5.1.8: 2-Dimethylaminomethyl-4-tert-butylcyclohexanon-hydrochlorid

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und polarer elektronenarmer C=C-Bindungen mit Nucleophilen
5.1.8 Umsetzung von 4-tert-Butylcyclohexanon mit Formaldehyd und Dimethylammoniumchlorid
zu 2-Dimethylaminomethyl-4-tert-butylcyclohexanon-hydrochlorid
(8) (Mannich-Reaktion)
O
+
H
C(CH 3
) 3
O
H
+
H 2
N(CH 3
) 2
Cl
Ethanol
Salzsäure
Rückfluss
- H 2
O
O
C(CH 3
) 3
NH(CH 3
) 2
8
Cl
C 10
H 18
O
(154.3)
CH 2
O
(30.0)
C 2
H 8
ClN
(81.5)
C 13
H 26
NOCl
(247.8)
Arbeitsmethoden: Umkristallisation
Chemikalien
Paraformaldehyd
4-tert-Butylcyclohexanon
Ethanol
Aceton
Dimethylammoniumchlorid
Schmp. 120–170 °C, Zers. ab 163 °C. Cancerogen, sensibilisierend.
Schmp. 47–50 °C.
Sdp. 78 °C, d = 0.79 g/ml Dampfdruck bei 20 C: 59 hPa.
Sdp. 56 °C, d = 0.79 g/ml, Dampfdruck bei 20 °C: 233 hPa.
Schmp. 170–172 °C (Zers.).
Durchführung
Vor Beginn Betriebsanweisung erstellen.
In einem 100-ml-Rundkolben mit Rückflusskühler und Magnetrührstab
werden unter Rühren 50 mmol (7.72 g) 4-tert-Butylcyclohexanon,
50 mmol (4.07 g) Dimethylammoniumchlorid und 60 mmol
(1.80 g) Paraformaldehyd zu 20.0 ml 95proz. Ethanol gegeben. Man
versetzt mit 0.2 ml konz. Salzsäure und erhitzt 5 h unter Rückfluss. 1
Isolierung und Reinigung
Die Lösung wird heiß mit einem Faltenfilter in einen 200-ml-
Erlenmeyerkolben filtriert (→ E 1 ) und bei Raumtemperatur mit 40
ml Aceton versetzt. 2 Den verschlossenen Erlenmeyerkolben lässt
man zur Kristallisation über Nacht im Tiefkühlfach stehen. Die
Kristalle werden über einen Büchnertrichter abgesaugt (→ E 2 ) und
im Vakuumexsikkator über Silicagel getrocknet. Ausbeute und der
Schmelzpunkt des Rohprodukts?
Zur Umkristallisation prüfe man folgende Lösungsmittel und protokolliere
das Ergebnis:
Ethanol (Sdp. 78 °C, DK 24.3) (→ E 3 )
Aceton (Sdp. 56 °C, DK 20.7) (→ E 3 )
Ethanol/Aceton (→ E 3 )
Essigsäureethylester (Sdp. 77 °C, DK 6.0) (→ E 3 )
Das Rohprodukt wird in der gerade notwendigen Menge heißem
Ethanol gelöst und bei Raumtemperatur bis zur beginnenden
Trübung mit Aceton versetzt. Die Kristallisation wird im Tiefkühlfach
vervollständigt, das Produkt abgesaugt und getrocknet (→ E 3 ).
Versuch 5.1.8, Rev. 1.0 1

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Hinweise zur Entsorgung (E)
Ausbeute und Schmelzpunkt des Produktes sind zu bestimmen.
Ausbeute an 8: 20–30%, Schmp. 146–148 °C (stark hygroskopische
Kristalle!).
1 Was beobachtet man bei der Reaktion?
2 Warum setzt man Aceton hinzu?
E 1 : Filterrückstand → Entsorgung (Org. Feststoffe).
E 2 : Filtrat → Entsorgung (H 2 O mit RHal/Halogenid).
E 3 : Mutterlaugen → Entsorgung (RHal).
Auswertung des Versuchs
Das 1 H-NMR-Spektrum von 8 erlaubt keine einfache Auswertung.
13 C-NMR Spektrum von 8 (75.5 MHz, DMSO-d 6 ): δ = 27.40 (CH 3 ), 27.82 (CH 2 ), 32.11 (C), 33.26 (CH 2 ),
40.45 (CH 2 ), 42.0, 43.0 (N-CH 3 , breit), 44.22 (CH), 45.34 (CH), 56.25 (CH 2 ), 210.16 (C).
LM
60
50
40
30
220
200
180
160
140
120
100 80 60 40 20 [ppm] 0
IR-Spektrum von 8 (KBr):
100
T [%]
50
3490
3315
2700
3235
3095
2870
1645
3015 2560
1710
0
4000 3000 2000 1500 1000 ν ~ [cm -1 ]
* Formulieren Sie den zu 8 führenden Reaktionsmechanismus.
Versuch 5.1.8, Rev. 1.0 2

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Weitere denkbare Reaktionsprodukte:
C
H 3
A B C
N CH 3
Cl
H 3
C
N CH 3
O
Cl
NH(CH 3
) 2
CMe 3
CMe 3
CMe 3
* Mit welchen spektroskopischen Daten lassen sich A–C ausschließen?
* Diskutieren Sie die denkbaren Reaktionsmechanismen.
Literatur, allgemeine Anwendbarkeit der Methode
Die Mannich-Reaktion zur Darstellung der sog. Mannichbasen mit dem Strukturelement -CO-CR 2 -CH 2 NR 2 ist
überaus vielseitig, es sind sowohl cyclische als auch offenkettige reaktive Methylenverbindungen einsetzbar. [1–5]
Mit primären Aminen kann sich der Mannich-Reaktion eine intramolekulare Ringschlussreaktion anschließen
(Robinson-Schöpf-Synthese), z.B. zu Pseudopelletierin aus Glutaraldehyd, Acetondicarbonsäure und Methylamin.
[6] Mit Succinaldehyd bei pH=7 erhielt Schöpf Tropinon in 90% Ausbeute.
Me
N
Me
N
O
Pseudopelletierin
O
Tropinon
An Stelle von CH 2 O/MeNH 2 + Cl − kann auch das käufliche sog. Eschenmoser-Salz (Me 2 N=CH 2
+ I − ) mit
Lithiumenolaten umgesetzt werden, man erhält direkt die Mannich-Basen. [7]
OLi
O
Me 2
N=CH 2
I
NMe 2
+ LiI
Mannich-Base
[1] H.O. House, Modern Synthetic Reactions, 2. Aufl. W.A. Benjamin Inc., New York 1972, S. 654–650.
[2] H. Hellmann, G. Opitz, Angew. Chem. 1956, 68, 265–272.
[3] T.F. Cummings, J.R. Shelton, J. Org. Chem. 1960, 25, 419–423.
[4] H.O. House, B.M. Trost, J. Org. Chem. 1964, 29, 1339–1341
[5] G.L. Buchanan, A.C.W. Curran, R.T. Wall, Tetrahedron 1969, 25, 5503–5508.
[6] A.C. Cope, H.L. Dryden Jr., C.F. Howeh in Organic Syntheses Coll. Vol. 4 (Hrsg. N. Rabjohn), J. Wiley &
Sons, New York, 1963, S. 816–819.
[7] S. Danishefsky, T. Kitahara, R. Mc Kee, P.F. Schuda, J. Am. Chem. Soc. 1976, 98, 6715–6717.
Versuch 5.1.8, Rev. 1.0 3