Organisch-chemisches-Praktikum II WS 2007/2008
Gruppenpräparat zu V 6.2.2 Cis-9-Methyl-2-decalon
Gruppe: E / F Jürgen Bauer Nadja Bertleff Daniel Ertler Johannes Klein Eva Siedler Johannes Wahler 1
Inhaltsverzeichnis: 1. Einleitung ............................................................................................................ 3 2. Aufgabenstellung und Vorgehensweise .............................................................. 4 3. Synthese des Edukts (Δ1(9)-2-Octalon): V 3.3.1.1 ............................................... 5 3.1 Literatur............................................................................................................. 5 3.2 Reaktion............................................................................................................ 5 3.3 Gefahrenpotential ............................................................................................. 5 3.4 Entsorgung........................................................................................................ 6 3.5 Erster Ansatz .................................................................................................... 6 3.6 Zweiter Ansatz ................................................................................................ 12 3.7 Mechanismus.................................................................................................. 16 4. Synthese des cis-9-Methyl-2-decalon: V 6.2.2.................................................. 17 4.1 Literatur........................................................................................................... 17 4.2 Reaktion.......................................................................................................... 17 4.3 Gefahrenpotential ........................................................................................... 17 4.4 Entsorgung...................................................................................................... 18 4.5 Ansatzgröße.................................................................................................... 18 4.6 Versuchsdurchführung .................................................................................... 19 4.6.1 Erster Ansatz: CuBr katalytisch, LM: Diethylether....................................... 19 4.6.2 Zweiter Ansatz: CuBr stöchiometrisch, LM: Diethylether ............................ 23 4.6.3 Dritter Ansatz: CuBr katalytisch, Überschuss Grignard, LM: Tetrahydrofuran .............................................................................................................................. 26 4.6.4 Vierter Ansatz: CuBr katalytisch, LM: Tetrahydrofuran ............................... 29 4.7 Mechanismus.................................................................................................. 34 5. Zusammenfassung............................................................................................ 34
2
1. Einleitung Organocuprate spielen in der Metallorganik eine wichtige Rolle, da sie sehr weiche, kaum
basische
Nucleophile
darstellen.
Im
Gegensatz
zu
Grignard-
und
Lithiumalkylreagenzien ist dadurch eine selektive 1,4-Addition an ein Michael-System möglich. Man unterteilt Organocuprate gemäß ihrer Darstellungsweise in Gilman-Cuprate (RLi + CuI), Normant-Cuprate (RMgBr + CuBr) und Knochel-Cuprate (RZnI + CuCN*2LiCl). Eine Grignard-Verbindung lässt sich also in ein 1,4-addierendes CNucleophil umwandeln, indem man sie mit einer Cu(I)-Verbindung zu einem Normant-Cuprat umsetzt. Diese Transmetallierung wird oft nur mit katalytischer Menge CuI oder CuBr*Me2S durchgeführt, selten mit der stöchiometrischen Menge. Das bedeutet, dass Normant-Cuprate die 1,4-Addition an α,β - ungesättigte Ketone erheblich rascher eingehen als die Cu-freie Grignard-Verbindung die unselektive 1,2/1,4-Addition. Wohingegen in den letzten Jahren die Struktur der Gilman-Cuprate weitestgehend aufgeklärt werden konnte, ist die der Normant-Cuprate noch relativ unbekannt. Man weiß aber, dass die Cuprate als Di-, Tetra- und Oligomere vorliegen (verbrückt u.a. über…Cu-C…Cu-C…). Ein entscheidender Vorteil der Normant- und KnochelCuprate gegenüber den Gilman-Cupraten liegt darin, dass beide Reste R übertragen werden, wohingegen bei letzteren 50% Verlust entsteht, da das Li-Kation sowohl an den Enolat-Sauerstoff als auch an ein RCu koordiniert. Dieser Rest kann nicht übertragen werden.
3
2. Aufgabenstellung und Vorgehensweise Im Gruppenpräparat zur Versuchsnummer 6.2.2 soll zunächst analysiert werden, warum in den letzten Jahren keine Umsetzung zum cis-9-Methyl-2-decalon erzielt werden
konnte.
Anschließend
soll
nach
gelungener
Synthese
die
Versuchsdurchführung optimiert werden. Dabei wurde so vorgegangen, dass auf extreme Reinheit der Edukte geachtet wurde, d.h. 2-Octalon wurde zweimal frisch hergestellt, CuBr im Soxhlet-Extraktor 24 h mit THF gereinigt, das Grignard-Reagenz aus einer neuen Originalpackung eingesetzt und anschließend bei Raumtemperatur aufbewahrt sowie alle verwendeten Lösungsmittel absolutiert. Zudem wurden alle Versuchsschritte unter Schutzgas durchgeführt.
Somit
kann
Verunreinigung
als
eine
mögliche
Fehlerquelle
ausgeschlossen werden. Eine weitere mögliche Fehlerursache sahen wir in der eingesetzten Menge an CuBr, d.h. katalytischer bzw. stöchiometrischer Einsatz. In der Literatur war der katalytische Einsatz beschrieben, allerdings ist in diesem Fall eine 1,2-Addition des GrignardReagenz als Konkurrenzreaktion denkbar, so dass Ansätze sowohl mit katalytischer als auch stöchiometrischer Menge CuBr durchgeführt wurden. Im letzten Schritt der Versuchsoptimierung wurde das Lösungsmittel variiert, um die Ausbeute der bereits erfolgreich verlaufenen Synthesen zu verbessern.
4
3. Synthese des Edukts (Δ1(9)-2-Octalon): V 3.3.1.1
3.1 Literatur 1. Morpholincyclohexen: S. Hünig, E. Lücke, W. Brenninger, Org. Synth. Coll. Vol. 1973, 5, 808-809. 2. Δ1(9)-2-Octalon: R. L. Augustine, J. A. Caputo, Org. Synth. Coll. Vol. 1973, 5, 869 871. 3. Δ1(9)-2-Octalon: G. Storck, A. Brizzolara, H. Landesman, J. Szmuszkovicz, R. Terrell, J. Am. Chem. Soc., 1963, 85, 702. 4. Spektren: SDBS-Datenbank, http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs. 5. Sicherheit: http://www.sigmaaldrich.com.
3.2 Reaktion O O N H O C6H10O Mol. Wt.: 98,14
O
Toluol, 4-5 h, T
C4H9NO Mol. Wt.: 87,12
+
N O
l.) Dioxan, 4 h, T 2.) H2O, 10-12 h, T C10H17NO Mol. Wt.: 167,25
C4H6O Mol. Wt.: 70,09
O C10H14O Mol. Wt.: 150,22
3.3 Gefahrenpotential Cyclohexanon
Xn
R10-20
S25
Morpholin
F, C
R10-20/21/22-34
S23-36-45
p-Toluolsulfonsäure
Xi
R36/37/38
S26
Toluol
F, Xn
R11-38-48/20-63-65-67
S36/37-46-62
Morpholincyclohexen
Xi
R36/37/38
S26-36
Methylvinylketon
F, T+, N R11-26/27/28-34-43-
Dioxan
F, Xn
S16-26-28-36/37/39-45-
50/53
60-61
R11-19-36/37-40-66
S9-16-36/37-46
5
3.4 Entsorgung Cyclohexanon
halogenfreie, organische Lösungsmittelabfälle
Morpholin
halogenfreie, organische Lösungsmittelabfälle
p-Toluolsulfonsäure
in Aceton lösen; halogenfreie, organische Lösungsmittelabfälle
Toluol
halogenfreie, organische Lösungsmittelabfälle
Morpholincyclohexen
halogenfreie, organische Lösungsmittelabfälle
Methylvinylketon
halogenfreie, organische Lösungsmittelabfälle
Dioxan
halogenfreie, organische Lösungsmittelabfälle
3.5 Erster Ansatz Ansatzgrösse Cyclohexanon
35.3 g (360 mmol)
Morpholin
34.8 g (399 mmol)
p-Toluolsulfonsäure
360 mg (1.90 mmol)
Toluol
80 mL
Methylvinylketon
14.2 g (203 mmol)
Dioxan
200 mL
Versuchsdurchführung In einem 250-mL-Kolben wurden 35.3 g (360 mmol) Cyclohexanon, 34.8 g (399 mmol)
Morpholin und 360 mg (1.90 mmol) p-Toluolsulfonsäure in 80 mL Toluol
gelöst und für 4 h bei ca. 120 ˚C im Ölbad unter Wasserabscheidung erhitzt. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch unter vermindertem Druck fraktionierend destilliert. (114 - 115 °C / 14-16 mbar). Ausbeute: 35.7 g (213 mmol, 59%) einer farblosen Flüssigkeit Literatur: S. Hünig, E. Lücke, W. Brenninger, Org. Synth. Coll. Vol., 1973, 5, 808-809. 72 - 80% 6
Reaktionskontrolle mittels Dünnschichtchromatographie: Laufmittel: PE : EE (1:4) A: Rf = 0.34 (Morpholincyclohexen) B: Rf = 0.57 (Cyclohexanon) Ed: isoliertes Edukt Pro: Produkt aus Reaktionsmischung Für
die
zweite
Stufe
wurden
32.0
g
(191
mmol)
des
erhaltenen
Morpholincyclohexens in 200 mL über Natrium getrocknetem Dioxan in einem 500mL-Dreihalskolben vorgelegt. Hierzu wurden innerhalb von 30 min 14.2 g (203 mmol) frisch destilliertes Methylvinylketon zugetropft und das Reaktionsgemisch für 4 h unter Rückflusskühlung bei 140 ˚C gerührt. Nach Ablauf der 4 h wurden dem Reaktionsgemisch 250 mL Wasser hinzugefügt und für weitere 10-12 h refluxiert. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wurde die Reaktionslösung in 350 ml Wasser gegeben und viermal mit je 150 mL Diethylether extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden dreimal mit je 80 mL 3N-Salzsäure, zweimal mit je 30 mL einer gesättigten Natriumcarbonatlösung, einmal mit 80 mL Wasser und zuletzt einmal mit 70 mL einer gesättigten Natriumchloridlösung gewaschen. Anschließend wurde die Lösung über Magnesiumsulfat getrocknet. Nach Abfiltrieren des Trockenmittels
wurde
das
Lösungsmittel
abdestilliert
und
der
Rückstand
fraktionierend destilliert (135-136 ˚C / 15 mbar). Zur Trennung des Produktgemisches wurde es in 100 mL Petrolether gelöst und anschließend für ca. 1 h auf -80 ˚C abgekühlt. Nach Abtrennung der flüssigen Komponente wurde dieses Verfahren noch einmal durchgeführt und restliches Lösungsmittel am Rotationsverdampfer abgetrennt. Ausbeute: 15.2 g (101 mmol, 53%) einer farblosen Flüssigkeit Literatur: R. L. Augustine, J. A. Caputo, Org. Synth. Coll. Vol. 1973, 5, 869-871. 59 - 65%
7
Reaktionskontrolle mittels Dünnschichtchromatographie: Laufmittel: PE : EE (1:4) A: Rf = 0.23 (Morpholincyclohexen) B: Rf = 0.72 (Δ1(9)-2-Octalon) Ed: isoliertes Edukt Pro: Produkt aus Reaktionsmischung Charakterisierung Morpholincyclohexen Siedepunkt: 114-115 ˚C bei 15 mbar
(Lit.: 118-120 ˚C bei ca. 13 hPa)
Brechungsindex: nD20 = 1.5120
(Lit.: nD20 = 1.5122-1.5129)
Literatur: S. Hünig, E. Lücke, W. Brenninger, Org. Synth. Coll. Vol., 1973, 5, 808-809. IR:
A:
3050 cm-1
H-Csp2-Valenzschwingung
B:
2800-2950 cm-1
H-Csp3-Valenzschwingung
C:
1650 cm-1
Enaminschwingung
8
Literaturspektrum
9
Δ1(9)-2-Octalon Siedepunkt: 135-136 ˚C bei 15 mbar
(Lit.2: 143-145 ˚C bei ca. 20 mbar)
Brechungsindex: nD25 = 1.5210
(Lit.: nD25 = 1.5204)
Literatur: Johnson et al., J. Am. Chem. Soc. 1960, 82, 622. IR:
A:
3030 cm-1
H-Csp2-Valenzschwingung
B:
2950 cm-1
H-Csp3-Valenzschwingung
C:
1680 cm-1
Csp2-O-Valenzschwingung
Literatur: D.J. Baisted, J.S. Whitehurst, J. Chem. Soc., 1961, 4089-4091. 1710 cm-1, 1674 cm-1, 1622 cm-1 H.-J. Bestmann, G. Schade, H. Lütke, T. Mönius, Chem. Ber., 1985, 118, 2640-2658. 1665 cm-1 (C=O), 1615 cm-1 (C=C)
10
1
H-NMR (250 MHz, CDCl3): δ [ppm] = 5.81 (s, 1H), 0.80 - 2.80 (m, 13 H)
Literatur: H.-J. Bestmann, G. Schade, H. Lütke, T. Mönius, Chem. Ber., 1985, 118, 2640-2658. 1
H-NMR: δ = 0.8 - 2.7 (m; 13H, Aliphaten-H), 5.77 (s; 1 H, 1-H)
11
3.6 Zweiter Ansatz Sowohl Ansatzgröße als auch Durchführung entsprechen dem ersten Versuch. 1. Stufe: Ausbeute: 36.0 g (215 mmol, 60 %) einer farblosen Flüssigkeit Literatur: S. Hünig, E. Lücke, W. Brenninger, Org. Synth. Coll. Vol., 1973, 5, 808-809. 72 - 80% Reaktionskontrolle mittels Dünnschichtchromatographie: Laufmittel: PE : EE (1:4) A: Rf = 0.18 (Morpholincyclohexen) B: Rf = 0.50 (Verunreinigung) C: Rf = 0.60 (Cyclohexanon) Ed: isoliertes Edukt Pro: Produkt aus Reaktionsmischung 2. Stufe: Ausbeute: 17.6 g (117 mmol, 61 %) einer farblosen Flüssigkeit Literatur: R. L. Augustine, J. A. Caputo, Org. Synth. Coll. Vol. 1973, 5, 869-871. 59 - 65% Reaktionskontrolle mittels Dünnschichtchromatographie: Laufmittel: PE : EE (1:4) A: Rf = 0.26 (Morpholincyclohexen) B: Rf = 0.65 (Δ1(9)-2-Octalon) Ed: isoliertes Edukt Pro: Produkt aus Reaktionsmischung
12
Charakterisierung Morpholincyclohexen Siedepunkt: 115-117 ˚C bei 15 mbar Brechungsindex:
nD25=
(Lit.: 118-120 ˚C bei ca. 13 hPa) (Lit.: nD20 = 1.5122-1.5129)
1.5125
Literatur: S. Hünig, E. Lücke, W. Brenninger, Org. Synth. Coll. Vol., 1973, 5, 808-809. IR:
A:
3050 cm-1
H-Csp2-Valenzschwingung -1
B:
2800-2950 cm
H-Csp3-Valenzschwingung
C:
1650 cm-1
Enaminschwingung
13
Literaturspektrum
Δ1(9)-2-Octalon Siedepunkt: 139-140 ˚C bei 15 mbar
(Lit.: 143-145 ˚C bei ca. 20 mbar)
Brechungsindex: nD25 = 1.5208
(Lit.: nD25 = 1.5204)
Literatur: R. L. Augustine, J. A. Caputo, Org. Synth. Coll. Vol. 1973, 5, 869-871. IR:
A:
3030 cm-1
H-Csp2-Valenzschwingung
B:
2950 cm-1
H-Csp3-Valenzschwingung
C:
1680 cm-1
Csp2-O-Valenzschwingung
14
Literatur: D.J. Baisted, J.S. Whitehurst, J. Chem. Soc. 1961, 4089-4091. 1710 cm-1, 1674 cm-1, 1622 cm-1 1
H-NMR:
Auf ein NMR-Spektrum wurde beim zweiten Ansatz verzichtet, da die Daten gut mit dem ersten Ansatz übereinstimmen.
15
3.7 Mechanismus
O H
O N
OH H N
N H
O
O
Nachdem Cyclohexanon durch die Protonierung mit p-Toluolsulfonsäure aktiviert wurde, greift das N-Atom des Morpholins nucleophil am carbonylischen C-Atom des Cyclohexanons an. Anschließend wird unter Ausbildung eines Immoniumions dehydratisiert. Im letzten Reaktionsschritt bildet sich dann das gewünschte Enamin als Zwischenprodukt. H
O
O O
O
N
N
H
+
N
O O
Das
Enamin
greift
nun
O
nucleophil
als
Enol-Synthon
O
am
Michael-System
Methylvinylketon an. Es bildet sich ein Enolat-Intermediat aus, welches mit einer zweiten Enolatstruktur im Gleichgewicht steht. Nach intramolekularem Ringschluss wird im letzten Reaktionsschritt Morpholin unter Bildung des Endproduktgemisches eliminiert. Dabei ist das Isomer mit der konjugierten
Doppelbindung
aufgrund
Hauptprodukt.
16
von
product-development-control
das
4. Synthese von cis-9-Methyl-2-decalon: V 6.2.2
4.1 Literatur 1. 9-Methyl-cis-decalon: J. Birch, R. Robinson, J. Chem. Soc. 1943, 501-502. 2. 9-Methyl-cis-decalon: J.T. Gerig, J.D. Roberts, J. Am. Chem. Soc., 1966, 88, 2791-2799. 2. Kupferbromid (Reinigung): G. H. Posner, C. E. Whitten, J. J. Sterling, J. Am. Chem. Soc. 1973, 95, 7788-7800 (speziell: 7794). 3. R. Brückner, Reaktionsmechanismen, 3. Auflage, 2004, Elsevier GmbH München. 4. Th. Wieland, W. Sucrow, Gattermann-Wieland, Die Praxis des organischen Chemikers, 43. Aufl., 1982, Walter de Gruyter, Berlin - New York. 5. Sicherheit: http://www.sigmaaldrich.com.
4.2 Reaktion
CH3MgI, Cu2Br 2
H3C
Et2O bzw. THF 1 h, RT, 15 min, Rückfluss
O
O C11H18O Mol. Wt: 166.26
C10H14O Mol. Wt: 150.22
4.3 Gefahrenpotential Δ1(9)-2-Octalon
T+
Stoff mit unbekannten Eigenschaften
cis-9-Methyl-2-decalon T+
Stoff mit unbekannten Eigenschaften
THF
F, Xi
R11-19-36/37
S16-29-33
Diethylether
F+, Xn
R12-19-22-66-67
S9-16-29-33
Petrolether
F, Xn
R11-48/20-62-65
S9-16-23.2-29-33-36/3762
Essigsäureethylester
F, Xi
R11-36-66-67
S16-26-33
CuBr
C
R34
S26-36/37/39-45 17
MeMgBr HCl
C
R34-37
Na2SO4
-
-
NaCl
-
-
S26-36/37/39-45
4.4 Entsorgung Δ1(9)-2-Octalon
organische, halogenfreie Lösungsmittel
cis-9-Methyl-2-Decalon
organische, halogenfreie Lösungsmittel
THF
organische, halogenfreie Lösungsmittel
Diethylether
organische, halogenfreie Lösungsmittel
Petrolether
organische, halogenfreie Lösungsmittel
Essigsäureethylester
organische, halogenfreie Lösungsmittel
CuBr
in H2O lösen und zu den wässrigen Lösungsmitteln
MeMgBr
unter Eiskühlung vorsichtig in 2-Propanol eintropfen, mit Wasser versetzen und in halogenhaltige, organische Lösemittelabfälle
HCl
mit H2O verdünnen und zu den wässrig-sauren Lösungsmittelabfällen geben
Na2SO4
in H2O lösen und zu den wässrigen Lösungsmittelabfällen
NaCl
in H2O lösen und zu den wässrigen Lösungsmittelabfällen
4.5 Ansatzgröße Δ1(9)-2-Octalon
4.50 g (30.0 mmol)
THF
~80 mL
Diethylether
~80 mL/ 120 mL
Petrolether
als Laufmittel
Essigsäureethylester
als Laufmittel
CuBr
0.16 g (1.12 mmol)/ 6.50 g (45.3 mmol)
MeMgBr
15 mL (3 N in Et2O, 45.0 mmol)
HCl
50 mL (3 N)
18
4.6 Versuchsdurchführung Vorbereitung der Edukte: Δ1(9)-2-Octalon: aus V 3.3.1.1 frisch hergestellt CuBr: Riedel-de-Haen: über Nacht im Soxhlet-Extraktor mit THF gereinigt (unter Stickstoffatmosphäre und lichtgeschützt problemlos mehrere Wochen haltbar). MeMgBr: Aldrich (3 N in Diethylether, Aufbewahrung bei Raumtemperatur; Titrimetrische Gehaltsbestimmung nach 3. Ansatz: 2.50 *10-4 L MeMgBr verdünnt in H2O titriert gegen Phenolphthalein ergaben einen Verbrauch von 7.30 mL 0.1 N HCl, so dass sich eine Konzentration von 2.92 N für das Grignard-Reagenz errechnete.)
4.6.1 Erster Ansatz: CuBr katalytisch, LM: Diethylether In einer ausgeheizten Reaktionsapparatur bestehend aus 250-mL-Dreihalskolben mit Magnetrührer, Tropftrichter, Rückflusskühler, Blasenzähler und Stickstoffeinlass wurden im Stickstoffstrom 0.16 g (1.12 mmol) Kupfer(I)bromid1 in 80 mL trockenem Diethylether2 vorgelegt und unter Eiskühlung 15 mL Methylmagnesiumbromidlösung (3 N in Et2O, 45.0 mmol) zugegeben, wobei sich die Lösung leicht grau färbte. Anschließend wurden 4.50 g (30.0 mmol) 2-Octalon3 über einen Zeitraum von 20 min zugetropft. Nach Entfernen des Eisbads wurde 1 h bei Raumtemperatur gerührt und schließlich 15 min unter Rückfluss erhitzt. Der Reaktionsverlauf wurde mittels Dünnschichtchromatographie verfolgt. Die Reaktionsmischung wurde in einen 500-mL-Scheidetrichter auf eine Mischung aus 100 g Eis und 50 mL 3 N Salzsäure gegossen und kräftig geschüttelt, bis keine Gasentwicklung mehr zu beobachten war. Diese Mischung wurde viermal mit je 15 mL
Diethylether
extrahiert
und
die
vereinigten
organischen
Phasen
über
Magnesiumsulfat getrocknet und am Rotationsverdampfer eingeengt, bis ein orangebraunes Öl zurückblieb. Dieses wurde bei reduziertem Druck fraktionierend destilliert4
(Übergangstemperatur:
säulenchromatographisch Essigsäureethylester
=
60
°C
gereinigt 9:1).
/
2
mbar)
und
(Laufmittelmischung:
Nach
Entfernen
des
Petrolether:
Lösungsmittels
Rotationsverdampfer wurde das Produkt als farbloses Öl erhalten.
19
anschließend am
Ausbeute: 1.87 g (11.2 mmol, 37%) Literatur: J.T. Gerig, J.D. Roberts, J. Am. Chem. Soc., 1966, 88, 2791-2799. 49% Reaktionskontrolle mittels Dünnschichtchromatographie: Laufmittel: PE : EE (9:1) A: Rf = 0.42 (Δ1(9)-2-Octalon) B: Rf = 0.74 (Verunreinigung) C: Rf = 0.35 (cis-9-Methyl-2-Decalon) D: Rf = 0.71 (Verunreinigung) E: Rf = 1.00 (Nebenprodukt) Ed: isoliertes Edukt Pro: Produkt aus Reaktionsmischung
Säulenchromatographische Trennung: (25cm Kieselgel; Durchmesser der Säule: 3cm) Laufmittel: PE : EE (9:1) A: Rf = 0.33 - 0.46 (cis-9-Methyl-2-Decalon) Pro: isoliertes Produkt
20
Charakterisierung: Siedepunkt:
60 ˚C bei 2 mbar
(Lit. 2: 212-215 ˚C / 1013 mbar)
Brechungsindex:
nD25= 1.4900
(Lit.: nD25 = 1.4895)
Literatur: W. Nagata, I. Kikkawa, Chem. Pharm. Bull. 1963, 11, 289-293. IR-Spektroskopie:
A:
2930 cm-1
H-Csp3-Valenzschwingung
B:
1705 cm-1
Csp2-O-Valenzschwingung
Literatur: G.W. Shaffer, J. Org. Chem., 1973, 38, 2842-2845. 1705 cm-1 (C=O) 1
H-NMR (250 MHz, CDCl3): δ [ppm] = 2.57 - 2.62 (d, 1H, J3HH = 13.73 Hz) 1.97 - 2.44 (m, 3 H), 1.17 - 1.92 (m, 12 H), 0.96 (s, 3 H)
21
Literatur: G.W. Shaffer, J. Org. Chem., 1973, 38, 2842-2845. δ [ppm] = 0.97 (s, cis-methyl H)
22
4.6.2 Zweiter Ansatz: CuBr stöchiometrisch, LM: Diethylether In einer ausgeheizten Reaktionsapparatur bestehend aus 250-mL-Dreihalskolben mit Magnetrührer, Tropftrichter, Rückflusskühler, Blasenzähler und Stickstoffeinlass wurden im Stickstoffstrom 6.50 g (45.3 mmol) Kupfer(I)bromid1 in 120 mL trockenem Diethylether2 vorgelegt und unter Eiskühlung 15 mL Methylmagnesiumbromidlösung (3 N in Et2O, 45.0 mmol) zugegeben, wobei sich die Lösung dunkelgrau färbte. Anschließend wurden 4.50 g (30.0 mmol) 2-Octalon3 über einen Zeitraum von 20 min zugetropft. Nach Entfernen des Eisbads wurde 1 h bei Raumtemperatur gerührt und schließlich 15 min unter Rückfluss erhitzt. Der Reaktionsverlauf wurde mittels Dünnschichtchromatographie verfolgt. Die Reaktionsmischung wurde in einen 500-mL-Scheidetrichter auf eine Mischung aus 100 g Eis und 50 mL 3 N Salzsäure gegossen und kräftig geschüttelt, bis keine Gasentwicklung mehr zu beobachten war. Dabei fiel ein voluminöser, grauer Feststoff aus, der über einen Büchnertrichter abfiltriert und zweimal mit je 20 mL Diethylether ausgewaschen wurde. Das Filtrat und die Waschphasen wurden vereinigt und viermal mit je 15 mL Diethylether extrahiert. Die vereinigten Etherphasen wurden einmal mit 20 mL Wasser und zweimal mit je 30 mL gesättigter Natriumchloridlösung7 gewaschen. Nach Trocknen der organischen Phase mit Magnesiumsulfat und Einengen am Rotationsverdampfer blieb ein orange-braunes Öl zurück, das säulenchromatographisch gereinigt
wurde (Laufmittelmischung:
Petrolether: Essigsäureethylester = 9:1)8. Nach Entfernen des Lösungsmittels am Rotationsverdampfer wurde das Produkt als farbloses Öl erhalten. Ausbeute: 0.96 g (5.77 mmol, 19%) Literatur: J.T. Gerig, J.D. Roberts, J. Am. Chem. Soc., 1966, 88, 2791-2799. 49%
23
Reaktionskontrolle mittels Dünnschichtchromatographie: Laufmittel: PE : EE (9:1) A: Rf = 0.61 (cis-9-Methyl-2-Decalon) B: Rf = 0.46 (Δ1(9)-2-Octalon) C: Rf = 0.78 (Verunreinigung) Ed: isoliertes Edukt Pro: Produkt aus Reaktionsmischung Säulenchromatographische Trennung: (25cm Kieselgel; Durchmesser der Säule: 3cm) Laufmittel: PE : EE (9:1) A: Rf = 0.35 (cis-9-Methyl-2-Decalon) Pro: isoliertes Produkt
24
Charakterisierung: Siedepunkt: Es wurde keine Destillation durchgeführt, da hier säulenchromatographisch aufgetrennt wurde. Brechungsindex:
nD25= 1.4860
(Lit.: nD25 = 1.4895)
Literatur: W. Nagata, I. Kikkawa, Chem. Pharm. Bull. 1963, 11, 289-293. IR-Spektroskopie:
A:
2927 cm-1
H-Csp3-Valenzschwingung
B:
1712 cm-1
Csp2-O-Valenzschwingung
Literatur: G.W. Shaffer, J. Org. Chem., 1973, 38, 2842-2845. 1705 cm-1 (C=O) 1
H-NMR: Auf ein NMR wurde beim zweiten Ansatz verzichtet, da Brechungsindex und IR-Spektrum bereits eine deutliche Verunreinigung andeuteten.
25
4.6.3 Dritter Ansatz: CuBr katalytisch, Überschuss Grignard, LM: Tetrahydrofuran
In einer ausgeheizten Reaktionsapparatur bestehend aus 250-mL-Dreihalskolben mit Magnetrührer, Tropftrichter, Rückflusskühler, Blasenzähler und Stickstoffeinlass wurden im Stickstoffstrom 0.13 g (0.89 mmol) Kupfer(I)bromid1 in 75 mL trockenem THF5 vorgelegt und unter Eiskühlung 30 mL Methylmagnesiumbromidlösung (3 N in Et2O, 90.0 mmol) zugegeben, wobei sich eine weiße Suspension bildete. Anschließend wurden 4.95 g (32.9 mmol) 2-Octalon3 über einen Zeitraum von 20 min zugetropft. Nach Entfernen des Eisbads wurde 1 h bei Raumtemperatur gerührt und schließlich 15 min unter Rückfluss erhitzt. Der Reaktionsverlauf wurde mittels DC verfolgt. Die Reaktionsmischung wurde vorsichtig in einen 500-mL-Scheidetrichter auf eine Mischung aus 100 g Eis und 50 mL 3 N Salzsäure gegossen und kräftig geschüttelt, bis keine Gasentwicklung mehr zu beobachten war. Diese Mischung wurde viermal mit je 20 mL Diethylether extrahiert und die vereinigten organischen Phasen mit 30 mL
gesättigter
Etherphase
über
Natriumchloridlösung7 Magnesiumsulfat
gewaschen.
getrocknet
und
Anschließend am
wurde
die
Rotationsverdampfer
eingeengt, bis ein orange-braunes Öl zurückblieb, das säulenchromatographisch gereinigt wurde (Laufmittelmischung: Petrolether: Essigsäureethylester = 9:1)8. Nach Entfernen des Lösungsmittels am Rotationsverdampfer wurde das Produkt als farbloses Öl erhalten. Ausbeute: 1.90 g (11.4 mmol, 35%) Literatur: J.T. Gerig, J.D. Roberts, J. Am. Chem. Soc., 1966, 88, 2791-2799. 49% Die geringe Ausbeute könnte am Reinheitsgrad des Lösungsmittels gelegen haben, da die THF-Destille nach Pyridin roch.
26
Reaktionskontrolle mittels Dünnschichtchromatographie: Laufmittel: PE : EE (9:1) A: Rf = 0.36 (Δ1(9)-2-Octalon) B: Rf = 0.69 (cis-9-Methyl-2-Decalon) Ed: isoliertes Edukt Pro: Produkt aus Reaktionsmischung Pro aus 1.: isoliertes Produkt aus erstem Versuch Säulenchromatographische Trennung: (25cm Kieselgel; Durchmesser der Säule: 3cm) Laufmittel: PE : EE (9:1) A: Rf = 0.43 (cis-9-Methyl-2-Decalon) Pro: isoliertes Produkt
27
Charakterisierung: Siedepunkt: Es wurde keine Destillation durchgeführt, da hier säulenchromatographisch aufgetrennt wurde. Brechungsindex:
nD25= 1.4901
(Lit.: nD25 = 1.4895)
Literatur: W. Nagata, I. Kikkawa, Chem. Pharm. Bull. 1963, 11, 289-293. IR-Spektroskopie:
A:
2927 cm-1
H-Csp3-Valenzschwingung
C:
1712 cm-1
Csp2-O-Valenzschwingung
Literatur: G.W. Shaffer, J. Org. Chem., 1973, 38, 2842-2845. 1705 cm-1 (C=O)
1
H-NMR: Auf ein NMR-Spektrum wurde beim dritten Ansatz verzichtet, da säulenchromatographisch aufgetrennt wurde.
28
4.6.4 Vierter Ansatz: CuBr katalytisch, LM: Tetrahydrofuran In einer ausgeheizten Reaktionsapparatur bestehend aus 250-mL-Dreihalskolben mit Magnetrührer, Tropftrichter, Rückflusskühler, Blasenzähler und Stickstoffeinlass wurden im Stickstoffstrom 0.10 g (0.70 mmol) Kupfer(I)bromid1 in 75 mL trockenem THF5 vorgelegt und unter Eiskühlung 15 mL Methylmagnesiumbromidlösung (3 N in Et2O, 45.0 mmol) zugegeben, wobei sich eine weiße Suspension bildete. Anschließend wurden 4.47 g (29.8 mmol) 2-Octalon3 über einen Zeitraum von 30 min6 zugetropft. Nach Entfernen des Eisbads wurde 1 h bei Raumtemperatur gerührt und schließlich 15 min unter Rückfluss erhitzt. Der Reaktionsverlauf wurde mittels DC verfolgt. Die Reaktionsmischung wurde vorsichtig in einen 500-mL-Scheidetrichter auf eine Mischung aus 100 g Eis und 50 mL 3 N Salzsäure gegossen und kräftig geschüttelt, bis keine Gasentwicklung mehr zu beobachten war. Diese Mischung wurde viermal mit je 20 mL Diethylether extrahiert und die vereinigten organischen Phasen mit 30 mL
gesättigter
Natriumchloridlösung7
gewaschen.
Anschließend
wurde
die
Etherphase über Natriumsulfat getrocknet und am Rotationsverdampfer eingeengt, bis ein orange-braunes Öl zurückblieb, das säulenchromatographisch gereinigt wurde
(Laufmittelmischung:
Petrolether:
Essigsäureethylester
=
9:1)8.
Nach
Entfernen des Lösungsmittels am Rotationsverdampfer wurde das Produkt als farbloses Öl erhalten. Ausbeute: 3.98 g (23.9 mmol, 80%) Literatur: J.T. Gerig, J.D. Roberts, J. Am. Chem. Soc., 1966, 88, 2791-2799. 49% Reaktionskontrolle mittels Dünnschichtchromatographie: Laufmittel: PE : EE (9:1) A: Rf = 0.34 (Δ1(9)-2-Octalon) B: Rf = 0.51 (cis-9-Methyl-2-Decalon) C: Rf = 0.53 (Verunreinigung) D: Rf = 0.61 (Verunreinigung) Ed: isoliertes Edukt Pro: Produkt aus Reaktionsmischung 29
Säulenchromatographische Trennung: (25cm Kieselgel; Durchmesser der Säule: 3cm) Laufmittel: PE : EE (9:1) A: Rf = ~0.32 (cis-9-Methyl-2-Decalon) B: Rf = 1 (Nebenprodukt) Pro: isoliertes Produkt
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Charakterisierung: Siedepunkt: Es wurde keine Destillation durchgeführt, da hier säulenchromatographisch aufgetrennt wurde. Brechungsindex:
nD25= 1.4897
(Lit.: nD25 = 1.4895)
Literatur: W. Nagata, I. Kikkawa, Chem. Pharm. Bull. 1963, 11, 289-293. IR-Spektroskopie:
A:
2927 cm-1
H-Csp3-Valenzschwingung
C:
1712 cm-1
Csp2-O-Valenzschwingung
Literatur: G.W. Shaffer, J. Org. Chem., 1973, 38, 2842-2845. 1705 cm-1 (C=O) 1
H-NMR (250 MHz, CDCl3): δ [ppm] = 2.56 - 2.62 (d, 1H, J3HH = 14.03 Hz), 1.99 - 2.41 (m, 3 H), 1.18 - 1.86 (m, 12 H), 0.96 (s, 3 H)
31
Literatur: G.W. Shaffer, J. Org. Chem., 1973, 38, 2842-2845. δ [ppm] = 0.97 (s, cis-methyl H) 32
MS-Spektrum (Elektronenenergie: 70 eV; m/z: 35-900; Quelle: 200°C; Ref.einl.: 8200; Finningan MAT): M/z: 166.2 (= Massenpeak), 151.2 (M+ -CH3)
Literatur: G.W. Shaffer, J. Org. Chem., 1973, 38, 2842-2845. M+: 166 33
4.7 Mechanismus Me2CuMgI
= O
O
O O
H
Das weiche, nucleophile Methyl-Cuprat reagiert in einer 1,4-Addition mit Δ1(9)-2Octalon zu cis-9-Methyl-2-decalon. Der Angriff des Cuprats erfolgt von der sterisch weniger gehinderten, konvexen Seite.
5. Zusammenfassung Im Gruppenpräparat zur Versuchsnummer 6.2.2 konnte erfolgreich cis-9-Methyl-2decalon
in
einer
Ausbeute
von
80%
dargestellt
werden.
Die
optimalen
Versuchsbedingungen sind ein katalytischer Einsatz an CuBr, THF als Lösungsmittel sowie der Einsatz von sauberen und trockenen Edukten. Die Ursache für die fehlgeschlagenen Umsetzungen in den vergangenen Jahren ist letztendlich schwer abzuschätzen, da bereits ein verunreinigtes Edukt zum Misslingen des Versuchs führen kann. Eine sehr wahrscheinliche Fehlerquelle stellt das Grignard-Reagenz dar, das nach Öffnung bei falscher Lagerung zerfallen kann. Es ist unbedingt darauf zu achten, dass der Grignard bei Raumtemperatur und unter Schutzgas gelagert wird und bei Entnahme keine Luft in das Gefäß gelangt. Vor jedem Versuch sollte zur Überprüfung der Konzentration eine Titration durchgeführt werden.
34
__________________________________________________________ 1
Wie in der Literatur beschrieben über Nacht im Soxhlet-Extraktor mit THF reinigen.
2
Den im Nachtraum über Natriumdraht getrockneten Diethylether verwenden.
3
aus V 3.3.2.2 frisch hergestellt
4
(Übergangstemperatur bei 2 mbar: 60 °C) Destillation bewirkte hier jedoch keine ausreichende Reinigung.
5
Trocknung erfolgt über Natriumdraht in einer Umlaufapparatur mit Benzophenon (Indikator).
6
Die Zutropfdauer von 15 min (s. Literatur) wurden auf 30 min verlängert, um eventuelle Konkurrenzreaktionen des im Überschuss vorliegenden GrignardReagenzes zu minimieren.
7
Mit der Natriumchloridlösung wurden die Salze aus der organischen Phase in die wässrige Phase überführt.
8
Mit Destillation wurde keine ausreichende Reinigung erzielt, so dass sofort säulenchromatographisch aufgereinigt wurde.
35