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Autor Thema: Synthese von Meldrumsäure  (Gelesen 9931 mal)

Heuteufel

  • Francium
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Synthese von Meldrumsäure
« am: 13. August 2011, 22:36:44 »
Zuerst will ich an dieser Stelle nochmals 2bestyle danken, der mir eine Synthesevorschrift zur Verfügung stellte, die ich hier größtenteils übernommen habe. Da inzwischen der Tietze und Eicher, den ich bestellt habe, unerwarteterweise doch angekommen ist, konnte ich die Synthesevorschrift noch um einige kleine Details erweitern (z.B. Verwendung eines Weithals-Glasgefäßes bei der Kristallisation).

Synthese von Meldrumsäure

Meldrumsäure [2033-24-1]

In der nachfolgenden Synthese wird Meldrumsäure (nach ihrem Entdecker Andrew Norman Meldrum benannt) durch Kondensation von Malonsäure mit Aceton in Acetanhydrid in Anwesenheit von Schwefelsäure hergestellt. Meldrumsäure ist ein äußerst nützlicher Synthesebaustein (siehe unter „Eigenschaften und Verwendung“)

Zur Reaktion:

Für die Reaktion kann folgender Mechanismus formuliert werden:

* Synthese von MeldrumsAure.gif (4.41 KB . 850x297 - angeschaut 2742 Mal)
Der erste Schritt der Reaktion ist ein nukleophiler Angriff der Malonsäure am Carbonylkohlenstoff des protonierten Acetons. Durch Deprotonierung bildet sich ein Halbacetal. Nach Protonierung der Hydoxylgruppe dieses Halbacetals und anschließender Wasserabspaltung kommt es zum Ringschluss. Durch erneute Deprotonierung bildet sich schlussendlich Meldrumsäure.
Das Acetanhydrid dient bei der Synthese gleichzeitig als Lösungsmittel und als wasserentziehendes Reagenz.

Synthesevorschrift:

52,0 g Malonsäure werden in 64,9 g (60 ml) Acetanhydrid suspendiert und bei 0°C mit 1,5 ml Schwefelsäure versetzt. Zu der sich bildenden Lösung wird bei 15°C Innentemperatur unter Rühren 31,6 g (40 ml) Aceton getropft. Anschließend wird die rot gefärbte Mischung 10 min bei RT gerührt (Meldrumsäure kristallisiert z.T aus) und dann bei -20°C 14h stehen gelassen um die Kristallisation zu vervollständigen (zur Kristallisation verwendet man am besten ein stabiles Weithals-Glasgefäß, wie z.B. ein Marmeladenglas)

Dann wird die harte, kristalline Masse zerkleinert (Mörser), abgesaugt und nacheinander mit je 25 ml eiskalter 0,5 mol/L Schwefelsäure und eiskaltem Wasser gewaschen, 2h an der Luft getrocknet und danach sofort aus Aceton/Ether/Petrolether umkristallisiert.

Ausbeute: 42,1g (58%) farblose Nadeln vom Schmp. 90-96°C

Anmerkung: Bei längerer Trocknung über Phosphorpentoxid findet eine Zersetzung des Produktes statt.

Durchführung der Synthese:

Die Suspension von Malonsäure in Acetanhydrid:

* MeldrumsAure  1.JPG (79.31 KB . 1024x683 - angeschaut 1870 Mal)
Nach der Zugabe der Schwefelsäure geht ein Teil der Malonsäure in Lösung, aber anders als in der Synthesevorschrift angegeben, nicht alles:

* MeldrumsAure  2.JPG (119.36 KB . 1024x683 - angeschaut 1807 Mal)
Während der Zugabe des Acetons bildet sich eine klare Lösung, aus der gegen Ende der Reaktion ein wenig Meldrumsäure auskristallisiert (Foto). Eine Rotfärbung konnte jedoch nicht beobachtet werden:

* MeldrumsAure  3.JPG (58.5 KB . 1024x683 - angeschaut 1839 Mal)
Das Reaktionsgemisch wurde in ein Honigglas gefüllt und über Nacht bei -20 °C aufbewahrt:

* MeldrumsAure  4.jpg (64.79 KB . 1024x683 - angeschaut 1823 Mal)
Nahaufnahme einer Spatel des reinen Produktes (nach Umkristallisation aus Aceton):

* MeldrumsAure  5.jpg (100.9 KB . 1024x681 - angeschaut 1749 Mal)
Es wurden 36,8 g reine Meldrumsäure erhalten. Diese etwas niedrige Ausbeute ist auf ein Missgeschick zurückzuführen (bei der Umkristallisation wurde die schon kalte Mischung durch einen Faltenfilter filtriert und ist währenddessen sehr schnell kristallin erstarrt). Ohne diesen Unfall wäre die Literaturausbeute durchaus erreichbar gewesen.   

Eigenschaften und Verwendung:

Meldrumsäure bildet weiße Kristalle, die bei 92–96 °C unter Zersetzung schmelzen. Mit einem pKs-Wert von 4,97 ist Meldrumsäure eine ungewöhnlich starke Säure (in Anbetracht ihrer Struktur).

Meldrumsäure ist ein sehr nützlicher Synthesebaustein:

Bei hoher Temperatur zersetzt sich Meldrumsäure unter Bildung von Aceton Kohlenstoffdioxid und einem hochreaktiven Keten, welches mit einer Vielzahl von Verbindungen Reaktionen eingeht.

Da der Kohlenstoff zwischen den beiden Carbonylgruppen C-H acide Wasserstoffatome trägt, kann Meldrumsäure leicht an dieser Position akyliert oder acyliert werden. Die dabei entstehenden Verbindungen können wiederum, wie oben beschrieben, durch Pyrolyse in hochreaktive Ketene überführt werden.

Erhitzt man die acylierte Meldrumsäure mit einem Alkohol, so entstehen in einer Reaktion, die der Malonestersynthese gleicht, β-Ketoester, welche als Edukte in einer Knorrschen Pyrrolsynthese verwndet werden können.

Durch Bromierung der Meldrumsäure mit elementarem Brom in basischem Medium erhält man Dibrommeldrumsäure, ein sehr mildes und effektives Bromierungsreagenz.

Bemerkungen:

-Alle Reagenzien wurden sorgfältig getrocknet und die Reaktion unter Feuchtigkeitsausschluß durchgeführt. Es ist jedoch gut möglich, dass dies nicht notwendig ist.

-Wie aus der Beschreibung der Durchführung der Synthese hervorgeht, entsprechen die Beobachtungen, die ich gemacht habe nicht denen, die in der Synthesevorschrift angegeben werden (unvollständige Auflösung, keine Rotfärbung). Die Synthese scheint trotzdem gut funktioniert zu haben.

-Es ist wichtig ein Weithals-Glasgefäß zur Kristallisation zu verwenden. Bei mir wurde das Gemisch so hart, dass ich es nur mit Mühe, unter Verwendung eines stabilen Schraubenziehers, aus dem Glas entfernen konnte.

-Mörser und Filternutsche hatte ich auf -20 °C gekühlt. Dies ist nicht notwendig (und sogar kontraproduktiv), denn damit die Verunreinigungen beim Abnutschen entfernt werden, muss sich das Gemisch etwas erhitzen.

Quellen:

Synthesevorschrift:

L. F. Tietze und Th. Eicher; Reaktionen und Synthesen im organisch-chemischen Praktikum und Forschungslaboratorium, Georg Thieme Verlag, 2. Auflage, Stuttgart, New York 1991

Eigenschaften und Verwendung:

In Anlehnung an den Artikel von Wikipedia.

Reaktionsmechanismus

Reaktionsmechanismus erstellt nach eigenen Kenntnissen



Diese Syntheseanleitung wurde unter der URL www.lambdasyn.org/synfiles/meldrumsaeure.htm zur Synthesensammlung aufgenommen.

Link: Diskussion und Kommentare zur Synthese
« Letzte Änderung: 30. März 2012, 21:59:47 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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