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Autor Thema: Synthese von „Knorrschem Pyrrol“  (Gelesen 5495 mal)

Heuteufel

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Synthese von „Knorrschem Pyrrol“
« am: 22. Juni 2011, 11:49:33 »
Synthese von „Knorrschem Pyrrol“ ( 3,5-Dimethyl-pyrrol-2,4-bis(carbonsäureethylester) )

3,5-Dimethyl-pyrrol-2,4-bis(carbonsäureethylester) [2436-79-5]

Die Knorr-Pyrrolsynthese (nach ihrem Entdecker Ludwig Knorr benannt) dient zur Synthese von substituierten Pyrrolen. Im Allgemeinen werden bei der Knorr-Pyrrolsynthese α-Amino-ketone, welche in situ (z.B. aus den entsprechenden Oximen) hergestellt werden mit β-Ketoester zu Pyrrolen umgesetzt.
Die hier beschriebene Reaktion entspricht der ursprünglichen Knorr-Pyrrolsynthese: Es werden zwei Äquivalente Acetessigsäureethylester umgesetzt: ein Äquivalent wird in Eisessig gelöst und mit Natriumnitrit zum 2-Oximinoacetessigsäureester umgesetzt, welcher, nach der Reduktion mit Zink zum Amin, mit dem zweiten Äquivalent Acetessigsäureethylester zum „Knorrschem Pyrrol“ reagiert.

Zur Reaktion:


* Knorr-Pyrrolsynthese Reaktionsmechanismus.gif
(19.97 KB . 1316x984 - angeschaut 1429 Mal)

a) Aus dem Natriumnitrit und der Essigsäure bildet sich salpetrige Säure, welche, nach Protonierung, durch Verlust eines Wassermoleküls in das elektrophile Nitrosonium-Kation NO+ übergeht. Das Nitrosonium-Kation greift das Enol des Acetessigsäureethylesters unter Bildung einer instabilen Nitrosoverbindung an. Letztere tautomerisiert dann zum entsprechenden Oxim.

b) Das Oxim wird durch das Zn/HOAc zum instabilen Amin reduziert.

c) Die Aminogruppe des in situ erzeugten Amins bildet ein Imin mit der reaktivsten Carbonylgruppe eines weiteren Moleküls Acetessigsäureethylester, welches dann zum abgebildeten Enamin tautomerisiert.

d) Es folgt ein nukleophiler Angriff des Enamins auf die Carbonylgruppe unter Ringschluss. Hierbei bildet sich ein cyclisches Imin, welches zum entsprechenden Enamin tautomerisiert. Durch Dehydratisierung des protonierten Enamins bildet sich schlussendlich das „Knorrsche Pyrrol“.

Synthesevorschrift:

In einem 3 l Dreihalskolben, der mit einem KPG-Rührer und einem Tropftrichter versehen ist, werden 390 g (3 Mol) Acetessigsäureethylester und 900 ml Eisessig vorgelegt. Der Kolbeninhalt wird in einer effizienten Kühlmischung auf 5 °C abgekühlt; dann wird eine kalte Lösung von 107 g (1,48 Mol) Natriumnitrit 95% in 150 ml Wasser unter kräftigem Rühren so hinzugetropft, dass die Temperatur stets zwischen 5 und
7 °C bleibt, was bei der Verwendung einer wirksamen Kühlmischung eine halbe Stunde in Anspruch nimmt. Das Reaktionsgemisch wird anschließend noch für eine halbe Stunde bei dieser Temperatur weitergerührt, dann wird es für weitere 4 Stunden stehen gelassen, wobei es Raumtemperatur annimmt.

Der Tropftrichter wird dann durch einen Kühler ausgetauscht, und der dritte Seitenhals wird mit einem Stopfen verschlossen. Unter starkem Rühren werden 196 g [3 Grammatome (entspricht 3 Mol)] Zinkstaub portionsweise schnell über den dritten Seitenhals hinzugegeben, so dass das Reaktionsgemisch anfängt zu sieden, und dann schnell genug damit das Reaktionsgemisch nicht mit Sieden aufhört. Nachdem die Zugabe abgeschlossen ist, wird das Reaktionsgemisch mit dem Busenbrenner erhitzt und für eine Stunde unter Rückfluss gekocht. Das noch heiße Reaktionsgemisch wird dann von dem verbleibenden Zink ein großes Gefäß, welches 10 l Wasser enthält, das heftig gerührt wird, abdekantiert. Der im Kolben verbleibende Rückstand wird mit zwei Portionen siedendem Eisessig gewaschen, wobei der Eisessig ebenfalls in das Wasser abdekantiert wird.

Die Mischung wird über Nacht stehen gelassen, und am nächsten Tag wird das rohe Produkt über eine Filternutsche unter Unterdruck filtriert, mit zwei 500 ml Portionen Wasser auf der Filternutsche gewaschen, und dann bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Die Asbeute beträgt 205-230 g (57-64 % der Theorie) und das rohe Produkt schmilzt bei 126-130 °C. 50 g des Rohproduktes geben nach dem Umkristallisieren aus 100ml 95 % Ethanol und zweifachem Waschen mit je 20 ml eiskaltem Ethanol 38,5 g leicht gelbliche Kristalle, die bei 136-137 °C schmelzen.

Durchführung der Synthese:

(Ansatzgröße: 1/12 der in der Synthesevorschrift angegebenen Mengen)

Zutropfen der Natriumnitrit-Lösung:

* Knorr 1.jpg
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Das Reaktionsgemisch nachdem es 4 Stunden bei Raumtemperatur gerührt wurde:

* Knorr 2.jpg
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Zugabe des Zinkstaubs. Die Bilder zeigen den Reaktionsverlauf:

* Knorr 3.jpg
(73.12 KB . 1024x683 - angeschaut 439 Mal)
 
* Knorr 4.jpg
(91.58 KB . 1024x683 - angeschaut 436 Mal)
 
* Knorr 5.jpg
(81.21 KB . 1024x683 - angeschaut 427 Mal)
 
* Knorr 6.jpg
(70.17 KB . 1024x683 - angeschaut 423 Mal)

Das Reaktionsgemisch wird unter Rückfluss auf dem Ölbad gekocht:

* Knorr 7.jpg
(88.08 KB . 1024x683 - angeschaut 424 Mal)

Das Reaktionsgemisch nach dem refluxieren:

* Knorr 8.jpg
(55.38 KB . 1024x683 - angeschaut 409 Mal)

Der noch heiße Kolbeninhalt wird in kaltes Wasser gegossen:

* Knorr 9.jpg
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Das reine Produkt nach Umkristallisation aus Ethanol:

* Knorr 10.JPG
(112.58 KB . 1024x681 - angeschaut 450 Mal)

Persönliche Anmerkungen:

1) Wie man auf den Bildern sieht neigt das Reaktionsgemisch zu starkem Schäumen. Wird zu viel Zinkstaub auf einmal hinzugegeben, so quillt der Schaum aus dem Seitenhals. Wenn das Zink schon etwas oxidiert ist, so kann es sein, dass die Reaktion nicht sofort einsetzt. In diesem Fall sollte man etwas warten, bis die Reaktion einsetzt und kein weiteres Zink hinzugeben. Andernfalls kann es plötzlich zu einem explosionsartigen Aufkochen der Lösung kommen.

Um das Problem mit dem Schäumen besser in den Griff zu bekommen wurde das Zink über einen Luftkühler mithilfe eines langen Trichters hinzugegeben, und der Luftkühler nach der Zugabe des Zinks durch einen Dimrothkühler ersetzt.

2) Das Reaktionsgemisch sollte nach der Zinkzugabe sofort weitererhitzt werden, da es ansonsten dickflüssig wird und dann nicht mehr rührbar ist (bei Benutzung eines Ölbades sollte man dieses vorwärmen).

3) Anders als in der Synthesevorschrift angegeben war nach dem Kochen unter Rückfluss kein Zinkstaub mehr im Kolben zu erkennen.

Beschreibung:

Die reine Verbindung bildet leicht gelbliche Kristalle, die bei 136-137 °C schmelzen.

Da das „Knorrsche Pyrrol“ eine große Anzahl an Substituenten am Pyrrolring trägt kann es in eine Vielzahl anderer substituierter Pyrrole umgewandelt werden, was es zu einem interessanten Synthesebaustein macht.

Man kann zum Beispiel das „Knorrsche Pyrrol“ mit Kaliumhydroxid zum 2,4-Dimethylpyrrol umsetzen (http://www.orgsyn.org/orgsyn/orgsyn/prepContent.asp?prep=cv2p0217).

Quelle:

Synthesevorschrift:

http://www.orgsyn.org/orgsyn/prep.asp?prep=cv2p0202

Reaktionsmechanismus:

Basierend auf "Organic Chemistry" von Clayden, Greeves, Warren und Wothers, sowie auf eigenen Kenntnissen.



« Letzte Änderung: 13. Januar 2012, 22:22:35 von Mephisto »
"The higher impact projects tend not to be harder than lower impact projects. Just higher impact." - A commentator on the blog "In the pipeline"


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