7.4.6: 4-Ethoxy-pyridin-N-oxid

7. Substitutionen an Aromaten und Heterocyclen www.ioc-praktikum.de
7.4.6 Nucleophile Substitution von 4-Nitropyridin-N-oxid zu 4-Ethoxy-pyridin-N-oxid
(6)
NO 2
OCH 2
CH 3
CH 3
CH 2
OH, NaOH
N
O
N
O
6
C 5
H 4
N 2
O 3
(140.1)
Arbeitsmethoden: Umkristallisation
C 2
H 6
O (46.1)
NaOH (40.0)
C 7
H 9
NO 2
(139.2)
Chemikalien
4-Nitropyridin-N-oxid
Ethanol
Natriumhydroxid
Essigsäureethylester
Wird in Versuch 7.2.4 dargestellt.
Sdp. 78 °C, d = 0.79 g/ml, Dampfdruck bei 20 °C: 59 hPa.
Verursacht schwere Verätzungen. Sofort mit viel Wasser abspülen.
Sdp. 77 °C, d = 0.90 g/ml, Dampfdruck bei 20 °C: 97 hPa.
Durchführung
Vor Beginn Betriebsanweisung erstellen.
In einem 250-ml-Rundkolben mit Rückflusskühler und Magnetrührstab
werden 50.0 mmol (7.00 g) 4-Nitropyridin-N-oxid in einer
Lösung von 65.0 mmol (2.60 g) Natriumhydroxid in 85 ml Ethanol
3 h unter Rückfluss erhitzt. Die zunächst gelbe Lösung färbt sich dabei
orange.
Isolierung und Reinigung
Man destilliert das Ethanol am Rotationsverdampfer ab (→ R 1 ), löst
den Rückstand in 30 ml Wasser und säuert mit etwa 40 ml halbkonz.
Salzsäure auf pH 1–2 an (Nitrose Gase! Abzug!). Die Lösung färbt
sich dabei tiefrot. Das Wasser wird unter vermindertem Druck
weitgehend abdestilliert (→ E 1 ). Die Destillation wird unterbrochen,
der Rückstand mit 10 proz. Natronlauge neutralisiert und bis zur
Trockne abdestilliert, zweimal mit 100 ml Ethanol jeweils 15 min
ausgekocht und filtriert (→ E 2 ). Die Ethanolextrakte werden
vereinigt, das Ethanol abdestilliert (→ R 1 ).
Zur Reinigung wird der feste Rückstand mit 150 ml Essigsäureethylester
etwa 15 Minuten unter Rückfluss erhitzt und heiß abfiltriert.
Das Filtrat wird am Rotationsverdampfer auf etwa 50–70 ml eingeengt
(→ R 2 ). Wenn das Produkt aus der Lösung bereits kristallisiert,
wird nochmals unter Rückfluss erhitzt, um eine klare Lösung zu
erhalten. Nach dem Abkühlen, zuletzt im Eisbad, wird das Reinprodukt
auf einem Büchnertrichter abgesaugt (→ E 3 ) und im Vakuumexsikkator
über Silicagel getrocknet. Man bestimme Ausbeute und
Schmelzpunkt des farblosen Reinprodukts. Ausbeute an 6: 50–60%,
Schmp. 122–123 °C.
Versuch 7.4.6, Rev. 1.0 1

7. Substitutionen an Aromaten und Heterocyclen www.ioc-praktikum.de
Hinweise zur Entsorgung (E) , Recycling (R) der Lösungsmittel
E 1 : Wässriges Destillat: Neutralisation → Abwasser.
E 2 : Filterrückstand → Entsorgung (Anorg. Feststoffe).
E 3 : Mutterlauge der Umkristallisation → Entsorgung (RH).
R 1 : Abdestilliertes Lösungsmittel → Recycling (Ethanol).
R 2 : Abdestilliertes Lösungsmittel → Recycling (Essigsäureethylester).
Auswertung des Versuchs
1 H-NMR-Spektrum von 6 (300 MHz, CDCl 3 ): δ = 1.38 (3 H), 4.00 (2 H), 6.73 (2 H), 8.05 (2 H).
1212.5 Hz
1205.5 Hz
1198.5 Hz
1191.5 Hz
420.2 Hz
412.2 Hz
406.2 Hz
d)
d)
a) b)
a) b) c)
c)
LM
9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 [ppm] 0.0
13 C-NMR Spektrum von 6 (75.5 MHz, CDCl 3 ): δ = 14.36 (CH 3 ), 64.73 (CH 2 ), 112.07 (CH), 140.30 (CH),
157.30 (C).
LM
160
140
120
IR-Spektrum von 6 (KBr):
100
100 80
60 40 20 [ppm] 0
T [%]
50
3115
3080
3065
3015
2940
2990
1630
1495
1480
1225
0
4000 3000 2000 1500 1000 ν ~ [cm -1 ]
* Formulieren Sie den zu 6 führenden Reaktionsmechanismus mit allen Zwischenstufen.
Versuch 7.4.6, Rev. 1.0 2

7. Substitutionen an Aromaten und Heterocyclen www.ioc-praktikum.de
Weitere denkbare Reaktionsprodukte:
N
O
NO 2
N OCH 2
CH 3
O
N
O
OCH 2
CH 3
NO 2
OCH 2
CH 3
OCH 2
CH 3
A B C
* Mit welchen spektroskopischen Daten lassen sich A–C ausschließen?
* Diskutieren Sie die denkbaren Reaktionsmechanismen.
Literatur, allgemeine Anwendbarkeit der Methode
Pyridin läßt sich nur sehr schwer elektrophil substituieren, wobei das Elektrophil in 3-Stellung eintritt. Im
Gegensatz dazu verläuft z.B. die Nitrierung von Pyridin-N-oxid glatt zu 4-Nitropyridin-N-oxid (siehe Versuch
7.2.4). Die Nitrogruppe lässt sich leicht gegen Nucleophile austauschen und das substituierte Pyridin-N-oxid
zum Pyridinderivat reduzieren. 4-Substituierte Pyridine sind somit leicht zugänglich.
Versuch 7.4.6, Rev. 1.0 3