5.1.8: 2-Dimethylaminomethyl-4-tert-butylcyclohexanon-hydrochlorid
5.1.8: 2-Dimethylaminomethyl-4-tert-butylcyclohexanon-hydrochlorid 5.1.8: 2-Dimethylaminomethyl-4-tert-butylcyclohexanon-hydrochlorid
5. Reaktionen polarer elektronenreicher C=C-Bindungen mit Elektrophilen www.ioc-praktikum.de 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
- Seite 2 und 3: 5. Reaktionen polarer elektronenrei
5. Reaktionen polarer elektronenreicher C=C-Bindungen mit Elektrophilen www.ioc-praktikum.de<br />
und polarer elektronenarmer C=C-Bindungen mit Nucleophilen<br />
<strong>5.1.8</strong> Umsetzung von 4-<strong>tert</strong>-Butylcyclohexanon mit Formaldehyd und Dimethylammoniumchlorid<br />
zu 2-<strong>Dimethylaminomethyl</strong>-4-<strong>tert</strong>-<strong>butylcyclohexanon</strong>-<strong>hydrochlorid</strong><br />
(8) (Mannich-Reaktion)<br />
O<br />
+<br />
H<br />
C(CH 3<br />
) 3<br />
O<br />
H<br />
+<br />
H 2<br />
N(CH 3<br />
) 2<br />
Cl<br />
Ethanol<br />
Salzsäure<br />
Rückfluss<br />
- H 2<br />
O<br />
O<br />
C(CH 3<br />
) 3<br />
NH(CH 3<br />
) 2<br />
8<br />
Cl<br />
C 10<br />
H 18<br />
O<br />
(154.3)<br />
CH 2<br />
O<br />
(30.0)<br />
C 2<br />
H 8<br />
ClN<br />
(81.5)<br />
C 13<br />
H 26<br />
NOCl<br />
(247.8)<br />
Arbeitsmethoden: Umkristallisation<br />
Chemikalien<br />
Paraformaldehyd<br />
4-<strong>tert</strong>-Butylcyclohexanon<br />
Ethanol<br />
Aceton<br />
Dimethylammoniumchlorid<br />
Schmp. 120–170 °C, Zers. ab 163 °C. Cancerogen, sensibilisierend.<br />
Schmp. 47–50 °C.<br />
Sdp. 78 °C, d = 0.79 g/ml Dampfdruck bei 20 C: 59 hPa.<br />
Sdp. 56 °C, d = 0.79 g/ml, Dampfdruck bei 20 °C: 233 hPa.<br />
Schmp. 170–172 °C (Zers.).<br />
Durchführung<br />
Vor Beginn Betriebsanweisung erstellen.<br />
In einem 100-ml-Rundkolben mit Rückflusskühler und Magnetrührstab<br />
werden unter Rühren 50 mmol (7.72 g) 4-<strong>tert</strong>-Butylcyclohexanon,<br />
50 mmol (4.07 g) Dimethylammoniumchlorid und 60 mmol<br />
(1.80 g) Paraformaldehyd zu 20.0 ml 95proz. Ethanol gegeben. Man<br />
versetzt mit 0.2 ml konz. Salzsäure und erhitzt 5 h unter Rückfluss. 1<br />
Isolierung und Reinigung<br />
Die Lösung wird heiß mit einem Faltenfilter in einen 200-ml-<br />
Erlenmeyerkolben filtriert (→ E 1 ) und bei Raumtemperatur mit 40<br />
ml Aceton versetzt. 2 Den verschlossenen Erlenmeyerkolben lässt<br />
man zur Kristallisation über Nacht im Tiefkühlfach stehen. Die<br />
Kristalle werden über einen Büchnertrichter abgesaugt (→ E 2 ) und<br />
im Vakuumexsikkator über Silicagel getrocknet. Ausbeute und der<br />
Schmelzpunkt des Rohprodukts?<br />
Zur Umkristallisation prüfe man folgende Lösungsmittel und protokolliere<br />
das Ergebnis:<br />
Ethanol (Sdp. 78 °C, DK 24.3) (→ E 3 )<br />
Aceton (Sdp. 56 °C, DK 20.7) (→ E 3 )<br />
Ethanol/Aceton (→ E 3 )<br />
Essigsäureethylester (Sdp. 77 °C, DK 6.0) (→ E 3 )<br />
Das Rohprodukt wird in der gerade notwendigen Menge heißem<br />
Ethanol gelöst und bei Raumtemperatur bis zur beginnenden<br />
Trübung mit Aceton versetzt. Die Kristallisation wird im Tiefkühlfach<br />
vervollständigt, das Produkt abgesaugt und getrocknet (→ E 3 ).<br />
Versuch <strong>5.1.8</strong>, Rev. 1.0 1
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und polarer elektronenarmer C=C-Bindungen mit Nucleophilen<br />
Hinweise zur Entsorgung (E)<br />
Ausbeute und Schmelzpunkt des Produktes sind zu bestimmen.<br />
Ausbeute an 8: 20–30%, Schmp. 146–148 °C (stark hygroskopische<br />
Kristalle!).<br />
1 Was beobachtet man bei der Reaktion?<br />
2 Warum setzt man Aceton hinzu?<br />
E 1 : Filterrückstand → Entsorgung (Org. Feststoffe).<br />
E 2 : Filtrat → Entsorgung (H 2 O mit RHal/Halogenid).<br />
E 3 : Mutterlaugen → Entsorgung (RHal).<br />
Auswertung des Versuchs<br />
Das 1 H-NMR-Spektrum von 8 erlaubt keine einfache Auswertung.<br />
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 ),<br />
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).<br />
LM<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
220<br />
200<br />
180<br />
160<br />
140<br />
120<br />
100 80 60 40 20 [ppm] 0<br />
IR-Spektrum von 8 (KBr):<br />
100<br />
T [%]<br />
50<br />
3490<br />
3315<br />
2700<br />
3235<br />
3095<br />
2870<br />
1645<br />
3015 2560<br />
1710<br />
0<br />
4000 3000 2000 1500 1000 ν ~ [cm -1 ]<br />
* Formulieren Sie den zu 8 führenden Reaktionsmechanismus.<br />
Versuch <strong>5.1.8</strong>, Rev. 1.0 2
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und polarer elektronenarmer C=C-Bindungen mit Nucleophilen<br />
Weitere denkbare Reaktionsprodukte:<br />
C<br />
H 3<br />
A B C<br />
N CH 3<br />
Cl<br />
H 3<br />
C<br />
N CH 3<br />
O<br />
Cl<br />
NH(CH 3<br />
) 2<br />
CMe 3<br />
CMe 3<br />
CMe 3<br />
* Mit welchen spektroskopischen Daten lassen sich A–C ausschließen?<br />
* Diskutieren Sie die denkbaren Reaktionsmechanismen.<br />
Literatur, allgemeine Anwendbarkeit der Methode<br />
Die Mannich-Reaktion zur Darstellung der sog. Mannichbasen mit dem Strukturelement -CO-CR 2 -CH 2 NR 2 ist<br />
überaus vielseitig, es sind sowohl cyclische als auch offenkettige reaktive Methylenverbindungen einsetzbar. [1–5]<br />
Mit primären Aminen kann sich der Mannich-Reaktion eine intramolekulare Ringschlussreaktion anschließen<br />
(Robinson-Schöpf-Synthese), z.B. zu Pseudopelletierin aus Glutaraldehyd, Acetondicarbonsäure und Methylamin.<br />
[6] Mit Succinaldehyd bei pH=7 erhielt Schöpf Tropinon in 90% Ausbeute.<br />
Me<br />
N<br />
Me<br />
N<br />
O<br />
Pseudopelletierin<br />
O<br />
Tropinon<br />
An Stelle von CH 2 O/MeNH 2 + Cl − kann auch das käufliche sog. Eschenmoser-Salz (Me 2 N=CH 2<br />
+ I − ) mit<br />
Lithiumenolaten umgesetzt werden, man erhält direkt die Mannich-Basen. [7]<br />
OLi<br />
O<br />
Me 2<br />
N=CH 2<br />
I<br />
NMe 2<br />
+ LiI<br />
Mannich-Base<br />
[1] H.O. House, Modern Synthetic Reactions, 2. Aufl. W.A. Benjamin Inc., New York 1972, S. 654–650.<br />
[2] H. Hellmann, G. Opitz, Angew. Chem. 1956, 68, 265–272.<br />
[3] T.F. Cummings, J.R. Shelton, J. Org. Chem. 1960, 25, 419–423.<br />
[4] H.O. House, B.M. Trost, J. Org. Chem. 1964, 29, 1339–1341<br />
[5] G.L. Buchanan, A.C.W. Curran, R.T. Wall, Tetrahedron 1969, 25, 5503–5508.<br />
[6] A.C. Cope, H.L. Dryden Jr., C.F. Howeh in Organic Syntheses Coll. Vol. 4 (Hrsg. N. Rabjohn), J. Wiley &<br />
Sons, New York, 1963, S. 816–819.<br />
[7] S. Danishefsky, T. Kitahara, R. Mc Kee, P.F. Schuda, J. Am. Chem. Soc. 1976, 98, 6715–6717.<br />
Versuch <strong>5.1.8</strong>, Rev. 1.0 3