br />
165<br />
177<br />
Anilid<br />
103<br />
126<br />
112<br />
136<br />
110<br />
104<br />
152<br />
132<br />
119<br />
161<br />
194<br />
252 di<br />
200<br />
!41<br />
S-Benzylthiouroniumsulfonat<br />
182<br />
146<br />
184<br />
148<br />
170<br />
208<br />
146<br />
175<br />
137<br />
191<br />
170<br />
217<br />
164<br />
206<br />
213 di<br />
185<br />
169
738 E. Identifizierung: 3. Trennung von Gemischen<br />
3. Trennung von Gemischen<br />
Die Trennung von Stoffgemischen ist für den Chemiker eine sich oft wiederholende Aufgabe.<br />
Sie ist bisweilen kompliziert und kann im Gegensatz zur konventionellen anorganischen Analyse<br />
in der organischen Chemie auf Grund der Verschiedenartigkeit der Reaktionsmöglichkeiten<br />
organischer Verbindungen auf vielen Wegen durchgeführt werden. Deshalb ist die Aufstellung<br />
eines allgemeingültigen Trennungsverfahren nicht möglich, trotz vielfacher lobenswerter<br />
Bemühungen (vgl. auch die Literaturhinweise).<br />
In der Mehrzahl sind Vielstoffgemische leicht durch einfache physikalische Verfahren (fraktionierte<br />
Destillation oder Kristallisation (vgl.A.2.3.3. und A.2.2.), Wasserdampfdestillation,<br />
Sublimation, Chromatographie usw.) zerlegbar.<br />
In vielen Fällen sind auch chemische Trennverfahren möglich. Beispielsweise lassen sich<br />
Phenole und Carbonsäuren mit Natronlauge von anderen Substanzen abtrennen, andererseits<br />
sind die schwächer basischen Phenole meist nicht mehr in Soda oder Bicarbonat löslich. Amine<br />
sind als etherunlösliche Salze von anderen Stoffen abtrennbar. Die relativ stark basischen aliphatischen<br />
Amine kann man aus etherischer Lösung mit CO2 als Carbamidate ausfällen, was<br />
bei aromatischen Aminen nicht gelingt. Auf diese Weise lassen sich sogar zwei primäre Amine<br />
mit annähernd gleicher Siedetemperatur auf chemischem Wege einfach voneinander trennen.<br />
Eine andere, ebenfalls unkomplizierte Auftrennung gelingt durch die unterschiedliche Löslichkeit<br />
der organischen Stoffe in polaren und unpolaren Lösungsmitteln und in Säuren und<br />
Basen (vgl. auch E. 1.1.5.).<br />
Im allgemeinen können mit diesen Methoden komplexe Gemische schon weitgehend aufgetrennt<br />
werden, so daß schließlich im ungünstigen Falle nur 2 bis 3 Stoffe nebeneinander nachgewiesen<br />
werden müssen.<br />
Zur Lösung solcher Aufgaben sind dann vornehmlich chromatographischen Verfahren, wie<br />
die Dünnschicht- (vgl. A.2.7.2.), Gas- (vgl. A.2.7.4.) und Hochleistungsflüssigchromatographie<br />
(vgl. A.2.7.3.) geeignet.<br />
Nach der chromatographischen Trennung werden die Komponenten des Gemisches mit<br />
spektroskopischen Methoden charakterisiert und identifiziert.<br />
Direkt im Gemisch sollte man Substanzen nur dann in Derivate überführen, wenn diese<br />
leicht isolierbar und eine Trennung des Gemisches sehr schwierig ist.<br />
Natürlich kann für die Trennung über Derivate ebenfalls kein allgemeingültiges Rezept<br />
gegeben werden. Die jeweils einzuschlagende Trennmethode muß vom Analysierenden an<br />
Hand der Vorproben und der erkannten funktioneilen Gruppen selbst gewählt werden.<br />
Im folgenden Abschnitt E.4. sind einige Beispiele angeführt, bei denen oft eine Trennung<br />
nur unter Zuhilfenahme chemischer Reaktionen gelingt.<br />
4. Aufgaben zur Identifizierung und Trennung<br />
organisch-chemischer Verbindungen<br />
1. Was müssen Sie beachten bei der Charakterisierung von:<br />
1.1. Aminoaldehyden, Aminoketonen<br />
1.2. Aminosäuren<br />
1.3. Hydroxycarbonsäuren<br />
1.4. Dicarbonsäurehalbestern<br />
1.5. ß-Oxo-carbonsäureestern?
E. Identifizierung: 4. Aufgaben zur Identifizierung und Trennung 739<br />
2. Beschreiben Sie die Trennung und Identifizierung folgender Substanzgemische:<br />
2.1. Butylalkohol (Kp 116) und Essigsäure (Kp 118)<br />
2.2. Ethanol (Kp 78) und Ethylmethylketon (Kp 80)<br />
2.3. Pentylamin (Kp 104) und Pyridin (Kp 116)<br />
2.4. Anilin (Kp 183) und Benzylamin (Kp 184)<br />
2.5. Ethanol (Kp 78), Ethyliodid (Kp 72) und Essigsäureethylester (Kp 77)<br />
2.6. Propionaldehyd (Kp 50) und Formaldehyddimethylacetal (Kp 45)<br />
2.7. Benzoylchlorid (Kp 197) und Benzylidendichlorid (Kp 205)<br />
2.8. Phthalimid, Anthracen und Salicylsäure<br />
2.9. Hydrochinonmonomethylether und Hydrochinondimethylether<br />
2.10. Styren (Kp 146) und m-Xylen (Kp 140)<br />
2.11. Nitrornethan (Kp 101) und Dipropylether (Kp 90)<br />
2.12. a-Naphthol und Nerolin<br />
2.13. tert-Butylalkohol (Kp 83) und Ethanol (Kp 78)<br />
2.14. Phenol, Benzoesäure und Phenetol<br />
2.15. Benzensulfochlorid und Benzensulfonsäure<br />
2.16. Butanthiol (Kp 98) und Propanol (Kp 98)<br />
2.17. Salicylsäurernethylester (Kp 222) und Benzoesäureethylester (Kp 213)<br />
2.18. Benzaldehyd (Kp 178), Benzylalkohol (Kp 205) und Benzoesäure<br />
2.19. Dipropylether (Kp 98) und Benzen (Kp 80)<br />
2.20. DL-Phenylalanin, DL-Arginin und ß-L-Asparaginsäure<br />
2.21. Glucose, Fructose und Galaktose<br />
5. Literaturhinweise<br />
VOGEL, A. L: Practical Organic Chernistry. - Longrnan Group, London 1966 (mit Schmelztemperaturtabellen).<br />
SHRINER, R. L.; HERMANN, C. K. F.; MORRILL, T. C.; CURTIN, D. Y.; FUSON, R. C.: The Systematic Identification<br />
of Organic Compounds. - John Wiley & Sons, New York 1997 (mit Schmelztemperaturtabellen).<br />
WILD, F.; Characterization of Organic Compounds. - University Press, Cambridge 1960 (mit Schmelztemperaturtabellen).<br />
STAUDINGER, H.; KERN, W.; KÄMMERER, H.: Anleitung zur organischen qualitativen Analyse. - Springer-<br />
Verlag, Berlin/Heidelberg/New York 1968.<br />
ROTH, H., u. a., in: HOUBEN-WEYL. Bd. 2 (1953).<br />
BAUER, K.H.; MOLL, H.: Die organische Analyse. - Akademische Verlagsgesellschaft Geest & Portig, Leipzig<br />
1967.<br />
FEIGL, F.; Spot Tests in Organic Analysis. - Eisevier, Amsterdam, London, New York, Princeton 1966.<br />
VEIBEL, S.: Analytik organischer Verbindungen. - Akademie-Verlag, Berlin 1960.<br />
KAISER, R.: Quantitative Bestimmung organischer funktioneller Gruppen. Methoden der Analyse in der<br />
Chemie. Bd. 4. - Akademische Verlagsgesellschaft, Frankfurt/M. 1966.<br />
UNTERMARK, W.; SCHICKE, W.: Schmelzpunkttabellen organischer Verbindungen. - Akademie-Verlag, Berlin<br />
1963.<br />
FRANKEL, M., u. a.: Tables for Identification of Organic Compounds. - The Chemical Rubber Comp., Cleveland/Ohio<br />
1964.<br />
KEMP, W.: Qualitative Organic Analysis. - McGraw-Hill, London 1979.<br />
FREI, R.; LAWRENCE, J.: Chemical Derivatization in Analytical Chemistry. - Plenum Press, New York 1981<br />
und 1982.<br />
KNAPP, D.: Handbook of Analytical Derivatization Reactions. - John Wiley & Sons, New York 1981.
F Eigenschaften, Reinigung und Darstellung<br />
wichtiger Reagenzien, Lösungsmittel und<br />
Hilfsstoffe (Reagenzienanhang)<br />
In der Gefahrstoffverordnung ist die Kennzeichnung gefährlicher Stoffe mit Hinweisen auf<br />
besondere Gefahren (R-Sätze) und mit Sicherheitsratschlägen (S-Sätze) vorgeschrieben. Diese<br />
Kennziffern werden bei jeder Substanz - sofern vorhanden - hier angegeben. Das Fehlen einer<br />
solchen Kennzeichnung bedeutet jedoch nicht, daß diese Stoffe ungefährlich sind.<br />
Das Verzeichnis der R- und S-Sätze befindet sich auf dem hinteren inneren Buchdeckel.<br />
Angegeben sind weiterhin die Gefahrklassen für Stoffe entsprechend der Verordnung über<br />
brennbare Flüssigkeiten (VbF), vgl. Kopf der Tabelle Gl.<br />
Zur Giftigkeit wichtiger Laborchemikalien vergleiche man auch Kapitel G. Bei einigen Substanzen<br />
werden Symptome und Soforthilfe im Falle einer Vergiftung bereits hier erwähnt.<br />
Acetaldehyd (Ethanal) CH3CHO<br />
Kp 20,8 0 C n 2 ? 1,3316<br />
Darstellung aus Paraldehyd: In einer Destillationsapparatur mit Kolonne wird Paraldehyd mit einem<br />
Tropfen konz. Schwefelsäure versetzt und so gelinde erwärmt, daß Acetaldehyd unter 35 0 C übergeht. Der<br />
Acetaldehyd wird in einer eisgekühlten Vorlage aufgefangen oder direkt in das Reaktionsgemisch<br />
destilliert.<br />
Vorsicht! Leichtentzündlich, gesundheitsschädlich. Explosionsgrenzen von Luft-Acetaldehyd-Gemischen: 4<br />
bis 57 Vol.-% Acetaldehyd.<br />
Acetaldehyddämpfe schädigen die Schleimhäute der Atemwege und können Herzklopfen und Magenstörungen<br />
hervorrufen. Verdacht auf cancerogene Wirkung.<br />
R-Sätze: 12-36/37-40; S-Sätze: 2-16-33-36/37. VbF: B<br />
Acetanhydrid (Essigsäureanhydrid) (CH3CO)2O<br />
Kp 139,6 0 C n 2 » 1,3904 D*> 1,082<br />
Acetanhyderid nydrolysiert mit warmem Wasser. Stark exotherme Reaktion (teilweise explosionsartig) mit<br />
wässrigen Säuren und Laugen.<br />
Verunreinigung: Essigsäure.<br />
Reinigung: Man kocht mit wasserfreiem Natriumacetat und destilliert anschließend.<br />
Vorsicht! Ätzend. Schon bei kurzer Einwirkung wird die Haut stark angegriffen.<br />
R-Sätze: 10-23; S-Satz: 26. VbF: All<br />
Aceton CH3COCH3<br />
Kp 56,2 0 C n 2 « 1,3591 DW 0,791<br />
Aceton ist mit Alkohol, Einer und Wasser in jedem Verhältnis mischbar. Mit Wasser bildet es kein Azeotrop.<br />
Reinigung und Trocknung: Käufliches Aceton ist für viele Zwecke rein genug. Man trocknet mit Molekularsieb<br />
3A möglichst nach der dynamischen Methode (vgl. A. 1.10.2) oder läßt etwa eine Stunde über<br />
Phosphor(V)-oxid stehen, wobei man von Zeit zu Zeit frisches Trockenmittel zusetzt. Für geringe Ansprüche<br />
genügt Trocknung über Calciumchlorid. Anschließend wird jeweils destilliert. Es ist zu beachten, daß<br />
beim Trocknen mit basischen (in geringem Umfang auch mit sauren) Trockenmitteln Kondensationsprodukte<br />
entstehen.
742 F. Reagenzienanhang<br />
Vorsicht! Leichtentzündlich. Explosionsgrenzen von Luft-Aceton-Gemischen: 1,6 bis !5,3 Vol.-% Aceton.<br />
R-Satz: 11; S-Satze: 9-16-23-33. KbF: B<br />
Acetonitril CH3CN<br />
Kp 81,5 0 C ng> 1,3441 D 2 O 0,782<br />
Acetonitril ist mit Wasser, Alkohol und Ether in jedem Verhältnis mischbar. Das Azeotrop mit Wasser siedet<br />
bei 76,7 0 C und enthält 84,1% Acetonitril.<br />
Technisches Acetonitril enthält meist Acrylonitril, Allylalkohol und Oxazol als Verunreinigungen.<br />
Reinigung und Trocknung: Man erwärmt mit ca. 0,1 g/ l Kaliumpermanganat eine Stunde lang auf 60 0 C<br />
und destilliert dann über eine wirksame Kolonne. Die ersten 10% werden ohne Rücklauf direkt abgetrieben,<br />
dann rektifiziert man. Trocknung mit Molekularsieb 3A,<br />
Vorsicht! Leichtentzündlich, giftig. Eine besondere Gefahr bildet der oft beträchtliche Gehalt an freier<br />
Blausäure (s. dort).<br />
R-Sätze: 11-23/24/25; S-Satze: 1/2-16-27-45. VbF: B<br />
Acetylen (Ethin) HC=CH<br />
In 10Og Aceton lösen sich bei 1,3 MPa (13 atm) und 15 0 C etwa 301 Acetylen.<br />
Acetylen ist in Substanz schon unter einem Druck von 0,2 MPa (2 atm) explosiv und wird deshalb in Stahlflaschen<br />
in Acetonlösung aufbewahrt. Die Lösung ist von einer porösen Masse (z. B. Kieselgur) aufgesogen.<br />
Um das Mitreißen von Aceton zu verhindern, sind Stahlflaschen mit Acetylen stehend zu verwenden.<br />
Technisches Acetylen enthält Phosphin (Geruch!).<br />
Reinigung und Trocknung: Zur Abtrennung von Phosphin leitet man das Gas durch einen Trockenturm,<br />
der mit einem Kaliumpermanganat-Schwefelsäure-Gemisch getränkte Kieselsäure enthält. Im Gas enthaltenes<br />
Aceton läßt sich durch Aktivkohle entfernen. Die Trocknung erfolgt über Phosphor(V)-oxid oder<br />
Molekularsieb 3A.<br />
Vorsicht! Leichtentzündlich. Explosionsgrenzen von Luft-Acetylen-Gemischen: 1,5 bis 80 Vol.-% Acetylen.<br />
Acetylen darf nicht mit Silber oder Kupfer bzw. ihren Legierungen in Berührung kommen, da sich explosive<br />
Acetylide bilden.<br />
Acetylen aus Stahlflaschen ist infolge seines Phosphingehalts giftig.<br />
R-Sätze: 5-6-12; S-Sätze: 9-16-33.<br />
Acrylonitril H2C=CHCN<br />
Kp 77 0 C n 2 » 1,3910 D*> 0,806<br />
Acrylonitril ist teilweise wasserlöslich; die Mischungslücke liegt im Konzentrationsbereich von 3 bis 88%.<br />
Das Azeotrop mit Wasser siedet bei 70,6 0 C und enthält 85,7% Acrylonitril.<br />
Reinigung und Trocknung: Man trocknet über Molekularsieb 4A und destilliert im Vakuum bei möglichst<br />
niedriger Temperatur. Im Handel erhältliches Acrylonitril enthält Polymerisationsstabilisatoren, die durch<br />
Destillation entfernt werden können.<br />
Vorsicht! Leichtentzündlich, giftig. Verdacht auf cancerogene Wirkung.<br />
Explosionsgrenzen von Luft-Acrylonitril-Gemischen: 3 bis 17 VoL-% Acrylonitril.<br />
Acrylonitril besitzt 1/30 der Giftigkeit von Blausäure.<br />
R-Sätze: 45-11-23/24/25-38; R-Sätze: 53-16-27-44.<br />
Aktivkohle<br />
Verunreinigungen: Zinkchlorid, Schwefelverbindungen.<br />
Reinigung: Man erhitzt die gepulverte Aktivkohle auf dem Wasserbad 2 bis 3 Stunden lang mit der<br />
4fachen Menge 20%iger Salpetersäure, wäscht mit Wasser säurefrei und trocknet bei 100 bis UO 0 C<br />
Alkohole<br />
Trocknung: VgI. Methanol, Ethanol. Zur Trocknung höherer Alkohole stellt man sich Magnesiummethanolatlösung<br />
her, indem man Magnesium mit der lOfachen Menge Methanol (Wassergehalt unter<br />
1%) und etwas Tetrachlorkohlenstoff 2-3 h unter Rückfluß kocht. 50 ml dieser Lösung gibt man zu l l des<br />
zu trocknenden Alkohols und erhitzt 2-3 h zum Sieden. Dann wird destilliert. So getrockneter Alkohol enthält<br />
Methanol. Für Reaktionen, bei denen Methanol stört, müssen die Alkohole nach besonderen Methoden<br />
getrocknet werden.<br />
AluminiumchJorid AlCIa<br />
Sublimiert ab etwa 18O 0 C<br />
Aluminiumchlorid ist sehr feuchtigkeitsempfindlich.
F. Reagenzienanhang 743<br />
Reinigung: Das Aluminiumchlorid soll ohne Rückstand sublimierbar sein. Schlechte Präparate werden<br />
durch Sublimation unter Feuchtigkeitsausschluß gereinigt.<br />
Achtung! Aluminiumchlorid ist ätzend. In trockenem Zustand reagiert es mit Wasser explosionsartig.<br />
R-Satz: 34; S-Satze: 1/2-7/8-28-45.<br />
Aliiminiiimisopropanolat (,,Aluminiumisopropylat") [(CHa)2CH-O]3Al 2 )<br />
Kp o,9(7) 130-140 °c F118 °c<br />
Darstellung: In einem 1-1-Kolben mit wirksamem Rückflußkühler und Calciumchloridrohr versetzt man<br />
l mol Aluminiumdraht oder -folie mit 300 ml absolutem Isopropanol 1 ) und 0,5g Quecksilber(II)-chlorid<br />
und erhitzt das Gemisch unter Rückfluß. Bei Siedebeginn werden 2 ml Tetrachlorkohlenstoff durch den<br />
Kühler zugegeben und das Erhitzen fortgesetzt, bis eine plötzliche Wasserstoffentwicklung einsetzt. Man<br />
entfernt die Heizquelle, gelegentlich muß sogar gekühlt werden. Wenn die Hauptreaktion vorüber ist, wird<br />
solange weitergekocht, bis sich alles Aluminium aufgelöst hat (etwa 6-12 h). Man entfernt das Lösungsmittel<br />
und destilliert den Rückstand im Vakuum unter Verwendung eines Luftkühlers. Gewöhnlich erstarrt<br />
das Produkt erst nach 1-2 Tagen. Ausbeute: 90-95%.<br />
Für die MEERWEIN-PONNDORF-VERLEY-Reaktion dient häufig eine l M Lösung in abs. Isopropanol, die in<br />
einer sorgfältig mit Paraffin abgedichteten Flasche mit Glasstopfen vorrätig gehalten werden kann.<br />
R-Satz: 11; S-Sätze: 2-8-16.<br />
Alummium-tert-butanolaf („Aluminium-tert-butylat") [(CHa)3C-O]3AI 2 )<br />
Achtung! Angeätztes Aluminium muß möglichst immer mit Flüssigkeit bedeckt sein, da es an der Luft stürmisch<br />
oxidert wird.<br />
Darstellung: l mol Aluminiumdraht, -folie oder -grieß wird in einem Becherglas mit 10%iger Natronlauge<br />
angeätzt. Sobald lebhafte Wasserstoffentwicklung einsetzt, gießt man die Lauge ab, wäscht dreimal mit<br />
Wasser und bedeckt das Aluminium mit 20%iger Quecksilber(II)-chloridlösung. Nach einer Minute wird<br />
abgegossen und der entstandene Schlamm mit Wasser weggespült. Anschließend wäscht man dreimal mit<br />
Methanol und zweimal mit abs. Benzen. Man läßt das Benzen gut ablaufen, gibt das Aluminium mit 17Og<br />
tert-Butylalkohol (über Natrium destilliert) in einen 1-1-Kolben und erhitzt unter Rückfluß (Calciumchloridrohr<br />
aufsetzen), bis eine Dunkelfärbung den Beginn der Reaktion anzeigt. Dann läßt man ohne zu heizen<br />
stehen. Falls die Reaktion nicht anspringt, fügt man 0,2 g Quecksilber(H)-chlorid oder 2 g Aluminiumisopropylat<br />
zu. Nach etwa 15 Stunden ist die Wasserstoffentwicklung beendet. Man versetzt mit 500 ml abs.<br />
Benzen, zentrifugiert und dampft im Vakuum ein. Um Lösungsmittelspuren zu entfernen, erhitzt man im<br />
Vakuum eine Stunde auf 10O 0 C. Ausbeute: 85%.<br />
Aluminium-tert-butanolat ist unter Feuchtigkeitsausschluß zu verarbeiten und aufzubewahren.<br />
Ammoniak NH3<br />
Kp-33,5 0 C<br />
Eine bei 15 0 C gesättigte wäßrige Lösung ist 35%ig und enthält im Liter 308g Ammoniak (D = 0,882). Die<br />
käufliche konz. Ammoniaklösung ist gewöhnlich 25%ig und enthält im Liter 227g Ammoniak (D = 0,91).<br />
Trocknung: Man trocknet gasförmiges Ammoniak mit Alkalihydroxid oder Natronkalk, bei hohen Ansprüchen<br />
zusätzlich mit Calciumspänen oder mit Molekularsieb 3A.<br />
Vorsicht! Giftig. Explosionsgrenzen von Luft-Ammoniak-Gemischen: 15,5 bis 27 Vol.-% Ammoniak.<br />
Gasförmiges Ammoniak reizt die oberen Atemwege und die Augen. In schweren Fällen treten Kreislaufstörungen<br />
und Speiseröhrenkrämpfe auf, nachfolgend können sich eine Lungenentzündung oder ein<br />
Lungenödem ausbilden. Es ist Atemfilter K (grün) zu verwenden.<br />
Erste Hilfe: Man bringt den Verunglückten an die frische Luft und läßt ihn Kamillentee- oder Essigwasserdämpfe,<br />
in bedrohlichen Fällen auch durch 5- bis 7%ige Essigsäure geleiteten Sauerstoff (30 Minuten lang,<br />
keine Druckatmung) einatmen. Verätzte Augen sind 15 Minuten lang mit Wasser, dann mit 0,9%iger Kochsalzlösung<br />
zu spülen, chemische Gegenmittel vermeide man.<br />
R-Sätze: 10-23-34-50; S-Sätze: 7/9-16-26-36/37/39-45-61.<br />
Anilinphthalatlösung<br />
0,93g Anilin und ! ,66 g Phthalsäure werden in 100 ml wassergesättigtem Butylalkohol gelöst.<br />
J) Käuflichen Isopropanol über 5 Masse-% Natrium destillieren.<br />
2) VgI. auch SCHMIDT, F.; BAYER, E., in HOUBEN -WEYL. Bd. 6/2 (1963) S. 16-2L
744 F. Reagenzienanhang<br />
Benzaldehyd C6H5CHO<br />
Kp 179 0 C Kp,,6(i2)65°C n 2 ? 1,5448<br />
Benzaldehyd ist mit Wasserdampf flüchtig.<br />
Verunreinigungen: Das käufliche Produkt enthält immer Benzoesäure (Autoxidation, vgl. [1.4O]).<br />
Vor jeder Reaktion ist der Aldehyd im Vakuum frisch zu destillieren.<br />
Gesundheitsschädlich.<br />
R-Satz: 22; S-Satz: 24. KbF: AIII<br />
Benzen C6H6<br />
KpSO 0 C F 5,5 0 C n 2 ° 1,5010 D 2 /* 0,879<br />
Benzen löst bei 2O 0 C 0,06% Wasser, Wasser bei der gleichen Temperatur 0,07% Benzen. Das azeotrope<br />
Gemisch mit Wasser siedet bei 69,25 0 C und enthält 91,17% Benzen. Ternäres azeotropes Gemisch mit<br />
Wasser und Ethanol: s. Ethanol.<br />
Verunreinigungen: Technisches Benzen kann bis zu 0,15% Thiophen enthalten. Prüfung mit Isatin/Schwefelsäure<br />
(Indopheninreaktion).<br />
Trocknung: Benzen kann durch azeotrope Destillation getrocknet werden; man verwirft dabei etwa die<br />
ersten 10 % des Destillats. Besser wird das Wasser durch Trocknen mit Molekularsieb 4A oder durch Einpressen<br />
von Natriumdraht entfernt. Man gibt dabei so oft frisches Natrium zu, bis sich kein Wasserstoff<br />
mehr entwickelt.<br />
Entfernung des Thiophens: Man versetzt l l Benzen mit 80 ml konz. Schwefelsäure und rührt das Gemisch<br />
bei Zimmertemperatur 30 Minuten kräftig durch. Die dunkel gefärbte Säureschicht wird abgetrennt und<br />
der Prozeß so oft wiederholt, bis die Säure nur noch schwach gefärbt ist. Das Benzen wird dann sorgfältig<br />
abgetrennt und destilliert.<br />
Vorsicht! Leichtentzündlich, giftig, krebserzeugend.<br />
Explosionsgrenzen von Luft-Benzen-Gemischen: 0,8 bis 8,6 Vol.-% Benzen.<br />
Benzen ist ein starkes Blutgift. Es kann auch durch die Haut aufgenommen werden. Chronische Vergiftungen<br />
führen zu Schädigungen der Leber und des Nervensystems.<br />
Alle Arbeiten mit Benzen unter einem gut ziehenden Abzug durchführen!<br />
Erste Hilfe bei Vergiftungen mit aromatischen Kohlenwasserstoffen: Benetzte Kleidung entfernen, benetzte<br />
Haut gründlich mit Wasser und Seife waschen. Falls die Augen betroffen wurden, 10 bis 15 Minuten unter<br />
fließendem Wasser spülen. Wenn das betreffende Lösungsmittel verschluckt wurde, Erbrechen auslösen<br />
oder als Abführmittel 3 ml/kg Körpergewicht Paraffinum liquidum 1 ), eventuell auch l Eßlöffel Natriumsulfat<br />
auf 250 ml Wasser geben. Keinesfalls Ricinusöl, Milch oder Alkohol verabfolgen! In schweren Fällen<br />
Sauerstoffbeatmung. Arzt konsultieren.<br />
R-Sätze: 45-11-23/24/25-48; S-Sätze: 53-45 VbF: AI<br />
Benzin<br />
Kp: ca 80-180 0 C<br />
Benzin ist ein Kohlenwasserstoffgemisch (s. auch Ligroin, Petrolether).<br />
Reinigung: s. Hexan.<br />
Achtung! Leichtentzündlich.<br />
Luft-Benzin-Gemische sind explosiv. Benzine brennen nicht ruhig ab, sondern verspritzen.<br />
VbF: AI<br />
Benzoylperoxid C6H5CO-O-O-COC6H5<br />
F107 0 C<br />
Zur Reinigung wird Benzoylperoxid in wenig kaltem Chloroform gelöst und mit Methanol ausgefällt. Das<br />
nasse Handelsprodukt wird im Vakuumexsikkator über Phosphor(V)-oxid getrocknet.<br />
Vorsicht! Explosionsgefahr! Benzoylperoxid darf nicht heiß umkristallisiert werden. F nur in Ausnahmefällen<br />
bestimmen!<br />
R-Sätze: 2-7-36-45; S-Sätze: 3/7-14-36/37/39.<br />
Bisulfitlauge<br />
Technische Bisulfitlauge ist eine gesättigte Lösung von Natriumhydrogensulfit und ist zur Darstellung der<br />
meisten Bisulfitadditionsprodukte von Carbonylverbindungen rein genug.<br />
) Deutsches Arzneibuch. 9. Ausgabe 1986. - Deutscher Apotheker Verlag Stuttgart; Govi Verlag.
F. Reagenzienanhang 745<br />
Darstellung von gesättigter Natriumhydrogensulfitlösung: l mol Ätznatron wird in 150 ml Wasser gelöst und<br />
unter Kühlung Schwefeldioxid bis zur Entfärbung von Phenolphthalein oder bis zur berechneten Massezunahme<br />
eingeleitet.<br />
Blausäure (Cyanwasserstoff) HCN<br />
Kp 25 0 C<br />
Cyanwasserstoff mischt sich in jedem Verhältnis mit Wasser, Alkohol und Ether. Wasserfreie Blausäure<br />
hat bei O 0 C einen Dampfdruck von 35,1 kPa (264 Torr).<br />
Blausäure entsteht häufig beim Arbeiten mit Cyaniden.<br />
Vorsicht! Leichtentzündlich, giftig. Die tödliche Dosis beträgt 50 mg. Blausäure hemmt die intracelluläre<br />
Atmung, da sie das Eisen der Atmungsfermente durch Komplexbildung unwirksam macht. Bei der Einatmung<br />
größerer Mengen tritt schon nach wenigen Sekunden plötzlich der Tod ein.<br />
Es ist Atemfilter B (grau) zu verwenden.<br />
Wurde die Verbindung in kleineren Mengen aufgenommen, treten neben Reizerscheinungen (insbesondere<br />
Rachenreizung) vor allem Wärme- und Schwindelgefühl, Ohrensausen, Sehstörungen, Speichelfluß, Erbrechen<br />
und Herzbeschwerden auf. Der Betroffene erholt sich nur schleppend und zeigt möglicherweise Spätschäden.<br />
Blausäure kann auch durch die Haut aufgenommen werden.<br />
Erste Hilfe: Alle Maßnahmen sind äußerst rasch durchzuführen! Der Retter muß an Selbstschutz denken,<br />
gewöhnliche Gasmaskenfilter sind unwirksam. Der Vergiftete wird an die frische Luft gebracht. Ist er bei<br />
Bewußtsein, läßt man Isopentylnitrit einatmen (jeweils 3 bis 6 Tropfen für 10 Sekunden in Abständen von<br />
2 Minuten, ohne ärztliche Anweisung jedoch nicht öfters als 5- bis 6mal, da die Gefahr eines zu starken<br />
Blutdruckabfalls besteht). Der Betroffene ist in Horizontallagerung zu belassen.<br />
Auf die Haut gelangte Blausäurespritzer sind mit Seife und Wasser gründlich abzuwaschen. Wurden Blausäure<br />
oder Cyanide verschluckt, gibt man sofort als Brechmittel Kochsalzlösung (l Eßlöffel auf ein Glas<br />
Wasser) oder eine Aufschwemmung von 10g Magnesiumoxid und 2g Eisen(II)-sulfat in 100 ml Wasser zu<br />
trinken und läßt erbrechen. Ohnmächtigen nichts einflößen! In dem Fall ist sofort der Arzt zu benachrichtigen.<br />
Abfallvernichtung: Man versetzt die schwach akalische Lösung mit 20%iger Eisen(II)-sulfatlösung und läßt<br />
längere Zeit stehen, oder oxydiert bei pH 10-11 mit Wasserstoffperoxid zum Isocyanat.<br />
R-Sätze: 12-16 S-Sätze: 7/9-16-36/37-38-45.<br />
Blei(IV)-acetat (CH3COO)4Pb<br />
Darstellung: In einem 2-1-Dreihalskolben mit Rührer und Innenthermometer erwärmt man ein Gemisch<br />
von 850 ml Eisessig und 170 ml Acetanhydrid auf 4O 0 C und trägt unter kräftigem Rühren 0,5 mol (343 g)<br />
Mennige so ein, daß die Temperatur nicht über 65 0 C ansteigt. Die Temperatur wird danach auf 60 bis<br />
65 0 C gehalten, bis eine klare Lösung entstanden ist. Beim Abkühlen kristallisiert das Blei(IV)-acetat aus.<br />
Es wird abgesaugt, aus Eisessig umkristallisiert und im Vakuumexsikkator getrocknet. Ausbeute etwa<br />
16Og.<br />
Blei(IV)-acetat hydrolysiert leicht zu Bleidioxid und Essigsäure, deshalb muß bei der Kristallisation und<br />
beim Absaugen die Luftfeuchtigkeit ferngehalten werden.<br />
Giftig.<br />
R-Sätze: 61-62-20/22-33; S-Sätze: 53-45.<br />
Brom Br2<br />
Kp58°c F-7,3 0 C D*> 3,14<br />
Zur Trocknung wird mit konz. Schwefelsäure geschüttelt.<br />
Vorsicht! Brom ist ein sehr starkes Ätz- und Atemgift. Flüssiges Brom bildet auf der Haut bereits nach<br />
kurzer Einwirkungsdauer Quaddeln und Blasen, bei längerer Einwirkung schmerzhafte, schwer heilende<br />
Geschwüre.<br />
Erste Hilfe: Die Haut wird mit Alkohol, dann mit Wasser und schließlich mit verd. wäßriger Sodalösung<br />
gewaschen. Verätzungen der Atmungsorgane werden ähnlich wie bei Chlor behandelt.<br />
R-Sätze: 26-35; S-Sätze: 7/9-26-45.
746 F. Reagenzienanhang<br />
JV-Brom-sucdnimid (NBS)<br />
F173 0 C<br />
Darstellung^): 1,62 mol (160 g) Succinimid werden in einer Mischung von 1,60 mol (64 g) Natriumhydroxid,<br />
30Og zerstoßendem Eis und 400 ml Wasser gelöst. 85 ml Brom werden unter kräftigem Rühren unter<br />
Außenkühlung auf einmal der Reaktionsmischung zugesetzt. Das Rühren wird l bis 2 Minuten fortgesetzt,<br />
hierauf filtriert man den entstandenen Niederschlag ab. Der Filterrückstand wird mit eiskaltem Wasser<br />
bromidfrei gewaschen. Man trocknet 8 Stunden über Phosphor(V)-oxid entweder im Exsikkator bei<br />
0,05 kPa (0,5 Torr) oder in der Trockenpistole bei 4O 0 C und 1,3 bis 2,7 kPa (10 bis 20 Torr). Die Ausbeute<br />
beträgt 75 bis 81 %. Das Produkt ist etwa 97%ig.<br />
R-Sätze: 22-36/37/38; S-Sätze:22-36<br />
Bromwasserstoff HBr<br />
Das Azeotrop mit Wasser siedet bei 126 0 C, enthält 47,5% Bromwasserstoff und ist 8,8molar (D = 1,48).<br />
Darstellung 2 -): Man gibt Tetralin (über Natriumsulfat getrocknet und destilliert) und einige Eisenfeilspäne<br />
in den Zweihalskolben der Apparatur nach Abbildung Fl. Anfangs wird das Brom unter Kühlung mit<br />
Wasser zugetropft. Wenn die Reaktion träger wird, erwärmt man im Wasserbad auf 30 bis 4O 0 C. Die<br />
nachgeschaltete Waschflasche ist mit Tetralin gefüllt und hält Bromdämpfe zurück. In der Gasfalle, die auf<br />
-60 0 C gekühlt ist, werden Wasser, Tetralin und Bromreste zurückgehalten.<br />
Abb. Fl<br />
Entwicklung von Bromwasserstoff<br />
Verbesserte Apparatur zur Darstellung von Bromwasserstoff: HUDLICKY, M., Chem. Listy 56 (1962), 1442.<br />
Benötigt man größere Menge Bromwasserstoff, ist die Darstellung aus Brom und rotem Phosphor vorzuziehen<br />
2 X<br />
Vorsicht! Ätzend.<br />
R-Sätze: 35-37; S-Sätze: 7/9-26-45.<br />
Butyllithium C4H9Li<br />
Löslich in Kohlenwasserstoffen und Ethern.<br />
Herstellung: Unter einem Abzug und hinter einem Schutzschild werden in einem 500 ml-Dreihalskolben<br />
mit Rührer, Stickstoffeinleitungsrohr und Thermometer 200 ml absoluter Ether und 8,6g geraspeltes<br />
Lithium durch einen Tropftrichter mit Druckausgleich tropfenweise mit 68,5g n-Butylbromid in 100 ml<br />
1 J nach ZIEGLER, K., u. a., Liebigs Ann. Chem. 551 (1942), 109.<br />
2 ) HOUBEN-WEYL. Bd. 5/4 (1960), S. 18.
F. Reagenzienanhang 747<br />
Ether versetzt. Zunächst fügt man nur 30 Tropfen zu und kühlt den Kolben auf -1O 0 C. Wenn der Kolbeninhalt<br />
trübe wird, ist die Reaktion angesprungen. Innerhalb von 30 min wird die gesamte Butylbromidlösung<br />
zugetropft. Danach wird noch 2 h bei 0-10 0 C gerührt und durch Glaswolle filtriert.<br />
Aktivitätsbestimmung: 2 ml Lösung werden mit 10 ml Wasser hydrolysiert und mit 0,1 N Salzsäure gegen<br />
Phenolphthalein titriert.<br />
Vorsicht! Die Butyllithiumlösungen sind pyrophor, Feuchtigkeit ausschließen und Luftzutritt vermeiden.<br />
Cerammoniumnitrat-Reagens<br />
Darstellung: l g Cerammoniumnitrat (NH4)2[Ce(NO3)6] wird in 2,5 ml 2 N Salpetersäure gelöst. Das Lösen<br />
kann durch mildes Erwärmen beschleunigt werden. Nach dem Abkühlen ist das Reagens verwendungsfähig.<br />
R-Sätze: 8-41; S-Sätze: !7-26-39.<br />
ChIOrCl2<br />
Bei 20 0 C lösen sich in 100 g Wasser l ,85 g bzw. in 100 ml Tetrachlorkohlenstoff etwa 17g Chlor. Chlor greift<br />
Gummi an, Gummischläuche werden nach kurzer Zeit brüchig. Als Verbindungsmaterial Teflon verwenden.<br />
Trocknung: mit konz. Schwefelsäure.<br />
Vorsicht! Giftig. Chlor reizt Lunge und Schleimhäute sehr stark; Vergiftungserscheinungen ähnlich wie bei<br />
Phosgen. Es ist Atemfilter B (grau) zu verwenden.<br />
Erste Hilfe: Siehe Phosgen; in leichteren Fällen lindert das Einatmen von Kamillentee- oder Ethanoldämpfen<br />
den Hustenreiz.<br />
R-Sätze: 23-26/37/38-50; S-Sätze: 7/9-45-61.<br />
Chloral (Trichlorethanal) CCI3CHO<br />
Kp 98 0 C<br />
Darstellung aus Chloralhydrat: Chloralhydrat wird mit etwa der 4fachen Menge warmer konz. Schwefelsäure<br />
geschüttelt, die sich abscheidende Chloralschicht abgetrennt und destilliert.<br />
Vorsicht! Giftig.<br />
R-Sätze: 25-36/38; S-Sätze: 25-45.<br />
Chloroform (Trichlormethan) CHCl3<br />
Kp 61,2 0 C n 2 » 1,4455 /^01,4985<br />
Das Azeotrop Chloroform-Wasser-Ethanol enthält 3,5% Wasser und 4% Ethanol, es siedet bei 55,5 0 C.<br />
Käufliches Chloroform enthält Ethanol als Stabilisator, um das durch Zersetzung entstehende Phosgen zu<br />
binden.<br />
Zur Reinigung schüttelt man mit konz. Schwefelsäure, wäscht mit Wasser, trocknet über Calciumchlorid<br />
und destilliert. Anschließend kann noch weiter mit Molekularsieb 4A getrocknet werden. Zur Entfernung<br />
größerer Mengen Phosgen s. dort.<br />
Achtung! Chloroform darf wegen Explosionsgefahr nicht mit Natrium in Berührung gebracht werden. Die<br />
bei Tetrachlorkohlenstoff angegebenen Gefährdungen gelten auch für Chloroform.<br />
Gesundheitsschädlich. Verdacht auf cancerogene Wirkung. Risiko der Fruchtschädigung wahrscheinlich.<br />
R-Sätze: 22-38-40-48/20/22; S-Sätze: 36/37.<br />
Chlorsulfonsäure ClSO3H<br />
Kp 152 0 C<br />
Chlorsulfonsäure hydrolysiert sehr leicht!<br />
Reinigung: Man destilliert in einer Schliffapparatur unter Ausschluß von Feuchtigkeit.<br />
Vorsicht! Chlorsulfonsäure reagiert mit Wasser explosionsartig und greift Haut und Kleidung noch stärker<br />
als Oleum an; ätzend.<br />
R-Sätze: 14-35-37; S-Sätze: 26-45.<br />
Chlorwasserstoff HCl (vgl. auch Salzsäure)<br />
Darstellung: In einer Apparatur nach Abb. F.2 läßt man zu einem dünnen Brei aus Kochsalz und konz.<br />
Salzsäure konz. Schwefelsäure zufließen. (Das Rohr des Tropftrichters ist zweckmäßigerweise zu einer<br />
Spitze ausgezogen.) Der Chlorwasserstoff wird durch den seitlichen Stutzen entnommen und mit konz.<br />
Schwefelsäure getrocknet (Abb. A.11), der Chlorwasserstoffstrom wird durch die Zugabegeschwindigkeit<br />
der Schwefelsäure reguliert.
748 F. Reagenzienanhang<br />
Vorsicht: Ätzend. Chlorwasserstoff schädigt Lungen und Schleimhäute. 0,05% Chlorwasserstoff in der<br />
Atemluft können zum Tode führen.<br />
Es ist Atemfilter E (gelb) zu verwenden.<br />
Erste Hilfe: Der Geschädigte wird an die frische Luft gebracht und ruhig gelagert.<br />
R-Sätze: 23-35; S-Sätze: 9-26-36/37/39-45.<br />
Cobaltstearat<br />
-_r£7 konz. Schwefelsäure<br />
Chlorwasserstoff<br />
Salzsäure und<br />
Kochsalz<br />
Abb. F.2<br />
Entwicklung von Chlorwasserstoff.<br />
6 g Stearinsäure werden in 20 ml abs. Alkohol bei 60 0 C gelöst und gegen Phenolphthalein mit 2 N Natronlauge<br />
(carbonatfrei) neutralisiert. Das entstandene Gel wird erwärmt und die Lösung langsam unter heftigem<br />
Rühren zu einer Lösung von 2,8g CoCl2-OH2O in 20 ml 50%igem Alkohol gegeben. Man wäscht<br />
zunächst gut mit Wasser aus, dann mit Alkohol und Aceton. Nach dem Abpressen wird bei 100 0 C getrocknet<br />
und anschließend pulverisiert.<br />
R-Sätze: 22-43; S-Sätze: 24-37<br />
Deniges-Reagens<br />
Man löst 5 g Quecksilberoxid und 20 ml konz. Schwefelsäure in 100 ml Wasser.<br />
Sehr giftig!<br />
R-Sätze: 26/27/28-33; S-Sätze: 13-28-45.<br />
Di-tert-butylperoxid(CH3)3C-O-O-C(CH3)3<br />
Kp5,5(4i)30°c<br />
Darstellung: Unter kräftigem Rühren werden bei -2 bis -8 0 C l mol 27%iges Wasserstoffperoxid und 4 mol<br />
konz. Schwefelsäure zu einem Gemisch von 3 mol tert-Butylalkohol und l mol 70%iger Schwefelsäure<br />
innerhalb von 90 min zugetropft. Anschließend wird noch 3 h gerührt. Man trennt die organische Phase ab,<br />
wäscht mit 60 ml Wasser, dreimal mit je 60 ml 30%iger Natronlauge und zum Schluß noch dreimal mit je<br />
15 ml Wasser.<br />
Nach dem Trocknen mit Magnesiumsulfat ist das Peroxid zur Initiierung von Radikalreaktionen direkt verwendbar.<br />
Achtungl Brandfördernd, reizend. Gefahren im Umgang mit Perverbindungen vgl. D.1.5.<br />
R-Sätze: 7-11; S-Sätze : 3/7-14-16-36/37/39.<br />
n 2 Diethylenglycol („Diglycol") HO(CH2)2O(CH2)2OH<br />
Kp 244,3 °c KpU(8) 130 *) l,4475<br />
0 C<br />
Diglycol ist mit Wasser mischbarf<br />
Verunreinigungen: Ethylenglycol, Triethylenglycol. Zur Reinigung fraktioniert man im Vakuum.<br />
Diethylenglycol wird als Heizbadflüssigkeit verwendet. Zweckmäßig Bad mit Paraffinöl abdecken.<br />
Achtungl Gesundheitschädlich. Zur Giftigkeit vgl. Ethylenglycol.
Diethylenglycoldimethylether (Diglyme) (CH3OCH2C H2)2O<br />
F. Reagenzienanhang 749<br />
Kp 161 0 C Kp 2.o(i5) 62-63 0 C n 20 1,4073 Of 0,937<br />
Trocknung: l l Diglyme werden 12 h mit 10g zerkleinertem Calciumhydrid gerührt, anschließend dekantiert<br />
und bei ca 12 Torr im Vakuum destilliert.<br />
Achtung* Fruchtschädigend.<br />
R-Sätze: 60-61-10-19; S-Satze: 53-37-45.<br />
Diethylether („Ether") C2H5OC2H5<br />
Kp 34,6 0 C ng>l,3527 Z) 1 /0,7193<br />
Bei !5 0 C nimmt Ether 1,2% Wasser auf. Wasser löst bei 20 0 C 6,5% Ether.<br />
Das Aceotrop mit Wasser enthält 1,26% Wasser und siedet bei 34,15 0 C. Das käufliche Produkt enthält<br />
wechselnde Mengen Ethanol und Wasser.<br />
Trocknung: Absoluter Ether wird durch mehrtägiges Stehen über Calciumchlorid, Abfiltrieren und Einpressen<br />
von Natriumdraht erhalten. Es wird so oft Natrium eingepreßt, bis der Draht blank bleibt.<br />
Beim Trocknen mit Molekularsieb 4A ist zu empfehlen, zur Entfernung von Peroxiden aktives Aluminiumoxid<br />
zuzusetzen.<br />
Achtungl Ether bildet an der Luft unter Lichteinwirkung leicht explosible Peroxide (Nachweis s. D.I.5.).<br />
Hydroperoxide werden durch Schütteln mit Eisen(II)-sulfatlösung entfernt (ca 5 g FeSO4 • 7H2O in 20 ml<br />
Wasser für 11 Ether).<br />
Ether sollte in einer braunen Flasche über Kaliumhydroxid aufbewahrt werden, das die Hydroperoxide in<br />
unlösliche Substanzen überführt und darüber hinaus ein sehr gutes Trockenmittel ist.<br />
Vorsicht! Hochentzündlich. Explosionsgrenzen von Luft-Ether-Gemischen: 1,2-51 VoI-% Ether.<br />
R-Sätze: 12-49; S-Sätze: 9-16-29-33 VbF: AI<br />
Dimethylformamid (DMF) (CIlO2NCHO<br />
Kp 153,0 0 C /ig 1,4269 ^00,95O<br />
Dimethylformamid ist mit den meisten organischen Lösungsmittel und mit Wasser unbegrenzt mischbar,<br />
außerdem löst es viele Salze.<br />
Verunreinigungen: Amine, Ammoniak, Formaldehyd, Wasser.<br />
Reinigung und Trocknung: 250 g Dimethylformamid werden mit 30 ml Benzen und 6 ml Wasser fraktioniert<br />
destilliert. Zuerst gehen Benzen, Wasser, Amine und Ammoniak über, dann destilliert im Vakuum reines<br />
Dimethylformamid, das geruchlos ist und neutral reagiert.<br />
Zur Feinreinigung kann man anschließend noch mit etwa 0,5g Calciumhydrid 3-4 h unter Rückfluß in<br />
einer Inertgasatmosphäre (Reinststickstoff oder Argon) erhitzen. Nach der Destillation im Vakuum<br />
bewahrt man das DMF unter Inertgas und vor Licht geschützt auf, da es sich anderenfalls teilweise zu<br />
Dimethylamin und Formaldehyd zersetzt.<br />
Unverändertes Calciumhydrid kann zur gleichen Operation erneut verwendet werden; nicht weiter zu verwertende<br />
Reste werden mit 70%igem Ethanol zersetzt (einige Stunden stehenlassen, anschließend gibt<br />
man aus einem Reagensglas etwas Wasser zu und prüft, ob noch Gasentwicklung auftritt).<br />
Eine Trocknung von DMF ist auch mit Molekularsieb 4A möglich.<br />
Achtungl Fruchtschädigend.<br />
R-Sätze: 61-20/21-36; S-Satze: 53-45.<br />
Dimethylsulfat (CHj)2SO4<br />
Kp 2,o(i5) 76 0 C ng> 1,3874 D* 1,321<br />
Dimethylsulfat ist unlöslich in kaltem Wasser und wird von diesem nur sehr langsam hydrolysiert.<br />
Zur Reinigung destilliert man im Vakuum.<br />
Vorsicht! Sehr giftig, cancerogen im Tierversuch. Dimethylsulfat wird sowohl durch die Lunge als auch<br />
durch die Haut aufgenommen und ruft Verätzungen, Krämpfe und Lähmungen hervor. Lungenschädigungen<br />
machen sich erst nach Stunden bemerkbar. Nur in gut funktionierenden Abzügen handhaben, Schutzhandschuhe<br />
tragen!<br />
Erste Hilfe: Benetzte Hautstellen reibt man mit verd. Ammoniak ab. Benetzte Kleidung muß sofort abgelegt<br />
werden.<br />
R-Sätze: 45-25-26-34; S-Sätze: 53-45<br />
Dimethylsulfoxid (DMSO) CH3SOCH3<br />
Kpi.6(i2)72°C F 18,5 0 C n 2 » 1,4783 Z) 2 OlJOl<br />
Verunreinigungen: Wasser, Dimethylsulfid, Dimethylsulfon.
750 F. Reagenzienanhang<br />
Trocknung: 24stündiges Stehen über Molekularsieb 4A oder 2stündiges Erhitzen unter Rückfluß mit CaIciumhydrid<br />
und anschließende Destillation im Wasserstrahlvakuum unter getrocknetem Reinststickstoff.<br />
R-Sätze: 36/38; S-Sätze: 24/25.<br />
1,4-Dioxan f l<br />
O<br />
KpIOl 0 C F12 0 C /ig) 1,4224 Z) 2 O 1.034<br />
Dioxan ist in jedem Verhältnis mit Wasser mischbar. Das Aceotrop mit Wasser siedet bei 87,8 0 C und enthält<br />
81,6 %Dioxan.<br />
Verunreinigungen: Essigsäure, Wasser, Acetaldehydethylenacetal. Zur Peroxidbildung vgl. Diethylether.<br />
Reinigung und Trocknung: Man versetzt vorsichtig unter Rühren und Schwenken mit 5 Vol.-% konz.<br />
Schwefelsäure und erhitzt anschließend 2 h unter Rückfluß. Nach dem Abkühlen trägt man unter kräftigem<br />
Schütteln festes Kaliumhydroxid ein (zusätzliche Außenkühlung ist normalerweise nicht notwendig),<br />
wartet bis die KOH-Plätzchen weitgehend zerfallen sind und wiederholt den Vorgang so oft, bis das zugesetzte<br />
KOH auch beim Stehen über Nacht seine Form behält. Man filtriert, gibt metallisches Natrium in<br />
kleinen Stücken zu und erhitzt erneut unter Rückfluß, bis die Natriumkügelchen blank bleiben. Nach dem<br />
Abdestillieren (Vorsicht! Wasserkühler kann sich durch auskristallisierendes Dioxan zusetzen !) preßt man<br />
Natriumdraht ein. Zur Trocknung mit Molekularsieb 4A und Peroxidentfernung vgl. Diethylether.<br />
Vorsicht! Leichtentzündlich, gesundheitsschädlich. Verdacht auf cancerogene Wirkung. Explosionsgrenzen<br />
von Luft-Dioxan-Gemischen: 1,97-25 Vol.-% Dioxan.<br />
R-Sätze: 11-19-36/37-40; S-Sätze: 16-36/37 VbF: B<br />
Essigsäure („Eisessig ) CH3COOH<br />
Kp !18 0 C F 16,6 0 C wg) i,3720 D 2 « 1,05<br />
Essigsäure ist mit Wasser mischbar.<br />
Verunreinigungen: Spuren von Acetaldehyd, Wasser.<br />
Reinigung und Trocknung: Für die meisten Zwecke genügt es, die Essigsäure auszufrieren. Man kühlt nicht<br />
zu tief, da sonst auch Wasser und andere Verunreinigungen in den Kristallen eingeschlossen werden können.<br />
Es wird auf einer Kühlnutsche abgesaugt und gut abgepreßt. Eine weitergehende Reinigung erreicht<br />
man durch 2- bis 6-stündiges Kochen mit 2-5% Kaliumpermanganat und anschließender fraktionierter<br />
Destillation. Danach schüttelt man längere Zeit mit Phosphor(V)-oxid und fraktioniert erneut.<br />
Achtung: Ätzend. Luft-Essigsäure-Gemische sind ab 4 Vol.-% Essigsäure explosiv. Essigsäure zieht auf der<br />
Haut Blasen.<br />
Erste Hilfe: Mit viel Wasser waschen, bei Augenverätzungen etwa 15 min lang mit Wasser spülen.<br />
R-Sätze: 10-35; S-Sätze: 2-23-26-45.<br />
Essigsäureethylester (Ethylacetat, „Essigester") CH3COOC2H5<br />
Kp 77,1 0 C n 2 ? l,3701 D& 0,901<br />
Essigsäureethylester bsildet mit Wasser ein Azeotrop, das bei 70,4 0 C siedet und 8,1% Wasser enthält.<br />
Verunreinigungen: Wasser, Alkohol, Essigsäure.<br />
Reinigung und Trocknung: Man wäscht mit dem gleichen Volumen 5%iger Sodalösung, trocknet über<br />
Calciumchlorid und destilliert. Bei höheren Ansprüchen an die Trockenheit versetzt man portionsweise<br />
mit Phosphor(V)-oxid, filtriert ab und destilliert unter Feuchtigkeitsausschluß. Trocknung mit Molekularsieb<br />
4A bis zu einem Wassergehalt von 0,003% ist möglich.<br />
Achtungl Leichtentzündlich. Explosionsgrenzen von Luft-Essigester-Gemischen: 2,2-11,4 Vol.-% Essigester.<br />
R-Satz: 11; S-Sätze: 16-23-29-33. VbF: AI<br />
Essigsäureanhydrid s. Acetanhydrid<br />
Ethanol (Ethylalkohol) C2H5OH<br />
Kp 78,33 0 C ng> 1,3616 D^ 0,789<br />
Ethanol ist mit Wasser, Ether, Chloroform und Benzen in jedem Verhältnis mischbar. Das Aceotrop mit<br />
Wasser siedet bei 78,17 0 C und enthält 96% Ethanol. Das ternäre Aceotrop mit Wasser (7,4%) und Benzen<br />
(74,1%) siedet bei 64,85 0 C<br />
Verunreinigungen: Synthetischer Alkohol ist durch Acetaldehyd und Aceton, Gärungsalkohol durch<br />
höhere Alkohole (Fuselöle) verunreinigt. Als Vergällungsmittel dienen Pyridin, Methanol und Benzin.
F. Reagenzienanhang 751<br />
Trocknung: Man löst 7 g Natrium in l l käuflichem, absolutem Alkohol, gibt 27,5 g Phthalsäurediethylester<br />
zu und kocht eine Stunde unter Rückfluß. Dann wird über eine kurze Kolonne abdestilliert. Der übergehende<br />
Alkohol enthält weniger als 0,05% Wasser. Durch dynamische Trocknung mit Molekularsieb 3A<br />
(vgl.A. 1.10.2.) kann der Restwassergehalt auf 0,003% gesenkt werden. Aus dem handelsüblichen „absoluten<br />
Ethanol" kann man Wasserspuren folgendermaßen entfernen: Man kocht 5g Magnesium in 50 ml<br />
„absolutem Ethanol" mit l ml Tetrachlorkohlenstoff 2-3 h unter Rückfluß, setzt 950 ml „absolutes<br />
Ethanol" zu und kocht weitere 5 h unter Rückfluß. Anschließend wird destilliert.<br />
Prüfung auf Wasser: Alkohol mit mehr als 0,05% Wasser fällt aus einer benzenischen Lösung von Aluminiumtriethanolat<br />
einen weißen voluminösen Niederschlag.<br />
Achtungl Leichtentzündlich. Explosionsgrenzen von Luft-Ethanol-Mischungen: 2,6-18,9 Vol.-% Ethanol.<br />
R-Satz: 11; S-Satz: 7-16 VbF: B<br />
Ether s. Diethylether<br />
Ethylendichlorid (1,2-Dichlorethan) ClCH2CH2CI<br />
Kp 83,7 0 C n 2 » l,4444 £201,253<br />
Das Azeotrop mit Wasser siedet bei 72 0 C und enthält 81,5% 1,2-Dichlorethan<br />
Reinigung und Trocknung: Man wäscht mit konz. Schwefelsäure, darauf mit Wasser und destilliert über<br />
Phosphor(V)-oxid.<br />
Achtungl Leichtentzündlich, giftig, krebserzeugend im Tierversuch.<br />
Ethylendichlorid verursacht Sehstörungen. Weitere Hinweise s. Tetrachlorkohlenstoff.<br />
Wegen Explosionsgefahr darf Ethylendichlorid nicht mit Natrium in Berührung gebracht werden.<br />
Explosionsgrenzen im Gemisch mit Luft: 6,2-15,9 Vol-% Dichlorethan.<br />
R-Sätze: 45-11-22-36/37/38; S-Sätze: 53-45 VbF: AI<br />
Ethylenglycol (Ethan-l,2-diol, „Glycol") HOCH2CH2OH<br />
Kp1300) 92 0 C /ig) 1,4318 0*1,113<br />
Verunreinigungen: Diglycol, Triglycol, Propylenglycol, Wasser.<br />
Reinigung und Trocknung: Man destilliert im Vakuum, trocknet die Hauptfraktion längere Zeit mit<br />
Natriumsulfat und destilliert im Vakuum über eine gut wirksame Kolonne.<br />
Gesundheitsschädlich. Es treten Übelkeit und Erbrechen ein.<br />
R-Satz: 22; S-Satz: 2.<br />
Ethylenoxid (Oxiran) \o/<br />
Kpio,7°c<br />
Ethylenoxid wird in Stahlflaschen geliefert.<br />
Vorsicht! Hochentzündlich, giftig. Explosionsgrenzen in Luft: 3-80 Vol.% Ethylenoxid. Mit Alkalien<br />
erfolgt explosionsartige Polymerisation.<br />
Bei Hautkontakt oft erst nach Stunden intensive Blasenbildung mit anschließendem Gewebezerfall und<br />
sehr schlechter Heilungstendenz. Bei Inhalation schon geringer Mengen Sekretabfluß aus Mund und Nase,<br />
langandauerndes Erbrechen, Durchfall, Magendruckgefühl und Erregungszustände. Hohe Konzentrationen<br />
rufen auch narkotische Erscheinungen hervor und bedingen Kreislaufgefährdung. In der Folge sind<br />
Herz-, Leber- und Nierenschäden möglich. Verdacht auf cancerogene Wirkung.<br />
Erste Hilfe: Benetzte Kleidung sofort entfernen, Haut gründlich abwaschen, Frischluft-, besser Sauerstoffzufuhr<br />
und Schutz vor Wärmeverlusten. Nur liegend transportieren.<br />
R-Sätze: 45-46-!2-23-36/37/38; S-Sätze: 53-45.<br />
Fehlingsche Lösung<br />
Herstellung: Lösung I: In 25 ml Wasser !,73g Kupfersulfat (Hydrat) lösen. Lösung II: In der gleichen<br />
Menge Wasser 8,5 g Seignette-Salz und 2,5 g Natriumhydroxid lösen. Vor dem Gebrauch mischt man gleiche<br />
Volumina beider Lösungen.<br />
Formaldehyd (Met banal) HCHO<br />
Kp-21 0 C<br />
Die 30- bis 40%ige wässrige Lösung heißt Formalin und enthält etwa 5-!5% Methanol.<br />
Darstellung von trockenem, gasförmigem Formaldehyd: Paraformaldehyd wird mehrere Tage im Vakuum<br />
über Phosphor(V)-oxid im Exsikkator getrocknet und durch trockene Destillation depolymerisiert. Man<br />
erhitzt so hoch, daß 30g in etwa 20 min zersetzt werden.
752 F. Reagenzienanhang<br />
Bei Grignard-Synthesen ist etwa die doppelte molare Menge Paraformaldehyd anzuwenden, da Wasserspuren<br />
in den (möglichst kurzen und weiten) Rohrleitungen zum Reaktionsgefäß eine teilweise Rückpolymerisation<br />
bewirken.<br />
Gummischläuche werden von Formaldehyd zerstört.<br />
Achtung! Giftig. Formalin ruft auf der Haut Ekzeme hervor und greift die Augen und die Atemwege an.<br />
Verdacht auf cancerogene Wirkung.<br />
R-Sätze: 23/24/25-34-40-43; S-Sätze: 26-36/37-45-51.<br />
Glycerol (Propan-l,2,3-triol „Glyzerin") HOCH2-CHOH-CH2OH<br />
Kp!,6(i2,5) 18O 0 C F 20 0 C ng> 1,4745<br />
Glycerol ist hygroskopisch und in jedem Verhältnis mit Wasser und Alkohol mischbar, unlöslich in Ether,<br />
Benzen und Chloroform.<br />
Reinigung und Trocknung: Man destilliert im Vakuum.<br />
Glycol s. Ethylenglycol<br />
Hexan C6H14<br />
Kp 68,7 0 C W 2 O l,3751 /^0,66I<br />
Das Azeotrop mit Wasser siedet bei 61,6 0 C und enthält 94,4% Hexan.<br />
Reinigung und Trocknung: Man schüttelt wiederholt mit kleine Portionen niederprozentigem Oleum bis<br />
die Säure höchstens noch schwach gelb gefärbt ist. Dann wäscht man mit konz. Schwefelsäure, Wasser,<br />
2%iger Natronlauge und wieder mit Wasser. Nach dem Trocknen mit Kaliumhydroxid wird destilliert.<br />
Feintrocknung durch Einpressen von Natrium oder Zusatz von Calciumhydrid oder über Molekularsieb<br />
4A.<br />
Achtungl Leichtentzündlich. Explosionsgrenzen von Gemischen mit Luft: 1,1-8 Vol.-%.<br />
R-Sätze: 11-48/20; S-Sätze: 9-16-24/25-29-51. VbF: AI<br />
Hydrazinhydrat H2NNH2-H2O<br />
Kp 118,5 0 C<br />
Hydrazinhydrat ist leicht löslich in Wasser und Alkohol, unlöslich in Ether. Es ist hygroskopisch.<br />
Darstellung von 85%igem Hydrazinhydrat): 10Og 30%iges Hydrazinhydrat und 20Og Xylen werden<br />
gemischt und das azeotrope Gemisch aus Xylen und Wasser über eine 20-cm-Vigreux-Kolonne abdestilliert.<br />
Der Rückstand wird nach der Gehaltsbestimmung ohne Destillation weiterverarbeitet.<br />
Darstellung von wasserfreiem Hydrazin und 100%igem Hydrazinhydrat durch Ammonolyse von Hydraziniumsulfat:<br />
FISCHER, H., Org. Synth., CoIl. Vol. III (1955), S. 515.<br />
Gehaltsbestimmung: Bei der acidimetrischen Titration gegen Methylorange entsteht das Monosalz.<br />
Vorsicht! Giftig, wirkt auf der Haut ätzend. Hydrazinhydrat ist ein Plasmagift und ruft Krämpfe und Herzschäden<br />
hervor. Verdacht auf cancerogene Wirkung.<br />
Erste Hilfe: Verätzte Hautstellen werden mit verd. Essigsäure gewaschen. Gegen die Giftwirkung nimmt<br />
man Traubenzucker ein.<br />
R-Sätze: 45-23/24/25-34-43; S-Satze: 53-26-36/37/39-45.<br />
lodwasserstoffsäure HI<br />
Konstant siedende lodwasserstoffsäure siedet bei 126,5 0 C, enthält 56,7% lodwasserstoff und ist 7,6 molar<br />
(D = 1,7).<br />
Im Licht zersetzt sich lodwasserstoffsäure unter der Einwirkung von Luftsauerstoff. Zur Stabilisierung<br />
setzt man je Liter Säure l g roten Phosphor zu. Zur Regenerierung erhitzt man iodhaltige lodwasserstoffsäure<br />
bis nahe zum Sieden und tropft 50%ige wäßrige unterphosphorige Säure zu, bis das Gemisch entfärbt<br />
ist. Dann wird destilliert.<br />
Achtung! Ätzend. Erste Hilfe s. Chlorwasserstoff<br />
R-Satz: 34; S-Sätze: 26-37-39-45.<br />
lonenaustauscherharze<br />
lonenaustauscherharze sind unlösliche Kunststoffe mit dissoziationsfähigen sauren oder basischen Gruppen<br />
(Sulfon-, Carbonsäuren, bzw. Ammoniumverbindungen). Die durch lonenbeziehungen mit dem Harz<br />
verbundene Gruppe ist austauschbar, z. B.:<br />
1) Das entspricht 64% N2H4 in Wasser.
Harz-S03 0 H® + Na® Harz-SO3 Ö Na® + H®<br />
F. Reagenzienanhang 753<br />
Bezüglich der einzelnen Sorten und Handelsnamen vgl. z. B. HOUBEN-WEYL, Bd. I/l (1958), S. 528 und diesbezügliche<br />
Firmenschriften.<br />
Die Beladung eines Kationenaustauschers mit Wasserstoffionen soll am Beispiel eines stark sauren Phenolsulfonsäureharzes<br />
demonstriert werden: man gibt in eine Chromatographiesäule zuerst etwas Wasser, dann<br />
5 g Austauscher. Die Säule soll zu etwa drei Viertel ihrer Höhe mit dem Ionenaustauscher gefüllt sein.<br />
Man läßt das Wasser bis zur Austauscheroberkante ablaufen und gibt dann 150 ml l N Salzsäure p.a. durch<br />
die Säule. Mit dem Hahn am unteren Ende der Säule wird eine Durchflußgeschwindigkeit von etwa 5 ml<br />
pro min eingestellt. Nachdem die Salzsäure abgelaufen ist, schickt man Wasser durch die Säule, bis die<br />
abgelaufene Flüssigkeit neutral reagiert. Der feuchte Austauscher ist direkt verwendbar.<br />
Kalium K<br />
Vorsicht! Leichtentzündlich, ätzend. Kalium kann sich an der Luft selbstentzünden, es darf nur in inerten<br />
Lösungsmitteln zerkleinert werden (Schutzbrille!). Reste müssen sofort vorsichtig mit tert-Butanol vernichtet<br />
werden. Falls sich der Alkohol dabei entzündet, deckt man das Gefäß mit einer Keramikplatte ab. Wasser<br />
und niedere Alkohole sind fernzuhalten!<br />
R-Sätze: 14/15-34; S-Sätze: 5-8-43-45.<br />
Kaliumcyanid KCN<br />
Kaliumcyanid läßt sich fast in jedem Fall durch das billigere Natriumcyanid ersetzen (s. dort).<br />
Achtungl Sehr giftig. Erste Hilfe und Abfallvernichtung s. Blausäure.<br />
R-Sätze: 26/27/28-32; S-Sätze: 1/2-7-28-29-45.<br />
Ligroin<br />
Kp 120-135 0 C<br />
Kohlenwasserstoffgemisch; s. Benzin und Petrolether.<br />
Reinigung: s. Hexan<br />
Achtungl Leichtentzündlich. Luft-Ligroin-Gemische sind explosiv.<br />
R-Satz: 11; S-Sätze: 9-16-29-33. VbF: AI<br />
Lithiumaluminiumhydrid (Lithiumalanat) LiAIH4<br />
Geeignete Lösungsmittel sind Diethylether, Tetrahydrofuran, N-Alkyl-morpholine.. Löst sich das Lithiumaluminiumhydrid<br />
nicht vollständig, so setzt man die Suspension ein. Die Lösungsmittel müssen frei von<br />
Peroxiden und Wasser sein!<br />
Nach der Durchführung einer Reduktion zersetzt man überschüssiges Lithiumalanat bei kleineren Ansätzen<br />
vorsichtig mit Wasser. Bei größeren Ansätzen gibt man besser Essigester zu, bis alles Lithiumaluminiumhydrid<br />
verbraucht ist, und fällt dann mit der gerade notwendigen Menge Wasser das Aluminiumhydroxid<br />
aus.<br />
Vorsicht! Leichtentzündlich. Lithiumaluminiumhydrid reagiert sehr heftig mit Wasser und kann sich von<br />
selbst entzünden. Bei Reaktionen mit Lithiumaluminiumhydrid darf nur mit explosionsgeschützten Motoren<br />
gerührt werden, der entstehende Wasserstoff ist abzuleiten.<br />
R-Satz: 15; S-Sätze: 7/8-24/25-43.<br />
Lukas-Reagens<br />
Darstellung: 0,5 mol Zinkchlorid werden in 0,5 mol konz. Salzsäure unter Kühlung gelöst.<br />
Methanol CH3OH<br />
Kp 64,7 0 C n 2 » l,3286 Df 0,792<br />
Trocknung: Man setzt pro Liter Methanol 5 g Magnesiumspäne zu, läßt nach Abklingen der Wasserstoffentwicklung<br />
2 -3 h unter Rückfluß kochen und destilliert. Liegt der Wassergehalt des Methanols höher als<br />
1%, so reagiert das Magnesium nicht. Man behandelt in diesem Fall etwas Magnesium mit reinem<br />
Methanol und gibt dieses Gemisch zur Hauptmenge, wenn die Methanolatbildung begonnen hat. Dabei ist<br />
insgesamt etwas mehr Magnesium anzuwenden als oben. Durch dynamische Trocknung mit Molekularsieb<br />
3A (vgl. A.l.10.2.) kann der Re st wasse rge ha 11 auf 0,005% gesenkt werden.<br />
Vorsicht! Leichtentzündlich, giftig. Explosionsgrenzen von Luft-Methanol-Gemischen: 5,5-36,5% Methanol.<br />
Methanol ruft Schwindelanfälle, Herzkrämpfe, Nervenschädigungen und Erblindung hervor.<br />
R-Sätze: 11-23/25; S-Sätze: 2-7-16-24-45. VbF: B
754 F. Reagenzienanhang<br />
Methylendichlorid (Dichlormethan) CH2CI2<br />
Kp 40 0 C /igM ,4246 />J 0 1,325<br />
Das Azeotop mit Wasser siedet bei 38J 0 C und enthält 98,5% Dichlormethan.<br />
Reinigung: Das Methylenchlorid wird mit Säure, Lauge und Wasser gewaschen, mit Kaliumcarbonat<br />
getrocknet und destilliert. Trocknung mit Molekularsieb 4A möglich.<br />
Achtung*. Methylenchlorid darf wegen Explosionsgefahr nicht mit Natrium in Berührung kommen.<br />
Gesundheitsschädlich. Methylenchlorid schädigt das Nervensystem. Verdacht auf cancerogene Wirkung.<br />
R-Satz: 40; S-Sätze: 23-24/25-36/37.<br />
Molekularsiebe<br />
Molekularsiebe sind synthetische Zeolite, die zur effektiven Trocknung von Gasen und Flüssigkeiten und<br />
als selektive Adsorptionsmittel dienen. Sie werden ihrem jeweiligen Porendurchmesser (in A) entsprechend<br />
numeriert und eingesetzt.<br />
Zur Trocknung von Lösungsmitteln und Gasen werden vorzugsweise die Typen 3A und 4A verwendet.<br />
Trocknungsverfahren (und Regenerierung) vgl. A.l.10.2. Mit Molekularsieb 5A lassen sich z.B. auch<br />
Verunreinigungen (NH3, H2S, Thiole, CO, HCl-Spuren u. a.) aus Gasen entfernen. Molekularsieb 5A adsorbiert<br />
auch n-Paraffine.<br />
Regenerierung: Das gebrauchte Molekularsieb wird unter dem Abzug in eine größere Wassermenge<br />
geschüttet, um mitadsorbiertes Lösungsmittel zu verdrängen. Das ist insbesondere bei brennbaren<br />
Lösungsmitteln unerläßlich, um eine Explosion beim Ausheizen zu vermeiden. Man trennt vom Wasser ab<br />
und trocknet im Trockenschrank bei 200-250 0 C vor. Anschließend wird bei 300-350 0 C im Vakuum (mindestens<br />
!O -2 kPa (0,1 Torr) bis zur Gewichtskonstanz erhitzt. Die Belüftung erfolgt jeweils nach dem<br />
Abkühlen über ein mit Magnesiumperchlorat gefülltes Trockenrohr.<br />
Natrium<br />
F 97,7 0 C D 0,97<br />
Zur Darstellung von Natriumsuspensionen in Toluen bzw. Xylen s. Kap. D.7.2.8 (Esterkondensation).<br />
Vorsicht: Leichtentzündlich, ätzend. Bei allen Arbeiten mit Natrium ist eine Schutzbrille zu tragen. Reaktionsgemische,<br />
die metallisches Natrium enthalten, dürfen nicht auf Wasserbädern erhitzt werden.<br />
Vernichtung von Abfällen: Man gibt die Natriumreste in kleinen Anteilen in eine größere Menge<br />
Methanol.<br />
R-Sätze: 14/15-34; S-Sätze: 5-8-43-45.<br />
Natriumalkoholate 1 )<br />
Darstellung: Die benötigte Natriummenge wird in einen Dreihalskolben gegeben, der mit Tropftrichter<br />
und Rückflußkühler mit Calciumchloridrohr versehen ist, und die lOfache Menge des betreffenden Alkohols<br />
so schnell zugetropft, daß die Lösung in lebhaftem Sieden bleibt. (Es ist nicht zu empfehlen, das<br />
Natrium in den Alkohol einzutragen, da die Reaktion dabei leicht außer Kontrolle gerät). In niederen<br />
Alkoholen löst sich das Natrium recht schnell auf. Bei höheren Alkoholen ist es notwendig, mehrere Stunden<br />
bei 10O 0 C zu rühren. Aus der gewonnenen Alkoholatlösung kann man alkoholfreies Alkoholat erhalten,<br />
in dem man den Alkohol im Vakuum abdestilliert. Zweckmäßiger ist es jedoch, zu einer Natriumsuspension<br />
in einem geeigneten Lösungsmittel die äquimolare Menge Alkohol zuzusetzen.<br />
Vorsicht! Ätzend, leicht entzündlich.<br />
R-Sätze: 11-14-34; S-Satze: 8-16-26-43.<br />
Natriumamalgam<br />
Amalgam mit 1,2% Natrium ist bei Zimmertemperatur halbfest und bei 5O 0 C flüssig. Höher konzentrierte<br />
Amalgame sind bei Zimmertemperatur fest und können pulverisiert werden.<br />
Darstellung von 2%igem Amalgam: Unter dem Abzug erwärmt man in einem Hess'schen Tiegel 60Og<br />
Quecksilber auf 30-4O 0 C und trägt 13g in kleine Würfel geschnittenes Natrium mit Hilfe eines langen,<br />
spitzen Glasstabes unter die Quecksilberoberfläche ein. Die Reaktion erfolgt unter Aufflammen. Um Verspritzen<br />
zu vermeiden, deckt man das Reaktionsgefäß mit einer Keramikplatte ab. Nachdem das Amalgam<br />
erstarrt ist, wird es unter Stickstoff zerkleinert und unter Luftabschluß aufbewahrt.<br />
Darstelung von Natriumamalgam s. auch: FIESER, L.F.; FIESER, M.: Reagents for Organic Synthesis. - John<br />
Wiley & Sons, New York 1967, S. 1030.<br />
1) VgI. SCHMIDT, F; BAYER, E., in HOUBEN -WEYL. Bd. 6/2 (1963), S. 6-15.
F. Reagenzienanhang 755<br />
Vorsicht! Natriumamalgam darf nicht mit den Händen angefaßt werden und auf keinen Fall mit Wasser in<br />
Berührung kommen.<br />
R-Sätze: 14/15-21/22-35; S-Sätze: 5-7/8-14-24/25-26-29-37.<br />
Natriumamid NaNH2<br />
VgI. auch Kap D.5.2.2. Darstellung von 2-Aminopyridin!<br />
Natriumamid wird am besten im trockenen Zustand im Mörser zerkleinert. Man beachte die notwendigen<br />
Schutzmaßnahmen (Schutzbrille, Abzug, dicke Schutzhandschuhe)!<br />
Vorsicht! Natriumamid explodiert bei Berührung mit Wasser. Altes Natriumamid kann schon beim Herausnehmen<br />
aus dem Vorratsgefäß detonieren!<br />
Vernichten von Abfällen: Das Amid wird unter dem Abzug mit Toluen oder Benzin überdeckt, dann gibt<br />
man langsam Alkohol zu.<br />
R-Sätze: !4-34; S-Sätze: 6-26-36/37/39-43-45.<br />
Natriumcyanid NaCN<br />
Natriumcyanid ist stark hygroskopisch und bildet ein unter ca 35 0 C stabiles Monohydrat.<br />
Verunreinigungen: Natriumcarbonat, Natriumformiat.<br />
Vorsicht! Sehr giftig. Beim Arbeiten mit Natriumcyanid entwickelt sich oft Cyanwasserstoff. Gefahren,<br />
Erste Hilfe und Abfallvernichtung s. Blausäure.<br />
R-Sätze: 26/27/28-32; S-Sätze: 1/2-7-28-29-45.<br />
Natriumhydrid NaH<br />
Vorsicht! Leichtentzündlich. Natriumhydrid nicht mit den Händen berühren, Feuchtigkeit fernhalten.<br />
Darstellung: l mol Natrium und 500 ml trockenes Cyclohexan werden in einem Autoklav mit Magnethubrührer<br />
(Schüttelautoklaven sind weniger gut geeignet) mit Wasserstoff bei 20 MPa (200 at) !2 h auf 200 0 C<br />
erhitzt. Man läßt unter weiterem Rühren abkühlen und verwendet die entstandene Natriumhydridsuspension.<br />
R-Sätze: 15-34; S-Sätze: 7/8-24/25-43-45.<br />
N-CN-Indikator<br />
Man stellt sich ein Gemisch aus 50 ml 0,2%iger abs. alkoholischer Ninhydrinlösung, 10 ml Eisessig und 2<br />
ml 2,4,6-Collidin (Lösung I) und eine l%ige Lösung von Kupfer(II)-nitrat-trihydrat (Lösung II) her.<br />
Zum Besprühen von Papierchromatogrammen wird kurz vor Gebrauch eine Mischung von Lösung I und II<br />
im Verhältnis 25 : ! hergestellt.<br />
Nitrose Gase<br />
Als nitrose Gase bezeichnet man Gemische von Stickstoffoxiden, die häufig beim Arbeiten mit Salpetersäure<br />
(s. dort) entstehen.<br />
Vorsicht! Sehr giftig. Nitrose Gase sind auch in kleinen Mengen sehr gesundheitsschädlich. Es treten sofort<br />
Reizerscheinungen an den Atemwegen und den Augen sowie Schwindel und Kopfschmerzen auf. Die Reizungen<br />
klingen nach 1 A bis l h zunächst ab, um dann nach einigen Stunden bis 2 Tagen plötzlich wieder mit<br />
Hustenreiz (schaumiger, rostroter Auswurf) und Atemnot einzusetzen. Es hat sich ein Lungenödem gebildet,<br />
das neben Blutveränderungen (Methämoglobinämie) akute Lebensgefahr bedingt. Nach Einatmen<br />
nitroser Gase ist auf jeden Fall der Arzt zu verständigen.<br />
Es sind Atemfilter B (grau) zu verwenden.<br />
Erste Hilfe: s. Phosgen.<br />
R-Sätze: 26-37; S-Sätze: 7/9-26-45.<br />
Oleum<br />
Oleum ist eine Lösung von Schwefeltrioxid in Schwefelsäure. Bei einem Gehalt von < 40% und 69-70%<br />
Schwefeltrioxid ist Oleum flüssig.<br />
Vorsicht! Ätzend. Oleum darf nicht mit Wasser, sondern nur mit konz. Schwefelsäure verdünnt werden.<br />
R-Sätze: 14-35-37; S-Sätze: 26-30-45.<br />
Oxalylchlorid (COCl)2<br />
Kp 63-64 0 C wg> l ,4305 D 20 l ,476<br />
Oxalylchlorid ist eine farblose, stechend riechende Flüssigkeit, die in aromatischen Kohlenwasserstoffen<br />
leicht löslich ist. Reinigung durch Destillation.
756 F. Reagenzienanhang<br />
Vorsicht! Mit Wasser heftige Reaktion zu HCl, CO2 und CO. Bei Berührung mit heißen Metalloberflächen<br />
sowie bei Zugabe von tertiären Aminen kann durch Fragmentierung Phosgen entstehen. Oxalylchlorid in<br />
Glasampullen kann durch partielle Zersetzung unter hohem Druck stehen!<br />
R-Sätze: 14-23/24/25-34; S-Sätze: 26-45.<br />
Palladium-Tierkohle<br />
a) Zur Dehydrierung^)<br />
Man kocht ein Gemisch von 2,5g Palladiumchlorid, 25 ml destilliertem Wasser und 2,! ml konz. Salzsäure,<br />
bis eine klare Lösung entstanden ist (etwa 2 h), kühlt mit Eis-Kochsalz-Mischung und gibt unter Rühren 25<br />
ml 40%iges Formalin, !Og Magnesiumoxid p.a. und 15g gereinigte Aktivkohle (s. dort) zu. Dann wird mit<br />
einer Lösung von 25 g Kaliumhydroxid in 25 ml destilliertem Wasser unter Rühren und Kühlen versetzt.<br />
Die Temperatur darf dabei nicht über 5 0 C steigen. Man wäscht den Katalysator durch siebenmaliges<br />
Dekantieren mit destilliertem Wasser aus, zuletzt wird auf einer Fritte mit l l heißem destilliertem Wasser<br />
nachgewaschen. Die Masse wird nicht völlig trocken gesaugt, in einer Presse zu kleinen Zylindern (Länge<br />
3-4 mm) geformt und bei 90 0 C getrocknet.<br />
Steht keine Presse zur Verfügung, kann man mit einem dünnen Glasrohr mehrfach in den feuchten Filterkuchen<br />
stechen, die Paste in dem Rohr mit einem Glasstab zusammendrücken und den Strang langsam herausdrücken,<br />
zerschneiden und trocknen.<br />
b) Zur Hydrierung 2 -}<br />
Man kocht 2,5 g Palladiumchlorid, 6 ml konz. Salzsäure p.a. und 15 ml destilliertes Wasser unter Rückfluß,<br />
bis eine klare Lösung entstanden ist (ca 2 h), verdünnt mit 43 ml dest. Wasser und gießt auf 28g gereinigte<br />
Aktivkohle (s. dort), die sich in einer flachen Porzellanschale befindet. Man dampft die ganze Masse auf<br />
dem Wasserbad ein und trocknet im Trockenschrank bei 10O 0 C völlig. Die gepulverte Masse wird in einer<br />
gut verschlossenen Flasche aufbewahrt. Dieser Katalysator ist sofort verwendbar, falls die bei der Hydrierung<br />
entstehende Salzsäure nicht stört. Anderenfalls verfährt man wie folgt: Die erforderliche Menge<br />
Palladiumchlorid auf Aktivkohle wird im gewünschten Lösungsmittel bis zur vollständigen Wasserstoffaufnahme<br />
hydriert. Man saugt auf einer Glasfritte ab, wäscht mit dem gleichen Lösungsmittel chlorwasserstofffrei<br />
und setzt den noch feuchten Katalysator zur Hydrierung ein.<br />
Achtungl Der reduzierte Katalysator ist pyrophor! Stets unter einem Lösungsmittel aufbewahren bzw.<br />
feucht halten! Der gebrauchte Katalysator wird gesammelt.<br />
Pentan C5H12<br />
Kp 36 0 C H0^ l,3577 Z>200,626<br />
Das Azeotrop mit Wasser siedet bei 34,6 0 C und enthält 1,4% Wasser.<br />
Reinigung: s. Hexan<br />
Achtung! Leichtentzündlich. Explosionsgrenzen von Luft-Pentan-Gemischen 1,35-8 Vol.-% Pentan.<br />
R-Satz: 11; S-Sätze: 9-16-29-33 VbF: AI<br />
Perchlorsäure^) HClO4<br />
Darstellung einer 0,1 N Perchlorsäurelösung in Eisessig: Unter Eiskühlung und gutem Rühren wird zu der<br />
berechneten Menge Essigsäureanhydrid so viel 70%ige Perchlorsäurelösung allmählich zugesetzt, daß sich<br />
das Anhydrid und das in der Perchlorsäure enthaltene Wasser quantitativ zu Essigsäure umsetzen. Vorsicht<br />
vor eventuellen Reaktionsverzögerungenl Die abgekühlte Mischung wird mit reinem Eisessig auf eine Konzentration<br />
von etwa 0,1 N verdünnt. Essigsäureanhydrid darf nicht im Überschuß vorhanden sein.<br />
Prüfung auf Anwesenheit von Essigsäureanhydrid: Ein aliquoter Teil der Lösung wird unter Rühren mit<br />
einem Tropfen Wasser versetzt und die Temperatur beobachtet. Tritt Temperatursteigerung ein, so wird<br />
solange Wasser zugesetzt, bis kein Temperaturanstieg mehr zu beobachten ist. Aus der für den aliquoten<br />
Teil verbrauchten Wassermenge wird die der gesamten Lösung zuzusetzende Menge Wasser berechnet.<br />
Gibt ein Tropfen Wasser keine Temperaturerhöhung, so ist auf Überschuß an Wasser durch tropfenweisen<br />
Zusatz von Acetanhydrid in der selben Weise zu prüfen.<br />
Titereinstellung: Der Titer der Lösung wird mit wasserfreiem, bei 30O 0 C getrocknetem, analysenreinem<br />
Natriumcarbonat in Eisessiglösung gegen eine 0,l%ige Eisessiglösung von Kristallviolett oder von a-Naphtholbenzein<br />
in Benzen als Indikator ermittelt. Die Lösung wird dann mit Eisessig auf 0,1 N eingestellt.<br />
Achtung! Brandfördernd, ätzend.<br />
R-Sätze: 5-8-35; S-Sätze: 23-26-36/37/39-45.<br />
!) nach ANDERSON, A. G., J. Am. Chem. Soc. 75 (1953), 4980<br />
2 ) nach MOZINGO, R„ Org. Synth. 26 (1946), 78<br />
3) nach HOUBEN-WEYL. Bd. 2 (1953), S. 661
Petrolether<br />
Gemisch aus Pentan und Hexanen Kp 40-7O 0 C<br />
Reinigung: s. Hexan.<br />
Achtung] Leichtentzüdlich, vgl. Pentan. Luft-Petrolether-Gemische sind explosiv.<br />
R-Satz: 11; S-Sätze: 9-16-29-33 VbF: AI<br />
F. Reagenzienanhang 757<br />
Phosgen COQ2<br />
Kp 7,6 0 C<br />
Phosgen ist in Benzen und Toluen leicht, in kaltem Wasser wenig löslich. Durch heißes Wasser wird es<br />
hydrolysiert. Phosgen hat einen erstickenden, eigenartigen Geruch (ähnlich faulendem Heu).<br />
Reinigung und Trocknung: Man leitet das Gas durch zwei hintereinander geschaltete Waschflaschen. Die<br />
erste wird mit Sonnenblumen-, Sojabohnen- oder Baumwollsamenöl, die zweite mit konz. Schwefelsäure<br />
gefüllt.<br />
Vorsicht! Sehr giftig. Phosgen ist eines der giftigsten Gase. Vergiftungserscheinungen wie Schnupfen,<br />
Atemnot und Bluthusten treten oft erst nach Stunden auf. Nach Abklingen der Reizerscheinungen kann<br />
ein symptomloser Zustand eintreten, währenddessen sich innerhalb weniger Stunden ein Lungenödem entwickelt,<br />
das meist infolge Herz-Kreislauf-Versagen zum Tode führt. Chlorierte Kohlenwasserstoffe können<br />
zu Phosgen pyrolysieren. (Vorsicht bei Verwendung von Tetralöschern !). Auch bei leichten Phosgenvergiftungen<br />
ist unbedingt ein Arzt zu benachrichtigen.<br />
Es sind Atemfilter B (grau) zu verwenden.<br />
Erste Hilfe: Den Geschädigten hinlegen und nur liegend transportieren. Er muß sich auch bei leichter Vergiftung<br />
absolut ruhig verhalten. Frischluft-, besser Sauerstoffzufuhr, ist zweckmäßig, künstliche Atmung<br />
darf nicht angewendet werden. In Decken einhüllen, um Unterkühlung zu vermeiden.<br />
Überschüssiges Phosgen absorbiert man in 20%iger Natronlauge.<br />
R-Satz: 26; S-Sätze: 7/9-24/25-45.<br />
Platin/Aktivkohle-Katalysator(10%ig)<br />
Ein Gemisch von 4,5 g reiner, gepulverter Aktivkohle, ! ,33 g Hexachloroplatinsäurehexahydrat und 30 ml<br />
Wasser wird mit Natriumhydrogencarbonatlösung neutralisiert, auf 80 0 C erhitzt und langsam unter Rühren<br />
mit 3 ml Formalinlösung versetzt. Durch gleichzeitige Zugabe von Natriumhydrogencarbonat wird die<br />
Lösung stets schwach alkalisch gehalten. Nach 2 h läßt man erkalten, saugt ab, wäscht gründlich aus und<br />
trocknet an der Luft.<br />
Platindioxid PtO2<br />
Einwandfreies Platindioxid ist mittelbraun gefärbt.<br />
Darstellung: Man dampft ein Gemisch von 2 g Hexachloroplatinsäurehexahydrat, 7 g Wasser und 20 g reinem<br />
Natriumnitrat in einer Porzellanschale langsam zur Trockene ein und erhitzt auf 400-500 0 C (dunkle<br />
Rotglut) - Abzug benutzen! Wenn sich aus der Schmelze keine Stickoxide mehr entwickeln, läßt man<br />
abkühlen. Der Schmelzkuchen wird mit destilliertem Wasser ausgelaugt, der Niederschlag abgesaugt und<br />
mit destilliertem Wasser nitratfrei gewaschen. Man trocknet das Platindioxid im Exsikkator.<br />
Vorsicht! Brandfördern, reizend.<br />
R-Sätze: 8-43; S-Satz: 28.<br />
Polyphosphorsäure<br />
Darstellwng:<br />
A. Man destilliert aus 85%iger Phosphorsäure im Vakuum (ca 1,5 kPa) das Wasser ab und erhitzt 6 h im<br />
Vakuum auf 15O 0 C. Die zurückbleibende Polyphosphorsäure ist kristallin.<br />
B. In 100 ml Phosphorsäure (D = 1,7) werden allmählich unter Rühren und Kühlung 150-21Og P4O10 eingetragen,<br />
anschließend wird einige Stunden auf dem Wasserbad erhitzt. Man erhält so eine Polyphosphorsäure<br />
mit einem P4O10-Gehalt von 80-84%.<br />
Vorsicht: Ätzend.<br />
R-Satz: 34; S-Sätze: 26-36.<br />
Pyridin C5H5N<br />
Kp 115,6 0 C wg> 1,5100 /^00,982<br />
Pyridin ist hygroskopisch und in jedem Verhältnis mit Wasser, Alkohol und Ether mischbar. Das Azeotrop<br />
mit Wasser siedet bei 94 0 C und enthält 57% Pyridin. Das Maximum-Azeotrop mit Essigsäure enthält 65%<br />
Pyridin und siedet bei !39,7 0 C.
758 F. Reagenzienanhang<br />
Reinigung und Trocknung: Für die meisten Zwecke genügt es, ein bis zwei Wochen über festem Kaliumhydroxid<br />
stehen zu lassen und anschließend über eine gut wirksame Kolonne zu destillieren. Man verwendet<br />
dabei die bei! 14-! 16 0 C übergehende Fraktion. Trocknung über Molekularsieb 4A ist möglich.<br />
Reinigung und Trocknung für höhere Ansprüche (z. B. für die Hydrierung): Man erhitzt Pyridin unter Rückfluß<br />
und setzt nach und nach soviel festes Kaliumpermanganat zu, bis die Farbe bestehen bleibt. Nach dem<br />
Entfernen des ausgeschiedenen Braunsteins wird destilliert. Man versetzt das Destillat mit etwa der gleichen<br />
Menge Eisessig und destilliert aus dem Gemisch ca !0% der Gesamtmenge ab. Das Destillat wird verworfen.<br />
Zum Rückstand gibt man nach dem Abkühlen die gleiche Menge Wasser und rektifiziert über eine<br />
gut wirksame Kolonne. Das übergehende Wasser-Pyridin-Azeotrop (s.o.) wird aufgefangen und mit Benzen<br />
(s. dort) durch Azeotropdestillation getrocknet.<br />
Vorsicht! Leichtentzündlich, gesundheitsschädlich. Explosionsgrenzen von Luft-Pyridin-Gemischen: 1,8-<br />
12,5 Vol.-% Pyridin.<br />
Pyridin erzeugt auf der Haut Ekzeme. Eingeatmete Pyridindämpfe rufen Übelkeit, Magenkrämpfe und<br />
Nervenschädigungen hervor.<br />
R-Sätze: 11-20/21/22; S-Sätze: 26-28 VbF: B<br />
Quecksilber 1 ) Hg<br />
Z)20 13,55 Dampfdruck bei 20 0 C 0,16-1O -3 kPa (1,22-1O -3 Torr)<br />
Zur Reinigung läßt man Quecksilber durch ein Filter laufen, das an der Spitze mit einer Nadel durchstochen<br />
ist. Anschließend läßt man durch verd. Salpetersäure und danach mehrmals durch Wasser tropfen.<br />
Zur Entfernung von Wasserspuren wird nochmals filtriert.<br />
Vorsicht! Quecksilber und seine Salze sind stark giftig. Typische Anzeichen einer Quecksilbervergiftung<br />
sind beispielsweise starker Speichelfluß, Geschwüre am Zahnfleisch, Nachlassen der Konzentrationsfähigkeit.<br />
Bei allen Arbeiten , bei denen Quecksilber umgefüllt werden muß oder ein Verschütten von Quecksilber<br />
zu erwarten ist, muß stets über einem wannenartigen Gefäß (z. B. einer Entwicklerschale), das evtl.<br />
verschüttetes Quecksilber auffangen kann, gearbeitet werden. Verspritztes Quecksilber mit einer Quecksilberzange<br />
sammeln. Die Ritzen von Tischen und Fußböden, in denen sich Quecksilberreste evtl. noch befinden<br />
könnten, sind mit Schwefelpuder oder lodkohle auszufüllen. Kleinste Quecksilbertröpfchen sammelt<br />
man durch Berühren mit einem Kupferdraht, der vorher mit Salpetersäure angeätzt und amalgamiert<br />
wurde.<br />
Gegen Quecksilber ist Atemfilter HgP3 (blau-weiß) zu verwenden.<br />
Erste Hilfe bei Vergiftungen mit löslichen Quecksilberbverbindungen: Man gibt Eiweiß, z. B. rohe Eier und<br />
ruft Erbrechen hervor.<br />
R-Sätze: 23-33; S-Sätze: 1-45.<br />
Raney-Nickel 2 )<br />
Darstellung von alkalischem, hochaktivem Raney-Nickel (URusHiBARA-Nickel): In einem möglichst großen<br />
Gefäß (5 l oder größer) werden 50g der 30-50% Nickel enthaltenden gepulverten Aluminium-Nickel-<br />
Legierung in 500 ml Wasser aufgeschlemmt. Dann wird festes Natriumhydroxid ohne Kühlen so schnell<br />
zugegeben, daß die Lösung gerade nicht überschäumt.<br />
Vorsicht! Es tritt bei der sehr stürmisch verlaufenden Reaktion eine Induktionsperiode von l /i bis l min auf.<br />
Die Mischung kommt zum heftigen Sieden. Wenn bei weiterer Natriumhydroxidzugabe keine nennenswerte<br />
Reaktion mehr stattfindet, wozu etwa 80g NaOH gebraucht werden, läßt man 10 min stehen und<br />
hält l /i h auf dem Wasserbad bei 7O 0 C Das Nickel setzt sich schwammig zu Boden, die überstehende wäßrige<br />
Schicht wird dekantiert, der Kontakt zwei- bis dreimal mit Wasser, danach zwei- bis dreimal mit dem<br />
zur Hydrierung zu verwendenden Lösungsmittel unter Durchschütteln und Dekantieren gewaschen. Ist das<br />
Lösungsmittel mit Wasser nicht mischbar, so wendet man dazwischen eine geeignete vermittelnde Waschflüssigkeit<br />
an.<br />
Obwohl der Katalysator unter einem Lösungsmittel einige Zeit aufbewahrt werden kann, ist es zweckmäßig,<br />
ihn stets direkt vor der Verwendung herzustellen, da durch die Lagerung ein starker Aktivitätsabfall<br />
eintritt.<br />
Neutrales Raney-Nickel erhält man durch gründliches Auswaschen des wie oben dargestellten Katalysators.<br />
Dadurch tritt ein großer Aktivitätsverlust ein (etwa Aktivitätsstufe W 2).<br />
!) VgI. auch Merkblatt M 024 „Quecksilber und seine Verbindungen" (Berufsgenossenschaft der chemischen<br />
Industrie).<br />
2 ) Bezüglich der Aktivitätsstufen („W-Sorten") vgl. BILLICA, H. R., ATKINS, H., Org. Synth., CoIl. Vol. III<br />
(1955), !76.
F. Reagenzienanhang 759<br />
Eine weitere Desaktivierung des Raney-Nickels erreicht man durch Waschen mit 0,l%iger Essigsäure.<br />
Dieser Kontakt greift Carbonylgruppen nicht mehr an.<br />
Vorsicht! Der getrocknete Kontakt ist selbstentzündlich. Filter mit Raney-Nickel nicht in den Papierkorb<br />
werfen!<br />
Zur Vernichtung werden Rückstände an einer geeigneten Stelle verbrannt; das zurückbleibende Nickeloxid<br />
wird zur Aufarbeitung gesammelt.<br />
R-Sätze: 40-43; S-Satze: 22-36/37.<br />
Salpetersäure HNO3<br />
Handelsübliche konzentrierte Salpetersäure ist 65-68%ig (D 1,40-1,41), während die sogenannte „rauchende<br />
Salpetersäure" annähernd 100%igist (D 1,52).<br />
Achtungl Atzend, brandfördernd. Verschüttete Salpetersäure darf nicht durch leicht zu entzündende Stoffe<br />
(Lappen, Filterpapier) aufgenommen werden, sondern ist mit Wasser zu verdünnen und zu neutralisieren.<br />
Zum Arbeiten mit Salpetersäure vgl. auch Nitrose Gase.<br />
R-Sätze: 8-35; S-Sätze: 2-23-26-36/37/39-45.<br />
Salzsäure HCI<br />
Bei 15 0 C gesättigte Salzsäure enthält 42,7% Chlorwasserstoff, die handelsübliche konz. Salzsäure der<br />
Dichte 1,184 enthält 37% Chlorwasserstoff (!2 molar). Das Azeotrop mit Wasser siedet bei 11O 0 C, enthält<br />
20,24% Chlorwasserstoff und ist 6,1 molar.<br />
Vorsicht! Konzentrierte Säure wirkt ätzend, besonders auf Augen und Schleimhäute.<br />
Erste Hilfe: bei Augenverätzungen mit einem Wasserstrahl etwa 15 min lang ausspülen.<br />
R-Sätze: 34-37; S-Sätze: 2-26-36/37/39-45.<br />
Schiffsches Reagens<br />
Darstellung: Man bereitet eine 0,025% ige Fuchsinlösung und entfärbt durch Einleiten von Schwefeldioxid.<br />
Schwefeldioxid SO2<br />
Kp-IO 0 C<br />
In 10Og Wasser lösen sich bei 2O 0 C 10,6 g Schwefeldioxid.<br />
Achtungl Giftig. Schwefeldioxid reizt die Schleimhäute, ist aber erst in verhältnismäßig hohen Konzentrationen<br />
gesundheitsschädigend. Die Symptome ähneln denen einer Phosgenvergiftung. Es ist Atemfilter E<br />
(gelb) zu verwenden.<br />
£>ste Hilfe: s. Phosgen<br />
R-Sätze: 23-36/37; S-Sätze: 7/9-45.<br />
Schwefelkohlenstoff CS2<br />
Kp 46,3 0 C ii2pi,6319 /^ 0 1,26<br />
Zur Trocknung verwendet man Calciumchlorid, Phosphor(V)-oxid oder Molekularsieb 4A.<br />
Vorsicht! Schwefelkohlenstoffdämpfe können sich schon bei Berührung mit heißen Apparateteilen an der<br />
Luft entzünden.<br />
Schwefelkohlenstoff ist giftig; es besteht die Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition.<br />
R-Sätze: 11-36/38-48/23-62-63; S-Sätze: !6-33-36/37-45. VbF: AI<br />
Schwefelwasserstoff H2S<br />
Kp-0,4 °c<br />
Schwefelwasserstoff, der im Kippschen Apparat aus Eisen(II)-sulfid entwickelt wurde, enthält beträchtliche<br />
Mengen Wasserstoff.<br />
Zur Trocknung leitet man über Calciumchlorid.<br />
Vorsicht! Hochentzündlich, sehr giftig. Explosionsgrenzen von Luft-Schwefelwasserstoff-Gemischen: 4-46<br />
Vol.-% Schwefelwasserstoff.<br />
Vergiftungen mit geringen Mengen Schwefelwasserstoff äußern sich in Schwindel, Übelkeit und Kopfschmerzen.<br />
In größeren Konzentrationen ruft das Gas augenblicklich Bewußtlosigkeit hervor. Der Geruch<br />
warnt nur kurze Zeit und bei geringen Konzentzrationen vor Schwefelwasserstoff, da die Geruchsnerven<br />
bald betäubt sind.<br />
Es ist Atemfilter B (grau) zu verwenden.<br />
Erste Hilfe: Man bringt den Verunglückten an die frische Luft und wendet künstliche Atmung an.<br />
R-Sätze: !2-26; S-Sätze: 1/9-16-45.
760 F. Reagenzienanhang<br />
Selendioxid SeO2<br />
Selendioxid sublimiert bei 3!5 0 C. Es ist hygroskopisch.<br />
Darstellung aus Selen: In einer Porzellanschale erwärmt man 50 ml konz. Salpetersäure auf dem Sandbad<br />
unter dem Abzug und trägt vorsichtig in kleinen Portionen etwa 30g Selen ein. Vor jeder neuen Zugabe<br />
muß das Ende der Reaktion abgewartet werden. Unter Umrühren dampft man bis zur Trockene ein, läßt<br />
abkühlen und pulverisiert.<br />
Aktivierung von Selendioxid I): Man bringt rohes Selendioxid in eine Porzellanschale und gießt soviel<br />
konz. Salpetersäure zu, bis sich eine dicke Masse gebildet hat. Die Schale wird mit einem umgekehrten<br />
Trichter bedeckt. Durch Erhitzen auf dem Sandbad verdampft man zuerst die leichter flüchtigen Bestandteile<br />
und sublimiert dann das Selendioxid an die Wand des Trichters. Die Sublimationsgeschwindigkeit ist<br />
so einzurichten, daß sich gerade noch kein Selendioxid durch das Trichterrohr verflüchtigt. 40 g Selendioxid<br />
sublimieren in etwa 2,5 h.<br />
Achtungl Giftig. Selendioxid kann Schädigungen der Haut hervorrufen, auch vor Inhalation der Dämpfe<br />
schützen! Unter dem Abzug arbeiten!<br />
Erste Hilfe: Man wäscht die betroffenen Hautstellen mit Wasser und Seife, anschließend mit 4%iger Natriumhydrogensulfitlösung.<br />
Bei Inhalation den Verunglückten an die frische Luft bringen, Milch trinken<br />
lassen und Erbrechen verursachen.<br />
R-Sätze: 23/25-33; S-Sätze: 20/21-28-45.<br />
Stickstoff und andere Inertgase<br />
Zur Entfernung von Sauerstoffspuren aus Inertgasen (Stickstoff, Argon, Neon, Kohlendioxid) verwendet<br />
man spezielle Trägerkatalysatoren auf Nickel- bzw. Kupferbasis. Die Arbeitsweise ist den entsprechenden<br />
Firmenprospekten zu entnehmen.<br />
Zur Entfernung geringer Mengen Sauerstoff kann man Stickstoff auch durch eine Frittenwaschflasche leiten,<br />
die mit einer Lösung von 2 g Pyrogallol und 6 g Kaliumhydroxid in 50 ml Wasser gefüllt ist. Anschließend<br />
muß das Gas getrocknet werden (Natronkalktrockenturm).<br />
Stickstoffwasserstoffsäure HN3<br />
Kp 37 0 C<br />
Darstellung einer benzolischen Lösung von Stickstoff Wasserstoff säure 2 ): Unter dem Abzug arbeiten! In<br />
einem Dreihalskolben mit Tropftrichter, Thermometer, Rührer und Ableitungsrohr wird eine Aufschlämmung<br />
aus gleichen Masseteilen Natriumazid (giftig!) und warmen Wasser hergestellt. Man gibt auf 0,1 mol<br />
Natriumazid 40 ml Benzen zu, kühlt das Gemisch auf O 0 C und tropft unter Rühren die äquivalente Menge<br />
konz. Schwefelsäure zu. Die Temperatur soll dabei nicht über 1O 0 C steigen. Dann kühlt man wieder auf<br />
O 0 C, trennt die benzenische Lösung ab und trocknet sie über Natriumsulfat.<br />
Gehaltsbestimmung: Man schüttelt 3 ml Lösung mit 30 ml dest. Wasser und titriert mit 0,! N Natronlauge.<br />
Vorsicht! Die reine Säure ist hochexplosiv und sehr giftig. Sie riecht ebenso wie ihre Lösungen unerträglich<br />
stechend und ruft Schwindel, Kopfschmerzen und Hautreizung hervor, wirkt blutdrucksenkend und gefäßerweiternd.<br />
R-Sätze: 6/39/26/28; S-Sätze: 3-15-20/21-23-38-45.<br />
Sulfolan s. Tetrahydrothiophen<br />
Tetrachlorkohlenstoff (Tetrachlormethan) CCI4<br />
Kp 76,8 0 C n201,4603 D*> 1,594<br />
Das Azeotrop mit Wasser siedet bei 66 0 C und enthält 95,9% Tetrachlorkohlenstoff. Das ternäre azeotrope<br />
Gemisch mit Wasser (4,3%) und Ethanol (9,7%) siedet bei 61,8 0 C<br />
Reinigung und Trocknung: Meist genügt die Destillation. Das Wasser wird dabei als Azeotrop entfernt, die<br />
ersten Anteile des Destillats werden verworfen. Für höhere Ansprüche kocht man 18 h über Phosphor(V)oxid<br />
unter Rückfluß und destilliert über eine Kolonne. Trocknung über Molekularsieb 4A möglich.<br />
Vorsicht! Giftig. Tetrachlorkohlenstoff wirkt narkotisch, ruft Kopfschmerzen, Krämpfe und Ekzeme hervor.<br />
Diese Symptome treten mehr oder weniger stark bei allen Vergiftungen mit chlorierten Kohlenwasserstoffen<br />
auf.. Man beachte aber besonders, daß diese Verbindungen Leber- und Nierenschäden hervorrufen.<br />
Verdacht auf cancerogene Wirkung. Umweltschädigend.<br />
!) Synthesen organischer Verbindungen. - Verlag Technik, Berlin !956. Bd. 2, S. l!5 (Übers, aus dem<br />
Russ.)<br />
2 ) nach BRAUN, J. v., Liebigs Ann. Chem. 490 (1931), 125
Tetrachlorkohlenstoff darf nicht mit Natrium getrocknet werden, Explosionsgefahr!<br />
R-Sätze: 23/24/25-40-48/23-59; S-Sätze: 23-36/37-45-59-61.<br />
Tetrahydrofuran<br />
O<br />
F. Reagenzienanhang 761<br />
Kp 65,4 0 C n 2 ? l,4070 D^ 0,887<br />
Tetrahydrofuran ist häufig mit 0,025% 2,6-Di-rert-butyl-cresol stabilisiert. Es ist mit Wasser mischbar. Das<br />
Azeotrop mit Wasser siedet bei 63,2 0 C und enthält 94,6% Tetrahydrofuran.<br />
Reinigung: vgl. Dioxan. Bei Schwefelsäurezusatz gut kühlen. Zur Reinigung s. auch FIESER, L. F.; FIESER,<br />
M.: Reagents for Organic Synthesis.- John Wiley and Sons, New York 1967, S. 1140. Trocknung über Molekularsieb<br />
4A möglich.<br />
Tetrahydrofuran ist über festem Kaliumhydroxid aufzubewahren.<br />
Vorsicht! Leichtentzündlich, reizend. Die Peroxidbildung verläuft wesentlich rascher als bei Diethylether<br />
(s.dort). Stark peroxidhaltiges Tetrahydrofuran darf nicht mit Kaliumhydroxid behandelt werden, vgl. Org.<br />
Synth. 46 (1966), 105.<br />
R-Sätze: 11-19-36/37; S-Sätze: 16-29-33.<br />
Tetrahydrothiophen (Sulfolan)<br />
cTo<br />
Kp 0,7(5) 118 0 C F28°C /ig) 1,4820 D&> 1,261<br />
Reinigung: l l Sulfolan wird mit 10g Natriumhydroxid einige Stunden unter Stickstoff auf !70- 1 SO 0 C<br />
erhitzt und dann im Vakuum destilliert. Die Reinigung ist auch durch Behandlung mit Molekularsieb 13X<br />
und anschließender Vakuumdestillation möglich. Im Kühlschrank aufbewahren!<br />
Achtungl Gesundheitsschädlich.<br />
R-Satz: 22; S-Satz: 25.<br />
Thionylchlorid SOCl2<br />
Kp 79 0 C<br />
Thionylchlorid hydrolysiert sehr leicht.<br />
Reinigung: Das käufliche Thionylchlorid ist nach vorheriger Destillation für die meisten Verwendungszwecke<br />
rein genug. Ein farbloses, sehr reines Produkt erhält man durch Destillation über Chinolin und<br />
Leinöl.<br />
Vorsicht! Ätzend.<br />
R-Sätze: 14-34; S-Sätze: 26-45.<br />
Tollens-Reagens<br />
Darstellung: Man löst l g Silbernitrat in 10 ml Wasser und hebt die Lösung im Dunkeln auf. Vor Gebrauch<br />
mischt man eine geringe Menge dieser Lösung mit dem gleichen Volumen einer Lösung von !g Natriumhydroxid<br />
in 10 ml Wasser und löst das ausgefallene Silberoxid durch vorsichtige Zugabe von konz. Ammoniak<br />
auf.<br />
Vorsicht! Beim Stehen bildet sich hochexplosives Knallsilber, deshalb Reste des Reagens sofort durch<br />
Ansäuern vernichten.<br />
Toluen C6H5CH3<br />
Kp 110,8 0 C n 2 » l,4969 0^00,867<br />
Das Azeotrop mit Wasser siedet bei 84,1 0 C und enthält 81,4% Toluen.<br />
Trocknung: s. Benzen<br />
Vorsicht! Leichtentzündlich, gesundheitsschädlich. Explosionsgrenzen von Luft-Toluen-Gemischen: 1,27-7<br />
Vol.-% Toluen. Vergiftungserscheinungen s. Benzen; Toluen ist jedoch weniger toxisch. Risiko der Fruchtschädigung<br />
wahrscheinlich.<br />
R-Sätze: 11-20; S-Sätze: 16-25-29-33. VbF: AI<br />
Trichlorethylen (Trichlorethen) ClCH=CCl2<br />
Kp 87,2 0 C /ig» l,4778 Df !,462<br />
Das Azeotrop mit Wasser siedet bei 73,6 0 C und enthält 94,6% Trichlorethylen.<br />
Verunreinigungen: Durch Autoxidation sammeln sich im Trichloethylen stark giftige Stoffe wie Chlorwasserstoff,<br />
Kohlenmonoxid und Phosgen an.
762 F. Reagenzienanhang<br />
Reinigung und Trocknung: Man schüttelt zuerst mit Kaliumcarbonat, dann mit Wasser gut durch, trocknet<br />
über Calciumchlorid und destilliert über eine Kolonne.<br />
Achtung! Gesundheitsschädlich. Verdacht auf cancerogene Wirkung. Die Dämpfe können Süchtigkeit hervorrufen.<br />
Weiter Hinweise s. Tetrachlorkohlenstoff.<br />
Trichlorethylen darf nicht mit Natrium getrocknet werden! Explosionsgefahr!<br />
R-Satz: 40; S-Sätze: 23-36/37.<br />
Triethylenglycol („Triglycol ) HO(CHz)2O(CHz)2O(CH2)ZOH<br />
^287 0 CKpL904)IoS 0 C<br />
VgI. Diethylenglycol.<br />
Wasserstoff H2<br />
Reinigung und Trocknung: Wasserstoff aus Stahlflaschen ist für die meisten Zwecke rein genug. Bei empfindlichen<br />
Hydrierungen wäscht man den Wasserstoff mit gesättigter Permanganatlösung, um Kontaktgifte<br />
zu entfernen.<br />
Vorsicht! Leichtentzündlich. Explosionsgrenzen von Luft-Wasserstoff-Gemischen: 4-75 Vol.-% Wasserstoff.<br />
Beim Entspannen von Autoklaven ist der Wasserstoff ins Freie zu leiten.<br />
R-Satz: \2\ S-Sätze: 3-28-36/39-45.<br />
Wasserstoffperoxid H2O2<br />
Die 30%ige wässrige Lösung von Wasserstoffperoxid bezeichnet man als Perhydrol.<br />
Vorsicht! Ätzend. Wasserstoffperoxidlösungen können beim Einengen im Vakuum explodieren. Leicht<br />
brennbare Stoffe (Watte u. dgl.) können durch Perhydrol entzündet werden.<br />
R-Sätze: 8-34; S-Sätze: 3-28-36/39-45.<br />
Xylen<br />
Das käufliche Xylen ist ein Gemisch der drei Isomeren.<br />
Kp 136-144 0 C<br />
Das Azeotrop mit Wasser siedet bei 92 0 C und enthält 64,2% Xylen.<br />
Gesundheitsschädlich. Vergiftungserscheinungen s. Benzen.<br />
R-Sätze: 10-20/2!; S-Satz: 25. VbF: All<br />
Zinkcyanid Zn(CN)2<br />
Im Gegensatz zu den Alkalicyaniden ist Zinkcyanid in Wasser schwer löslich.<br />
Darstellung: Man löst l mol carbonatfreies Natriumcyanid in 60 ml Wasser und versetzt mit einer gesättigten<br />
Lösung von 0,55 mol Zinkchlorid in 50%igem Alkohol. Das ausgefallene Zinkcyanid wird abgesaugt,<br />
mit Eiswasser, Alkohol und Ether gewaschen und im Exsikkator getrocknet.<br />
Achtung! Sehr giftig. Erste Hilfe und Abfallvernichtung s. Blausäure.<br />
R-Sätze: 26/27/28-32; S-Sätze: 1/2-7-28-29-45.<br />
Literaturhinweise<br />
Reagenzien für die Synthese<br />
FIESER, L. F.; FIESER, M.; Reagents for Organic Synthesis. - John Wiley & Sons, New York. Bd. Iff.<br />
(1967ff.).<br />
Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. Bd. 1-8. Hrsg: L. PAOUETTE. - John Wiley & Sons, New<br />
York !995.<br />
Handbook of Reagents for Organic Synthesis. Bd. 1-4. - Wiley-VCH, Weinheim 1999.<br />
Eigenschaften und Reinigung organischer Lösungsmittel<br />
BUNGE, W., in: HOUBEN-WEYL. Bd. l /2 (1959), S. 765-868.<br />
LIDE, D.: Handbook of Organic Solvente- CRC Press, Boca Raton 1995.<br />
PERKIN. D. D; ARMAREGO, D. R.; PERRIN, D. R.: Purification of Laboratory Chemicals. - Pergamon Press,<br />
Oxford 1988.<br />
RIDDICK, J. A.; BUNGER, W. B.; SAKANO. T. K.: Organic Solvents. - John Wiley & Sons, New York 1986.<br />
SMALLWOOD, I. M.: Handbook of Organic Solvent Properties. - Arnold, London 1996.
G Eigenschaften gefährlicher Stoffe<br />
(Gefahrstoffanhang)<br />
Die meisten Substanzen, mit denen der Chemiker umgeht, sind gefährliche Stoffe. Sie können<br />
explosionsgefährlich<br />
brandfördernd<br />
entzündlich<br />
giftig (toxisch)<br />
ätzend<br />
reizend<br />
sensibilisieren (allergisierend)<br />
krebserzeugend (cancerogen)<br />
fruchtschädigend (teratogen)<br />
erbgutverändernd (mutagen)<br />
umweltgefährlich (ökotoxisch)<br />
sein, um einige Merkmale zu nennen, die nach dem Gesetz zum Schutz vor gefährlichen<br />
Stoffen (Chemikaliengesetz) für die Einstufung eines Stoffes als gefährlich maßgebend sind.<br />
Der Umgang mit gefährlichen Stoffen ist im Chemikaliengesetz und weiteren gesetzlichen<br />
Vorschriften und technischen Regeln, insbesondere in der Verordnung über gefährliche Stoffe<br />
(Gefahrstoffverordnung), gesetzlich geregelt. Diese Verordnung verlangt auch die Kennzeichnung<br />
solcher Stoffe mit Gefahrenbezeichnungen und -Symbolen und mit Hinweisen auf besondere<br />
Gefahren (R-Sätze) und Sicherheitsratschlägen (S-Sätze). Die R- und S-Sätze sind auf dem<br />
hinteren inneren Buchdeckel dieses Buches abgedruckt.<br />
In der Tabelle G.l sind in alphabetischer Reihenfolge die in den Arbeitsvorschriften dieses<br />
Buches vorkommenden, wichtigsten gefährlichen Stoffe mit ihre Gefahrenbezeichnungen,<br />
Hinweisen auf besondere Gefahren (R-Sätze) und Sicherheitsratschlägen (S-Sätze) aufgeführt.<br />
Für giftige Stoffe sind zudem die akut toxische Dosis (bzw. Konzentration) und die maximale<br />
Arbeitsplatzkonzentration (MAK-Wert) bzw. technische Richtkonzentration (TRK-Wert)<br />
angegeben. Allerdings enthält die Tabelle nur die gefährlichen Stoffe, für die diese Angaben<br />
aus der Gefahrstoffverordnung und der TRGS 900 zugänglich sind. Diese Werte werden von<br />
den zuständigen Gremien ständig aktualisiert. Hier entsprechen sie dem Stand von März 1999.<br />
Angaben über weitere gefährliche Stoffe findet man in den Katalogen und Sicherheitsdatenblättern<br />
der Chemikalienhersteller und in Sicherheitsdatensammlungen und -datenbanken,<br />
deren neueste Ausgaben zu beachten sind (vgl. die Literaturhinweise am Ende des Kapitels).<br />
Für viele Stoffe liegen keine oder nur wenige und unvollständige Angaben vor, sie werden<br />
von den Chemikalienherstellern oft unterschiedlich gekennzeichnet. Von einem Stoff, der in<br />
der Tab. G.l. nicht aufgeführt ist, darf man daher nicht annehmen, daß er ungefährlich wäre.<br />
Vorsorglich sollten alle Stoffe, die in der Tab. G.l. und in den Chemikalienkatalogen nicht<br />
vorkommen bzw. über die keine Angaben zu ihrer Gefährlichkeit vorliegen, als gefährlich<br />
angesehen und nach den R-Sätzen 22, 23,24 und 25 behandelt werden.<br />
Zur Giftigkeit von Chemikalien<br />
Die Giftigkeit ist keine absolute Eigenschaft eines Stoffes, sondern sie hängt von vielen sich<br />
beeinflussenden Faktoren ab. Besonders wichtig sind hierunter die Menge des Giftes, die Art<br />
der Einwirkung (z. B. eingeatmet, verschluckt, injiziert, durch die Haut gedrungen usw.), der
764 G. Gefahrstoffanhang<br />
physikalische Zustand (z. B. staubförmig, grobkörnig, kristallin, gelöst, suspendiert usw.) und<br />
eventuell vorhandene Begleitsubstanzen, die additiv oder potenzierend zu wirken vermögen;<br />
schließlich sind der physische und auch der psychische Zustand des vom Gift Betroffenen<br />
wesentlich.<br />
Natürlich ist für die Auswirkung eines Giftes auf den Organismus entscheidend, wann die<br />
Vergiftung erkannt wird und welche Hilfsmaßnahmen eingeleitet werden. Schnelles, wohlüberlegtes<br />
Handeln ist deshalb äußerst wichtig! Man beachte hierzu die Hinweise in den Arbeitsvorschriften,<br />
die Angaben im Reagenzienanhang (Kap. F.) und auf den Innenseiten des vorderen<br />
Buchdeckels!<br />
Neben der akuten Giftigkeit spielt das Spätschadenpotential einer Chemikalie eine große<br />
Rolle. Spätschäden sind insbesondere cancerogene, mutagene und teratogene Krankheitsbilder,<br />
aber auch psychopathologisch-neurologische Schäden und - in zunehmendem Maße -<br />
allergene Effekte. Vor allem cancerogene und mutagen wirkende Verbindungen können<br />
bereits nach kurzzeitiger Einwirkung entsprechende Spätschäden auslösen.<br />
Die Angaben der Literatur über die Giftigkeit einer Substanz beziehen sich in der Mehrzahl<br />
der Fälle auf eine bestimmte Versuchstierart und sind an spezielle Versuchsbedingungen<br />
geknüpft (z. B. die letale Dosis für 50% der eingesetzten Versuchstiere innerhalb von 30 Tagen<br />
bei intravenöser, subkutaner oder intraperitonealer Applikation des in Wasser oder Öl gelösten<br />
Giftes). Die Übertragung solcher Toxizitätsangaben auf andere Tiergattungen oder gar<br />
auf dem Menschen ist in vielen Fällen nicht ohne weiteres möglich, oftmals sogar unmöglich.<br />
Sie können aber zur Gefahrenabschätzung herangezogen werden.<br />
Ausgehend von Labor- und Industrieerfahrungen, ergänzt durch experimentelle Studien an<br />
unterschiedlichen Tiergattungen sowie gestützt auf einen umfassenden Vergleich arbeitsmedizinischer<br />
und klinischer Befunde, hat man Normwerte für die effektive Gefährdung beim<br />
Umgang mit wichtigen Laborchemikalien und chemischen Industrieprodukten aufgestellt. Die<br />
Maximale Arbeitsplatzkonzentration (MAK-Wert) ist die höchstzulässige Konzentration eines<br />
Stoffes in der Luft am Arbeitsplatz, die nach dem gegenwärtigen Stand der Kenntnisse auch<br />
bei wiederholter und langfristiger, in der Regel achtstündiger Exposition in einer 40-Stunden-<br />
Arbeitswoche im allgemeinen die Gesundheit nicht beeinträchtigt.<br />
Für eine Reihe krebserzeugender und erbgutverändernder Stoffe können MAK-Werte nicht<br />
ermittelt werden. Für diese Stoffe werden Technische Richtkonzentrationen (TRK-Werte) festgelegt,<br />
die diejenige Konzentration in der Luft am Arbeitsplatz angeben, die nach dem Stand<br />
der Technik erreicht werden kann. Die Einhaltung der TRK-Werte soll das Risiko einer Beeinträchtigung<br />
der Gesundheit vermindern, vermag dieses jedoch nicht vollständig auszuschließen.<br />
Es ist daher dafür zu sorgen, daß die TRK-Werte unterschritten werden.<br />
Die toxische Potenz, die nahezu jeder Chemikalie innewohnt, ist für den sachkundigen<br />
Chemiker kein Grund für einen ängstlichen Umgang mit den Chemikalien, sondern Anlaß zu<br />
vorsichtiger und gewissenhafter Handhabung. Das gilt auch, wenn es notwendig ist, Chemikalien<br />
zu vernichten (vgl. hierzu die Angaben in Kap.A und im Reagenzienanhang!).
G. Gefahrstoffanhang 765<br />
Tabelle GJ<br />
Gefahrenkennzeichnungen, Sicherheitsratschläge, toxische Dosen und MAK-Werte gefährlicher Stoffe<br />
Gefahrensymbole<br />
C ätzend E explosionsgefährlich<br />
N umweltgefährlich O brandfördernd<br />
Xi reizend Xn gesundheitsschädlich<br />
AI Flammpunkt unter 2! 0 C, nicht mit Wasser mischbar<br />
All Flammpunkt von 2!-55 0 C, nicht mit Wasser mischbar<br />
AIII Flammpunkt von 55- 1 OO 0 C, nicht mit Wasser mischbar<br />
B Flammpunkt unter 2i 0 C, mit Wasser mischbar bei 15 0 C<br />
F leichtentzündlich<br />
T giftig<br />
R- und S-Sätze<br />
Gefahrenhinweise und Sicherheitsratschläge: siehe hinterer innerer Buchdeckel<br />
Krebserzeugend, Kategorie<br />
l krebserzeugend beim Menschen<br />
3 Verdacht auf krebserzeugendes Potential<br />
2 krebserzeugend im Tierversuch<br />
F+ hochentzündlich<br />
T+ sehr giftig<br />
Toxische Dosis<br />
or letale Dosis für 50% der Versuchstiere (LD 50; wenn nichts anderes angegeben: Ratten) bei oraler<br />
Applikation in mg/kg Körpergewicht<br />
LDLo niedrigste letale Dosis bei oraler Applikation<br />
inh letale Konzentration (LC 50) in ml/m 3 bei Inhalation innerhalb der angegebenen Versuchszeit<br />
LCLo niedrigste letale Konzentration bei Inhalation<br />
MAK<br />
TRK Technische Richtkonzentration (z. Zt. techn. mögliche erreichbare Konzentration)<br />
A Alveolengängiger Staub E einatembare Fraktion<br />
Stoff<br />
Acetaldehyd<br />
Acetaldehyddiethylacetal<br />
Acetamid<br />
Acetanhydrid s. Essigsäureanhydrid<br />
Aceton<br />
Acetoncyanhydrin<br />
Acetonitril<br />
Acetophenon<br />
Acetylaceton<br />
Acetylchlorid<br />
Acetylen<br />
Acrolein<br />
Acrylonitril<br />
Acrylsäure<br />
Acrlysäureethylester<br />
Acrylsäuremethylester<br />
Adipinsäure<br />
Atzkali s. Kaliumhydroxid<br />
Gefahrensymbol<br />
F+, Xn<br />
F, Xi, AI<br />
Xn<br />
F, B<br />
T+, N<br />
F, T, B<br />
Xn, AIII<br />
Xn, All<br />
F, C, AI<br />
F+<br />
F, T+, AI<br />
F, T, AI<br />
C<br />
F, Xn, AI<br />
F, Xn, AI<br />
Xi<br />
R-Sätze<br />
12-36/37-40<br />
11-36/38<br />
40<br />
11<br />
26/27/28-50<br />
11 -23/24/25<br />
22-36<br />
10-22<br />
1 1-14-34<br />
5-6-12<br />
11-25-26-34<br />
S-Sätze<br />
45-11-23/24/25-3853-45<br />
2- 1 6-33-36/37<br />
9-16-33<br />
2-36/37<br />
2-9-16-23-33<br />
1 /2-7/9-27-45-6!<br />
1<br />
/2-16-27-45<br />
2-26<br />
21-23-24/25<br />
! /2-9-!6-26-45<br />
2-9-16-33<br />
3/9/! 4-26-36/37/ 3<br />
39-38-45<br />
2<br />
!0-34 1 /2-26-36-45<br />
11-20/21/22- 2-9-16-33-36/37<br />
36/37/38-43<br />
U-20/22-36/37/38 2-9-16-33<br />
36<br />
Krebserzeugend<br />
3<br />
3<br />
2<br />
Toxische<br />
Dosis<br />
or661<br />
or 4570<br />
or7000<br />
or5800<br />
or570<br />
or815<br />
or55<br />
or910<br />
or26<br />
or78<br />
or340<br />
orSOO<br />
or277<br />
orHOOO<br />
MAK<br />
in<br />
mg/m 3<br />
90<br />
1200<br />
70<br />
0,25<br />
7<br />
(TRK)<br />
20<br />
18
766 G. Gefahrstoffanhang<br />
Tabelle G. 1 (Fortsetzung)<br />
Stoff<br />
Ätznatron s. Natriumhydroxid<br />
Alkohol s. Ethanol<br />
Allylalkohol<br />
Allylchlorid<br />
Aluminiumchlorid<br />
Aluminiumtriisoproanolat<br />
Ameisensäure ^ 90 %<br />
Ameisensäure 10-90%<br />
Ameisensäureethylester<br />
Ameisensäuremethylester<br />
! - Amino-naphthalen<br />
s. a-Naphthylamin<br />
3-Aminophenol<br />
2-Aminopyridin<br />
Ammoniak wasserfrei<br />
Ammoniaklösung<br />
^ 10 %<br />
Ammoniaklösung<br />
5-10%<br />
Ammoniumchlorid<br />
Anilin<br />
o-Anisidin<br />
p-Anisidin<br />
Azobis-iso-butyronitril<br />
Benzaldehyd<br />
Benzalchlorid<br />
s. Benzylidenchlorid<br />
Benzen (Benzol)<br />
p-Benzochinon<br />
Benzoesäurebenzylester<br />
Benzol s. Benzen<br />
Benzotrichlorid s. Trichlormethylbenzen<br />
Benzoylchlorid<br />
Benzoylperoxid<br />
Benzylalkohol<br />
Benzylamin<br />
Benzylbromid<br />
Benzylchlorid<br />
Benzylidenchlorid<br />
Bernsteinsäureanhydrid<br />
Gefahrensymbol<br />
T, N<br />
F, T+,<br />
N, AI<br />
C<br />
F<br />
C<br />
C<br />
F, AI<br />
F+, AI<br />
Xn, N<br />
T<br />
T, N<br />
C, N<br />
Xi<br />
Xn<br />
T, N, AIII<br />
T+, N<br />
T-H, N<br />
E, Xn<br />
Xn, AIII<br />
F, T, AI<br />
T<br />
Xn<br />
C, AIII<br />
E, Xi<br />
Xn<br />
C<br />
Xi, AIII<br />
T<br />
T<br />
Xi<br />
R-Sätze<br />
10-23/24/25-<br />
36/37/38-50<br />
!1-26-5O<br />
34<br />
11<br />
35<br />
35<br />
11<br />
12<br />
20/22-51/53<br />
25-36/38<br />
10-23-34-50<br />
34-50<br />
36/37/38<br />
22-36<br />
20/21/22-40-<br />
48/23/24/25-50<br />
45-26/27/28-<br />
33-51/53<br />
45-26/27/28-<br />
33-50<br />
2-11-20/22<br />
22<br />
45-11-48/23/24/25<br />
23/25-36/37/38<br />
22<br />
34<br />
2-7-36-43<br />
20/22<br />
21/22-34<br />
36/37/38<br />
22-23-37/38-40-41<br />
22-23-37/38-40-41<br />
36/37<br />
S-Sätze Krebserzeugend<br />
1 /2-36/37/39-38-<br />
45-61<br />
1 /2-16-29-33-<br />
45-61<br />
1 /2-7/8-28-45<br />
2-8-16<br />
1 /2-23-26-45<br />
23-26-36/37/<br />
39-45<br />
2-9-16-33<br />
2-9-16-33<br />
28-61<br />
36-45<br />
1 /2-7 /9-16 -26-<br />
36/37/39-45-61<br />
26-36/37/39-<br />
45-61<br />
2-36-45<br />
22<br />
28-36/37-45-61 3<br />
53-45-61 2<br />
53-28-36/37-<br />
45-61<br />
38-41-47<br />
24<br />
53-45 1<br />
26-28-45<br />
25<br />
26-45<br />
3/7-14-36/37/39<br />
26<br />
26-36/37/39-45<br />
39<br />
36/37-38-45 3<br />
36/37-38-45 3<br />
25<br />
Toxische<br />
Dosis<br />
or64<br />
or450<br />
or 3450<br />
orl!300<br />
orHOO<br />
or 1850<br />
or!500<br />
or924<br />
or200<br />
or350<br />
or!300<br />
(Maus)<br />
or250<br />
or 1505<br />
or 1320<br />
or700<br />
(Maus)<br />
or!300<br />
or930<br />
or!30<br />
or!900<br />
or!900<br />
or 7710<br />
or 1230<br />
or 1231<br />
or 3249<br />
or!510<br />
MAK<br />
in<br />
mg/m 3<br />
4,8<br />
3<br />
6A<br />
9<br />
300<br />
120<br />
2<br />
35<br />
7,7<br />
0,5<br />
(TRK)<br />
0,51<br />
3,2<br />
(TRK)<br />
0,4<br />
2,8<br />
5E<br />
0,2<br />
0,1
Tabelle G.l (Fortsetzung)<br />
Stoff<br />
Biphenyl<br />
4,4'-Bis(N,N-dimethylamino)-benzophenon<br />
s. Michlers Ke ton<br />
Blausäure<br />
Bleitetraacetat<br />
Braunstein<br />
Brenzcatechin<br />
Brom<br />
Brombenzen<br />
Bromessigsäure<br />
Bromoform<br />
Bromwasserstoff<br />
Bromwasserstoffsäure<br />
i= 40 %<br />
Bromwasserstoffsäure<br />
10-40 %<br />
Buta-l,3-dien<br />
Butan- 1 -öl<br />
Butan-2-ol<br />
tert-Butanol<br />
Butanon<br />
Butan- 1-thiol<br />
Buten<br />
But-2-enal<br />
But-2-in-l,4-diol<br />
Buttersäure<br />
Butylamin<br />
Butylchlorid<br />
Butyraldehyd<br />
Butyronitril<br />
Butyrylchlorid<br />
Calciumcarbid<br />
Calciumchlorid<br />
Calciumhydrid<br />
Calciumoxid<br />
e-Caprolactam<br />
Chlor<br />
Chloracetonitril<br />
Chloral (-hydrat)<br />
Chlorameisensäureethylester<br />
Gefahrensymbol<br />
Xi, N<br />
F+, T+<br />
T<br />
Xn<br />
Xn<br />
QT+<br />
Xi, N, All<br />
T, C<br />
T, N<br />
C<br />
C<br />
Xi<br />
F+, T<br />
Xn, All<br />
Xn, All<br />
F, Xn, B<br />
F, Xi, AI<br />
F, Xn, AI<br />
F+<br />
F, T, AI<br />
T<br />
C<br />
F, C, B<br />
F, AI<br />
F, AI<br />
T, AI<br />
F, C, AI<br />
F<br />
Xi<br />
F<br />
Xi<br />
Xn<br />
T, Xn<br />
T, All<br />
T F, T+, Al<br />
R-Sätze<br />
36/37/38-50/53<br />
12-26<br />
61-62-20/22-23<br />
20/22<br />
21/22-36/38<br />
26-35<br />
10-38-51/53<br />
23/24/25-35<br />
23-36/38-51/53<br />
35-37<br />
34-37<br />
36/37/38<br />
45-12<br />
10-20<br />
!0-2O<br />
11-20<br />
! 1-36/37<br />
11-20/22<br />
12<br />
u -23-36/37/38<br />
25-34<br />
34<br />
11-20/21/22-35<br />
11<br />
11<br />
10-23/24/25<br />
n -34<br />
15<br />
36<br />
15<br />
41<br />
20/22-36/37/38<br />
23-36/37/38-50<br />
23/24/25<br />
25-36/38<br />
11 -22-26-34<br />
S-Sätze Krebserzeugend<br />
23-60-61<br />
7/9-16-36/37-<br />
38-45<br />
53-45<br />
25<br />
22-36-37<br />
7/9-26-45<br />
6!<br />
36/37/39-45<br />
28-45-61 3<br />
7/9-26-45<br />
7/9-26-36/37/<br />
39-45<br />
7/9-26-45<br />
53-45 2<br />
16<br />
16<br />
9-16<br />
9-16-25-33<br />
16<br />
9-16-23<br />
29-33-45<br />
22-36-45<br />
26-36-45<br />
3-!6-26-29-36/37/<br />
39-45<br />
9-16-29<br />
9-29-33<br />
45<br />
16-23-26-36-45<br />
8-43<br />
22-24<br />
7/8-24/25-43<br />
22-24-26-39<br />
9-45-61<br />
45<br />
25-45<br />
9- 1 6-28-33-36/37/<br />
39-45<br />
G. Gefahrstoffanhang 767<br />
Toxische MAK<br />
Dosis in<br />
mg/m 3<br />
or 3280 1<br />
inh!20/lh 11<br />
0,1 E<br />
ber. als<br />
Pb<br />
0,5 E<br />
ber.als<br />
Mn<br />
or358 2OE<br />
or 14 0,7<br />
(LDLo Mensch)<br />
or2699<br />
or 50 (Maus)<br />
or933<br />
inh 2,4 mg/1 6,7<br />
4h<br />
or5480 11<br />
(TRK)<br />
or 790 300<br />
or 6480 300<br />
or 3500 360<br />
or2737 600<br />
or!500 1,5<br />
or 240 1<br />
(Maus)<br />
or!04<br />
or2940<br />
or 366 15<br />
or 2670 95,5<br />
or 2490 64<br />
or!40<br />
or>1000<br />
orlOOO<br />
5E<br />
or660 5 E<br />
inh430/30min 1,5<br />
(LDLo Mensch)<br />
or220<br />
or479<br />
or 204 4,4
768 G. Gefahrstoffanhang<br />
Tabelle G.l (Fortsetzung)<br />
Stoff<br />
2- und 3-Chlor-anilin<br />
4-Chlor-anilin<br />
2-Chlor-benzaldehyd<br />
Chlorbenzen<br />
o-Chlor-benzonitril<br />
Chlordimethylether<br />
(Chlormethylmethylether)l-Chlor-2,4-dinitrobenzen<br />
Chloressigsäure<br />
Chloressigsäureethylester<br />
1 -Chlor-2-nitrobenzen<br />
1 -Chlor-3-nitrobenzen<br />
1 -Chlor-4-nitrobenzen<br />
Chloroform<br />
m-Chlor-phenol<br />
p-Chlor-phenol<br />
Chlorsulfonsäure<br />
o-Chlor-toluen<br />
rn-Chlor-toluen<br />
p-Chlor-toluen<br />
Chlorwasserstoff<br />
Chrorntrioxid<br />
o-Cresol<br />
m-Cresol<br />
p-Cresol<br />
Crotonaldehyd<br />
Curnen<br />
Curnylhydroperoxid<br />
Cy an Wasserstoff s. Blausäure<br />
Cyclohexan<br />
Cyclohexanol<br />
Cyclohexanon<br />
Cyclohexen<br />
Cyclohexylarnin<br />
Cyclopentadien<br />
s. Dicyclopentadien<br />
Cyclopentanon<br />
Diacetonalkohol<br />
s. 4-Hydroxy-4-rnethyl<br />
pentanon<br />
2,4-Diarnino-toluen<br />
Diazornethan<br />
Gefahren- R-Sätze S-Sätze Krebssymbolerzeugend<br />
T, N 23/24/25-33-50/53 28-36/37-45-<br />
60-6!<br />
T, N 23/24/25-33-50/53 28-36/37-45-<br />
60-62<br />
C, AIII 34 26-45<br />
Xn, N, All !0-20-51/53 24/25-61<br />
Xn 21/22-36 23<br />
F, T 45-1 !-20/21/22 53-45 !<br />
T, N 23/24/25-33-50/53 28-36/37-45-<br />
60-6!<br />
T, N 25-34-50 23-37-45-61<br />
T, N, All 23/24/25-50 7/9-45-61<br />
T 23/24/25-33-52/53 28-36/37-45 3<br />
T 23/24/25-33 28-37-45<br />
T 23/24/25-33 28-37-45 3<br />
Xn 22-38-40-48/20/22 36/37 3<br />
Xn 20/21/22 28<br />
Xn 20/21/22 2-28<br />
C !4-35-37 26-45<br />
Xn, N, All 20-51/53 24/25-61<br />
Xn, N, All 20-5U53 24/25-61<br />
Xn, N, All 20-51/53 24/25-61<br />
C, T 23-35 9-36/37/39-26-45<br />
O, T, C, N 49-8-25-35- 53-45-60-61 1<br />
43-50/53<br />
T, AIII 24/25-34 36/37/39-45<br />
T, AIII 24/25-34 36/37/39-45<br />
T, AIII 24/25-34 36/37/39-45<br />
F, T, AI 11-23-36/37/38 29-33-45 3<br />
erbgutschäd.<br />
Xi, All 10-37<br />
C, O, AIII 11-20/22-34 39-45<br />
F, AI 11 9-16-33<br />
Xn, AIII 20/22-37/38 24/25<br />
Xn, All 10-20 25<br />
F, Xn, AI 1 1-21/22 16-23-33-36/37<br />
C, All 10-21/22-34 36/37/39-45<br />
Xi, All 10-36/38 23<br />
T, N 45-21-25-36- 53-45-60-61 2<br />
43-50/53<br />
T 24/25-34-45 2<br />
Toxische<br />
Dosis<br />
or256<br />
(Maus)<br />
or310<br />
or 2480<br />
orllOO<br />
or435<br />
or780<br />
or55<br />
or235<br />
or288<br />
or470<br />
or294<br />
or908<br />
or570<br />
or261<br />
or3900<br />
or2!00<br />
inh 4746/ Ih<br />
or80<br />
or!21<br />
or242<br />
or207<br />
or240<br />
(Maus)<br />
or!400<br />
or382<br />
or 12705<br />
or2060<br />
or 1620<br />
or 1940<br />
or300<br />
or73<br />
MAK<br />
in<br />
mg/m 3<br />
0,2 E<br />
(TRK)<br />
46<br />
4<br />
5<br />
0,5 E<br />
50<br />
8<br />
0,05 E<br />
(TRK)<br />
22<br />
22<br />
22<br />
1<br />
250<br />
250<br />
700<br />
200<br />
80<br />
1015<br />
40<br />
690<br />
0,1<br />
(TRK)<br />
0,01<br />
(TRK)
Tabelle G.l (Fortsetzung)<br />
Stoff<br />
1 ,2-Dibrom-ethan<br />
Di-tert-butylperoxid<br />
1 ,2-Dichlor-benzen<br />
1 ,3-Dichlor-benzen<br />
1 ,4-Dichlor-benzen<br />
1,2-Dichlor-ethan<br />
Dichlormethan<br />
Dicyclohexylamin<br />
Dicyclopentadien<br />
Diethylamin<br />
N,N-Diethyl-anilin<br />
Diethylenglycol<br />
Diethylether<br />
Diethylketon<br />
Diethylphthalat<br />
Diethylsulfat<br />
Diketen<br />
Dimethylamin<br />
N,N-Dimethyl-anilin<br />
1,4-Dimethylcyclohexan<br />
Dimethylformamid<br />
Dimethylnitrosamin<br />
Dimethylsulfat<br />
Dimethylsufoxid<br />
! ,3-Dinitro-benzen<br />
2,4-Dinitro-toluen<br />
1,4-Dioxan<br />
Diphenylamin<br />
Eisessig s. Essigsäure<br />
Essigester s. Essigsäureethylester<br />
Essigsäure ^ 90 %<br />
Essigsäure 25-90%<br />
Essigsäureanhydrid<br />
Essigsäure -n-butylester<br />
Gefahrensymbol<br />
T, N<br />
O, F, AI<br />
Xn, N,<br />
AIII<br />
Xn, N,<br />
AIII<br />
Xn, AIII<br />
F, T, AI<br />
Xn<br />
C, N, AIII<br />
F, Xn, N,<br />
AI<br />
F, C, B<br />
T, N<br />
F+, AI<br />
F, AI<br />
T<br />
T, Xn, All 10-22-23-37/38-4!<br />
F+, Xn<br />
T, N, AIII<br />
F<br />
T<br />
T+<br />
T+, AIII<br />
Xi<br />
T-»-, N<br />
T<br />
F, Xn, B<br />
T, N<br />
C<br />
C<br />
C, All<br />
All<br />
R-Sätze<br />
45-23/24/25-<br />
36/37/38-51/53<br />
7-11<br />
22-36/37/38-50/53<br />
22-51/53<br />
22-36/38<br />
45-11-22-36/37/38<br />
40<br />
22-34-50/53<br />
11-20/22-36/37/38-<br />
51/53<br />
11-20/21/22-35<br />
23/24/25-33-51/53<br />
12-19<br />
11<br />
45-46-20/21/22-34<br />
!2-20-36/37/38-41<br />
23/24/25-40-51/53<br />
11<br />
61-20/21-36<br />
45-25-26-48/25<br />
45-25-26-34<br />
36/38<br />
26/27/28-33-50/53<br />
23/24/25-33<br />
11-19-36/37-40<br />
23/24/25-33-50/53<br />
10-35<br />
34<br />
10-34<br />
1 O<br />
S-Sätze Krebserzeugend<br />
53-45-61 2<br />
3/7-14.16-36/<br />
37/39<br />
23-60-61<br />
61<br />
2-22-24/25-46<br />
53-45 2<br />
23-24/25-36/37 3<br />
26-36/37/39-45-<br />
60-61<br />
36/37-61<br />
3-16-26-29-36/<br />
37/39-45<br />
28-37-45-61<br />
9-16-29-33<br />
9-16-33<br />
24/25<br />
53-45 2<br />
3-23-26-36/<br />
37/39-45<br />
16-26-39<br />
28-36/37-45-61 3<br />
9-16-33<br />
53-45 2 (fortpflanz.schädigend)<br />
53-45 2<br />
53-45 2<br />
26<br />
28-36/37-45- 3<br />
60-61<br />
28-37-45 2<br />
16-36/37 3<br />
28-36/37-45-<br />
60-61<br />
23-26-45<br />
23-26-45<br />
26-45<br />
G. Gefahrstoffanhang 769<br />
Toxische<br />
Dosis<br />
orlOS<br />
or 25000<br />
or500<br />
or580<br />
or
770 G. Gefahrstoffanhang<br />
Tabelle G.l (Fortsetzung)<br />
Stoff<br />
Essigsäure-ter/butylester<br />
Essisäureethylester<br />
Essigsäureisobutylester<br />
Essigsäureisopropylester<br />
Essigsäuremethylester<br />
Essigsäurepropylester<br />
Ethanol<br />
Ethen<br />
Ether s. Diethylether<br />
Ethylamin<br />
N-Ethyl-anilin<br />
Ethylbenzen<br />
Ethylbromid<br />
Ethylenglycol<br />
Ethylenoxid<br />
Ethylmethylketon<br />
s. Butanon<br />
Formaldehyd-Lösung<br />
^ 37 %<br />
Fumarsäure<br />
Furfural (Furfurol)<br />
Furfurylalkohol<br />
Guajacol<br />
Heptan<br />
Heptan-2-on<br />
Heptansäure<br />
a-Hexachlorcyclohexan<br />
Hexamethylendiamin<br />
Hexan<br />
Hexan- 1 -öl<br />
Hexan-2-on<br />
Hydrazin<br />
Hydrazinhydrat<br />
Hydraziniumsulfat<br />
Hydrochinon<br />
lod<br />
lodwasserstoffsäure<br />
^ 25 %<br />
lodwasserstoffsäure<br />
10-25%<br />
Isoamyl s. Isopentyl<br />
Isobutanol<br />
Isobuttersäure<br />
Isobutylalkohol s. Isobutanol<br />
Gefahrensymbol<br />
F, AI<br />
F, AI<br />
F, AI<br />
F, AI<br />
F, AI<br />
F, AI<br />
F<br />
F+<br />
F+, Xi<br />
T<br />
F, Xn<br />
Xn<br />
Xn<br />
F+, T<br />
T<br />
Xi<br />
T, AIII<br />
Xn<br />
Xn, AIII<br />
F, AI<br />
Xn, All<br />
C<br />
T, N<br />
C<br />
F, Xn, AI<br />
Xn, AIII<br />
F, T, AI<br />
T<br />
T<br />
T<br />
Xn<br />
Xn<br />
C<br />
Xi<br />
Xn, All<br />
Xn, AIII<br />
R-Sätze<br />
11<br />
11<br />
11<br />
11<br />
11<br />
11<br />
11<br />
12<br />
12-36/37<br />
23/24/25-33<br />
11 -20<br />
20/21/22<br />
22<br />
45-46-12-23-<br />
36/37/38<br />
23/24/25-34-40-43<br />
36<br />
23/25<br />
20/21/22<br />
22-36/38<br />
11<br />
10-22<br />
34<br />
23/24/25-36/<br />
38-50/53<br />
21/22-34-37<br />
11-48/20<br />
22<br />
! 1-48/23<br />
45-10-23/24/<br />
25-34-43<br />
45-23/24/25-34-43<br />
45-23/24/25-43<br />
20/22<br />
20/21<br />
34<br />
36/38<br />
!0-2O<br />
21/22<br />
S-Sätze Krebserzeugend<br />
!6-23-29-33<br />
!6-23-29-33<br />
16-23-29-33<br />
16-23-29-33<br />
16-23-29-33<br />
!6-23-29-33<br />
7-16<br />
9-16-33 (3)<br />
16-26-29<br />
28-37-45<br />
16-24/25-29<br />
28 3<br />
2<br />
53-45 2<br />
23-36/37/39-45 3<br />
26<br />
24/25-45 3<br />
26<br />
9-!6-23-29-33<br />
23<br />
26-28-36/37/<br />
39-45<br />
13-45-60-61 3<br />
22-26-36/37/<br />
39-45<br />
9-16-24/25-29-5!<br />
24/25<br />
9-16-29-45-51<br />
53-45 2<br />
53-45-26-36/ 2<br />
37/39<br />
53-45 2<br />
24/25-39<br />
23-25<br />
26-36/37/39-45<br />
26-45<br />
16<br />
Toxische<br />
Dosis<br />
or 5620<br />
or 13400<br />
or3000<br />
or5000<br />
or 9370<br />
or7060<br />
or400<br />
or334<br />
or3500<br />
or 1350<br />
or4700<br />
or72<br />
or!00<br />
or 9300<br />
or65<br />
or!77<br />
or725<br />
or !67O<br />
or7000<br />
or76<br />
or850<br />
or 28710<br />
or720<br />
or2590<br />
or60<br />
or!29<br />
or601<br />
or320<br />
or 14000<br />
or2460<br />
or280<br />
MAK<br />
in<br />
mg/m 3<br />
950<br />
1400<br />
480<br />
850<br />
610<br />
840<br />
1900<br />
440<br />
9,4<br />
26<br />
2<br />
(TRK)<br />
0,6<br />
20<br />
40<br />
2000<br />
!8O<br />
0,5 E<br />
2,3 E<br />
21<br />
0,13<br />
(TRK)<br />
2E<br />
1<br />
300
Tabelle G.l (Fortsetzung)<br />
Stoff<br />
Isopentylalkohol<br />
Isopentylnitrit<br />
Isopren<br />
Isopropylalkohol<br />
Isopropylbenzen<br />
s. Cumen<br />
Kalium<br />
Kaliumcyanid<br />
Kaliumdichromat<br />
Kaliumfluorid<br />
Kaliumhydroxid<br />
Kaliumpermanganat<br />
Kohlenmonoxid<br />
Kresol s. Cresol<br />
Kupfersulfat<br />
Lithium<br />
Lithiumaluminiumhydrid<br />
Magnesium<br />
Maleinsäure<br />
Maleinsäureanhydrid<br />
Malononitril<br />
Mesityloxid<br />
Methacrylsäuremethylester<br />
Methanol<br />
Methanthiol<br />
4-Methoxy-2-nitroanilin<br />
Methylamin<br />
N-Methyl-anilin<br />
2-Methyl-butan-2-ol<br />
Methylcyclohexan<br />
2-Methyl-cyclohexanol<br />
2-Methyl-cyclohexanon<br />
Methylendichlorid<br />
s. Dichlormethan<br />
Methyliodid<br />
4-Methyl-pent-3en-2-on<br />
Methylpentylketon<br />
Methylpropylketon<br />
4-Methyl-pyridin<br />
(y-Picolin)<br />
a-Methyl-styren<br />
Michlers Keton<br />
Morpholin<br />
Naphthalen<br />
Gefahrensymbol<br />
Xn<br />
F, Xn, AI<br />
F+, AI<br />
F, B<br />
F, C<br />
T+<br />
T+, N<br />
T<br />
C<br />
0,Xn<br />
F+, T<br />
Xn<br />
F, C<br />
F<br />
F<br />
Xn<br />
Xn<br />
T<br />
Xn, All<br />
F, Xi, AI<br />
F, T<br />
F+, Xn<br />
T+<br />
F+, Xn<br />
T, N, AIII<br />
F, Xn, AI<br />
F, AI<br />
Xn, AIII<br />
Xn, All<br />
T<br />
Xn, All<br />
Xn, All<br />
F, AI<br />
T<br />
Xi, All<br />
Xn<br />
C<br />
N<br />
R-Sätze<br />
10-20<br />
11-20/22<br />
12<br />
11<br />
14/15-34<br />
26/27/28-32<br />
49-46-21-25-26-<br />
37/38-41-43-50/53<br />
23/24/25<br />
35<br />
8-22<br />
61-12-23-48/23<br />
22-36/38<br />
14/15-34<br />
15<br />
ll-!5<br />
22-36/37/38<br />
22-36/37/38-42<br />
23/24/25<br />
10-20/21/22<br />
11-36/37/38-43<br />
! 1-23/25<br />
12-20<br />
26/27/28-33-52/53<br />
12-20-37/38-41<br />
23/24/25-33-50/53<br />
n -20<br />
n<br />
20<br />
10-20<br />
21-23/25-37/38-40<br />
!0-20/21/22<br />
10-22<br />
H<br />
10-20/22-24-36/<br />
37/38<br />
!0-36/37<br />
36/37/38-40<br />
1 0-20/2 i /22-34<br />
50/53<br />
S-Sätze<br />
24/25<br />
16-24-26<br />
9-16-29-33<br />
7-16<br />
5-8-43-45<br />
7-28-29-45<br />
53-45-60-61<br />
26-45<br />
26-37/39-45<br />
2<br />
53-45<br />
22<br />
8-43-45<br />
7/8-24/25-43<br />
7/8-43<br />
26-28-37<br />
22-28-39<br />
23-27-45<br />
25<br />
9-16-29-33<br />
7-16-24-45<br />
16-25<br />
28-36/37-45-6!<br />
16-26-39<br />
28-37-45-60-61<br />
9-16-24/25<br />
9-16-33<br />
24/25<br />
25<br />
36/37-38-45<br />
25<br />
23<br />
9-16-33<br />
26-36-45<br />
36/37<br />
23-36-45<br />
6 1<br />
G. Gefahrstoffanhang 771<br />
Krebs- Toxische<br />
erzeu- Dosis<br />
gend<br />
or505<br />
or5045<br />
or5<br />
1 or95<br />
or273<br />
or 1090<br />
LC50inh2,l<br />
mg/1 Ratte<br />
or300<br />
or708<br />
or400<br />
or61<br />
orl!20<br />
or 7872<br />
or5628<br />
inh 1,35 mg/1<br />
4h<br />
or 14100<br />
orlOO<br />
or360<br />
or!000<br />
or 2140<br />
3 or76<br />
orl!20<br />
or 1670<br />
or 3730<br />
or 1290<br />
or4900<br />
3 or 6400<br />
or 1050<br />
3 or >2000<br />
MAK<br />
in<br />
mg/m 3<br />
500<br />
5E<br />
(als CN)<br />
0,05 E<br />
2,5<br />
33<br />
IE<br />
0,4<br />
22<br />
100<br />
210<br />
260<br />
1<br />
12<br />
2<br />
360<br />
2000<br />
235<br />
230<br />
2<br />
100<br />
238<br />
700<br />
490<br />
70<br />
50
772 G. Gefahrstoffanhang<br />
Tabelle G. 1 (Fortsetzung)<br />
Stoff<br />
a-Naphthol<br />
ß-Naphthol<br />
a-Naphthyl-amin<br />
ß-Naphthyl-amin<br />
Natrium<br />
Natriumazid<br />
Natriumcarbonat<br />
Natriumchlorat<br />
Natriumcyanid<br />
Natriumdichromat<br />
Natriumdithionit<br />
Natriumhydrid<br />
Natriumhydroxid<br />
Natriumhypochloritlösung<br />
Natriumnitrit<br />
Natriumsulfid<br />
Natronlauge ^ 5 %<br />
Natronlauge 2-5%<br />
Nitranilin s. Nitroanilin<br />
Nitriersäure s. Salpetersäure/Schwefelsäuremischung<br />
o- und m-Nitro-anilin<br />
p-Nitro-anilin<br />
2-Nitro-anisol<br />
Nitrobenzen<br />
Nitroethan<br />
Nitrornethan<br />
a-Nitro-naphthalin<br />
2-Nitro-phenol<br />
4-Nitro-phenol<br />
2-Nitro-propan<br />
2-Nitro-toluen<br />
4-Nitro-toluen<br />
Nonansäure<br />
Oleurn<br />
Osmiumtetroxid<br />
Oxalsäure<br />
Oxalsäurediethylester<br />
Oxalylchlorid<br />
Ozon<br />
Gefahrensymbol<br />
Xn<br />
Xn<br />
Xn, N<br />
T<br />
F, C<br />
T+<br />
Xi<br />
0,Xn<br />
T+<br />
T+, N<br />
Xn<br />
F, C<br />
C<br />
C<br />
O, T<br />
C<br />
C<br />
C<br />
T<br />
T<br />
T<br />
T, N<br />
Xn, All<br />
Xn, All<br />
T<br />
Xn<br />
Xn<br />
T, All<br />
T, N, AIII<br />
T, N<br />
C<br />
C<br />
T+<br />
Xn<br />
Xn, AIII<br />
T, C<br />
R-Sätze<br />
21/22-37/38-4!<br />
20/22<br />
22-51/53<br />
45-22<br />
14/15-34<br />
28-32<br />
36<br />
9-22<br />
26/27/28-32<br />
49-46-21-25-26-<br />
37/38-41-43-50/53<br />
7-22-31<br />
15-34<br />
35<br />
31-34<br />
8-25<br />
31-34<br />
35<br />
34<br />
23/24/25-33-52/53<br />
23/24/25-33-52/53<br />
45-22<br />
23/24/25-40-48-<br />
51/52-62<br />
10-20/22<br />
5-10-22<br />
24/25-40<br />
22-36/38<br />
20/2!/22-23<br />
45-10-20/22<br />
23/24/25-33-51/53<br />
23/24/25-33-51/53<br />
34<br />
14-35-37<br />
26/27/28-34<br />
21/22<br />
22-36<br />
14-23/24/25-34<br />
S-Sätze<br />
22-26-37/39<br />
24/25<br />
24-61<br />
53-45<br />
5-8-43-45<br />
28-45<br />
22-26<br />
2-13-17-46<br />
7-28-29-45<br />
53-45-60-61<br />
7/8-26-28-43<br />
7/8-26-36/37/<br />
39-43-45<br />
26-37/39-45<br />
26-28-36/37/<br />
39-45<br />
45<br />
26-45<br />
26-36/37/39-45<br />
26-37/39-45<br />
28-36/37-45-61<br />
28-36/37-45-61<br />
53-45<br />
28-36/37-45-61<br />
9-25-41<br />
41<br />
45<br />
26-28<br />
28<br />
53-45<br />
28-37-45-61<br />
28-37-45-61<br />
26-28-36/37/<br />
39-45<br />
26-30-45<br />
7/9-26-45<br />
24/25<br />
23<br />
26-45<br />
Krebserzeugend<br />
1<br />
2<br />
2<br />
3<br />
3<br />
2<br />
3<br />
Toxische<br />
Dosis<br />
or275<br />
(Maus)<br />
or240<br />
or779<br />
or27<br />
or 4090<br />
or!200<br />
or 6,44<br />
or500<br />
(LDLo<br />
Kanin)<br />
or85<br />
or208<br />
o: or 1600<br />
m: or 535<br />
or750<br />
or 1980<br />
or640<br />
orllOO<br />
or940<br />
or!20<br />
or328<br />
or350<br />
or725<br />
or891<br />
or!960<br />
or3200<br />
or2140<br />
or!5<br />
or7500<br />
or400<br />
inh 4/ 4 h<br />
MAK<br />
in<br />
mg/m 3<br />
IE<br />
0,2<br />
5E<br />
(als CN')<br />
0,05 E<br />
2E<br />
1,5<br />
2<br />
6<br />
5<br />
310<br />
250<br />
18<br />
(TRK)<br />
0,5<br />
(TRK)<br />
30<br />
1<br />
0,002<br />
IE<br />
0,2
Tabelle G.l (Fortsetzung)<br />
Stoff Gefahren- R-Sätze<br />
symbol<br />
Paraldehyd F, All<br />
Pentan F, AI<br />
Pentan-1-ol Xn, All<br />
Pentan-2-on F, AI<br />
Pentan-3-on F, AI<br />
Pentylchlorid F, Xn, AI<br />
Perchlorsäure O, C<br />
Peressigsäure O, C<br />
Perhydrol s. Wasserstoffperoxid<br />
p-Phenitidin T<br />
Phenol T<br />
p-Phenylen-diamin T, N<br />
a-Phenyl-ethylamin C, AIII<br />
Phenylhydrazin T, N<br />
Phenylisocyanat T+, All<br />
Phosgen T+<br />
Phosphor, rot F<br />
Phosphor, weiß F, TH-, C<br />
Phosphor(V)-oxid C<br />
Phosphorpentachlorid C<br />
Phosphorsäure C<br />
Phosphortrichlorid C<br />
Phophorylchlorid C<br />
Phthalsäureanhydrid Xi<br />
Pikrinsäure E, T<br />
Pikrinsäure, phlegmati- T<br />
siert<br />
Piperidin F, T, B<br />
Propanol F, B<br />
Propan-2-ol s. Isopropanol<br />
Propen F+<br />
Propionaldehyd F, Xi, AI<br />
Propionsäure C<br />
Propionsäureethylester F, AI<br />
Propylbenzen Xi, All<br />
Propylbromid Xn, All<br />
Propylchlorid F, Xn<br />
Pyridin F, Xn, B<br />
Quecksilber T<br />
Quecksilberacetat T+<br />
QuecksiIber(II)-chlorid T+<br />
Quecksilberoxid T+<br />
11<br />
H<br />
iO-20<br />
11<br />
11<br />
11-20/21/22<br />
5-8-35<br />
7-10-20/21/22-35<br />
23/24/25-33<br />
24/25-34<br />
23/24/25-43-50/53<br />
21/22-34<br />
23/24/25-36-50<br />
10-22-26-34-42<br />
26-34<br />
H-16<br />
17-26/28-35<br />
35<br />
34-37<br />
34<br />
34-37<br />
34-37<br />
36/37/38<br />
3-23/24/25<br />
1-4-23/24/25<br />
H -23/24-34<br />
11<br />
12<br />
U -36/37/38<br />
34<br />
11<br />
10-37<br />
10-20<br />
1 !-20/21/22<br />
H -20/21/22<br />
23-33<br />
26/27/28-33<br />
28-34-48/24/25<br />
26/27/28-33<br />
G. Gefahrstoffanhang 773<br />
S-Sätze Krebs- Toxische<br />
erzeu- Dosis<br />
gend<br />
9-16-29-33<br />
9-16-29-33<br />
24/25<br />
9-16-33<br />
9-16-33<br />
9-29<br />
23-26-36/37/<br />
39-45<br />
3/7-14-36/ 3<br />
37/39-45<br />
28-36/37-45<br />
28-45<br />
28-36/37-45- 3<br />
60-61<br />
26-28-36/37/<br />
39-45<br />
28-45-61 3<br />
23-26-36/37/<br />
39-45<br />
9-26-36/37/39-45<br />
7-43<br />
5-26-28-45<br />
22-26-45<br />
7/8-26-45<br />
26-36/37/39-45<br />
7/8-26-45<br />
7/8-26-45<br />
28-35-37-45<br />
35-36/37-45<br />
16-26-27-45<br />
7-16<br />
9-16-33<br />
9-! 6-29<br />
23-36-45<br />
16-23-29-33<br />
9-24<br />
9-29<br />
26-28<br />
7-45<br />
13/28-45<br />
36/37/39-45<br />
!3/28-45<br />
or2711<br />
or2200<br />
or3730<br />
or2140<br />
orllOO<br />
or850<br />
or317<br />
or80<br />
or940<br />
or!88<br />
orSOO<br />
inh 25/30 min<br />
(LCLo<br />
Mensch)<br />
orl,4<br />
(LDLo<br />
Mensch)<br />
or660<br />
or 1530<br />
or!8<br />
or380<br />
or4020<br />
or200<br />
or400<br />
or 1870<br />
or3310<br />
or2600<br />
or8732<br />
or6040<br />
or>2000<br />
or891<br />
inh 29 mg/m 3<br />
(LCLo 30 h)<br />
or 40,9<br />
or 1<br />
or!8<br />
MAK<br />
in<br />
mg/m 3<br />
2950<br />
360<br />
700<br />
700<br />
19<br />
0,1 E<br />
22<br />
0,05<br />
0,082<br />
0,1 E<br />
0,1 E<br />
!E<br />
IE<br />
31<br />
3 11E<br />
0,1 E<br />
15<br />
0,1<br />
0,01<br />
0,1 E<br />
0,i E
774 G. Gefahrstoffanhang<br />
Tabelle GJ (Fortsetzung)<br />
Stoff<br />
Quecksilbersulfat<br />
Resorcinol<br />
Salpetersäure ^ 70 %<br />
Salpetersäure 20-70%<br />
Salpetersäure-Schwefelsäure-Mischung.<br />
Salzsäure ^ 25 %<br />
Salzsäure !0-25%<br />
Schwefeldioxid<br />
Schwefelkohlenstoff<br />
Schwefelsäure ^ 15 %<br />
Schwefelsäure 5-15%<br />
Schwefelwasserstoff<br />
Selen<br />
Selendioxid<br />
Sibernitrat<br />
Stickoxide<br />
Styren<br />
Sulfamidsäure<br />
Sulfanilsäure<br />
Sulfurylchlorid<br />
Tetrachlokohlenstoff<br />
Tetrahydrofuran<br />
Tetrahydrofurfurylalkohol<br />
Tetrahydronaphthalen<br />
(Tetralin)<br />
Tetralinhydroperoxid<br />
Thioharnstoff<br />
Thionylchlorid<br />
Titantetrachlorid<br />
Toluen<br />
p-Toluensulfonsäure<br />
o-Toluidin<br />
m-Toluidin<br />
p-Toluidin<br />
l,l,l-Trichlor-2,2-di<br />
(4-chlor-phenyl)-ethan<br />
(DDT)<br />
Trichloressigsäure<br />
Trichlorethylen<br />
Gefahrensymbol<br />
T+<br />
Xn1N<br />
O, C<br />
C<br />
O, C<br />
C<br />
Xi<br />
T<br />
F, T, AI<br />
C<br />
Xi<br />
F+, T+, N<br />
T<br />
T<br />
C<br />
T+<br />
Xn, All<br />
Xi<br />
Xi<br />
C<br />
T, N<br />
F, Xi, B<br />
Xi<br />
Xi, AIII<br />
O, C<br />
Xn, N<br />
C<br />
C<br />
F, Xn, AI<br />
Xi<br />
T, N, AIII<br />
T, N, AIII<br />
T, N, AIII<br />
T, N<br />
C<br />
Xn<br />
R-Sätze<br />
26/27/28-33<br />
22-36/38-50<br />
8-35<br />
35<br />
8-35<br />
34-37-26-36/37/<br />
39-45<br />
36/37/38<br />
23-34<br />
11-36/38-48/<br />
23-62-63<br />
35<br />
36/38<br />
12-26-50<br />
23/25-33<br />
23/25-33<br />
34<br />
26-34<br />
10-20-36/38<br />
36/38<br />
36/38-43<br />
14-34-37<br />
23/24/25-40-48/23-<br />
52/53-59<br />
11-19-36/37<br />
36<br />
19-36/38<br />
7-22-34<br />
22-40-51/53<br />
14-34-37<br />
14-34-36/37<br />
11-20<br />
36/37/38<br />
45-23/25-36-50<br />
23/24/25-36-50<br />
23/24/25-33-50<br />
25-40-48/25-50/53<br />
35<br />
40-52/53<br />
S-Sätze Krebserzeugend<br />
13/28-45<br />
26-61<br />
23-26-36-45<br />
23-26-36/37/39-<br />
45<br />
23-26-30-36-45<br />
26-45<br />
9-26-36/37/39-45<br />
16-33-36/37-45 3 (fortpflanz.gefährdend)<br />
26-30-36/37/<br />
39-45<br />
26-30-45<br />
9-16-28-36/<br />
37-45-61<br />
20/21-28-45<br />
20/21-28-45<br />
26-45<br />
9-26-28-36/<br />
37/39-45<br />
23<br />
26-28<br />
24-37<br />
26-45<br />
23-36/37-45- 3<br />
59-61<br />
16-29-33<br />
39<br />
26-28<br />
3/7-14-36/37/<br />
39-45<br />
22-24-36/37-61 3<br />
26-45<br />
7/8-26-45<br />
16-25-29-33<br />
26-37<br />
53-45-61 2<br />
53-45-61<br />
28-36/37-45-61 3<br />
22-36/37-45- 3<br />
60-61<br />
24/25-26-45<br />
23-36/37-61 3<br />
Toxische<br />
Dosis<br />
or57<br />
or301<br />
inh 2520/ 1 h<br />
or 3188<br />
or 2140<br />
inh 713/ 1 h<br />
or6700<br />
orH73<br />
or 2650<br />
or3160<br />
or 12300<br />
or2350<br />
or 1650<br />
orlöOO<br />
or2860<br />
or 1750<br />
inh 2700 4 h<br />
or636<br />
or670<br />
or974<br />
or656<br />
or3300<br />
or5650<br />
MAK<br />
in<br />
mg/m 3<br />
0,1 E<br />
45 E<br />
5<br />
7,6<br />
5<br />
16<br />
15<br />
IE<br />
0,1 E<br />
0,1 E<br />
0,01 E<br />
9<br />
85<br />
65<br />
590<br />
190<br />
0,5<br />
(TRK)<br />
9<br />
IE<br />
IE<br />
270
Tabelle G.l (Fortsetzung)<br />
Stoff<br />
Trichlormethylbenzen<br />
Triethylamin<br />
1 ,3,5-Trimethyl-benzen<br />
(Mesitylen)<br />
Valeriansäure<br />
Vanadiumpentoxid<br />
Vinylacetat<br />
Wasserstoff<br />
Wasserstoffperoxid<br />
20^60%<br />
Wasserstoffperoxid<br />
5-20%<br />
o-, m-, p-Xylen<br />
2,4-Xylidin<br />
Zinkchlorid<br />
Zinkcyanid<br />
Zinn(II)-chlorid<br />
Gefahrensymbol<br />
T<br />
F, C, B<br />
Xi, All<br />
C, AIII<br />
Xn<br />
F, AI<br />
F+<br />
C<br />
Xi<br />
Xn, All<br />
T, N<br />
C<br />
T+<br />
Xn<br />
Literaturhinweise<br />
R-Sätze<br />
45-22-23-37/38-41<br />
11-20/21/22-35<br />
10-37<br />
34<br />
20<br />
11<br />
12<br />
34<br />
36/38<br />
10-20/21-38<br />
23/24/25-33-51/53<br />
34<br />
26/27/28-32<br />
22-36/37-38<br />
S-Sätze Krebserzeugend<br />
53-45 2<br />
3-16-26-29-36/<br />
37/39-45<br />
26-36-45<br />
22<br />
16-23-29-33 3<br />
9-16-33<br />
3-26-36/37/39-45<br />
3-28-36/39-45<br />
Gesetzliche Bestimmungen über den Umgang mit Chemikalien<br />
vgl. Literaturhinweise in Kap.A.6.<br />
25<br />
28-36/37-45-61 3<br />
7/8-28-45<br />
7-28-29-45<br />
Eigenschaften gefährlicher Stoffe; Unfälle beim chemischen Arbeiten; Erste Hilfe<br />
26<br />
G. Gefahrstoffanhang 775<br />
Toxische<br />
Dosis<br />
or6000<br />
or460<br />
inh24/4h<br />
or600<br />
(Maus)<br />
or 400-500<br />
or2920<br />
or2000<br />
(Maus)<br />
or4300<br />
or467<br />
or350<br />
or700<br />
MAK<br />
in<br />
mg/m 3<br />
0,1<br />
(TRK)<br />
40<br />
40<br />
0,05 A<br />
35<br />
1,4<br />
440<br />
25<br />
5E<br />
(als CN)<br />
2E<br />
BENDER, H. F.: Sicherer Umgang mit Gefahrstoffen. - Wiley-VCH, Weinheim 2000.<br />
BIA-Report 10/97 Grenzwertliste 1997. Hrsg.: Hauptverband der gewerblichen Berufsgenossenschaften<br />
(HVBG), Sankt Augustin.<br />
BRETHERICK, L.: Handbook of Reactive Chemical Hazards. - Butterworths, London, Boston 1985.<br />
Handbook of Laboratory Safety. Hrsg.: N. V. STEERE. - The Chemical Rubber Comp., Cleveland/Ohio<br />
1976.<br />
Hinweise zur Abfallbeseitigung und Recycling.- Handbuch für Verwerterbetriebe für industrielle Abfälle.<br />
Hrsg.: Bundesumweltamt. - Erich Schmidt-Verlag, Berlin<br />
HOMMEL, G.: Handbuch der gefährlichen Güter. - Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1978-<br />
1980.<br />
IRFTC - International Register of Potentially Toxic Chemicals. - United Nations, Geneva 1987.<br />
KÜHN, R.; BIRETT, K.: Merkblätter gefährlicher Arbeitsstoffe. - Ecomed Verlagsgemeinschaft, Landsberg/<br />
Lech.<br />
List of MAK and BAT Values 1995. Hrsg.: Deutsche Forschungsgemeinschaft. - VCH Verlagsgesellschaft,<br />
Weinheim 1995.<br />
LUNN, G.; SANSONE, E. B.: Destruction of Hazardous Chemicals in the Laboartory. - John Wiley & Sons,<br />
New York 1994.<br />
LUDEWIG, R.; LOHS. K. H.: Akute Vergiftungen. Ratgeber für toxikologische Notfälle. - Gustav Fischer Verlag,<br />
Jena 1988.<br />
MARTINEZ, D: Immobilisation, Entgiftung und Zerstörung von Chemikalien. - Verlag Harri Deutsch,<br />
Thun, Frankfurt/Main 1986.
776 G. Gefahrstoffanhang<br />
MOESCHLIN, S.: Klinik und Therapie der Vergiftungen. - Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York 1986.<br />
MÜLLER, R. K.: Die toxikologisch-chemische Analyse. - Verlag Theodor Steinkopff, Dresden !976.<br />
QUELLMALZ, E.; WETTBACHER, U; STÖRMANN, R.: Hauptstoffliste, zusammengeführte Informationen zu<br />
gefährlichen Stoffen und Zubereitungen,. - WEKA-Fachverlag, Augsburg 1998.<br />
Recycling-Handbuch. Hrsg.: Bundesumweltamt. - Erich Schmidt-Verlag, Berlin.<br />
REICHARD, D.; OCHTERBECK, W.: Abfälle aus chemischen Laboratorien und medizinischen Einrichtungen. -<br />
Ecomed Verlagsgesellschaft, Landsberg/Lech !994.<br />
RICHARDSON, M. L.; GANGOLLI, S.: DOSE - The Dictionary of Substances and their Effects. Bd. 1-8. - The<br />
Royal Society of Chemistry - Information Services, Cambridge !992 ff.<br />
ROTH, L.: Gefahrstoff-Entsorgung. - Ecomed Verlagsgesellschaft, Landsberg/Lech 1995.<br />
ROTH, L.: Chemie-Ratgeber, Sicherheitsdaten, MAK-Werte. - Ecomed Verlagsgesellschaft, Landsberg/<br />
Lech.<br />
ROTH, L.; DAUNDERER, M.: Giftliste - Ecomed-Verlagsgesellschaft, Landsberg/Lech.<br />
SORBE, G.: Sicherheitstechnische Kenndaten - Ecomed Verlagsgesellschaft, Landsberg/Lech 1983.<br />
WELZBACHER, U: Neue Datenblätter für gefährliche Arbeitsstoffe nach der Gefahrstoffverordnung. -<br />
WEKA-Fachverlag, Augsburg.<br />
Datenbanken<br />
GESTIS-Stoffdatenbank. - Berufsgenossenschaftliches Institut für Arbeitssicherheit (BIA), Sankt Augustin.<br />
http://www.hvbg.de/bia/stoffdatenbank.<br />
Hazardous Chemical Database. - University of Akron, USA. http://ull.chemistry.uakron.edu/erd/<br />
Hazardous Substance Release and Health Effects Database. - Agency for Toxic Substances and Disease<br />
Registry (ATSDR), USA. http://www.atsdr.cdc.gov/hazdat.html.<br />
Merck Sicherheitsdatenblätter auf CD-ROM. - Merck KGaA, Darmstadt.<br />
MSDS-OHS (OHS Material Safety Data Sheets). - MDL Information Systems, USA (Online-Datenbank<br />
über STN International zugänglich).
Register<br />
Das Register umfaßt Sach-, Substanz- und Methodenregister.<br />
Schließt ein Registerschlagwort mehrere Sachverhalte ein, so sind sie nach folgendem Schema<br />
geordnet:<br />
D präparativ und technisch wichtige Darstellungen<br />
G Gefahrenhinweise und Sicherheitsratschläge<br />
I Sachverhalte zur Identifizierung<br />
R allgemeine Reaktionsmöglichkeiten<br />
U Umsetzungen (mit Angaben der Vorschrift)<br />
Danach folgen allgemeine Sachverhalte, z. B. Reinigung, Toxizität<br />
Die angegebenen Seitenzahlen werden z. T. näher charakterisiert:<br />
AAV Allgemeine Arbeitsvorschrift<br />
B Bildung, meist ohne präparativen Wert<br />
L Literaturzitat<br />
T Technik; es wird ein technischer Sachverhalt (Darstellung, Verwendung u.a.)<br />
beschrieben.<br />
V Vorschrift; die Darstellung der Verbindung ist konkret beschrieben.<br />
Man beachte, daß im Text und in den Tabellen die Verbindungen unter anderen gebräuchlichen<br />
Namen als im Register angegeben erscheinen können.<br />
Im Register werden übliche Abkürzungen (auch in Zusammensetzungen) verwendet; Verdoppelung<br />
des letzten Buchstabens bedeutet Mehrzahl.<br />
Die Umlaute ä, ö und ü werden wie a, o und u behandelt.<br />
Abdestillieren von Lösungsmitteln<br />
45<br />
Abdichtungen für Rührer 9<br />
Abfälle, Entsorgung 122, 775 f<br />
Abgangsgruppen in SN2-Rkk.<br />
217<br />
Abietinsäure 452<br />
Absaugen 33 f<br />
Abschirmung, magnetische 99<br />
Absorbanz 85, 90<br />
Absorption 84 ff<br />
Absorptionsbande 86,89<br />
Absorptionskoeffizient 85, 86,<br />
90<br />
Abspaltungstendenz von Substituenten<br />
2!7<br />
Acceptorgruppen s. Elektronenacceptorgruppen<br />
ACD (Computerprogramm)<br />
138<br />
Acenaphthen 347/T<br />
I Derivate 732<br />
U 440<br />
Acenaphthenchinon<br />
D 440/V<br />
I Derivate 711<br />
Acetaldehyd 298/T<br />
D 297, 315/B, 436/T<br />
aus Ethylen 335<br />
aus Paraldehyd 741/V<br />
G 741,765<br />
l Derivate 706<br />
UV-VIS-Absorption 89<br />
R 575<br />
Aldoladd. 524/T<br />
Ox. 206 f, 438<br />
U 469,513,514,521,563<br />
Halbacetale 315<br />
Acetaldehydcyanhydrin 515/T<br />
D 513/V<br />
U 478<br />
Acetaldehyddiethylacetal,<br />
D 469/V<br />
G 765<br />
Acetaldehydethylenacetal,<br />
D 314/V<br />
Acetaldol s. 3-Hydroxy-butanal<br />
Acetale 182, 458, 471 f/T
778 Register<br />
D 468ff,617/L<br />
I 714<br />
R Eliminierung von Alkoholen<br />
276/AAV<br />
cyclische 47Of<br />
Ketenacetale 678<br />
Acetamid<br />
G 765<br />
U 260,671<br />
pKs-Wert 158<br />
UV-VIS-Absorption 89<br />
Acetamide 505<br />
Acetamidinhydrochlorid,<br />
D 502/L<br />
4-Acetamido-benzensulfochlorid<br />
D 365/V<br />
U 657,657/L<br />
4-Acetamido-benzoesäure,<br />
D 422/V<br />
2-Acetamido-benzo[b]thiophen-<br />
3-carbonsäureethylester,<br />
D 453/V<br />
Acetamido-(2-cyan-ethyl)malonsäurediethylester<br />
D 601/V<br />
R 492<br />
3-Acetamido-4-(2,6-dibrom-4nitro-phenylazo)-N,N-diethylanilin,<br />
D 645/V<br />
a-Acetamido-3,4-dihydroxyzimtsäure,<br />
Hydrierung 338<br />
2-Acetamino-2-ethoxycarbonyl-<br />
9-(4-imidazolyl)-7-aza-nonansäureethylester,<br />
D 572/L<br />
2-Acetamino-2-ethoxycarbonyl-<br />
6-oxo-hexansäureethylester,<br />
U 572/L<br />
Acetamidomalonsäurediethylester<br />
D 629/V, 630/V(L), 636<br />
R mit Gramin 533<br />
U mit Acrylonitril 601<br />
l - Acetamido-4-oxo-butan-1, l -<br />
dicarbonsäurediethylester,<br />
D 601/V<br />
2-Acetamido-phenole 443<br />
3-Acetamido-piperid-2-on-3-carbonsäureethylester,<br />
D 584/V<br />
2-Acetamido-2-skatyl-malonsäurediethylester<br />
D 533<br />
R Verseifung 492<br />
2-Acetamido-4,5-tetramethylenthiophen-3-carbonsäureethylester,<br />
U 453<br />
Acetanhydrid 277/T, 298/T,<br />
480/T, 505/T<br />
D 505<br />
G 741,769<br />
R Pyrolyse 285<br />
U 477<br />
als wasserentziehendes<br />
Mittel 495<br />
Reinigung 741<br />
Acetanilid 629/T<br />
D 674/V<br />
U 365,571,597<br />
Acetate, Pyrolyse 283<br />
Acetatseide 480/T<br />
Acet-4-chloranilid, U 507<br />
Acetessigsäure, Decarboxylierung<br />
490<br />
Acetessigsäureester 488/T<br />
R 602<br />
Acylierung 550,552<br />
alkylierte 612/T<br />
Acetessigsäureethylester 549/T<br />
D 544/V<br />
U 429,464,471,583,548,<br />
553,555,579/L, 601,<br />
609f,614/L,645<br />
Keto-Enol-Gleichgewicht<br />
548<br />
pKs-Wert 510<br />
Acetessigsäureethylesterethylenacetal<br />
D 47IlV<br />
U 590<br />
Acetessigsäureisopropylester,<br />
D 545/V<br />
Acetessigsäurepropylester,<br />
D 545/V<br />
Aceton 505/T<br />
D 206/T, 436/T, 676<br />
G 741,765<br />
I Derivate 707<br />
R Mannich-Rk. 531<br />
mit Semicarbazid 462<br />
U 587,513,515,515/L, 517,<br />
521,522/L,528,532,546,<br />
563,606,614/L<br />
als Lösungsmittel 64,155,220<br />
PK5-Wert 158,510<br />
Reinigung 741<br />
Siedetemp., Abhängigkeit<br />
vom Druck 40<br />
Trocknung 28, 741<br />
Acetoncyanhydrin 277/T, 515<br />
D 513/V<br />
G 765<br />
U 276/L<br />
Acetondicarbonsäure 532 f<br />
Acetonitril 417, 525<br />
D 257/V.419<br />
G 742,765<br />
U 502/L, 521, 522<br />
als Lösungsmittel 64, 90<br />
Azeotrop mit Wasser 742<br />
PK5-Wert 158, 5!0<br />
Reinigung 742/V<br />
Trocknung 28, 742/V<br />
Acetonylaceton s. Hexan-2,5dion<br />
Acetophenon<br />
D 380/V, 425/T, 435/V<br />
G 765<br />
I Derivate 708<br />
IR-Spektrum 710<br />
R Mannich-Rk. 530<br />
U 371,426,469,517,522,<br />
526, 528,532, 540, 546,<br />
547/L, 563, 570, 579/L,<br />
580,583,585,614,<br />
674<br />
O-trimethylsilyliertes Enol,<br />
U 606/L<br />
Acetophenondiethylacetal<br />
D 469/V<br />
U 276<br />
Acetophenone,<br />
Bromierung 370/L<br />
2-Acetoxy-cyclopropancarbonsäureethylester,<br />
D 327/V(L)<br />
(2-Acetoxy-ethyl)malonsäurediethylester,<br />
D 319/V(L)<br />
a-Acetyl-acetessigsäureanilid,<br />
D 555/V<br />
Acetylaceton<br />
D 546/V<br />
G 765<br />
I Derivate 708<br />
U 429,464,555,645<br />
Keto-Enol-Gleichgewicht<br />
548<br />
pKs-Wert 510<br />
5-Acetyl-2-amino-4-methyl-thiophen-3-carbonsäureethylester,D<br />
429/V<br />
2-Acetyl-butansäureethylester<br />
D 609/V<br />
U 491,680<br />
Acetylcellulose 480/T<br />
Acetylchlorid 415<br />
G 765<br />
D 498/V<br />
U 280,380,553,616<br />
Acetylcholin 248
2-Acetyl-cyclohexanon<br />
D 616<br />
U 551<br />
2-Acetyl-cyclopentanon<br />
D 616/V<br />
U 551<br />
5-Acetyl-2,8-dioxo-5-carbonsäureethylester,<br />
D 601/V<br />
Acetylen 301/T<br />
D 287/L<br />
durch Eliminierung 263<br />
G 742,765<br />
R Add. von Halogen 298 ff<br />
Hydratisierung 297<br />
mit Aryl- und Alkenylhalogeniden<br />
405<br />
mit Grignard-Verbb. 559,<br />
565<br />
mit Kupfer(I)-Salzen 405<br />
unter Druck 313/L<br />
Vinylierung mit 313/AAV<br />
zu Cyclooctatetraen 339,<br />
339/V<br />
U 313,339<br />
I 13 C-NMR 110<br />
Kennzeichnung der Druckgasflasche<br />
20<br />
PK8-Wert 158,510<br />
Reinigung und Trocknung<br />
742/V<br />
Ringstrom 102<br />
Acetylendicarbonsäure,<br />
D 281/V(L)<br />
Acetylendicarbonsäurediethylester<br />
U 315<br />
R 332<br />
Acetylendicarbonsäuredimethylester,<br />
U 315<br />
Acetylene 235,329<br />
D durch Dehydrohalogenierung<br />
von Dihalogeniden<br />
278,279/AAV, 299<br />
I 733<br />
IR-Spektren 93<br />
physikal. Konstanten 733<br />
R Ad.-Rkk. 290ff,347/L<br />
nucleophile 313 ff<br />
von Benzonitriloxiden<br />
329<br />
von Halogen 299,<br />
299/AAV<br />
von Protonsäuren 295<br />
Cyclooligomerisierung<br />
338<br />
Hydratisierung 288,295,<br />
297/AAV, 348/L<br />
Isomerisierung mit Alkali<br />
278<br />
mit Alkenyl- und Arylhalogeniden<br />
und<br />
-triflaten 405,406/AAV<br />
mitEnaminen 617<br />
mit Grignard-Verbb. 559,<br />
565<br />
mit kupferorgan. Verbb.<br />
565<br />
mit Kupfer(I)-Salzen 405<br />
mit Metallkomplexen<br />
334 ff<br />
2-Acetyl-glutarsäurediethylester,D<br />
601/V<br />
2-Acetyl-hexansäureethylester<br />
D 609/V<br />
U 491,680<br />
2-Acetyl-2-isopropyl-5-oxohexansäureethylester,<br />
U 491<br />
O-Acetyl-lactonitril, D 478/V<br />
Acetylmalonsäurediethylester,<br />
D 553/V<br />
2-Acetyl-3-methyl-butansäureethylester<br />
D 609/V<br />
U 491,601<br />
2-Acetyl-4-methyl-3-oxopentansäureethylester<br />
D 553/V<br />
U 551<br />
2-Acetyl-4-methyl-pentansäureethylester<br />
D 609/V<br />
U 491<br />
Acetylnitrat 358<br />
2-Acetyl-3-oxo-hexansäureethylester<br />
D 553/V<br />
U 550<br />
2-Acetyl-3-oxo-4-phenyl-butansäureethylester<br />
D 553/V<br />
U 550<br />
2-Acetyl-pent-4-ensäureethylester<br />
D 610/V<br />
U 491<br />
Acetylsalicylsäure 392/T, 480/T<br />
D 478/V<br />
I Derivate 716<br />
Acidität 157<br />
Register 779<br />
Acidolyse<br />
von Carbonsäureanhydriden<br />
495 f<br />
von Carbonsäureestern 460,<br />
495/AAV(I), 719<br />
von Carbonsäurehalogeniden<br />
496 f<br />
von Carbonsäuren 494 f<br />
Acridin<br />
I Derivate 703<br />
R Methylierung 394<br />
Acrolein 202/T, 304/B, 573/T,<br />
594<br />
D aus Glycerol 596<br />
G 765<br />
I 13 C-NMR 109<br />
Derivate 706<br />
UV-VIS-Spektrum 86<br />
R [4+2]-Cycloadd. 330,331<br />
Dimerisierung 331<br />
U 333,469,596,601<br />
Acroleindiethylacetal,<br />
D 281/V(L),469/V<br />
Acrylamid, Arylierung<br />
410/AAV<br />
Acrylonitril 322/T, 594<br />
D 284/V(L), 335,419/T<br />
G 742,765<br />
I IR-Spektrum 96 f<br />
U 319,329,595 f, 598, 601,<br />
602/L<br />
Azeotrop mit Wasser 742<br />
Reinigung und Trocknung<br />
742<br />
Acrylsäure 291<br />
D 277,419/T, 494/V(L)<br />
G 765<br />
I Derivate 715<br />
U 333<br />
Acrylsäureester, D 284/V(L),<br />
594<br />
Acrylsäureethylester<br />
G 765<br />
I IR-Spektrum 96 f<br />
U 565/V(L), 595 f, 598,601<br />
Acrylsäuremethylester<br />
G 765<br />
R Acidolyse 494<br />
U 598<br />
Acrylsäuren, substituierte 527<br />
Acylacetessigester, Esterspaltung<br />
550/AAV<br />
Acylalkylidentriphenylphosphorane<br />
538<br />
N-Acyl-aminomalonester 492<br />
Acyl-Carrier-Protein (ACP) 549
780 Register<br />
Acylierung<br />
CH-acider Verbb. 540,551<br />
von Aromaten 378<br />
von ß-Dicarbonylverbb. 551<br />
Acyloine, D 588,534/AAV, 535,<br />
536/L<br />
Acyloinkondensation 509,533 f<br />
Adamantan 347/T<br />
Adams-Katalysatoren 340<br />
Addition<br />
elektrophile (AdE) 290 ff<br />
komplexkatalisierte 337<br />
nucleophile (AdN) 290,312 ff,<br />
594 ff<br />
oxidative 337, 399,405,409,<br />
416<br />
radikalische (AdR) 191,290,<br />
316ff,349/L<br />
Additionsreaktionen 148,288 ff,<br />
300, 347/L, 594<br />
Adipinsäure 347/T, 488<br />
D 446/T, 451/V, 500/V<br />
G 765<br />
I Derivate 716<br />
U 498,674<br />
Adipinsäurediethylester<br />
D 476/V<br />
U 546,571<br />
Adipinsäuredimethylester<br />
D 476/V<br />
U 571<br />
Adiponitril 301/T, 584/T<br />
D 258/V<br />
U 500,583<br />
Adipoyldichlorid, D 498/V<br />
Adogen 464 s. Aliquat 336<br />
Adrenalin 338,442<br />
Adsorbat 64<br />
Adsorbens 64<br />
Adsorption 63 f<br />
Adsorptionschromatographie<br />
65 ff, 74<br />
Adsorptionsmittel 64,70<br />
AH-Salze 488<br />
AIBN s. Azobisisobutyronitril<br />
aktivierte Ester<br />
D 216<br />
U 486<br />
aktivierter Komplex 150<br />
Aktivierungsenergie 150,166<br />
Aktivierungsenthalpie 150<br />
Aktivierungsentropie 151,165<br />
vonSN2-Rkk. 215 f<br />
Aktivkohle als Adsorbens 64<br />
Reinigung 742/V<br />
Akzeptorgruppen s. Elektronenacceptorgruppen<br />
Alachlor 488<br />
Alanin<br />
D 245/V.514/V<br />
I 704<br />
IR-Spektrum 705<br />
U 244<br />
ß-Alanin 487<br />
D 604/V, 671/V(L)<br />
I 704<br />
als Katalysator 527<br />
L-Alanyl-L-prolin 486<br />
Aldehyde 418/B<br />
D ausEpoxiden 306,<br />
665/AAV(I)<br />
aus geminalen Dihalogeniden<br />
236/AAV, 261/L<br />
aus Glycidestern 526<br />
aus Ozoniden 289, 307<br />
aus Vinylethern 315<br />
durch Glycolspaltung 448<br />
durch Hydratisierung von<br />
Acetylen 297<br />
durch Ox. 453/L<br />
nach OPPENAUER 574<br />
von primären Alkoholen<br />
430 ff, 432/A AV,<br />
434/AAV<br />
von Methylgruppen 418,<br />
425/AAV<br />
durch Oxosynthese 338<br />
durch Pinacolonumlagerung<br />
664/AAV<br />
durch Red. von Carbonsäureamiden<br />
mit komplexen<br />
Hydriden 566 f<br />
durch Red. von Carbonsäurechloriden<br />
566 f, 582<br />
durch Tiffeneau-Umlagerung<br />
665,681/L<br />
I 705 ff<br />
Geruch 684<br />
Hinweise auf 691<br />
IR 93<br />
Löslichkeit 687 f<br />
Nachweis bei DC 68,76<br />
UV-VIS 88<br />
R 566,601f<br />
Acetalbildung 468<br />
Add.<br />
an Olefine 317<br />
an vinyloge Carbonylverbb.<br />
599 ff<br />
von Blausäure 512<br />
Aldol-Rk. 518 ff,<br />
520/AAV<br />
tert-Alkylierung 606<br />
Aminierung, reduktive<br />
584/AAV<br />
Autox. 206<br />
Chlorierung 199<br />
Ethinylierung 516f<br />
Horner-Wadsworth-<br />
Emmons-Rk. 536 f<br />
Hydratisierung 468<br />
Hydrierung, katalytische<br />
582,583/AAV<br />
Knoevenagel-Rk. 527 ff<br />
Mannich-Rk. 530 ff<br />
mit Aminoverbb. 462 ff<br />
mit Diazomethan 667<br />
mit Grignard-Verbb.<br />
560 ff<br />
mit Nucleophilen 458 ff<br />
Nitrierung 358<br />
Ox. 430,436<br />
Red. 587,566,572<br />
mit komplexen<br />
Hydriden 568 ff<br />
Arylhydrazone 679<br />
Aldehyde, aliphatische, U<br />
535/L, 566/L<br />
Aldehyde, aromatische<br />
D aus Benzylidendihalogeniden<br />
236/AAV<br />
aus Chlormethylaromaten<br />
(Sommelet-Rk.) 388<br />
durch Gattermann-<br />
Synthesen 382<br />
durch Ox. 424/V(L), 425<br />
durch Stille-Reaktion<br />
407 f<br />
durch Vilsmeier-Synthese<br />
383<br />
mit Formylfluorid<br />
(Friedel-Crafts-Rk.) 382<br />
Aldehyde, reaktionsfähige,<br />
quantitative Bestimmung 467<br />
Aldehyde, a,ß-ungesättigte 324<br />
D 431,434<br />
Reaktivität 594<br />
Aldehydenamine, R 600<br />
ALDER s. DIELS<br />
Aldol 298AT<br />
Aldolisierung 520/AAV<br />
Aldolreaktionen 508,511,518 ff,<br />
599,618/L<br />
Mukaiyama-Variante 606<br />
säurekatalysierte 519<br />
Stereoselektivität 523
Aldosen 437<br />
Abbau 513<br />
Alicyclen<br />
Konformation 171 f<br />
ds-trans-Isomerie 172<br />
Aliquat 224,421,432,436,536<br />
Alizarin<br />
D 367/T<br />
I Derivate 712<br />
Alkalicellulose 241<br />
Alkalimetalle<br />
Aufbewahrung 120<br />
zur Red. von Carbonylverbb.<br />
587<br />
Alkane s. Kohlenwasserstoffe<br />
Alkan-1-ole, D 309/V<br />
Alkansulfochloride 208<br />
Alkansulfonsäuren 208<br />
Alkene s. Olefine<br />
Alkenylacetylene 404, 405<br />
Alkenylaromaten 408<br />
Alkenylhalogenide, R mit Organometallverbb.<br />
403 f, 405 ff<br />
Alkenylkupferverbb. 565<br />
Alkenyllithiumverbb. 564<br />
Alkenyltriflate, R mit Organometallverbb.<br />
403 f, 405 ff<br />
Alkine s. Acetylene<br />
Alkinole durch Add. von<br />
Acetylen an Aldehyde und<br />
Ketone 516 ff<br />
Alkohole (s. auch Alkanole)<br />
D aus prim. Aminen 624,<br />
630<br />
durch Cannizzaro-Rk.<br />
567, 575,516/AAV<br />
durch Hydratisierung von<br />
Alkenen 288,295 ff,<br />
348/L<br />
durch Hydroborierung<br />
289,308ff,308/AAV,<br />
349/L, 677<br />
durch Hydrolyse von<br />
Alkylchloriden und<br />
-sulfaten 234f,237/T<br />
durch Hydrolyse von<br />
Carbonsäureestern<br />
719/AAV(I)<br />
durch Hydroxylierung von<br />
Alkenen 302 ff,<br />
204/AAV, 205/AAV,<br />
348/L<br />
durch Ox. von Alkylgruppen<br />
419,445/T<br />
durch Oxosynthese 289,<br />
338<br />
durch Oxymercurierung<br />
288,301,301/AAV, 348/L<br />
durch Rk.von Carbonylverbb.<br />
mit Organolithiumverbb.<br />
401 f, 564<br />
mit Organomagnesiumverbb.<br />
509,558 f,<br />
562/AAV<br />
durch Red. von Carbonylverbb.<br />
katalytische Hydrierung<br />
582f/AAV<br />
mit komplexen<br />
Hydriden 568,<br />
570/AAV<br />
mit unedlen Metallen<br />
586 ff<br />
nach BOUVEAULT-BLANC<br />
567,588f/AAV<br />
nach MEERWEIN-PONN-<br />
DORF-VERLEY 567,<br />
572ff,573/AAV<br />
I 724 ff, 719<br />
Äquivalentmassebestimmung<br />
479/V<br />
Geruch 685<br />
Hinweise auf 691<br />
IR 92<br />
Löslichkeit 687 f<br />
MS 115<br />
R Add.<br />
an Olefine 317<br />
an a,ß-ungesättigte<br />
Carbonylverbb. 597<br />
zur Alkylierung von<br />
Aromaten 373<br />
Arylierung 411<br />
Chlorierung 202<br />
Chugaev-Eliminierung<br />
287/L<br />
Dehydratisierung 273 ff,<br />
275/AAV<br />
Dehydrierung, katalytische<br />
435<br />
mit Grignard-Verbb. 558<br />
nucleophile Subst. 226 ff<br />
Ox. 430 ff, 436<br />
nach OPPENAUER 574<br />
radikal. Red. 209<br />
Spaltung, oxidative 449<br />
Trimethylsilylierung<br />
259/AAV<br />
Veresterung<br />
mit Bromwasserstoffsäure<br />
228/AAV<br />
Register 781<br />
mit Carbonsäuren 474,<br />
475/AAV<br />
mit Halogenwasserstoffsäuren<br />
211,226 ff<br />
durch Mitsunobu-<br />
Reaktion 232<br />
Vinylierung 313/AAV<br />
U 240<br />
als Lösungsmittel 36,155,266<br />
Blockierung, reversible 667<br />
Reaktivität bei SN2-Rkk. 220<br />
Trocknung 28,742/V<br />
Alkohole, höhere, Nachweis bei<br />
DC 68<br />
Alkohole, secundäre, D 419AT<br />
R Ox. zu Ketonen 431/AAV<br />
Alkohole, tertiäre<br />
I 725<br />
R Dehydratisierung 274,277<br />
Alkoholyse<br />
von Benzoylchlorid<br />
479/AAV(I)<br />
von Carbonsäureanhydriden<br />
459,477<br />
von Carbonsäurechloriden<br />
479/AAV(I)<br />
von Carbonsäureestern 460,<br />
477,720<br />
von Carbonsäurehalogeniden<br />
459,477<br />
von Carbonsäuren 474 ff,<br />
475/AAV<br />
von Imidoestern 502<br />
von Phosgen 459,502<br />
von Sulfonsäurechloriden<br />
655/AAV<br />
Alkoxoniumsalze als Alkylierungsmittel<br />
608<br />
ß-Alkoxy-carbonylverbindungen,<br />
Acetale 469<br />
2-Alkoxy-3,4-dihydro-2//-pyran<br />
470<br />
a-Alkoxymethylen-nitrile,<br />
D 530,547/V<br />
Alkoxymethylenverbindungen,<br />
D 547/V,555<br />
Alkoxytrimethylsilane, D 259,<br />
259/AAV<br />
(a-Alkoxy-vinyl)allylether 678<br />
Alkydharze 305/T, 423/T,<br />
480/T<br />
Alkylallylacetale, R 678<br />
ß-Alkylamino-crotonsäureethylester,<br />
D 463/AAV, 602<br />
N-Alkyl-aminofumarsäureester<br />
D 315/AAV
782 Register<br />
R 603<br />
Alkylaromaten<br />
D 375/AAV, 401 f, 403 f, 408<br />
R Ox. 421/AAV<br />
Photobromierung<br />
203/AAV<br />
Photochlorierung<br />
198/AAV<br />
Alkylarylether, D 239/V(L)<br />
Alkylarylketone, Nitrierung 358<br />
Alkylarylsulfide s. Sulfide<br />
Alkylatbenzine 312<br />
Alkylbenzene 376/T<br />
Alkylbenzensulfonate<br />
D 202/T, 312/T, 377/T<br />
als Waschmittel 202/T, 367/T<br />
Alkylborane, D 308<br />
Alkylbromide 222,254<br />
D 228/AAV<br />
U 241,246,253/L,565<br />
Reaktivität bei SN2-Rkk. 216<br />
Alkylbromide, secundäre,<br />
D 253/V(L)<br />
Alkylcarbene 286<br />
Alkylchloride 222<br />
D 229/V(L), 237/T<br />
Alkylchlorsilane, D 559/T<br />
Alkylcyanide, D 256 ff<br />
Alkyl-2,4-dinitro-phenylsulfide,<br />
D 396/AAV(I)<br />
Alkylenhalogenide, R 400,403,<br />
405 ff, 408,565<br />
Alkenyltriflate, R 403,405 ff,<br />
408<br />
Alkylfluoride 227/B, 262/L<br />
D aus Alkyltosylaten<br />
253/AAV<br />
Reaktivität bei SN2-Rkk. 217<br />
Alkylgruppen<br />
!-Effekt 160<br />
sterischer Effekt 216<br />
tertiäre 182<br />
Alkylhalogenide (s. auch Halogenkohlenwasserstoffe;aliphatische)<br />
211 ff<br />
D 227 ff, 253,288<br />
aus Alkoholen 26l/L<br />
I Derivate 251/AAV, 721 ff<br />
MS 115<br />
R Chlorierung 202<br />
Dehydrohalogenierung<br />
266,277ff',279/AAV<br />
Hydrolyse 211,226,234 ff<br />
mit Alkalithiocyanaten<br />
249/AAV<br />
mit Alkoholaten und<br />
Phenolaten 237 ff<br />
mit Ammoniak und<br />
Aminen 242<br />
mit Aromaten 373<br />
mit Carboxylaten 24If<br />
mit Cyaniden 256<br />
mitEnolaten 606 ff<br />
mit Grignard-Verbb. 558 f<br />
mit kupferorgan. Verbb.<br />
565<br />
mit lithiumorgan. Verbb.<br />
564 f<br />
mit Natriumsulfid<br />
248/AAV<br />
mit Nitriten 254 f<br />
mit Phosphorverbb. 246<br />
radikal. Rk. mit<br />
Olefinen 319<br />
Subst., nucleophile 234 ff<br />
U 239,246<br />
Alkylhalogenide, tertiäre 223<br />
R mit Grignard-Verbb. 559<br />
Alkylhydrogensulfate 232,<br />
298/T<br />
D 232,237/T, 296<br />
R 211<br />
ß-Alkyl-ß-hydroxy-propionsäureethylester,<br />
D 566/V(L)<br />
Alkylidenacetessigsäuremethylester,<br />
B 602<br />
Alkylidenbis(ß-dicarbonyl)verbb.,<br />
B 599<br />
Alkylidenmalonester,<br />
D 527/V(L)<br />
a-Alkyliden-nitrile 429,530<br />
Alkylidenphosphorane 537 f<br />
R 619/L<br />
mit Carbonylverbb. 509,<br />
537<br />
Alkylierung<br />
von Ammoniak und<br />
Aminen 242 ff<br />
von Aromaten 373 ff<br />
von Carbonylverbb. 223,<br />
606ff,622/L<br />
von Phosphorverbb. 246 ff<br />
von Phosphoniumverbb.<br />
246 ff<br />
von Schwefelverbb. 248 ff<br />
Alkyliodide 222,227,254<br />
D 230/AAV, 253/V(L)<br />
aus Alkoholen 230/AAV<br />
aus Chloriden 252<br />
R Red. mit lodwasserstoff<br />
197<br />
U 240,565<br />
Reaktivität bei SN2-Rkk. 217<br />
Alkylkationen bei MS 115<br />
Alkylkupfer 565<br />
3-Alkyl-2-methyl-3-oxo-l-phenyl-propanole,<br />
D 524/V(L)<br />
Alkylnaphthalene, 202/T<br />
Alkylnitrite, D 254/AAV<br />
Alkylnitrite, tertiäre 223<br />
N-Alkyl-N-nitroso-harnstoffe<br />
zur D von Diazoalkanen 647<br />
N-Alkyl-N-nitroso-toluensulfonamide<br />
zur D von Diazoalkanen<br />
647<br />
N-Alkyl-N-nitroso-urethane zur<br />
D von Diazoalkanen 647<br />
Akylphenole 305/T, 377/T<br />
Alkylphenylpolyglycolether<br />
377/T<br />
Alkylphosphonsäurediethylester,D<br />
247/AAV<br />
Alkylphosphonsäureester 536<br />
N-Alkyl-phthalimide<br />
R Hydrazinolyse 243<br />
Hydrolyse 243<br />
Alkylpyridine, D 298/T, 526/T<br />
Alkylrhodanide s. Alkylthiocyanate<br />
3-Alkyl-1,3-thiazoliumsalze<br />
535<br />
Alkylthiocyanate, D 249/AAV<br />
S-Alkyl-thiouroniumpikrate<br />
D 251/AAV(I), 725/AAV(I),<br />
722/1<br />
I Äquivalentmassebestimmung<br />
251,722<br />
5-Alkyl-thiouroniumsalze 233<br />
D 251/V<br />
U 251<br />
Alkyl-p-toluensulfonate s. p-<br />
Toluensulfonsäurealkylester<br />
Alkyltrimethylammoniumhydroxid<br />
281<br />
Alkyltriphenylphosphoniumsalze<br />
537<br />
D 246/AAV<br />
Allene 173<br />
Allopurinol 605<br />
D-Allose, I 713<br />
Allylalkohol 202/T, 301/T, 573,<br />
678<br />
G 766<br />
I Derivate 725<br />
U 427<br />
Allylalkohole, D 237/T<br />
Allylamin 202/T
I Derivate 699<br />
Allyl-(a-aminovinyl)ether 678<br />
Allylarylether, Claisen-Umlagerung<br />
678<br />
Allylbromid<br />
D 229/V<br />
I Derivate 722<br />
R 678<br />
U 242,300,319,513,609 f<br />
Allylbromierungen mit N-Bromsuccinimid<br />
205/AAV<br />
Allylchlorid 202/T, 301/T<br />
D 299<br />
G 766<br />
I Derivate 722<br />
U 319<br />
Reaktionsgeschwindigkeit bei<br />
SN2-Rkk. 216<br />
2-Allyl-cyclohexanon,<br />
D 679/V(L)<br />
2-Allyl-cyclopentanon,<br />
D 679/V(L)<br />
Allylester 202/T<br />
Allylhalogenide<br />
R mit Grignard-Verbb. 559<br />
als Alkylierungsmittel 608 ff<br />
Allyliodid, Derivate 722<br />
Allylmalonsäure<br />
D 490/V<br />
U 492<br />
Allylmalonsäurediethylester<br />
D 609<br />
U 490<br />
2-Allyl-phenol, D 678/V<br />
4-Allyl-phenol D 222<br />
Allylphenylether<br />
D 222<br />
U 678<br />
Allylradikal 190<br />
Allylspaltung bei MS 115<br />
Allylumlagerung 660<br />
Allylvinylether<br />
D 678<br />
R Claisen-Umlagerung 678<br />
Alterungsschutzmittel 252,361<br />
Aluminium zur Reduktion von<br />
Carbonylverbindungen 587<br />
Aluminiumalkoholate 572, 743<br />
Aluminium-tert-butanolat 574<br />
D 743/V<br />
Aluminiumchlorid<br />
als Friedel-Crafts-<br />
Katalysator 373<br />
als Katalysator bei Diels-<br />
Alder-Rkk. 332<br />
Reinigung 743/V<br />
Aluminiumisopropanolat<br />
D 743/V<br />
G 743,766<br />
U 573<br />
Aluminiumoxid<br />
als Adsorptionsmittel 64<br />
als stationäre Phase 66 ff<br />
als Trockenmittel 25<br />
zum Entfärben von<br />
Lösungen 65<br />
Aluminiumphenolat 574<br />
Amberlite XAD 64,65<br />
ambidente Anionen 222,552<br />
R Alkylierung 608<br />
ambidente Nucleophile 168<br />
Regioselektivität 222 ff<br />
ambifunktionell s. ambident<br />
Ameisensäure<br />
D 448/B<br />
G 766<br />
I Derivate 715<br />
R Veresterung 474<br />
Acidität 457<br />
Azeotrop mit Wasser 56<br />
Ameisensäureester 549/T<br />
R Esterkond. 543 f<br />
Ameisensäureethylester<br />
G 766<br />
R 543<br />
U 546<br />
Ameisensäuremethylester<br />
D 494/V(L)<br />
G 766<br />
U 546<br />
Amidacetale 678<br />
Amide s. Carbonsäureamide<br />
Amidine 501<br />
für Eliminierungen 268<br />
Amidomethylierung von<br />
Aromaten 386/L<br />
Aminale, D 463<br />
Amine<br />
D aus Alkoholen 246/T<br />
aus Halogenverbb. 262/L,<br />
388<br />
aus Organoboranen 308<br />
aus Organometallverbb.<br />
401<br />
durch Add. von Aminen<br />
an a,ß-ungesättigte<br />
Carbonylverbb. 595<br />
durch Alkylierung<br />
von Ammoniak und<br />
Aminen 242 ff<br />
von Azomethinen 243<br />
Register 783<br />
von Phthalimid<br />
(GABRIEL) 243<br />
von Sulfonamiden 243<br />
von Urotropin<br />
(DELEPINE) 244<br />
durch Aminomethylierung<br />
von Aromaten 386<br />
durch Bouveault-Blanc-<br />
Red. 589f/AAV(I),<br />
719/AAV(I)<br />
durch Hofmann-Abbau<br />
669 f/A AV<br />
durch Hydrierung von<br />
Azomethinen 567,<br />
582/AAV<br />
durch Mannich-Kond.<br />
530<br />
durch Red. von Carbonsäureamiden<br />
569,<br />
570/AAV<br />
durch reduktive Aminierung<br />
von Carbonylverbb.<br />
katalytisch 584/AAV<br />
nach LEUCKART-<br />
WALLACH 578/AAV<br />
durch Red. von Nitroverbb.<br />
624,628/AAV(I),<br />
735/1<br />
durch Schmidt-Rk.<br />
672f/AAV<br />
I 485,655,698 ff, 719,735<br />
Äquivalentmassebestimmung<br />
629/AAV,<br />
702<br />
Derivate 698 ff<br />
Hinweise auf 694<br />
IR 92<br />
Löslichkeit 688<br />
Nachweis bei DC 68<br />
Trennung von Amingemischen<br />
655,<br />
657/AAV, 698<br />
R Add. an vinyloge Carbonylverbb.<br />
595<br />
Alkylierung 212,242 ff<br />
reduktive 621/L<br />
mit Grignard-Verbb. 558<br />
Ox. 416 f<br />
Quaternierung 212<br />
Trimethylsilylierung<br />
259/AAV<br />
U Add. an vinyloge Carbonylverbb.<br />
595/AAV<br />
Kennzeichnung der Druckgasflaschen<br />
20<br />
Trocknung 28
784 Register<br />
Amine, aromatische<br />
D aus aktivierten Aromaten<br />
mit Aminen 395<br />
durch palladiumkatalysierte<br />
Kupplung von<br />
Arylhalogeniden, -triflaten<br />
und -diazoniumsalzen<br />
mit Aminen 411<br />
durch Red.<br />
von Azoverbb. 645<br />
von Nitroverbb.<br />
627f/AAV<br />
I 68,684<br />
R lodierung 368<br />
mit salpetriger Säure 392,<br />
632<br />
Nitrierung 358<br />
Ox. 440<br />
Rhodanierung 372<br />
Sulfonierung 362<br />
Vilsmeier-Synthese 383<br />
Amine, heteroaromatische<br />
D 605<br />
nach CHICHIBABIN 395<br />
Amine, primäre<br />
D aus Azoverbb. 645<br />
aus Nitroverbb.<br />
627f/AAV<br />
aus Isonitrosoverbb. 629<br />
ausNitrilen 582 f/AAV,<br />
570/AAV<br />
nach BOUVEAULT-BLANC<br />
589f/AAV,719/AAV<br />
durch Hofmann-Abbau<br />
670/AAV<br />
I 634<br />
R Alkylierung 242<br />
mit Carbonylverbb. 462,<br />
602<br />
mit Carbonsäuren und<br />
Derivaten 481<br />
Adsorptionsaffinität 64<br />
Amine, secundäre<br />
D aus Azomethinen<br />
582 f/AAV<br />
aus N,N-Dialkyl-p-nitrosoanilinen<br />
393<br />
R mit Carbonylverbb. 462<br />
mit salpetriger Säure 633<br />
Vinylierung 313<br />
Amine, tertiäre<br />
I Quarternierung 245/AAV<br />
Adsorptionsaffinität 64<br />
Aminierung,<br />
reduktive 584/AAV<br />
4-Amino-acetanilid, U 373<br />
2-Amino-acetophenon<br />
D 425/T<br />
I IR-Spektrum 711<br />
4-Amino-acetophenon 162<br />
D 425AT<br />
I IR-Spektrum 710<br />
a-Amino-alkohole, Umlagerung<br />
665<br />
ß-Amino-alkohole, R 485<br />
2-Amino-anthrachinon 396/T<br />
Aminoanthrachinone, D 399/T<br />
3-Amino-1 -aryl-pyrazol-5-one,<br />
D 482/AAV<br />
3-Amino-benzaldehyd, U 638<br />
3-Amino-benzaldehydethylenacetal,D<br />
628/V<br />
3-Amino-benzensulfonsäure<br />
399/T<br />
2-Amino-benzoesäure, s.<br />
Anthranilsäure<br />
3-Amino-benzoesäure, I 704<br />
4-Amino-benzoesäure 423/T<br />
I 700,704<br />
U 649<br />
4-Amino-benzoesäure (ß-diethy 1aminoethyl)ester<br />
480/T<br />
4-Amino-benzoesäuremethylester,<br />
D 480/T, 649/V<br />
2-Amino-benzonitril,<br />
IR-Spektrum 701<br />
3-Amino-benzophenon,<br />
D 628/V<br />
2-Amino-benzthiazole, D 372/B,<br />
373/AAV<br />
N-(2-Amino-benzthiazol-6-yl)acetamid,D<br />
373/V<br />
3-Amino-l-(4-brom-phenyl)-J 2 -<br />
pyrazol-5-on, D 483/V<br />
a-Amino-buttersäure<br />
D 245/V.515/V<br />
I 705<br />
a-Amino-carbonsäureester, Rk.<br />
mit salpetriger Säure 631<br />
Aminocarbonsäurehydrochloride,<br />
IR 92<br />
a-Amino-carbonsäuren<br />
D aus Aldehyden über<br />
a-Amino-nitrile<br />
(STRECKER) 501,513,<br />
514/AAV<br />
aus alkylierten N-Acylaminomalonestern<br />
492,<br />
636<br />
aus a-Halogen-carbonsäuren<br />
245/AAV, 614<br />
durch Säureamid-Abbau<br />
(HOFMANN) 670<br />
über Azlactone<br />
(ERLENMEYER), Hydantoin,<br />
Rhodanin 525<br />
I 688<br />
Löslichkeit 687<br />
Nachweis durch DC 68<br />
quantitative Bestimmung 634<br />
R Peptidsynthesen 485<br />
co-Amino-carbonsäuren, D 323<br />
a-Amino-carbonylverbb., D 635<br />
ß-Amino-carbonylverbb., D 604<br />
Aminochinoline, D 395<br />
2-Amino-6-chlor-benzthiazol,<br />
D 373/V<br />
3-Amino-1 -(2-chlor-phenyl)- A 2 -<br />
pyrazol-5-on, D 483/V<br />
3-Amino-l-(3-chlor-phenyl)-J 2 -<br />
pyrazol-5-on, D 483/V<br />
3-Amino-l-(4-chlor-phenyl)-zl 2 -<br />
pyrazol-5-on, D 483/V<br />
ß-Amino-crotonsäureester 162<br />
D 482<br />
U 604/L<br />
ß-Amino-crotonsäureethylester,<br />
D 463,464/V, 602<br />
2-Amino-3-cyan-4-methyl-thiophen-5-carbonsäureethylester,D<br />
429/V<br />
4-Amino-N,N-dimethylanilin,<br />
Ox. 440,442<br />
2-Amino-4,5-dimethyl-thiophen-<br />
3-carbonsäuremethylester,<br />
D 429/V<br />
a-Amino-essigsäure, D 245/V<br />
Aminoessigsäureester aus Chloressigsäureestern<br />
2-Amino-6-ethoxy-benzthiazol,<br />
D 373/V<br />
Aminofumarsäurediethylester,<br />
D 315/V<br />
Aminofumarsäuredimethylester,<br />
D 315/V<br />
4-Amino-2-hydroxy-benzoesäure<br />
392<br />
6-[Amino-(4-hydroxy-phenyl)acetamidoj-penicillansäure<br />
486<br />
Aminoketone 470<br />
a-Amino-ketone, Rk. mit<br />
salpetriger Säure 631<br />
ß-Amino-ketone 532<br />
Aminolyse<br />
von Carbonsäureamiden 485
von Carbonsäureanhydriden<br />
459,484<br />
von Carbonsäurechloriden<br />
484/AAV(I)<br />
von Carbonsäureestern 460,<br />
482,483/AAV(I), 720<br />
von Carbonsäurehalogeniden<br />
459,484<br />
von Carbonsäuren 481 ff<br />
von Chlorsilanen 259<br />
Aminomaleinsäuredimethylester,D<br />
316/V<br />
2-Amino-6-methoxy-benzthiazol,<br />
D 373/V<br />
l - Amino-2-methoxy-5-methylbenzen,<br />
U 645<br />
4'- Amino-5'-methoxy-2'-methy 1-<br />
4-nitro-azobenzen, D 645/V<br />
l - Amino-2-methoxymethylpyrrolidine<br />
611<br />
3-Amino-1-(3-methoxy-phenyl)-<br />
J 2 -pyrazol-5-on, D 483/V<br />
2-Amino-6-methyl-benzthiazol,<br />
D 373/V<br />
l - Amino-3-methyl-butancarbonsäure,D<br />
245/V<br />
Amimomethylierung 530<br />
vonAromaten 353,386<br />
von Phenolen 386/L<br />
3-Amino-1 -(4-methyl-phenyl)-<br />
J 2 -pyrazol-5-on, D 483/V<br />
2-Amino-4-methyl-thiophen-3,5dicarbonsäurediethylester,<br />
D 429/V<br />
5-Amino-3-methylthio-l-phenylpyrazol-4-carbonsäuremethylesterD<br />
606/V<br />
3-Amino-5-methylthio-pyrazol-<br />
4-carbonitril, D 606/V<br />
l - Amino-naphthalen<br />
G 766<br />
U 504<br />
2-Amino-naphthalen-1-sulfonsäure.D<br />
365/L<br />
l - Amino-naphth-2-ol-hydrochlorid<br />
D 442/V<br />
U 442<br />
4- Amino-naphth-1 -ol-hydrochlorid,<br />
U 442/L<br />
Aminonitrile, D 513<br />
6-Amino-penicillansäure 486<br />
l - Amino-pentancarbonsäure,<br />
D 245/V<br />
3-Amino-pentan-3-carbonsäure,<br />
D 515/V(L)<br />
4-Amino-pent-3-en-2-on,<br />
D 464/V<br />
4-Amino-phenetol, D 628/V<br />
2-Amino-phenol, Derivate 700<br />
3-Amino-phenol<br />
D 399/T<br />
G 766<br />
I Derivate 700<br />
U 392<br />
4-Amino-phenol<br />
I Derivate 700<br />
U 487<br />
Aminophenole 361<br />
D 627,646<br />
I Löslichkeit 688<br />
2- Amino-1 -phenyl-propan,<br />
D 585/V<br />
5-Amino-1-phenyl-pyrazol-4carbonitril,<br />
D 606/V<br />
5-Amino-l -phenyl-pyrazol-4carbonsäureethylester,<br />
D 606/V<br />
3-Amino-l-phenyl-J 2 -pyrazol-5on,<br />
D 483/V<br />
4-Amino-phenylthiocyanat,<br />
D 373/V<br />
2-Amino-4-phenyl-thiophen-3carbonsäureethylester,<br />
D 429/V<br />
a-Amino-propionsäure,<br />
D 245/V<br />
N-(3-Amino-propyl)-e-caprolactam<br />
D 584/V<br />
U 502<br />
3 (5)-Amino-pyrazol-4-carbonitril.D<br />
606/V<br />
3(5)-Amino-pyrazol-4-carbonsäureester<br />
und -carbonitrile,<br />
D 606/AAV<br />
3(5)-Amino-pyrazol-4-carbonsäureethylester,<br />
D 606/V<br />
3-Amino-pyrazolone,<br />
D 482/AAV<br />
2-Amino-pyridin<br />
D 395,397/V<br />
G 766<br />
I Derivate 700<br />
U 657/L<br />
4-Amino-pyridin, D 395<br />
4-Amino-salicylsäure 392/T<br />
D 392/V<br />
Aminosäurehydrochloride, IR<br />
92<br />
Aminosäuren s. Aminocarbonsäuren<br />
Register 785<br />
4-Aminosulfonyl-acetanilid,<br />
D 657/V<br />
2-Amino-4,5-tetramethylenthiophen-3-carbonitril,<br />
D 429/V<br />
2-Amino-4,5-tetramethylenthiophen-3-carbonsäureethylester,<br />
D 429/V<br />
2-Amino-thiophen-3-carbonsäureester,<br />
D 429/AAV<br />
2-Amino-thiophene, D 530<br />
a-Amino-valeriansäure,<br />
D 245/V<br />
Aminoverbindungen<br />
I 697 ff<br />
R mit salpetriger<br />
Säure 630 ff<br />
Aminoxide, Pyrolyse 283<br />
Amitraz 502<br />
Ammoniak<br />
G 743,766<br />
R 602<br />
Add. an vinyloge<br />
Carbonylverbb. 595<br />
Alkylierung 242 ff<br />
U 315,464,585<br />
als Lösungsmittel 155<br />
Kennzeichnung der Druckgasflasche<br />
20<br />
PKs. Wert 158,510<br />
Trocknung 743/V<br />
(ß-Amino-vinyl)carbonylverbindungen,<br />
D 605<br />
Ammoniumacetat als Katalysator<br />
527<br />
Ammoniumbasen, quartäre,<br />
Eliminierung von Trialkylamin<br />
273,281,283<br />
Ammoniumchlorid, G 766<br />
Ammoniumformiat, U 578<br />
Ammoniumhydroxide, quartäre,<br />
D 282<br />
R 273,282<br />
Ammoniumion, pKs-Wert 158,<br />
510<br />
Ammoniumsalze, quartäre (s.<br />
auch Aliquat 336) 224,245/T<br />
D 262/L<br />
Ammoniumsulfid als Red.-mittel<br />
627<br />
Ammonolyse<br />
von Estern 482,482/AAV<br />
von Sulfochloriden 657/AAV<br />
Ammoxidation 419/T<br />
Amoxicillin 486<br />
Amphetamin 579
786 Register<br />
amphotere Verbb. 158<br />
Ampullen, Füllen von 121<br />
Amyl- s. Pentyl-<br />
AN s. Acrylonitril<br />
Analgetica 487,612<br />
Analyse organ. Verbb. 683 ff,<br />
739/L<br />
Andrussov-Verfahren 419/T<br />
Aneurin 530/T<br />
angeregter Zustand 85<br />
Anhydron, Trockenmittel 25<br />
Anile 463<br />
Anilin 442<br />
D 628/V, 629/T, 674/V<br />
G 766<br />
I Derivate 699<br />
UV-VIS-Spektrum 89<br />
13 C-NMR 109<br />
Oxidationspotential 416<br />
PKs-Wert 158<br />
R Zweitsubstitution 357<br />
U 316,373,443,464,504,<br />
585,596,637,639,642,<br />
645,680/L<br />
ß-Anilino-crotonsäureethylester,<br />
D 464/V<br />
Anilinofumarsäuredimethylester,D<br />
316/V<br />
3-Anilino-propiononitril,<br />
D 596/V<br />
3-Anilino-propionäureethylester,<br />
D 596/V<br />
Anilinphthalatlösung, D 743/V<br />
Anilinschwarz 444<br />
Anisaldehyd 68<br />
D 384<br />
I Derivate 707<br />
U 428,522,526 f, 537,546,<br />
576<br />
als Dehydrierungsmittel 574<br />
Anisgeruch 685<br />
m-Anisidin<br />
I Derivate 699<br />
U 639<br />
o-Anisidin<br />
G 766<br />
I Derivate 699<br />
U 638<br />
p-Anisidin<br />
G 766<br />
I Derivate 700<br />
IR-Spektrurn 701<br />
Oxidationspotential 416<br />
U 373,5%, 645, 680<br />
3-(p-Anisidino)propiononitril,<br />
D 596/V<br />
p-Anisoin, D 534/V<br />
Anisol<br />
D 238/V,636<br />
R Kupplung 643<br />
U 365,370,381,384<br />
13 C-NMR 109<br />
Lösungsmittel bei Grignard-<br />
Rkk. 558,561<br />
Anisotropieeffekte 107<br />
p-Anisoylchlorid, U 652<br />
Anissäure<br />
D 239/V,450/V<br />
I Derivate 716<br />
U 649<br />
Anissäuremethylester, D 649/V<br />
p-Anisylchlorid s. 4-Methoxybenzylchlorid<br />
Anschütz-Aufsatz 6f<br />
Anschütz-Thiele-Vorstoß 42<br />
Antaphron 43<br />
Anthracen<br />
D 453/V<br />
I Derivate 732<br />
UV-VIS-Spektrum 89<br />
R Cycloadd. 330<br />
Ox. 440/T<br />
Rhodanierung 372<br />
U 333,440<br />
Oxidationspotential 416<br />
Anthracen-9-carbaldehyd<br />
I Derivate 707<br />
U 540<br />
Anthrachinon 396/T, 423/T,<br />
454/L<br />
D 379,440/V, 440/T<br />
I Derivate 712<br />
Löslichkeit 688<br />
Elektrodenpotential 417<br />
Anthrachinonsulfonsäure 399/T<br />
Anthranilsäure<br />
D 671/V<br />
I 704<br />
U 642/L,645<br />
Antiarthritika 605<br />
Antibiotika 303,395,486<br />
anticlinal 17Of<br />
Antidiabetica 658<br />
Antiepileptica 612<br />
Antihypertensiva 486<br />
anti-Markovnikov-Addition<br />
308,597,677<br />
Antimonpentachlorid als<br />
Katalysator 373<br />
Antioxidantien 207,361/T, 377,<br />
629<br />
Antipellagra-Wirkstoff 487<br />
antiperiplanar 169 f, 271<br />
Antipoden 173<br />
Antipyretica 487<br />
Antipyrin 487<br />
Antiseptica 596<br />
Äpfelsäure, Derivate 716<br />
Apiezonfette 2,75<br />
äquatorial 171,272<br />
Äquivalentmassebestimmung<br />
von Aminen 629/AAV(I),<br />
698<br />
von Carbonsäuren<br />
715/AAV(I)<br />
von Estern 492/AAV(I)<br />
von Sulfonsäuren 737<br />
vonThiolen 735/AAV(I)<br />
Arabinose, I 713<br />
Aralkylidenacetessigsäureester,<br />
D 602<br />
Arbeitssicherheit 124/L, 186,<br />
763,775f/L<br />
Arendiazoniumtetrafluorborate,<br />
D 632/V(L)<br />
AR-Glas l<br />
Arginin, I 705<br />
Arin 397<br />
Arine als Dienophile 330<br />
Arndt-Eistert-Rk. 667,681/L<br />
Aromaten (s. auch Kohlenwasserstoffe,<br />
aromatische)<br />
D durch katalytische<br />
Dehydrierung 451<br />
durch Reduktion von<br />
Diazoniumsalzen 636 ff<br />
I durch Chlorsulfonierung<br />
365/AAV<br />
durch Nitrierung<br />
690/AAV<br />
Hinweise auf 656,690<br />
IR 93<br />
R Amidomethylierung<br />
386/L<br />
Bromierung 369/AAV,<br />
371/AAV, 412/L<br />
Carboxylierung<br />
390ff/AAV,413/L<br />
Chlorierung 412/L<br />
Chlormethylierung<br />
387/AAV,413/L<br />
Chlorsulfonierung<br />
364/AAV, 412/L<br />
Formylierung 385/L<br />
Friedel-Crafts-<br />
Acylierung 378 ff,<br />
380/AAV, 413/L
Friedel-Crafts-<br />
Alkylierung 373 ff,<br />
375/AAV, 413/L<br />
Gattermann-Synthese<br />
382,413/L<br />
Halogenierung 367 ff<br />
Hoesch-Synthese 413/L<br />
Hydrierung 351/L<br />
Hydroxymethylierung<br />
385 ff<br />
lodierung 412/L<br />
Nitrierung 148,358 ff,<br />
359/AAV, 412/L<br />
Nitrosierung 392<br />
Ox. 416,421/AAV<br />
zu Chinonen 438,<br />
439/AAV<br />
Rhodanierung s. Thiocyanierung<br />
Subst. 351 ff<br />
elektrophile 352 ff,<br />
41 l/L<br />
metallvermittelte 399 ff<br />
nucleophile 393 ff, 413/L<br />
Sulfonierung 361 ff, 366/V,<br />
412/L<br />
Thiocyanierung 372/AAV,<br />
412/L<br />
Vilsmeier-Synthese 383 ff,<br />
383/AAV, 413/L<br />
zu Triphenylmethanfarbstoffen<br />
390/V<br />
Zweitsubstitution 354 ff<br />
Aromaten, alkylierte<br />
D durch Alkylierung von<br />
Aromaten nach FRIEDEL-<br />
CRAFTS 373 ff<br />
Ox. 419 ff<br />
Aroylbenzoesäuren<br />
D 381/AAV(I), 731/1<br />
I 379<br />
Äquivalentmassebestimmung<br />
731<br />
Arrhenius-Gleichung 15Of<br />
Arsenpentoxid als Dehydrierungsmittel<br />
596<br />
Arsonsäuren, D aus Diazoniumsalzen<br />
(SANDMEYER) 640<br />
Arylacetylene, D 404,405<br />
co-Aryl-alkancarbonsäuren,<br />
D 426<br />
Arylalkylketone, Ox. 426<br />
Arylboronsäuren und -ester<br />
D 403<br />
R 403,406f<br />
Arylcarbonsäuren, D 421/AAV<br />
3-Aryl-cyclohexene, D 410<br />
Aryl-2,4-dinitrophenylsulfide,<br />
D 396/AAV(I)<br />
Arylessigsäuren, D 421/AAV<br />
Arylfluoride, D 636<br />
Arylglyoxale, D 426/AAV<br />
Arylhalogenide s. Halogenkohlenwasserstoffe,<br />
aromatische<br />
Aryl-Heteroatom-Kupplungen<br />
411<br />
Arylhydrazine<br />
D 624,638/AAV<br />
U 466,680<br />
Arylhydrazone<br />
D 466,643<br />
R Umlagerung 679<br />
Aryllithium- und Arylmagnesiumverbb.<br />
D 399 ff, 563 f<br />
R 401 f, 563 f<br />
Arylmethylketone, Ox. 426,675<br />
Aryloxyessigsäuren,<br />
D 728/AAV(I)<br />
l-Aryl-pyrazol-5-one 488,556<br />
Arylsulfonamide, Löslichkeit in<br />
Laugen 688<br />
Arzneimittel 246,259,338,382,<br />
395,423,468,480,482,486 ff,<br />
517,524,530,533,549,603,<br />
605,612,639,654,657 f,<br />
674/V(L), 612<br />
Ascorbinsäure 438/T, 470,480,<br />
713/1<br />
Asinger-Rk. 428<br />
Asparagin, I 704<br />
Asparaginsäure, I 705<br />
L-Asparagyl-L-phenyl-alaninmethylester<br />
486<br />
Aspartam 486<br />
Aspirin 392, 480<br />
asymmetrische Katalyse 179<br />
asymmetrisches Atom 173<br />
asymmetrische Synthese s.<br />
stereoselektive Synthese<br />
Atmungskette 418,442<br />
Atomkerne, magnetische Eigenschaften<br />
98<br />
Atommassen bei MS 113f<br />
Atomorbitale 166<br />
Atropin 533<br />
A tropisomere 171<br />
Ätzkali als Trockenmittel 25<br />
Ätznatron als Trockenmittel 25<br />
Auslegeschriften (AS) 131<br />
Ausschütteln 60<br />
Autoklaven 18 f<br />
Register 787<br />
katalytische Hydrierungen<br />
342 ff, 343/A AV, 583/A AV<br />
reduktive Aminierung<br />
584/AAV<br />
AUTONOM (Computerprogramm)<br />
138<br />
Autoxidation 206,418<br />
Auxiliar 178<br />
auxochrome Gruppen 87<br />
axial 171,272<br />
Aza-Cope-Umlagerung 679<br />
l-Aza-phenanthren,D 597'/V<br />
Azapolymethine 556<br />
Azelainsäure 307<br />
D 447/V<br />
I Derivate 716<br />
Azeotrop 56<br />
Azidion, Rk. mit Alkylhalogenid<br />
225<br />
Azide 324,329<br />
R Photolyse 286<br />
IR 93<br />
cis-1 - Azido-2-chlor-cyclohexan,<br />
D 232/L<br />
Azine 324,431,463<br />
R Chlorierung 199<br />
Azlactone 525<br />
D 618/L<br />
Azobenzen, D 626<br />
Azobisisobutyronitrit (AIBN)<br />
G 766<br />
als Initiator 319<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
Azodicarbonsäurediethylester,<br />
R 232<br />
Azofarbstoffe 444,488,549,<br />
556,642 ff, 646<br />
D 444/AAV, 625, 645/AAV,<br />
646<br />
Azo-Hydrazon-Umlagerung<br />
660<br />
Azokupplung 353,444, 625,<br />
642ff,644/AAV<br />
Azomethan, Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
Azomethin-Enamin-Umlagerung<br />
660<br />
Azomethine 243,462,468,584<br />
D 462,617/L<br />
R Carbonyl-Rk. 457<br />
Hydrierung 341,582,<br />
582f/AAV<br />
mit Grignard-Verbb. 561<br />
zu secundären<br />
Aminen 243
788 Register<br />
I IR 93<br />
UV-VIS 88<br />
Azopigmente 646<br />
Azoverbindungen 659/L<br />
D 626<br />
I 684<br />
Löslichkeit 688<br />
UV-VIS 88<br />
Azoxybenzen 627<br />
Azoxyverbb. D 624,626<br />
Azulen 352<br />
Back-Verfahren 362<br />
Bäckerhefe, Reduktion mit 579<br />
Baeyersche Probe 446<br />
Baeyer-Villiger-Ox. 676, 682/L<br />
Bakelite 389<br />
Bamford-Stevens-Rk. 581 f,<br />
621/L<br />
Barbitursäuren 487,549,612<br />
Barton-Regel 271<br />
Basen 156 ff, 184/L<br />
harte, weiche 159,167<br />
Basispeak bei MS 114f, 118<br />
Basizität 157 ff<br />
und Nucleophilie 159<br />
Bashkirov-Ox. 418<br />
bathochrom 86 ff<br />
Baumwolle, Färben 646<br />
Bechamp-Rk. 627, 629<br />
Bechergläser 3,123<br />
Beckmann-Umlagerung 466,<br />
674,682/L<br />
BEILSTEIN 133 ff<br />
Datenbank 140 ff<br />
Benzaldehyd 202/T<br />
D 235,236/V,425/T,433/V,<br />
433/V<br />
G 744,766<br />
I Derivate 706<br />
UV-VIS-Spektrum 89<br />
R 599<br />
Nitrierung 358<br />
Wittig-Rk. 537<br />
Aldol-Rk. 524<br />
U 199/L,360,427,467,469,<br />
471,585,513,515,521,<br />
526,529,537,546,576,<br />
578,563,566/L<br />
Reinigung 744<br />
Benzaldehydcyanhydrin<br />
D 513/V<br />
U 501/L<br />
Benzaldehyddiethylacetal,<br />
D 469/V,47!/V<br />
Benzaldehydoxim 172<br />
Benzaldoxime<br />
D 467/AAV<br />
U Chlorierung 201/AAV<br />
Benzamide<br />
D 698/1,704/AAV(I)<br />
U 507<br />
Benzanilid<br />
D 674/V<br />
U 507<br />
Benzen 181,347/T, 352<br />
D 451/B<br />
G 766<br />
I 13 C-NMR 109<br />
Derivate 732<br />
l H-chemische Verschiebung<br />
101<br />
UV-VIS-Spektrum 89<br />
R Add. von Chlor 317<br />
Friedel-Crafts-Alkylierung<br />
375/AAV<br />
Metallierung 400<br />
Ox. 447<br />
Sulfonierung 361<br />
U 319,360,364,370,375,<br />
375,380,381/L, 387<br />
als Lösungsmittel 64<br />
als Wasserschlepper 56<br />
azeotrope Gemische 56,744<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
Gemische mit Toluen, destillative<br />
Trennung 50<br />
Oxidationspotential 416<br />
lonisierungsenergie 168<br />
pKs-Wert 158<br />
Reinigung und Trocknung<br />
744/V<br />
Ringstrom 102<br />
Siedetemperatur, Druckabhängigkeit<br />
40<br />
Benzene, substituierte, ! ^-chemische<br />
Verschiebung 110<br />
Benzencarbonsäuren, substituierte,<br />
D 423/V(L)<br />
Benzendiazoniumsalze 466,408,<br />
639<br />
Benzen-l,3-disulfonsäure 399/T<br />
D 363<br />
Benzensulfochlorid<br />
D 364/V<br />
U 654,657<br />
Benzensulfonamid, D 657/V<br />
Benzensulfonamide,<br />
D 657/AAV(I), 698/1<br />
Benzensulfonsäure<br />
D 361<br />
I Derivate 737<br />
Benzensulfonsäurecyclohexylester,<br />
Solvolyse 267<br />
Benzen-l,3,5-tricarbonsäureester,<br />
D 544<br />
Benzhydroximoylchloride,<br />
substituierte<br />
D 201/AAV<br />
U 329<br />
Benzidin<br />
D 627<br />
I Derivate 700<br />
Benzil<br />
D 435/V<br />
I Derivate 708<br />
Benzilsäure, Derivate 716<br />
Benzilsäureumlagerung 576<br />
Benzimidazole 485/B<br />
Benzin, Reinigung 744<br />
Benzocain 423/T, 480/T<br />
p-Benzochinon<br />
D 441,442/L, 443/V(L)<br />
G 766<br />
I Derivate 711<br />
IR-Spektrum 712<br />
R als Dienophil 330<br />
mit Enaminen 603,617<br />
U 603<br />
p-Benzochinon/Hydrochinon,<br />
Elektrodenpotential 416<br />
Benzoesäure 347/T, 423/T<br />
D 420,422/V, 563/V<br />
I Derivate 716<br />
R Nitrierung 358<br />
U 370,371,498,672,674<br />
pKs-Wert 158<br />
Benzoesäureallylester, D 242/V<br />
Benzoesäurebenzylester,<br />
D 242/V<br />
G 766<br />
Benzoesäurebutylester,<br />
D 242/V<br />
Benzoesäurechloride s. Benzoylchloride<br />
Benzoesäureester<br />
D 241/AAV<br />
I 479/AAV<br />
R Hydrolyse 457<br />
Benzoesäureethylester<br />
D 476/V<br />
U 546,563
substituierte, Verseifungsgesch<br />
windigkeit 163<br />
Benzoesäuremethylester<br />
D 476/V<br />
U 360<br />
Benzoesäuren, substituierte 163<br />
D 422/AAV<br />
Benzoin<br />
D 534/V<br />
I Derivate 708,726<br />
U 435,583<br />
Benzo[e]indol-2-carbonsäureethylester,D<br />
680/V<br />
Benzo[g]indol-2-carbonsäureethylester.D<br />
680/V<br />
Benzoinkondensation 533 f,<br />
619/L<br />
Benzol s. Benzen<br />
Benzonitril<br />
D 419/T,642/V<br />
13 C-NMR 109<br />
Benzonitrile, D 404<br />
Benzonitriloxid, U 329<br />
Benzophenon<br />
D 376,376/V, 435/V<br />
I Derivate 708<br />
U 402,583,540,674<br />
Benzophenon-o-carbonsäure<br />
379<br />
Benzotrichlorid s. Trichlormethylbenzena-Benzoyl-acetessigsäureethylester<br />
s. 2-Benzoyl-3-oxobutansäureethylester<br />
Benzoylaceton, D 546/V<br />
ß-Benzoyl-acrylsäure,<br />
D 381/V(L)<br />
Benzoylaminoessigsäure 525<br />
Benzoylchlorid 202/T<br />
D 498/V<br />
G 766<br />
U 479, 494,553/L, 652<br />
Benzoylchloride<br />
R Alkoholyse 457<br />
Ethanolysegeschwindigkeit<br />
480/L<br />
Benzoylessigsäureethylester<br />
D 547/L, 550/V, 552/L<br />
U 552/L<br />
Benzoylessigsäuremethylester,<br />
D 550/V<br />
Benzoylmalonsäurediethylester,<br />
D 553/V<br />
2-Benzoyl-3-oxo-butansäureethylester<br />
D 553/V<br />
U 550<br />
Benzoylperoxid 200,322<br />
G 744,766<br />
Reinigung 744/V<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
3-Benzoyl-propionsäure 181<br />
D 381/V(L)<br />
U 581<br />
3-Benzoyl-propionsäurediethylamid,<br />
retrosynth.<br />
Analyse 181<br />
2-Benzoyl-thiophen,<br />
D 381/V(L)<br />
Benzpyren 305<br />
N-Benzyl-acetamid, 484/B<br />
a-Benzyl-acetessigsäureethylester<br />
s. 2-Benzyl-3-oxo-butansäureethylester<br />
Benzylalkohol 202/T<br />
D 386,576/V<br />
G 766<br />
I Derivate 726<br />
U 314,433f<br />
Benzylamin<br />
D 585/V,671/V<br />
G 766<br />
I Derivate 699<br />
U 316,464,483,578,595 f<br />
ß-Benzylamino-crotonsäureethylester,<br />
D 464/V<br />
N-Benzyl-aminofumarsäurediethylester,<br />
D 316/V<br />
N-Benzyl-aminofumarsäuredimethylester,<br />
U 603<br />
4-Benzylamino-pent-3-en-2-on,<br />
D 464/V<br />
3-Benzylamino-propionsäureethylester,<br />
D 595/V<br />
N-Benzyl-anilin, D 583/V,<br />
585/V<br />
4-Benzyl-4-aza-heptandisäurediethylester,<br />
D 596/V<br />
Benzylbromid 203<br />
D 204/V<br />
G 766<br />
I Derivate 722<br />
U 246,247,250,255<br />
Benzylbromide 204<br />
U 253/L<br />
Benzylcellulose 202/T, 241/T<br />
Benzylchlorid 202/T<br />
D 199/V, 200/V, 386,<br />
387/AAV, 381/V<br />
G 766<br />
I Derivate 722<br />
Register 789<br />
U 240,242,247,250,257,<br />
61Of<br />
Rk.-geschwindigkeiten bei<br />
SN-Rkk. 216<br />
Benzylchlormethylketon,<br />
D 652/V<br />
Benzylcyanid 202/T, 258/T<br />
D 257/V<br />
U 360,500,583,546,547/L,<br />
571,601,612<br />
Benzylcyanide, Alkylierung<br />
61IlAAV<br />
Benzyldiazomethylketon<br />
D 652/V<br />
U 668<br />
Benzylgruppe 182,486<br />
Benzylhalogenide<br />
R mit Grignard-Verbindungen<br />
559<br />
SN-Rkk. 216<br />
als Alkylierungsmittel 608<br />
3-Benzyl-5-(2-hydroxyethyl)-4methyl-1,3-thiazoliumchlorid<br />
535/L, 602/L<br />
l-Benzyl-5-hydroxy-indol-2,3dicarbonsäurediethylester,<br />
D 603/AAV<br />
Benzylidenaceton<br />
D 522/V<br />
I Derivate 708<br />
U 344,583,532,574,570,601<br />
Benzylidenacetophenon<br />
D 522/V<br />
I Derivate 708<br />
U 344<br />
Benzylidendibromid 235<br />
D 204/V<br />
U 236<br />
Benzylidendibromide 203/B<br />
Benzylidendichlorid 202/T, 235<br />
D 199/V, 200/V<br />
G 766<br />
I 723<br />
U 236<br />
Benzylidendichloride 425<br />
Benzylidenmalononitril,<br />
D 529/V<br />
Benzylidenmalonsäurediethylester.D<br />
529/V<br />
Benzyliodid, Derivate 722<br />
Benzyliodide, D 253/V(L)<br />
Benzylkation bei MS 116<br />
Benzylmagnesiumchlorid, U<br />
563<br />
N-Benzyl-methylamin, D 585/V
790 Register<br />
Benzylmethylketon s. Phenylaceton<br />
Benzylnitrit, D 255/V<br />
2-Benzyl-3-oxo-butansäureethylester<br />
D 610/V<br />
U 492,680<br />
Benzyloxycarbonylgruppe 183,<br />
486<br />
a-Benzyl-a-phenyl-butyronitril,<br />
D 612/V<br />
Benzylphenylether, D 240/V<br />
N-Benzyl-ß-phenyl-ethylamin,<br />
D 585/V<br />
Benzylphenylketon,<br />
Derivate 708<br />
Benzylphosphonsäurediethylester<br />
D 247/V, 247/V(L)<br />
U 536<br />
N-Benzyl-piperidin 578/V<br />
Benzylradikal 190<br />
Benzylthiocyanat, D 250/V<br />
l-Benzylthio-2-phenyl-ethan,<br />
D 319/V<br />
5-Benzyl-thiouroniumchlorid<br />
251<br />
5-Benzyl-thiouroniumsulfonate,<br />
D 737/AAV(I)<br />
Benzyltriethylammoniumchlorid<br />
als Phasentransferkatalysator<br />
326,526,611<br />
Benzyltrimethylammoniumhydroxid<br />
594<br />
Benzyltriphenylphosphoniumbromid,D<br />
246/V<br />
Benzylvinylether, D 314/V<br />
Benzyn 397<br />
Bernsteinsäure 446/T<br />
D 344/V,500/V<br />
I Derivate 716<br />
Bernsteinsäureanhydrid 181<br />
D 494<br />
G 766<br />
U 381/L<br />
Bernsteinsäurediethylester,<br />
D 476/V<br />
Betaine 538<br />
Betriebsinhalt einer Kolonne 51<br />
Biaryle.D 403f/V(L),<br />
407f/V(L),640<br />
Bicyclo[4.4.0]decan 333<br />
Bicyclo[4.1.0]heptadiene,<br />
D 325/B<br />
Bicyclo[4.1.0]heptan (Norcaran),<br />
D 327/V(L)<br />
Bicyclo[2.2.1]heptan-2-ol s.<br />
Norborneol<br />
Bicyclo[2.2.1]hept-2-en, s.<br />
Norbornen<br />
Bicyclo[2.2. l ]hept-5-en-2-carbonsäure,<br />
D 333/V<br />
Bicyclo[2.2. l Jheptyl-Verbindungen<br />
166<br />
Bicyclo[5.1.0]octa-2,5-dien 678<br />
Bicyclo[3.2.1]octan 333<br />
Bicyclo[2.2.2]oct-2-en 333<br />
Bicyclo[2.2.2]oct-5-en-2,3-dicarbonsäureanhydrid,<br />
D 333/V<br />
Bienenwachs 480<br />
BINAP s. 2,2'-Bis(diphenylphosphino)<br />
l, l '-binaphthyl<br />
Bindschedlers Grün 443<br />
Bindungsdissoziationsenergien(enthalpien)<br />
150,<br />
189<br />
heterolytische 217<br />
Biphenyl<br />
G 767<br />
I Derivate 732<br />
U 380<br />
Biphenyl-2,2'-dicarbaldehyd,<br />
D 307/V(L)<br />
Biphenyl-2,2'-dicarbonsäure<br />
D 439<br />
I Derivate 716<br />
Birnenkolben 3<br />
5-[Bis(2-acetoxy-ethyl)amino]-2-<br />
(2-brom-4,6-dinitro-phenylazo)-4-methoxy-acetanilid,<br />
D 645/V<br />
3-[Bis(2-acetoxy-ethyl)amino]-4methoxy-acetanilid,<br />
U 645<br />
Bis(2-amino-ethyl)amin 305<br />
Bis(ß-chlorethyl)amine 246/T<br />
Bis(2-cyan-ethyl)malonsäurediethylester,<br />
D 601/V<br />
Bis(l,5-cyclooctadien)nickel<br />
404<br />
l ,10-Bis(diazomethyl)decan-<br />
1,10-dion<br />
D 652/V<br />
U 668<br />
l ,2-Bis(dibrommethyl)benzen<br />
D 204/V<br />
U 236(L)<br />
l ,3-Bis(dibrommethyl)benzen<br />
D 204/V<br />
U 237(L)<br />
l ,4-Bis(dibrommethyl)benzen<br />
D 204/V<br />
U 237<br />
4,4'-Bis(dimethylamino)benzophenon,<br />
U 389<br />
l, l -Bis(p-dimethylaminophenyl)ethen,<br />
D 540/V<br />
2,2'-Bis(diphenylphosphino) 1,1'binaphthyl<br />
(BINAP) 411<br />
l ,2-Bis(diphenylphosphino)ethan<br />
(dppe) 408<br />
l ,2-Bis(diphenylphosphino)propan<br />
(dppp) 408<br />
l ,2-Bis(hydroxymethyl)benzen,<br />
D 571/V<br />
2,2-Bis(hydroxymethyl)butan-lol<br />
s. Trimethylolpropan<br />
2,2-Bis(hydroxymethyl)propan-<br />
1,3-diol s. Pentaerythritol<br />
2,2-Bis(p-hydroxy-phenyl)propan<br />
s. Bisphenol A<br />
2,2-Bis(4-methoxy-phenyl)-<br />
1,3,2,4-dithiadiphosphetan-<br />
2,4-disulfid s. Lawesson<br />
Reagens<br />
l ,3-Bis(3-methyl-benzoxazol-2yl)trimethiniumiodid,<br />
D 557/V<br />
l ,5-Bis(3-methyl-benzthiazol-2yl<br />
)pentamethiniumiodid,<br />
D 557/V<br />
l ,3-Bis(3-methyl-benzthiazol-2yl)trimethiniumiodid,<br />
D 557/V<br />
Bis(3-methyl-but-2-yl)boran s.<br />
Disiamylboran<br />
l ,5-Bis( l -methyl-chinol-2yl)pentamethiniumiodid,<br />
D 557/V<br />
l ,3-Bis( l -methyl-chinol-2-yl )trimethiniumiodid,<br />
D 557/V<br />
Bis(methylthio)methylenmalononitril,<br />
D 555/V<br />
Bisphenol A 305/T<br />
D 389<br />
l ,4-Bis(thiocyanatomethyl)benzen,<br />
D 250/V<br />
3,3-Bis(p-tolyl)butan-2-on,<br />
D 664/V<br />
Bisulfitadditionsverbb. 617/L<br />
D 459,472<br />
Bisulfitlauge s. Natriumhydrogensulfitlösung<br />
Bittermandelgeruch 685<br />
Biuret-Rk. 481<br />
Blasenzähler 12<br />
Blanc-Rk. 386,413/L<br />
Blausäure<br />
D 419/T
G 745,767<br />
R Add.<br />
an Aldehyde und<br />
Ketone 512<br />
an Olefin und Acetylene<br />
348/L<br />
an vinyloge Carbonylverbb.<br />
594<br />
Mannich-Reaktion 531<br />
U 602/L<br />
Erste Hilfe 745, vorderer<br />
innerer Buchdeckel<br />
PK5-Wert 158,510<br />
Vernichtung 745<br />
Bleichlauge, Ox. mit 432/AAV<br />
Bleitetraacetat<br />
D 745/V<br />
G 745,767<br />
als Ox.-mittel 448<br />
Bleiverbb., Ox. mit 454/L<br />
Blindprobe 684<br />
Blitzchromatographie 71<br />
Blockcopolymerisation 312<br />
Blockierung funktioneller Gruppen<br />
s. Schutzgruppen<br />
BMB s. Disiamylboran<br />
BOC-Gruppe s. tert-Butyloxycarbonylgruppe<br />
Boden, theoretischer 48,53,73,<br />
75<br />
Bodenstein-Prinzip 156<br />
Boetius-Heiztischmikroskop<br />
79 f<br />
Bofors-Prozeß 423<br />
Bombenrohre 17<br />
Boran 308<br />
Borneol 666<br />
I Derivate 727<br />
R Dehydratisierung 666<br />
Borsäure, Veresterung 231<br />
Borsäureester 231,403,419,471<br />
Bortrifluorid 306,610<br />
als Friedel-Crafts-Katalysator<br />
373<br />
als Katalysator bei Michael-<br />
Add. 603/V<br />
Borwasserstoff, Add. an Olefine<br />
294<br />
Bouveault-Blanc-Red. 567,<br />
589 f/AAV, 719/AAV(I)<br />
Bragg'sche Gleichung 119<br />
Brassylsäure 581/V<br />
Braunschweiger Wendel 51,53<br />
Braunstein<br />
G 767<br />
als Ox.-mittel 424, 430<br />
Brechungsindex 81<br />
Bredt-Regel 284<br />
Breitband-Entkopplung bei<br />
1 H-NMR 106<br />
Brenner 124<br />
Brennprobe 685<br />
Brenzcatechin<br />
G 767<br />
Derivate 728<br />
Brenzschleimsäure, D 577/V(L)<br />
Brenztraubensäure<br />
I Derivate 715<br />
R Veresterung 474<br />
Brenztraubensäuremethylester,<br />
D 476/V<br />
Brom<br />
G 745,767<br />
R Add. an Olefine 291,<br />
299 ff<br />
U 369,613 f, 689/AAV(I)<br />
als Schutzgruppe bei aromatischen<br />
Substitutionen 357<br />
Erste Hilfe 745, vorderer<br />
innerer Buchdeckel<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
Trocknung 745/V<br />
Bromacetaldehyddibutylacetal,<br />
D 614/V(L)<br />
Bromacetaldehyddiethylacetal,<br />
U 28IlL<br />
Bromaceton, D 614/V(L)<br />
3-Brom-acetophenon,<br />
D 370/V(L)<br />
4-Brom-acetophenon<br />
D 38IlV<br />
I 708<br />
U 426,450,580,614<br />
Bromal 574<br />
1-Brom-alkane s. Alkylbromide<br />
2-Brom-anilin, Derivate 699<br />
3-Brom-anilin<br />
D 628/V<br />
I Derivate 699<br />
4-Brom-anilin<br />
I Derivate 700<br />
U 639<br />
4-Brom-anisol, D 370/V<br />
Bromarene<br />
D mit Brom 369/AAV<br />
nach SANDMEYER<br />
640/AAV<br />
4-Brom-benzaldehyd,<br />
D 424/V(L)<br />
Brombenzen<br />
D 370/V<br />
Register 791<br />
G 767<br />
I Derivate 722<br />
U 360,381<br />
Siede temp., Abhängigkeit<br />
vom Druck 40<br />
4-Brom-benzensulfonsäure,<br />
Derivate 737<br />
3-Brom-benzoesäure<br />
D 370/V, 37IlV<br />
I Derivate 716<br />
U 499<br />
4-Brom-benzoesäure<br />
D 450/V<br />
U 499,649<br />
4-Brom-benzoesäuremethylester<br />
649/V<br />
4-Brom-benzonitril, U 404<br />
3(4)-Brom-benzoylchlorid,<br />
D 499/V<br />
2(3)(4)-Brom-benzylbromid<br />
D 204/V<br />
I Derivate 722<br />
U 257<br />
2(3)(4)-Brom-benzylchlorid,<br />
Derivate 722<br />
2(3)(4)-Brom-benzylcyanid<br />
D 257/V<br />
U 500<br />
2(3)(4)-Brom-benzyliodid,<br />
Derivate 722<br />
2-Brom-benzylthiocyanat,<br />
D 250/V<br />
1-Brom-butan s. Butylbromid<br />
2-Brom-butan s. sec-Butylbromid<br />
2-Brom-buttersäure<br />
D 613/V<br />
U 245<br />
4-Brom-tert-butylbenzen,<br />
D 370/V<br />
a-Brom-y-butyrolacton,<br />
D 614/V(L)<br />
a-Brom-carbonsäuren,<br />
D 613/AAV<br />
l -Brom-3-chlor-propan<br />
D 319/V<br />
U 609<br />
3-Brom-cyclohexen, D 205/V<br />
1-Brom-decan s, Decylbromid<br />
2-Brom-l-deutero-l ,2-diphenylethan,<br />
DBr-Eliminierung 271<br />
2'-Brom-4-diethylamino-4',6'dinitro-azobenzen,<br />
D 645/V<br />
2-Brom-4,6-dinitro-anilin, U<br />
645
792 Register<br />
l-Brom-3,5-dinitro-benzen,<br />
D 371/V<br />
6-Brom-2,4-dinitro-toluen,<br />
D 371/V<br />
Bromessigsäure<br />
D 613/V<br />
G 767<br />
I Derivate 715<br />
Bromessigsäureethylester 617<br />
U 253/L<br />
2-Brom-ethanol, Derivate 726<br />
l -Brom-4-ethyl-benzen,<br />
D 580/V<br />
(2-Brom-ethyl)phosphonsäurediethylester<br />
D 247/V<br />
2-Brom-hexansäure, D 613/V<br />
Bromhydrochinon, Derivate<br />
729<br />
Bromierung 188,210/L<br />
mit N-Brom-succinimid 188,<br />
205/AAV, 210/L<br />
Photobromierung 203 ff,<br />
203/AAV<br />
vonAromaten 412/L<br />
2-Brom-isobuttersäure,<br />
D 613/V<br />
3-Brom-isobuttersäuremethylester,D<br />
598/V<br />
Brommalonsäurediethylester,<br />
D 614/V(L)<br />
Brommesitylen, D 370/V<br />
l -Brom-3-methyl-butancarbonsäure,<br />
U 245<br />
Brommethylierung 388<br />
l -Brommethyl-naphthalen,<br />
D 205/V<br />
2-Brommethyl-naphthalen<br />
D 205/V<br />
U 250<br />
l -Brom-2-methyl-naphthalen,<br />
D 370/V<br />
2-Brom-4-methyl-pentansäure,<br />
D 613/V<br />
Brommethylphenylketon,<br />
D 652/V<br />
l-Brom-2-methyl-propan s. Isobutylbromid<br />
l -Brom-naphthalen<br />
I Derivate 723<br />
U 404<br />
2-Brom-naphthalen<br />
I Derivate 723<br />
U 406<br />
l -Brom-3-nitrobenzen<br />
D 370/V, 371/V, 642/V<br />
U 628<br />
l -Brom-4-nitro-benzen,<br />
D 360/V, 642/V<br />
2-Brom-4-nitro-toluen, D 370/V<br />
Bromoform<br />
G 767<br />
physikalische Konstanten 723<br />
1-Brom-pentancarbonsäure, U<br />
245<br />
4-Brom-phenacylbromid<br />
D 614/V<br />
I Derivate 708<br />
U 242<br />
4-Brom-phenacylester,<br />
D 242/AAV(I), 714/1<br />
9-Brom-phenanthren, U 404<br />
3-Brom-phenanthren-9,1Ochinon,<br />
Derivate 711<br />
2(3)-Brom-phenol, Derivate 728<br />
4-Brom-phenol<br />
D 370/V<br />
I Derivate 728<br />
U 260<br />
Bromphenole, D 370/AAV(I),<br />
728/1<br />
(4-Brom-phenoxy)trimethylsilan,D<br />
260/V<br />
2(3)(4)-Brom-phenylessigsäure,<br />
D 500/V<br />
4-Brom-phenylglyoxal, D 426/V<br />
l-Brom-2-phenyl-ethan s.<br />
2-Phenyl-ethylbromid<br />
4-Brom-phenylhydrazin<br />
D 639/V<br />
U 483<br />
l-Brom-prop-2-en s. AlIyIbromid<br />
3-Brom-propiononitril, D 598/V<br />
2-Brom-propionsäure<br />
D 613/V<br />
U 245<br />
3-Brom-propionsäureethylester,<br />
D 598/V<br />
3-Brom-propionsäuremethylester,D<br />
598/V<br />
3-Brom-prop-l-ylphosphorsäure,<br />
D 247/V(L)<br />
N-Brom-succinimid<br />
D 746<br />
G 746<br />
als Bromierungsreagens<br />
205/AAV, 210/L<br />
4-Brom-thiophenol,<br />
Derivate 736<br />
2(3)(4)-Brom-toluen<br />
D 641/V<br />
I Derivate 722 f<br />
U 204<br />
Bromtrichlormethan als Bromierungsmittel<br />
204<br />
a-Brom-valeriansäure<br />
D 613/V<br />
U 245<br />
Bromwasserstoff 56<br />
D 203/V,746/V<br />
G 746,767<br />
R Add. an Olefine<br />
ionisch 291<br />
radikalisch 317<br />
Etherspaltung<br />
233/AAV(I), 720/1<br />
U 319,598<br />
Azeotrop mit Wasser 203,<br />
746<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
pKs-Wert 158<br />
Brönsted-Basen und Säuren 156<br />
Brucin zur Racemattrennung<br />
177<br />
BTEAC s. Benzyltriethylammoniumchlorid<br />
Bucherer-Synthese 514<br />
Büchner-Trichter 034,123<br />
Buna 313/T, 322/T<br />
Buna N 322/T<br />
Buna S 322/T, 377/T<br />
Bunsenbrenner 14<br />
Bunsen-Ventil 13<br />
Buta-l,3-dien 301AT, 313/T,<br />
322/T, 324,330,339<br />
G 767<br />
R Chlorierung 292<br />
Polymerisation 252<br />
U 333,339<br />
Buta-l,3-dien-l-carbonitril,<br />
D 284/V(L)<br />
Buta-l,3-diene, alkylierte 330<br />
Butan 169 f<br />
Butanal, U 319<br />
Butan-l,3-diarm'n, Derivate 699<br />
Butan-l,3-diol<br />
D 524/T<br />
I Derivate 726<br />
Butan-l,4-diol 232,347/T<br />
D 344/V<br />
I Derivate 726<br />
R Dehydrocyclisierung 436<br />
Butan-1-ol 347/T<br />
D 584<br />
G 767<br />
I Derivate 726
U 240,260,314,476,655<br />
als Lösungsmittel 64<br />
Butan-2-ol 298/T<br />
D 583/V<br />
G 767<br />
I Derivate 725<br />
R 274<br />
U 375<br />
tert-Butanol s. tert-Butylalkohol<br />
Butanole, D 237/T<br />
Butanon<br />
G 767<br />
R Mannich-Rk. 531<br />
U 583,513,521,528,532<br />
Butanondiallylacetal, U 679/L<br />
Butan-1-thiol<br />
D 252/V<br />
G 767<br />
I Derivate 736<br />
Butan-2-thiol, D 252/V<br />
But-l-en 281<br />
D 274,284<br />
G 767<br />
But-2-en 281<br />
D 274,284,340/T<br />
U 327/L<br />
But-2-enal s. Crotonaldehyd<br />
But-3-en-1-carbonsäure,<br />
D 492/V<br />
But-2-en-l,4-dicarbonitril,<br />
301/T<br />
Butene 295,312<br />
But-2-en-l-ol, D 574/V(L)<br />
But-3-en-2-on s. Methylvinylketon<br />
But-2-in-l,4-diol 347/T<br />
D 517/T<br />
G 767<br />
U 344<br />
Butocarboxim 468<br />
Butoxybenzen, D 240/V<br />
N-p-Butoxy-phenyl-N'-p-dimethylanilino-thioharnstoff<br />
505<br />
Butoxytrimethylsilan, D 260/V<br />
Buttersäure<br />
D 492/V<br />
G 767<br />
I Derivate 715<br />
U 498,613<br />
Buttersäureethylester, U 546,<br />
563<br />
But-2-ylacetat, Pyrolyse 284<br />
Butylalkohol s. Butan-1-ol<br />
fert-Butylalkohol 266,298/T,<br />
415<br />
G 767<br />
I Derivate 725<br />
U 311,375,477<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
Butylamin<br />
D 674/V<br />
G 767<br />
I Derivate 699<br />
U 578<br />
sec-Butylamin, Derivate 699<br />
tert-Butylamin<br />
I Derivate 699<br />
U 316<br />
N-tert-Butyl-aminofumarsäuredimethylester<br />
D 316/V<br />
U 603<br />
2-tert-Butyl-anthrahydrochinon<br />
441<br />
Butylbenzen<br />
D 580/V<br />
I Derivate 732<br />
U 365<br />
sec-Butylbenzen<br />
D 375/V<br />
U 208<br />
tert-Butylbenzen<br />
D 375/V<br />
U 370<br />
Zweitsubst. 357<br />
4-Butyl-benzensulfochlorid<br />
D 365/V<br />
U 654<br />
Butylbromid<br />
D 229/V<br />
I Derivate 722<br />
U 240,242,246,247,252,<br />
258,375,609<br />
sec-Butylbromid<br />
D 229/V<br />
I Derivate 722<br />
U 375<br />
tert-Butylbromid<br />
D 229/V<br />
I Derivate 722<br />
U 375<br />
p-tert-Butyl-calixarene 385<br />
Butylchlorid<br />
I Derivate 722<br />
G 767<br />
U 375<br />
sec-Butylchlorid<br />
I Derivate 722<br />
U 375<br />
tert-Butylchlorid<br />
D 229/V(L)<br />
Register 793<br />
I Derivate 722<br />
R Solvolyse 218<br />
U 250/L,375<br />
tert-Butyl-cyclohexan 171<br />
4-fert-Butyl-cyclohexanol,<br />
D 574/V,571/V<br />
4-tert-Butyl-cyclohexanon<br />
R Red. 571<br />
U 574,571<br />
Butylethylether, D 240/V<br />
tert-Butylgruppe als Schutzgruppe<br />
357<br />
tert-Butylhydroperoxid 304<br />
l-tert-Butyl-5-hydroxy-indol-2,3dicarbonsäurediethylester,<br />
D 603/V<br />
tert-Butylhypobromit 204<br />
tert-Butylhypochlorit 199,299<br />
Butylidenmalonsäurediethylester,D<br />
528/V<br />
Butyliodid<br />
D 231/V<br />
I Derivate 722<br />
U 252/V<br />
sec-Butyliodid, Derivate 722<br />
tert-Butyliodid, Derivate 722<br />
tert-Butylisothiocyanat, D 250/L<br />
Butylkautschuk 312/T<br />
Butyllithium<br />
D 746/V<br />
R 400,402,564<br />
fert-Butylmagnesiumchlorid, U<br />
563<br />
Butylmalonsäure<br />
D 490/V<br />
U 492<br />
Butylmalonsäurediethylester<br />
D 609/V<br />
U 490,601<br />
tert-Butylmalonsäurediethylester,D<br />
565/V(L)<br />
Butylmethylether, D 240/V<br />
tert-Butylmethylether 233/T,<br />
298/T<br />
Butylmethylketon, Derivate 707<br />
Butylmethylketondiethylacetal,<br />
U 276<br />
Butylnaphthalen 377/T<br />
Butylnaphthalensulfonat 377/T<br />
tert-Butyloxycarbonylgruppe<br />
183, 486<br />
tert-Butylperoxid s. Di-tert-butylperoxid<br />
tert-Butylphenol 298/T, 385<br />
tert-Butylphenylketon,<br />
D 565/V(L)
794 Register<br />
Butylphosphonsäurediethylester,D<br />
247TV<br />
N-Butyl-piperidin, D 578/V<br />
3-tert-Butyl-2,2,4,4-tetramethylpentan-3-ol,<br />
D 564<br />
Butylthiocyanat, D 250/V<br />
tert-Butylthiocyanat,<br />
D 250/V(L)<br />
4-Butyl-thiophenol, D 654/V<br />
Butyltriphenyl-phosphoniumbromid,D<br />
246/V<br />
Butylvinylether, D 314/V<br />
Butyraldehyd 347/T<br />
G 767<br />
I Derivate 706<br />
R 524/T,577/T<br />
U 469,514,521,528,578<br />
Butyraldehyddiethylacetal,<br />
D 469/V<br />
Butyraldol s. 2-Ethyl-3-hydroxyhexanal<br />
Butyranilid, D 674/V<br />
y-Butyrolacton 347/T<br />
D 436/T,517/T<br />
U 381/L,614/L<br />
Butyronitril,<br />
D 258/V<br />
G 767<br />
Butyrophenon<br />
D 380/V<br />
I Derivate 708<br />
U 580,674<br />
Butyrylbernsteinsäurediethylester,<br />
D 319/V<br />
Butyrylchlorid<br />
D 498/V<br />
G 767<br />
U 553,616<br />
2-Butyryl-cyclohexanon<br />
D 616/V<br />
U 551<br />
2-Butyryl-cyclopentanon<br />
D 616/V<br />
U 551<br />
Cadmiumorganische Verbb. 561<br />
CAHN-lNGOLD-PRELOG-Regeln<br />
172,174<br />
Calcium-Aluminium-Silicate,<br />
Trockenmittel 28<br />
Calciumcarbid, G 767<br />
Calciumchlorid<br />
G 767<br />
Trockenmittel 25,28<br />
Calciumchloridrohr 124<br />
Calciumhydrid<br />
G 767<br />
Trockenmittel 25,749<br />
Vernichtung 749<br />
Calciumoxid<br />
G 767<br />
Trockenmittel 25<br />
Calciumsulfat<br />
Bindemittel bei DC 67<br />
Trockenmittel 25<br />
Calixarene 385<br />
Camphen<br />
D 666<br />
I Geruch 684<br />
physikalische Konstanten<br />
734<br />
Campher 666<br />
D 435/V<br />
I Derivate 708<br />
U 540,571<br />
Campholenaldehyd,<br />
D 666/V(L)<br />
Cannizzaro-Rk. 533,567,575 ff,<br />
621/L<br />
gekreuzte 518,576/AAV<br />
e-Caprolactam 148,208,347/T,<br />
488<br />
D 675/V<br />
G 767<br />
R Polymerisation 675/V<br />
U 601<br />
e-Caprolacton, D 676/V<br />
Capron 488<br />
Carbamidsäure 504<br />
Carbamoylchlorid 502<br />
Carbamoylchloride, D 459<br />
2-Carbamoyl-2-cyan-thioessigsäureanilid,<br />
D 555/V<br />
Carbanionen (s. auch Enolate)<br />
507 f, 510 ff, 534,536,542,<br />
592 ff, 608,661<br />
Carbazol<br />
D 453/V<br />
R Carboxylierung 391<br />
Carbazol-1-carbonsäure, D 391<br />
Carbene 285,287/L, 323,667<br />
D 285<br />
R Add. an Olefine 326/AAV<br />
Einschubreaktionen 286<br />
H-Abspaltung 286<br />
Carbeniationen 225<br />
Carbenoide 325 f<br />
Carbeniumionen 213 f, 264,274,<br />
292 ff, 310,373,631,661 ff,<br />
664 ff<br />
bei MS 115<br />
Carbimmoniumverbb. 605<br />
Carbitole 305/T<br />
Carbodiimide 553<br />
Carbolgeruch 685<br />
Carbonsäurealkylester, IR 93<br />
Carbonsäureamide<br />
D 481 ff<br />
aus Grignard-Verbb.<br />
721/AAV(I)<br />
durch Aminolyse<br />
von Carbonsäuren<br />
481 tf AAV(I)<br />
von Carbonsäureestern<br />
482 f, 484/AAV(I), 720<br />
von Carbonsäurechloriden<br />
und<br />
-anhydriden 459,482 f,<br />
484/AAV(I),<br />
714/AAV(I)<br />
von Carbonsäureaziden<br />
485 f<br />
durch Beckmann-<br />
Umlagerung 674 ff,<br />
682/L<br />
durch Wolff-Umlagerung<br />
667ff,681/L<br />
durch Hydrolyse von<br />
Nitrilen 493,499 ff,<br />
501/V(L)<br />
durch Schmidt-Rk. 669,<br />
673/AAV, 682/L<br />
I 481,714<br />
DC 68<br />
IR 93<br />
UV-VIS 88<br />
R Dehydratisierung zu<br />
Nitrilen 481<br />
Hofmann-Abbau 669,<br />
681/L<br />
Hydrolyse 457,460,493<br />
mit Grignard-Verbb. 559<br />
Red. mit komplexen<br />
Hydriden 569<br />
Silylierung 259<br />
Vinylierung 313<br />
a-acceptorsubstituierte,<br />
D 554<br />
niedere, Löslichkeit 687<br />
primäre, quantitative<br />
Bestimmung 634<br />
y,
durch Acidolyse<br />
von Carbonsäureanhydriden<br />
459,495<br />
von Carbonsäurehalogeniden<br />
459,496<br />
von Carbonsäuren 494 ff<br />
I DC 68<br />
IR 93<br />
Löslichkeit 688<br />
R Acidolyse 459,495<br />
Alkoholyse 459,477<br />
Aminolyse 459,484,484<br />
Hydrolyse 459,493<br />
mit Grignard-Verbb. 560<br />
Carbonsäureanhydride,<br />
gemischte, D 459,495 f<br />
Carbonsäureanilide,<br />
D 481/AAV(I), 715/1,<br />
721/AAV(I)<br />
Carbonsäureazide<br />
D 485<br />
R Curtius-Abbau 671/AAV<br />
zur Peptidsynthese 486<br />
Carbonsäure-N-benzyl-amide,<br />
D 483/AAV(I), 715/AAV(I)<br />
Carbonsäurechloride<br />
D 498/AAV, 617/L<br />
R Alkoholyse 477<br />
Aminolyse 484<br />
mit CH-Aciden 551 ff,<br />
619/L<br />
mit Diazomethan 667<br />
mit Organometallverbb.<br />
56Of, 565<br />
Red.<br />
mit komplexen<br />
Hydriden 569<br />
zu Aldehyden 566,582<br />
zu Alkoholen 588<br />
Carbonsäurechloride, vinyloge<br />
605<br />
Carbonsäurederivate<br />
D 667<br />
R Alkoholyse 474<br />
Hydrolyse 459,488 ff<br />
mit Nucleophilen 472 ff<br />
Carbonsäureester 298/T<br />
D aus Carbonsäuren mit<br />
Diazomethan 625,<br />
649/AAV<br />
aus Keten und Alkoholen<br />
505,667<br />
durch Acidolyse von<br />
Estern 460<br />
durch Alkoholyse<br />
von Carbonsäureestern<br />
(Umesterung) 460,477<br />
von Carbonsäurehalogeniden<br />
und -anhydriden<br />
459,477/AAV,<br />
480/AAV(I)<br />
von Carbonsäuren<br />
474 ff, 475 f/A AV<br />
durch Alkylierung von<br />
Carbonsäuren 211,<br />
24IlAAV, 242/AAV(I),<br />
262<br />
durch Baeyer-Villiger-Rk.<br />
676<br />
durch Knoevenagel-Kondensation<br />
527/AAV<br />
durch Wolff-Umlagerung<br />
von Diazoketonen<br />
667 f/A AV<br />
I Äquivalentmassebestimmung<br />
492/AAV<br />
DC 68,76<br />
Geruch 685<br />
IR 93<br />
Hydrolyse 719<br />
Löslichkeit 688<br />
MS 118<br />
UV-VIS 88<br />
R Acidolyse 460,494<br />
Add., radikalische, an<br />
Olefine 317<br />
Alkoholyse 460,477,720<br />
tert-Alkylierung 606<br />
Aminolyse 460,482<br />
Ester-Kondensation 540 ff<br />
Hydrazinolyse 459,482<br />
Hydrolyse 460<br />
mit Grignard-Verbb. 560,<br />
562/AAV<br />
Pyrolyse 283<br />
Red. 209<br />
mit komplexen<br />
Hydriden 569 ff<br />
nach BOUVEAULT-BLANC<br />
588 f/A AV<br />
Adsorptionsaffinität 64<br />
aktivierte 216,482,486<br />
aliphatische, a-Halogenierung<br />
612<br />
als Lösungsmittel 36<br />
Trocknung 28<br />
a,ß-ungesättigte<br />
D 566<br />
Reaktivität 594<br />
y,
796 Register<br />
durch Wolff-Umlagerung<br />
667<br />
I 242,714<br />
Äquivalentmassebestimmung<br />
715<br />
IR 93<br />
Löslichkeit 687 f<br />
UV-VIS 88<br />
R Acidolyse 494 ff<br />
Akoholyse 460,474 ff<br />
Aminolyse 460,481 ff,<br />
481/AAV<br />
Bromierung 613/AAV<br />
Chlorierung 612<br />
Decarboxylierung 490<br />
Kettenverlängerung 667<br />
mit Diazomethan 625<br />
mit Grignard-Verbb. 559<br />
mit komplexen Hydriden<br />
569<br />
mit Nucleophilen 472 ff<br />
Schmidt-Rk. 672,672<br />
Veresterung 460<br />
Vinylierung 313<br />
U Methylierung mit Diazomethan<br />
649/AAV<br />
Veresterung 475/AAV<br />
zu Aniliden 481/AAV(I)<br />
Adsorptionsaffinität 64<br />
als Lösungsmittel 155<br />
aliphatische, a-Alkylierung<br />
612/V(L)<br />
aromatische 423/T<br />
Carbonsäure(4-nitro-phenyl)ester<br />
D 242/AAV(I)<br />
R Aminolyse 482<br />
Carbonsäurephenacylester,<br />
D 242/AAV(I)<br />
Carbonsäurephenylester, IR 93<br />
Carbonylaktivität 456 f<br />
heteroanaloger Carbonylverbb.<br />
623,630<br />
Carbonylierungs-Rkk. 338,407 f<br />
Carbonylverbindungen, s. auch<br />
Aldehyde, Ketone<br />
D durch Umlagerung von<br />
Epoxiden 665<br />
I IR 93<br />
UV-VIS 88<br />
R 456 ff<br />
Acylierung 540 ff, 551 f,<br />
619/L<br />
Alkylierung 606ff,622/L<br />
Ethinylierung 516 ff<br />
Halogenierung 612 ff,<br />
622/L<br />
Hydratbildung 458,468 f<br />
Hydrierung, katalytische<br />
582ff,621/L<br />
mitCH-Aciden 509 ff<br />
mit Nucleophilen 458 ff,<br />
507 ff<br />
mit Organometallverbb.<br />
557 ff<br />
mit Stickstoffwasserstoffsäure<br />
672<br />
Red. 568ff,586ff,620/L<br />
Thionierung 506<br />
Enolformen 548,592<br />
Carbonylverbindungen<br />
heteroanaloge 623 ff<br />
a,ß-ungesättigte s. vinyloge<br />
vinyloge 594 ff<br />
R Add. von Aldehyden 599<br />
von Aminen<br />
595ff/AAV,621/L<br />
von Carbonsäureamiden<br />
604<br />
vonCH-Aciden 598 ff<br />
von Halogenwasserstoffen<br />
598/AAV<br />
Subst. 604 ff<br />
Carbowachs 75<br />
Carboxylierungen von Aromaten<br />
390ff,413/L<br />
Carboxymethylcellulose 241/T,<br />
614<br />
Carbylamin-Reaktion 286<br />
Garen, Geruch 684<br />
Carnaubawachs 480<br />
ß-Caroten 540/T<br />
UV-VIS 87<br />
Carotinoide 517<br />
Carvacrol, Derivate 728<br />
C-C-Verknüpfungen 191,212,<br />
256,262/L, 289,310 ff, 316 ff,<br />
323 ff, 334 f, 347 ff/L, 399 f,<br />
403 ff, 507 ff, 625,65Of<br />
Cellobiose 471,713/1<br />
Cellophan 305/T<br />
Cellosolve 305/T<br />
Celluoid 233/T, 233/T<br />
Cellulose 471,480/T<br />
als Adsorptionsmittel 64<br />
Cellulosedinitrat 231/T<br />
Celluloseether, D 241<br />
Cellulosetrinitrat 231/T<br />
Cellulosexanthogenat 505/T<br />
Cerammoniumnitrat als Ox.mittel<br />
424<br />
Cerammoniumnitrat-Reagens<br />
D 747/V<br />
G 747<br />
U 691/AAV(I)<br />
CEREVITINOV s. ZEREVITINOV<br />
Cer(IV)-Verbindungen, Ox. mit<br />
454/L<br />
CH-acide Verbb.<br />
R Acylierung 551 f,<br />
552/AAV<br />
Add. an Carbonylverbb.<br />
509 ff, 541 ff<br />
Alkylierung 212,606 ff,<br />
608/AAV<br />
Halogenierung 612 ff<br />
Mannich-Rk. 530,<br />
531/AAV<br />
mit Grignard-Verbb. 559<br />
mit Heterocumulenen<br />
553, 554/AAV<br />
mit salpetriger Säure 635<br />
mit vinylogen Carbonylverbb.<br />
594,598 ff<br />
Thiocyanierung 372 f<br />
PKs-Werte 158,510<br />
CH-Acidität 510 ff, 527,623<br />
Chalcon<br />
D 522/V<br />
U 344<br />
Charakteristische Gruppen<br />
(Nomenklatur) 136<br />
Charge-Transfer-Komplexe 166,<br />
291<br />
Charge-Transfer-Übergänge 86<br />
Chelaplex s. Ethylendiamintetraessigsäure<br />
Chelatkomplexe 548<br />
Chelidonsäureester, D 543<br />
Chemical Abstracts (CA) 134 f,<br />
138f<br />
Datenbank 140 ff<br />
chemical shift, s. Verschiebung,<br />
chemische<br />
Chemikalien<br />
Aufbewahrung 12Of<br />
Entsorgung 122,775/L<br />
Gefährlichkeit 186,763 ff,<br />
775/L<br />
Chichibabin-Synthese 395<br />
Chemilumineszenz 328<br />
Chemisorption 156,341,582,<br />
587<br />
Chinaldin, Derivate 703<br />
Chinin zur Racemattrennung<br />
177<br />
Chinizarin 380
Chinolin<br />
D 596/V,622/L<br />
I Derivate 703<br />
R Methylierung 394<br />
Ox. 447<br />
für Eliminierungs-Rkk. 277<br />
Siedetemp., Abhängigkeit<br />
vom Druck 40<br />
Chinolin-4-carbaldehyd,<br />
D 425/V(L)<br />
Chinoline, D 596/AAV<br />
Chinon s. p-Benzochinon<br />
Chinone 454/L<br />
D durch Friedel-Crafts-<br />
Acylierung über Aroylbenzoesäuren<br />
379,<br />
381/AAV(I)<br />
durch Ox. aromatischer<br />
Kohlenwasserstoffe<br />
439/AAV<br />
durch Ox. substituierter<br />
Aromaten 440<br />
I 684,711<br />
Löslichkeit 688<br />
als Dehydrierungsmittel 452<br />
Chinonimine 443<br />
D durch Ox. 454/L<br />
Chinoxaline 465<br />
chiral, Chiralität 82,173 ff, 176 ff<br />
^C-'H-Kopplungskonstanten,<br />
NMR 11Of<br />
Chlor<br />
G 747,767<br />
R Add. an Olefine 291,298,<br />
317<br />
für elektrophile Substitution<br />
an Aromaten 367 ff<br />
für radikalische Substitutionen<br />
197 ff<br />
Homolyse 147<br />
U 319<br />
Kennzeichnung der Druckgasflasche<br />
20<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
Trocknung 747<br />
Chloracetamid, D 483/V<br />
4-Chlor-acetanilid, U 507<br />
a-Chlor-acetessigsäureethylester,<br />
D 614/V(L)<br />
Chloraceton, Derivate 707<br />
Chloracetonitril 526<br />
D 216<br />
G 767<br />
U 247<br />
Rk.-geschwindigkeit bei SN-<br />
Rkk. 216<br />
4-Chlor-acetophenon<br />
D 381/V<br />
U 450,580<br />
ß-Chlor-acrolein, R 605<br />
Chloral 298,468<br />
D aus dem Hydrat 390/V,<br />
747/V<br />
G 747,767<br />
I Derivate 706<br />
U 390,438,574,570,563<br />
Chloralhydrat 390,468,747,767<br />
1-Chlor-alkane s. Alkylchloride<br />
Chlorameisensäureester<br />
D 459,502<br />
G 767<br />
R als Acylierungsmittel 615<br />
ChloraminT 299,657<br />
N-Chlor-amine, Chlorierungen<br />
mit 201<br />
Chloramphenicol 524<br />
Chloranil 453,712/1<br />
Elektrodenpotential 416<br />
2-Chlor-anilin<br />
D 628/V<br />
G 768<br />
I Derivate 699<br />
U 639,642<br />
3-Chlor-anilin<br />
D 628/V<br />
G 768<br />
I Derivate 699<br />
U 637,639<br />
4-Chlor-anilin 361/T<br />
D 628/V<br />
G 768<br />
I Derivate 700<br />
U 373,504,504/L,637,639,<br />
642<br />
Chloranthrachinone 399/T<br />
Chlorarene<br />
D durch Chlorierung 367<br />
nach<br />
SANDMEYER 640/AAV<br />
2-Chlor-benzaldehyd<br />
D 236/V<br />
G 768<br />
I Derivate 707<br />
U 576<br />
3-Chlor-benzaldehyd, U 467,<br />
576<br />
4-Chlor-benzaldehyd<br />
D 236/V<br />
I Derivate 707<br />
U 467,537,576<br />
Register 797<br />
3-Chlor-benzaldehydoxim,<br />
D 467<br />
4-Chlor-benzaldehydoxim,<br />
D 467<br />
Chlorbenzen 371/T, 722/1<br />
G 768<br />
R Hydrolyse 394,397<br />
U 365,381,390<br />
Siedetemp., Abhängigkeit<br />
vom Druck 40<br />
Zweitsubstitution 357<br />
4-Chlor-benzensulfochlorid<br />
D 365/V<br />
U 655,657<br />
4-Chlor-benzensuIfonamid,<br />
D 657/V<br />
4-Chlor-benzensulfonsäure,<br />
Derivate 737<br />
3(4)-Chlor-benzhydroximoylchlorid<br />
D 201/V<br />
U 329<br />
2-Chlor-benzo-l ,4-chinon,<br />
Derivate 711<br />
2-Chlor-benzoesäure,<br />
Derivate 716<br />
3-Chlor-benzoesäure<br />
I Derivate 716<br />
U 499<br />
4-Chlor-benzoesäure<br />
D 422/V, 423/V, 450/V<br />
I Derivate 716<br />
U 499<br />
2-Chlor-benzonitril<br />
D 642/V<br />
G 768<br />
4-Chlor-benzonitril, D 642/V<br />
3(4)-Chlor-benzoylchlorid,<br />
D 499/V<br />
2(3)(4)-Chlor-benzylalkohol,<br />
D 576/V<br />
2-Chlor-benzylbromid<br />
D 204/V,205/V<br />
U 257<br />
3-Chlor-benzylbromid<br />
D 204/V<br />
U 257<br />
4-Chlor-benzylbromid<br />
D 204/V<br />
I Derivate 722<br />
U 257<br />
2-Chlor-benzylchlorid<br />
D 199/V.200/V<br />
U 257<br />
4-Chlor-benzylchlorid<br />
D 199/Y200/V
798 Register<br />
I Derivate 722<br />
U 257<br />
2(3)(4)-Chlor-benzylcyanid<br />
D 257/V<br />
U 500<br />
4-Chlor-benzylidendibromid<br />
D 204/V<br />
U 236<br />
2-Chlor-benzylidendichlorid<br />
D 199/V<br />
U 236<br />
4-Chlor-benzylidendichlorid<br />
D 199/V<br />
U 236<br />
7-Chlor-bicyclo[4.1.0]heptan,<br />
D 209/V(L)<br />
2-Chlor-buta-l,3-dien 298/T,<br />
301/T<br />
1-Chlor-butan s. Butylchlorid<br />
2-Chlor-butan s. sec-Butylchlorid<br />
4-Chlor-butan-2-on 277<br />
Chlorcarben 285<br />
a -Chlor-carbonsäureester 525<br />
a -Chlor-carbonylverbindungen<br />
614/T<br />
Chlorcresole 372/T<br />
Chlorcyclohexan s. Cyclohexylchlorid<br />
2-Chlor-cyclohexanol, U 232/L<br />
2-Chlor-cyclohexanon,<br />
D 614/V(L)<br />
Chlordifluormethan 254/T<br />
2-Chlor-l ,4-diethyl-benzen,<br />
Derivate 722<br />
4-Chlor-l,2-dimethyl-benzen,<br />
Derivate 722<br />
4-Chlor-l ,3-dimethyl-benzen,<br />
Derivate 722<br />
Chlordimethylether 386,768/G<br />
l -Chlor-2,4-dinitro-benzen<br />
G 768<br />
I 395<br />
R 395,396/AAV(I)<br />
l -Chlor-2,3-epoxy-propan<br />
202/T, 301/T, 305/T<br />
Chloressigsäure 252/T, 278/T,<br />
301/T, 614/T<br />
G 768<br />
I Derivate 715<br />
R Synthese von Ethern 241<br />
U 245,255,501/L<br />
Acidität 457<br />
Chloressigsäureester<br />
R Aminolyse 482<br />
SN2-Rkk. 216<br />
Chloressigsäureethylester<br />
D 476/V<br />
G 768<br />
U 483,546,609<br />
Reaktionsgeschwindigkeit bei<br />
SN-Rkk. 216<br />
2-Chlor-ethanol 136<br />
I Derivate 726<br />
IR-Spektrum 97<br />
U 96,249/L<br />
l -Chlor-4-ethyl-benzen,<br />
D 580/V<br />
2-(l-Chlor-ethyl)-thiophen, U<br />
281/L<br />
l-Chlor-hydrin s. 3-Chlor-propan-l,2-diol<br />
Chlorhydrine 241/T, 525<br />
D 288,299,301<br />
Chlorhydrochinon,<br />
Derivate 728<br />
Chlorierung 188<br />
von Aromaten<br />
radikalische 197ff,210/L<br />
elektrophile 412/L<br />
4-Chlor-iodbenzen, U 406<br />
Chlorkohlensäurebenzylester<br />
486,502<br />
Chlorkohlensäureester, D 459,<br />
502<br />
Chlormethane, 13 C-NMR 110<br />
Chlormethylierung von Aromaten<br />
353,386,387/AAV, 413/L<br />
l -Chlormethyl-naphthalen<br />
D 388/V(L)<br />
U 247,250,257<br />
2-Chlormethyl-4-nitro-phenol,<br />
D 388/V(L)<br />
l-Chlor-2-methyl-2-phenylcyclopropan,<br />
D 209/V(L)<br />
Chlormethylphenylketon,<br />
D 652/V<br />
2-Chlormethyl-thiophen,<br />
D 388/V(L)<br />
l(2)-Chlor-naphthalen,<br />
Derivate 723<br />
l -Chlor-2-nitro-benzen<br />
D 642/V<br />
G 768<br />
R Hydrolyse 394<br />
U 404,628<br />
l -Chlor-3-nitro-benzen<br />
D 642/V<br />
G 768<br />
U 628<br />
l-Chlor-4-nitro-benzen 361/T<br />
G 768<br />
R Hydrolyse 394<br />
U 628<br />
(3-Chlor-4-nitro-phenyl)dimethylthionphosphat<br />
248<br />
2-Chlor-4-nitro-toluen 361/T<br />
Chloroform 202/T, 415<br />
D 449<br />
G 747,768<br />
I physikalische Konstanten<br />
723,747<br />
R Telomerisation 321<br />
U 326<br />
mit Aromaten<br />
690/AAV(I)<br />
als Extraktionsmittel 61<br />
als Lösungsmittel 64,90<br />
als Wasserschlepper 56<br />
Azeotrop mit Ethanol 56,747<br />
Reinigung 747<br />
Chloropren 298,301/T<br />
Chlorparaffine, höhere 202/T<br />
Chlorpentane 202/T<br />
3(4)-Chlor-phenol<br />
D 637/V<br />
G 768<br />
I Derivate 728<br />
Chlorphenole 371/T<br />
2(3)(4)-Chlor-phenylessigsäure,<br />
D 500/V<br />
1-Chlor-l-phenyl-ethan s.<br />
l -Phenyl-ethylchlorid<br />
l-Chlor-2-phenyl-ethan s.<br />
2-Phenyl-ethylchlorid<br />
2(3)(4)-Chlor-phenylhydrazin<br />
D 639/V<br />
U 483<br />
4-Chlor-phenylisocyanat,<br />
D 504/V<br />
4-Chlor-phenylisothiocyanat,<br />
D 504/V(L)<br />
3-(4-Chlorphenyl)-l ,2-oxazole,<br />
D 329/AAV<br />
3-(4-Chlorphenyl)-l ,2-oxazoline,<br />
D 329/AAV<br />
3-(4-Chlorphenyl)-5-phenyl-J 2 -<br />
1,2-oxazol, D 329/V<br />
3-(4-Chlorphenyl)-5-phenyl-J 2 -<br />
l,2-oxazolin,D 329/V<br />
3-(4-Chlorphenyl)-5-phenyl-J 2 -<br />
1,2-oxazolin-5-carbonitril,<br />
D 329/V<br />
3-Chlor-propan-l,2-diol 301/T<br />
l -Chlor-propan-2-ol,<br />
Derivate 726
ß-Chlor-propionaldehydacetal,<br />
U 281/L<br />
3-Chlor-propiononitril, D 598/V<br />
3-Chlor-propionsäure 277<br />
3-Chlor-propionsäureethylester,<br />
D 598/V<br />
4-Chlor-stilben, D 537/V<br />
N-Chlor-succinimid 199,201<br />
Chlorsulfonierung 364/AAV,<br />
365/AAV(I), 367/T, 412/L<br />
Chlorsulfonsäure<br />
G 747,768<br />
R Sulfonierung 363<br />
Reinigung 747/V<br />
Chlorsulfuron 658<br />
5-Chlor-2,3-tetramethylen-indol,<br />
D 680/V(L)<br />
4-Chlor-thioacetanilid, D 507<br />
Chlorthion s. (3-Chlor-4-nitrophenyl)dimethylthionphosphat<br />
4-Chlor-thiophenol<br />
D 655/V<br />
I Derivate 736<br />
4-Chlor-tolan, D 406/V<br />
2-Chlor-toluen<br />
D 641/V<br />
G 768<br />
I Derivate 722<br />
IR-Spektrum 724<br />
U 199,200,204,205<br />
3-Chlor-toluen<br />
D 641/V<br />
G 768<br />
I Derivate 722<br />
U 204<br />
4-Chlor-toluen<br />
D 641/V<br />
G 768<br />
I Derivate 722<br />
R 397<br />
U 199,200,204,422f<br />
l -Chlor-2,4,6-trinitro-benzen<br />
394<br />
Chlortriphenylmethan s.<br />
Triphenylmethylchlorid<br />
Chlortrimethylsilan 259 f<br />
ß-Chlor-vinylaldehyde, R 605<br />
Chlorwasserstoff<br />
D 747/V<br />
G 748,768<br />
R Add. an Olefine 291<br />
U 598<br />
pKs-Wert 158<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
Trocknung 28<br />
ß-Chlor-zimtaldehyd, R 605<br />
ß-Cholestanol, D 345/V(L)<br />
Cholest-4-en-3-on<br />
D 575/V<br />
U 471<br />
Cholest-5-en-3-on-ethylenacetal,<br />
D 47IlV<br />
Cholesterol (Cholesterin) 452<br />
I Derivate 726<br />
U 345/L,452,574<br />
Cholesterolacetat, D 478/V<br />
Cholin 248<br />
Cholinesterasehemmer 248<br />
Chromatogramme 69,73<br />
Chromatographie 65 ff, 125/L,<br />
712/1,713/1<br />
Chromiumverbindungen, Ox.<br />
mit 430ff,455/L<br />
Chromophore 85,88<br />
Chromsäure als Ox.-mittel 430<br />
Chromsäureanhydrid s. Chromtrioxid<br />
Chromschwefelsäure als Ox.mittel<br />
420<br />
Chromtrioxid<br />
G 768<br />
als Oxidationsmittel 430f,<br />
439<br />
Chrysanthemumsäureester,<br />
D 326<br />
CICIBABIN s. CHICHIBABIN<br />
Cinnamonitrile 525,527<br />
D 522/AAV<br />
Cinnamoylchlorid, D 498/V<br />
Cinnamylidencyanessigsäuremethylester,<br />
D 529/V<br />
Cinnamylidenmalononitril,<br />
D 529/V<br />
Ciprofloxacin 395<br />
Citral, U 522/L<br />
Citronensäure<br />
D 614/T<br />
I Derivate 716<br />
Citronensäurecyclus 507,549<br />
Claisen-Aufsatz 42,123<br />
Claisen-Kondensation 541,599<br />
Claisen-Schmidt-Reaktion 518<br />
Claisen-Tishchenko-Reaktion<br />
298/T,567,575ff<br />
Clausius-Clapeyronsche-<br />
Gleichung 39<br />
Clemmensen-Reduktion 590,<br />
621/L<br />
13 C-NMR-Spektroscopie 105 ff<br />
Cobaltstearat 422<br />
Register 799<br />
D 748/V<br />
G 748<br />
cod s. 1,5-Cyclooctadien<br />
Coenzym A 507<br />
Coffein, Isolierung 71/V(L)<br />
Collidin, Derivate 703<br />
Coniferylalkohol 441<br />
Coniin 526<br />
Cope-Eliminierung 287/L<br />
Cope-Umlagerung 148,661,<br />
677,682/L<br />
Cope-Variante der Knoevenagel-Reaktion<br />
527/AAV<br />
Coronar-Therapeutica 603<br />
Coulomb-Kräfte 154<br />
Crackprozesse 189,195/T, 451<br />
Craig-Röhrchen 32 f<br />
m-Cresol<br />
D 637/V<br />
G 768<br />
I Derivate 728<br />
U 238,478<br />
ofpj-Cresol<br />
D 637/V<br />
G 768<br />
I Derivate 728<br />
U 238<br />
m-Cresylacetat, U 204<br />
o (m) (pj-Cresyl-rnethylether,<br />
D 238/V<br />
Crotonaldehyd 277/T, 298/T,<br />
347/T, 584/T,<br />
D 275/V, 524/T, 596/B<br />
G 768<br />
I Derivate 706<br />
U 469,529,574/L<br />
Crotonaldehyddiethylacetal,<br />
D 469/V<br />
Crotonsäure 277/T<br />
D 419<br />
I Derivate 715<br />
!H-NMR-Spektrurn 163,<br />
718<br />
Crotonsäureethylester, D 476/V<br />
Crotonsäurernethylester,<br />
D 476/V<br />
Crotonsäurepiperidid, U 523/L<br />
Crotylalkohol, D 574//V(L)<br />
Cryptanden 221<br />
CUGAEV s. CHUGAEV<br />
Curnarin-3-carbonsäureethylester.D<br />
529/V<br />
Curnen 206AT, 377/T<br />
D 375<br />
G 768<br />
I Derivate 732
800 Register<br />
U 208,365<br />
Cumol s. Cumen<br />
Cumylhalogenide 165<br />
Cumylhydroperoxid s. a,a-Dimethyl-benzylhydroperoxid<br />
Cuprate 565<br />
Curtius-Abbau 669, 671/AAV,<br />
681/L<br />
Cyanacetamid<br />
D 483/V<br />
U 555,645<br />
Cyanamid, U 548<br />
Cyanate 618/L<br />
2-Cyan-3,3-bis(methylthio)prop-<br />
2-ensäuremethylester<br />
D 555/V<br />
U 606<br />
Cyanessigsäure 527<br />
D 259,490<br />
R Decarboxylierung 490<br />
U 501/L,528<br />
Cyanessigsäureester 527<br />
D 544<br />
R Aminolyse 482<br />
Cyanessigsäureester, substituierte,<br />
Hydrolyse 490<br />
Cyanessigsäureethylester<br />
U 429,483,501,528,548,<br />
555,645<br />
pKs-Wert 510<br />
Cyanessigsäuremethylester, U<br />
429,483,529,555<br />
2-Cyan-3-ethoxy-prop-2-ensäureethylester<br />
D 548/V<br />
U 606<br />
2-(2-Cyan-ethyl)acetessigsäureethylester<br />
D 601/V<br />
U 680/L<br />
N-(2-Cyan-ethyl)-e-caprolactam<br />
D 601/V<br />
U 584<br />
Cyanethylierung 594,604,622/L<br />
l -(2-Cyan-ethyl)-2-oxo-cyclohexancarbonsäureethylester<br />
601/V<br />
Cyanhydrinallylether,<br />
D 513/V(L)<br />
Cyanhydrine 457/B, 508<br />
D 512/AAV, 618/L<br />
Cyanide s. Nitrile<br />
Cyanine 88<br />
a-Cyan-4-methoxy-zimtsäuremethylester,<br />
D 529/V<br />
Cyanmethylester 482<br />
2-Cyan-3-methyl-pent-2-ensäureethylester,<br />
D 528/V<br />
Cyanmethylphosphonsäurediethylester,<br />
D 247/V<br />
a -Cyan-ß-methyl-zimtsäureethylester,<br />
D 528/V<br />
3-Cyan-3-phenyl-brenztraubensäureethylester,<br />
D 546/V<br />
a -Cyan-phenylessigsäureethylester,D<br />
547/V(L)<br />
2-Cyan-2-phenylthiocarbamoylessigsäureethylester,<br />
D 555/V<br />
3-Cyan-pyridin s. Pyridin-3-carbonitril<br />
Cyanursäure, U 371<br />
Cyanwasserstoff s. Blausäure<br />
a -Cyan-zimtsäureethylester, U<br />
429<br />
a -Cyan-zimtsäuremethylester,<br />
D 529/V<br />
Cyclamat 424<br />
Cyclisierungen 289<br />
radikalische 320<br />
Cycloaddition 289,315,323 ff,<br />
350/L<br />
Regioselektivität 168,324 f<br />
[l+2]-Cycloaddition 323,325,<br />
350/L<br />
[2+2]-Cycloaddition 323,327,<br />
350/L<br />
[3+2]-Cycloaddition 323,328,<br />
329/AAV, 350/L<br />
[4+2]-Cycloaddition 324,330,<br />
332/AAV, 350/L<br />
Cycloalkene, D 592/L<br />
Cyclobutane, D 327<br />
Cyclobutancarbonsäure,<br />
D 492/V<br />
Cyclobutanderivate, D 600<br />
Cyclobutanonderivate, D 615<br />
Cyclobutan-1, l -dicarbonsäure<br />
D 490/V<br />
U 492<br />
Cyclobutan-1, l -dicarbonsäurediethylester,<br />
U 490<br />
Cyclobutanring 166<br />
Cyclobutyltrimethylammoniumhydroxide<br />
273<br />
Cyclododecan 347/T<br />
Cyclododecanol 347/T<br />
Cyclododecanon 339,347/T<br />
Cyclododecanonoxim 347/T<br />
Cyclododecatrien 307,347/T<br />
D 339/V<br />
Cycloheptanon<br />
D 668/V<br />
IR 93<br />
Cycloheptatriene 325<br />
Cycloheptatrienylkation 352<br />
Cycloheptyltrimethylammoniumhydroxide<br />
273<br />
Cyclohexa-l,3-dien 324,330,<br />
733/1<br />
U 333<br />
Cyclohexan 347/T<br />
G 768<br />
I physikalische Konstanten<br />
730<br />
R Ox. 446<br />
Photonitrosierung 208<br />
U 200<br />
als Lösungsmittel 64,90<br />
Konformation 171<br />
Cyclohexancarbonsäure 347/T<br />
U 564/V(L)<br />
cis-Cyclohexan-1,2-diol,<br />
D 306/V, 307/V(L)<br />
trans-Cyclohexan-1,2-diol<br />
D 303/V<br />
U 664<br />
Cyclohexan-l,2-dion, D 426<br />
Cyclohexan-1,3-dion („Dihydroresorcinol")<br />
D 345/V<br />
R mit Formaldehyd 518<br />
U 602,610<br />
Cyclohexan-l,3-dione, D 599<br />
Cyclohexanol 347/T<br />
D 419/T<br />
G 768<br />
I Derivate 726<br />
U 260,275,314,431,433,<br />
435,451,478<br />
Cyclohexanon 436/T<br />
D 419,431,433/V, 435/V<br />
G 768<br />
I Derivate 708<br />
IR 93<br />
R Mannich-Rk. 531<br />
Oxim 675<br />
zu Adipinsäure 449/T<br />
U 426,429,464,469,471,<br />
513,515/L, 517,526,528,<br />
539,532,543/L, 575/L,<br />
577/L,585,601,602/L,<br />
614/L, 675,676<br />
als Dehydrierungsmittel 574<br />
Cyclohexanoncyanhydrin,<br />
D 513/V<br />
Cyclohexanondiallylacetal, U<br />
679/L
Cyclohexanondiethylacetal<br />
D 469/V<br />
U 276<br />
Cyclohexanonethylenacetal,<br />
D 471/V<br />
Cyclohexanonoxim 148,468/T<br />
D aus Cyclohexan 209<br />
aus Cyclohexanon 675/V<br />
U Beckmann-Umlagerung<br />
148,674,675<br />
Cyclohexanthiol, Derivate 736<br />
Cyclohexen 267<br />
D 275/V,280/V<br />
G 768<br />
I physikalische Konstanten<br />
733<br />
R Arylierung 410<br />
Bromierung 294<br />
Hydroxylierung 307<br />
Ox. 446<br />
U 205,300,303,307/L, 326,<br />
375<br />
Cy clohex-3-en-1 -carbaldehyd,<br />
D 333/V<br />
cis-Cyclohex-4-en-l ,2-dicarbonsäureanhydrid,<br />
D 333/V<br />
Cyclohex-1-en-l-yl-acetonitril,<br />
D 528/V<br />
3 -(Cyclohex-1 -en-1 -y l)propiononitril,D<br />
581/V(L)<br />
Cyclohexylacetaldehyddimethylacetal,D<br />
345/V<br />
Cyclohexylalkohol s. Cyclohexanol<br />
Cyclohexylamin<br />
D 585/V<br />
G 768<br />
I Derivate 699<br />
U 585<br />
Cyclohexyltrimethylammoniumhydroxide<br />
273<br />
Cyclohexylbenzen, D 375/V<br />
Cyclohexylbromid<br />
D 229/V<br />
I Derivate 722<br />
U 280<br />
Cyclohexylchlorid,<br />
D 200/V<br />
I Derivate 722<br />
Cyclohexylidencyanessigsäureethylester.D<br />
528/V<br />
Cyclohexyliodid<br />
D 231/V<br />
I Derivate 722<br />
Cyclohexylmethylketon,<br />
D 564/V(L)<br />
Cyclohexyloxytrimethylsilan,<br />
D 26OA/<br />
ß-Cyclohexyl-propionsäureethylester,<br />
D 565/V(L)<br />
Cyclohexylverbb. durch radikal.<br />
Cyclisierung 320<br />
Cyclohexylvinylether, D 314/V<br />
1,5-Cyclooctadien (cod) 404<br />
Cyclooctatetraen 282/B<br />
D 339,339/V<br />
Cycloolefine, D 592/L<br />
Cyclooligomerisierung 338/T<br />
Cycloparaffine 730/1<br />
Cyclopentadien 324,330<br />
G 768<br />
I physikalische Konstanten<br />
733<br />
R Dimerisierung 331<br />
als CH-acide Verb. 526<br />
U 333<br />
Cyclopentadienylanion 352<br />
Cyclopentan, physikalische<br />
Konstanten 730<br />
Cyclopentancarbaldehyd,<br />
D 664/V<br />
Cyclopentane, chlorierte 278/T<br />
Cyclopentanol<br />
D 583/V<br />
I Derivate 726<br />
U 275,435<br />
Cyclopentanon<br />
D 435/V<br />
G 768<br />
I Derivate 707<br />
IR 93<br />
R Dimerisierung 330<br />
U 464,471,583,517,601,<br />
674,677<br />
Cyclopentanonethylenacetal,<br />
D 471/V<br />
Cyclopentanondiallylacetal, U<br />
679/L<br />
Cyclopenten<br />
B 660<br />
D 275/V<br />
I physikalische Konstanten<br />
733<br />
U 303<br />
Cyclopentyltrimethylammoniumhydroxide<br />
273<br />
Cyclopentylverbb. durch radikal.<br />
Cyclisierung 320<br />
Cyclophosphamid 246/T<br />
Cyclopropan-1,1 -dicarbonsäure,<br />
D 490/V<br />
Register 801<br />
Cyclopropan-1,1-dicarbonsäurediethylester<br />
D 609/V<br />
U 490<br />
Cyclopropane, D 286,289,<br />
326/AAV, 326/V(L), 648<br />
Cyclopropanring 166<br />
Cyclopropenylkation 352<br />
p-Cymen<br />
Derivate 732<br />
!H-NMR-Spektrum 733<br />
IR-Spektrum 732<br />
Cystein 653,705/1<br />
Cystin 653<br />
Löslichkeit 688<br />
Cytochrom P 305<br />
Cytochrome 418<br />
2,4-D s. 2,4-Dichlor-phenoxyessigsäure<br />
Dacheffekt bei NMR 105<br />
Dampfbäder 15<br />
Dampfdruck 39<br />
Dampfkanne 15,55<br />
Darzens-Reaktion 508,525,<br />
544/AAV, 618/L<br />
Datenbanken 140 ff, 146/L<br />
dba s. Dibenzylidenaceton<br />
DBN s. l,5-Diazabicyclo[4.3.0]non-5-en<br />
DBUs. 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en<br />
DC s. Dünnschichtchromatographie<br />
DCC s. Dicyclohexylcarbodiimid<br />
DDT 298<br />
D 372/T, 389/T, 390/V<br />
G 774<br />
Decahydronaphthalen, s.<br />
Decalin<br />
Decalin 173,347/T<br />
I physikalische Konstanten<br />
730<br />
U 208<br />
Decalin-2-ol<br />
D 345/V, 570/V<br />
U 431<br />
Decalin-2-on<br />
D 431/V<br />
U 570<br />
Decalin-9-ylhydroperoxid,<br />
D 208/V
802 Register<br />
Decan, physikalische Konstanten<br />
730<br />
Decanal<br />
D 433/V<br />
I Derivate 706<br />
Decan-1,10-dicarbonsäurediethylester,<br />
D 668<br />
Decan-1-öl<br />
D 309/V,590/V<br />
I Derivate 726<br />
U 433,437<br />
Decan-2-ol,D 302<br />
Decan-2-on,D 336/V<br />
Decansäure<br />
D 437/V.581/V<br />
I Derivate 715<br />
Decansäureethylester<br />
D 476/V<br />
U 590<br />
Decarboxylierung 490<br />
Dec-l-en<br />
D 279/V<br />
U 300,300,309,336,437<br />
Dec-l-in,D 280/V<br />
Decylbromid<br />
D 229/V<br />
U 258,279,402<br />
3-Decyl-l,2-dimethoxy-benzen s.<br />
3-Decyl-veratrol, D 402/V<br />
Deformationsschwingungen im<br />
IR 91<br />
Dehydratisierung 273 ff<br />
Dehydrierung 150,416ff,454/L<br />
katalytische 435,756<br />
mit Chinonen 454/L<br />
mit Nitroverbindungen 454/L<br />
mit Schwefel, 452/AAV,<br />
455/L<br />
Dehydrit, Trockenmittel 25<br />
Dehydrobenzen 397<br />
Dehydrobromierung 281/V(L)<br />
Dehydrocyclisierung 436/T<br />
Dehydrohalogenierung 263,<br />
277 ff, 279/AAV, 279/AAV<br />
Dekantieren 33<br />
Delepine-Reaktion 244<br />
Demjanov-Umlagerung 68l/L<br />
Deniges-Reagens<br />
D 748/V<br />
G 748<br />
U 693/AAV(I)<br />
Dephlegmatoren 54<br />
Derivativspektroskopie 90<br />
Desinfektionsmittel 245<br />
Desoxybenzoin s. Benzylphenylketon<br />
3-Desoxy-l ,2:5,6-di-O-isopropyliden-a-D-ribohexofuranose,<br />
D 209/V(L)<br />
2-Desoxy-D-ribose, I 713<br />
l-Desoxy-2,3,4,6-tetra-O-acetyl-<br />
1 -(2-cyan-ethyl)-a-D-glucopyranose<br />
320/V(L)<br />
Dess-Martin-Periodinan 435<br />
Destillation 38ff,125/L<br />
azeotrope 56<br />
einfache 41<br />
fraktionierte 46 f, 125/L<br />
kleiner Substanzmengen 29,<br />
44<br />
unter Schutzgasatmosphäre<br />
43<br />
Destillationskolonnen 31,47,51<br />
Detosylierung 279/AAV, 280/V<br />
Deutsche Reichspatente 131<br />
Dewar-Gefäß 17,21<br />
DFP s. Diisopropylfluorphosphat<br />
Diacetonalkohol s. 4-Hydroxy-4methyl-pentan-2-on<br />
Diacetyl 425/B<br />
I Derivate 707<br />
a-Dialkylaminomethyl-ketone,<br />
D 531 f/AAV<br />
Dialkylborane<br />
D 310<br />
R 310,569<br />
Dialkylcuprate 565<br />
Dialkyldichlorsilane 260/T<br />
Dialkylether, D 232<br />
N,N-Dialkyl-4-nitroso-aniline<br />
395<br />
N,N-Dialkyl-p-phenylendiamin<br />
443<br />
Dialkylphosphinsäureester 247<br />
Dialkylphthalate als stationäre<br />
Phase bei GC 75,76<br />
Dialkylsulfate<br />
D 296<br />
R als Alkylierungsmittel 608<br />
Hydrolyse 226,234,237<br />
mit Ammoniak 242<br />
mit Carbonsäuren 241<br />
mit Natriumhydrogensulfid<br />
248<br />
Dialkylsulfide s. Sulfide<br />
Dialkylsulfone 653<br />
Diallylacetale, R 679<br />
l,2-(bzw. l,4)-Diamine, aromatische,<br />
D 646<br />
1,4-Diamino-butan, D 674/V<br />
2,4-Diamino-toluen<br />
D 628/V<br />
G 768<br />
I Derivate 700<br />
U 642<br />
Dian s. Bisphenol A<br />
o-Dianisidin 68<br />
Diaryle s. Biaryle<br />
Diaryldichlorsilane 260/T<br />
Diarylsulfide s. Sulfide<br />
Diastereomere 172,175 ff<br />
diastereoselektive Synthese s.<br />
stereoselektive Synthese<br />
diastereotop 177,611<br />
l ,5-Diazabicyclo[4.3.0]non-5-en<br />
(DBN) 268,277<br />
l ,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7en<br />
(DBU) 268,277<br />
D 502/V<br />
Diazoalkane<br />
D 328,631,646 ff<br />
G 630<br />
als Alkylierungsmittel 608,<br />
648 ff<br />
Diazoaminobenzen 643<br />
Diazoanhydride 640<br />
a-Diazo-carbonsäureester,<br />
D 631<br />
a-Diazo-dicarbonylverbindungen<br />
648<br />
Diazoessigsäureester 326,631,<br />
648<br />
a-Diazo-ketone 631,648<br />
D aus Aminoketonen 631<br />
aus Säurechloriden 625,<br />
651/AAV<br />
R 651,667<br />
Zersetzung 286<br />
U zu Carbonsäureestern<br />
668/AAV<br />
Diazomalonsäureester 632<br />
Diazomethan<br />
D 647/V, 647/V(L)<br />
G 768<br />
R mit Carbonsäuren und<br />
Phenolen 625,<br />
649/AAV<br />
Photolyse 286<br />
Gehaltsbestimmung von<br />
Lösungen 647<br />
Diazomethylheptadecylketon<br />
D 652/V<br />
U 668<br />
Diazomethyl-p-methoxy-phenylketon<br />
D 652/V
U 668<br />
Diazomethyl-a-naphthylketon<br />
D 652/V<br />
U 668<br />
Diazomethylpentadecylketon,<br />
U 668<br />
Diazomethylphenylketon<br />
D 652/V<br />
U 652,668<br />
Diazomikrofilme 646<br />
Diazoniumsalze 631,659/L<br />
D 625,633/AAV, 637/AAV<br />
R 636 ff<br />
für Arylierungen 405,408,<br />
411<br />
Red.<br />
zu Arylhydrazinen<br />
638/AAV<br />
zu Kohlenwasserstoffen<br />
637<br />
Verkochen 625,637/AAV,<br />
659/L<br />
Diazoniumtetrafluorborate 632,<br />
636<br />
Diazoniumverbindungen, IR 93<br />
Diazotierung 218,633/AAV<br />
Diazoverbindungen, aliphatische<br />
658/L<br />
D 646ff<br />
R als 1,3-Dipole 324<br />
mit Carbonylverbb. 650 f<br />
mit Protonensäuren 648 f<br />
Pyrolyse 286,326<br />
DIB s. Dibromisocyanursäure<br />
DIBAL-H s. Diisobutylaluminiumhydrid<br />
Dibenzoylessigsäureethylester<br />
552/V(L)<br />
Dibenzoylmethan, D 546/V<br />
Dibenzoylperoxid s. Benzoylperoxid<br />
N, N-Dibenzyl-alaninbenzylester<br />
D 244/V<br />
U 571<br />
Dibenzylamin, Derivate 699<br />
2-(N, N-Dibenzylamino)propanal,<br />
D 435/V<br />
2-(N,N-Dibenzylamino)propanol<br />
D 57IlV<br />
U 435<br />
Dibenzylether, IR-Spektrum<br />
721<br />
Dibenzylidenaceton (Dba)<br />
D 522/V<br />
U 344,411<br />
Dibenzylsulfid, D 249/V<br />
Diboran, R 308<br />
U 309<br />
1,3-Dibrom-aceton 614/T<br />
1,2-Dibrom-alkane, D 300/AAV<br />
1,2-Dibrom-benzen, Derivate<br />
723<br />
1,3-Dibrom-benzen, Derivate<br />
723<br />
l ,4-Dibrom-benzen<br />
D 370/V<br />
I Derivate 723<br />
2,6-Dibrom-benzo-l ,4-chinon,<br />
Derivate 711<br />
Dibrombernsteinsäure<br />
D 294,300/V<br />
U 281/L<br />
l ,4-Dibrom-butan<br />
D 229/V, 234/V(L)<br />
U 258<br />
a,y-Dibrom-buttersäure, D,U<br />
614/V(L)<br />
a,y-Dibrom-buttersäurebromid,<br />
D,U 614/V(L)<br />
l ,2-Dibrom-cyclohexan<br />
D 294300/V<br />
U 280<br />
1,2-Dibrom-decan<br />
D 300/V<br />
U 280<br />
l ,2-Dibrom-dodecan<br />
D 300/V<br />
U 280<br />
1,2-Dibrom-ethan 316<br />
G 769<br />
I physikalische Konstanten<br />
723<br />
U 247,252/L, 258,609<br />
1,2-Dibrom-heptan, D 300/V<br />
l ,2-Dibrom-hexan<br />
D 300/V<br />
U 280<br />
Dibromisocyanursäure<br />
D 37IlV<br />
R als Halogenierungsmittel<br />
368<br />
U 371<br />
2,6-Dibrom-4-nitro-anilin<br />
D 371/V(L)<br />
U 645<br />
2-(2,6-Dibrom-4-nitro-phenylazo)-diethylamino-acetanilid,<br />
D 645/V<br />
l ,2-Dibrom-octan<br />
D 300/V<br />
U 280<br />
Register 803<br />
4,5-Dibrom-pent-l-in 299<br />
2,4-Dibrom-phenol<br />
D 370/V<br />
I Derivate 728<br />
l ,2-Dibrom-l -phenyl-ethan,<br />
D 300<br />
1,2-Dibrom-propan, physikalische<br />
Konstanten 723<br />
l ,3-Dibrom-propan<br />
D 229/V, 319/V<br />
I physikalische Konstanten<br />
723<br />
U 247(L), 258<br />
2,3-Dibrom-propionaldehyddiethylacetal,<br />
U 281/L<br />
1,2-Dibrom-stilben<br />
D 300/V<br />
U 281/L<br />
l,2-Dibrom-styren,D 300/V<br />
Dibromtriphenylphosphoran, U<br />
385/L<br />
a,ß-Dibrom-zimtsäureethylester,<br />
U 281/L<br />
Dibutylamin, Derivate 699<br />
l,2-Dibutyl-benzen,D 408/V(L)<br />
Dibutylether, Lsg.-mittel bei<br />
Grignard-Rkk. 558<br />
Di-tert-butylketon, R 564<br />
2,6-Di-tert-butyl-4-methylphenol<br />
377/T<br />
2,4-Di-tert-butyl-phenol 377/T<br />
Di-tert-butylperoxid<br />
D 748/V<br />
G 748,769<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
Dibutylsulfid, D 249/V<br />
Dicarbonsäuren<br />
D 445f/T<br />
I Löslichkeit 688<br />
a-Dicarbonylverbindungen<br />
D 426/AAV, 635<br />
R mit o-Phenylendiamin 465<br />
ß-Dicarbonylverbindungen<br />
D durch Acylierung von Carbonylverbb.<br />
551<br />
durch Decarbonylierung<br />
von Oxobernsteinsäureestern<br />
u. 2,4-Dioxo-carbonsäureestern<br />
543,<br />
547/AAV<br />
durch Esterkond. 540 ff,<br />
544/AAV<br />
durch Esterspaltung von<br />
acylierten ß-Dicarbonylverbb.<br />
550
804 Register<br />
durch Hydrolyse von acylierten<br />
Enaminen 614,<br />
616/AAV<br />
I Nachweis-Rkk. 548<br />
R Acylierung 509,551,<br />
552/AAV<br />
Add. an vinyloge Carbonylverbb.<br />
598<br />
Alkylierung 212,223,<br />
608/AAV<br />
Esterspaltung 549 ff,<br />
550/AAV<br />
Keto-Enol-Gleichgewicht<br />
548,607<br />
Ketonspaltung 491/AAV,<br />
549<br />
Knoevenagel-Rk. 527<br />
mit Diazoniumsalzen 643<br />
mit Aldehyden 599<br />
mit Aminen 464/V<br />
mit Carbonsäurechloriden<br />
551<br />
mit Phenylhydrazin 465<br />
Säurespaltung 490,549 ff,<br />
550/AAV<br />
Chelatkomplexe 223,548<br />
pKs-Werte 510<br />
y-Dicarbonylverbindungen<br />
D 535,599<br />
R mit Ammoniak 464<br />
2,4-Dichlor-anilin, Derivate 700<br />
2,4-Dichlor-benzaldehyd,<br />
D 236/V<br />
l ,2-Dichlor-benzen,<br />
G 769<br />
I Derivate 722<br />
U 408<br />
l ,3-Dichlor-benzen<br />
G 769<br />
I Derivate 722<br />
1,4-Dichlor-benzen<br />
D 372/T<br />
G 769<br />
I Derivate 723<br />
2,4-Dichlor-benzylidendibromid<br />
D 204/V<br />
U 236<br />
2,4-Dichlor-benzylidendichlorid,<br />
U 236<br />
7,7-Dichlor-bicyclo[4.1.0]heptan<br />
D 326/V<br />
U 209/L<br />
1,4-Dichlor-butan 233/T, 234/T<br />
D 234/V(L)<br />
U 258<br />
l,4-Dichlor-but-2-en 301/T<br />
D 292<br />
2,3-Dichlor-but-l-en 301/T<br />
2,4-Dichlor-but-l-en, D 292<br />
Dichlorcarben 225,285<br />
D aus Chloroform 285<br />
U 326/L<br />
Add. an Olefine,<br />
D 326/AAV<br />
l ,1 -Dichlor-cyclopropane,<br />
D 326/AAV<br />
2,3-Dichlor-5,6-dicyan-l,4-benzochinon<br />
(DDQ)<br />
als Ox.-mittel 453<br />
Elektrodenpotential 416<br />
l,l-Dichlor-2,2-dimethyl-cyclopropan,D<br />
326/V<br />
l ,l-Dichlor-2,2-diphenyl-cyclopropan,<br />
D 326/V<br />
l,l-Dichlor-trans-2,3-diphenylcyclopropan,<br />
D 326/V(L)<br />
Dichlordiphenylmethan, D 375<br />
Dichloressigsäure<br />
I Derivate 715<br />
Acidität 457<br />
1,2-Dichlor-ethan 278/T, 301/T<br />
G 751,769<br />
I physikalische Konstanten<br />
723,751<br />
Reinigung und Trocknung<br />
751<br />
1,1-Dichlor-ethylen s. Vinylidendichlorid<br />
1,2-Dichlor-ethylen, physikalische<br />
Konstanten 723<br />
l,l-Dichlor-2-hexyl-cyclopropan,<br />
D 326/V<br />
1,2-Dichlorhydrin s. 2,3-Dichlorpropan-1-ol<br />
Dichlormethan s. Methylendichlorid<br />
2,4-Dichlor-2-methyl-butan<br />
278/T<br />
1,4-Dichlor-naphthalen, Derivate<br />
723<br />
1,5-Dichlor-naphthalen, Derivate<br />
723<br />
Dichloro[l,2-bis(diphenylphosphino)ethan]nickel(II)<br />
408<br />
Dichloro[l ,2-bis(diphenylphosphino)propan]nickel(II)<br />
408<br />
2,4-Dichlor-phenol 278/T, 372/T<br />
I Derivate 728<br />
2,4-Dichlor-phenoxyessigsäure<br />
241,278yT, 372/T, 614<br />
2,4-Dichlor-phenoxyessigsäureester<br />
480/T<br />
l ,1 -Dichlor-2-methyl-2-phenylcyclopropan<br />
D 326/V<br />
U 209/L<br />
1 ,1 -Dichlor-2-phenyl-cyclopropan,<br />
D 326/V<br />
1,3-Dichlor-propan, U 258<br />
2,2-Dichlor-propan, physikalische<br />
Konstanten 723<br />
2,3-Dichlor-propan-l-ol 301/T<br />
2,4-Dichlor-toluen<br />
D 642/V(L)<br />
U 204<br />
Dichromat, Ox. mit 431<br />
Dichte 77,82<br />
4,4'-Dicyan-biphenyl,<br />
D 404/V(L)<br />
Dicyandisulfan s. Dirhodan<br />
Dicyanessigsäureanilid,<br />
D 555/V<br />
Dicyclohexylamin<br />
D 585/V<br />
G 769<br />
U 244,578<br />
Dicyclohexylcarbodiimid 477,<br />
486<br />
Dicyclohexylethylamin<br />
D 244/V<br />
R für Eliminierungen 268,<br />
277<br />
Dicyclopentadien 333/U, 769/G<br />
l,l'-Di(diphenylphosphino)ferrocen<br />
(dppf) 411<br />
Dieckmann-Kondensation 543,<br />
619/L<br />
Dielektrizitätskonstante 155,<br />
221<br />
Diels-Alder-Reaktion 148,289,<br />
324,330,332/AAV<br />
Diene, D 536<br />
Dienon-Phenol-Umlagerung<br />
660<br />
Dienophile 315,330<br />
Diensynthese s. Diels-Alder-<br />
Reaktion<br />
Diethanolamin, D 304/T<br />
Diethylacetale, D 469/AAV<br />
Diethylamin<br />
G 769<br />
U 260,532,578,596<br />
3-Diethylamino-acetanilid, U<br />
645<br />
4-Diethylamino-benzaldehyd<br />
D 384/V<br />
U 522
4-Diethylamino-butan-2-on,<br />
D 532/V<br />
4-Diethylamino-butan-2-onhydrochlorid,<br />
U 282<br />
4-Diethylamino-cinnamonitril,<br />
D 522/V<br />
l -Diethylamino-hept-2-in,<br />
D 532/V(L)<br />
2-(4-Diethylamino-phenylazo)-<br />
3-methylbenzthiazoliumtetrafluorborat,D<br />
445/V<br />
3-Diethylamino-propiononitril,<br />
D 596/V<br />
N, N-Diethylamino-tributylzinn<br />
411<br />
N,N-Diethyl-anilin 277<br />
G 769<br />
I Derivate 703<br />
U 384,445,645<br />
Diethylcarbonat, U 547<br />
Diethylenglycol 15,305/T<br />
D 304<br />
G 748,769<br />
I Derivate 726<br />
Reinigung 748<br />
Diethylenglycoldinitrat 231/T<br />
Diethylenglycolmonoalkylether<br />
305/T<br />
Diethylether (s. auch Ether)<br />
233/T,286,298/T<br />
D 233/T,265<br />
G 749,769<br />
als Extraktionsmittel 61<br />
als Lösungsmittel 64,90,155,<br />
221<br />
Erhitzen 16<br />
Siedetemp., Abhängigkeit<br />
vom Druck 40<br />
Trocknung 749<br />
N,N-Diethyl-furfurylamin,<br />
D 578/V<br />
Diethylketon<br />
D 491/V<br />
G 769<br />
I Derivate 707<br />
U 513,679/L<br />
Diethylketoncyanhydrin,<br />
D 513/V<br />
Diethylmalonsäure, D 490/V<br />
Diethylmalonsäurediethylester<br />
D 609/V<br />
U 490<br />
Diethyl(4-nitro-phenyl)thionphosphat,<br />
248/T<br />
Diethylphosphit<br />
U mit Alkylhalogeniden<br />
247/V(L), 536<br />
Diethylsulfat<br />
G 769<br />
U 237,257<br />
Diethylsulfid, D 249/V<br />
Diethylzink, U 327<br />
Diffraktometer 119<br />
Diglycol s. Diethylenglycol<br />
Diglyme 309<br />
G 749<br />
Trocknung 749<br />
Dihalogencarbene 288/L<br />
Dihalogenessigsäure, Carbenbildungaus<br />
285<br />
Dihalogenide, geminale 235<br />
R Hydrolyse 261/L<br />
Dihalogenide, vicinale<br />
D 288,299<br />
Dihalogenmethane, Dehydrohalogenierung<br />
285<br />
9,10-Dihydro-anthracen, U 453<br />
1,2-Dihydrochinolin 596<br />
ds-9,10-Dihydro-9,10-ethanoanthracen-11,12-dicarbonsäureanhydrid,<br />
D 333/V<br />
4,5-Dihydrooxazole 485/B<br />
3,4-Dihydro-2//-pyran<br />
D 666/V(L)<br />
R 470,607,666<br />
3,4-Dihydro-2//-pyran-2(bzw.<br />
3)-carbaldehyd 331<br />
4,5-Dihydro-pyrazol-5-one s.<br />
Pyrazolone<br />
4,5-Dihydro-4//-pyrazolo[3,4d]pyrimidin-4-on,<br />
D 605<br />
l ,4-Dihydropyridin-3,5-dicarbonsäureester,<br />
D 602<br />
1,4-Dihydropyridine, D 602<br />
Dihydroresorcinol s. Cyclohexan-l,3-dion<br />
9,10-Dihydroxy-anthracen,<br />
Elektrodenpotential 417<br />
l ,4-Dihydroxy-anthrachinon<br />
380<br />
2,4-Dihydroxy-benzaldehyd,<br />
D 384/V<br />
2,4-Dihydroxy-benzoesäure,<br />
D 392/V<br />
l,10-Dihydroxy-decan,D 590/V<br />
2,2'-Dihydroxy-diethylsulfid,<br />
D 249/V(L)<br />
L-ß-(3,4-Dihydroxy-phenyl)-aalanin<br />
338<br />
1,2-Dihydroxy-propan 305/T<br />
Register 805<br />
l ,3-Dihydroxy-propan,<br />
Derivate 726<br />
2,5-Dihydroxy-terephthalsäre,<br />
D 392/V<br />
2,5-Dihydroxy-toluen,<br />
Derivate 729<br />
vic-Dihydroxyverbindungen,<br />
D 289<br />
Dihydrozimtsäure s. 3-Phenylpropionsäure<br />
Diiodmethan, R 327<br />
Diisobuten,D 31 l/V<br />
Diisobutylaluminiumhydrid 570<br />
Diisobutylamin, Derivate 699<br />
Diisocyanate, T 361,503,505<br />
Diisopentylamin, Derivate 699<br />
Diisopropylamin, Derivate 699<br />
Diisopropylether 233/T<br />
Diisopropylfluorphosphat 248<br />
Diisopropylketon, Derivate 707<br />
Diketen<br />
D 280/V,328<br />
G 769<br />
1,2-Diketone, D 426/AAV<br />
1,3-Diketone s. ß-Dicarbonylverbindungen<br />
1,4-Diketone, D 535<br />
Dimedon, D 491/V(L),<br />
602/V(L)<br />
Dimedonderivate, D 706/1(L)<br />
3,4-Dimethoxy-acetophenon<br />
D 381/V<br />
U 450,580<br />
3,4-Dimethoxy-anilin, D 671<br />
2,4-Dimethoxy-benzaldehyd,<br />
D 384/V<br />
3,4-Dimethoxy-benzaldehyd<br />
D 239/V<br />
I Derivate 707<br />
3,4-Dimethoxy-benzamid, U<br />
671<br />
4,4'-Dimethoxy-benzophenon,<br />
D 381/V(L)<br />
2,5-Dimethoxy-benzylchlorid,<br />
U 257<br />
3,4-Dimethoxy-benzylchlorid<br />
D 387/V<br />
U 257<br />
2,5-Dimethoxy-benzylcyanid<br />
D 257/V<br />
U 500<br />
3,4-Dimethoxy-benzylcyanid<br />
D 257/V<br />
U 500<br />
2,4-Dimethoxy-benzylhalogenide,<br />
SN-Rkk. an 2\6
806 Register<br />
U-Dimethoxy-ethan 472<br />
!^-Dimethoxy-ethan als<br />
Lösungsmittel 222<br />
2,3-Dimethoxy-5-methyl-benzo-<br />
1,4-chinon 442<br />
2,5-Dimethoxy-phenylessigsäure,D<br />
500/V<br />
3,4-Dimethoxy-phenylessigsäure,<br />
D 500/V<br />
(3,4-Dimethoxy-phenyl)methylketon,<br />
U 427<br />
Dimethylacetale, D 469<br />
2,4-Dimethyl-acetophenon<br />
D 38IlV<br />
U 427<br />
2,3-Dimethyl-acrolein, U 469<br />
2,3-Dimethyl-acrylsäure, U 498<br />
3,3-Dimethyl-acrylsäure,<br />
D 450/V<br />
2,3-Dimethyl-acrylsäurechlorid,<br />
D 498<br />
Dimethylamin<br />
G 769<br />
I Derivate 699<br />
U 316,464,532<br />
Dimethylaminhydrochlorid, U<br />
532<br />
4'-Dimethylamino-azobenzen-2carbonsäure,<br />
D 645/V<br />
4'-Dimethylamino-azobenzen-4sulfonsäure,<br />
D 645/V<br />
4-Dimethylamino-benzaldehyd<br />
68<br />
D 384/V<br />
I Derivate 707<br />
!R-NMR-Spektrum 709<br />
IR-Spektrum 709<br />
U 428,522,529<br />
4-Dimethylamino-butan-2-on,<br />
D 532/V<br />
4-Dimethylamino-butan-2-onhydrochlorid,<br />
U 282<br />
4-Dimethylamino-cinnamonitril,<br />
D 522<br />
ß-Dimethylamino-crotonsäureethylester<br />
D 464/V<br />
U 617/L<br />
MN-Dimethyl-aminomaleinsäuredimethylester,<br />
D 316/V<br />
3-Dimethylamino-l-(4-methoxyphenyl)propan-l-on,<br />
D 532/V<br />
2-Dimethylaminomethyl-cyclohexanon,D<br />
532/V<br />
4-Dimethylamino-3-methylbutan-2-on<br />
532/V<br />
(2-Dimethylamino-5-methylphenyl)diphenylmethanol,<br />
D 402/V(L)<br />
3-Dimethylamino-2-methyl-1 -<br />
phenyl-propan-1-on, D 532/V<br />
4-Dimethylamino-3-phenylbutan-2-on,<br />
D 532/V<br />
l -(4-Dimethylamino-phenyl)-4phenyl-buta-1,3-dien,<br />
D 537/V<br />
3-Dimethylamino-l-phenyl-propan-l-on,D<br />
532/V<br />
4-Dimethylamino-phenylthiocyanat,D<br />
373/V<br />
4-(N,N-Dimethylamino)pyridin<br />
477<br />
4-Dimethylamino-thiobenzoesäuremorpholid,<br />
D 428/V<br />
N,N-Dimethylamino-p-toluidin,<br />
U 402<br />
4-Dimethylamino-zimtaldehyd,<br />
U 537<br />
4-Dimethylamino-zimtsäure,<br />
D 529/V<br />
N,N-Dimethyl-anilin 442<br />
G 769<br />
I 703<br />
U 373,384,389,393,445,645<br />
für Eliminierungs-Rkk. 277<br />
lonisierungsenergie 168<br />
2,4-Dimethyl-anilin, Derivate<br />
699<br />
2,5-Dimethyl-anilin, Derivate<br />
699<br />
2,4-Dimethyl-benzensulfonsäure,<br />
Derivate 737<br />
2,5-Dimethyl-benzensulfonsäure,<br />
Derivate 737<br />
3,4-Dimethyl-benzensulfonsäure,<br />
Derivate 737<br />
3,5-Dimethyl-benzoesäure,<br />
D 423/V<br />
4,4 / -Dimethyl-benzoin, D 534/V<br />
N,N-Dimethyl-benzylamin,<br />
D 578/V<br />
2,4-Dimethyl-benzylchlorid<br />
D 387/V<br />
U 257<br />
2,5-Dimethyl-benzylchlorid<br />
D 387/V<br />
U 257<br />
2,4-Dimethyl-benzylcyanid<br />
D 257/V<br />
U 500<br />
2,5-Dimethyl-benzylcyanid<br />
D 257/V<br />
U 500<br />
a,a-Dimethyl-benzylhalogenide<br />
165<br />
a,a-Dimethyl-benzylhydroperoxid<br />
206/T, 304/T, 323<br />
D 208/V<br />
G 769<br />
U 676<br />
2,3-Dimethyl-butan 730/1<br />
2,3-Dimethyl-butan-2,3-diol<br />
D 587/V<br />
I Derivate 726<br />
U 664<br />
2,3-Dimethyl-butan-2-ol<br />
D 563/V<br />
U 275<br />
3,3-Dimethyl-butan-2-ol<br />
D 583/V<br />
R Dehydratisierung 274<br />
U 666/L<br />
3,3-Dimethyl-butan-2-on s.<br />
Pinacolon<br />
3,3-Dimethyl-butan-2-onethylenacetal,<br />
D 471<br />
2,3-Dimethyl-but-2-en<br />
D 274,275/V<br />
N,N-Dimethyl-butylamin,<br />
D 578/V<br />
l ,2-Dimethyl-cyclohexan,<br />
D 345/V<br />
l ,3-Dimethyl-cyclohexan,<br />
D 345/V<br />
l ,4-Dimethyl-cyclohexan<br />
D 345/V<br />
G 769<br />
5,5-Dimethyl-cyclohexan-1,3dion<br />
s, Dimedon<br />
2,2-Dimethyl-cyclohexanon,<br />
D 610<br />
2,6-Dimethyl-cyclohexanon,<br />
D 610<br />
3,3-Dimethyl-cyclohexanon,<br />
D 565/V(L)<br />
2,3-Dimethyl-cyclopropancarbonsäureethylester,<br />
D 327/V(L)<br />
l ,2-Dimethyl-cyclopropanon<br />
172<br />
Dimethyldibenzoylmethan, U<br />
592/L<br />
5,5-Dimethy 1-dihy droresorcinol<br />
s. Dimedon<br />
4,4-Dimethyl-l ,3-dioxan,<br />
D 520/T
2,2-Dimethyl-4,5-dioxo-cyclohexancarbonsäureethylester,<br />
U 491/L<br />
3,3-Dimethyl-l ,2-diphenylcyclopropen,<br />
D 592/L<br />
N, N-Dimethyl-dithiocarbamidsäure<br />
505/T<br />
Dimethylether 233/T<br />
R Darstellung von Dimethylsulfat<br />
233<br />
heterolytische Bindungsdissoziationsenergie<br />
217<br />
pKs-Wert 158<br />
Dimethylformamid<br />
G 749,769<br />
I !H-NMR-Spektrum 719<br />
R Vilsmeier-Synthese 383<br />
als Lösungsmittel 155,219 ff<br />
Reinigung und Trocknung<br />
749<br />
2,6-Dimethyl-hepta-2,5-dien-4on,<br />
D 519<br />
4,6-Dimethyl-hept-l-en-4-ol,<br />
D 564/V(L)<br />
3,5-Dimethyl-hexa-2,4-dien, R<br />
326<br />
2,5-Dimethyl-hexan, physikalische<br />
Konstanten 730<br />
N,N-Dimethyl-3-nitro-anilin,<br />
D 361/V(L)<br />
2,6-Dimethyl-4-(2-nitro-phenyl)l,4-dihydropyridin-3,5-dicarbonsäurediethylester<br />
603<br />
Dimethylnitrosamin, G 769<br />
N,N-Dimethyl-4-nitroso-anilin,<br />
D 393/V<br />
3,3-Dimethyl-l-oxa-spiro[3,5]nonan-2-on,D<br />
543/L<br />
Dimethyloxosulfoniummethylid<br />
394<br />
4,4-Dimethyl-pent-2-en, D 284<br />
2,2-Dimethyl-pent-3-yl-acetat<br />
284<br />
2,3-Dimethyl-phenol,<br />
Derivate 728<br />
2,4-Dimethyl-phenol,<br />
Derivate 728<br />
2,5-Dimethyl-phenol,<br />
Derivate 728<br />
2,6-Dimethyl-phenol,<br />
Derivate 728<br />
N^V-Dimethyl-p-phenylendiamin,<br />
Oxidationspotential<br />
417<br />
2,4-Dimethyl-phenylessigsäure,<br />
D 428/V,500/V<br />
2,5-Dimethyl-phenylessigsäure,<br />
D 500/V<br />
2,3-Dimethyl-l-phenyl-pyrazol-<br />
5-on 488<br />
2,4-Dimethyl-phenylthioessigsäuremorpholid<br />
D 427/V<br />
U 428<br />
2,2-Dimethyl-propan-l ,3-diol,<br />
D 524AT,577/T<br />
2,2-Dimethyl-propanol 228<br />
1,1-Dimethyl-propylbromid 228<br />
Dimethylquecksilber, Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
Dimethylsulfat<br />
D 233<br />
G 749,769<br />
U 239,257,557,610,617/L<br />
Reinigung 749<br />
Dimethylsulfid, pKs-Wert 158<br />
Dimethylsulfit als wasserbindendes<br />
Mittel 469<br />
Dimethylsulfoxid 394,654<br />
G 750,769<br />
als Lösungsmittel 155,<br />
219 ff,<br />
als Oxidationsmittel<br />
433f/AAV,455/L<br />
Trocknung 28,750<br />
N-jV-Dimethyl-thioformamid,<br />
D 507/V<br />
N,N-Dimethyl-p-toluidin,<br />
Derivate 703<br />
DIMROTH 86<br />
Dimroth-Kühler 4f,123<br />
Dinatriumpentacyanonitrosylferrat(IH)<br />
68,686<br />
U mitThiolen 697<br />
2,4-Dinitro-anilin, 1 H-NMR-<br />
Spektrum 702<br />
1,3-Dinitro-benzen 361/T<br />
D 360/V<br />
G 769<br />
R Bromierung 368<br />
Nitrierung 358<br />
U 371,629<br />
2,4-Dinitro-benzoesäure,<br />
Derivate 716<br />
3,5-Dinitro-benzoesäure<br />
D 360/V(L)<br />
I als Identifizierungsreagens<br />
361<br />
Derivate 716<br />
U 495,499<br />
3,5-Dinitro-benzoesäureester<br />
D 480/AAV(I), 719/1<br />
Register 807<br />
3,5-Dinitro-benzoylchlorid<br />
D 499/V<br />
U 480<br />
2,2'-Dinitro-biphenyl,<br />
D 404/V(L)<br />
2,4-Dinitro-naphth-l-ol, D 362<br />
2,4-Dinitro-naphth-l-ol-7-sulfonsäure,D<br />
359,362<br />
2,4-Dinitro-phenol 395<br />
I Derivate 729<br />
2,4-Dinitro-phenylhydrazin 68,<br />
395<br />
D 396/V<br />
I als Identifizierungsreagens<br />
361<br />
U 466<br />
2,4-Dinitro-phenylhydrazone<br />
463<br />
D 462,466/AAV(I)<br />
UV-VIS 88<br />
2,4-Dinitro-phenylsulfide<br />
D 396/AAV, 735/1<br />
R Ox. zu Sulfonen<br />
735/AAV(I)<br />
3,5-Dinitro-thiobenzoate, D aus<br />
Thiolen 735/1<br />
2,4-Dinitro-toluen 361/T<br />
D 360/V<br />
G 769<br />
U 371,628<br />
2,6-Dinitro-toluen 361/T<br />
Dioctylphthalat s. Phthalsäuredioctylester<br />
1,2-Diole 231,302<br />
D 307/V(L), 446/V(L)<br />
R Dehydratisierung 663<br />
1,4-Dioxan 233AT, 233/T<br />
G 750,769<br />
I Löslichkeit 688<br />
Lösungsmittel 36,155,558<br />
Azeotrop mit Wasser 56,750<br />
Reinigung 750<br />
1,3-Dioxan-Derivate, D 519<br />
Dioxetane 323,328<br />
Dioxirane 302<br />
2,4-Dioxo-carbonsäureethylester<br />
543,547<br />
1,3-Dioxolane 470<br />
4,8-Dioxo-undecan-l ,11-dicarbonsäure<br />
581<br />
Diphensäure s. Biphenyl-2,2'dicarbonsäure<br />
Diphenyl s. Biphenyl<br />
2,2-Diphenyl-acenaphthen-l-on,<br />
R 564
808 Register<br />
a,y-Diphenyl-acetessigsäureethylester,<br />
D 546/V<br />
Diphenylacetylchlorid 278<br />
U 281/L<br />
Diphenylacetylen<br />
D 404/V(L)<br />
U 300<br />
Diphenylacetylene, subst.,<br />
D 404/V(L)<br />
Diphenylamin 361/T<br />
G 769<br />
I Derivate 700<br />
U 445,453<br />
l ,4-Diphenyl-buta-l ,3-dien,<br />
D 537/V<br />
1,4-Diphenyl-butadiin 406/V<br />
1,4-Diphenyl-cyclohex-l-en bei<br />
[4+2]-Cycloadditionen 331<br />
2,4-Diphenyl-cyclohex-l-en bei<br />
[4+2]-Cycloadditionen 331<br />
l, l -Diphenyl-ethan-1 -öl<br />
D 563/V<br />
U 275<br />
1,2-Diphenyl-ethan-l-on s.<br />
Benzylphenylketon<br />
1,1-Diphenyl-ethen<br />
D 275/V,540/V<br />
U 326<br />
l ,2-Diphenyl-ethylenglycol,<br />
D 583/V<br />
a,a-Diphenyl-2-furyl-methanol,<br />
D 402/V(L)<br />
Diphenylketen, D 278<br />
Diphenylmethanderivate,<br />
D 389 ff<br />
4,4'-Diphenylmethandiisocyanat<br />
s. p,p'-Methylen-bis(phenylisocyanat)<br />
Diphenylmethanol<br />
D 583/V<br />
I Derivate 726<br />
3-Diphenylmethylen-6-triphenylmethyl-cyclohexa-1,4-dien<br />
189<br />
Diphenylmethylhalogenide,<br />
SN-Rkk. 216<br />
Diphenylmethylvinylether,<br />
D 283/V(L)<br />
l ,5-Diphenyl-pentan-3-on,<br />
D 344/V<br />
Diphenylpicrylhydrazyl 192<br />
l ,3-Diphenyl-propan- 1-on,<br />
D 344/V<br />
1,1-Diphenyl-prop-l-en,<br />
D 540/V<br />
1,3-Diphenyl-triazen 643<br />
2,6-Diphenyl-4-(2,4,6-triphenylpyridino)-phenolat<br />
87<br />
Dipol-Dipol-Kräfte 154<br />
Dipolarophile 328<br />
1,3-Dipol-Cycloadditionen 323,<br />
328, 329/AAV, 625<br />
1,3-Dipole, D 289<br />
Dipropylamin, Derivate 699<br />
Dipropylketon, Derivate 708<br />
Dipropylsulfid, D 249/V<br />
Direktfarbstoffe 646<br />
directing metalation group<br />
(DMG) 400<br />
Dirhodan 372<br />
dirigierte ortho-Metallierung<br />
(DoM) 401,414/L<br />
Disiamylboran 310,569<br />
Dispergiergeräte 8<br />
Dispersal 305/T<br />
Disperionsfarbstoffe 646<br />
Dispersionskräfte 154<br />
Disproportionierung von Radikalen<br />
191<br />
Dissoziationsenthalpien 150,<br />
189<br />
Dissoziationsexponent 157<br />
Distickstoffoxid 329<br />
Disulfide, D 653<br />
Dithioacetale, D 554,617/L<br />
Dithiocarbamidate 504<br />
Dithioglycol, D 252/V(L)<br />
Dithiokohlensäure 504<br />
Dithiokohlensäure-O,S-dialkylester<br />
283<br />
R Pyrolyse 283<br />
radikal. Red. 188,209<br />
Dithiolane 472,582<br />
Dithiomalonsäurebismorpholid,<br />
D 427/V<br />
l,2-Divinyloxy-ethen,D 314/V<br />
DK s. Dielektrizitätskonstante<br />
DMAP s. 4-(N,N-Dimethylamino)pyridin<br />
2D-NMR 110<br />
Dodecan-l,12-disäure 307,339,<br />
347/T<br />
Dodecannitril<br />
D 258/V<br />
U 590<br />
Dodecan-1-ol, D 590/V<br />
Dodecan-2-on, D 336/V<br />
Dodecansäureethylester, U 590<br />
Dodecan-1-thiol, D 252/V<br />
Dodec-1-en<br />
D 279/V<br />
R Add. von Schwefelsäure<br />
300<br />
U Wacker-Ox. 336/V<br />
Dodec-1-in, D 280/V<br />
Dodecylalkohol, Siedetemperatur,<br />
Abhängigkeit vom Druck<br />
40<br />
Dodecylamin, D 590/V<br />
Dodecylbromid<br />
D 229/V<br />
U 258,279<br />
Dodecylchlorid 252/T<br />
U 258<br />
Dodecylsulfate, D 296<br />
Dodecylthiol 252/T<br />
DOEBNER-MILLER, Chinoluisynthese<br />
596<br />
DoM s. dirigierte ortho-Metallierung<br />
Donorgruppen s. Elektronendonorgruppen<br />
Dopa 338<br />
Doppelresonanz bei NMR 104<br />
Dosierpumpe 11<br />
Dosis, letale, toxische 764,<br />
765 ff<br />
dppf s. l,l'-Di(diphenylphosphino)ferrocen<br />
DPPH s. Diphenylpicrylhydrazyl<br />
Dragendorffs Reagens 68<br />
Drahtgeflechtröllchen als Füllkörper<br />
51<br />
Dralon s. Polyacrylonitril<br />
Drehbandkolonne 31,52<br />
Drehschieberölpumpe 22<br />
Drehung, spezifische 82<br />
Drehwinkel 82<br />
Dreihalskolben 6f<br />
Drierite als Trockenmittel 25<br />
Druck<br />
Arbeiten unter 17<br />
Arbeiten unter vermindertem<br />
21 f<br />
Druckfarben 312/T<br />
Druckgasflaschen 19<br />
Druckminderventil 20<br />
Dünnfilm-Kapillaren 74<br />
Dünnschichtchromatographie<br />
(DC) 67U26/L<br />
Dünnschicht-Kapillaren 74<br />
Duran-Glas l<br />
Durchflußmonitor 5<br />
Durchflußextraktor 59<br />
Durchflußzeit 73<br />
Duren, Derivate 732<br />
Durobax-Glas l
El s. Eliminierung, monomolekulare<br />
E2 s. Eliminierung, bimolekulare<br />
E 605 s. (4-Nitro-phenyl)diethylthionphosphat<br />
Ebulliometer 81<br />
eclipsed 169 f<br />
Edelmetallkatalysatoren<br />
für Hydrierungen 340<br />
für Oxidationen 455/L<br />
EDTA s. Ethylendiamintetraessigsäure<br />
ee (enantiomeric excess) s.<br />
Enantiomerüberrschuß<br />
Eichkraftstoff 312/T<br />
Eigenschwingungen 91<br />
Einhängekühler 4f<br />
Einhorn-Reaktion 449,<br />
479/AAV(I)<br />
Einleiten von Gasen Uf<br />
Einschlußrohr 17<br />
Einschub-Reaktionen 335,409<br />
Einspannen von Apparaturen 8<br />
Eis als Kühlmittel 16<br />
Eisen<br />
als Friedel-Crafts-Katalysator<br />
379<br />
zur Red. von Carbonylverbb.<br />
587<br />
zur Red. von Nitroverbb. 627<br />
Eisen(III)-chlorid<br />
als Dehydrierungsmittel 452,<br />
596<br />
als Katalysator 379<br />
als Nachweisreagens für<br />
Hydroxyverbb.<br />
692/AAV(I)<br />
Komplexe mit ß-Dicarbonylverbb.<br />
548<br />
Eisenoxid als Adsorptionsmittel<br />
64<br />
Eisessig s. Essigsäure<br />
ekliptisch 169 f<br />
Eläostearinsäure 493<br />
Elastomere 307, 313,322/T<br />
Elektrodenpotentiale 416<br />
elektrofuge Gruppe 147<br />
elektromagnetische Schwingungen<br />
77,83 ff<br />
Elektronenacceptorgruppen,<br />
Einfluß auf<br />
UV-VIS-Spektren 86<br />
Elektronendichteverteilung<br />
159 ff<br />
TC-HOMO u. LUMO-<br />
Energien 290<br />
Basizität von Aromaten 351,<br />
354 ff<br />
Carbonylaktivität 456<br />
konjugierte Systeme 592 ff<br />
Elektronenaffinitäten 166<br />
Elektronenanlagerungs-MS 113<br />
Elektronendonorgruppen, Einfluß<br />
auf<br />
UV-VIS-Spektren 86<br />
Elektronendichteverteilung<br />
159 ff<br />
SNl-Rkk. 215<br />
TC-HOMO- u. LUMO-<br />
Energien 290<br />
Basizität von Aromaten<br />
354 ff<br />
Carbonylaktivität 456<br />
konjugierte Systeme 594,<br />
606 f<br />
Elektronenpaaracceptor 147,<br />
158<br />
Elektronenpaaracceptorvermögen<br />
154<br />
Elektronenpaardonoren 147,<br />
159<br />
Elektronenpaardonorvermögen<br />
154<br />
Elektronenpolarisierbarkeit 82<br />
Elektronenschwingungen 85<br />
Elektronenübergänge 86 ff<br />
Elektronenübertragungen 147<br />
elektronische Zustände 86<br />
Elektrophile 147,159,168<br />
ambidente 168<br />
Elementar-Reaktionen 152<br />
Elemente,<br />
Nachweis 685/AAV(I)<br />
Eliminierungen 148,153,263 ff,<br />
287/L<br />
anti 271 ff<br />
bimolekulare 265,267 f<br />
a,a-Eliminierung 285<br />
ionische 263 ff<br />
monomolekulare 264<br />
reduktive 337,405,409<br />
syn 271 f, 283<br />
stereoelektronische Verhältnisse<br />
271 ff<br />
sterischer Verlauf 271<br />
thermische 283<br />
Eluat 66 ff<br />
eluotrope Reihe 64<br />
EMMONS s. HORNER<br />
Emulgator 305/T, 367/T<br />
Register 809<br />
Enalapril 486<br />
Enamine 162,468,584,592<br />
D 290,315/AAV, 459,462,<br />
463/AAV, 605,622/L<br />
aus ß-Dicarbonylverbb.<br />
463/AAV, 602<br />
R Acylierung 593,614,<br />
616/AAV, 622/L<br />
Add. an Isocyanate 616<br />
Alkylierung 614,617<br />
bei der Michael-Add. 600,<br />
602 f<br />
mit Diazoniumsalzen<br />
643 f<br />
mit Elektrophilen 606<br />
zu Pyryliumsalzen 605<br />
Enantiomere 173 ff, 571,611<br />
Trennung 66,177,585<br />
Enantiomerenüberschuß 179<br />
enantioselektive Synthese s.<br />
stereoselektive Synthese<br />
Enantiotopie 176,611<br />
Endithiolate, D 554<br />
Energie, innere 149<br />
Enolate,R 510 ff, 606 f<br />
Koeffizienten im HOMO 169<br />
Enole 156,548 f<br />
D 289,544/B<br />
I Hinweise auf 691 f<br />
Löslichkeit in Laugen 688<br />
O-trimethylsilylierte 607<br />
Enolester, D 290<br />
Enolether 222,289,470,592,<br />
622/L<br />
D 313<br />
aus Acetalen 276/AAV<br />
R 606 f, 678<br />
Entfärben von Lösungen 64<br />
Entsorgung von Laborabfällen<br />
122<br />
Enthalpie, freie s. Gibbs-Energie<br />
Entwickler, photographischer<br />
627<br />
Entwicklung eines Chromatogramms<br />
67<br />
Entwicklungsfarbstoffe 646<br />
Eosinprobe 686/AAV(I)<br />
Ephedrin 382<br />
Epichlorhydrin s. l-Chlor-2,3epoxy-propan<br />
Epilox 305/T<br />
Epoxide 302,348/L<br />
D aus Chlorhydrinen 304/T<br />
aus Olefinen und Persäuren<br />
303/AAV,<br />
665/AAV(I)
810 Register<br />
aus Olefinen und Sauerstoff<br />
289<br />
R Umlagerung 665<br />
Epoxidharze 202/T, 301/T, 305,<br />
305/T, 389<br />
Epoxidierung von Alkenen 179,<br />
289,303/AAV, 323,<br />
665/AAV(I)<br />
1,2-Epoxy-cyclohexan, D 303/V<br />
l ,2-Epoxy-cyclopentan,<br />
D 303/V<br />
2,3-Epoxyester 526<br />
l ,2-Epoxy-ethylbenzen,<br />
D 303/V<br />
2,3-Epoxy-propannitrile,<br />
D 5261AAV<br />
2,3-Epoxy-propanol 305/T<br />
2,3-Epoxy-propylchlorid s.<br />
l-Chlor-2,3-epoxy-propan<br />
Eprouvetten 3<br />
Erdölhydrierung 347/T<br />
Erhitzen brennbarer Flüssigkeiten<br />
15<br />
ERLENMEYER, Aminosäuresynthese<br />
nach 508,508<br />
Erlenmeyer-Kolben 3,123<br />
Erste Hilfe bei Unfällen s. vorderer<br />
innerer Buchdeckel,<br />
743ff,775f/L<br />
erythro-Form 176<br />
Erythrose 175 f<br />
Essigester s. Essigsäure(ethyl)ester<br />
Essigsäure 298/T, 415,505<br />
D 207/T, 338AT, 419/T, 419,<br />
438/T<br />
G 750,769<br />
I Derivate 715<br />
Geruch 685<br />
UV-VIS 89<br />
U 498,613<br />
als Lösungsmittel 64<br />
Acidität 457<br />
als Lösungsmittel 36<br />
Azeotrop mit Toluen 56<br />
PK5-Wert 158,510<br />
Reinigung und Trocknung<br />
750<br />
Essigsäuren, substituierte 165<br />
Essigsäureanhydrid s. Acetanhydrid<br />
Essigsäure-N-arylamide, D 675<br />
Essigsäurebenzylamid 484/B<br />
Essigsäurebutylester 480/T<br />
D 476/V<br />
G 769<br />
Essigsäure-tert-butylester<br />
D 477,478/V<br />
G 770<br />
Essigsäure[3-(4-chlorphenyl)-<br />
J 2 -1,2-oxazolin-5-yl]ester,<br />
D 329<br />
Essigsäure-m-cresylester,<br />
D 478/V<br />
Essigsäurecyclohexylester,<br />
D 478/V<br />
Essigsäure-(3-dibrommethylphenyl)ester<br />
D 204/V<br />
U Hydrolyse 237/L<br />
Essigsäureester (s. auch Essigsäureethylester)<br />
298/T<br />
D 477/AAV, 505<br />
R Pyrolyse 284<br />
Essigsäureethylester (s. auch<br />
Essigsäureester) 480/T<br />
D 419/T,577<br />
G 750,770<br />
U 545 f, 563<br />
als Lösungsmittel 64<br />
Azeotrop<br />
mitEthanol 56<br />
mit Tetrachlorkohlenstoff<br />
56<br />
mit Wasser 56,750<br />
Reinigung und Trocknung<br />
750<br />
Essigsäureheptylester, D 478/V<br />
Essigsäurehexylester, D 478/V<br />
Essigsäureisobutylester<br />
D 476/V<br />
G 770<br />
Essigsäureisopropylester<br />
D 476/V<br />
G 770<br />
U 545<br />
Essigsäurementhylester,<br />
D 478/V<br />
Essigsäuremethylester 480/T<br />
D 419/T<br />
G 770<br />
pKs-Wert 510<br />
Essigsäureoctylester, D 478/V<br />
Essigsäure-(2-oxo-alkyl)ester,<br />
U 284/L<br />
Essigsäurepentylester, 480/T<br />
Essigsäurephenylester, D 478/V<br />
Essigsäurepropylester<br />
D 476/V<br />
U 545<br />
Essigsäurevinylester s. Vinylacetat<br />
Ester s. Carbonsäureester, SuIfonsäureester,<br />
Alkylsulfate<br />
usw.<br />
Esteraldehyde, D 544<br />
Esterkondensation 509,540 ff,<br />
544/AAV, 549/T, 619/L<br />
Esterpyrolyse 284<br />
Esterspaltung von ß-Dicarbonylverbindungen<br />
549 ff,<br />
550/AAV<br />
Estron 517<br />
Ethan 415<br />
R Halogenierung 193,202/T<br />
13 C-NMR 110<br />
pKs-Wert 158<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
Ethan-l,2-dithiol<br />
I Derivate 736<br />
R mit Carbonylverbb. 472<br />
Ethanol 415,<br />
D 237/T<br />
G 751,770<br />
I Derivate 725<br />
R Eliminierung von Wasser<br />
148<br />
U 240,314,476,655<br />
als Lösungsmittel 64,90<br />
Azeotrop mit Tetrachlorkohlenstoff<br />
bzw. Wasser 56<br />
1 H-NMR 104<br />
pKs-Wert 510<br />
Trocknung 751<br />
Ethanolamin 304/D, 305/T<br />
Ethanthiol<br />
Derivate 736/1<br />
pKs-Wert 158<br />
Ethan-1,1,2-tricarbonsäuretriethylester,<br />
D 609/V<br />
Ethen s. Ethylen<br />
Ether (s. auch Diethylether)<br />
233/T, 388<br />
D 237ff,261/L<br />
durch Add.<br />
von Alkoholen an<br />
Olefme 288,296<br />
an a,ß-ungesättigte<br />
Carbonylverbb. 597<br />
durch Alkylierung von<br />
Alkoholen und Phenolen<br />
mit Alkylhalogeniden<br />
(WILLIAMSON)<br />
239/AAV<br />
mit Dialkylsulfaten<br />
238/AAV
mit Diazomethan<br />
649/AAV<br />
durch Dehydratisierung<br />
von Alkoholen 226/B,<br />
265<br />
durch saure Veretherung<br />
von Alkoholen 232 ff<br />
I 720<br />
Löslichkeit 687 f<br />
MS 115<br />
Spaltung 233/AAV,<br />
720/AAV<br />
R Eliminierung von Alkoholen<br />
273 ff<br />
Spaltung 211,232ff,261/L<br />
Substitution, nucleophile<br />
226 ff<br />
als Lösungsmittel 36,155<br />
Erhitzen 16<br />
für DC 76<br />
Trocknung 28<br />
Etherperoxide 207,749,750,<br />
761<br />
Ethinamat 517<br />
l -Ethinyl-cyclohexanol<br />
D 517/V<br />
U 297<br />
l -Ethinyl-cyclohexylcarbamat<br />
517<br />
l -Ethinyl-cyclopentanol<br />
D 517/V<br />
U 297<br />
Ethinylestradiol 517<br />
Ethinylierung 508<br />
vonKetonen 516/AAV<br />
p-Ethoxy-benzaldehyd,<br />
D 384/V<br />
Ethoxybenzen, D 240/V<br />
l-Ethoxy-buta-l,3-dien bei<br />
[4+2]-Cycloadditionen 331<br />
2-Ethoxy-buta-l ,3-dien,<br />
D 276/V(L)<br />
2-Ethoxycarbonyl-indole s.<br />
Indol-2-carbonsäureethylesterß-Ethoxy-£-crotonsäureethylester,D<br />
610/V(L)<br />
1-Ethoxy-cyclohexen, D 276/V<br />
2-Ethoxy-cyclohex-3-en-l-carbaldehyd<br />
bei [4+2]-Cycloadditionen<br />
331<br />
2-Ethoxy-3,4-dihydro-2//-pyran<br />
D 333/V<br />
R 470<br />
U 532/L<br />
2-Ethoxy-hex-l-en, D 276/V<br />
5-Ethoxy-indol-2-carbonsäureethylester,D<br />
680/V<br />
a-Ethoxymethylen-acetessigester,D<br />
548/V<br />
a-Ethoxymethylen-carbonsäureester,D<br />
548/AAV<br />
Ethoxymethylencyanamid,<br />
D 548/V<br />
Ethoxymethylenmalononitril<br />
D 548/V<br />
U 606<br />
Ethoxymethylenmalonsäurediethylester,<br />
D 548/V<br />
5-Ethoxy-3-methyl-indol-2-carbonsäureethylester,<br />
D 680/V<br />
5-Ethoxy-3-phenyl-indol-2-carbonsäureethylester,<br />
D 680/V<br />
a-Ethoxy-styren, D 276/V<br />
Ethylacetat s. Essigsäureethylester<br />
4-Ethyl-acetophenon, U 426<br />
Ethylamin<br />
G 770<br />
I Derivate 699<br />
Ethylaminhydrochlorid,<br />
D 671/V<br />
N-Ethyl-anilin<br />
D 571/V<br />
G 770<br />
I Derivate 699<br />
2-Ethyl-anthrachinon, D 441<br />
Ethylbenzen 377/T<br />
D 344/V,580<br />
G 770<br />
I Derivate 732<br />
R Ox. 420,425<br />
U 199,200,365,422<br />
4-Ethyl-benzensulfochlorid<br />
D 365/V<br />
U 654<br />
Ethylbromid 247/B<br />
D 228/V<br />
G 770<br />
I Derivate 722<br />
U 240,246,249,609,612<br />
Ethylcellulose 202/T, 241/T,<br />
298/T<br />
Ethylchlorid 202/T, 247/B, 298/T<br />
D 229/T<br />
I Derivate 722<br />
! -Ethyl-3,4-dimethoxy-benzen,<br />
D 580/V<br />
Ethylen, 291,295, 301/T, 312/T,<br />
316, 322/T, 415<br />
D 265,340/T<br />
G 770<br />
Register 811<br />
R Bromierung 148<br />
Metallierung 400<br />
mit Sauerstoff 304/T<br />
13 C-NMR 109,110<br />
pKs-Wert 158<br />
Ethylenacetale, D 470/AAV<br />
Ethylenchlorhydrin s. 2-Chlorethanol<br />
Ethylencyanhydrin s.<br />
ß-Hydroxy-propiononitril<br />
Ethylendiamin 301/T<br />
I Derivate 699<br />
Ethylendiamintetraessigsäure<br />
513<br />
Ethylendibromid s. 1,2-Dibromethan<br />
Ethylendichlorid s. 1,2-Dichlorethan<br />
Ethylenglycol 15,305/T<br />
D 237/T, 304,446/T<br />
G 751,770<br />
I Derivate 726<br />
U 314,470<br />
als Lösungsmittel 223<br />
Reinigung und Trocknung<br />
751<br />
Ethylenglycoldimethylether als<br />
Lösungsmittel 221 f<br />
Ethylenglycolether, D 304<br />
Ethylenglycolmonoalkylether<br />
305/T<br />
Ethylenglycolmonoethylether,<br />
Derivate 726<br />
Ethylenglycolmonomethylether<br />
I Derivate 726<br />
IR-Spektrum 721<br />
Ethylenoxid 751<br />
D 304,313<br />
G 751,770<br />
Ethylenoxide 241<br />
4-Ethyl-heptan-4-ol, D 563/V<br />
2-Ethyl-hexan-l,3-diol, U 433<br />
2-Ethyl-hexan-l-ol 347/T<br />
D 584/T,524/T<br />
I Derivate 726<br />
3-Ethyl-hexan-3-ol, D 563/V<br />
Ethylhexylether, D 240/V<br />
Ethylhydrogensulfat 231<br />
2-Ethyl-3-hydroxyhexanal<br />
584/T<br />
D 521/V<br />
2-Ethyl-l-hydroxy-hexan-3-on,<br />
D 433/V<br />
Ethyliodid 247/B<br />
D 23W<br />
I Derivate 722
812 Register<br />
R mit Sulfonamiden 243<br />
U 240,247/L<br />
1 H-NMR 104<br />
Ethylisopropylether 286/B<br />
Ethylisopropylketon, D 431/V<br />
Ethylmagnesiumbromid, U 563<br />
Ethylmalonsäure<br />
D 490/V<br />
U 492/V<br />
Ethylmalonsäurediethylester<br />
D 609/V<br />
U 490<br />
l -Ethyl-4-methoxy-benzen,<br />
D 580/V<br />
l -Ethyl-4-methyl-benzen,<br />
D 581/V<br />
N-Ethyl-N-methyl-benzensulfonsäureamid<br />
243<br />
a-Ethyl-a-methyl-benzylhydroperoxid,D<br />
208/V<br />
l-Ethyl-2(4)-methyl-chinoliniumbromid<br />
556<br />
Ethylmethylketon 298/T, 436/T<br />
D 419/T<br />
G 770<br />
I Derivate 707<br />
R Ox. 425<br />
U 429,471,517,563<br />
als Lösungsmittel 64<br />
Ethylmethylketoncyanhydrin,<br />
D 513/V<br />
Ethylmethylketonethylenacetal,<br />
D 471/V<br />
5-Ethyl-2-methyl-pyridin 526/T,<br />
423<br />
l-Ethyl-2(3)(4)-nitrobenzen, U<br />
425/L<br />
3-Ethyl-pentan-3-ol, D 563/V<br />
Ethylphenylbarbitursäure 487,<br />
549<br />
4-Ethyl-phenylglyoxal,D 426/V<br />
Ethylphosphonsäurediethylester,D<br />
247'/V<br />
Ethylpropylether 286/B<br />
3-Ethyl-l ,3-thiazoliumbromid<br />
536/L<br />
4-Ethyl-thiophenol, D 654/V<br />
Ethyltriphenylphosphoniumbromid<br />
D 246/V<br />
U 540<br />
Ethylvinylether<br />
D 314/V<br />
U 333<br />
ET-Wert 86<br />
Eugenol, Derivate 728<br />
Evans-Beziehung 151<br />
exotherme Reaktionen 151<br />
Exsikkator 27,124<br />
Extinktion s. Absorbanz<br />
Extinktionskoeffizient s.<br />
Absorptionskoeffizient<br />
Extraktion 32,59 ff<br />
Extraktionsaufsätze 59,62<br />
Extraktionsmittel 61<br />
Eyring-Beziehung 15Of<br />
Fachzeitschriften 129<br />
Farbe von Verbindungen 684<br />
Farbentwickler 443/T<br />
Farbphotographie 488<br />
Farbstoffe 399/T, 423/T, 614/T,<br />
629/T, 639/T<br />
Farnesol 517<br />
Fasern 322/T<br />
FCKW 254/T<br />
Fehlingsche Lösung 437<br />
D 751/V<br />
U 691/1<br />
Feinstruktur von UV-VIS-<br />
Spektren 85 f, 89,89<br />
Feinvakuum 21 f, 24<br />
Feld-Effekt 160<br />
Feldstärke bei NMR 99<br />
Felkin-Anh-Modell 178,572<br />
Fenchelgeruch 685<br />
Ferulasäure,D 529/V<br />
Feststoffe, Trocknung 27 f<br />
Fettalkohole 445/T, 493<br />
D 338/T,584/T<br />
Fettalkoholsulfate s.<br />
Alkylsulfate<br />
Fette, natürliche 493<br />
Ranzigwerden 206<br />
Fettsäurecyclus 549<br />
Fettsäureester 584<br />
R Chlorierung 202<br />
Fettsäuren 584<br />
D 445/T, 449<br />
R Chlorierung 202<br />
Biosynthese 507,549<br />
niedere, Geruch 685<br />
Feuerlöschmittel 202<br />
FGI 180<br />
FID s. free induction decay<br />
Filter 33<br />
Filterpipette 29 f<br />
Filtrieren 33<br />
Finger-print-Gebiet bei IR 95<br />
Finkelstein-Reaktion 212,227,<br />
252f,262/L<br />
FISCHER<br />
Aminosäuresynthese 245,614<br />
Indolsynthese 639, 679,682/L<br />
Küvette 80<br />
Projektion 174 ff<br />
Flammenionisationsdetektor 75<br />
Flammschutzmittel 372<br />
Flash-Chromatographie 71<br />
Fließmittel bei DC 67<br />
Flotationsmittel 245<br />
Flüchtigkeit 39<br />
Flüssigchromatographie 65,70,<br />
72<br />
Flüssigkeiten<br />
brennbare 15,121<br />
Trocknung 26<br />
Fluor<br />
Nachweis 687/V(I)<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
Fluorbenzen<br />
D 636<br />
I Derivate 722<br />
UV-VIS-Spektrum 89<br />
l-Fluor-2,4-dinitro-benzen 395<br />
Fluoren<br />
I Derivate 732<br />
U 425/L<br />
Fluorenon<br />
D 425/V(L)<br />
I Derivate 708<br />
U 674<br />
Fluoride<br />
D 253/AAV, 262/L<br />
bei SN-Rkk. 217<br />
Floridion bei SN-Rkk. 221,253<br />
Fluorwasserstoff 227<br />
R Add. an Olefine 291<br />
pKs-Wert 158<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
Flußsäure, Aufbewahrung 120<br />
Fluten einer Kolonne 53<br />
Folgereaktionen 152 f<br />
Formaldehyd 385,388/T, 520,<br />
526<br />
D 436/T, 449/B,584/T, 751/V<br />
G 752,770<br />
I Derivate 706<br />
R Cannizzaro-Rk. 575,<br />
577/T<br />
mit Grignard-Verbb. 560
U 521, 536/L, 532, 577/L,<br />
578,602<br />
als Reagens bei DC 68<br />
Formaldehydcyanhydrin 515/T<br />
D 513/V(L)<br />
Formaldehyd-Phenol-Harze<br />
377/T, 388yT<br />
Formalin s. Formaldehyd<br />
Formanilid. U 507<br />
Formamid<br />
R 487,605<br />
als Lösungsmittel 155<br />
Formamidomalonsäurediethylester,<br />
D 636<br />
Formimidchlorid 382<br />
4-Formyl-benzonitril,<br />
D 424/V(L)<br />
2'-Formyl-biphenyl-2-carbonsäure,D<br />
307/V(L)<br />
Formylchlorid 382<br />
Formylessigester 544<br />
Formylfluorid 382<br />
Fragmente bei MS 115<br />
Fragmentierungen 264<br />
bei MS 115f<br />
Fragmentierungsspektren bei<br />
MS 113<br />
Fragmentionen 114f<br />
Fragmentpeak bei 115 ff<br />
Fraktionssammler 71<br />
free induction decay (FID) 106<br />
Friedel-Crafts-Acylierung 181,<br />
353, 378 ff, 380/AAV,<br />
381/V(L), 413/L<br />
Friedel-Crafts-Alkylierung 154,<br />
212, 353,357, 373 ff, 413/L<br />
von Benzen 375/AAV<br />
Fries-Umlagerung 379,413/L<br />
Fries'sche Verschiebung s.<br />
Fries-Umlagerung<br />
Frittenwaschflasche 13,25<br />
Frontorbital s. Grenzorbital<br />
Frostschutzmittel 305/T, 584/T<br />
Fruchtgeruch 685<br />
Fructose 466,713/1<br />
Fucose, I 713<br />
Füllkörper 51 f<br />
Füllkörperkolonne 5Of<br />
Fumarsäure 172<br />
D 419/B<br />
G 770<br />
I Derivate 717<br />
physikalische Konstanten<br />
78,172<br />
R Bromierung 294<br />
U 300<br />
Fumarsäurediamid, D 483/V(L)<br />
Fumarsäurediethylester,<br />
D 476/V<br />
Fumarsäuredimethylester,<br />
Copolymerisation mit Vinylacetat<br />
322/V(L)<br />
Fumarsäure-tert-butylethylester,<br />
D 477/L<br />
Fumarsäuremonoethylester, U<br />
477/L<br />
Fungizide 472,505/T<br />
funktioneile Gruppen<br />
Prüfung auf 683,688 ff, 739/L<br />
Furan 352<br />
R Cycloadd. an 330,332<br />
Friedel-Crafts-Acylierung<br />
379<br />
Gattermann-Synthese 382<br />
Lithiierung 402<br />
Furan-2-carbonsäure,<br />
D 577/V(L)<br />
Furanosen 471<br />
Furfural<br />
G 770<br />
I Derivate 706<br />
R mit Semicarbazid 462<br />
U 583,585,534,535/L, 529,<br />
577,578<br />
Furfurylalkohol<br />
D 577/V<br />
G 770<br />
I Derivate 726<br />
Furfurylamin, D 585/V<br />
Furfurylidenmalononitril,<br />
D 529/V<br />
2,2'-Furoin, D 534/V<br />
3-(Fur-2-yl)-acrylsäure, D 529/V<br />
Gabriel-Synthese 243<br />
Galaktose, I 713<br />
Gallussäure<br />
I Derivate 717<br />
U 239<br />
Gallussäuretrimethylether,<br />
D 239/V<br />
Gammexan s. y-Hexachlorcyclohexan<br />
Gasballast 21<br />
Gaschromatographie (GC) 65,<br />
74ff,126/L<br />
Gase<br />
Einleiten 12<br />
Mengenmessung 11<br />
Trocknung 25, 28<br />
Register 813<br />
Wasserdampfgehalt 26<br />
Gasometer 11<br />
Gasuhr 11<br />
Gattermann-Synthese 353,382,<br />
413/L<br />
Gattermann-Adams-Synthese<br />
382/V(L)<br />
Gattermann-Koch-Synthese<br />
353,382,413/L<br />
gaMche-Form 170<br />
gefährliche Stoffe 121,122 f,<br />
186,741 ff, 763 ff, 775 f/L<br />
Gefahrenklassen 121<br />
Gefahrstoffverordnung 121,<br />
186,741,763 ff<br />
Gefrierschutzmittel 305/T,<br />
584/T<br />
Gefriertrocknung 46<br />
Gegenstromdestillation 38<br />
Gemische<br />
azeotrope 48,56<br />
Trennung 683, 738<br />
Gentiobiose, I 713<br />
Geraniol 517<br />
Derivate 726/1<br />
Geruch chemischer Verbindungen<br />
684<br />
Gerüstfrequenzen im IR 92 ff<br />
Geschwindigkeitskonstanten<br />
150 f, 152 f, 156,163,194<br />
gestaffelt 169 f<br />
Gesundheitsschutz 12Of<br />
Gewald-Reaktion 429<br />
Gibbs-Energie 149,151<br />
Gibbs-Helmholtz-Gleichung<br />
150<br />
Giftigkeit von Chemikalien<br />
763 ff, 775 f/L<br />
Gilman-van-Ess-Synthese 564<br />
Glasautoklav 19<br />
Glasfilternutsche 034<br />
Glasfritte 034<br />
Glasnageltrichter 034<br />
Glasschliffe 2<br />
Glassorten l<br />
Glasverbindungen l<br />
Gleichgewichtskonstanten 149<br />
Gleichgewichtskurven 48<br />
Glibenclamid 658<br />
Glimepirid 658<br />
Glockenbodenkolonne 48,53<br />
Gluconsäure, D 437<br />
Glucose 437, 466,471<br />
I 713<br />
13 C-NMR-Spektrum 713<br />
U 478,583
814 Register<br />
Glühprobe 685<br />
Glutaconaldehyd, R 556<br />
Glutaminsäure<br />
D 492/V(L), 601/V(L)<br />
I 704<br />
Glutaraldehyd 470<br />
Glutaronitril<br />
D 258/V<br />
U 500<br />
Glutarsäure<br />
D 500/V<br />
I Derivate 716<br />
Glutarsäureanhydrid, D 494<br />
Glyceraldehyd 174 f<br />
Glycerol (Glyzerin) 301/T,<br />
305/T<br />
D 237/T,304/V<br />
I Derivate 726<br />
R zuAcrolein 596<br />
als Lösungsmittelfür MS 113<br />
Reinigung und Trocknung<br />
752<br />
Glyceroltrinitrat 231/T, 305/T<br />
Glyceroltripolyether 305/T<br />
Glycidester 526<br />
Glycidestersynthese s. Darzens-<br />
Reaktion<br />
Glycin 245/D(V), 515/T, 705/1<br />
Glycinester, R mit salpetriger<br />
Säure 631<br />
Glycol s. Ethylenglycol<br />
Glycolbad 15<br />
Glycoldinitrat 231/T<br />
Glycoles. 1,2-Diole<br />
Glycolonitril, D 513/V(L)<br />
Glycolsäure, Derivate 716<br />
Glycolspaltung 448<br />
Glycoside 448,471<br />
Glyoxal<br />
D 298/T,425<br />
I Derivate 706<br />
Glyoxalase 577<br />
Glyoxylsäure 468<br />
Glyoxylsäureester 468<br />
Glyoxylsäureethylester-Halbacetal,D<br />
448/V<br />
Glyoxylsäurehydrat 468<br />
Glyphosat 245/T<br />
Glyptale 305/T<br />
Glysantin 305/T<br />
Glyzerin s. Glycerol<br />
Gomberg-Bachmann-<br />
Arylierung 640<br />
Gradientenelution 66<br />
Gramin 533,599<br />
D 532/V<br />
Grenzformeln 161<br />
Grenzorbital 166,166,290, 316,<br />
324,331,417<br />
bei Radikalen 196<br />
Grignard-Verbindungen 558<br />
D 399, 558,562/AAV<br />
R 401,408, 509, 558 ff,<br />
562/AAV, 619/L<br />
Transmetallierung 320,<br />
403,407,559<br />
Grobvakuum 21<br />
Grundschwingungen im IR 91<br />
Grundzustand 85<br />
Guajacol<br />
D 638/V<br />
G 770<br />
U 314<br />
Gummiverbindungen 3<br />
Hahn-Aufsatz 54,573<br />
Hahnküken 22<br />
Halbacetale 468<br />
Halbmikroextraktion 59<br />
Halbmikroperforator nach<br />
KUTSCHER-STEUDEL 62<br />
Halbstufenpotentiale s.<br />
Oxidationspotentiale<br />
Haloforme, radikalische Add. an<br />
Olefine 317<br />
Haloform-Reaktion<br />
449 f/A AV<br />
a-Halogen-aldehyde 465<br />
N-Halogen-amine 21 O/L<br />
Halogencarbonsäureester,<br />
Hydrolyse 488<br />
a-Halogen-carbonsäureester, R<br />
566<br />
ß-Halogen-carbonsäureester,<br />
D 597 f/AAV<br />
a-Halogen-carbonsäuren<br />
D 613/AAV<br />
R 614<br />
Ammonolyse 245<br />
Nitrilsynthese 256<br />
U 245/AAV<br />
Halogene<br />
I Hinweis auf hydrolysierbare<br />
696/AAV<br />
Nachweis 685,686/AAV<br />
R Add. an Olefine und<br />
Acetylene 291,348/L<br />
Halogenhydrine, D 299<br />
Halogenierung<br />
radikalische 188,196,197 ff,<br />
210/L<br />
von Alkenen 316<br />
vonAromaten 352,367 ff,<br />
369/AAV, 371/AAV<br />
von Carbonylverbb. 612 ff<br />
a-Halogen-ketone 470<br />
D 614/AAV, 651/AAV<br />
R als Alkylierungsmittel<br />
608<br />
Halogenkohlenwasserstoffe,<br />
aliphatische<br />
D aus aliphatischen Diazoverbb.<br />
und Halogenwasserstoffsäuren<br />
649<br />
aus Alkoholen und anorganischenSäurehalogeniden<br />
229<br />
aus Alkoholen und<br />
Halogenwasserstoffsäuren<br />
227, 228/AAV<br />
aus Organoboranen 308<br />
durch Add. von Halogenen<br />
an Alkene und<br />
Alkine 298 ff, 299/AAV,<br />
316 ff<br />
durch Add. von Halogenwasserstoffsäuren<br />
an<br />
Alkene 295,317 ff<br />
durch Add. von Polyhalogenalkanen<br />
an Alkene<br />
317<br />
durch Etherspaltung mit<br />
Halogenwasserstoffsäuren<br />
233<br />
durch Halogenaustausch<br />
(Finkelstein-Rkk.) 252,<br />
262/L<br />
durch Halogenierung<br />
gesättigter Kohlenwasserstoffe<br />
193 ff, 197<br />
mit N-Brom-succinimid<br />
205/AAV<br />
mit Sulfurylchlorid<br />
200/AAV<br />
I 685,721 ff<br />
Derivate 721 f<br />
Löslichkeit 687<br />
physikalische Konstanten<br />
723<br />
R Friedel-Crafts-<br />
Alkylierung 373 ff<br />
Hydrolyse 234 ff<br />
radikalische Red. 209<br />
als Lösungsmittel 36
Halogenkohlenwasserstoffe,<br />
araliphatische<br />
D durch Chlormethylierung<br />
von Aromaten 353,386,<br />
387/AAV<br />
durch Halogenierung<br />
von Alkylaromaten<br />
198/AAV, 200/AAV<br />
I 721 f<br />
R Hydrolyse 235<br />
für DC 76<br />
Halogenkohlenwasserstoffe,<br />
aromatische<br />
D aus Diazoniumsalzen<br />
(SANDMEYER) 636 f/B,<br />
640/AAV<br />
durch Halogenierung von<br />
Aromaten 367 ff,<br />
369/AAV, 371/AAV<br />
I 722<br />
Derivate 722<br />
R Friedel-Crafts-<br />
Acylierung 379<br />
mit Aminen 411<br />
mit Kupfer (Ullmann-<br />
Reaktion) 404<br />
mit Lithium 399 f, 403 f,<br />
564<br />
mit Lithiumcupraten 404,<br />
565<br />
mit Magnesium 399 f, 558<br />
mit Olefinen (Heck-Reaktion)<br />
408<br />
mit Organometallverbb.<br />
403 ff<br />
SN-Rkk. 217 f<br />
ß-Halogen-nitrile, D 598/AAV<br />
Halogentrialkylsilane, nucleophile<br />
Substitution 262/L<br />
Halogenverbindungen<br />
als Ox.-mittel 455/L<br />
Reduktion 188,209<br />
Halogenwasserstoffe<br />
R Add.<br />
anOlefine 291,295 f<br />
an a,ß-ungesättigte Carbonylverbb.<br />
597<br />
Veresterungsgeschwindigkeit<br />
mit Alkoholen 227<br />
Hammett-Gleichung 163,184/L,<br />
480<br />
Hammond-Postulat 151<br />
Handbücher 132<br />
HANTZSCH 465,602,614<br />
Harnstoff<br />
D 504/T,554/T<br />
R zur Amidsynthese 481<br />
U 634<br />
Harnstoffe 502<br />
D 459,505, 704/AAV(I)<br />
harte Basen s. Basen<br />
harte Säuren s. Säuren<br />
Hautpigmente 442<br />
H-Brücken s. Wasserstoffbrücken<br />
HCH s. Hexachlorcyclohexan<br />
HDI s. Hexamethylendiisocyanat<br />
Heck-Reaktion 408,414/L<br />
Hefe, Reduktion mit 579<br />
Heißwassertrichter 35<br />
Heizbad 14,41<br />
Heizen 14 ff<br />
Heizpilz 14<br />
Heiztischmikroskop 79 f<br />
Heliotropin 307<br />
Heptadecansäureethylester,<br />
D 668/V<br />
Heptamethincyanine, D 556<br />
Heptan<br />
G 770<br />
I physikalische Konstanten<br />
730<br />
Heptanal<br />
D 433<br />
I Derivate 706<br />
U 319,583,602/L<br />
Heptannitril<br />
D 258/V<br />
U 500<br />
Heptan-1-öl<br />
D 583/V<br />
I Derivate 726<br />
U 433,478,655<br />
Heptan-2-ol, Derivate 726<br />
Heptan-2-on<br />
D 297/V<br />
G 770<br />
Heptanoylbernsteinsäurediethylester,<br />
D 319/V<br />
Heptansäure<br />
D 433/V, 437/V, 492/V, 500/V,<br />
581/V<br />
G 770<br />
Heptan-1-thiol, Derivate 736<br />
Heptan-1,3,3-tricarbonsäuretriethylester,<br />
D 6OW<br />
Hept-1-en<br />
D 279/V<br />
U 300<br />
Register 815<br />
Hept-6-en-l-yl-verbb., radikal.<br />
Cyclisierung 320<br />
Hept-1-in, U 297<br />
Heptylbromid<br />
D 229/V<br />
I Derivate 722<br />
U 279<br />
Heptylchlorid, Derivate 722<br />
Heptyliodid, Derivate 722<br />
Herbizide 480,488<br />
Hershberg-Rührer 9<br />
Hessscher Wärmesatz 150<br />
Heteroaromaten s. Heterocyclen<br />
Heteroauxin, D 680/V(L)<br />
Hetero-Cope-Umlagerungen<br />
677<br />
Heterocumulene<br />
R Cycloadditionen 327<br />
mit CH-Aciden 554/AAV<br />
Heterocyclen<br />
D 2-Amino-benzthiazole<br />
durch Thiocyanierung<br />
373/AAV<br />
3-Amino-l-phenylpyrazol-5-one<br />
aus<br />
Monoimidomalonsäureestern<br />
und Phenylhydrazinen<br />
482/AAV<br />
Aminopyrazole<br />
606/AAV<br />
2-Amino-thiophene<br />
aus a-Alkyliden-nitrilen<br />
429/AAV<br />
Chinoline<br />
nach SKRAUP 596/AAV,<br />
622/L<br />
nach DOEBNER-<br />
MILLER 596<br />
Chinoxaline aus 1,2-Diketonen<br />
und o-Phenylendiaminen<br />
465<br />
durch [2+2]-Cyck>additionen<br />
327<br />
durch [3+2]-Cycloadditionen<br />
328<br />
durch Dehydrierung<br />
katalytisch 451<br />
mit Schwefel 452/AAV<br />
durch intramolekulare<br />
Arylierung von N.N-<br />
Arylalkylaminoverbindungen<br />
41!/V(L)<br />
5-Hydroxy-indole nach<br />
NENITZESCU 603
816 Register<br />
Indole nach Fischer<br />
679f/AAV,682/L<br />
Oxazoline und<br />
Oxazole 329/AAV<br />
1-Phenyl-pyrazole aus 1,2-<br />
Diketonen und Phenylhydrazinen<br />
465<br />
Pseudopelletierin<br />
532/V(L)<br />
Pyrazole aus<br />
Pyrazolinen 453/V(L)<br />
Pyrrole<br />
aus 1,4-Diketonen und<br />
Ammoniak 465<br />
nach KNORR 529<br />
Thiazole aus Thiazolinen<br />
453/V(L)<br />
/J 3 -Thiazoline durch<br />
Asinger-Rk. 428<br />
Tropinon durch Mannich-<br />
Rk. 533<br />
R Aminierung 414/L<br />
Aminoethylierung 386<br />
Friedel-Crafts-<br />
Acylierung 379<br />
Gattermann-<br />
Synthesen 382<br />
Subst.-Rkk.<br />
allgemein 41 l/L<br />
Thiocyanierung 372<br />
I UV-VIS 89<br />
Heterolyse 147<br />
Hexaalkyldistannane 407<br />
a-Hexachlorcyclohexan 319/D,<br />
770/G<br />
Hexachlorcyclohexan 278/T,<br />
317,319<br />
Hexachlorcyclopentadien 202/T,<br />
278/T<br />
Hexachlorethan, physikalische<br />
Konstanten 723<br />
Hexa-l,5-dien, physikalische<br />
Konstanten 733<br />
Hexahydrobenzaldehyd,<br />
Derivate 706<br />
1,2,3,5,6,7-Hexahydronaphthalen<br />
330<br />
Hexahydrosalicylsäuremethylester,D<br />
345/V<br />
Hexamethyldisiloxan 260/T<br />
Hexamethylendiamin, T 301,<br />
488,584<br />
D 583/V<br />
G 770<br />
U 485<br />
Hexamethylendiisocyanat, T<br />
503, 505,505<br />
Hexamethylentetramin<br />
(Urotropin) 244,388,463<br />
I Derivate 703<br />
Hexamethylphosphorsäuretriamid<br />
als Lösungsmittel<br />
155,219f<br />
Hexan<br />
G 752,770<br />
I physikalische<br />
Konstanten 730<br />
als Lösungsmittel 64,90<br />
Azeotrop mit Wasser 752<br />
Reinigung und Trocknung<br />
752<br />
Hexanal, Derivate 706<br />
Hexan-l,6-diol, D 571/V<br />
Hexan-2,5-dion, Derivate 708<br />
Hexan-l,6-dithiol, D 252/V<br />
Hexannitril<br />
D 258/V<br />
U 500<br />
Hexan-1-ol<br />
G 770<br />
I Derivate 726<br />
U 240,437,478,655<br />
Hexan-2-ol, Derivate 726<br />
Hexan-2-on<br />
D 297/V<br />
G 770<br />
U 469<br />
Hexan-2-on-diethylacetal,<br />
D 469/V<br />
Hexansäure<br />
D 437/V, 492/V, 500/V<br />
I Derivate 715<br />
U 613,674<br />
Hexan-1-thiol<br />
D 252/V<br />
I Derivate 736<br />
Hex-l-en<br />
D 279/V, 282/V(L)<br />
U 300<br />
Hex-2-en-l-ol, U 303/L<br />
Hex-5-en-2-on, D 491/V<br />
Hex-5-en-l-yl-Verbb., radikal.<br />
Cyclisierung 320<br />
Hex-1-in<br />
D 280/V<br />
I physikalische Konstanten<br />
733<br />
U 297,532<br />
Hexobarbital 487<br />
Hexylamin<br />
I Derivate 699<br />
U 282/L<br />
Hexylbromid<br />
D 229/V<br />
I Derivate 722<br />
U 242,255,258,279,609<br />
Hexylchlorid<br />
I Derivate 722<br />
U 258<br />
Hexyliodid<br />
D 231/V<br />
I Derivate 722<br />
U 250,255<br />
Hexylmagnesiumbromid, U 563<br />
Hexylmalonsäure<br />
D 490/V<br />
U 492<br />
Hexylmalonsäurediethylester<br />
D 609/V<br />
U 490<br />
Hexylmethylether, D 240/V<br />
Hexylnitrit, D 255/V<br />
Hexylthiocyanat, D 250/V<br />
Hickman-Kragenaufsatz 31<br />
Hinsberg-Trennung 655/1,<br />
657/AAV(I), 694/1,698/1<br />
Hippursäure 525<br />
Hirsch-Trichter 034,123<br />
Histamindihydrochlorid, U<br />
572/L<br />
Histamin-H2-Rezeptorenblocker<br />
533<br />
!H-NMR-Spektroskopie 100<br />
Hochdruckflüssigchromatographie<br />
s. Hochleistungsflüssigchromatographie<br />
Hochdruckpolyethylen 322<br />
Hochfeldverschiebungen bei<br />
13 C-NMR 109<br />
Hochleistungsflüssigchromatographie<br />
(HPLC) 72 ff, 126/L<br />
Hochvakuum 21<br />
Hock-Verfahren 372,676,682/L<br />
Hoesch-Synthese (s, auch<br />
HOUBEN-HOESCH) 413/L<br />
Hofmann-Carbonsäureamidabbau<br />
669<br />
Hofmann-Eliminierung 218,<br />
263,268 f, 281 f, 282/V(L),<br />
287/L<br />
Holzöl, chinesisches 493<br />
Holzverzuckerung 471<br />
HOMO 166 f, 196,316<br />
Bedeutung bei Cycloadditionen<br />
324 f, 331<br />
Energien 166,290,417
HOMO-LUMO-Wechselwirkungen<br />
166<br />
Homolyse 189<br />
3,4-Homotropiliden 678<br />
Homoveratrumsäure, D 428/V,<br />
500/V<br />
Horner-Wadsworth-Emmons-<br />
Reaktion 247,536/AAV<br />
HouBEN-HoESCH, Kctonsynthcse<br />
nach (s. auch HOESCH) 353,<br />
382<br />
HPLC s. Hochleistungsflüssigchromatographie<br />
HSAB-Konzept 159,167,219 f,<br />
222 f<br />
HUANG-MlNLON S.<br />
WOLFF-KlZHNER<br />
Hückel-Regel 352<br />
HWE-Reaktion s. Horner-Wadsworth-Emmons-Reaktion<br />
Hydantoin 525<br />
Hydrazide, D 459<br />
Hydrazin<br />
D 752/V<br />
G 752,770<br />
R mit Carbonsäureestern<br />
bzw. -halogeniden 459,<br />
482<br />
mit ß-Chlor-acrolein 605<br />
mit Raney-Nickel als<br />
Reduktionsmittel 628<br />
U 580,628<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
Sulfat 515/U(L), 770/G<br />
Hydrazinhydrat 605<br />
D 752/V<br />
G 752,770<br />
U 606<br />
Hydrazine<br />
D durch Red. von Diazoniumsalzen<br />
638/AAV<br />
U 482<br />
Hydrazinolyse<br />
von N-Alkyl-phthalimiden<br />
243<br />
von Estern 482<br />
Hydrazobenzen 627<br />
a,a'-Hydrazobis(cyclohexan-lcarbonitril),<br />
D 515/V(L)<br />
a,a'-Hydrazobis(isobutyronitril)<br />
515/V(L)<br />
Hydrazone<br />
D 458,463,617/L, 679, 706<br />
durch Kupplungsrkk. 625,<br />
643,644/AAV,<br />
679 f/AAV<br />
R Chlorierung 199<br />
Hydrolyse 468<br />
oxidative Kupplung<br />
444/AAV<br />
Red. nach WOLFF-KIZH-<br />
NER 579 ff, 580/AAV<br />
Fischer-Indolsynthese<br />
679 f/A AV<br />
chirale 611<br />
Hydrazoverbindungen, D 624<br />
Hydride, komplexe<br />
R 568,620/L<br />
ß-Hydrideliminierung 335,409<br />
Hydridkomplexe 338<br />
Hydridübertragungen 416<br />
Hydrierkatalysatoren, D 756/V,<br />
758/V<br />
Hydrierung 150,289<br />
heterogenkatalysierte 340 ff,<br />
343/AAV, 621/AAV<br />
homogenkatalysierte 338 f,<br />
351/L<br />
a,ß-Hydro-alkoxy-Eliminierung<br />
263<br />
Hydrobenzoin, D 583/V<br />
Hydroborierung 289,308 f,<br />
309/AAV, 349/L<br />
Hydrochinon<br />
D 441<br />
G 770<br />
I Derivate 729<br />
R 441<br />
U 238,392,442<br />
als Radikalinhibitor 207<br />
Hydrochinondiacetate,<br />
D 711/AAV(I)<br />
Hydrochinondimethylether,<br />
D 238/V<br />
Hydrochinonmonomethylether<br />
D 238/V<br />
I Derivate 728<br />
Hydroformylierung s. Oxosynthese<br />
Hydrogenphthalate 478<br />
Hydrogensulfit (s. auch Bisulfit)<br />
R radikalische Add. an<br />
Olefine 317<br />
a,ß-Hydro-halo-Eliminierung<br />
263<br />
a,ß-Hydro-hydroxy-Eliminierung<br />
263<br />
a-Hydro-o)-hydroxy-trioxyethylen<br />
s. Triethylenglycol<br />
Register 817<br />
Hydrolyse s. auch Verseifung<br />
von Alkylhalogeniden, -sulfaten,-sulfonaten<br />
211,226,<br />
234f,237/T<br />
von N-Alkyl-phthalimiden<br />
243<br />
von Carbonsäureamiden<br />
460,488,493<br />
von Carbonsäureanhydriden<br />
459,493<br />
von Carbonsäureestern 460,<br />
488ff,493/T<br />
von Carbonsäurehalogeniden<br />
459,493<br />
von Chlorsilanen 260<br />
von Halogeniden 696/1<br />
von Imidoestern 501<br />
von Malonsäureestern und<br />
ß-Oxo-carbonsäureestern<br />
490/AAV, 550<br />
vonNitrilen 499,501<br />
von Organometallverbindungen<br />
501,559<br />
Hydroperoxide, 206,445,676<br />
D 207/AAV<br />
Hydroperoxidgehalt, Bestimmung<br />
207/V<br />
a-Hydroperoxy-cumen 377/T<br />
a,ß-Hydro-trialkylamino-Eliminierung<br />
263<br />
Hydroxamsäuren, D 459<br />
Hydroxamsäuretest 694/V(I)<br />
Hydroximoylchloride 329<br />
4-Hydroxy-acetanilid 487/T<br />
a-Hydroxy-aldehyde 466<br />
Hydroxyanthrachinone,<br />
D 399<br />
4-Hydroxy-azobenzen, D 627<br />
3-Hydroxy-benzaldehyd,<br />
D 638/V<br />
4-Hydroxy-benzaldehyd,<br />
Derivate 729<br />
2-Hydroxy-benzaldehyde,<br />
D 286<br />
4-Hydroxy-benzen-l ,3-disulfonsäure,<br />
D 362<br />
4-Hydroxy-benzensulfonsäure,<br />
Derivate 737<br />
3-Hydroxy-benzoesäure,<br />
Derivate 716<br />
4-Hydroxy-benzoesäure<br />
D 392/V<br />
I Derivate 716<br />
U 239<br />
2-Hydroxy-benzylalkohol,<br />
D 571/V
818 Register<br />
3-Hydroxy-butanal<br />
D 521<br />
I Derivate 707<br />
U 275<br />
4-Hydroxy-butan-2-on 136<br />
4-Hydroxy-butan-2-on-ethylenacetal,D<br />
590/V<br />
ß-Hydroxy-buttersäureethylester,D<br />
583<br />
(S)-(-)-3-Hydroxy-buttersäureethylester,D<br />
579/V(L)<br />
a-Hydroxy-carbonitrile<br />
D Cyanhydrinsynthese<br />
512/AAV<br />
U Hydrolyse 501<br />
ß-Hydroxy-carbonsäureester,<br />
D 566/L<br />
Hydroxycarbonsäuren, Löslichkeit<br />
688<br />
a-Hydroxy-carbonsäuren,<br />
D 590,513<br />
8-Hydroxy-chinolin 596<br />
I Derivate 703<br />
U 445<br />
4-Hydroxy-cumarin, Löslichkeit<br />
in Laugen 688<br />
(l-Hydroxy-cyclohexyl)methylketon,D<br />
297/V<br />
(l-Hydroxy-cyclopentyl)methylketon,D<br />
297/V<br />
9-Hydroxy-decalin-2-on,<br />
D 601/V<br />
Hydroxyester, IR 92<br />
(l-Hydroxy-ethyl)benzene,<br />
U 276/L<br />
2-(2-Hydroxy-ethyl)pyridin 526<br />
4-Hydroxy-heptan-2-on,<br />
D 521/V<br />
5-Hydroxy-indol-2,3-dicarbonsäuredimethylester,<br />
D 603/AAV<br />
5-Hydroxy-indole durch<br />
Michael-Add. 603/AAV<br />
Hydroxyketone 470<br />
Hydroxyketone, aromatische,<br />
D 379<br />
a-Hydroxy-ketone 466<br />
Hydroxylamin<br />
U 467, 694/AAV(I)<br />
Reagens für DC 68<br />
Hydroxylamine, D 624,626<br />
Hydroxylasen 418<br />
Hydroxylgruppen<br />
Abspaltungstendenz bei<br />
SN-Rkk. 217<br />
Blockierung 240<br />
Hydroxylierung 289,302 f, 304,<br />
348/L,416,419,446<br />
4-Hydroxy-3-methoxy-benzaldehyd<br />
s. Vanilin<br />
4-Hydroxy-3-methoxy-zimtsäure.D<br />
529<br />
2-Hydroxy-4-methyl-acetophenon,<br />
D 379<br />
4-Hydroxy-2-methyl-acetophenon,D<br />
379<br />
3-Hydroxymethyl-butan-2-on,<br />
D 521/V<br />
4-Hydroxy-3-methyl-butan-2-on,<br />
U 275<br />
2-Hydroxymethyl-6,6-dimethylbicyclo[3.1.1]heptan<br />
s.<br />
Pinan-10-ol<br />
2-Hydroxymethylen-cyclohexanon,<br />
D 546/V<br />
5-Hydroxymethyl-furfural,<br />
Derivate 707<br />
Hydroxymethylierung 353,385<br />
5-Hydroxy-2-methyl-indol-3carbonsäurealkylester,<br />
D 603/V(L)<br />
5-Hydroxy-l-methyl-indol-2,3dicarbonsäuredimethylester,<br />
D 603/V<br />
Hydroxymethylketone,<br />
D 536/V(L)<br />
2-Hydroxymethyl-2-methyl-propanal<br />
524/T<br />
D 521/V<br />
2-Hydroxymethyl-2-methyl-propan-l,3-diol<br />
577/T<br />
3-Hydroxy-2-methyl-pentanal,<br />
D 521/V<br />
3-Hydroxy-3-methyl-pentan-2on,D<br />
297/V<br />
4-Hydroxy-3-methyl-pentan-2on<br />
D 521/V<br />
U 275<br />
4-Hydroxy-4-methyl-pentan-2on<br />
D 519,522/V<br />
U 275<br />
3-Hydroxy-3-methyl-1 -phenylbutan-l-on,D<br />
606/L<br />
4-Hydroxy-l-methyl-piperidin-<br />
3-carbonsäureethylester,<br />
D 583/V<br />
4-(2-Hydroxy-naphthalen-1 -<br />
azo)benzensulfonsäure,<br />
D 645/V<br />
3-Hydroxy-naphthalen-2-carbonsäure<br />
392/T, 646<br />
D 392/V<br />
2-Hydroxy-5-(4-nitro-phenylazo)benzoesäure,<br />
D 645/V<br />
4-Hydroxy-pentan-2-on,<br />
D 521/V<br />
(Hydroxyphenyl)aminosäuren<br />
R Ox. 442<br />
a-Hydroxy-phenylessigsäure s.<br />
Mandelsäure<br />
5-Hydroxy-l-phenyl-indol-2,3dicarbonsäuremethylester,<br />
D 603/V<br />
ß-Hydroxy-ß-phenyl-propionsäureethylester,<br />
D 566/V(L)<br />
4-Hydroxy-phenylthiocyanat,<br />
D 373/V<br />
ß-Hydroxy-propionotril<br />
D 305<br />
I IR-Spektrum 96 f<br />
Hydroxysäuren s. Hydroxycarbonsäuren<br />
N-Hydroxy-succinimid 486<br />
3-Hydroxy-2,6,6-trimethylbicyclo[3.1.1]heptan<br />
s. Pinan-3-ol<br />
Indanthrenblau 396/T<br />
Indanthren 396/T<br />
Inden 312/T<br />
physikalische Konstanten 734<br />
Inden-Cumaron-Harze 312/T<br />
Indol<br />
I Derivate 700<br />
R Substitution 357<br />
U 384,602<br />
Indol-3-carbaldehyd, D 384/V<br />
Indolderivate, Gattermann-<br />
Synthese an 382<br />
Indolsynthese nach FISCHER 679<br />
o>-(Indol-3-yl)acetophenon,<br />
D 599<br />
Indol-3-yl-essigsäure,<br />
D 680/V(L)<br />
3-(Indol-3-yl)propiononitril,<br />
D 602/V(L)<br />
Indophenole 443<br />
Induktionseffekt 160,211,215<br />
Induline 444<br />
Inertgase, Reinigung 760<br />
Infrarotspektroskopie 77,83,<br />
85,90 ff, 126 f/L, 697 ff<br />
INGOLD s. CAHN<br />
Inhibitoren 193,194,197<br />
Initiatoren 193,323<br />
innerer Standard 74,99<br />
Insektenabschreckungsmittel<br />
423/T<br />
Insektizide 248,278,317,326,<br />
389<br />
Insertion 286,335,409<br />
Intensivkühler 4f<br />
Interhalogene, Add. an Olefine<br />
291<br />
lod<br />
G 770<br />
R Add. an Olefine 291,298<br />
mit Organometallverbb.<br />
401<br />
als Schutzgruppe bei der<br />
aromatischen Subst. 357<br />
Inhibitor bei Radikalrkk. 194<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
Mod-alkane s. Alkyliodide<br />
p-Iod-anisol, U 410/V<br />
lodbenzen<br />
I Derivate 722<br />
U 410<br />
o-Iod-benzoesäure 435<br />
lodessigsäureethylester,<br />
D 253/V(L)<br />
lodierung von Aromaten 412/L<br />
lodid (Ion), Reaktivität in<br />
SN2-Rkk. 220<br />
l-Iod-naphthalen,U 406,410<br />
4-Iod-nitrobenzen, U 406<br />
2-Iod-octan s. 1-Methyl-heptyliodid<br />
lodoform 450<br />
Iodoformprobe 450/AAV(I),<br />
693<br />
2-Iod-pyridin-3-ol, U 404<br />
4-Iod-toluen, U 406<br />
lod-Verbindungen, hypervalente<br />
435,455/L<br />
lodwasserstoff 752<br />
G 752,770<br />
R Add. an Olefine 291<br />
Etherspaltung<br />
233/AAV(I), 720/1<br />
Reduktion mit 227<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
pKs-Wert 158<br />
Ionen, ambifunktionelle 222<br />
lonenaustauscherharze 752<br />
lonenpaare 221,224<br />
lonenpaarextraktion 224<br />
lonenprodukt des Wassers 157<br />
lonisierungsenergie 166<br />
IR s. Infrarot<br />
Isoborneol 665<br />
D 571/V<br />
Isobutan 312<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
Isobutanol s. Isobutylalkohol<br />
Isobuten 266,295,299,312/T,<br />
419/T<br />
R 419/T, 520/T<br />
U 307/L, 326,375<br />
Isobuttersäure<br />
D 438/T<br />
G 770<br />
I Derivate 715<br />
U 498,613<br />
Acidität 457<br />
Isobuttersäureester, Esterkondensation<br />
541 f<br />
Isobuttersäureethylester<br />
D 476/V<br />
U 546<br />
Isobuttersäurephenylester, U<br />
543/L<br />
Isobutylalkohol<br />
D 584/T<br />
G 770<br />
I Derivate 725<br />
Register 819<br />
Isobutylamin, Derivate 699<br />
Isobutylbromid<br />
D 229/V<br />
I Derivate 722<br />
U 609<br />
Isobutylchlorid, Derivate 722<br />
Isobutylidenmalonsäurediethylester,<br />
D 529/V<br />
Isobutyliodid, Derivate 722<br />
Isobutylmalonsäure<br />
D 490/V<br />
U 492<br />
Isobutylmalonsäurediethylester<br />
D 609/V<br />
U 490<br />
Isobutylmethylketon<br />
D 344/V, 491/V, 524/T<br />
U 547<br />
Isobutylölsynthese 584<br />
Isobutylvinylether, D 314/V<br />
Isobutyraldehyd 577/T<br />
D 438/T, 664/V<br />
I Derivate 706<br />
IR-Spektrum 708<br />
U 514,529,563<br />
Isobutyrylchlorid<br />
D 498/V<br />
U 553<br />
Isochinolin<br />
I Derivate 703<br />
R Methylierung 394<br />
Isocyanate 503/T, 505/T<br />
D 459,503/AAV, 618/L<br />
durch Curtius-Abbau<br />
671/AAV<br />
R Cycloadditionen 327<br />
mit Alkoholen 505<br />
mit Ammoniak,<br />
Aminen 505<br />
mit CH-Aciden 554<br />
mitEnaminen 616<br />
mit Wasser 505<br />
als Heterocumulene 327,553<br />
beim Hofmann-Abbau 669 f<br />
IR 93<br />
Isocyanide 222,256<br />
D 212,286<br />
I Geruch 685<br />
IR 93<br />
Isocanidprobe 694/AAV(I)<br />
Isocyansäure 505<br />
isoelektrischer Punkt 513<br />
Isoeugenol 307<br />
I Derivate 728<br />
Isoleucin, I 705<br />
Isomyrtanaol, D 309/V
820 Register<br />
Isoniazid 423/T, 482<br />
Isonicotinsäure 423/T<br />
D 422/V<br />
I Derivate 717<br />
Isonicotinsäureester, Hydrazinolyse<br />
482<br />
Isonicotinsäurehydrazid 423/T,<br />
482<br />
Isonitrile s. Isocyanide<br />
Isonitroalkane s. SalpetrigsäureesterIsonitrosomalonsäurediethylester<br />
D 635/V<br />
U 629,636<br />
Isonitrosoverbindungen 623<br />
Red. 629<br />
Isooctan 312/T<br />
Isoocten<br />
D 31 l/V, 312/T<br />
Isopentan, physikalische<br />
Konstanten 730<br />
Isopentylaikohol<br />
G 771<br />
I Derivate 726<br />
U 635<br />
Isopentylamin, Derivate 699<br />
Isopentylbromid, Derivate<br />
722<br />
Isopentylchlorid, Derivate<br />
722<br />
Isopentyliodid, Derivate 722<br />
Isopentylmethylketon, D 491/V<br />
Isopentylnitrit<br />
D 635/V<br />
G 771<br />
Isophthalaldehyd, D 237/V(L)<br />
Isophthalsäure 423/T<br />
I Derivate 717<br />
Isophytol 376/T<br />
Isopinocampheol, D 309/V<br />
Isopren 278/T, 517/T, 771/G<br />
Isopropylalkohol 298/T<br />
D 237/T,631<br />
G 771<br />
I Derivate 725<br />
!R-NMR-Spektrum 727<br />
IR-Spektrum 727<br />
U 375,476<br />
Isopropylamin, Derivate 699<br />
Isopropylbenzen s. Cumen<br />
4-Isopropyl-benzensulfochlorid<br />
D 365/V<br />
U 654<br />
Isopropylbromid<br />
D 228/V<br />
I Derivate 722<br />
U 246,375,612<br />
Isopropylchlorid<br />
D 293<br />
I Derivate 722<br />
U 375<br />
3-Isopropyl-2,6-dioxo-heptan-3carbonsäureethylester,<br />
D 601/V<br />
Isopropylidenaceton s.<br />
4-Methyl-pent-3-en-2-on<br />
Isopropylidencyanessigsäure,<br />
D 528/V<br />
Isopropylidenglucofuranose, U<br />
209/L<br />
Isopropylidenmalononitril,<br />
D 528/V<br />
Isopropylidenmalonsäurediethylester,<br />
U 565/V(L)<br />
Isopropyliodid<br />
D 231/V<br />
I Derivate 722<br />
U 255<br />
Isopropylmagnesiumchlorid, U<br />
559<br />
Isopropylmethylketon 710<br />
I Derivate 707<br />
Isopropylnitrit, D 255/V<br />
4-Isopropyl-thiophenol,<br />
D 654/V<br />
Isopropyltriphenylphosphoniumbromid,<br />
D 246/V<br />
Isopulegol s. p-Menth-8-en-3-ol<br />
Isosafrol 307<br />
isosbestischer Punkt 90<br />
Isothiocyanate<br />
D 249,503,504<br />
R mit Aminen 505<br />
mit CH-Aciden 554<br />
mitEnaminen 616<br />
als Heterocumulene 553<br />
IR 93<br />
Isotope, natürliche Häufigkeit<br />
114<br />
Isotopeneffekt 354<br />
Isotopenpeak bei MS 114f<br />
Isovaleriansäure, Derivate<br />
715<br />
Iwanow-Reagens 559,563<br />
Japp-Klingemann-Reaktion<br />
679<br />
Jenaer Geräteglas l<br />
Jojobaöl 480<br />
Kalium 753<br />
G 753,771<br />
Kalium-O-alkyl-dithiocarbonat<br />
283<br />
Kalium-tert-butanolat 270,400,<br />
610<br />
Kaliumcyanid s. auch Natriumcyanid<br />
G 753,771<br />
Kaliumdichromat, G 771<br />
Kaliumfluorid, G 771<br />
Kaliumhexacyanoferrat als<br />
Ox.-mittel 444<br />
Kaliumhydroxid, G 771<br />
Kaliumiodidlösung zur Probe<br />
auf Peroxide 207<br />
Kaliumorgan. Verbb. s. Organokaliumverbb.<br />
Kaliumpermanganat<br />
G 771<br />
als Ox.-mittel 420 ff, 436<br />
als Reagens bei DC 68<br />
zum Nachweis ungesättigter<br />
Verb. 689/AAV(I)<br />
zur Hydroxylierung von<br />
Olefinen 307<br />
zur Ox. von Alkylaromaten<br />
421/AAV(I), 732<br />
Kaliumpersulfat 323<br />
Kaliumrhodanid, U 250<br />
Kaliumsalze, Komplexierung<br />
mit Kronenethern 224<br />
Kaliumthiocyanat, U 250<br />
Kaliumxanthogenat 283<br />
Kältemittel 254/T<br />
Kaltwellpräparate 252/T<br />
Kapillarkolonne 74<br />
Katalysatoren, Katalyse 155 f<br />
elektrophile 378<br />
heterogene 156,275,340 ff<br />
homogene 334 ff<br />
Säure-Base- 156<br />
Katharometer 75<br />
Kationenaustauscherharze 367<br />
Kautschuk 517<br />
Alterung 206<br />
Kegelschliffverbindung 2<br />
Kegelventü 20<br />
Keimbildungsgeschwindigkeit<br />
38<br />
Kernhalogenierung von<br />
Aromaten 367<br />
Kernmagnetische Resonanzspektroskopie<br />
s. NMR-Spektroskopie
Kern-Overhauser-Effekt 106<br />
Kernschwingungen 85<br />
Kernspin 98 ff<br />
Ketale s. Acetale<br />
Keten 211R, 285,505/T<br />
D 263<br />
ausAceton 285<br />
R Cyclodimerisierung 327<br />
mit Enaminen 615<br />
mit Nucleophilen 505<br />
Ketenacetale 678<br />
Ketenaminale 678<br />
Ketendiethylacetal, D 281/V(L)<br />
Ketene 287/L, 505,618/L<br />
D durch Umlagerung 667<br />
R Cycloadditionen 327<br />
mit Nucleophilen 505<br />
Keto-Enol-Tautomerie 511,548,<br />
607,660<br />
Ketone<br />
D 445/T<br />
aus Aldehyden durch<br />
Umpolung 534f/V(L)<br />
aus Aminoalkoholen<br />
durch Tiffeneau-Rk. 665<br />
aus Aromaten durch<br />
Friedel-Crafts-Acylierung<br />
378ff,380/AAV<br />
nach HouBEN-HoESCH 382<br />
aus Carbonsäurederivaten<br />
und metallorgan. Verbb.<br />
56Of, 565<br />
aus Epoxiden mit Lewis-<br />
Säuren 306<br />
aus Ketonen mit Diazomethan<br />
650<br />
aus Ozoniden durch<br />
reduktive Spaltung 289,<br />
307<br />
durch Acyloinkondensation<br />
533<br />
durch Glycolspaltung 448<br />
durch Hydratation von<br />
Alkinen 297/AAV<br />
durch Hydrolyse<br />
von Azomethinen 468/B<br />
von Bisulfitverbb. 472,<br />
668/V<br />
von geminalen Dihalogeniden<br />
376<br />
durch katalytische Dehydrierung<br />
secundärer<br />
Alkohole 435<br />
durch Ketonspaltung von<br />
ß-Dicarbonylverbb. 490,<br />
491/AAV<br />
durch Ox. 454/L<br />
von Alkanen 418/B<br />
von secundären Alkoholen<br />
430ff,431/AAV<br />
nach OPPENAUER 567,<br />
572,575/V, 621/L<br />
von Verbb. mit aktiven<br />
Methylengruppen<br />
425/AAV<br />
durch Stille-Reaktion 407<br />
I 691,705<br />
Bestimmung, quantitative<br />
467/AAV<br />
DC 68,76<br />
Löslichkeit 687 f<br />
IR 93<br />
UV-VIS 88<br />
R Acetalbildung 468<br />
Add.<br />
an vinyloge Carbonylverbb.<br />
594<br />
von Blausäure 512<br />
Aldol-Rkk. 518,520/AAV<br />
tert-Alkylierung 606<br />
Esterkond.540ff<br />
Ethinylierung 516 ff/AAV<br />
Hydratisierung 468 ff<br />
Hydrierung 582,583/AAV<br />
Kettenverlängerung 650<br />
Knoevenagel-Rk. 527 ff<br />
Mannich-Rk. 531<br />
Meerwein-Ponndorf-Verley-Red.<br />
573/AAV<br />
mit Ameisensäureestern<br />
544<br />
mit Aminoverbb. 462 ff<br />
mit Diazomethan 667<br />
mit Grignard-Verbb. 560,<br />
562/AAV, 564<br />
mit komplexen Hydriden<br />
568ff,570/AAV<br />
mit Nucleophilen 458 ff<br />
oxidative Spaltung 449<br />
Red. 568,572,587<br />
reduktive Aminierung<br />
584/AAV<br />
Ketone, cyclische, Ringerweiterung<br />
650,667<br />
Ketone, a,ß-ungesättigte 324<br />
D aus a-Acetoxy-ketonen<br />
284/V(L)<br />
aus Mannich-Basen 282/V<br />
durch Aldol-Rk. 518,<br />
521/AAV<br />
Register 821<br />
durch Ox. secundärer<br />
Alkohole 431/AAV<br />
durch Wolff-Umlagerung<br />
von Diazoketonen 667<br />
Reaktivität 594<br />
Ketonenamine, R 600<br />
Ketonspaltung von ß-Dicarbonylverbindungen<br />
491/AAV,<br />
549<br />
ß-Ketosäuren s. ß-Oxo-carbonsäuren<br />
Kettenabbruchreaktionen 192<br />
Kettenfortpflanzungsreaktionen<br />
192<br />
Kettenlänge, kinetische 193<br />
Kettenstartreaktion 192<br />
Kettenträger 192<br />
Kettenverlängerung mit Diazomethan<br />
625,650<br />
Kieselgel<br />
als Adsorptionsmittel 64<br />
als stationäre Phase 66,72f,<br />
75<br />
als Trockenmittel 28<br />
Kieselgur als Trägermaterial bei<br />
GC 75<br />
KINDLER s. Willgerodt-Kindler-<br />
Reaktion<br />
Kinetik 150,152 ff, 184/L<br />
kinetische Kontrolle 154<br />
Knallgas 150<br />
Knoevenagel-Doebner-<br />
Reaktion 527<br />
Knoevenagel-Reaktion 429,<br />
508,524,527ff/AAV,602,<br />
618/L<br />
KNORR, Pyrrolsynthese nach 529<br />
KOFLER 79<br />
Kohlendioxid<br />
R als Heterocumulen 553<br />
mit Aromaten 390/AAV<br />
mit CH-Aciden 553<br />
mit Grignard-Verbb. 560,<br />
562/AAV<br />
mit lithiumorgan. Verbb.<br />
564<br />
festes 16<br />
Kennzeichnung der Druckgasflasche<br />
20<br />
Kohlenhydrate (s. auch<br />
Zucker) 303<br />
R Ox. 454/L<br />
als Adsorptionsmittel 64<br />
Kohlenmonoxid<br />
G 77!
822 Register<br />
R für Carbonylierungen 338,<br />
407<br />
IR 93<br />
Kennzeichnung der Druckgasflasche<br />
20<br />
Kohlenoxidsulfid 283<br />
Kohlensäurediethylester, U 563<br />
Kohlensäureester<br />
D 459,502<br />
R Pyrolyse 283<br />
Kohlensäureschnee s. Kohlendioxid<br />
(festes)<br />
Kohlenwasserstoffe<br />
D durch rad. Red. 209<br />
I 730 ff<br />
IR 92 ff<br />
Nachweis bei DC 68<br />
R Chlorierung !97 ff<br />
Dehydrierung 451,454/L<br />
als Lösungsmittel 36,155<br />
Bindungsdissoziationsenthalpien<br />
189<br />
Kennzeichnung von Druckgasflaschen<br />
20<br />
Kohlenwasserstoffe, aliphatische<br />
D aus Alkyliodiden 197<br />
aus Grignard-Verbb.<br />
und Halogenverbb. 559<br />
und wasserstoffaktiven<br />
Verbb. 559<br />
aus Organoboranen 308<br />
durch Cyclooligomerisierung<br />
338<br />
durch Polymerisation<br />
316 ff, 336<br />
durch Red.<br />
von Aldehyden und<br />
Ketonen<br />
nach CLEMMENSEN 590<br />
über Dithiolane 472,<br />
582<br />
über Hydrazone 579<br />
von Carbonsäuren nach<br />
KOLBE 190<br />
von C=C-Doppelbind.<br />
340ff,343/AAV<br />
von Chlormethylgruppen<br />
388<br />
I 730<br />
13 C-NMR 108<br />
MS 115<br />
physikal. Konstanten 730<br />
R Ammoxidation 419/T<br />
Chlorierung 202/T<br />
katalytische Dehydrierung<br />
451<br />
Ox. 207/AAV, 445/T<br />
Kohlenwasserstoffe,<br />
araliphatische<br />
D 373 f, 401 f, 403 ff, 408<br />
R Chlorierung<br />
photochemisch<br />
198/AAV<br />
mit Sulfurylchlorid<br />
200/AAV<br />
Photobromierung<br />
203/AAV<br />
Ox. 421/AAV<br />
Kohlenwasserstoffe,<br />
aromatische<br />
D durch katalytische<br />
Dehydrierung 451<br />
I 731<br />
Derivate 732<br />
Pikrate 731/AAV<br />
UV-VIS 89<br />
Kohlenwasserstoffe, ungesättigte<br />
s. Acetylene, Olefine<br />
Kohlenwasserstoffharze 312/T<br />
KOLBE 614<br />
Nitrilsynthese 212,256 f, 501<br />
Kolbe-Schmitt-Synthese 353,<br />
391<br />
Kolben 3,6 f, 3Of, 41 f, 5Of<br />
Kollodium s. Cellulosedinitrat<br />
Kolonne 50 ff<br />
Kolonnenkopf 51,124<br />
Kombinationsschwingungen im<br />
IR 91<br />
7r-Komplex 291,338<br />
Lactose 471,711/1<br />
LADENBURG 526<br />
Ladungs-Übertragungskomplex<br />
s. Chargetransfer-Komplex<br />
Lambert-Beer-Gesetz 84, 96<br />
Laminate 323/T<br />
Lassaigne-Probe 686/AAV(I)<br />
Latex 322/T<br />
Laurinsäure, Derivate 715<br />
Laurinsäureethylester, D 476/V<br />
Laurylalkohol<br />
D 590/V<br />
I Derivate 726<br />
Lävulinsäure, Derivate 715<br />
Lawessons Reagens 506/V<br />
LCAO 166<br />
LD s. letale Dosis<br />
LDA s. Lithiumdiisopropylamid<br />
Leinöl 493<br />
Lepra, Therapeutikum 505<br />
letale Dosis 764,765 ff<br />
Leucin 245/D(V), 705/1<br />
Leuckart-Wallach-Reaktion<br />
567,577f/AAV,621/L<br />
Lewis-Acidität von Lösungsmitteln<br />
220<br />
Lewis-Basen 147,159<br />
Lewis-Säuren 147,159<br />
als elektrophile Reagenzien<br />
291<br />
als Katalysatoren<br />
bei Diels-Alder-Rkk. 332<br />
bei SN-Rekk. 219<br />
LFE-Beziehung 151<br />
Licht, polarisiertes 77,82,174<br />
Lichtbrechung 77, 81<br />
Lichtpausung 646<br />
Lichtstabilisatoren für Kunststoffe<br />
382/T<br />
Liebig-Kühler 4,123<br />
Ligandenaddition, nucleophile<br />
335<br />
Lignin 441<br />
Ligroin, G 753<br />
Limonen, I 734<br />
Linalool 517<br />
Lindemann- Adams-Regei 108 f<br />
lineare Freie-Energie-<br />
Beziehung 151,163 ff<br />
Lindlar-Katalysator 341<br />
Linearkombination von Atomorbitalen<br />
s. LCAO<br />
Linolensäure 493<br />
Linolsäure 493<br />
Literatur 129 ff, 145/L<br />
Literaturrecherche 138 ff<br />
computergestützte 140 ff,<br />
146/L<br />
Lithium 746/U, 77IlG<br />
Lithiumalkyle, R 399 f, 402,456,<br />
564 f<br />
Lithiumaluminiumhydrid 568,<br />
753<br />
G 753,771<br />
R Reduktionen mit 568,<br />
570/AAV<br />
Lithiumcuprate 404,565<br />
Lithiumdiethylamid 534<br />
Lithiumdiisopropylamid (LDA)<br />
518,523,61Of<br />
lithiumorgan. Verbb. s. Organolithiumverbb.<br />
Löslichkeit, Bestimmung<br />
687/AAV(I)<br />
LOSSEN, Säureabbau 669,682/L<br />
Lösungsmittel 36 ff, 45,584,<br />
762/L<br />
Abdampfen 45 f<br />
Einfluß auf die Reaktivität<br />
154<br />
für Friedel-Crafts-Rkk. 380<br />
für Grignard-Rkk. 558<br />
für Heck-Rk. 410<br />
für katalytische<br />
Hydrierungen 342<br />
für Metallierungen 400<br />
für MS 113<br />
für Reduktionen mit komplexen<br />
Hydriden 569<br />
für UV-VIS 90<br />
polare, aprotonische 155,<br />
218 ff<br />
protonische 155,218 ff, 266<br />
Reinigung 741 ff, 762/L<br />
Trocknen 26,741 ff<br />
unpolare 155<br />
Lösungsmitteleffekte 154,184/L<br />
bei Eliminierungen 265<br />
bei SN-Reaktionen 218<br />
Lösungsmittel-Umlauftrockner<br />
26 f<br />
Luftbad 14,124<br />
Luftkühler 3,4,123<br />
Luftturbine 10<br />
Lukas-Reagens<br />
D 753/V<br />
U 692/AAV(I)<br />
LUMO 166,196<br />
Bedeutung bei Cycloadditionen<br />
324 f, 331<br />
Energien 166,289<br />
2,6-Lutidin, Derivate 703<br />
Lysin 514/D, 705/1<br />
a-o-Lyxose, I 713<br />
Register 823<br />
Magnesium<br />
G 771<br />
R mit Halogenverbb. 399 f,<br />
558,567<br />
Red. von Carbonylverbb.<br />
587<br />
Magnesiumdialkyle 558<br />
Magnesiumperchlorat als<br />
Trockenmittel 28<br />
magnesiumorgan. Verbb. s.<br />
Grignard-Verbb.<br />
Magnesiumsulfat als Trockenmittel<br />
25f,28<br />
Magnetfeld 98<br />
Magnetrührautoklav 18<br />
Magnetrührer 9,124,343,346<br />
MAK-Werte 764ff,775/L<br />
Maleinsäure 172f,306/T<br />
G 771<br />
I Derivate 716<br />
IR-Spektrum 718<br />
physikalische<br />
Konstanten 78,172<br />
R Bromierung 294<br />
U 344<br />
Maleinsäureanhydrid 447/T,<br />
480/T<br />
D 419,494<br />
G 771<br />
I IR-Spektrum 718<br />
R als Dienophil 330<br />
U 300,333,381/L<br />
Maleinsäurediethylester<br />
D 476/V<br />
U 319<br />
Maleinsäureester 317<br />
Malonaldehyd<br />
R 556<br />
pKs-Wert 510<br />
Malonaldehydtetraethylacetal,<br />
U 557<br />
Malononitril<br />
G 771<br />
U 429,529,548,555<br />
pKs-Wert 510<br />
Malonsäure 259/T, 527<br />
D 501/V(L)<br />
I Derivate 716<br />
R Decarboxylierung 285,<br />
490<br />
U 529
824 Register<br />
Malonsäurediethylester<br />
D aus Chloressigsäure 614/T<br />
U 319/L, 528 f,548,553,601,<br />
609, 614/L<br />
pKs-Wert 510<br />
Malonsäuredimethylester, U<br />
555<br />
Malonsäureester 544,548<br />
R Knoevenagel-Rk. 527<br />
mit Mesityloxid 599<br />
Malonsäureester, alkylierte<br />
612AT<br />
D 544,547,609/AAV<br />
R Hydrolyse 489/AAV<br />
Malonsäurehalbester für<br />
Knoevenagel-Rkk. 527<br />
Malonsäuremonoethylester,<br />
D 490/V(L)<br />
Malonsäuremonomethylester,<br />
D 490/V(L)<br />
Malonsäuren, substituierte<br />
D 489/AAV<br />
U Decarboxylierung 490,<br />
491/AAV<br />
ß-Maltose, I 713<br />
Mandelsäure<br />
D 501/V(L), 513,575<br />
I Derivate 716<br />
Mangan-Verbindungen, Ox. mit<br />
455/L<br />
Mannich-Basen 282<br />
für Michael-Additionen 599<br />
Mannich-Rk. 353,508,53Of,<br />
531/AAV, 619/L<br />
Mannit, Derivate 727<br />
Mannose 466,713/1<br />
Manometer 22 f<br />
Manostat 22,53<br />
Margarine 347<br />
Margarinsäureethylester,<br />
D 668/V<br />
MARKOVNIKOV, Regel von 293,<br />
317<br />
Martius-Gelb s. 2,4-Dinitronaphth-1-ol<br />
Masseneinheit, atomare 113<br />
Massenspektroskopie (MS)<br />
Massenspektrometer 112<br />
Massenspektrum 77,112 ff, 117<br />
Massenzahl 113 ff<br />
maximale Arbeitsplatzkonzentration<br />
s. MAK-Werte<br />
McLafferty-Umlagerung 116f<br />
McMurry-Kupplung 568,591,<br />
621/L<br />
MDA s. p,p'-Methylendianilin<br />
MDI s. p,p'-Methylenbis(phenylisocyanat)<br />
Mechanochemie 190<br />
Meerwein-Ponndorf-Verley-<br />
Reduktion 567,572 ff,<br />
573/AAV, 621/L<br />
M-Effekt s. Mesomerieeffekt<br />
Mehrfachbindungen, quantitative<br />
Bestimmung 345 f<br />
Mehrhalskolben 6f<br />
Melanine 442<br />
Membranpumpen 21<br />
p-Menthan, physikalische<br />
Konstanten 730<br />
p-Menth-2-en<br />
D 272,273,280/V, 283<br />
p-Menth-3-en<br />
D 273,283<br />
p-Menth-1 -en-3-on<br />
D 491/V<br />
U 583<br />
Menthol 283<br />
D 583/V, 574/V, 570/V<br />
I Derivate 726<br />
U 431,478,655<br />
Menthon<br />
D 431/V<br />
U 574,570<br />
p-Menth-3-yl-tosylat 273<br />
U 280<br />
Mercaptale s, Dithioacetale<br />
2-Mercapto-benzoesäure,<br />
IR-Spektrum 736<br />
2-Mercapto-benzimidazole,<br />
D 487<br />
2-Mercapto-benzthiazol 629/T<br />
2-Mercapto-butan, D 252/V<br />
l -Mercapto-2-phenyl-ethan,<br />
D 252/V<br />
Mercaptoverbindungen 252/T<br />
Mercurierung von Aromaten<br />
353<br />
Mesitylen 643<br />
D 519<br />
I Derivate 732<br />
U 370,387,423<br />
Mesitylmagnesiumbromid 542<br />
Mesityloxid s, 4-Methyl-pent-3en-2-on<br />
Mesomerie 161 ff<br />
Stabilisierung von Übergangszuständen<br />
216,354<br />
Mesoxalsäure 468<br />
Mesoxalsäurehydrat 468<br />
Meßzylinder 11,124<br />
Metallbad 15<br />
Metallblock zur Schmelztemp,bestimmung<br />
79<br />
Metallchelate von ß-Dicarbonylverbb.<br />
223<br />
Metallhalogenide, R mit Organometallverbb.<br />
403,559<br />
Metallhydride 209,566,568 ff<br />
Metallierung von<br />
Aromaten 353,399 ff<br />
Metallkomplexkatalyse 334 ff,<br />
351/L,405ff,408ff<br />
Metallspatel 124<br />
metallorganische Verbindungen<br />
s. Organometallverbindungen<br />
metastabile Ionen bei MS 117<br />
Metathese 340<br />
Methacrylonitril, D 419/T<br />
Methacrylsäure, D 419/T<br />
Methacrylsäureamid,<br />
D 276/V(L)<br />
Methacrylsäuremethylester<br />
277/T, 322/T, 419AT<br />
G 771<br />
U 598<br />
Methallylalkohol, U 411<br />
Methallylchlorid, D 299<br />
Methan 415<br />
R Chlorierung 202<br />
Ammox. 419/T<br />
PK5-Wert 158,510<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
Methanol 415<br />
D 584/T<br />
G 753,771<br />
I Derivate 725<br />
R Carbonylierung 338<br />
U 240,476,655<br />
als Lösungsmittel 64,90<br />
Azeotrop mit Tetrachlorkohlenstoff<br />
56<br />
Bindungsdissoziationsenergie,<br />
heterolytische 217<br />
pKs-Wert 158,510<br />
Trocknung 753<br />
Methanthiol<br />
G 771<br />
I Derivate 736<br />
U 597<br />
pKs-Wert 158<br />
Methionin<br />
D 514/T,515/V<br />
I 705<br />
Methodensammlungen 132<br />
Methoiodide, D 245/V(I), 702
Methotosylate, D 245/V(I), 702<br />
4-Methoxy-acetophenon<br />
D 381/V<br />
I Derivate 708<br />
U 427,450,580,532<br />
2-Methoxy-benzaldehyd,<br />
I Derivate 707<br />
U 467<br />
2-Methoxy-benzaldehydoxim,<br />
D 467<br />
Methoxybenzen s. Anisol<br />
4-Methoxy-benzensulfochlorid<br />
D 365/V<br />
U 655,657<br />
4-Methoxy-benzensulfonamid,<br />
D 657/V<br />
2-Methoxy-benzhydroximoylchlorid,<br />
D 201/V<br />
2-Methoxy-benzoesäure,<br />
Derivate 716<br />
4-Methoxy-benzoesäure<br />
D 239/V<br />
U 498<br />
4-Methoxy-benzoylchlorid,<br />
D 498/V<br />
4-Methoxy-benzylalkohol,<br />
D 576/V<br />
4-Methoxy-benzylchlorid<br />
D 388/V(L)<br />
U 250,257<br />
4-Methoxy-benzylcyanid<br />
D 257/V<br />
U 500<br />
2-Methoxy-benzylhalogenide,<br />
SN-Rkk. an 216<br />
4-Methoxy-benzylidenaceton,<br />
D 522/V<br />
4-Methoxy-benzylthiocyanat,<br />
D 250/V<br />
3-Methoxy-butanol 277/T<br />
3-Methoxy-butylacetat 277/T<br />
4-Methoxycarbonyl-l-methylpyridinium-iodid<br />
87<br />
Methoxychlor 389/T<br />
4-Methoxy-cinnamonitril,<br />
D 522/V<br />
Methoxygruppen, Bestimmung<br />
234<br />
5-Methoxy-indol-2-carbonsäureethylester,<br />
D 680/V<br />
Methoxylamin, U 401<br />
5-Methoxy-3-methyl-indol-2-carbonsäureethylester,<br />
D 680/V<br />
l(2)-Methoxy-naphthalen, U<br />
384<br />
2(4)-Methoxy-naphthalen-lcarbaldehyd,<br />
D 384/V<br />
4-Methoxy-2-nitro-anilin<br />
D 360/V(L)<br />
G 771<br />
4-Methoxy-phenylessigsäure,<br />
D 428/V,500/V<br />
4-Methoxy-phenylessigsäureethylester,D<br />
668/V<br />
3-(4-Methoxy-phenyl)glycidsäuremethylester,<br />
D 546/V<br />
3-Methoxy-phenylhydrazin<br />
483/U, 639/D<br />
4-Methoxy-phenylhydrazonocyanacetamid,<br />
D 645/V<br />
4-Methoxy-phenylhydrazonocyanessigsäureethylester,<br />
D 645/V<br />
3-(4-Methoxy-phenyl)oxiran-2carbonitril,D<br />
526/V<br />
4-Methoxy-phenylthioessigsäuremorpholid<br />
D 427/V<br />
U 428<br />
(2-Methoxy-phenyl)vinylether,<br />
D 314/V<br />
5-Methoxy-3-propyl-indol-2carbonsäureethylester,<br />
D 680/V<br />
4-Methoxy-stilben, D 537/V<br />
ß-Methoxy-styren, D 276/V<br />
5-Methoxy-2,3-tetramethylenindol,D<br />
680/V(L)<br />
4-Methoxy-thiobenzoesäuremorpholid,D<br />
427/V<br />
4-Methoxy-thiophenol, D 655(V<br />
4-Methoxy-zimtsäure, D 529/V<br />
4-Methoxy-zimtsäureamid,<br />
D 410/V<br />
4-Methyl-acetanilid, U 422<br />
a-Methyl-acetessigsäureethylester<br />
s. 2-Methyl-3-oxo-butansäureethylester<br />
4-Methyl-acetophenon<br />
D 381/V<br />
I Derivate 708<br />
U 427,581<br />
a-Methyl-alanin, D 515/V<br />
Methylalkohol s. Methanol<br />
N-Methylamido-bis-(N'-2,3dimethyl-anilido)formamidin<br />
502<br />
Methylamin 533<br />
G 771<br />
I Derivate 699<br />
U 315,464,532/L,585,595<br />
Register 825<br />
Bindungsdissoziationsenergie,<br />
heterolytische 217<br />
pKs-Wert 158<br />
Methylamine<br />
D 584/T<br />
IR<br />
92<br />
Methylaminhydrochlorid<br />
D 671/V<br />
U 633<br />
N-Methyl-aminoacetonitril,<br />
D 513/V(L)<br />
p-Methylamino-benzaldehyd,<br />
D 383<br />
ß-Methylamino-crotonsäureethylester,D<br />
464/V<br />
N-Methyl-aminofumarsäurediethylester,<br />
D 315/V<br />
N-Methyl-aminofumarsäuredimethylester,<br />
U 603<br />
2-Methylamino-l-phenyl-propan,<br />
D 585/V<br />
3-Methylamino-propiononitril,<br />
D 595/V<br />
3-Methylamino-propionsäureethylester,D<br />
595/V<br />
N-Methyl-anilin<br />
G 771<br />
I Derivate 699<br />
U 481<br />
Methylaromaten<br />
Bromierung 203/AAV,<br />
205/AAV<br />
Chlorierung 198/AAV,<br />
200/AAV<br />
Ox. 420ff,421/AAV,424/V<br />
4-Methyl-4-aza-heptandinitril,<br />
D 595/V<br />
4-Methyl-4-aza-heptandisäurediethylester<br />
D 595/V<br />
U 546<br />
4-Methyl-benzaldehyd<br />
D 424<br />
U 577<br />
Methylbenzo-1,4-chinon,<br />
Derivate 711<br />
4-Methyl-benzoesäure, U 499<br />
3-Methyl-benzo[e]indol-2-carbonsäureethylester,<br />
D 680/V<br />
3-Methyl-benzo[g]indol-2-carbonsäureethylester,<br />
D 680/V<br />
4-Methyl-benzonitril, D 642/V<br />
2-Methyl-benzoxazol, U 557<br />
2-Methyl-benzthiazol, U 557<br />
R Ox. 424
826 Register<br />
N-Methyl-benzthiazol-2-onhydrazon<br />
D 444/V(L)<br />
U 444f<br />
N'-(3-Methyl-benzthiazol-2yliden)-(3-methyl-l-phenylpyrazol-4,5-dion)-4-hydrazon,<br />
D 445/V<br />
(3-Methyl-benzthiazol-2-yliden)-naphtho-l,2-chinon-lmonohydrazon,<br />
D 445/V<br />
4-Methyl-benzylalkohol,<br />
D 577/V<br />
2-Methyl-benzylbromid<br />
D 204/V<br />
U 250<br />
4-Methyl-benzylbromid, U 250<br />
2-Methyl-benzylchlorid<br />
D 199/V<br />
U 250<br />
4-Methyl-benzylchlorid<br />
D 387/V<br />
U 250<br />
2-Methyl-benzylthiocyanat,<br />
D 250/V<br />
4-Methyl-benzylthiocyanat,<br />
D 250/V<br />
2-Methyl-l,l-bis(p-tolyl)propan-<br />
1,2-diol, U 664<br />
Methylbromid 204/T<br />
I Derivate 722<br />
^-chemische Verschiebung<br />
101<br />
MS 114<br />
U 246<br />
Bindungsdissoziationsenergie,<br />
heterolytische 217<br />
2-Methyl-butan-2-ol<br />
D 563/V<br />
G 771<br />
I Derivate 725<br />
R Wassereliminierung 269<br />
U 275<br />
3-Methyl-butan-l-thiol,<br />
Derivate 736<br />
2-Methyl-but-l-en 275/B<br />
D 269<br />
2-Methyl-but-2-en 299<br />
D 269,275/V<br />
R 310<br />
3-Methyl-but-l-en, D 275/B<br />
3-Methyl-but-3-en-2-on,<br />
D 275/V<br />
2-Methyl-but-3-in-2-ol 517/T,<br />
D 517/V<br />
Methyl-tert-butylether 233/T,<br />
298/T<br />
Methylcellulose 202/T, 241/T<br />
Methylchinazoline, Ox. 424<br />
2-Methylchinolin 596<br />
I Derivate 703<br />
R Ox. 424<br />
U 557<br />
4-Methyl-chinolin 596<br />
U 424/L<br />
Methylchinon/Methylhydrochinon,<br />
Elektrodenpotential 416<br />
Methylchlorid 202/T, 415<br />
D 229/T<br />
I Derivate 722<br />
^-chemische<br />
Verschiebung 101<br />
Bindungsdissoziationsenergie,<br />
heterolytische 217<br />
Methylcyclohexan 171<br />
D 345/V<br />
G 771<br />
I physikalische Konstanten<br />
730<br />
U 208<br />
2-Methyl-cyclohexan-1,3-dion,<br />
D 610/V<br />
2-Methyl-cyclohexanol<br />
D 345/V<br />
G 771<br />
U 431<br />
3 (4)-Methyl-cyclohexanol,<br />
Derivate 726<br />
2-Methyl-cyclohexan-l-on<br />
D 431/V<br />
enantioselektive Synthese<br />
611<br />
G 771<br />
I Derivate 708<br />
R 602,610<br />
3(4)-Methyl-cyclohexan-l-on,<br />
Derivate 708<br />
1-Methyl-cyclohex-l-en, D 284<br />
3-Methyl-cyclohex-2-enon, U<br />
565/V(L)<br />
l -Methyl-cyclohexy lacetat,<br />
Pyrolyse 284<br />
l -Methyl-cyclohexylhydroperoxid,D<br />
208/V<br />
Methylcyclopentenophenanthren<br />
452<br />
N-Methyl-dicyclohexylamin,<br />
D 578/V<br />
2-Methyl-2,3-dihydro-benzofuran<br />
679/B<br />
3-Methyl-4-dimethylaminobutan-2-on,<br />
D 532/V<br />
3-Methyl-2-(4-dimethylaminophenylazo)benzthiazoliumtetrafluorborat,<br />
D 445/V<br />
2-Methyl-3-dimethylamino-propiophenon,<br />
D 532/V<br />
3-Methyl-4-(2,4-dimethylphenylazo)-l-phenyl-J<br />
2 -<br />
pyrazol-5-on, D 645/V<br />
2,2-Methylen-bis-( l ,3-dioxocyclohexan)<br />
D 602/V<br />
U 581<br />
p,p'-Methylen-bis(phenylisocyanat),T<br />
388,503,505<br />
Methylenblau, D 443<br />
2-Methylen-bornan, D 540/V<br />
Methylencyclohexan, D 284,<br />
284/V(L), 539/V<br />
p,p'-Methylendianilin, D 388/T,<br />
503/T<br />
Methylendibromid, physikalische<br />
Konstanten 723<br />
Methylendichlorid 202/T, 415<br />
G 754,771<br />
I physikalische Konstanten<br />
723,754<br />
als Extraktionsmittel 61<br />
als Lösungsmittel 64,90<br />
Reinigung und<br />
Trocknung 754<br />
Methylendiiodid, physikalische<br />
Konstanten 723<br />
3,4-Methylendioxy-cinnamonitril,<br />
D 522/V<br />
Methylene 286,287/L<br />
Methylengruppen, aktivierte<br />
I durch DC 68<br />
R Ox. 425 ff<br />
Methylengruppen, nichtaktivierte,<br />
Ox. 418 ff<br />
Methylentriphenylphosphoran<br />
538<br />
Methylester, D 649/AAV<br />
Methylether<br />
D 649/AAV<br />
IR 92<br />
Methylfluorid<br />
^-chemische Verschiebung<br />
101<br />
heterolytische Bindungsdissoziationsenergie<br />
217<br />
N-Methyl-formamid, U 260<br />
N-Methyl-formanilid<br />
D 481/V
R für Vilsmeier-Synthese<br />
383<br />
5-Methyl-furfural, Derivate 706<br />
Methylglyoxal 577<br />
4-Methyl-heptan-3-on,<br />
D 611/V(L)<br />
4-Methyl-hept-6-en-2-on,<br />
D 679/V(L)<br />
1-Methyl-heptyliodid<br />
D 231/V<br />
U 255<br />
1-Methyl-heptylnitrit, D 255/V<br />
3-Methyl-hex-5-en-2-on,<br />
D 679/V(L)<br />
Methylhydrogensulfat 231<br />
Methylierung, erschöpfende 281<br />
N-Methyl-3,3'-iminobis(propionsäureethylester)<br />
s.<br />
4-Methyl-4-aza-heptandisäurediethylester<br />
Methyliodid<br />
D 231/V<br />
G 771<br />
I Derivate 722<br />
^-chemische<br />
Verschiebung 101<br />
U 240,246,247/L<br />
Bindungsdissoziationsenergie,<br />
heterolytische 217<br />
Reaktivität in SNRkk. 220<br />
Methylketone<br />
I durch DC 68<br />
U 449/AAV<br />
Methylmalonsäurediethylester,<br />
D 547/V<br />
Methyl-a-manno-furanosid 449<br />
Methyl-a-manno-pyranosid 448<br />
N-Methyl-morpholin<br />
I !H-NMR-Spektrum 703<br />
IR-Spektrum 703<br />
N-Methyl-morpholin-N-oxid<br />
307/L, 430,435<br />
l -Methyl-naphthalen<br />
I Derivate 732<br />
R Zweitsubstitution 355<br />
U 205/AAV<br />
2-Methyl-naphthalen<br />
I Derivate 732<br />
R Ox. 424<br />
U 205,370,424/L, 440<br />
2-Methyl-naphtho-l ,4-chinon,<br />
D 440/V<br />
Methyl-a-naphthylether,<br />
D 650/V<br />
Methyl-ß-naphthylether,<br />
D 238/V, 650/V<br />
Methyl-a-naphthyl-keton<br />
D 381/V<br />
U 427,450,674<br />
Methyl-ß-naphthyl-keton<br />
D 381/V(L)<br />
I Derivate 708<br />
U 427,450<br />
N-Methyl-N-nitroso-harnstoff<br />
647<br />
D 633/V<br />
U 647<br />
N-Methyl-N-nitroso-toluensulfonamid<br />
D 634/V(L)<br />
U 647/L,668<br />
10-Methyl-.d ^-octahydronaphthalen-2,5-dion,<br />
D 523/V(L)<br />
Methylorange, D 645/V<br />
5-Methyl-2-oxabicyclo[3.2.0]heptan-7-on,D<br />
328/V(L)<br />
3-Methyl-2-oxo-bernsteinsäurediethylester<br />
D 546/V<br />
U 547<br />
2-Methyl-3-oxo-butansäureethylester<br />
D 617/V(L)<br />
U 680<br />
2-Methyl-2-(3-oxo-butyl)cyclohexan-l,3-dion,<br />
U 523/L<br />
5-Methyl-3-oxo-hexansäureethylester,D<br />
547/V(L)<br />
2-Methyl-3-oxo-pentansäureethylester<br />
D 545/V<br />
U 491<br />
4-Methyl-3-oxo-pentansäureethylester,D<br />
551/V<br />
l -Methyl-4-oxo-piperidon-3-carbonsäureethylester<br />
D 546/V<br />
U 583<br />
2-Methyl-pentan-3-ol<br />
D 563/V<br />
durch Hydroborierung<br />
310<br />
U 431<br />
4-Methyl-pentan-2-ol<br />
D 524/T<br />
durch Hydroborierung<br />
310<br />
4-Methyl-pentan-2-on, U<br />
564/V(L)<br />
4-Methyl-pentansäure<br />
D 492/V<br />
Register 827<br />
U 613<br />
Z-4-Methyl-pent-2-en, Hydroborierung<br />
310<br />
4-Methyl-pent-3-en-2-ol,<br />
D 574/V(L)<br />
3-Methyl-pent-3-en-2-on,<br />
D 275/V<br />
4-Methyl-pent-3-en-2-on 524/T<br />
D 275/V, 519<br />
G 771<br />
I Derivate 707<br />
R 599<br />
U 344,471,574/L<br />
4-Methyl-pent-3-en-2-onethylenacetal,<br />
D 471/V<br />
3-Methyl-pent-l-in-3-ol 517<br />
D 517/V<br />
U 297<br />
Methylpentylether, D 240/V<br />
Methylpentylketon<br />
D 491/V<br />
G 771<br />
3-Methyl-2-(4-phenylaminophenylazo)benzthiazoliumtetrafluorborat<br />
445/V<br />
3-Methyl-l -phenyl-butan-2-ol,<br />
D 563/V<br />
Methylphenylether s. Anisol<br />
3-Methyl-3-phenyl-glycidsäuremethylester,<br />
D 546/V<br />
3-Methyl-3-phenyl-oxiran-2carbonitril,<br />
D 526/V<br />
2-Methyl-3-phenyl-propionaldehyd,D<br />
411/V(L)<br />
3-Methyl-1 -phenyl-pyrazol-5-on<br />
D 488<br />
R 556<br />
U 445,645<br />
Methylphosphonsäurediisopropylester,D<br />
247/V(L)<br />
Methylphosphonsäurefluoridcholinester<br />
248<br />
Methylphosphonsäurefluoridisopropylester<br />
248<br />
Methylphosphonsäurefluoridpinacolylester<br />
248<br />
N-Methyl-piperidin, D 578/V<br />
2-Methyl-propan-l,2-diol<br />
D 307/V(L)<br />
U 664<br />
2-Methyl-propan-2-ol s. tert-<br />
Butanol<br />
2-Methyl-propan-1 -thiol<br />
D 252/V<br />
I Derivate 736<br />
2-Methyl-propen s. Isobuten
828 Register<br />
lß(bzw. 3)-Methyl-6ß-propionyloxymethyl-2,7-dioxabicyclo[3.2.0]hept-3-en,<br />
D 328/V(L)<br />
Methylpropylketon<br />
D 491/V<br />
G 77!<br />
I Derivate 707<br />
Methylpyridine s. Picoline<br />
l -Methyl-pyrid-2-on,<br />
D 396/V(L)<br />
l -Methyl-pyrid-2-on-hydrazon<br />
444<br />
N-Methyl-pyrrolidon 347/T<br />
Methylradikal 197,415<br />
Methylrot, D 645/V<br />
5-Methyl-resorcinol,<br />
Derivate 728<br />
Methylschwefelsäure s. Methylhydrogensulfat<br />
4-Methyl-stilben, D 537/V<br />
a-Methyl-styren<br />
D 540/V<br />
I !H-NMR-Spektrum 734<br />
U 326<br />
Methylsulfat, saures 231<br />
Methyl(thien-2-yl)keton<br />
D 381/V(L)<br />
U 450<br />
3-Methylthio-butan-2-on-Omethylcarbamoyloxim<br />
468<br />
2(4)-Methyl-thiophenol,<br />
D 654/V<br />
ß-Methylthio-propionaldehyd<br />
D 597/V<br />
R 514/T<br />
4-Methyl-tolan, D 406/V<br />
Methyltosylat s. p-ToluensulfonsäuremethylesterN-Methyl-N-trimethylsilyl-formamid,<br />
D 260/V<br />
Methyltriphenyl-phosphoniumbromid<br />
D 246/V<br />
U 539 f<br />
Methyltriphenyl-phosphoniumiodid,D<br />
246/V<br />
6-Methyl-uracil, U 425(L)<br />
Methylvinylether, 13 C-NMR<br />
109<br />
Methylvinylketon 594<br />
D 282/V<br />
I Derivate 707<br />
R 602<br />
als Dienophil 330<br />
Dimerisierung 330<br />
Haloform-Rk. 449<br />
U 276/L, 596, 601,602/L<br />
4-Methyl-zimtsäureamid,<br />
D 410/V<br />
Metolachlor 488/T<br />
Metriol 577<br />
Michael-Addition 534 f, 598,<br />
600/AAV, 622/L<br />
Michaelis-Arbuzow-Reaktion<br />
246ff,247/AAV,536<br />
Michlers Keton 382<br />
G 771<br />
U 389,540<br />
Mikropräparationen 29 ff<br />
Mikroschmelztemperaturbestimmung<br />
79<br />
Milchsäure 577<br />
D 513,515/T<br />
I Derivate 715<br />
Milchsäureethylester, D 476/V<br />
Milchsäuregärung 577<br />
Milchzucker 471<br />
U 437<br />
Mischschmelztemperatur 77,80<br />
Mitsunobu-Reaktion 231, 261/L<br />
Mitteldruckflüssigchromatographie<br />
(MPLC) 74<br />
MO-Energien 166<br />
mobile Phase bei Chromatographie<br />
65 f<br />
Molekularität 152<br />
von Substitutions-Rkk. 213 ff<br />
Molekülionen bei MS 112 ff<br />
Molekülorbitale s. MO, HOMO,<br />
LUMO, SOMO<br />
Molekülschwingungen 85,90 ff<br />
Molgewicht, <strong>chemisches</strong> 114<br />
Molmasse bei MS 114f<br />
Best.durchMS 113<br />
MolpeakbeiMS 114ff<br />
Molrefraktion 82<br />
Molsiebe 26,754<br />
als Adsorptionsmittel 64,754<br />
als Trockenmittel 28,754<br />
Regenerierung 754<br />
Molybdatophosphorsäure 68<br />
Monochromator 83<br />
Monoimidomalonsäurediethylester<br />
D 501/V<br />
U 482<br />
Monomethinoxonole, D 556<br />
Monoperoxyphthalsäure 306<br />
zur Epoxydierung 302<br />
Monosaccharide<br />
I 712<br />
R mit Alkoholen 471<br />
Morpholin<br />
G 771<br />
I Derivate 699<br />
R Willgerodt-Kindler-Rk.<br />
427<br />
U 464<br />
Morpholinhydrochlorid, U 532<br />
4-Morpholino-butan-2-on,<br />
D 532/V<br />
1-Morpholinocyclohex-l-en<br />
D 464/V<br />
U 616,617/L<br />
2-Morpholino-cy ciohex-1-encarbanilid,D<br />
617/V(L)<br />
2-Morpholino-cyclohex-l-en-lthiocarbanilid,<br />
D 617/V(L)<br />
l -Morpholinocyclopent-1 -en<br />
D 464/V<br />
U 616<br />
Morpholin-N-oxid 435<br />
MPLC s. Mitteldruckflüssigchromatographie<br />
MS s. Massenspektroskopie<br />
MTBE s. Methyl-tert-butylether<br />
MUKAIYAMA<br />
Aldolkondensation 606<br />
Redoxkondensation 232<br />
Müller-Rochow-Synthese 260/T<br />
Myristinsäure, Derivate 715<br />
Myristinsäureethylester<br />
D 476/V<br />
U 590<br />
Myrtanol,D 309/V<br />
Nachbargruppenwirkung bei<br />
SN2-Rkk. 217<br />
NADH s. Nicotinsäureamid-<br />
Adenin-Dinucleotid, hydriert<br />
NADPH s. Nicotinsäureamid-<br />
Adenin-Dinucleotid, hydriert,<br />
phosphoryliert<br />
Naphthalen 347/T, 352<br />
G 771<br />
I Derivate 732<br />
UV-VIS 89<br />
R Friedel-Crafts-<br />
Acylierung 381<br />
Ox. 438ff,447/T<br />
Sulfonierung 154<br />
U 360,381,440<br />
Oxidationspotential 416<br />
Naphthalen-1 -carbaldehyd,<br />
Derivate 707
Naphthalen-2-carbaldehyd<br />
D 424/V(L)<br />
I Derivate 707<br />
Naphthalen-1 -sulfonsäure<br />
D 362<br />
I 737<br />
R Alkalischmelze 397<br />
Naphthalen-2-sulfonsäure<br />
D 362<br />
I Derivate 737<br />
U Alkalischmelze 397<br />
Naphtho-l,2-chinon<br />
D 442/V<br />
I Derivate 711<br />
13 C-NMR-Spektrum 712<br />
Naphtho-l,4-chinon, D 440/V<br />
a-Naphthoesäure<br />
D 450/V,563/V<br />
U 499,672<br />
ß-Naphthoesäure<br />
D 450/V<br />
I Derivate 716<br />
U 672<br />
Naphth-1-ol 347/T<br />
D 397,399/T<br />
G 772<br />
I Derivate 728<br />
U 650<br />
Naphth-2-ol<br />
D 397/V.399/T<br />
G 772<br />
I Derivate 729<br />
U 238,345,347/L, 392,445,<br />
645,650<br />
Naphthol-AS-Farbstoffe 392/T,<br />
646/T<br />
D 392/V<br />
Naphthole<br />
D 367/T,399/T<br />
R als Farbkuppler 443<br />
Naphtholgelb S s. 2,4-Dinitronaphth-1<br />
-ol-7-sulfonsäure<br />
ß-Naphtholorange<br />
D 645/V<br />
U 442<br />
Naphth-2-ol-1-sulfonsäure,<br />
D 365/L<br />
Naphth-6-ol-2-sulfonsäure,<br />
Derivate 737<br />
a-Naphthonitril, D 404/V(L)<br />
N aphth-1 -oyl-chlorid<br />
D 499/V<br />
U 652<br />
N-(Naphth-l-yl)acetamid,<br />
D 674/V<br />
Naphth-1-ylacetonitril<br />
D 257/V<br />
U 501<br />
3-(l-Naphthyl)-acrylamid,<br />
D 41OA/<br />
a-Naphthylamin<br />
D 628/V<br />
G 772<br />
I Derivate 699<br />
U 680<br />
ß-Naphthylamin<br />
G 772<br />
I Derivate 700<br />
U 597,680<br />
Naphth-1-ylessigsäure, D 428/V,<br />
501/V<br />
Naphth-2-ylessigsäure, D 428/V<br />
Naphth-1-ylessigsäureethylester,<br />
D 668/V<br />
Naphth-1-ylisocyanat, D 504/V,<br />
672/V<br />
Naphth-2-ylisocyanat, D 672/V<br />
Naphth-1 -y Imagnesiumbromid,<br />
U 563<br />
Naphth-1-ylmethylphosphonsäurediethylester,<br />
D 247/V<br />
Naphthylnatrium, Initiator für<br />
anionische Polymerisation<br />
312<br />
l-(l-Naphthyl)-2-phenylacetylen,D<br />
406/V<br />
l-(2-Naphthyl)-2-phenylacetylen,D<br />
406/V<br />
Naphth-1 -y Ithioessigsäuremorpholid<br />
D 427/V<br />
U 428<br />
Naphth-2-ylthioessigsäuremorpholid<br />
D 427/V<br />
U 428<br />
Naphth-1-ylurethane 727<br />
Natrium 754<br />
G 754,772<br />
als Trockenmittel 26,28<br />
Aufschluß mit 686/AAV(I)<br />
Suspensionen, D 544/V<br />
Vernichtung 754<br />
Natriumalkoholate<br />
D 754/V<br />
G 754<br />
Natrium-N-alkyl-dithiocarbamidat<br />
504<br />
Natrium-O-alkyl-dithiocarbonat<br />
504<br />
Register 829<br />
Natrium-Aluminium-Silicate,<br />
Trockenmittel 28<br />
Natriumamalgam<br />
D 754/V<br />
G 755<br />
Natriumamid<br />
G 755<br />
R Aminierungvon<br />
Pyridin 395<br />
Initiator für anionische<br />
Polymerisation 312<br />
Kond.-mittel bei Esterkond.<br />
542<br />
U 397<br />
Vernichten von Abfällen 755<br />
Natriumazid 673/U, 772/G<br />
Natriumborhydrid 568<br />
Red. mit 571/AAV<br />
Natriumchlorat, G 772<br />
Natriumcyanid 755<br />
G 755,772<br />
U Kolbe-Nitril-Synthese 256<br />
Strecker-Synthese 514<br />
Natriumcyanoborhydrid 572<br />
Natriumdichromat, G 772<br />
Natriumdithionit<br />
G 772<br />
als Red.-mittel 627<br />
Natriumhydrid 545<br />
D 755/V<br />
G 755,772<br />
Kond.-mittel bei Esterkond.<br />
542<br />
Natriumhydrogensulfid, R 248<br />
Natriumhydrogensulfitlösung,<br />
D 745/V<br />
Natriumhydroxid, G 772<br />
Natriumhypochlorit<br />
G 772<br />
Ox. mit 432/AAV<br />
Natriumhypoiodid, U 693<br />
Natriumnaphthalen-2-sulfonat,<br />
U 398<br />
Natriumnitroprussid s. Pentacyano-nitrosylferrat(III),<br />
Dinatriumsalz<br />
Natriumsulfat, Trockenmittel<br />
25,26,28<br />
Natriumsulfid<br />
G 772<br />
U 248<br />
R als Red.-mittel 627<br />
Natriumsulfit<br />
D 638/V
830 Register<br />
U Reduktion von Diazoniumsalzen<br />
zu Arylhydrazonen<br />
638/AAV<br />
Natronkalk, Trockenmittel 25,<br />
28<br />
Natronlauge, G 772<br />
NATTA 336<br />
Naturkautschuk 517<br />
N-CN-Indikator 704,755/D(V)<br />
Nebenreaktionen 153<br />
Nenitzescu-Reaktion 603<br />
Neomenthol,D 574/V,570/V<br />
Neopentylalkohol, Derivate 726<br />
Neopentylglycol 577/T<br />
Nernstscher Verteilungssatz 58<br />
Nerolin,D 238/V<br />
Netzmittel 367/T<br />
Newman-Projektion 170<br />
Nickel, Hydrierkatalysator 341,<br />
582<br />
Nickel-Komplexe<br />
Katalysatoren für Kreuzkupplungen<br />
405,407 f, 411<br />
R mit Arylhalogeniden und<br />
-sulfonaten 399,405<br />
Nicolsches Prisma 82<br />
Nicotinonitril s. Pyridin-3-carbonitril<br />
Nicotinsäure 423/T, 526<br />
D 420,422/V, 423/T, 447<br />
I Derivate 716<br />
R 487/T<br />
Nicotinsäureamid 418,423/T<br />
D 487/T, 501/V(L)<br />
Nicotinsäureamid-Adenin-<br />
Dinucleotid 579<br />
Niederdruckpolymerisation des<br />
Ethylens 336<br />
Nifedipin 603<br />
Nigrosine 444<br />
Ninydrin 68,468<br />
U mit Aminen 695<br />
m-Nitranilin<br />
G 772<br />
I Derivate 700<br />
U 642<br />
o-Nitranilin<br />
G 772<br />
I Derivate 700<br />
!R-NMR-Spektrum 702<br />
IR-Spektrurn 701<br />
U 642<br />
p-Nitranilin 164,361/T<br />
G 772<br />
I Derivate 700<br />
U 504,597,642,645<br />
Solvatochrornie 86<br />
Nitrene 286,287/L, 323<br />
Nitriersäure 359/D(V), 772/G<br />
Nitrierung<br />
vonAliphaten 188,208<br />
vonArornaten 352,358 ff,<br />
359/AAV, 361/1,412/L<br />
Nitrile 222, 388<br />
D 262/L,501<br />
aus Carbonsäurearniden<br />
481<br />
aus Diazoniurnsalzen<br />
(Sandmeyer) 640/AAV<br />
aus Sulfonsäuren 397<br />
durch Cyanethylierung<br />
594,604/V, 622/L<br />
durch Ox. von Kohlenwasserstoffen<br />
in Gegenwart<br />
von Ammoniak 419/T<br />
von aliphatischen, aus<br />
Alkylhalogeniden<br />
(KOLBE) 256 ff,<br />
256/AAV, 258/V(L)<br />
von 2,3-Epoxy-propannitrilen<br />
526/AAV<br />
I 693,718<br />
IR 93<br />
Löslichkeit 688<br />
R Add. von Nucleophilen<br />
499 ff<br />
Aldolreaktion 521<br />
Alkylierung 610<br />
Bouveault-Blanc-Red.<br />
589f/AAV<br />
Carbonyl-Rkk. 457<br />
Esterkond. 514,543 ff<br />
Hydrierung 258,341,567,<br />
582,583/AAV<br />
Hydrolyse 258,460,493,<br />
499/AAV, 693/1<br />
mit Alkoholen 460,501<br />
mit Grignard-Verbb. 561<br />
Red. mit komplexen<br />
Hydriden 569<br />
CH-acide, R mitCarbonylverbb.<br />
u. Schwefel 429<br />
a,ß-ungesättigte<br />
D durch Add. von Blausäure<br />
an Acetylen 298/T<br />
durch Esterpyrolyse 284<br />
durch Knoevenagel-<br />
Kond. 528/AAV<br />
R 605<br />
Add. von Aminen<br />
595/AAV<br />
Reaktivität 594<br />
Nitrilimine 324,329<br />
Nitrilotriessigsäure (NTA,<br />
Trilon A) 513<br />
Nitriloxide 324,329<br />
Nitrilylide 324<br />
Nitrite s. Salpetrigsäureester<br />
2(4)-Nitro-acetophenon,<br />
D 425/V(L), (T)<br />
3-Nitro-acetophenon<br />
D 360/V(L), 425/V(L)<br />
I Derivate 708<br />
U 574<br />
Nitroalkane 254 ff<br />
D 212,254/AAV, 255/V(L),<br />
255/V<br />
I 255,636<br />
Niroaniline s. Nitraniline<br />
2-Nitro-anisol 239/V, 772/G<br />
4-Nitro-anisol 361/T, 650/D(V)<br />
Nitroaromaten s. Nitroverbb.,<br />
aromatische<br />
2-Nitro-benzaldehyd<br />
D 424/V(L)<br />
I Derivate 707<br />
U 574<br />
3-Nitro-benzaldehyd<br />
D 360/V<br />
I Derivate 707<br />
U 467,471,529,574<br />
4-Nitro-benzaldehyd<br />
D 236/V, 424/V(L), 433/V,<br />
571/V(L)<br />
I Derivate 707<br />
U 574<br />
3-Nitro-benzaldehydethylenacetal<br />
D 471/V<br />
U 628<br />
3-Nitro-benzaldehydoxim,<br />
D 467<br />
Nitrobenzen<br />
D 360/V<br />
G 772<br />
R Hydroxylierung 396<br />
Methylierung 394<br />
Nitrierung 358<br />
Red. 627<br />
Zweitsubst. 355<br />
U 360,364,370,371,374,628<br />
als Dehydrierungsmittel 452,<br />
596<br />
lonisierungsenergie 168<br />
Siedetemp., Abhängigkeit<br />
vom Druck 40<br />
4-Nitro-benzendiazoniumion<br />
643
3-Nitro-benzensulfochlorid<br />
D 364/V<br />
U 657<br />
3-Nitro-benzensulfonamid,<br />
D 657/V<br />
3-Nitro-benzensulfonsäure,<br />
Derivate 737<br />
2-Nitro-benzoesäure<br />
D 422/V<br />
I Derivate 716<br />
3-Nitro-benzoesäure<br />
D 360/V(L)<br />
I Derivate 716<br />
U 499<br />
4-Nitro-benzoesäure 361/T,<br />
423/T<br />
D 420,422/V<br />
I Derivate 716<br />
U 499<br />
4-Nitro-benzoesäureester,<br />
D 480/AAV(I), 724<br />
3-Nitro-benzoesäuremethylester<br />
D 360/V<br />
U 360/L<br />
4-Nitro-benzonitril, D 642/V<br />
3-Nitro-benzophenon<br />
D 381/V(L)<br />
U 628<br />
4-Nitro-benzophenon, D 379<br />
3-Nitro-benzoylchlorid<br />
D 499/V<br />
U 381/L<br />
4-Nitro-benzoylchlorid<br />
D 499/L<br />
R bei der Friedel-Crafts-<br />
Acylierung 379<br />
U 480,571/L<br />
2(3)-Nitro-benzylalkohol,<br />
D 574/V<br />
4-Nitro-benzylalkohol<br />
D 574/V<br />
U 433<br />
4-Nitro-benzylbromid<br />
D 204/V<br />
I Derivate 722<br />
U 242/AAV(I)<br />
4-Nitro-benzylchlorid<br />
l Derivate 722<br />
U 242<br />
4-Nitro-benzylcyanid, D 360/V<br />
4-Nitro-benzylester,<br />
D 242/AAV(I)<br />
4-Nitro-benzylidendibromid<br />
D 204/V<br />
U 236<br />
4-Nitro-benzylidendichlorid,<br />
D 199/V<br />
Nitrocellulose 231<br />
6-Nitro-chinolin, D 597/V<br />
4-Nitro-chinolin-N-oxid,<br />
D 360/V(L)<br />
Nitrocyclohexan 208/T, 347/T<br />
4-Nitro-diphenylamin 361/T<br />
Nitroethan 208/T, 772/G<br />
Nitroglycerin s, Glyceroltrinitrat<br />
Nitroglycol s. Glycoldinitrat<br />
Nitrogruppe<br />
als heteroanaloge Carbonylgruppe<br />
623<br />
UV-VIS 88<br />
1-Nitro-hexan, D 255/V<br />
Nitrolack 231<br />
Nitrolsäuren 636<br />
D 625<br />
Nitromethan 208/T<br />
D 255/V<br />
G 772<br />
U 522<br />
als Lösungsmittel 155,220<br />
pKs-Wert 510<br />
l -Nitro-naphthalen<br />
D 360/V<br />
G 772<br />
R Zweitsubst. 355<br />
U 628<br />
N-(l-Nitro-naphth-2-yl)acetamid,<br />
D 360/L<br />
1-Nitro-octan, D 255/V<br />
2-Nitro-octan, D 255/V<br />
Nitropenta s. Pentaerythritoltetranitrat<br />
4-Nitro-phenetol 361/T<br />
D 240/V<br />
U 628<br />
2-Nitro-phenol 396<br />
D 360/V<br />
G 772<br />
I Derivate 729<br />
U zu Alkylethern 239,240/L<br />
3-Nitro-phenol, Derivate 728<br />
4-Nitro-phenol 361/T, 486<br />
D 360/V<br />
G 772<br />
I Derivate 729<br />
IR-Spektrum 729<br />
U 240,650<br />
Nitrophenole, Löslichkeit in<br />
Laugen 688<br />
! -(4-Nitro-phenylazo)naphth-2ol,<br />
D 645/V<br />
4-Nitro-phenylester 482<br />
Register 831<br />
l-(3-Nitro-phenyl)ethan-l-ol,<br />
D 574/V<br />
4-Nitro-phenylhydrazone 463<br />
4-Nitro-phenylisocyanat,<br />
D 504/V<br />
3-Nitro-phthalsäure<br />
D 360/V(L)<br />
I Derivate 716<br />
U 496<br />
3-Nitro-phthalsäureanhydrid<br />
D 496/V<br />
U 479(1)<br />
3-Nitro-phthalsäurehalbester,<br />
D 479/AAV(I), 725/1<br />
2-Nitro-propan<br />
D 255/V<br />
G 772<br />
Nitropropane 208/T<br />
Nitroprussidnatrium s. Pentacyano-nitrosylferrat(III),<br />
Dinatriumsalz<br />
4-Nitro-pyridin, D 360/V(L)<br />
4-Nitro-pyridin-N-oxid,<br />
D 360/V(L)<br />
Nitrosamide 630,633<br />
Nitrosamine 392<br />
D 630,633<br />
G 630<br />
nitrose Gase<br />
G 755,774<br />
Erste Hilfe 755, s. auch vorderer<br />
innerer Buchdeckel<br />
Nitrosierung<br />
radikalische 208<br />
vonAromaten 353<br />
Nitrosobenzen 627<br />
a-Nitroso-carbonylverbindungen,<br />
D 624<br />
Nitrosogruppe<br />
als heteroanaloge Carbonylgruppe<br />
623<br />
UV-VIS 88<br />
4-Nitroso-phenol 395<br />
Nitrosoverbindungen,<br />
aliphatische 208,623 ff<br />
D 635 f<br />
I 684,695,735<br />
R 658/L<br />
Hydrierung 341<br />
mit Grignard-Verbb. 561<br />
Red. 626 ff<br />
Nitrosoverbindungen,<br />
aromatische<br />
D durch Nitrosierung von<br />
Aromaten 392
832 Register<br />
durch Red. aromatischer<br />
Nitroverbb. 624 ff<br />
durch Umlagerung aromatischer<br />
N-Nitrosamine<br />
392<br />
w-Nitro-styren, D 522/V<br />
Nitrosylschwefelsäure, Diazotierungmit<br />
632 f/AAV<br />
4-Nitro-tolan, D 406/V<br />
2-Nitro-toluen<br />
D 360/V<br />
G 772<br />
U 422,628<br />
4-Nitro-toluen 361/T<br />
D 360/V<br />
G 772<br />
R Ox. 420<br />
U 199,204,360,370,422,628<br />
4-Nitro-veratrol, D 360<br />
Nitroverbindungen,<br />
aliphatische 222<br />
D 262/L<br />
durch Alkylierung von<br />
Alkalinitriten 222,<br />
254/AAV<br />
durch Nitrierung von Kohlenwasserstoffen<br />
208/T<br />
I 684 f, 695/A AV<br />
Löslichkeit in Laugen 688<br />
R Mannich-Rk. 531<br />
rad. Red. 209<br />
Nitroverbindungen, aromatische<br />
D aus Sulfonsäuren 359,<br />
366/V<br />
durch Nitrierung von Aromaten<br />
358 ff, 359/AAV,<br />
360/V(L), 690/AAV(I)<br />
I 685,695,735<br />
IR 93<br />
R 658/L<br />
nucleophile Substitution<br />
394ff,396/V<br />
Red. 624,626 ff, 627/AAV,<br />
629/T<br />
katalytische Hydrierung<br />
341,621/AAV<br />
mit komplexen Hydriden<br />
569<br />
Reaktivität bei Zweitsubstitution<br />
355,355<br />
3-Nitro-zimtsäure, D 529/V<br />
NMR-Spektroskopie 77,98 ff,<br />
126f/L,697ff<br />
NOE s. Kern-Overhauser-Effekt<br />
Nomenklaturrichtlinien 136<br />
Nonadecansäureethylester,<br />
D 668/V<br />
Nonan, physikalische<br />
Konstanten 730<br />
Nonanal, D 433/V<br />
Nonannitril<br />
D 258/V<br />
U 590<br />
Nonanol<br />
I Derivate 726<br />
U 433<br />
Nonansäure<br />
D 437/V, 446,581/V<br />
G 772<br />
Nonylamin,D 590/V<br />
Norbornan-2-ol, U 435<br />
Norbornan-2-endo-ol, D 302/V<br />
Norbornan-2-e;to-ol (ejco-Norborneol),<br />
D 309/V, 310<br />
Norbornen 272<br />
U 302,309,327/L<br />
R 310<br />
5-Norbornen-2-carbonsäure,<br />
D 333/V<br />
Norborneol, s. Norbornan-2-ol<br />
Norcampher, D 435/V<br />
Norcaradiene s. Bicyclo[4.1.0]heptadiene<br />
Norleucin 245/D(V), 705/1<br />
Nortricyclanol, U 432<br />
Nortricyclanon, D 432/V(L)<br />
Norvalin, D 245/V, 514/V<br />
Normalschwingungen 91<br />
Normschliff 2<br />
Novolake 388<br />
NTA s. Nitrilotriessigsäure<br />
nucleofuge Gruppen 147,264<br />
Nucleophile 147,159,167,219 ff<br />
ambifunktionelle 168,222 f<br />
harte u. weiche 220<br />
Nucleophiliel59,219ff<br />
Nutsche 33 f<br />
Nylon 6 s. Perlon<br />
Nylon 12 339,347<br />
Nylon 66 347/T, 488/T<br />
Oberschwingungen 91<br />
Obidoximchlorid 468<br />
Octacosan, Siedetemp., Abhängigkeit<br />
vom Druck 40<br />
Octa-2,6-dien 678<br />
Octafining 376<br />
l ,4,4a,5,8,8a,9a,10a-Octahydro-<br />
1,4;5,8-diethanoanthrachinon,<br />
D 333/V<br />
Octan, physikalische<br />
Konstanten 730<br />
Octanal, D 433/V<br />
Octan-1-öl<br />
D 309/V, 590/V<br />
U 433,437,478,655<br />
Octan-2-ol<br />
D 302/V, 563/V<br />
I Derivate 726<br />
Octan-2-on, D 297/V, 336/V<br />
(2S)-(+)-Octanthiol, D 232/L<br />
Octansäure, D 437/V, 492/V,<br />
581/V<br />
Octansäureethylester<br />
D 476/V<br />
U 590<br />
Octan-1-thiol, Derivate 736<br />
Octanzahl 312/T<br />
Oct-l-en<br />
D 268,279/V<br />
U 300,300,300,319,326,<br />
336,437<br />
Oct-l-in<br />
D 280/V<br />
U 297<br />
Octylbromid<br />
D 229/V<br />
I Derivate 722<br />
R Eliminierung von HBr<br />
268<br />
U 255,258,279<br />
Octylchlorid, Derivate 722<br />
Octylnitrit, D 255/V<br />
Oediger-Base 268<br />
Öldiffusionspumpe 22<br />
Öle 493<br />
pflanzliche 347/T<br />
trocknende 206,493<br />
Ölfarben 493<br />
Ölsäure<br />
I Derivate 715<br />
R Ox. 446/T<br />
Offenlegungsschriften 131<br />
Olefine<br />
D 227/B,287/L<br />
aus Schwefelsäureestern<br />
267<br />
aus Sulfonsäureestern<br />
267,219/AAV<br />
Bildung bei MS 115<br />
durch Cyclooligomerisierung<br />
338
durch Dehydratisierung<br />
von Alkoholen 263,<br />
273ff,275/AAV,276/T<br />
durch Dehydrierung von<br />
Alkanen 451 ff<br />
durch Diensynthese<br />
(Diels-Alder-Rk.) 324,<br />
330<br />
durch Eliminierung 263 ff<br />
von Alkoholen aus<br />
Ethern 273 ff<br />
von Halogenwasserstoffen<br />
aus Alkylhalogeniden<br />
277ff,278/T,<br />
279/AAV, 281/V(L)<br />
durch Hofmann-Eliminierung<br />
281 ff, 282/V(L)<br />
durch Horner-Wadsworth-<br />
Emmons-Rk 536/AAV<br />
durch McMurry-Kupplung<br />
591,621/L<br />
durch Pyrolyse<br />
von Acetaten 284<br />
von Xanthogenaten<br />
(CHUGAEV) 283 ff<br />
durch Wagner-Meerwein-<br />
Umlagerung 665<br />
durch Wittig-Rk. 537 ff,<br />
539/AAV<br />
I 689,733<br />
Derivate 733<br />
Epoxidierung 665/AAV<br />
IR 92<br />
MS 115<br />
Nachweis bei DC 68<br />
Ox. 689<br />
physikal. Konstanten 733<br />
UV-VIS 87<br />
R 347/L<br />
Add. 288 ff<br />
durch Metall- und<br />
Metallkomplexkatalyse<br />
334 ff<br />
radikalische 316 ff,<br />
318/AAV, 320<br />
von Benzonitriloxiden<br />
329 f<br />
von Brom 299/AAV<br />
von Carbenen 325<br />
von Halogenen 298 ff<br />
von Protonsäuren 295<br />
von unterhalogeniger<br />
Säure 237/T, 299<br />
Alkylierung von<br />
Aromaten 373<br />
Cyclooligomerisierung<br />
338<br />
Epoxidierung 302,<br />
303/AAV<br />
Hydratisierung 295 ff<br />
Hydrierung 35 l/L<br />
Hydroborierung<br />
309/AAV<br />
Kupplung mit Alkenylund<br />
Arylverbb. (Heck-<br />
Reaktion) 408 ff/A AV<br />
mit Metallkomplexen<br />
334 ff, 409<br />
Ox. 416 ff, 446<br />
zu Carbonsäuren<br />
436/AAV<br />
Oxymercurierung<br />
301/AAV<br />
Polymerisation 312/T<br />
anionische 312<br />
radikalische 321<br />
Red. mit komplexen<br />
Hydriden 569<br />
acceptorsubstituierte 290,<br />
592 ff<br />
R mitEnaminen 600,<br />
617<br />
Basizität 291<br />
donorsubstituierte 290,592<br />
Oleinsäure 307<br />
Oleum, G 755,772<br />
Oligoindamine 444<br />
Oligomere 323/T, 336<br />
Oligomerisierung 289,310 ff<br />
Omeprazol 487,654<br />
Oniumspaltung bei MS 116<br />
Oppenauer-Ox. 567,572 ff,<br />
575/V, 621/L<br />
optische Aktivität 82,174<br />
optische Spektroskopie 83<br />
Orbitale s. MO, HOMO,<br />
LUMO, SOMO<br />
Orbitalsymmetrie, Erhaltung<br />
325,348/L<br />
Organoalkalimetallverbb. 400,<br />
681/L<br />
Organoborane 308,320<br />
Organoboronsäuren und<br />
-säureester 403,406<br />
Organoborverbb. 308,320,403,<br />
406<br />
Organokaliumverbb. 400<br />
Organokupferverbb. 404 ff, 565,<br />
620/L<br />
Organolithiumverbb. 399 ff, 403,<br />
564, 620/L<br />
Register 833<br />
Organomagnesiumverbb. s.<br />
Grignard-Verbb.<br />
Organometallverbindungen<br />
319 f, 399 ff, 403 ff, 557 ff,<br />
620/L<br />
Organophosphorverbindungen<br />
246 ff, 248AT, 403,536 ff<br />
Organoquecksilberhydride 320<br />
Organoquecksilberverbb.,<br />
D 320<br />
Organozinkverbindungen 327,<br />
566<br />
Organozinnverbindungen 209,<br />
319,403,407<br />
Orion s. Polyacrylonitril<br />
Ornithin, D 584/V(L), 601/V(L)<br />
ORTEP-Darstellung 120<br />
Orthoameisensäuretrialkylester,<br />
R 555<br />
Orthoameisensäuretriethylester<br />
469<br />
D 502<br />
U 547,557,610/L<br />
Orthocarbonsäureester 678<br />
D 502,618/L<br />
R 547<br />
Orthoester-Kondensation<br />
547/AAV<br />
Osazone,D 466/AAV(I)<br />
Osmiumtetroxid<br />
G 772<br />
zur Hydroxylierung von<br />
Olefinen 307/V(L)<br />
Östrogen 517<br />
Oxaborolidin 572<br />
Oxa-Cope-Umlagerung 678<br />
Oxacyclobutane s. Oxetane<br />
Oxalsäure<br />
G 772<br />
I Derivate 716<br />
R Veresterung 474<br />
Oxalsäurediethylester<br />
D 476/V<br />
G 772<br />
U 546<br />
Oxalsäuredimethylester, Hydrolyse<br />
489<br />
Oxalyldichlorid 496<br />
G 772<br />
U 498/AAV<br />
zur Carbonsäurechloridsynthese<br />
496<br />
Oxaphosphetane 538<br />
Oxazole 329<br />
D 329/AAV,487<br />
R 333
834 Register<br />
J 2 -l,2-Oxazoline,D 289,<br />
329/AAV<br />
1,3-Oxazoline 183<br />
Oxetane 323<br />
Oxidationen 147,195,415 ff,<br />
453/L<br />
biochemische 438<br />
enzymatische 418<br />
mit molekularem Sauerstoff<br />
206ff,210/L<br />
nach Oppenauer 572 ff,<br />
575/V, 621/L<br />
von Thiolen und Sulfiden<br />
653 f<br />
Oxidationspotentiale 416 f<br />
Oxidationszahlen 415<br />
oxidative Addition 337,399,<br />
405,409,416<br />
oxidative Dehydrierung 436<br />
oxidative Kupplung 442,<br />
444/AAV<br />
Oxidkatalysatoren 341<br />
Oxidwachs 15<br />
Oxime 458,463<br />
D 467,617/L<br />
I Löslichkeit 687 f<br />
IR 93<br />
R Beckmann-Umlagerung<br />
674<br />
Chlorierung 199<br />
Red. 629<br />
U Hydrierung 582f/AAV<br />
Oximtitration 467/AAV(I), 706<br />
Oxirancarbonitrile, D 526/AAV<br />
Oxirane 302<br />
a-Oxo-aldehyde, D 425<br />
ß-Oxo-aldehyde 544<br />
Oxoalkohole, IR 92<br />
Oxobernsteinsäurediethylester<br />
D 543,546/V<br />
R 543<br />
U 547,608<br />
2-Oxo-butyraldehyd, D 425<br />
ß-Oxo-carbonsäureamide,<br />
Kupplung mit Diazoniumsalzen<br />
643<br />
ß-Oxo-carbonsäureanilide<br />
443/T<br />
a-Oxo-carbonsäureester,<br />
enzymat. Red. 579<br />
ß-Oxo-carbonsäureester<br />
D 540,543<br />
R Acylierung 552<br />
Alkylierung 608<br />
Amidbildung 549<br />
Enolisierung 548,607<br />
enzymat. Red. 579<br />
Kupplung mit Diazoniumsalzen<br />
643<br />
Reduktion 590<br />
Verseifung 490<br />
U Ketonspaltung 491/AAV<br />
ß-Oxo-carbonsäureester, alicyclische,D<br />
544<br />
y-Oxo-carbonsäureester, D 535<br />
Oxocarbonsäuren, aromatische,<br />
D 379<br />
a-Oxo-carbonsäuren<br />
D 515<br />
R Reduktion 590<br />
ß-Oxo-carbonsäuren 470<br />
D 490/B<br />
R Decarboxylierung 284,<br />
490<br />
y-Oxo-carbonsäuren, Reduktion<br />
590<br />
ß-Oxo-carbonsäurenitrile,<br />
D 541<br />
2-Oxo-cyclohexan-l-carbonsäureethylester<br />
D 544,547/V<br />
U 601<br />
(2-Oxo-cyclohex-l -yl)essigsäureethylester<br />
617/B<br />
(2-Oxo-cyclohex-l -yl)glyoxylsäureethylester,<br />
U 547<br />
3-(2-Oxo-cyclohex-l-yl)propiononitril,<br />
D 602/V(L)<br />
3-(2-Oxo-cyclohex-l-yl)propiononitril-p-toluensulfonylhydrazon,<br />
U 581/V(L)<br />
2-Oxo-cyclopentan-l-carbonsäureethylester,<br />
D 546/V<br />
3,3',3",3'"-(l-Oxo-cyclopentan-<br />
2,2,5,5-tetrayl)tetrapropiononitril,D<br />
601/V<br />
7-Oxo-decansäure<br />
D 551/V<br />
U 581<br />
5-Oxo-2,3-diphenyl-hexannitril,<br />
D 601/V<br />
2-Oxo-gulonsäure 438,480<br />
6-Oxo-heptansäure<br />
D 551/V<br />
U 581<br />
3-Oxo-hexansäureethylester,<br />
D 551/V<br />
4-Oxo-nitrile, D 535<br />
Oxonole, UV-VIS 88<br />
6(7)-Oxo-nonansäure<br />
D 551/V<br />
U 581<br />
3-Oxo-2J 4 ' 10 -octahydronaphthalen-9-carbonsäureethylester,<br />
D 522/V(L)<br />
6(7)-Oxo-octansäure<br />
D 551/V<br />
U 581<br />
2-Oxo-1 -(3-oxo-butyl)cyclohexan-1-carbonsäureethylester<br />
D 601/V<br />
U 522/L<br />
Oxophenylacetaldehyd s.<br />
Phenylglyoxal<br />
2-Oxo-3-phenyl-bernsteinsäurediethylester<br />
D 546/V<br />
U 547<br />
3-Oxo-2-phenyl-butannitril<br />
D 546/V<br />
U 491/L<br />
3-Oxo-2-phenylcarbamoylbutansäureethylester,<br />
D 555/V<br />
2-Oxo-6-phenyl-cyclohex-3-en-<br />
1 -carbonsäureethy lester,<br />
D 601/V<br />
Oxophenylessigsäure s. Phenylglyoxylsäure3-Oxo-2-phenylhydrazonobuttersäureethylester,<br />
D 645/V<br />
4-Oxo-4-(pyrid-3-yl)butyronitril,<br />
D 602/V(L)<br />
Oxosäuren s. Oxocarbonsäuren<br />
Oxosynthese 289,338<br />
5-Oxo-valeronitril, R 514<br />
l,r-(Oxydimethylen)-bis(4-formylpyridiniumchlorid)dioxim<br />
468<br />
Oxymercurierung 288,301 f,<br />
301/AAV, 348/L<br />
Ozon 329,772/G<br />
Ozonide, reduktive Spaltung<br />
307<br />
Ozonierung 289,307,349/L, 416<br />
Palladium als Hydrierkatalysator<br />
34Of, 582<br />
Palladium(II)-Salze 335,405 ff,<br />
409<br />
Palladium-Komplexe<br />
als Katalysatoren 335,405 ff,<br />
409ff,414/L<br />
R mit Halogeniden und Sulfonaten<br />
399,405 ff
Palladium-Tierkohle, D 756/V<br />
Palmitinsäure 493<br />
I Derivate 715<br />
Pantolacton 487,524/T<br />
Pantothensäure 487<br />
Papierchromatographie 65<br />
von Aminosäuren 704/V<br />
Paracetamol 487<br />
Paraffine s. Kohlenwasserstoffe,<br />
aliphatische<br />
Paraffinöl im Heizbad 78<br />
Paraffinwachse als stationäre<br />
Phase bei GC 76<br />
Paraformaldehyd, U 563/L<br />
Paraldehyd 741<br />
G 773<br />
R Crotonaldehydbildung<br />
596<br />
Depolymerisation 741<br />
U Bromierung 614/L<br />
Paraldol 522<br />
Parallelreaktionen 153<br />
Pararot,D 645/V<br />
Paraquat 245<br />
Parasympatikolytika 468<br />
Parathion s. Diethyl-(4-nitrophenyl)thionphosphat<br />
PAN s. Polyacrylonitril<br />
PAS s. 4-Amino-salicylsäure<br />
Pasteur-Pipette 29<br />
Patentdatenbanken 140<br />
Patentklassifikation 130<br />
Patentschriften 129,13Of<br />
Paterno-Büchi-Reaktion 328<br />
Peak 73f,76<br />
Pelargonsäure, D 581/V<br />
Penicilline 486<br />
Pentaacetylglucose, D 478/V<br />
Aminolyse 484<br />
Pentabromtoluen 372/T<br />
Pentachlorethan, physikalische<br />
Konstanten 723<br />
Pentacyano-nitrosylferrat(III)-<br />
Dinatriumsalz (Natriumnitroprussid)<br />
68,686,697<br />
Penta-l,3-dien 282/B<br />
I UV-VIS 86<br />
Pentaerythritol (Pentaerythrit)<br />
298/T,518,577/T<br />
D 524/T, 575,577/V(L)<br />
I Derivate 727<br />
Pentaerythritoltetranitrat 232/T,<br />
577/T<br />
Pentamethincyanine,<br />
D 557/AAV<br />
Pentamethylentetrazol,<br />
D 674/V(L)<br />
Pentan<br />
G 756,773<br />
I physikalische Konstanten<br />
730,756<br />
13 C-NMR 108<br />
R Chlorierung 202/T<br />
als Lösungsmittel 64<br />
Azeotrop mit Wasser 756<br />
Reinigung 756/V<br />
Pentan-l,5-diamin, Derivate<br />
699<br />
Pentan-2,4-dion s. Acetylaceton<br />
Pentan-1-öl<br />
G 773<br />
I Derivate 726<br />
U 231/L, 240,655<br />
Pentan-2-ol<br />
D 563/V<br />
I Derivate 726<br />
U 275<br />
Pentan-3-ol, Derivate 726<br />
tert-Pentanol s. 2-Methyl-butan-<br />
2-ol<br />
Pentanole, D 202/T, 237/T<br />
Pentan-2-on s. Methylpropylketon<br />
Pentan-3-on s. Diethylketon<br />
Pentan-3-on-diallylacetal, U<br />
679/L<br />
Pentan-1-thiol, Derivate 736<br />
Pent-1-en 296<br />
I IR 275<br />
Pent-2-en 296<br />
D 275/V<br />
I physikalische Konstanten<br />
733<br />
IR 275<br />
Pent-l-en-4-in 299<br />
Pentetrazol, D 674/V(L)<br />
Pent-1-in, physikalische Konstanten<br />
733<br />
tert-Pentylalkohol s. 2-Methylbutan-2-ol<br />
Pentylamin<br />
D 674/V<br />
I Derivate 699<br />
Pentylbromid<br />
D 229/V<br />
I Derivate 722<br />
U 258,609<br />
tert-Pentylbromid, Derivate 722<br />
Pentylchlorid 202/T, 337<br />
D 231/V(L)<br />
G 773<br />
Register 835<br />
I Derivate 722<br />
U 258<br />
tert-Pentylchlorid, Derivate 722<br />
Pentylester 202/T<br />
tert-Pentylhydroperoxid 304/T<br />
Pentyliodid, Derivate 722<br />
tert-Pentyliodid, Derivate 722<br />
Pentyllithium 337<br />
Pentylmalonsäure<br />
D 490/V<br />
U 492<br />
Pentylmalonsäurediethylester<br />
D 609/V<br />
U 490<br />
Peptide<br />
D 485<br />
I Bestimmung endständiger<br />
Aminosäuren 395<br />
Perameisensäure<br />
zur Epoxydierung 302<br />
Perbenzoesäure 306<br />
D 494/V<br />
U 676<br />
zur Epoxydierung 302<br />
Perbunan 322/T<br />
Perchlorsäure 756<br />
G 756,773<br />
Peressigsäure 438/T<br />
G 773<br />
zur Epoxydierung 302<br />
Perfluorolefine 317<br />
Perforation 61 f<br />
Perforator 62<br />
Perhydroacenaphthen 347/T<br />
Periodsäure als Oxidationsmittel<br />
448,455/L<br />
pericylische Reaktionen 148<br />
periplanar 271<br />
Perkin-Reaktion 508,524, 527,<br />
618/L<br />
Perlon 488/T<br />
Perlpolymerisate 323<br />
Permanganat s. Kaliumpermanganat<br />
Peroxide 206,318<br />
cyclische 323<br />
Entsorgung 122<br />
Peroxideffekt 318<br />
Peroxygenierung 188,206 ff<br />
PeroxyVerbindungen 206,323,<br />
676<br />
Persistenz 192<br />
Perwolframsäure zur Epoxydierung<br />
302<br />
Pethidin 6!2/T
836 Register<br />
Petrolether<br />
G 757<br />
als Lösungsmittel 64<br />
Reinigung 757<br />
PFT s. Puls-Fourier-Transform-<br />
Technik<br />
Pflanzenöle 493<br />
Pflanzenschutzmittel 202,241,<br />
245, 248,278, 389,419, 502,<br />
507,658<br />
Pharmazeutica s. Arzneimittel<br />
Phase bei Chromatographie<br />
mobile 65 ff, 70 ff<br />
stationäre 65 ff, 70 ff<br />
Phasentransferkatalysatoren<br />
241, 277,28IlL<br />
Phasentransferkatalyse 156,<br />
224ff,234,239/L,241,253,<br />
261/L, 288/L, 307/L, 326/L,<br />
421/AAV, 436/AAV, 446,<br />
523/L, 526,536,611/AAV<br />
Phenacetylchlorid<br />
D 498/V<br />
U 553,652<br />
Phenacetylmalonsäurediethylester,D<br />
553/V<br />
Phenacylbromid<br />
D 614/V<br />
I Derivate 708<br />
U 242/AAV(I)<br />
Phenacylbromide<br />
D 613/AAV<br />
U 242/AAV(I)<br />
Phenacylchlorid<br />
I Derivate 708<br />
Rk.-geschwindigkeit bei<br />
SN-Rkk. 217<br />
Phenacylester<br />
D 216, 242/AAV(I)<br />
Phenacylphosphoniumsalze 538<br />
Phenanthren<br />
I Derivate 732<br />
U 438<br />
Oxidationspotential 416<br />
Phenanthren-9-carbonitril,<br />
D 404/V(L)<br />
Phenanthrenchinon<br />
D 440/V<br />
I Derivate 711<br />
Phenanthridon, D 674/V<br />
Phenazon 487/T<br />
/n-Phenetidin, Derivate 699<br />
o-Phenetidin, Derivate 699<br />
p-Phenetidin<br />
G 773<br />
I Derivate 699<br />
!H-NMR-Spektrum 701<br />
U 373,680<br />
Phenetol<br />
D 240/V<br />
U 384<br />
Phenethylamin s. Phenylethylamin<br />
Phenobarbital 487/T<br />
Phenol 347/T, 377/T<br />
D 367/T, 372/T, 394, 637/V,<br />
676/L<br />
aus a,a-Dimethyl-benzylhydroperoxid<br />
206<br />
G 773<br />
I Derivate 728<br />
^-chemische Verschiebung<br />
101<br />
IR-Spektrum 729<br />
R mit Formaldehyd 388/T,<br />
462<br />
Zweitsubstitution 355<br />
U 238,240,314,360,366,<br />
370,373,392,477<br />
als Lösungsmittel 222<br />
PK5-Wert 158,510<br />
Phenolat<br />
R mit Allylbromid 222<br />
Koeffizienten im HOMO 169<br />
Phenolcarbonsäuren,<br />
D 391/AAV<br />
Phenole<br />
D aus Arylmetallverbb. 401,<br />
403<br />
durch Alkalischmelze aromatischer<br />
Sulfonsäuren<br />
367,398/T<br />
durch Hydrolyse von<br />
Halogenaromaten<br />
372/T, 394,397<br />
durch Umlagerung von<br />
Aralkylhydroperoxiden<br />
(HOCK) 206/T, 676/V(L)<br />
durch Verkochen von Diazoniumsalzlösungen<br />
625,<br />
636ff,637/AAV<br />
I Derivate 727 f<br />
Färbung mit Eisen(III)chlorid<br />
548,692/V<br />
Geruch 685<br />
IR 92<br />
Löslichkeit 688<br />
Nachweisrkk. 691 f/V<br />
Nachweis bei DC 68<br />
R Add. an vinyloge Carbonylverbb.<br />
594<br />
nucleophile, an Acetylen<br />
313<br />
Aminomethylierung 386<br />
Arylierung 411<br />
Gattermann-Synthese 382<br />
lodierung 368<br />
mit Grignard-Verbb. 559<br />
Nitrierung 359<br />
Nitrosierung 392<br />
Rhodanierung 372<br />
Trimethylsilylierung<br />
259/AAV<br />
Veretherung 238/V, 625<br />
Vilsmeier-Synthese 383<br />
U Bromierung 370/1<br />
Carboxylierung 391/AAV<br />
Methylierung mit Diazomethan<br />
649/AAV<br />
Veretherung mit Dimethylsulfat<br />
239/AAV<br />
unter Phasentransferkatalyse<br />
239/V(L)<br />
Phenolester, Umlagerung 379<br />
Phenolether<br />
D 238/AAV, 239/AAV, 625,<br />
649/AAV<br />
I Geruch 685<br />
R Etherspaltung 233 ff,<br />
233/AAV(I)<br />
Gattermann-Synthese 382<br />
Vilsmeier-Synthese 383<br />
Phenolethercarbonsäuren,<br />
D 239/AAV<br />
Phenol-Formaldehyd-Harze<br />
388/T<br />
Phenothiazin 452/T<br />
D 453/V<br />
Phenoxyessigsäure<br />
D 241<br />
I Derivate 716<br />
Phenylacetaldehyd<br />
D 664/V<br />
I Derivate 706<br />
Phenylacetaldehyddimethylacetal,<br />
472<br />
U 276,345<br />
Phenylacetamid, U 671<br />
4-Phenyl-acetessigsäureethylester,D<br />
550/V<br />
4-Phenyl-acetessigsäuremethylester,<br />
D 550/V<br />
Phenylaceton<br />
D 399/V(L), 491/V(L)<br />
I Derivate 708<br />
R 579<br />
U 585,532
4-Phenyl-acetophenon<br />
D 380/V<br />
U 614<br />
Phenylacetylen<br />
D 280/V<br />
I IR-Spektrum 734<br />
physikalische Konstanten<br />
733<br />
U 300,329,406<br />
Phenylalanin, I 705<br />
N-Phenyl-aminofumarsäuredimethylester,<br />
U 603<br />
l-Phenylazo-naphth-2-ol 645/V<br />
l -Phenyl-buta-1,3-dien,<br />
D 540/V<br />
2-Phenyl-buta-l,3-dien, [4+2]-<br />
Cycloadditionen 331<br />
2-Phenyl-butan s. sec-Butylbenzen<br />
4-Phenyl-butan-2-ol, D 583/V<br />
4-Phenyl-butan-2-on, D 344/V,<br />
491/V<br />
l-Phenyl-but-3-en-2-carbonitril,<br />
D 612/V<br />
4-Phenyl-but-3-en-2-ol,<br />
D 574/V,570/V<br />
2-Phenyl-but-3-in-2-ol, D 517/V<br />
y-Phenyl-buttersäure<br />
D 581/V<br />
U 381/L<br />
a-Phenyl-butyronitril, D,U<br />
612/V, 612<br />
N-Phenyl-carbamoylmalonsäuredimethylester,<br />
D 555<br />
N-Phenyl-chinonimine 443<br />
Phenyldiazoniumsalze s.<br />
Benzendiazoniumsalze<br />
l -Phenyl-3,4-dihydronaphthalen<br />
D 563<br />
U 453<br />
2-Phenyl-l,3-dithian 536<br />
m-Phenylendiamin 361/T<br />
l Derivate 700<br />
o-Phenylendiamin<br />
I Derivate 700<br />
R mit a-Dicarbonylverbindungen<br />
465<br />
p-Phenylendiamin 361/T<br />
G 773<br />
I Derivate 700<br />
o-Phenylendiamine, R 485,487<br />
Phenylessigsäure 258/T<br />
D 500/Y563/V<br />
I Derivate 716<br />
R mit Grignard-Verbb. 559<br />
U 498<br />
Phenylessigsäurechlorid,<br />
D 498/V<br />
Phenylessigsäureethylester<br />
D 668/V<br />
R 543,544<br />
U 590,546<br />
l-Phenyl-ethan-l,2-diol<br />
D 304/V<br />
U 664<br />
1-Phenyl-ethanol<br />
D 302/V, 583/V, 570/V<br />
U 435<br />
2-Phenyl-ethanol<br />
D 309/V,590/V<br />
I Derivate 726<br />
2-Phenyl-ethan-l-thiol<br />
D 252/V<br />
I Derivate 736<br />
1-Phenyl-ethylamin 177,484<br />
D 585/V, 579/V(L)<br />
G 773<br />
I Derivate 699<br />
Enantiomerentrennung<br />
586/V<br />
2-Phenyl-ethylamin 258/T<br />
D 583/V, 571/V<br />
I Derivate 699<br />
!H-NMR-Spektrum 700<br />
U 585<br />
2-Phenyl-ethylbromid<br />
D 229/V<br />
I Derivate 722<br />
1-Phenyl-ethylchlorid 267<br />
D 199/V,200/V<br />
2-Phenyl-ethylchlorid<br />
B 199/V<br />
I Derivate 722<br />
2-Phenyl-ethyliodid, Derivate<br />
722<br />
2-Phenyl-furo[3,2-b]pyridin,<br />
D 404/V(L)<br />
3-Phenyl-glycidsäuremethylester,D<br />
546/V<br />
Phenylglycin, D 515/V<br />
Phenylglycolsäure s. Mandelsäure<br />
Phenylglyoxal<br />
D 426/V<br />
R 575<br />
Phenylharnstoffe,<br />
D 704/AAV(I)<br />
Phenylhydrazin<br />
D 638 f/V<br />
G 773<br />
I Derivate 699<br />
Register 837<br />
R mit a-Dicarbonylverbindungen<br />
465<br />
U 466,483,605f<br />
3-Phenylhydrazino-pentan-2,4dion,D<br />
645/V<br />
Phenylhydrazone 463<br />
D 680/AAV, 706<br />
Phenylhydroxylamin<br />
D 627<br />
I 690<br />
R 627<br />
Phenylisocyanat<br />
D 504/Y672<br />
G 773<br />
U 505,555,617/L<br />
Phenylisothiocyanat, U 505<br />
a-Phenyl-isovaleronitril,<br />
D 612/V<br />
Phenyllithium 564<br />
als Initiatorfür anionische<br />
Polymerisationen 312<br />
Phenylmagnesiumbromid, U<br />
563<br />
Phenylmalonsäurediethylester<br />
544<br />
D 547/V<br />
R zu Barbituraten 549/T<br />
Phenylmethanthiol<br />
D 252/V<br />
I Derivate 736<br />
U 319<br />
1-Phenyl-naphthalen, D 453/V<br />
Phenylnitromethan, D 255/V<br />
Phenylogieprinzip 162<br />
3-Phenyl-l,2-oxazole, D 329<br />
3-Phenyl-zl 2 -l ,2-oxazoline,<br />
D 329<br />
3-Phenyl-oxiran-2-carbonitril,<br />
D 526/V<br />
l -Phenyl-pentan-1,4-dion,<br />
D 602/V(L)<br />
3-Phenyl-pentan-l ,3,5-tricarbonitril.D<br />
601/V<br />
3-Phenyl-pent-l-in-3-ol,<br />
D 517/V<br />
4-Phenyl-phenacylbromid<br />
D 614/V<br />
U 242/AAV(I)<br />
4-Phenyl-phenacylester,<br />
D 242/AAV(I), 714/1<br />
l -Phenyl-2-phenylthio-ethan,<br />
D 319/V<br />
Phenylphosphonsäurediethylester,<br />
D 399/V(L)<br />
1 -Phenyl-5-piperidino-pent-len-3-on,<br />
D 532/V
838 Register<br />
l -Phenyl-3-piperidino-propan-lon<br />
D 532/V<br />
R 277<br />
l -Phenyl-propan-1,2-dion,<br />
D 426/V<br />
1-Phenyl-propan-1 -öl<br />
D 563/V<br />
U 431<br />
Phenylpropiolsäure,<br />
D 281/V(L)<br />
3-Phenyl-propionsäure<br />
D 344/V,428/V<br />
I 'H-NMR-Spektrum 717<br />
IR-Spektrum 717<br />
3-Phenyl-propionsäureethylester,<br />
D 668/V<br />
1-Phenyl-pyrazole 465<br />
Phenylradikal 191<br />
Phenyl(thien-2-yl)keton,<br />
D 381/V(L)<br />
Phenylthioharnstoffe,<br />
D 505/AAV(I), 698<br />
3-Phenylthio-propiononitril,<br />
D 319/V<br />
3-Phenyl-thiopropionsäuremorpholid<br />
D 428/V<br />
U 428<br />
Phenylurethane, D 505/AAV(I),<br />
727<br />
a-Phenyl-valeronitril, D 612/V<br />
Phenylvinylether, D 314/V<br />
Phenylvinylketon, D 277<br />
Phloroglucinol<br />
I Derivate 729<br />
U 392<br />
Phloroglucinoltrimethylether<br />
643<br />
Phoron<br />
D 519<br />
I Derivate 708<br />
Phosgen 415<br />
G 757,773<br />
R Alkoholyse 502<br />
als Chlorierungsmittel 199<br />
Aminolyse 502<br />
U 503<br />
Erste Hilfe 757<br />
Kennzeichnung der Druckgasflasche<br />
20<br />
Reinigung und<br />
Trocknung 757/V<br />
Phosphan s. Phosphin<br />
Phosphinalkylene s. Alkylidenphosphorane<br />
Phosphine 406 f, 409 ff<br />
R Arylierung 411<br />
Quaternierung 246/AAV<br />
Phosphinigsäureester, R 247<br />
Phosphonigsäurediester, U 247<br />
Phosphoniumylide 537, s. auch<br />
Alkylidenphosphorane<br />
D 539/AAV<br />
R mit Carbonylverb.<br />
539/AAV<br />
N-(Phosphonomethyl)-glycin<br />
245/T<br />
Phosphonsäurefluoride 248<br />
Phosphor, roter<br />
G 773<br />
zur D von lodalkanen<br />
230/AAV<br />
Phosphor, weißer<br />
G 773<br />
Aufbewahrung 120<br />
Phosphorchloride 229<br />
R zu Carbonsäurechloriden<br />
497<br />
Phosphorigsäureester<br />
D 229/B<br />
R 247<br />
phosphororganische Verbb. s.<br />
Organophosphorverbb.<br />
Phosphorpentachlorid<br />
R Chlorierung von Alkoholen<br />
229<br />
Chlorierung von Carbonsäuren<br />
497,499/V(L)<br />
Chlorierung von Kohlenwasserstoffen<br />
199<br />
Phosphorpentasulfid 506<br />
Phosphorpentoxid<br />
G 773<br />
als Trockenmittel 25,28<br />
Phosphorsäure, G 773<br />
Phosphortrichlorid<br />
G 773<br />
R Chlorierung von Alkoholen<br />
229<br />
Chlorierung von Carbonsäuren<br />
497,498/AAV<br />
Phosphorverbindungen, Alkylierung<br />
246 ff<br />
Phosphorylchlorid, G 773<br />
Photobromierung 203/AAV<br />
Photochlorierung 198/AAV<br />
Photoelektronenspektren 166<br />
Photolyse 190,316<br />
Photonitrosierung 209<br />
Phthalaldehyd<br />
D 237/V(L)<br />
I Derivate 707<br />
Phthalimid 183,243<br />
R Add. an a,ß-ungesättigte<br />
Carbonylverbb. 604<br />
U 604,671<br />
ß-Phthalimido-propiononitril,<br />
D,U 604/V<br />
Phthalocyanine 419<br />
Phthalonitril, D 419/T<br />
Phthaloyldichlorid, D 499/V(L)<br />
Phthalsäure 243<br />
D 421,422/V<br />
I Derivate 716<br />
Phthalsäureanhydrid 379,423/T,<br />
480/T<br />
D 440/B,440/T,447/T,494<br />
G 773<br />
R mit Alkoholen 478<br />
U 381,499/L,571<br />
Phthalsäuredialkylester bei<br />
DC 76<br />
Phthalsäuredibutylester 480/T<br />
Abhängigkeit der Siedetemp.<br />
vom Druck 40<br />
Phthalsäurediethylester 480/T<br />
D 476/V<br />
Phthalsäuredioctylester, MS<br />
117f<br />
Phthalsäureester<br />
als stationäre Phase bei GC<br />
75<br />
MS 117f<br />
saure, Titration 478<br />
Phytol 517<br />
a-Picolin (2-Methyl-pyridin)<br />
D 526/T<br />
I Derivate 703<br />
R als CH-acide Verb. 526<br />
Ox. 424<br />
ß-Picolin (3-Methyl-pyridin)<br />
D 526/T<br />
I Derivate 703<br />
R Ox. 420<br />
U 422/V<br />
y-Picolin (4-Methyl-pyridin)<br />
D 526/T<br />
G 771<br />
I Derivate 703<br />
R als CH-acide Verb. 526<br />
Ox. 424<br />
U 422/V<br />
Pictet-Trouton-Regel 48<br />
Pikrate<br />
von Aminen, D 698/AAV(I)<br />
von Kohlenwasserstoffen,<br />
D 731/AAV(I)
Pikrinsäure 395<br />
D 359,362,366/V<br />
G 773<br />
I Derivate 729<br />
U 361/1,698/1,731/1<br />
Pikrolonate<br />
vonAminen,D 698/AAV(I)<br />
von Kohlenwasserstoffen,<br />
D 731/AAV(I)<br />
Pikrolonsäure, U(I) 698,731<br />
Pikrylchlorid, Hydrolyse 394<br />
Pimelinsäure, Derivate 716<br />
Pinacol s. 2,3-Dimethyl-butan-<br />
2,3-diol<br />
Pinacole 590<br />
Pinacolon<br />
D 435/V,664/V<br />
I Derivate 707<br />
Geruch 684<br />
U 450,471,583<br />
Pinacolon-Umlagerung<br />
663f/AAV,681/L<br />
Pinacolylalkohol, U 435<br />
Pinan-3-ol,D 309/V<br />
Pinan-10-ol, D 309/V<br />
a-Pinen<br />
I physikalische Konstanten<br />
733<br />
R Hydroborierung 309<br />
U 309<br />
ß-Pinen, U 309<br />
a-Pinenoxid, U 666/L<br />
Piperazin, Derivate 700<br />
Piperidin<br />
D 345/V<br />
G 773<br />
I Derivate 699<br />
U 260,464,578,595f<br />
als Katalysator 527<br />
Piperidinhydrochlorid, U 532<br />
Piperidiniumion, pKs-Wert 510<br />
4-Piperidino-butan-2-on,<br />
D 532/V,596/V<br />
l -Piperidino-cyclohex-1 -en,<br />
D 464/V<br />
3-Piperidino-propiononitril,<br />
D 595/V<br />
3-Piperidino-propionsäureethylester,<br />
D 595/V<br />
a-Piperidon, D 674/V<br />
Piperin,D 523/V(L)<br />
Piperiton s. p-Menth-l-en-3-on<br />
Piperonal, U 523/L, 576<br />
Piperonylalkohol, D 576/V<br />
Piperylen s. Penta-l,3-dien<br />
Pivalinsäure<br />
D 563/V<br />
Acidität 457<br />
PKs-Werte 158,510<br />
Plancksche Gleichung 190<br />
Planschliff 2<br />
Planschliffapparatur 7<br />
Plastochinon 442<br />
Platin als Hydrierkatalysator<br />
340,582,756<br />
Platindioxid, D 757/V<br />
Plexiglas 277,322,515<br />
Pol/Dipol-Kräfte 154<br />
Polanyi-Beziehung 151<br />
Polarimetrie 82 ff, 174<br />
Polarisator 82<br />
Polarisierbarkeit 159,160,167,<br />
221<br />
Polarität von Lösungsmitteln<br />
155<br />
Polyacrylonitril 322,419<br />
Polyamide 301,339,347,488<br />
Polyamidfasern 361,468,488<br />
Polybutadien 322/T<br />
Polycarbonsäuren, Löslichkeit<br />
687<br />
Polychlorbenzen 372/T<br />
Polychlorpentane 202/T<br />
Polyene, UV-VIS 87 f<br />
Polyester 305,323,339,347,<br />
423,480,505,517<br />
als stationäre Phase bei GC<br />
75<br />
Fasern 305,423,480<br />
thermostabile 347<br />
Polyether 505<br />
Polyethylen 277<br />
D 337/V<br />
Polyethylenglycol 15<br />
D 304<br />
R 305/T<br />
als Lösungsmittel bei MS 113<br />
Polyethylenglycol-monoalkylether<br />
305<br />
Polyglycole 221<br />
als stationäre Phase bei GC<br />
75,76<br />
Polyglycolether 224<br />
D 304/T<br />
Polyhalogenalkane, radikalische<br />
Add. an Olefine 317<br />
Polyhalogenmethane 317<br />
PoIyhydroxyVerbindungen 23!<br />
Polyisobuten 312<br />
Polyisopren 517<br />
Polymere 321 f, 336<br />
Register 839<br />
Polymerisation 289,310, 349/L<br />
ataktische 336<br />
isotaktische 336<br />
radikalische 316 ff, 321<br />
syndiotaktische 336<br />
Polymethacrylsäuremethylester<br />
277,515<br />
Polymethine 443,619/L<br />
D 555<br />
Polymethinfarbstoffe 87<br />
Polymethinkondensation 555<br />
Polynitrophenole, D 359<br />
Polyole, Löslichkeit 687<br />
Polyphosphorsäure, D 757/V<br />
Polypropylen 336<br />
Polysaccharide 471<br />
Polysiloxane 260<br />
Polysolvane 480<br />
Polystyren 322,367,377<br />
D 322/V<br />
Polyterephthalsäureglycolester<br />
423,480<br />
Polytetrafluorethylen 202,254,<br />
322<br />
Polytetramethylenglycol 233,<br />
347<br />
Polytribromstyren 372/T<br />
Polyurethane 301,347,361,505,<br />
517<br />
Polyvinylacetat 298,322<br />
Polyvinylalkohol 298<br />
Polyvinylchlorid 278,298,322<br />
PPRELOGS. CAHN<br />
Prilezhaev-Reaktion 302<br />
Prins-Reaktion 519,618/L<br />
Priorität von Substituenten<br />
in Nomenklatur 137<br />
in Stereoisomerie 174<br />
Procain 423/T, 480/T<br />
prochiral, Prochiralität 176,611<br />
Prolin, I 704<br />
Propan, Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
Propan-1,2-diamin,<br />
Derivate 699<br />
Propan-l,3-diol, Derivate 726<br />
Propan-l,3-dithiol 535<br />
D 252/V<br />
I Derivate 736<br />
Propan-1-öl<br />
G 773<br />
I Derivate 725<br />
U 314,476,655<br />
Propan-2-ol s. Isopropylalkohol<br />
Propan-!-thiol, Derivate 736<br />
Propan-2-thiol, Derivate 736
840 Register<br />
Propargylaldehyddiethylacetal s.<br />
Propinaldiethylacetal<br />
Propargylalkohol s.<br />
Prop-2-in-l-ol<br />
Propargylalkohole,<br />
!-substituierte<br />
D 516/AAV<br />
U 297/V(L)<br />
Propen 295, 299,312/T, 419/T<br />
G 773<br />
R Ox. 419<br />
Chlorierung 202/T<br />
Metathese 340/T<br />
mit Hydroperoxiden<br />
304<br />
Subst., radikalische 194<br />
U 375<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
pKs-Wert 158<br />
Propenoxid,D 304/T<br />
Propinaldiethylacetal,<br />
D 281/V(L)<br />
Prop-2-in-l-ol, D 517/T<br />
Prop-2-in-l-ole s. Propargylalkohole<br />
Propionaldehyd 577/T<br />
G 773<br />
I Derivate 706<br />
U 469,514,521<br />
Propionaldehyddiethylacetal,<br />
D 469/V<br />
Propionaldol, D 521/V<br />
Propionamid, U 671<br />
Propionanilid, D 674/V<br />
Propiononitril, D 257/V<br />
Propionsäure<br />
G 773<br />
I Derivate 715<br />
Geruch 685<br />
R radikalische<br />
Chlorierung 196<br />
U 498,613<br />
Propionsäureethylester<br />
G 773<br />
U 545,563<br />
Propionylchlorid<br />
D 498/V<br />
U 380,616<br />
mit Acetessigester 552<br />
2-Propionyl-cyclohexanon<br />
D 616/V<br />
U 551<br />
2-Propionyl-cyclopentanon<br />
D 616/V<br />
U 551<br />
Propiophenon<br />
D 380/V, 382/T, 431/V<br />
I Derivate 708<br />
13 C-NMR-Spektrum 710<br />
U 426,428,580,517,532,674<br />
Propiophenonenolat,<br />
Alkylierung 222<br />
Propoxybenzen, D 240/V<br />
Propylamin<br />
I Derivate 699<br />
R 631<br />
Propylbenzen<br />
D 580/V<br />
G 773<br />
I Derivate 732<br />
U 365<br />
4-Propyl-benzensulfochlorid<br />
D 365/V<br />
U 654<br />
Propylbromid<br />
D 228/V<br />
G 773<br />
I Derivate 722<br />
IR-Spektrum 723<br />
U 249,257,375,609,612<br />
Propylchlorid<br />
G 773<br />
I Derivate 722<br />
U 375<br />
Rk.-geschwindigkeit bei<br />
SN-Rkk. 216<br />
Propylen s. Propen<br />
Propylencarbonat als Lösungsmittel<br />
220<br />
Propylenglycol s. 1,2-Dihydroxypropan<br />
Propyliodid<br />
D 23IlV<br />
I Derivate 722<br />
Propylmagnesiumbromid, U<br />
563<br />
Propylmalonsäure<br />
D 490/V<br />
U 492<br />
Propylmalonsäurediethylester<br />
D 609/V<br />
U 490<br />
3-Propyl-oxiranmethanol,<br />
D 303/V(L)<br />
4-Propyl-thiophenol, D 654/V<br />
Propylvinylether, D 314/V<br />
Propyphenazon 488<br />
Protokollführung 145 f<br />
Protonenacceptoren 156<br />
Protonen-off-Resonanz-Technik<br />
bei NMR 106<br />
Protonensäuren<br />
R Add. an Olefine 295 ff,<br />
348/L<br />
als elektrophile<br />
Reagenzien 291<br />
Pseudocumen, Derivate 732<br />
Pseudohalogenverbindungen,<br />
D 625<br />
Pseudojonon 524<br />
D 522/V(L)<br />
Pseudonitrole 636<br />
D 625,696<br />
Pseudopelletierin<br />
D 532/V(L)<br />
R Abbau 282<br />
PTFE s. Polytetrafluorethylen<br />
Puls-Fourier-Transform-Technik<br />
106<br />
Purinderivate, Löslichkeit 688<br />
Purpurkuppler 488<br />
Putrescin.D 674/V<br />
PVAc s. Polyvinylacetat<br />
PVC s. Polyvinylchlorid<br />
Pyranosen 471<br />
Pyrazole,D 453/V(L), 465,605<br />
^-Pyrazoline.D 328,648<br />
J 2 -Pyrazoline<br />
D 648<br />
U 453/L<br />
Pyrazolin-5-one s. Pyrazolone<br />
Pyrazolone 443,549/T, 556<br />
D 482/AAV, 487,639<br />
Pyrethroide 326,480<br />
Pyrethrum 326<br />
Pyrex-Glas l<br />
Pyridin 352<br />
D 298/T.527/T<br />
G 756,773<br />
I Derivate 703<br />
Löslichkeit 688<br />
UV-VIS 89<br />
R Subst. 414/L<br />
elektrophile 355<br />
nucleophile 395<br />
U 345,366,395f<br />
als Lösungsmittel 64<br />
azeotrope Gemische 757<br />
Reinigung und Trocknung<br />
758<br />
Pyridin-3-carbaldehyd, U 602/L<br />
Pyridin-3-carbonitril, U 501/L<br />
Pyridin-3-carbonsäure s.<br />
Nicotinsäure<br />
Pyridin-4-carbonsäure s.<br />
Isonicotinsäure
Pyridin-2,3-dicarbonsäure,<br />
D 447<br />
Pyridin-3,5-dicarbonsäureester,<br />
D 602<br />
Pyridiniumchlorochromat 431<br />
Pyridiniumdichromat 431,436<br />
Pyridin-N-oxid, elektrophile<br />
Subst. 357<br />
Pyridin-3-sulfonsäure, D<br />
366/V<br />
Pyridoxin 333,487/T<br />
4-[N-(Pyrid-2-yl)aminosulfonyljacetanilid,<br />
D 657/L<br />
2-Pyridyl-essigsäure 565/V(L)<br />
2-Pyridyl-methyllithium<br />
565/V(L)<br />
Pyrimidin, Derivate 703<br />
Pyrimidine 530/T<br />
Pyrogallol, Derivate 729<br />
Pyrolysen 189,195<br />
Pyrrol 352,451<br />
D 529<br />
R Carboxylierung 391<br />
elektrophile Subst. 355,<br />
357<br />
Gattermann-Synthese<br />
382<br />
mit Grignard-Verbb. 559<br />
Pyrrol-2-carbonsäure, D 391<br />
Pyrrole 465<br />
Pyrrolidin 451<br />
I Derivate 699<br />
U 464<br />
l -Pyrrolidino-cyclohex-1-en<br />
617<br />
D 464/V<br />
l -Pyrrolidino-cyclopent-1-en,<br />
D 464/V<br />
Pyryliumkation 352<br />
Pyryliumsalze, D 605<br />
Quantenausbeute 193<br />
Quarzgut l<br />
Quecksilber<br />
G 758,773<br />
Reinigung 758/V<br />
Quecksilber(II)-acetat<br />
G 773<br />
zur Oxymercurierung 301<br />
Quecksilber(Il)-chlorid, G 773<br />
Quecksilberdiffusionspumpe<br />
22<br />
Quecksilbermanometer 22<br />
Quecksilberoxid, G 773<br />
Racemat 174<br />
Spaltung 177,179,586<br />
racemisches Gemisch s,<br />
Racemat<br />
Radikale<br />
Erzeugung 147,189 ff<br />
Isomerisierung 191<br />
Lebensdauer 191 ff<br />
persistente 192<br />
Reaktivität 196<br />
Selektivität von<br />
Radikalrkk. 195<br />
stabile 192<br />
Stabilität 192 ff<br />
Radikalkettenreaktionen 192 ff,<br />
210/L<br />
radikofunktionelle Nomenklatur<br />
136<br />
Radiolyse 190<br />
Raffinose, I 713<br />
RAMPs. (/?)-(+)-!-Amino-2methoxymethyl-pyrrolidin<br />
Raney-Katalysatoren 341<br />
Raney-Nickel 341,582<br />
D 758/V<br />
G 759<br />
Vernichtung 759<br />
Ranitidin 533<br />
Raoultsches Gesetz 39<br />
Raschig-Ringe 51<br />
Rasotherm-Glas l<br />
ratio of fronts s. RF-Wert<br />
Reagensinduktion 178<br />
Reagenskontrolle 179<br />
Reagenzglas 3,11<br />
Reagenzien für die Synthese<br />
741ff,762/L<br />
Reaktandgas bei MS 113<br />
Reaktionsapparaturen 5 ff, 31<br />
Reaktionsdatenbanken 140,144<br />
Reaktionsenergie 149 ff<br />
Reaktionsenthalpie 149<br />
Reaktionsentropie 150<br />
Reaktionsgeschwindigkeit 152<br />
von Carbonylreaktionen 457,<br />
462<br />
von elektrophilen aromat.<br />
Subst. 354 ff<br />
von Eliminierungen 265<br />
von nucleophilen Subst.<br />
213 ff, 222<br />
Reaktionskonstante !63,265<br />
Reaktionskoordinaten !48<br />
Reaktionswärme \ 48<br />
Register 841<br />
Reaktivität<br />
Beeinflussung durch Lösungsmittel<br />
154 f<br />
bei Chlorierungen 196<br />
bei elektrophilen Add. 29Of<br />
bei nucleophilen Subst. 219 f<br />
bei radikal. Red. 209<br />
bei radikal. Subst. 193 ff<br />
Störungstheorie 166<br />
vinyloger Elektronendonorverbb.<br />
606<br />
von Alkylhalogeniden<br />
bei Grignard Rkk. 559<br />
bei nucleophil. Subst.<br />
216 ff<br />
vonAromaten 354 ff, 397<br />
von C-H-Bindungen 196<br />
von Carbonsäurederivaten<br />
474,494, 541 ff<br />
von Carbonylverbb. 457 f,<br />
582 f, 518<br />
von Diazoniumionen 643<br />
von Heterocumulenen 553<br />
von lithiumorganischen<br />
Verbb. 564<br />
von nucleophilen<br />
Reagenzien 394<br />
von Radikalen 192 ff<br />
Reaktivitätsumpolung 181,<br />
185/L, 533, 599<br />
Recherche s. Literaturrecherche<br />
Redoxkondensation nach<br />
MUKAIYAMA 232<br />
Redoxpotentiale s. Elektrodenpotentiale<br />
Redoxprozesse 415<br />
bei der Radikalbildung 190<br />
Reduktion 147<br />
radikal. 188,209<br />
von Alkinen zu Alkenen 570<br />
von C=C-Doppelbindungen<br />
340ff,343/AAV<br />
von Carbonylverbb. 566 ff,<br />
621 f/L<br />
durch unedle Metalle 586,<br />
589/AAV, 621/L<br />
enzymatisch 579<br />
Grignard-Red. 561<br />
katalyt. Hydrierung 582,<br />
583/AAV, 621/L<br />
mit komplexen Hydriden<br />
568ff,570/AAV,620/L<br />
mit Lithiumaluminiumhydrid<br />
570/AAV<br />
mit Natriumborhydrid<br />
570/V
842 Register<br />
nach BOUVEAULT-BLANC<br />
588,62IlL<br />
nach CANNIZZARO 575,<br />
576/AAV, 621/L<br />
nach CLEMMENSEN 590,<br />
621/L<br />
nach LEUCKART-WALLACH<br />
577,578/AAV, 621/L<br />
nach MEERWEIN-<br />
PONNDORF-VERLEY 572,<br />
573/AAV, 621/L<br />
nach WOLFF-KIZHNER 579,<br />
580/AAV, 621/L<br />
von Nitroverbb. 624,626 ff<br />
katalytisch 621/AAV<br />
mit Hydrazin 628/AAV<br />
mit Zinn/HCl<br />
629/AAV(I)<br />
von Sulfochloriden<br />
654/AAV<br />
vonSulfonen 653<br />
von Sulfonsäuren 652<br />
von Sulfoxiden 653<br />
reduzierende Substanzen,<br />
Hinweise auf 690/AAV(I)<br />
Reduzierstück s. auch<br />
Übergangsstück 2<br />
Reduzierventil 20<br />
Referateorgane 134<br />
Reformatsky-Synthese 566,<br />
620/L<br />
Refraktometrie 81 ff<br />
Regioselektivität<br />
bei Cope-Umlagerungen 677<br />
bei 1,3-Dipol-Add. 329<br />
Registry File 140 ff<br />
REICHARDT 86<br />
Reimer-llemann-Synthese 286<br />
Rekombination von<br />
Radikalen 191 f<br />
Rektifikation 38 f, 46 f, 125/L<br />
Reppe-Synthesen 313/L<br />
Resole 388<br />
Resonanzfeldstärke 99<br />
Resonanzfrequenz 99<br />
Resonanzsignal 99<br />
Resorcinol (Resorcin)<br />
G 774<br />
I Derivate 728<br />
U 239,345,384,392<br />
Resorcinoldimethylether 643<br />
D 239/V<br />
U 384<br />
Resorcinolmonomethylether<br />
D 238/V<br />
I Derivate 728<br />
ß-Resorcylsäure s.<br />
2,4-Dihydroxy-benzoesäure<br />
Reten 452<br />
Retention<br />
der Konfigurration<br />
bei SN2-Rkk. 217<br />
bei Umlagerungen 663<br />
relative 75<br />
Retentionsvolumen 75<br />
Retentionszeit 73,75<br />
Retro-Diels-Alder-Rk. bei MS<br />
116<br />
Retrosynthese 180<br />
reversed phase s. Umkehrphasentechnik<br />
RrWert 69<br />
Rhamnose, I 713<br />
Rhodanide s. Thiocyanate<br />
Rhodanierung von Aromaten<br />
353,312/AAV<br />
Rhodanin 525<br />
Riboflavin 418<br />
o-Ribose, I 713<br />
Ricinolsäure<br />
D 447/V<br />
U Ox. 447<br />
Ricinusöl<br />
U Verseifung 447<br />
Riechstoffe 258,423/T, 472,480<br />
Ringschlußmetathese 340<br />
Ringspannung 166<br />
Ringstrom 102<br />
Ritter-Reaktion 515<br />
Rodinal 627<br />
Rohrzucker 471,713/1<br />
Rojahn-Probe 693/AAV(I)<br />
Röntgen-Strukturanalyse 119f<br />
Rosenmund-Reduktion 342,<br />
567,582<br />
Rosenmund-von-Braun-<br />
Reaktion 404<br />
Rosesches Metall 15<br />
Rotameter 11<br />
Rotationsdispersion 128/L<br />
Rotationsperforator 62<br />
Rotationsverdampfer 45<br />
RP (reversed phases) 66<br />
R-Sätze s. Gefahrstoffverordnung<br />
Rübenzucker 471<br />
Rückflußkühler 3<br />
Rücklauf 38,48 f<br />
Rücklaufverhältnis 49,53<br />
Rühren 8f<br />
Rührertypen 9<br />
Rührverschluß 10<br />
Rundkolben 3,30<br />
Säbelkolben 43<br />
Saccharimeter 83<br />
Saccharin 367<br />
D 422/V,423<br />
Sägebockschreibweise 170<br />
Salicylaldehyd<br />
I Derivate 706<br />
U 529<br />
Salicylsäure<br />
D 390,392/V<br />
I Derivate 716<br />
U 478,645<br />
Salicylsäureethylester<br />
D 476/V<br />
I Derivate 728<br />
Salicylsäuremethylester<br />
D 476/V<br />
U 345<br />
Salicylsäurephenylester (Salol),<br />
Derivate 728<br />
Salpetersäure<br />
G 759,774<br />
R Add. an Olefine 291<br />
als Ox.-mittel 421<br />
mit Aromaten<br />
690/AAV(I)<br />
Salpetersäureester 226,231/T<br />
salpetrige Säure<br />
R 624,630 ff<br />
mit aliphatischen Nitroverbb.<br />
696/AAV(I)<br />
mit Alkoholen 634 ff<br />
mit Aminen 630 ff, 695/1<br />
mitCH-Aciden 634 ff<br />
mit primären aromatischen<br />
Aminen 632/AAV<br />
mitThiolen 696/AAV(I)<br />
Salpetrigsäureester, D 212,222,<br />
254/AAV, 624,634<br />
Salze, Löslichkeit 36,687<br />
Salzsäure 759<br />
G 759,774<br />
SAMP s. (5)-(-)-l-Amino-2methoxymethyl-pyrrolidin<br />
Sandbad 15<br />
Sandmeyer-Reaktion 625,639,<br />
640/AAV, 659/L<br />
Sarin s. Methylphosphonsäurefluoridisopropylester<br />
Sarkosinonitril, D 513/V(L)<br />
Sattelkörper 51
Sauerstoff<br />
R Add. an Olefine 416<br />
als Inhibitor bei Radikal-<br />
Rkk. 193,197<br />
als Ox.-mittel 206ff,210/L,<br />
418 ff, 422/AAV, 422/V(L),<br />
454/L<br />
Kennzeichnung der Druckgasflasche<br />
20<br />
Saugflasche 034,123<br />
Säulenchromatographie 65,70 ff<br />
Säure-Base-Reaktionen 156 ff<br />
Säuren 156 ff., 163,510<br />
harte u. weiche 159,167<br />
Säurespaltung von ß-Dicarbonylverbindungen<br />
490,549,<br />
550/AAV<br />
SAYTZEFF s. ZAITSEV<br />
Schädlingsbekämpfungsmittel s.<br />
Pflanzenschutzmittel<br />
Schaumbrecher 43 f<br />
Scheidetrichter 60,123<br />
Schiemann-Reaktion 636<br />
Schießbaumwolle s.<br />
Cellulosetrinitrat<br />
Schiffsche Basen 458<br />
D 462<br />
R Hydrierung 582<br />
Schiffsches Reagens, D 759/V<br />
Schlangenkühler 4<br />
Schleimsäure, D 437/V<br />
Schlepper 52,227<br />
bei azeotroper Veresterung<br />
475<br />
Schlenk-Gleichgewicht 558<br />
Schlifftypen 2<br />
Schlosser-Variante der Wittig-<br />
Reaktion 538<br />
Schlüsselfragmente bei MS 118<br />
Schlüsselfrequenzen bei IR 94<br />
Schmelzintervall 77<br />
Schmelzkurve 77<br />
Schmelzpunkt s. Schmelztemperatur<br />
Schmelzpunktröhrchen 78,124<br />
Schmelztemperatur 77 f<br />
Schmidt-Reaktion 669,<br />
672f/AAV,682/L<br />
Schmieröle 312/T<br />
Schnellreferatedienste 135<br />
Schotten-Baumann-Reaktion<br />
479/AAV(I)<br />
Schraubverbindung 2,30 f<br />
Schraubverschluß 3<br />
Schüttelautoklav 18<br />
Schüttelmaschine 11<br />
Schutzgruppen 182,185/L<br />
für Aminogruppen 244,486<br />
für Carbonylgruppen 470<br />
für Carboxygruppen 244,260,<br />
486 f<br />
für Hydroxygruppen 240,<br />
260,470,667<br />
Schwarzkatalysatoren 340<br />
Schwefel<br />
I Nachweis in Verbb.<br />
686/AAV(I)<br />
R als Dehydrierungsmittel<br />
452,455/L<br />
in der Willgerodt-Kindler-<br />
Rk. 427 ff<br />
Schwefeldioxid 363<br />
G 759,774<br />
Kennzeichnung der Druckgasflasche<br />
20<br />
Schwefelfarbstoffe 443,452<br />
Schwefelkohlenstoff<br />
G 16,759,774<br />
R Add. von Nucleophilen<br />
504<br />
mit CH-Aciden 554<br />
U 554 f<br />
als Lösungsmittel 64<br />
Schwefelsäure<br />
G 774<br />
R Add. an Olefine 291,<br />
295 ff<br />
als Trockenmittel 25,29,28<br />
Löslichkeiten organ. Verbb.<br />
in konz. H2SO4 688<br />
Schwefelsäureester 231<br />
D 226,231,288,295<br />
als Alkylierungsmittel 237 f,<br />
608<br />
Schwefeltrioxid 231<br />
Additionsverbb. mit tertiären<br />
Basen 363<br />
Schwefelverbindungen 659/L<br />
Alkylierung 248 ff<br />
Schwefelwasserstoff<br />
G 759,774<br />
R Add.<br />
an a,ß-ungesättigte<br />
Carbonylverbb. 597<br />
radikalische, an Olefine<br />
317<br />
PKs-Wert 158<br />
Trocknung 759<br />
Sebacinsäure<br />
I Derivate 716<br />
U 498<br />
Register 843<br />
Sebacinsäurediethylester<br />
D 476/V<br />
U 590<br />
Sebacoyldichlorid<br />
D 498/V<br />
U 485/L,652<br />
Sedativa 487,517<br />
Seifen 493<br />
Seitenkettenhalogenierung bei<br />
Aromaten 368<br />
Selektivität bei der radikalischen<br />
Substitution 193 ff<br />
Selen<br />
G 774<br />
als Dehydrierungsmittel 452<br />
Selendioxid<br />
D 760/V<br />
G 760,774<br />
R Ox. mit 425/V, 455/L<br />
Semicarbazid<br />
I Derivate 700<br />
U 465<br />
Semicarbazone 458,463<br />
D 462,465/AAV(I), 706<br />
aus Chinonen<br />
711/AAV(I)<br />
UV-VIS 88<br />
Senföle s. Isothiocyanate<br />
Sensibilisatoren 190,557<br />
Sequenzregeln 174<br />
Serin, I 704<br />
Sesselform 171<br />
Serotonin 680<br />
Sharpless-Katzuki-<br />
Epoxidierung 179,303,348/L<br />
Siccative 206<br />
Sicherheitsfilme 480<br />
Sicherheitsflasche 23<br />
Siedeintervall 80<br />
Siedekapillare 42,43<br />
Siedekurve 44<br />
Siedepunkt s. Siedetemperatur<br />
Siedesteine 7,16,43<br />
Siedetemperatur 80 ff<br />
Abhängigkeit vom Druck 40<br />
Siedeverzug 43<br />
Silandiole 260/T<br />
Silane 209, 259 ff<br />
Silber als Dehydrierungskatalysator<br />
435<br />
Silbercyanid 256<br />
Silberhalogenide, R 559<br />
Silbernitrat, G 774<br />
Silbernitrit 223, 254<br />
Silberoxid 235
844 Register<br />
Silber(I)-Salze als Oxidationsmittel<br />
437<br />
Silberspiegel 690/1<br />
Sildenafil 658<br />
Silicagel s. Kieselgel<br />
Siliciumtetrachlorid 559<br />
Silicone 202/T, 260/T<br />
Siliconfette 2<br />
Siliconöl 260/T<br />
zum Entschäumen 43<br />
als Heizbad 15,78<br />
als stationäre Phase bei GC<br />
75 f<br />
Silylenolether 260,524,606 f,<br />
622/L<br />
Simax-Glas l<br />
Simmons-Smith-Reagenzien<br />
327<br />
Simultanreaktionen 153<br />
single occupied MO s. SOMO<br />
Singulettsauerstoff 323,328<br />
Singulettzustand bei Carbenen<br />
286,325<br />
Skelettkatalysator 341<br />
skew 170<br />
SKRAUP, Chinolinsynthese<br />
596/AAV, 622/L<br />
SN1 s. Substitution, nucleophile,<br />
monomolekulare<br />
SN2 s. Substitution, nucleophile,<br />
bimolekulare<br />
Snelliussches Brechungsgesetz<br />
81<br />
SNi s. Substitution, nucleophile,<br />
innere<br />
SNR-Mechanismus 398<br />
Solvatation 154<br />
beiSN-Rkk. 218 ff<br />
Solvatochromie 86 f<br />
SolvenomM 472<br />
Solvolyse 216<br />
von tert-Butylchlorid 218<br />
Soman s. Methylphosphonsäurefluoridpinacolylester<br />
Sommelet-Reaktion 388<br />
SOMO 196<br />
Bedeutung bei Cycloadditionen<br />
324 ff<br />
des Brom(Chlor)radikals 316<br />
Sonnenschutzmittel 382,480<br />
Sonogashira-Reaktion 405,<br />
406/AAV<br />
Sorbinsäure, D 277/T,529/V<br />
Sorbit<br />
D 583/V<br />
I Derivate 726<br />
R 438<br />
Sorbose 438,470,713/1<br />
Soxhlet-Extraktor 59<br />
Spaltrohrkolonne 51<br />
Spektroskopie<br />
Derivativ- 90<br />
Elektronen- 85<br />
Infrarot- 77,83,90 f f, 126 f/L<br />
Massen- 112<br />
Mikrowellen- 83<br />
NMR 77, 98 ff, 126 f/L<br />
optische 83<br />
Röntgen 83<br />
UV-VIS- 83, 85 ff<br />
Spermöl 493<br />
Spin-Kopplungskonstante 102<br />
Spinne 42<br />
Spin-Spin-Kopplung 102<br />
Spitzkolben 3,30,123<br />
Sprengstoffe 231,577<br />
Sprühreagenzienfür DC 68<br />
Squalan 75<br />
S-Sätze s. Gefahrstoffverordnung<br />
Stabilisierungsenergie 352<br />
Städeler-Kühler 4 f<br />
staggered 169 f<br />
Stahldruckflaschen 19<br />
Standardapparaturen für<br />
organisch-chemische<br />
Reaktionen 5 ff<br />
Standardbildungsenthalpien 149<br />
Standardelektrodenpotential<br />
416<br />
Standard-Gibbs-Reaktionsenergie<br />
149<br />
Standardreaktionsenthalpie<br />
149,193<br />
Standardreaktionsentropie 150<br />
Standkolben 3<br />
Stannane 209<br />
Stärke 471<br />
als Adsorptionsmittel 64<br />
Stationaritätsprinzip nach<br />
BODENSTEIN 152<br />
Stativ 9<br />
Stearinsäure 493<br />
I Derivate 715<br />
U 498<br />
Stearoylchlorid<br />
D 498/V<br />
U 652<br />
Stearylalkohol, Derivate 726<br />
Stephens-Castro-Kupplung 404<br />
stereogen 173<br />
Stereoisomere 169 ff, 184/L<br />
stereoselektive Synthese 178,<br />
185/L<br />
Aldolreaktion 523<br />
Alkylierung von Carbonylverbb.<br />
611<br />
Hydrierung 338<br />
von Alkoholen 310,571 f<br />
von Epoxiden 303<br />
Wittig-Reaktion 538<br />
sterische Effekte 165<br />
sterische Hinderung 165<br />
Steroide 5!7<br />
Stevens-Umlagerung 661,681/L<br />
Stickoxide, G 774<br />
Stickstoff<br />
I Nachweis in Verbb.<br />
686/AAV<br />
flüssiger 17<br />
Kennzeichnung der Druckgasflasche<br />
20<br />
Reinigung 760<br />
Stickstoffloste 246/T<br />
Stickstoffwasserstoffsäure<br />
D 760/V<br />
G 760<br />
U 672<br />
Stuben<br />
D 271/B,537/V<br />
I 734<br />
Oxidationspotential 416<br />
U 326/L<br />
Stilbene<br />
D 537/AAV, 540/T<br />
Stille-Reaktion 407,414/L<br />
STN International 140 ff<br />
Störungstheorie 166 ff, 184/L<br />
von Radikal-Rkk. 196<br />
Strahlungsionisationsdetektor<br />
75<br />
Strecker-Synthese 501,513,<br />
514/AAV, 618/L<br />
Streckschwingungen 91<br />
Streichgerät für DC 67<br />
Strömungsmesser 11<br />
Styphnate<br />
vonAminen,D 698/AAV(I)<br />
von Kohlenwasserstoffen,<br />
D 731/AAV(I)<br />
Styphninsäure, U 361,698,731<br />
Styren 267,312/T,, 322/T, 377<br />
G 774<br />
I IR-Spektrum 734<br />
physikalische Konstanten<br />
733<br />
R [4+2]-Cycloadd. 331<br />
Hydrierung 344/V
Polymerisation 312,322/L<br />
U 300,302,303,304,309,<br />
319,326,329,344,384<br />
Styrendibromid<br />
I 'H-NMR-Spektrum 724<br />
physikalische<br />
Konstanten 723<br />
U 280<br />
Styrene, D 276/V(L)<br />
Styrol s. Styren<br />
Suberon.D 668/V<br />
Sublimation 57<br />
Substituenten<br />
„erster Ordnung" 355<br />
nucleofuge 218<br />
„zweiter Ordnung" 355<br />
Substituenteneffekte 159 ff,<br />
163 f, 215 f<br />
Substituentenkonstanten nach<br />
HAMMETT 163 ff, 168<br />
Substitution am gesättigten<br />
C-Atom<br />
nucleophile 153,211 ff, 261/L<br />
bimolekulare 214 f<br />
innere 230<br />
monomolekulare 213 ff<br />
radikalische 193ff,2!0/L<br />
Substitution, aromatische<br />
41 l/L<br />
elektrophile 352 ff, 41 l/L<br />
metallvermittelte 399 ff<br />
nucleophile 393ff,413/L<br />
Substitutionsreaktionen 148<br />
substitutive Nomenklatur 136<br />
Substratinduktion 178<br />
Succinaldehyd<br />
I Derivate 706<br />
R Mannich-Rk. 533<br />
Succinimid<br />
R Add. an a,ß-ungesättigte<br />
Carbonylverbb. 604<br />
U 671/L<br />
Succinonitril<br />
D 258/V, 602/V(L)<br />
U 500<br />
Sulfamethoxazol 657<br />
Sulfamide s. Sulfonsäureamide<br />
Sulfamidsäure, G 774<br />
Sulfanilsäure 657<br />
G 774<br />
I Derivate 737<br />
Löslichkeit 688<br />
U 645<br />
diazotierte, für Phenolnachweis<br />
68<br />
Sulfanilsäureamide 629, 657 f<br />
Sulfanyl s. Mercapto<br />
Sulfanylverbindungen, I 735 ff<br />
Sulfene 278<br />
Sulfensäuren 653<br />
Sulfide<br />
D aus Alkylhalogeniden und<br />
Natriumsulfid 212,<br />
248/AAV<br />
aus Organometallverbb.<br />
und Schwefel 401<br />
aus Thiolen und aktivierten<br />
Aromaten 396/AAV<br />
durch Add. v. Thiolen an<br />
a,ß-ungesättigte<br />
Carbonylverbb. 597<br />
durch Reduktion von<br />
Sulfoxiden 653<br />
I Geruch 685<br />
R Ox. zu Sulfoxiden 653<br />
Sulfidkatalysatoren 341<br />
Sulfinsäuren 367<br />
D durch Red. von Sulfonsäurechloriden<br />
626,652<br />
nach SANDMEYER aus<br />
Diazoniumsalzen 640<br />
I Löslichkeit in Laugen 688<br />
2(3)(4)-Sulfo-benzoesäure,<br />
Derivate 737<br />
2-Sulfo-benzoesäureimid s.<br />
Saccharin<br />
Sulfochloride s. Sulfonsäurechloride<br />
Sulfochlorierung 188,208<br />
Sulfogruppe als heteroanaloge<br />
Carbonylgruppe 623 f<br />
Sulfolan s. Tetramethylensulfon<br />
Sulfonamide s. Sulfanilsäureamide<br />
und Sulfonsäureamide<br />
Sulfone, D durch Ox. von Thioethern<br />
653 f, 735/AAV(I)<br />
Sulfonierung von<br />
Aromaten 352, 361 ff, 412/L<br />
Sulfoniumverbindungen, D 212<br />
Sulfonsäurealkylester 237<br />
D 626<br />
R als Alkylierungsmittel<br />
218, 652<br />
mit Carbonsäureanionen<br />
241<br />
Reduktion 188,209<br />
Sulfonsäureamide (Sulfonamide)<br />
243, 367,629,655<br />
D 626,657/AAV<br />
I 731/D.737/D<br />
Löslichkeit 688<br />
Register 845<br />
R Add. an a,ß-ungesättigte<br />
Carbonylverbb. 604<br />
Sulfonsäurechloride<br />
D aus Sulfonsäuren<br />
656/AAV(I)<br />
durch Chlorsulfonierung<br />
aromatischer Kohlenwasserstoffe<br />
364/AAV,<br />
365/AAV(I)<br />
durch Sulfochlorierung<br />
aliphatischer Kohlenwasserstoffe<br />
208<br />
R Alkoholyse 626,655<br />
Aminolyse 626,656,<br />
657/AAV<br />
Hydrolyse 208<br />
Red. 626,654/AAV<br />
Sulfonsäuren 652<br />
D durch Oxidation von<br />
Thiolen und Sulfinsäuren<br />
652<br />
durch Sulfonierung von<br />
Aromaten 361 ff, 366/V<br />
durch Sulfoxidation<br />
aliphatischer Kohlenwasserstoffe<br />
208<br />
I 656,736 f<br />
Äquivalentmassebestimmung<br />
737<br />
Löslichkeit 687<br />
U zu Sulfochloriden<br />
656/AAV(I)<br />
Sulfonylharnstoffe 658<br />
Sulfonylverbindungen, IR 93 f<br />
Sulfoxidation 188,208<br />
Sulfoxide<br />
D 653 f<br />
R 653 f<br />
IR 94<br />
Sulfurylchlorid<br />
G 774<br />
zur Chlorierung von Kohlenwasserstoffen<br />
200<br />
Sumpf bei Rektifikationen 50<br />
Superbasen 400<br />
Süßstoffe 367,486<br />
D 422/V,423<br />
Suzuki-Reaktion 406, 414/L<br />
Swern-Oxidation 433 f/AAV<br />
Symmetriebedingungen<br />
bei Cycloadditionen 324<br />
bei Elektronenübergängen<br />
86<br />
Sympathikomimetika 579<br />
synclinal 170<br />
synperiplanar HO, 27 \
846 Register<br />
Syntheseplanung 18Of, 185/L<br />
Synthon 180<br />
Tabellenbücher 129,135<br />
Tammansche Regel 38<br />
Tammelinscher Ester s.<br />
Methylphosphonsäurefluoridcholinester<br />
Tauchung 12<br />
Taxogen 322<br />
TDI s. Toluylendiisocyanat<br />
TEBAC s. Benzyltriethylammoniumchlorid<br />
Teclubrenner 14<br />
Teflon s. Polytetrafluorethylen<br />
Telogen 322<br />
Telomere 321<br />
TEMPO 192,432<br />
Tenside 305/T, 377<br />
Terephthalaldehyd<br />
D 236/V<br />
I Derivate 707<br />
Terephthalsäure 305/T, 423/T<br />
D 422/V<br />
I Derivate 717<br />
U 649<br />
Terephthalsäuredimethylester<br />
480/T<br />
D 649/V<br />
Terephthalsäuremonomethylester,<br />
D 423/V<br />
Terpenalkohole 517<br />
Terpene 303,507,517 f, 684<br />
2,3,4,6-Tetraacetyl-D-glucose,<br />
D 484/V<br />
Tetraaminoethylen 290<br />
1,2,4,5-Tetrachlor-benzen 399/T<br />
Tetrachlorchinon s. Chloranil<br />
1,1,2,2-Tetrachlor-ethan 278/T,<br />
301/T<br />
I physikalische<br />
Konstanten 723<br />
Tetrachlorethylen, physikalische<br />
Konstanten 723<br />
Tetrachlorhydrochinon 416,453<br />
Tetrachlorkohlenstoff 202/T,<br />
321,415<br />
G 760,774<br />
I physikalische<br />
Konstanten 723<br />
R radikalische Add. an<br />
Olefine 317<br />
U 319,376<br />
als Chlorierungsmittel 199<br />
als Extraktionsmittel 61<br />
als Lösungsmittel 64,90<br />
als Wasserschlepper 56<br />
Azeotrop mit Methanol bzw.<br />
Wasser 56<br />
Reinigung 760<br />
Trocknung 28,760<br />
Tetrachlormethan s. Tetrachlorkohlenstoff<br />
1,1,1,3-Tetrachlor-nonan,<br />
D 319/V<br />
l, l ,1,3-Tetrachlor-octan,<br />
D 319/V<br />
a, a, a, cy-Tetrachlor-paraffine<br />
323<br />
Tetracosan, Siedetemp.,<br />
Abhängigkeit vom Druck 40<br />
Tetracyanethylen 290<br />
Tetradecannitril<br />
D 258/V<br />
U 590<br />
Tetradecan-1-ol, D 590/V<br />
Tetradecansäureethylester<br />
D 476/V<br />
U 590<br />
Tetradecylamin, D 590/V<br />
Tetrafluorethylen 322/T<br />
2,3,4,5-Tetrahydro-l//-benz-lazepin-2-on,<br />
D 674/V<br />
1,2,3,4-Tetrahydro-carbazol, U<br />
453<br />
Tetrahydrofuran 233f/T,347/T<br />
D 232/T,517/T<br />
G 761,774<br />
I Löslichkeit 688<br />
U 234/L<br />
als Lösungsmittel 64,155,<br />
221,558<br />
Peroxidbildung 761<br />
Reinigung und Trocknung<br />
761<br />
Tetrahydrofurfurylalkohol<br />
D 582/V<br />
G 774<br />
U 666<br />
Tetrahydronaphthalen s. Tetralin<br />
l ,2,3,4-Tetrahydro-naphth-l-ylhydroperoxid,<br />
D 208/V<br />
Tetrahydrothiophen-1,1 -dioxid<br />
als Lösungsmittel 155<br />
2,2,6,6-Tetrakis(hydroxymethyl)cyclohexanol,<br />
D 577/V(L)<br />
Tetrakis(triphenylphosphin)palladium<br />
406 ff, 409 f<br />
Tetralin 347/T<br />
G 774<br />
I Derivate 732<br />
U 208<br />
Tetralinhydroperoxid<br />
G 774<br />
D 208/V<br />
a-Tetralon 347/T<br />
D 381/V(L)<br />
U 563,674<br />
Tetramethylbenzen 376<br />
2,3-Tetramethylen-indol,<br />
D 680/V(L)<br />
Tetramethylensulfon<br />
G 761<br />
als Lösungsmittel 253<br />
Reinigung 761<br />
Tetramethylethylen s.<br />
2,3-Dimethyl-but-2-en<br />
N,N,N',N'-Tetramethyl-ethylendiamin<br />
(TMEDA) 400<br />
2,2,6,6-Tetramethyl-piperidin-loxyl<br />
(TEMPO) 192,432<br />
Tetramethylsilan<br />
als innerer Standard 99<br />
^-chemische<br />
Verschiebung 101<br />
Tetramethylthiuramdisulfid<br />
505/T<br />
Tetrapropylammoniumperruthenat<br />
435<br />
Tetrapropylen 312/T<br />
Tetrosen 175<br />
Textilhilfsmittel 245,305/T<br />
Thalliumhydroxid 407<br />
Thermodynamik 149 f, 183/L<br />
thermodynamische<br />
Kontrolle 154<br />
Thermolyse 189,316<br />
Thermometer 123<br />
Thermometerkorrektur 42,79<br />
Thermostat 15<br />
Thiambutoxin 505<br />
Thiamin 530/T<br />
Thiazole 465<br />
D 453/V(L)<br />
J 3 -Thiazoline, U 453/L<br />
Thiirane 323<br />
Thioacetale 458<br />
D 472<br />
Thioacet-4-chlor-anilid,<br />
D 507/V<br />
Thioamide 427<br />
Thiobenzamid, D 507/V<br />
Thiobenzanilid, D 507/V<br />
Thiobenzoesäuremorpholid,<br />
D 427/V<br />
Thiocarbonsäureamide 465<br />
D 506/AAV,554<br />
Thiocarbonsäureester, D 506
Thiocarbonsäuremorpholide,<br />
Verseifung 428/AAV<br />
Thiocarbonylverbindungen<br />
D 506<br />
R mit Grignard-Verbb. 561<br />
UV-VIS 88<br />
mfo.pj-Thiocresol, Derivate<br />
736<br />
Thiocyanate, D 249/AAV,<br />
261/L,353,372/AAV<br />
l (2)-Thiocyanatomethylnaphthalin,D<br />
250/V<br />
Thiocyanierung s.<br />
Rhrodanierung<br />
Thiodiglycol, D 249/V(L)<br />
Thioether s. Sulfide<br />
Thioethylenacetale 472<br />
Thioformanilid, D 507/V<br />
Thioglycerol, Lösungsmittel bei<br />
MS 113<br />
Thioglycol 472<br />
Thioglycolsäure 252/T<br />
U 232/L<br />
Thioglycolsäureester, R 605<br />
Thioharnstoff<br />
G 774<br />
R Alkylierung 251/AAV<br />
U 252/L<br />
Thioharnstoffe, substituierte<br />
D 251/AAV(I), 505/AAV(I)<br />
U 251/AAV, 252/L<br />
Thiohomoveratrumsäuremorpholid<br />
D 427/V<br />
U 428<br />
Thioketone, D 506<br />
Thiolationen 225<br />
Thiole (s. auch Thiophenole)<br />
211,472<br />
D 261/L<br />
aus Alkylhalogeniden und<br />
Alkalihydrogensulfiden<br />
248<br />
aus Organometallverbb.<br />
und Schwefel 401<br />
durch Hydrolyse von<br />
5-Alkylthiouroniumsalzen<br />
251/AAV<br />
durch Pyrolyse von<br />
Xanthogenaten<br />
(CHUGAEV) 283<br />
durch Red. von Sulfonsäurechloriden<br />
652 f<br />
I 696,735<br />
Äquivalentmassebestimmung<br />
735/V<br />
Geruch 251,685<br />
IR 92<br />
Löslichkeit 688<br />
R Add.<br />
an vinyloge Carbonylverbb.<br />
594,597<br />
radikalische, an Olefine<br />
317<br />
Arylierung 411<br />
mit Alkylhalogeniden 248<br />
mit Grignard-Verbb. 559<br />
mit salpetriger Säure<br />
696/AAV(I)<br />
mit Schwermetallsalzen<br />
696/AAV(I)<br />
Thiolsäuren, radikalische Add.<br />
an Olefine 317<br />
a-Thio-naphthol, Derivate 736<br />
ß-Thio-naphthol, Derivate 736<br />
Thionierung von Carbonylverbb.<br />
506/AAV<br />
Thionicotinsäureamid, D 507/V<br />
Thionylchlorid<br />
G 761,774<br />
R mit Alkoholen 229<br />
U mit Pentylalkohol 231/L<br />
mit Carbonsäuren 497,<br />
498/AAV<br />
mit Cyanessigester 501<br />
Reinigung 761<br />
Thiophen 352<br />
R elektrophile<br />
Substitution 355,357<br />
Friedel-Crafts-<br />
Acylierung 378<br />
Gattermann-Synthese 382<br />
U 384,402<br />
Thiophen-2-carbaldehyd<br />
D 384/V<br />
I Derivate 707<br />
Thiophen-2-carbonsäure,<br />
D 450/V<br />
Thiophene, substituierte, D 605<br />
Thiophenol<br />
D 654/V<br />
I Derivate 736<br />
U 319<br />
PKs-Wert 158<br />
Thiophenole (s. auch Thiole)<br />
D 367, 372, 654/AAV<br />
I 696,735<br />
Äquivalentmassebestimmung<br />
735/V<br />
IR 92<br />
Löslichkeit 688<br />
Register 847<br />
R mit salpetriger<br />
Säure 696/AAV(I)<br />
mit Schwermetallsalzen<br />
696/AAV(I)<br />
2-Thiophenthiol, D 402/V(L)<br />
Thiophosgen 502,504/L<br />
Thiosalicylsäure, D 642/V(L)<br />
Thiosemicarbazone UV-VIS 88<br />
Thiouroniumsalze 25Of<br />
Thiuram 505<br />
(hreo-Form 176<br />
Threonin, I 704<br />
Threose 175 f<br />
Thüringer Glas l<br />
Thymol, Derivate 728<br />
Tieffeldverschiebungen bei<br />
13 C-NMR 109<br />
TIEMANN s, REIMER<br />
Tiffeneau-Rk. 665, 681/L<br />
Tiglinaldehyd<br />
D 52IlV<br />
U 469<br />
Tiglinaldehyd-diethylacetal,<br />
D 469/V<br />
Tiglinsäure, Derivate 715<br />
Tiglinsäurechlorid, D 498<br />
TISHCHENKO s. CLAISEN<br />
Titanium, niedervalentes 591<br />
Titanium(IV)isopropoxid als<br />
Katalysator 303<br />
Titaniumkomplexe 303<br />
Titanium(IV)sulfat zur Probe<br />
auf Peroxide 207<br />
Titaniumtrichlorid 336,591<br />
Titaniumtetrachlorid<br />
G 774<br />
als Katalysator 374,607<br />
TMS s. Tetramethylsilan<br />
Tobias-Säure, D 365/L<br />
Tocopherol 376/T<br />
Tollens-Reagens 437,690<br />
D 76IlV<br />
Tolualdehyde s. Toluylaldehyde<br />
Toluen 419/T<br />
D 374/B<br />
G 761,774<br />
I Derivate 732<br />
R Chlorierung 202/T<br />
Methylierung 374<br />
Ox. 424<br />
in Gegenwart von<br />
Ammoniak 419 ^<br />
radikalische Subst. 194<br />
Zweitsubstitution 357<br />
U !99,200,204,345,36O,<br />
365, 366,38!, 387,422,
848 Register<br />
Azeotrop mit Wasser 56,76!<br />
Bindungsdissoziationsenergie<br />
189<br />
Oxidationspotential 416<br />
PK5-WeU 158<br />
Trocknung 761<br />
Toluene, substituierte<br />
D 408/V(L)<br />
Ox. 422/AAV, 424<br />
o-Toluensulfochlorid 367<br />
D 365/V<br />
U 654,657<br />
p-Tbluensulfochlorid<br />
D 365/V<br />
U 654,657<br />
mit Alkoholen 655/AAV<br />
Toluensulfonate s. p-Toluensulfonsäurealkylester<br />
o-Toluensulfonsäure,<br />
Derivate 737<br />
p-Toluensulfonsäure<br />
D 366/V<br />
G 774<br />
I Derivate 737<br />
p-Toluensulfonsäurealkylester<br />
211,218,222,253<br />
D 655/AAV<br />
R radikal. Red. 209<br />
U 240,253<br />
als Alkylierungsmittel 373,<br />
608<br />
o-Toluensulfonsäureamid<br />
D 657/V<br />
U 422<br />
p-Toluensulfonsäureamid,<br />
D 657/V<br />
p-Toluensulfonsäureamide,<br />
D 657/AAV(I), 698/1<br />
p-Toluensulfonsäurebutylester<br />
D 655/V<br />
U 240<br />
p-Toluensulfonsäure-Nchloramid<br />
657<br />
p-Toluensulfonsäureethylester<br />
D 655/V<br />
U 240<br />
p-Toluensulfonsäureheptylester,<br />
D 655/V<br />
p-Toluensulfonsäurehexylester,<br />
D 655/V<br />
p-Toluensulfonsäure-menthylester,D<br />
655/V<br />
p-Toluensulfonsäuremethylester<br />
(Methyltosylat)<br />
D 655/V<br />
U 240<br />
Reaktivität bei SN2-Rkk. 2!8<br />
p-Toluensulfonsäureoctylester,<br />
D 655/V<br />
p-Toluensulfonsäurepentylester,<br />
D 655/V<br />
p-Toluensulfonsäurepropylester<br />
D 655/V<br />
U 240<br />
N-(p-Toluensulfonyl)anthranilsäure,<br />
D 657/V(L)<br />
p-Toluensulfonylhydrazone 581<br />
R 647<br />
m-Toluidin<br />
D 397,627<br />
G 774<br />
I Derivate 699<br />
U 637,639,641<br />
o-Toluidin<br />
D 628/V<br />
G 774<br />
I Derivate 699<br />
U 637,641<br />
p-Toluidin 361/T<br />
D 397,628/V<br />
G 774<br />
I Derivate 699<br />
U 373,596,637,639,641<br />
3-(p-Toluidino)propionsäureethylester,D<br />
596/V<br />
Toluol s. Toluen<br />
p-Toluoylchlorid, D 499/V<br />
m-Toluylaldehyd, Derivate 707<br />
o-Toluylaldehyd<br />
D 424/V<br />
I Derivate 707<br />
p-Toluylaldehyd<br />
D 382/V(L), 424/V<br />
I Derivate 707<br />
U 534,537<br />
2,4- u. 2,6-Toluylendiisocyanat<br />
503,505/T<br />
m-Toluylsäure<br />
D 423/V<br />
I Derivate 716<br />
o-Toluylsäure<br />
D 423/V<br />
I Derivate 716<br />
p-Toluylsäure<br />
D 423/V<br />
I Derivate 716<br />
U 499<br />
p-Toluylsäurernethylester<br />
D 476/V<br />
U 423<br />
Tolyl- s. auch Toluylp-Tolylessigsäure,<br />
D 428/V<br />
m-Tolylhydrazin, D 639/V<br />
p-Tolylhydrazin<br />
D 639/V<br />
U 483<br />
p-Tolylthioessigsäurernorpholid<br />
D 427/V<br />
U 428<br />
Tosyl- s. p-Toluensulfonyl-<br />
Tosylate s. p-Toluensulfonsäurealkylester<br />
Totzeit 73<br />
toxische Dosis 764,765 ff<br />
Trägergas bei GC 74<br />
Trägerkatalysatoren 341<br />
Trägermaterial bei GC 75<br />
Transalkylierungsreaktionen<br />
376<br />
Transmetallierung 403,405 ff,<br />
559,565<br />
Treibgase 254<br />
Trennfaktor bei<br />
Extraktionen 59<br />
Trennsäule 70,75<br />
Trennstufe, theoretische 48 ff, 73<br />
Trenn verfahren 31 ff<br />
Trialkylaluminiumverbindungen<br />
bei Ziegler-Natta-Synthesen<br />
336<br />
Trialkylborane<br />
D 308<br />
R 308,677<br />
Trialkylhalogensilane, nucleophile<br />
Substitution 262/L<br />
l,3,5-Trialkyl-hexahydro-l,3,5triazine<br />
386/L<br />
Trialkylphosphinoxide, D 247<br />
Trialkylsilylamine, D 212<br />
Trialkylsilylazide, D 212<br />
Trialkylsilylcyanide, D 212<br />
Trialkylsilylgruppe 182<br />
Trialkylzinnchlorid, U 407<br />
Triazene, 1,3-disubstituierte 632,<br />
643<br />
Tribenzylamin, Derivate 703<br />
Tribromacetaldehyd s. Bromal<br />
Tribrommethanol, D 574/V<br />
2,4,6-Tribrom-phenol, Derivate<br />
728<br />
l,2,3-Tribrom-propan,D 300/V<br />
Tri(tert-butyl)phosphin 409 f<br />
Tri-n-butylzinnhydrid<br />
bei radikal. Add. 319<br />
zur Darst. von Aldehyden<br />
408<br />
zur radikal. Red. 2091210/L<br />
Trichloracetaldehyd s. Chloral
Trichloracetylchlorid, D 498/V<br />
1,2,4-Trichlor-benzen 278/T<br />
!,l, 1 -Trichlor-2,2-di(4-chlorphenyl)ethan<br />
s. DDT<br />
l,l,l-Trichlor-2,2-di(4-methoxyphenyl)ethan<br />
389/T<br />
Trichloressigsäure<br />
D 438/V<br />
G 774<br />
I Derivate 715<br />
U 498<br />
Acidität 457<br />
Katalysator bei Diels-Alder-<br />
Rkk. 332<br />
Trichlorethan 301/T<br />
2,2,2-Trichlor-ethanol<br />
D 574/V,570/V<br />
I Derivate 726<br />
Trichlorethylen 278/T, 301/T,<br />
614/T<br />
G 762,774<br />
I physikalische<br />
Konstanten 723<br />
Reinigung und<br />
Trocknung 762<br />
Trichlormethan s. Chloroform<br />
Trichlormethanidion 225<br />
(Trichlormethyl)aromaten 235<br />
(Trichlormethyl)benzen 202/T<br />
D 199/V<br />
G 775<br />
I physikalische<br />
Konstanten 723<br />
2,4,5-Trichlor-phenol 372/T<br />
D 399/T<br />
2,4,6-Trichlor-phenol,<br />
Derivate 728<br />
2,4,5-Trichlor-phenoxyessigsäure<br />
372/T<br />
D 241<br />
2,4,5-Trichlor-phenoxyessigsäureester<br />
480/T<br />
2,2,2-Trichlor-l-phenyl-ethanol,<br />
D 563/V<br />
Trichter, beheizbarer 35<br />
Tricresylphosphat für DC 76<br />
l ,2,3-Tricyan-propan-2-ol,<br />
D 614AT<br />
Tridecannitril<br />
D 258/V<br />
U 500,590<br />
Tridecansäure, D 500/V<br />
Tridecylamin, D 590/V<br />
Tridecylbromid, U 258<br />
Tridecylcyanid<br />
D 258/V<br />
U 590<br />
Triethanolamin, D 304/T<br />
1,3,3-Triethoxy-butan, U 276/L<br />
Triethylamin 242,280<br />
G 775<br />
I Derivate 703<br />
Lösungsmittelf Grignard-<br />
Rkk. 558<br />
Triethylammoniumion,<br />
pKs-Wert 158<br />
Triethylenglycol 15,762<br />
D 305/T<br />
Siede temp., Abhängigkeit<br />
vom Druck 40<br />
Triethylphosphit, U 247/L<br />
Triflate s. Trifluormethansulfonsäureester<br />
Trifluorethanol als Lösungsmittel<br />
222<br />
Trifluormethansulfonsäure als<br />
Friedel-Crafts-Katalysator<br />
379<br />
Trifluormethansulfonsäureester<br />
217,405<br />
als Alkylierungsmittel 223<br />
in Kreuzkupplungen 405 ff,<br />
408 ff<br />
4-Trifluormethyl-benzaldehyd,<br />
U 467<br />
4-Trifluormethyl-benzaldehydoxim,<br />
D 467<br />
4-Trifluormethyl-benzhydroximoylchlorid,<br />
D 201/V<br />
Triglyceride 493<br />
Triglycol s. Triethylenglycol<br />
Trihalogenide, geminale 235<br />
Trihalogenessigsäure, Carbenbildung<br />
285<br />
Trihalogenmethane, Dehydrohalogenierung<br />
285<br />
2,4,6-Trihydroxy-benzoesäure,<br />
D 392/V<br />
3,4,5-Trihydroxy-benzoesäure,<br />
U 239<br />
Trihydroxyneopentan 577/T<br />
Triisopropylphosphit, U 247/L<br />
Trilon A s. Nitrilotriessigsäure<br />
Trilon B s. Ethylendiamintetraessigsäure<br />
Trimethincyanine, D 555,<br />
557/AAV<br />
3,4,5-Trimethoxy-benzoesäure,<br />
D 239/V<br />
2,4,6-Trimethyl-acetophenon, U<br />
426<br />
Trimethylamin 282<br />
Register 849<br />
I Derivate 703<br />
2,5,6-Trimethyl-benzaldehyd, U<br />
467<br />
2,5,6-Trimethyl-benzaldehydoxim,<br />
D 467<br />
l ,3,5-Trimethyl-benzen<br />
D 374/B,519<br />
G 775<br />
U 370<br />
2,4,6-Trimethyl-benzhydroximoylchlorid,<br />
D 201/V<br />
2,4,6-Trimethyl-benzylchlorid<br />
D 387<br />
U 257<br />
2,4,6-Trimethyl-benzylcyanid<br />
D 257/V<br />
U 501<br />
Trimethylessigsäure<br />
D 450/V, 563/V<br />
Acidität 457<br />
2,3,5-Trimethyl-hydrochinon<br />
376AT<br />
Trimethylolpropan 524/T, 577/T<br />
2,2,4-Trimethyl-3-oxo-pentansäureethylester,<br />
D 546/V<br />
2,2,4-Trimethyl-pentan<br />
13 C-NMR-Spektrum 731<br />
IR-Spektrum 730<br />
physikalische Konstanten<br />
730<br />
2,4,4-Trimethyl-pentan-2-ol 270<br />
2,4,4-Trimethyl-pent-l-en 270<br />
2,4,4-Trimethyl-pent-2-en 270<br />
2,4,5-Trimethyl-phenol,<br />
Derivate 728<br />
2,4,6-Trimethyl-phenylessigsäure,D<br />
501/V<br />
2,4,6-Trimethyl-phenylglyoxal,<br />
D 426/V<br />
Trimethylsilanol 260<br />
N-Trimethylsilyl-acetamid,<br />
D 260/V<br />
Trimethylsilylamide 259<br />
Trimethylsilylamine 259<br />
Trimethylsilylazid, D 260/V(L)<br />
Trimethylsilylchlorid 259 f, 607<br />
Trimethylsilylcyanid<br />
D 260<br />
U 534/L<br />
N-Trimethylsilyl-diethylamin,<br />
D 260/V<br />
a-Trimethylsilyloxy-nitrile 534<br />
N-Trimethylsilyl-piperidin,<br />
D 260/V<br />
1,3,5-Trinitro-benzen 36!/T<br />
D 358
850 Register<br />
als Identifizierungsreagens<br />
361<br />
2,4,6-Trinitro-phenol s. Pikrinsäure<br />
2,4,6-Trinitrotoluen 361/T<br />
2,4,6-Trioxo-heptan-l,7-disäurediethylester,<br />
D 546/V<br />
l ,2,2-Triphenyl-acenaphthen-1 -<br />
öl, D 564<br />
Triphenylmethan, pKs-Wert 510<br />
Triphenylmethanfarbstoffe 382,<br />
390<br />
Triphenylmethanol<br />
D 235/V, 376,563/V<br />
I Derivate 726<br />
Triphenylmethylchlorid 240<br />
D 376/V<br />
U 235<br />
Triphenylmethylether 241<br />
Triphenylmethylhalogenide,<br />
SN-Rkk. 216<br />
Triphenylmethylnatrium, Kond.mittel<br />
bei der Esterkond. 542<br />
Triphenylmethylradikal 189,192<br />
Triphenylphosphan s. Triphenylphosphin<br />
Triphenylphosphin<br />
R 232,406,409f<br />
U 246<br />
Triphenylphosphinoxid 537<br />
Triplettzustand bei Carbenen<br />
286,325<br />
Tris(dibenzylidenaceton)dipalladium<br />
407,411<br />
Tri(o-tolyl)phosphin 407 f, 409 f<br />
Triton B 594<br />
Tritylalkohol s. Triphenylmethanol<br />
Tritylchlorid s. Triphenylmethylchlorid<br />
TRK-Wert 764<br />
Trockenbatterie 25<br />
Trockeneis s. Kohlendioxid,<br />
festes<br />
Trockenmittel 28<br />
Trockenpistole 27<br />
Trockenröhrchen 5<br />
Trockenschrank 27<br />
Trockenturm 25<br />
Trocknung 24 ff<br />
aceotrope 56<br />
von Feststoffen 27,46<br />
von Lösungsmitteln 741 ff<br />
Tropasäure, D 563/V(L)<br />
Tropinon 533<br />
Tropyliumkation 116,352<br />
Tryptophan 680<br />
D 492/V(L), 533,601/V(L)<br />
I 705<br />
Tuberculostatica 423/T, 482<br />
Twistform 171<br />
Twitchell-Reaktiv 493<br />
Tyrosin 442<br />
I 705<br />
Löslichkeit 688<br />
Überdruck, Erzeugung 71<br />
Überdrucksicherung 12<br />
Übergänge s. Elektronenübergänge<br />
übergangsmetallkatalysierte<br />
Reaktionen 334 ff, 405 ff,<br />
408 ff<br />
Übergangsstück s. auch<br />
Reduzierstück 124<br />
Übergangszustand 149 ff, 166<br />
Ubichinon 442<br />
Ullmann-Reaktion 404<br />
Ultragifte 248<br />
Ultraschallbad 9<br />
Umesterung 460,477<br />
Umkehrphasen (RP) 66,72<br />
Umkristallisieren 37<br />
Umlagerungen 148,227,659 ff<br />
am Sauerstoffatom 675 ff<br />
am Stickstoffatom 669 ff<br />
der Epoxide 665/AAV(I)<br />
Umpolung 181,185/L, 533,599<br />
Undecanal,D 433/V<br />
Undecan-1,11 -dicarbonsäure,<br />
D 581/V<br />
Undecan-2,5-dion, D 602/V(L)<br />
Undecannitril<br />
D 258/V<br />
U 590<br />
Undecanol,U 433 f<br />
Undecansäure, D 433/V<br />
Undecylamin, D 590/V<br />
Undecylbromid, U 258<br />
Unfälle s. vorderer innerer<br />
Buchdeckel, 743 ff, 775 f/L<br />
ungesättigte Öle,<br />
Trocknung 206<br />
unterchlorige Säure, Ox. mit<br />
432/AAV<br />
unterhalogenige Säuren,<br />
Add. an Olefine und<br />
Acetylene 291,348/L<br />
Uracil-6-carbaldehyd,<br />
D 425/V(L)<br />
Ureide 487<br />
Urethane<br />
D aus Chlorkohlensäureestern<br />
und Aminen 486<br />
aus Isocyanaten und<br />
Alkoholen 505/AAV,<br />
725/1,727/1<br />
durch Hofmann-Abbau<br />
670<br />
R Pyrolyse 283<br />
Urotropin s. Hexamethylentetramin<br />
URUSHIBARA s. Raney-Nickel<br />
UV-Absorber 382<br />
UV-VIS-Spektroskopie 77,85 ff,<br />
126 f/L<br />
Vakuum 21 ff, 23<br />
Vakuumdestillationsapparatur<br />
42<br />
Vakuummessung 22 f<br />
Vakuumvorstoß 42,123<br />
Valenzschwingungen bei IR 91<br />
Valenztautomerie 678<br />
Valeraldehyd, Derivate 706<br />
Valeriansäure<br />
D 492/V,500/V<br />
G 775<br />
I Derivate 715<br />
U 613,674<br />
(5-Valerolactam, D 674/V<br />
Veresterung<br />
azeotrope, extraktive 227,<br />
475/AAV<br />
von Alkoholen<br />
mit anorganischen<br />
Säuren 211,227ff<br />
mit Bromwasserstoffsäure<br />
228/AAV<br />
mit salpetriger Säure 634,<br />
634 f/V<br />
von Carbonsäuren 474,<br />
475/AAV<br />
mit Diazomethan 625,<br />
649/AAV<br />
Veresterungsgeschwindigkeit<br />
474<br />
von Alkoholen mit Halogenwasserstoffsäuren<br />
227<br />
Veretherung 226,232 ff<br />
nach WILLIAMSON 211,235,<br />
239/AAV<br />
von Alkoholen (sauer) 211,<br />
232,265<br />
von Phenolen<br />
mit Diazomethan<br />
649/AAV<br />
mit Dimethylsulfat<br />
239/AAV<br />
Verkochen von Diazoniumsalzlösungen<br />
636,637/AAV,<br />
659/L<br />
Verschiebung, chemische 99<br />
1 H-NMR 101<br />
13 C-NMR 106,109<br />
Verseifung s. auch Hydrolyse<br />
in der qualitativen<br />
Analyse 693<br />
von N-Acyl-aminomalonestern<br />
492<br />
von Carbonsäureamiden<br />
718/1<br />
von Carbonsäureestern<br />
488 ff, 719/AAV(I)<br />
von Nitrilen 500/AAV, 501/T,<br />
718/1<br />
von substituierten Malonsäurediethylestern<br />
489/AAV<br />
von Sulfonsäureestern 652<br />
Verseifungszahl von Estern 492<br />
Verteilung 58 f<br />
multiplikative 59,62f<br />
Verteilungschromatographie<br />
66 ff, 74<br />
Verteilungskoeffizienten 58<br />
Viagra 658<br />
Vigreux-Kolonne 51 f, 123<br />
Vilsmeier-Synthese 353,<br />
383/AAV, 413/L<br />
Vinylacetat 298/T, 322/T<br />
D aus Ethylen 335<br />
G 775<br />
U 319/L, 322/L, 326/L, 329<br />
9-Vinyl-anthracen, D 540/V<br />
Vinylbromid, Derivate 722<br />
Vinylchlorid 278/T, 298/T,<br />
301/T, 322/T<br />
D aus Ethylen 335<br />
I Derivate 722<br />
Vinylcyclopropan 660<br />
Vinylcyclopropan-Cyclopenten-<br />
Umlagerung 660<br />
Vinylengruppe 162<br />
Vinylether<br />
D 313/AAV<br />
R Umetherung 678<br />
IR 94<br />
Vinylhalogenide, SN-Rkk. 216<br />
Vinylidendichlorid 301/T, 323/T<br />
Vinylierung 349/L<br />
Vinyliodid, Derivate 722<br />
Vinylketone 282<br />
Vinylogie 162,592 ff<br />
2-Vinyl-pyridin 526/T<br />
2-Vinyl-thiophen, D 281/V(L)<br />
Virtulanglas l<br />
Viskoseverfahren 505<br />
Viskosität 38<br />
Vitamin A 540<br />
Vitamin-A-Säure 540<br />
Vitamin B1 530<br />
Vitamin B5 487<br />
Vitamin B6 333,487<br />
Vitamin C 438,470,480<br />
Vitamin E 376<br />
Vitamin K 442<br />
Vorlage 42,50<br />
Vorproben 684 ff<br />
Vorschriftensammlungen 132<br />
Vulkanisationsbeschleuniger<br />
252,505<br />
Wacker-Oxidation 335/AAV<br />
Wachse 480<br />
WADSWORTH s. HORNER<br />
Wagner-Meerwein-<br />
Umlagerung 666,681/L<br />
Walden-Umkehr 215, 229<br />
Wanderungstendenz bei<br />
Umlagerungen 664<br />
Register 851<br />
Wannenform 171<br />
Wärmebad 14<br />
Wärmeleitfähigkeitsdetektor 75<br />
Wärmequelle 14<br />
Wärmetönung 149<br />
Waschflasche 12 f, 25,124<br />
Waschmittel 298,367,493,513,<br />
584<br />
D 208,419,445<br />
Wasser<br />
R Add.<br />
anOlefine 291,295 ff,<br />
348/L<br />
an a,ß-ungesättigte Carbonylverbb.<br />
597<br />
mit Grignard-Verbb. 559<br />
als Lösungsmittel 36,64,90,<br />
155,266<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
Moleküleigenschwingungen<br />
im IR 92<br />
PK8-Wert 158,510<br />
Siedetemp., Abhängigkeit<br />
vom Druck 40<br />
Wasserabscheider 57<br />
Wasserbad 14<br />
Wasserdampfdestillation 54 ff<br />
Wasserdampferzeugung s.<br />
Dampfkanne<br />
Wasserstandsregler 14<br />
Wasserstoff<br />
G 762,775<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
189<br />
für Hydrierungen von CC-<br />
Mehrfachbindungen 289,<br />
338,340ff,351/L<br />
für Hydrierung von Carbonylverbb.<br />
582 ff<br />
für Hydrierungen von<br />
NO2-Verbb. 627<br />
für Oxosynthesen 289,338<br />
Kennzeichnung der Druckgasflasche<br />
21<br />
Reinigung und Trocknung<br />
762<br />
Wasserstoffbrücken 155<br />
Wasserstoffperoxid 762<br />
D 44!<br />
G 762,775<br />
U 494<br />
Bindungsdissoziationsenthalpie<br />
!89<br />
Wasserstrahlpumpe 21, 23<br />
Wasserturbinen 10
852 Register<br />
weiche Basen s. Basen<br />
weiche Säuren s. Säuren<br />
Weichmacher 202/T, 423/T, 480,<br />
584,577<br />
Weinsäure 176<br />
I Derivate 716<br />
zur Racemattrennung 177<br />
Weinsäurediethylester<br />
D 476/V<br />
U Ox. 448<br />
zur Sharpless-Epoxidierung<br />
179,303<br />
Willgerodt-Reaktion 426 ff,<br />
454/L<br />
Willgerodt-Kindler-Reaktion<br />
427/AAV, 454/L<br />
Williamson-Ethersynthese 211,<br />
235,239,239/AAV<br />
WILLSTÄTTER, Cyclooctatetraenbildung<br />
282<br />
Wittig-Reaktion 246,509,537,<br />
539/AAV,619/L<br />
Wittig-Umlagerung 661,681/L<br />
Wittscher Topf 33,123<br />
Wolff-Kizhner-Reduktion 567,<br />
579 ff, 580/AAV, 621/L, 627<br />
Wolff-Umlagerung 667,<br />
667 f/AAV, 681/L<br />
Wolle, Färben 646<br />
Woodsches Metall 15<br />
Woodward-Hoffmann-Regeln<br />
325,348/L<br />
Woulfesche Flasche 23,27<br />
Wursters Rot 440<br />
Elektrodenpotential 417<br />
Wurtz-Fittig-Reaktion 403<br />
Wurtz-Reaktion 403,559<br />
Xanthogenate 504<br />
Xanthogensäurealkylester s.<br />
Dithiokohlensäure-O,5dialkylester<br />
Xanthon, Derivate 708<br />
m-Xylen<br />
D 374<br />
G 775<br />
I Derivate 732<br />
U 204,345,381,387,423<br />
o-Xylen 421<br />
D 374/B<br />
G 775<br />
I Derivate 732<br />
U 199,204,345,422,423,424<br />
p-Xylen<br />
D 376/T<br />
G 775<br />
I Derivate 732<br />
R Isomerisierung 374<br />
U 204,345,387,422,423,<br />
424<br />
Oxidationspotential 416<br />
Xylene 762<br />
G 762,775<br />
als Wasserschlepper 56<br />
2,4-Xylidin, U 645<br />
Xylose, I 713<br />
Ylene s. Ylide<br />
Ylide 246,507,535,537,661<br />
Zajcev-Eliminierung 268 f<br />
Zeitgesetze 153<br />
Zeitschriften 129<br />
Zellatmung 418<br />
Zellwolle 505<br />
Zentrifugieren 35,35<br />
Zeolithe 754<br />
Zerevitinov-Bestimmung 559<br />
Zersetzungstemperatur 77<br />
Zerstäuber 69<br />
ZIEGLER 336<br />
Zimtaldehyd<br />
D 384/V, 435/V, 521/V<br />
I Derivate 707<br />
IR-Spektrum 709<br />
U 529,537,540,574,601<br />
als Dehydrierungsmittel<br />
574<br />
Zimtalkohol<br />
D 574/V<br />
I Derivate 726<br />
U 435<br />
Zimtsäure<br />
D 524,529/V<br />
I Derivate 716<br />
U 344,498<br />
Zimtsäureamid, D 410/V<br />
Zimtsäurechlorid s. Cinnamoylchlorid<br />
Zimtsäureester 525<br />
Zimtsäureethylester, 1 H-NMR-<br />
Spektrum 720<br />
Zink zur Reduktion von Carbonylverbindungen<br />
587,587<br />
Zinkchlorid 720<br />
G 775<br />
als Friedel-Crafts-Katalysator<br />
373,379<br />
Zinkcyanid<br />
D 762/V<br />
G 762,775<br />
Zink-Kupfer-Paar 327<br />
zinkorganische Verbb. s.<br />
Organozinkverbb.<br />
Zinkoxid als Dehydrierungskatalysator<br />
435<br />
Zinn(II)-chlorid, G 775<br />
zinnorganische Verbb. s.<br />
Organozinnverbb.<br />
Zinntetrachlorid als Friedel-<br />
Crafts-Katalysator 374<br />
Ziram 505<br />
Zirkon-Alizarinlack-Probe<br />
687/AAV/I<br />
Zucker 579<br />
I Löslichkeit 687<br />
Nachweis bei DC 68<br />
Osazone 466/AAV, 712<br />
als Adsorptionsmittel 64<br />
n,?r*-Zustand 86<br />
TU, 7T*-Zustand 86<br />
Zweihalskolben 3,6f<br />
Zweitsubstitution am Aromaten<br />
354 ff<br />
Z-Wert 86
Change language