Synthese von Glutarsäure (1,5-Pentandicarbonsäure)

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1 Praktikum rganische Chemie I Chemnitz, L (für Biol./Pharm.Wiss) Wintersemester 05/06 Sylke öhnel Semester Assistent: Pascal Bindschädler Synthese von Glutarsäure (1,5-Pentandicarbonsäure) - 1 -

2 1 Methode Die Synthese von Glutarsäure (1,5-Pentandicarbonsäure) aus Cyclopentanon durch Kaliumpermanganat erfolgt via basenkatalysierter xidation mit Spaltung einer C-C Doppelbindung. 2 Reaktionsgleichung KMn 4 kat. Na 3 Mechanismus 1. Bildung des Enolats xidation Mn - Mn Mn Mn 6+ - Mn Mn 2 - Mn Mn

3 3. Aufarbeitung mit Säure Physikalische Daten der Substanzen Cyclopentanon M = g/mol ρ = 0.95 g/cm³ n D = Smp -58 C Sdp 131 C WGK 1 (schwach wassergefährdend) C-Giftklasse 5 (Stoffe geringer Gefährlichkeit) R10 Entzündlich R36/38 Reizt die Augen und die aut S26 S36 Bei Berührung mit den Augen sofort gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren Bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung tragen Kaliumpermanganat M = g/mol ρ = g/cm³ n D = Smp 240 C WGK 2 (wassergefährdend) C-Giftklasse 3 (giftige Stoffe) Mn 7+ - K + R8 Feuergefahr bei Berührung mit brennbaren Stoffen R22 Gesundheitsschädlich beim Verschlucken R50/53 Sehr giftig für Wasserorganismen, kann in Gewässern längerfristig schädliche Wirkungen haben S2 S60 S61 Darf nicht in die ände von Kindern gelangen Dieser Stoff und sein Behälter sind als gefährlicher Abfall zu entsorgen Freisetzung in die Umwelt vermeiden. Besondere Anweisungen einholen / Sicherheitsdatenblatt zu Rate ziehen - 3 -

4 Konzentrierte Chlorwasserstoffsäure M = g/mol ρ = 1.06 g/cm³ Smp -40 C Sdp 84 C WGK 1 (schwach wassergefährdend) C-Giftklasse 3 (giftige Stoffe) MAK Wert: 5 ppm Cl (konz.) R34 R37 S2 S26 Verursacht Verätzungen Reizt die Atmungsorgane Darf nicht in die ände von Kindern gelangen Bei Berührungen mit den Augen sofort mit Wasser abspülen und Arzt oder Ärztin konsultieren 1 Natriumhydroxid M = g/mol ρ = 2.1 g/cm³ Smp 322 C Sdp 1378 C WGK 1 (schwach wassergefährdend) C-Giftklasse 3 (giftige Stoffe) MAK Wert: 2 mg/ m³ Na R35 Verursacht schwere Verätzungen S1/2 Unter Verschluss und für Kinder unzugänglich aufbewahren S26 Bei Berührung mit den Augen sofort gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren S37/39 Bei der Arbeit geeignete Schutzhandschuhe und Schutzbrille / Gesichtschutz tragen S45 Bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt hinzuziehen Glutarsäure M = 132,120 g/mol ρ = g/cm³ Smp 98 C Sdp 302 C WGK 1 (schwach wassergefährdend) C-Giftklasse Frei R36/37/38 Reizt die Augen, Atmungsorgane und die aut S26 S36 Bei Berührung mit den Augen sofort gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren Bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung tragen - 4 -

5 Methylenchlorid C 2 Cl 2 M = g/mol ρ = 1.32 g/cm³ Smp -95 C Sdp 40 C Cl WGK 2 (wassergefährdend) C-Giftklasse 4 (nicht ungefährlicher Stoff) MAK 100 ml/m³ R40 Verdacht auf krebserzeugende Wirkung Cl S2 S23 Darf nicht in die ände von Kindern gelangen Gas / Rauch / Dampf / Aerosol nicht einatmen (geeignete Bezeichnung(en) vom ersteller anzugeben) S24/25 Berührung mit den Augen und der aut vermeiden S36/37 Bei der Arbeit geeignete Schutzhandschuhe und Schutzkleidung tragen Natriumchlorid M = g/mol ρ = 2.22 g/cm³ Smp 801 C Sdp 1465 C NaCl WGK 0 (nicht wassergefährdend) C-Giftklasse Frei S24/25 Berührung mit den Augen und der aut Vermeiden Magnesiumsulfat M = g/mol ρ = 2.7 g/cm³ Smp 1124 C S - Mg 2+ - WGK 1 (schwach wassergefährdend) C-Giftklasse Frei S24/25 Berührung mit den Augen und der aut Vermeiden - 5 -

6 5 Apparaturen Reaktionsapparatur Kontaktthermometer Kühlwasserkreislauf Rückflusskühler Dreihalsrundkolben Rührfisch Ölbad Magnetrührer Scheidetrichter Filterapparatur Vakuumanschluss Nutsche Vakuumaufsatz Erlenmeyer Kolben - 6 -

7 6 Ansatz Substanz Eingesetzte Menge Anzahl Mole Volumen [g] [mmol] Äquivalente [ml] Cyclopentanon KMN Na ~ 1 ml 7 Experimentelle Durchführung In einem 250 ml 3-alsrundkolben wurde zu KMn 4 (9.5 g, 60 mmol; 2 Äquiv.) und 2 (75 ml) unter heftigem Rühren Cyclopentanon (2.56 ml, 30 mmol, 1 Äquiv.) zugegeben. Die Reaktionsmischung wurde bei 30 C gerührt und 10%-ige Na (1 ml, 3 mmol, 0.1 Äquiv.) über 20 min zugetropft. Danach wurde langsam auf 80 C erhitzt. Dabei verfärbte sich die violette Lösung bräunlich. Die Reaktionsmischung wurde über Celite heiß filtriert, mit 2 gewaschen und mit konz. Cl auf p ~1 gebracht. Das Reaktionsprodukt wurde zur Auskristallisation über Nacht im Kühlschrank gelagert. Es enstanden keine Kristalle. Die farblose Lösung wurde mit C 2 Cl 2 (3x 50 ml) extrahiert. Die org. Phasen wurden gesammelt, die wässr. Phase verworfen. Die vereinigten org. Phasen wurden mit ges. wässr. NaCl-Lösung gewaschen und über MgS 4 getrocknet. Im Rotationsverdampfer wurde eingeengt. Die Substanz, die im Ausgangskolben zurückblieb, wurde mittels IR-Spektroskopie analysiert. 8 Ausbeute Eingesetzte Masse von Cyclopentanon: 2.52 g Ausbeute Cyclopentanon: 0.03 g (2%) - 7 -

8 9 Charakterisierung Infrarot-Spektrum Banden [cm -1 ] Interpretation 2966 C- Streckschwingung sym C= Streckschwingung C- Deformationsschwingung asym Aryl-Keton Streckschwingung Referenz-Infrarot-Spektren Cyclopentanon - 8 -

9 Referenz-Infrarot-Spektren Glutarsäure - 9 -

10 10 Bemerkungen und Diskussion Anhand von Vergleichen des aufgenommenen IR-Spektrums mit Referenzspektren konnte eindeutig gesagt werden, dass Cyclopentanon rückisoliert und keine Glutarsäure synthetisiert wurde. Jedoch lässt sich anhand der geringen Mengen rückisoliertem Startmaterials sagen, dass die Reaktion erfolgreich abgelaufen sein muss. Zudem wurde während der Reaktion Braunstein gebildet, ein Eindeutiges Zeichen für die xidation von Cyclopentanon und die Reduktion von Mangan VII zu Mangan IV. Da Glutarsäure jedoch in Methylenchlorid unlöslich ist und somit in der Wasserphase blieb, wurde kein Produkt isoliert. Durch Einengen der wässr. Phase bis zum Einsetzen der Kristallisation und anschließendem Auskristallisieren im Kühlschrank hätte man das Produkt erhalten. 11 Literatur (1) Reinhart Keese, Grundoperationen der präparativen organischen Chemie, 6. überarbeitete Auflage, Druckerei Glauser AG (2) Formeln und Tabellen, 10. Auflage, Paetec (3) (4) (5) (6)