Synthese von Schleimsäure

Transkript

1 Synthese von Schleimsäure ier wird Schleimsäure (auch noch Mucinsäure oder Galactarsäure genannt) durch xidation von Lactose (Milchzucker) mit Salpetersäure hergestellt. Man kann Lactose in relativ hoher Ausbeute aus Milch isolieren. Das wird auf dieser Internet-Seite unter Isolierung von Lactose aus Milch beschrieben. Dort findet man auch Informationen zur Struktur der Lactose sowie zu Phänomenen wie der Mutarotation. Unter Pyrrol und Porphyrin aus Schleimsäure, wird auf dieser Internet-Seite beschrieben, wie man durch trockene Destillation der Schleimsäure Pyrrol gewinnen kann, und wie man das Pyrrol weiterverwenden kann. Folgende Synthese stammt aus dem rganikum (23. Auflage) Synthesevorschrift: In einen 1l Einhalskolben werden 840 ml 25% Salpetersäure gefüllt (580 ml Wasser und 260 ml 65% Salpetersäure). Dann werden unter Rühren 72g Lactose hinzugegeben. Die Mischung wird auf dem Ölbad, bei einer Badtemperatur von C eingeengt. Das Wasser wird dabei über einen Liebigkühler abdestilliert. Als Vorlage dient ein 1l Dreihalskolben. Kurz nachdem die Flüssigkeit im Kolben angefangen hat zu sieden, kommt es zu einer kräftigen Entwicklung nitroser Gase, welche bis zum Ende der Reaktion anhält. Deshalb wird einer der zwei älse über einen Quickfit mit einem etwa 20 cm langem Glasrohr versehen. Über den anderen als werden die Stichstoffoxide durch mehrere Waschflaschen mit Natronlauge (oder Kalilauge) mithilfe einer Wasserstrahlpumpe gezogen. Dadurch, dass immer frische Luft durch das Glasrohr eingezogen wird, wird sichergestellt, dass das gesamte Stickstoffmonoxid zu N 2 oxidiert wird (welches wasserlöslich ist, und gut mit der Natronlauge reagieren kann).

2 Meine Erfahrung: besonders zu Beginn der Reaktion entstanden beachtliche Mengen an Stickstoffoxiden, so dass das Fördervolumen der Wasserstrahlpumpe für einen kurzen Augenblick nicht mehr ausreichte, und kleine Mengen an Stickstoffdioxid austraten. Bei einem größeren Ansatz hätte dies zum Problem werden können. Auf dem Foto links oben sieht man den Beginn der Reaktion. Das Foto rechts oben zeigt, wie die in schwerlösliche Schleimsäure auszufallen beginnt. Es wird bis auf ein Restvolumen von 140 ml eingedampft (am besten, man misst vorher, wie hoch die Flüssigkeit dann im Kolben steht). Dann werden 210 ml Wasser in den Kolben gegeben und dieser wird über mehrere Tage stehen gelassen. Wie man auf dem großen Foto erkennen kann, ist der Reaktionskolben zu diesem Zeitpunkt noch voller Stickstoffoxide. Um diese zu entfernen, wird der Quickfit mit dem Glasrohr auf den Seitenhals des Reaktionskolben gesteckt und die Öffnung, auf der sich das Glasrohr befand mit einem Schliffstopfen verschlossen. Jetzt wird Luft durch die Apparatur geleitet, bis sie völlig frei von Stickstoffoxiden ist.

3 Das Foto links zeigt, wie die ersten Stickstoffoxide durch die Sicherheitsflasche gesaugt wurden. Einige Sekunden später war die Flasche vollständig mit dunkelbraunem N 2 gefüllt. Auf dem zweiten Foto sieht man eine Falsche, welche durch auskristallisierendes Kaliumnitrat verstopfte und ausgetauscht werden musste. Das Foto links zeigt den Kolben, nachdem er einige Tage stand. Die Schleimsäure hat sich unten abgesetzt. Man kann sie jetzt abnutschen und mit ein wenig kaltem Wasser waschen. Zur Reinigung kann man den Feststoff in der äquivalenten Menge Alkali lösen und dann mit der berechneten Menge Säure ausfällen (Achtung: bezüglich der Menge genau arbeiten). Auf dem Foto rechts ist ein Teil der erhaltenen Schleimsäure, der nach der oben beschriebenen Methode gereinigt wurde, zu erkennen. Die Literaturausbeute beträgt 30-40%. Schmelzpunkt: 213 C (Zersetzung).

4 Erklärungen: Lactose gehört zu den Disacchariden und besteht aus einer D-Galactose-Einheit und einer D-Glucose-Einheit, welche über eine β-1,4-glycosidische Bindung verbunden sind. ier die Strukturformel der Lactose (erstellt mit ACD/ChemSketch): Unter dem Einfluss der Salpetersäure wird diese glycosidische Bindung hydrolytisch gespalten. Bei dieser Reaktion liegt das Reaktionsgleichgewicht auf Seiten der Spaltungsprodukte. Dass viele Stoffe mit glycosidischen Bindungen trotzdem sehr stabil sind, ist auf die kinetische Stabilität dieser Bindung zurückzuführen. Mit Salpetersäure kann man in Aldosen sowohl die Aldehydgruppe als auch die primäre Alkoholgruppe oxidieren, so dass ydroxydicarbonsäuren entstehen. Die D-Glucose wird also zur D-Glucarsäure (Zuckersäure), und die Galactose zur Schleimsäure oxidiert, wie die folgende Darstellung zeigt (erstellt mit ACD/ChemSketch): N 3 C 2 D - Glucose D - Glucarsäure

5 N 3 C 2 D - Galactose Schleimsäure Die D-Glucarsäure ist gut wasserlöslich und geht somit sofort in Lösung, während die schlecht wasserlösliche Schleimsäure ausfällt. Die Schleimsäure wurde 1780 von Carl Wilhelm Scheele bei der xidation von Milchzucker durch Salpetersäure entdeckt und später von Liebig und Pelouze genauer untersucht. Man findet mehrere Erklärungen zum Ursprung des Namens. So kann man zum Beispiel die Schleimsäure mit der Galactose (Schleimzucker), welche in Schleimhäuten vorkommt, in Verbindung bringen. Ich bevorzuge jedoch die Erklärung, dass die Säure bei der Behandlung von Schleimen, Gummen und Pectinen mit Salpetersäure entdeckt wurde. Wie dem aufmerksamen Beobachter sicher schon aufgefallen ist, handelt es sich bei der Schleimsäure um eine Mesoverbindung. Da eine intramolekulare Spiegelebene vorhanden ist, gibt es keine Enantiomere, und die Bezeichnung D oder L erübrigt sich. Quellen und Links: rganikum (23. Auflage) Wikipedia