2017 Umsetzung von Zimtsäurechlorid mit Ammoniak zu

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2017 Umsetzung von Zimtsäurechlorid mit Ammoniak zu
Zimtsäureamid
O
O
Cl
NH3
NH2
C9H7ClO
(166.6)
C9H9NO
(147.2)
(17.0)
Klassifizierung
Reaktionstypen und Stoffklassen
Reaktion der Carbonylgruppe in Carbonsäurederivaten
Carbonsäureamid, Carbonsäurechlorid
Arbeitsmethoden
Rühren mit Magnetrührer, Zutropfen mit Tropftrichter, Ausschütteln, Extrahieren, Abrotieren,
Umkristallisieren, Abfiltrieren, Kühlen mit Eisbad
Versuchsvorschrift (Ansatzgröße 100 mmol)
Geräte
250 mL Dreihalskolben, Rückflusskühler, Tropftrichter ohne Druckausgleich, Magnetrührer,
Magnetrührstab, 500 mL Scheidetrichter, Rotationsverdampfer, Eisbad, Vakuumpumpe
Chemikalien
trans-Zimtsäurechlorid (Schmp. 32-35°C, Sdp. 251-258 °C;
destilliert; Produkt aus Versuch 2013)
wässrige konz. Ammoniak-Lösung (25%)
tert-Butylmethylether (Sdp. 55 °C)
Essigsäureethylester (Sdp. 77 °C)
Natriumsulfat zum Trocknen
16.6 g (100 mmol)
80 mL (70 g, 1.0 mol)
80 mL
140 mL
etwa 5 g
Versuchsdurchführung
In einem 250 mL Dreihalskolben mit Rückflusskühler, Magnetrührstab und Tropftrichter
ohne Druckausgleich werden 80 mL wässrige konz. Ammoniaklösung vorgelegt. Der
Reaktionskolben wird im Eisbad gekühlt. Die Lösung von 16.6 g (100 mmol) transZimtsäurechlorid in 80 mL tert-Butylmethylether wird in den Tropftrichter überführt und
unter Rühren so zugetropft, daß die Reaktion nicht zu heftig wird (ca. 30 min). Anschließend
wird noch 30 min bei Raumtemperatur gerührt. Es fällt ein feiner weißer Niederschlag aus,
der aber nicht abgetrennt wird.
1
Januar 2004
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Aufarbeitung
Der Inhalt des Reaktionskolbens wird in einen 500 mL Scheidetrichter überführt. Der Kolben
wird zunächst mit etwa 50 mL Wasser und anschließend mit 50 mL Essigsäureethylester
ausgespült. Diese Waschflüssigkeiten werden ebenfalls in den Scheidetrichter gegeben. Man
schüttelt kräftig durch und trennt die Phasen. Die wässrige Phase wird noch dreimal mit je
30 mL Essigsäureethylester ausgeschüttelt und zunächst aufbewahrt.
Die vereinigten organischen Phasen werden über Natriumsulfat getrocknet, das Trockenmittel
wird abfiltriert und das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer abdestilliert. Als Rückstand
bleibt das Zimtsäureamid als weißer Feststoff. Dieser wird im Hochvakuum bis zur Gewichtskonstanz getrocknet.
Ausbeute: 12.0 g (81.5 mmol, 82%); Schmp. 146-148 °C; HPLC-Reinheit über 99%
Das Produkt kann aus Wasser umkristallisiert werden; es muss anschließend sehr gründlich
im Hochvakuum getrocknet werden, bis alles Wasser entfernt ist (Gewichtskonstanz des
Produkts).
Ausbeute: 10.8 g (73.4 mmol, 73%); Schmp. 147-148 °C. Spektren und HPLC unterscheiden
sich nicht vom nicht umkristallisierten Produkt.
Aus der wässrigen Phase kann man nach Ansäuern durch erneutes Ausschütteln mit zweimal
je 50 mL Essigsäureethylester, Trocknen der organischen Phase mit Natriumsulfat und Abrotieren des Lösungsmittels etwa 200 mg eines weißen Feststoffs isolieren, der zu etwa 80% aus
Zimtsäureamid und 20% aus Zimtsäure besteht (siehe Analytik). Die wässrige Phase enthält
keine mit den angegebenen HPLC-Bedingungen nachweisbaren Substanzen mehr. Nach dem
Abrotieren des Wassers bleibt ein fester Rückstand, der vorwiegend aus Ammoniumchlorid
besteht.
Anmerkungen
Setzt man bei der Reaktion das rohe nicht destillierte Zimtsäurechlorid ein (13.5 g, vgl.
Versuch 2013), erhält man das Zimtsäureamid ohne Umkristallisation in einer Ausbeute von
9.65 g (65.6 mmol, 66% bezogen auf die eingesetzte Zimtsäure (14.8 g, 100 mmol)).
Beim Zutropfen des Zimtsäurechlorids zur konz. Ammoniaklösung darf man keinen
Tropftrichter mit Druckausgleich verwenden, weil die Ammoniakdämpfe sonst in die
Säurechloridlösung hochsteigen, dort zu Amid reagieren, das ausfällt und den Tropftrichter
verstopft. Man kann die Säurechloridlösung auch mit einer Spritze durch ein Septum zugeben.
Abfallbehandlung
Entsorgung
Abfall
abdestilliertes Lösungsmittelgemisch
wässrige Phase
Natriumsulfat
wässrige Mutterlauge
Entsorgung
Lösungsmittel, halogenfrei
Lösungsmittel-Wasser-Gemische, halogenhaltig
Feststoffabfall, quecksilberfrei
Lösungsmittel-Wasser-Gemische, halogenfrei
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Zeitbedarf
Etwa 2 Stunden ohne Umkristallisieren
Unterbrechungsmöglichkeit
Vor und nach dem Ausschütteln
Schwierigkeitsgrad
Leicht
Versuchsvorschrift (Ansatzgröße 10 mmol)
Geräte
100 mL Dreihalskolben, Rückflusskühler, Tropftrichter ohne Druckausgleich, Magnetrührer,
Magnetrührstab, 100 mL Scheidetrichter, Rotationsverdampfer, Eisbad, Vakuumpumpe
Chemikalien
trans-Zimtsäurechlorid (Schmp. 32-35°C, Sdp. 251-258 °C;
destilliert; Produkt aus Versuch 2013)
wässrige konz. Ammoniak-Lösung (25%)
tert-Butylmethylether (Sdp. 55 °C)
Essigsäureethylester (Sdp. 77 °C)
Natriumsulfat zum Trocknen
1.66 g (10.0 mmol)
10 mL (8.7 g, 125 mmol)
10 mL
40 mL
etwa 1 g
Versuchsdurchführung
In einem 100 mL Dreihalskolben mit Rückflusskühler, Magnetrührstab und Tropftrichter
ohne Druckausgleich werden 10 mL wässrige konz. Ammoniaklösung vorgelegt. Der
Reaktionskolben wird im Eisbad gekühlt. Die Lösung von 1.66 g (10.0 mmol) transZimtsäurechlorid in 10 mL tert-Butylmethylether wird in den Tropftrichter überführt und
unter Rühren so zugetropft, daß die Reaktion nicht zu heftig wird (ca. 15 min). Anschließend
wird noch 30 min bei Raumtemperatur gerührt. Es fällt ein feiner weißer Niederschlag aus,
der aber nicht abgetrennt wird.
Aufarbeitung
Der Inhalt des Reaktionskolbens wird in einen 100 mL Scheidetrichter überführt. Der Kolben
wird zunächst mit etwa 10 mL Wasser und anschließend mit 10 mL Essigsäureethylester
ausgespült. Diese Waschflüssigkeiten werden ebenfalls in den Scheidetrichter gegeben. Man
schüttelt kräftig durch und trennt die Phasen. Die wässrige Phase wird noch dreimal mit je
10 mL Essigsäureethylester ausgeschüttelt.
Die vereinigten organischen Phasen werden über Natriumsulfat getrocknet, das Trockenmittel
wird abfiltriert und das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer abdestilliert. Als Rückstand
bleibt das Zimtsäureamid als weißer Feststoff. Dieser wird im Hochvakuum bis zur Gewichtskonstanz getrocknet.
Ausbeute: 1.15 g (7.81 mmol, 78%); Schmp. 146-148 °C; HPLC-Reinheit über 99%
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Das Produkt kann aus Wasser umkristallisiert werden; es muss anschließend sehr gründlich
im Hochvakuum getrocknet werden, bis alles Wasser entfernt ist (Gewichtskonstanz des
Produkts).
Ausbeute: 900 mg (6.12 mmol, 61%); Schmp. 147-148 °C. Spektren und HPLC unterscheiden
sich nicht vom nicht umkristallisierten Produkt.
Anmerkungen
Setzt man bei der Reaktion das rohe nicht destillierte Zimtsäurechlorid ein (1.4 g, vgl.
Versuch 2013), erhält man das Zimtsäureamid vor der Umkristallisation in einer Ausbeute
von 1.05 g (71.4 mmol, 71% bezogen auf die eingesetzte Zimtsäure (1.48 g, 10.0 mmol)).
Beim Zutropfen des Zimtsäurechlorids zur konz. Ammoniaklösung darf man keinen
Tropftrichter mit Druckausgleich verwenden, weil die Ammoniakdämpfe sonst in die
Säurechloridlösung hochsteigen, dort zu Amid reagieren, das ausfällt und den Tropftrichter
verstopft. Man kann die Säurechloridlösung auch mit einer Spritze durch ein Septum zugeben.
Abfallbehandlung
Entsorgung
Abfall
abdestilliertes Lösungsmittelgemisch
wässrige Phase
Natriumsulfat
wässrige Mutterlauge
Entsorgung
Lösungsmittel, halogenfrei
Lösungsmittel-Wasser-Gemische, halogenhaltig
Feststoffabfall, quecksilberfrei
Lösungsmittel-Wasser-Gemische, halogenfrei
Zeitbedarf
Etwa 1.5 Stunden ohne Umkristallisieren
Unterbrechungsmöglichkeit
Vor und nach dem Ausschütteln
Schwierigkeitsgrad
Leicht
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Analytik
HPLC
Probenvorbereitung: 0.1 mg Substanz werden in 1 mL Acetonitril gelöst.
HPLC-Bedingungen:
Säule:
Säulentemperatur:
Injektionsvolumen:
Gradient:
Flow:
Wellenlänge:
Phenomenex Luna C18; Partikelgröße 3 µm, Länge 150 mm, Innendurchmesser 4.6 mm
25 °C
5.0 µL
0 min
5% Acetonitril + 95% Wasser (+ 0.0059% Trifluoressigsäure)
40 min 95% Acetonitril + 5% Wasser (+ 0.0059% Trifluoressigsäure)
50 min 95% Acetonitril + 5% Wasser (+ 0.0059% Trifluoressigsäure)
1.0 mL/min
220 nm
Der Prozentgehalt wurde jeweils aus den Peakflächen bestimmt.
HPLC I vom Produkt vor dem Umkristallisieren
mAU
13.073
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
min
35
40
45
min
HPLC II vom Extrakt aus der angesäuerten wässrigen Phase
mAU
800
700
600
500
13.059
400
300
200
17.653
100
0
0
5
Retentionszeit (min)
13.1
17.7
10
15
20
25
Verbindung
30
HPLC I
100
Zimtsäureamid
Zimtsäure
5
Flächen-Prozent
HPLC II
80
20
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H NMR-Spektrum vom Reinprodukt (250 MHz, DMSO-D6)
7.6
7.4
7.2
7.0
6.8
6.6
(ppm)
O
HB
NH2
HA
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
(ppm)
Multiplizität
Kopplungskonstante (Hz)
Anzahl H
Zuordnung
δ (ppm)
6.61
d
JAB = 15.9
1
HA
7.13
breites s
1
NH (nur eines)
7.2 – 7.6
m
7
NH + CH Aromat +HB
innerhalb des
Multipletts:
7.42
d
1 von den 7
JAB = 15.9
HB
Die Signale bei ppm < 4 stammen von DMSO, Wasser und tert-Butylmethylether.
1
H NMR-Spektrum von Zimtsäure (250 MHz, CDCl3) (Zum Vergleich)
O
HB
8.0
7.5
7.0
6.5
OH
(ppm)
HA
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
(ppm)
δ (ppm)
6.48
7.35 – 7.65
7.82
10.8
Multiplizität
d
m
d
breites s
Kopplungskonstante (Hz)
JAB = 16.0
JAB = 16.0
6
Anzahl H
1
5
1
1
Zuordnung
HA
CH Aromat
HB
OH
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1
H NMR-Spektrum vom Extrakt der angesäuerten wässrigen Phase
(Gemisch aus Zimsäureamid und Zimtsäure) (250 MHz, DMSO-D6)
7.6
7.2
6.8
6.4
(ppm)
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
(ppm)
Aus den beiden Dubletts der olefinischen Protonen HA von Säure und Amid bei 6.53 und 6.60 ppm lässt sich
grob ein Verhältnis von 25 zu 75 abschätzen (vgl. 20 zu 80 im HPLC).
13
C NMR-Spektrum vom Reinprodukt (Zimtsäureamid) (250 MHz, DMSO-D6)
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
(ppm)
δ (ppm)
122.31
127.52
128.90
129.42
134.86
139.16
166.68
38.5-40.5
Zuordnung
= CH – CONH2
CH Aromat
CH Aromat
CH Aromat
Cquart Aromat
– CH = CH – CONH2
– CONH2
Lsgm.
7
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IR-Spektrum vom Reinprodukt (KBr)
Transmission [%]
80
60
40
20
0
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
-1
W e lle n z a h l [c m ]
Wellenzahl (cm-1)
3375, 3175
3084
1665
1634
1610
1580, 1495
1450
Zuordnung
N – H – Valenz
= C – H – Valenz,
C = O – Valenz, Amid
C = C – Valenz, Alken
C = C – Valenz, Aromat
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