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Autor Thema: Totalsynthese von Koffein  (Gelesen 21737 mal)

Jackal

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Totalsynthese von Koffein
« am: 29. Juli 2008, 12:42:26 »
Also ihr lieben ich möcht mal wieder was zum Thema Koffein schreiben, da ich jetzt aus einer alten Studienarbeit eine komplette Anleitung hab wie man Koffein Synthetisieren kann.
Ich stell die hier rein.
Zu dem Was ich schon gepostet hab, es ist die alternative zum ersten Syntheseschritt, der in der Studienarbeit mit POCl3 gemacht wird.
Wie gesagt ich stell die mal komplett online, dann kann sich jeder selbst ein Bild machen.

Grüße :-)
Gruß

Jackal

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Totalsynthese von Koffein
« Antwort #1 am: 29. Juli 2008, 13:24:07 »
1.Stufe : Darstellung von Cyanacetylharnstoff aus Harnstoff und Cyanessigsäure

In einem 1L Dreihalskolben mit KPG-Rührer, Tropftrichter und Innenthermometer, wird eine Mischung aus 66 g (0,75 mol) Cyanessigsäure und 290 g (4,8 mol) Harnstoff ( gut durchmischen!!!!!!) eingebracht. Unter rühren werden 61 g (36 mL ) Phosphoroxychlorid zugegeben, dabei sollte man darauf achten, dies nicht zu langsam zu tun, da sonst die Masse durch die Reaktionswärme nicht flüssig wird, aber auch nicht zu schnell, da sich sonst der Kolbeninhalt dunkel einfärbt. Wenn nötig kühlen.
Nach Beendigung der Reaktion wird der Kolbeninhalt mit kaltem Wasserbehandelt, dabei geht die Verunreinigung in Lösung, der Cyanacetylharnstoff bleibt ungelöst. Man nutscht ab, wäscht mit kaltem Wasser nach und lässt an der Luft trocknen.
Ausbeute laut Semsterarbeit (Literatur Ausbeute): 37% (78%) mit einem Schmelzpunkt von gemessen (Literatur):Fp = 205-206°C (209°C)
« Letzte Änderung: 04. August 2009, 21:17:21 von Mephisto »
Gruß

Jackal

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Totalsynthese von Koffein
« Antwort #2 am: 29. Juli 2008, 14:09:22 »
2.Stufe: Synthese von 4-amino-2,6-dioxypyrimidin (4-Aminouracil)

In einem Becherglas werden 81 mL 40%ige NaOH vorgelegt und unterrühren mit einem Glasstab 38 g Cyanacetylharnstoff eingetragen. Dabei tritt Festwerden unter Bildung des Na-Salzes dann, Verflüssigung und kurz darauf erneutes Festwerden nunmehr unter Ausscheidung des Na-Salzes der cyclischen Verbindung ein. Die alkalische Masse wird mit verdünnter Essigsäure versetzt, bis die Lösung schwach sauer reagiert. Dabei erhält man das freie  Aminodioxypyrimidin.
Man lässt das Becherglas noch einige Zeit im Kühlschrank stehen, nutscht scharf ab und lässt an Luft trocknen. 
Ausbeute laut Semsterarbeit (Literatur Ausbeute): 26,3% (80%); Zersetzung ohne verkohlung.


Edit by Mephisto: siehe alternative 4-Aminouracil Synthese (ursprünglicher Thread wurde aufgeteilt)
« Letzte Änderung: 23. August 2008, 21:14:06 von Mephisto »
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Totalsynthese von Koffein
« Antwort #3 am: 29. Juli 2008, 14:35:33 »
3.Stufe: 5-Nitroso-2,6-dioxypyrimidin aus 4-Amino-2,6-dioxypyrimidin (4-Aminouracil) und Natriumnitrit

In einem 1L Dreihalskolben mit Tropftrichter, Rückflusskühler und KPG-Rührer werden 5,5 g Natriumnitrit  in heißem Wasser vorgelegt. In diese Lösung werden 10 g Aminodioxypyrimidin (4-Aminouracil) eingetragen und zum sieden erhitzt. In der Siedehitze werden 5 mL Eisessig zugetropft, sodass es zur Bildung von salpetriger Säure und somit zur Nitrosierung kommt.
Der Isonitrosokörper wird hierbei als dunkelrosa gefärbtes Kristallpulver erhalten.
Das Produkt ist in Wasser kaum löslich, ebensowenig wie in Alkohol oder ähnlichen Lösungsmitteln.
Das Produkt wird scharf abgenutscht und an der Luft getrocknet.
Ausbeute laut Semsterarbeit (Literatur Ausbeute): 90% (80%) mit einem Schmelzpunkt von gemessen: Fp = oberhalb 250°C unter Verkohlung; kein Literaturwert gefunden
« Letzte Änderung: 01. August 2008, 05:05:55 von Jackal »
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Cuny

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Totalsynthese von Koffein
« Antwort #4 am: 31. Juli 2008, 18:41:48 »
Du machst es spannend mit deiner Salami-Taktik :-). Was ist mit der weiteren Synthese zum Purin-Bicyclus des Coffeins?

Mephisto

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Totalsynthese von Koffein
« Antwort #5 am: 31. Juli 2008, 23:20:49 »
Also ihr lieben ich möcht mal wieder was zum Thema Koffein schreiben, da ich jetzt aus einer alten Studienarbeit eine komplette Anleitung hab wie man Koffein Synthetisieren kann.
...
Wie gesagt ich stell die mal komplett online, dann kann sich jeder selbst ein Bild machen.
Ja, stell die bitte komplett online. So lange die Stufe des Koffeins nicht erreicht ist, erhält der Thread den Zusatz 'im Aufbau'.

Wenn der Syntheseweg zum Koffein komplett beschrieben ist, können wir den Thread in eine 4-Aminouracil-Synthese und eine Koffein-Synthese auftrennen.
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Jackal

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Totalsynthese von Koffein
« Antwort #6 am: 01. August 2008, 02:08:35 »
joa des können wir dann machen, aber würd ich nicht machen, weil ich die 4-aminouracil ssynthese als alternative zu der mit phosphoroxichlord machen würde.
ich mach da dann demnächst weiter keine sorge;) bin nur zur zeit etwas indiesponiert^^
Gruß

Jackal

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Totalsynthese von Koffein
« Antwort #7 am: 01. August 2008, 04:11:21 »
4.Stufe 4,5-Diamino-2,6dioxypyrimidinsulfat aus 5-Nitroso-2,6-dioxypyrimidin über Reduktion mit Ammoniumsullfid und und Salzbildung

In einem 1L Dreihalskolben mit KPG-Rührer, Tropftrichter und Rückflusskühler werden 11 g Isonitrosokörper mit der 15-20 fachen Menge an heißem Wasser gegeben. Es wird langsam eine 10%ige Ammoniumsulfidlösung (bereitet aus 75 g Ammoniumsulfidlösung 20%ig, in 75 mL dest. Wasser =10% entspricht der dreifachen Menge, auf die Isonitrosoverbindung berechnet) zugetropft. Es wird vorsichtig bis zur beginnenden Reaktion erhitzt, dies zeigt sich im Aufwallen der Lösung und im abscheiden von viel Schwefel. Dann wird zum sieden erhitzt. Es wird solange gekocht, bis aller Schwefelwasserstoff ausgetrieben ist, desweitern muss darauf geachtet werden, dass der Schwefelniederschlag rein gelb ist, sollten noch Teilchen des roten Isonitrosokörpers anhaften, so muss noch weiter gekocht werden, gegebenenfalls unter weiterer Zugabe von Ammoniumsulfidlösung. Das Gemisch sollte ca. zwei Stunden kochen. Nach dem Abkühlen wird die Lösung mit verdünnter Schwefelsäure (ca. 2M) versetzt, es fällt ein gelblich-weißer Niederschlag aus, er wird abgenutscht und getrocknet. Das Filtrat wird erneut mit verdünnter Schwefelsäure versetzt, es fällt erneut ein fast weißer Niederschlag aus, der ebenfalls abgenutscht und getrocknet wird.
Anmerkung des Autors: Der Schwefel stört in der fortlaufenden Synthese nicht, deshalb wird er nicht abgetrennt, und die Niederschläge zusammen weiterverarbeitet.
Anmerkung meinerseits: Ich würde eine Umkristallisation empfehlen, da sonst die Ausbeutenberechnung erschwert wird. Ein geeignetes Lösemittel muss gesucht werden, keine Erfahrungsberichte.
Ausbeute laut Semsterarbeit (Literatur Ausbeute nicht vorhanden): 54,5%  mit einem Schmelzpunkt von gemessen (Literatur nicht gefunden):Fp = oberhalb 250°C unter verkohlung.
Gruß

Jackal

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Totalsynthese von Koffein
« Antwort #8 am: 01. August 2008, 04:43:14 »
5.Stufe Xanthin aus 4,5-Diamino-2,6-dioxypyrimidinsulfat mit Formamid

In einem 500 mL Einhalskolben mit Rückflusskühler und Olive mit Gasableitungsschlauch  werden 6 g 4,5-Diamino-2,6-dioxypyrimidinsulfat (Diaminouracylsulfat) mit 60 mL Formamid versetzt und zum sieden erhitzt. Dabei geht das Gemisch unter starker Ammoniakentwicklung  in Lösung, und kurze Zeit später fällt das Xanthin aus. Es wird mindestens 30 Minuten am Sieden gehalten, besser mehrere Stunden.
Nach dem abkühlen wird das ockergelbe Xanthin abgenutscht, und das Filtrat einige Stunden in den Kühlschrank gestellt um eine weitere Kristallisation zu erhalten. Es wird an der Luft getrocknet.
Ausbeute laut Semsterarbeit (Literatur Ausbeute nicht vorhanden): 84,2%  mit einem Schmelzpunkt von gemessen (Literatur):Fp = Zersetzung
Weitere Charakterisierung: Das ockergelbe Xanthin zeigt charakteristische Reaktionen. Beim eindampfen mit konz. Salpetersäure entsteht ein gelblicher Rückstand, der sich mit Alkalien gelbrot färbt und beim darauffolgenden erhitzen violettrot wird.
« Letzte Änderung: 01. August 2008, 05:34:31 von Jackal »
Gruß

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Totalsynthese von Koffein
« Antwort #9 am: 01. August 2008, 04:54:03 »
Andere Herstellung von Xanthin(Auch aus der Semesterarbeit):

Harnsäure wird mit Formamidversetzt. Die Harnsäure geht allmählich in Lösung, gleichzeitig scheidet sich das Xanthin ab. Hier bekommt man fast 100% Ausbeute. (Literatur: "Chemische Berichte 83 (1950) Seite 201")
Statt Harnsäure kann man auch Schlangenexkremente nehmen. Daraus resultiert eine Ausbeute von 50-60% reines Xanthin, bezogen auf die Schlangenexkremente. wenn man dies auf die reine Harnsäure umrechnet, sind es wieder ca. 100% (Literatur: "Chemische Berichte 83 (1950) Seite 201")

Ausserdem wurde die Traub'sche  Synthese auch noch vereinfacht. 4-Amino-5-Nitrosouracyl wird mit Nitri/ameisensäure nitrosiert, durch wenig Dithionit reduziert, formyliert und zum Ring geschlossen. Dies geschiet alles ohne Isolierung der Zwischenprodukte.(Literatur: "Chemische Berichte 88 (1955) Seite 1306")
Gruß

Jackal

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Totalsynthese von Koffein
« Antwort #10 am: 01. August 2008, 05:42:03 »
6.Stufe Coffein aus Xanthin

VORSICHT!!!!!  DMS methyliert die DNA, was zu Mutationen führt, es dring sofort in die Haut ein!!!!! Immer mit Gummihandschuhen arbeiten!!!!!
In einem 500 mL Dreihalskolben mit Tropftrichter, Rückflusskühler mit Trockenrohr und einem KPG-Rührer,  das Ganze im Wasserbad mit Thermometer, wird die Lösung von 5,8 g Xanthin in ca. 80 mL 10%ige Natronlauge vorgelegt, und unter Rühren über die Dauer von 15 Minuten nach und nach mit 10,8 mL Dimethylsulfat versetzt. Dabei ist darauf zu achten das die Wasserbadtemperatur bei 35°C gehalten wird, und der pH-Wert ständig überprüft wird. Nach Beendigung der Reaktion sollte der pH-Wert im alkalischen bei pH= 8-9 liegen. Danach wir noch 2 Stunden nachgerührt und das Coffein abgesaugt.
Schmelzpunkt von gemessen (Literatur):Fp = 120°C (130-135°C unter Sublimation)
Anmerkung des Autors: Auch nach umkristallisieren mit Wasser oder Chloroform blieben gelbliche Körnchen übrig, die nach aussehen und im Rf-Wert Der Dünnschichthromatographie kein Coffein  sein können.
In der Literatur steht es anders:
Man lässt in den Dreihalskolben, in dem sich das Xanthin befindet, durch zwei Tropftrichter einmal die 40%ige Natronlauge zutropfen, zum anderen das Dimethylsulfat. So kann man den pH-Wert genau kontrollieren. Zur Ausfällung der Hauptmenge an Coffein gibt man eine Lösung von 50 g Natriumacetat in 25 mL Wasser (berechnet auf den Einsatz von 50 g Xanthin) hinzu und lässt im Kühlschrank über Nacht stehen. Abnutschen. Das Filtrat kann man jetzt noch mit Chloroform extrahieren. Anschließend das Chloroform am Rotationsverdampfer abtrennen. Literatur: „Chemische Berichte 83 (1950) Seite 206“
Gruß

Jackal

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Totalsynthese von Koffein
« Antwort #11 am: 01. August 2008, 05:47:19 »
So und nun noch abschließend die Literatur zur Semsterabeit im Überblick:

- Chemische Berichte 28 (1895) Seite 3135
- Chemische Berichte 30 (1897) Seite 1839, 2226
- Chemische Berichte 33 (1900) Seite 1371, 2251, 3035
- Chemische Berichte 83 (1950) Seite 201, 206
- Chemische Berichte 88 (1955) Seite 1306
- Pschyrembel
Gruß

Jackal

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Totalsynthese von Koffein
« Antwort #12 am: 01. August 2008, 05:48:12 »
so fertig und ich bins auch.... also schauts euch an, ihc werde auf jedenfall versuchen die nachzukochen :-)
Gruß

Jackal

Cuny

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Totalsynthese von Koffein
« Antwort #13 am: 01. August 2008, 10:07:12 »
Ich würde es genauso wie du es gesagt hast machen und den Schwefel abtrennen. Günstig wäre dazu Stufe 5 weil das Xanthin gut in Ethylacetat und Ethanol löslich ist.

Ausbeute laut Semsterarbeit (Literatur Ausbeute nicht vorhanden): 84,2%  mit einem Schmelzpunkt von gemessen (Literatur):Fp = Zersetzung

Wie wohl die Ausbeute mit dem Schwefel gerechnet wurde... ::-) Aber hat er nun überhaupt einen Schmelzpunkt gemessen?

Seltsam dass dem Studi die Methylierung mit DMS nicht gelungen ist.

Jackal

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Totalsynthese von Koffein
« Antwort #14 am: 01. August 2008, 16:40:58 »
ah des mit dem ethylacetat und ethanol wusst ich ned danke^^

ja scheinbar hat sie, es war ne sie, aber der schmelzpunkt, naja hier des steh im Römpponline: "C5H4N4O2, Mr 152,11, Krist., Schmp. >350°C, bei weiterem Erhitzen Zers. in Kohlendioxid, Ammoniak u. Blausäure. X. ist leicht lösl. in Säuren u. Basen, wenig lösl. in heißem Wasser u. Ethanol, mit Salpetersäure zeigt X. eine Gelbfärbung (griech.: xanthos = gelb). Der X.-Nachw. kann durch Murexid- od. Weidel-Kossel-Reaktion erfolgen. X. kann tautomer in Oxo- od. Hydroxy-Form vorliegen."

ja keine ahnung mit der methylierung hab ich noch ned so gemacht mit DMS aber wie gesagt werd  des mal nachkochen :)
« Letzte Änderung: 01. August 2008, 16:48:58 von Jackal »
Gruß

Jackal

Mephisto

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Totalsynthese von Koffein
« Antwort #15 am: 01. August 2008, 22:00:59 »
Schön, wirklich sehr schön, Jackal :-).

Warum die Methylierung nicht gelungen ist, ist mir nicht ersichtlich. Kannst Du mir bitte die Semesterarbeit schicken? Ich weiß zufällig, dass die Methylierung des Xanthins in Winterfelds "Praktikum der organisch-präparativen pharmazeutischen Chemie" beschrieben wird. Im Grunde das gleiche wie hier, nur dass DMS und Natronlauge getrennt zum Xanthin zugetropft werden, wobei der pH von 8-9 während der Reaktion mit Thymolblau kontrolliert und durch die Zugabe der Natronlauge konstant gehalten wird. Ich kann das als Ergänzung hier mal posten.

Wenn der Syntheseweg zum Koffein komplett beschrieben ist, können wir den Thread in eine 4-Aminouracil-Synthese und eine Koffein-Synthese auftrennen.
joa des können wir dann machen, aber würd ich nicht machen, weil ich die 4-aminouracil ssynthese als alternative zu der mit phosphoroxichlord machen würde.
Es war so gedacht, dass gute fertige Synthesevorschriften nach Synthesendiskussion kommen und dann unter www.LambdaSyn.org erscheinen. Da Du die 4-Aminouracil Synthese aus dem Gattermann 1:1 ohne jegliche sprachliche Veränderung gepostet hast, kann sie so nicht in die Synthesensammlung aufgenommen werden. Außerdem ist es praktisch, wenn eine Koffein-Totalsynthese mit der ersten Stufe ihrer Synthese beginnt. Daher würde ich den Thread trennen und bei der jeweiligen Stufe einen Link zur alternativen 4-Aminouracil Synthese einfügen.

Wenn ich Zeit habe, werde ich die Synthese zu www.LambdaSyn.org/synfiles/ übernehmen.

ja keine ahnung mit der methylierung hab ich noch ned so gemacht mit DMS aber wie gesagt werd  des mal nachkochen :)
Freut mich zu hören, mach eventuell Fotos. Aber sei wirklich höllisch vorsichtig mit dem DMS. Ohne richtig gut ziehenden Abzug und etwas Erfahrung würde ich nicht damit hantieren. Es gab schon mal einen Fall, bei dem ein Hobbychemiker beim Durchführen einer Synthese von LambdaSyn nach einem Unfall mit DMS ins Krankenhaus musste. Mögliche Langzeitschäden inbegriffen.


« Letzte Änderung: 01. August 2008, 22:07:45 von Mephisto »
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Totalsynthese von Koffein
« Antwort #16 am: 02. August 2008, 10:36:54 »
jap alles ok und akzeptiert was du geschrieben hast:)
naja des mit den abzügen, *reusper*^^ des is son problem naja, selbst die fuktionieren ned gscheid bei uns.... bah scheiß FH :-D
Und keine sorge mit dem DMS ich hba ja noch nen "alten Hasen" bei mir der is jetzt ein jahr vor seiner pension der hat des bestimmt au scho gemacht.
mal sehen was dabei rauskommt.

Und die Semesterarbeit kann ich dir schicken wenn ich se mal eingescannt hab ja^^ wenns die zeit erlaaubt. spätestens in 3 wochen hab ich zeit mal sehen vieleicht au früher.
Gruß

Jackal

Cyanwasserstoff

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Totalsynthese von Coffein
« Antwort #17 am: 19. Februar 2010, 22:29:47 »
Ist denn nun etwas daraus geworden? Ich habe sie etwas modifiziert durchgeführt; es hat (wenn auch mit sehr schlechter Ausbeute) funktioniert. Mit "modifiziert" meine ich, dass ich das 4-Aminouracil in einem Schritt aus Cyanessigsäureethylester und Harnstoff hergestellt habe (Ausbeute war dabei 77,9% d.Th.), in methanolischer Natriummethanolatlösung. Weiterhin habe ich bei der Reduktion Natriumsulfid statt Ammoniumsulfid verwendet (leider nur 30,1% d.Th.).

Zitat
Ein geeignetes Lösemittel muss gesucht werden, keine Erfahrungsberichte.

Das 4,5-Diaminouracilsulfat lässt sich ganz gut aus Wasser umkristallisieren.