Skript Kapitel 3 - 6.3.07 - … · ORGANISCH CHEMISCHES PRAKTIKUM FÜR BIOLOGEN 2 UNIVERSITÄT REGENSBURG 60 Durchführung: Isolierung von S-(+)-Carvon: Man gibt 10 ml Kümmel-Öl

ORGANISCH CHEMISCHES PRAKTIKUM FÜR BIOLOGEN 2 UNIVERSITÄT REGENSBURG

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3. Naturstoffe 3.1. Isolierung von Naturstoffen

3.1.1. Isolierung S-(+)-Carvon aus Kümmel-Öl Darstellung des Semicarbazons oder 2,4-Dinitrophenylhydrazons

O

NN

H

NO2

NO2

NN NH2

O

HN NH2

O

NH2

H

NO2

NO2

NNH2

H

C10H14O

(150.2)

S

C16H18N4O4

(330.4)

S

C11H17N3O

(207.3)

SHCl

Chemikalien:

Kümmel-Öl

Semicarbazid-Hydrochlorid T R 25-36/38 S 22-37-45 (CH6ClN3O, 111.5 g/mol)

Natriumacetat (C2H3NaO2, 82.0 g/mol)

2,4-Dinitrophenylhydrazin E, Xn R 2-22-36/38 S 35 (C6H6N4O4, 198.1 g/mol)

Ethanol F R 11 S 2-7-16 (C2H6O, 46.1 g/mol)

Dimethylformamid T R 61-E20/21-36 S 53-45 (C3H7NO, 73.1 g/mol)

Salzsäure C R 34-37 S 26-36/37/39-45 (HCl, 36.5 g/mol)

Essigsäureethylester F, Xi R 11-36-66-67 S 16-26-33 (C4H8O2, 88.1 g/mol)


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Durchführung:

Isolierung von S-(+)-Carvon:

Man gibt 10 ml Kümmel-Öl in einen 25-ml-Kolben und destilliert es fraktionierend (Ölbadtemperatur 130 – 140 °C, 25 hPa; Achtung: hier kann starkes Schäumen auftreten; daher vorsichtig evakuieren, solange das Öl noch kalt ist!). Man nimmt die erste Fraktion im Siedebereich von 70 – 80 °C, die zweite Fraktion ab 80 °C und, wenn die Siedetemperatur konstant bleibt (ca. 105 °C), die Hauptfraktion. Steigt die Siedetemperatur über 110 °C, nimmt man eine vierte Fraktion. Führen Sie ein genaues Destillationsprotokoll (Ölbadtemperatur, Druck, Siedepunkte, Mengen, Brechungsindizes).

Die erste Fraktion (ca. 15 %, Sdp 75 °C / 25 hPa) ist R-(+)-Limonen, die Hauptfraktion ist S-(+)-Carvon (55 – 60 %, Sdp. 105 – 110 °C / 25 hPa, nD

20 = 1.4988, αD20 =

+ 56.8°).

Vergleichen Sie den Geruch des S-(+)-Carvons mit dem des R-(–)-Carvons, das aus Krauseminze-Öl gewonnen wird (Versuch 3.1.2.).

Analytik:

GC!

Semicarbazon des S-(+)-Carvons

Man verreibt in einem Mörser 1.00 g (8.97 mmol) Semicarbazid-Hydrochlorid mit 1.00 g (12.2 mmol) wasserfreiem Natriumacetat, überführt die Mischung in einen 25-ml-Kolben, gibt Ethanol (10 ml) zu, erhitzt nach Zugabe einiger Siedesteinchen zum Sieden ( ca. 10 min) und filtriert heiß durch einen Faltenfilter. Zum Filtrat gibt man S-(+)-Carvon (0.20 g, 1.3 mmol) und einige Siedesteinchen. Man erhitzt 1 h unter Rückfluss, gibt mit einer Pipette soviel Wasser zu, dass eine Trübung auftritt und lässt die Mischung langsam abkühlen. Man saugt die Kristalle in einem Hirsch-Trichter ab und kristallisiert sie aus möglichst wenig Ethanol um. Man saugt die farblosen Kristalle im Hirsch-Trichter ab. (Es gibt zwei mögliche Formen: α-Form: Schmp. 141 – 143 °C, β-Form: Schmp. 162 – 163 °C; nach Erhitzen über 143 °C existiert nur noch die β-Form).

oder:

2,4-Dinitrophenylhydrazon des S-(+)-Carvons

In einen 25-ml-Kolben löst man unter Rühren 0.24 g (1.20 mmol) 2,4-Dinitrophenylhydrazin und S-(+)-Carvon (0.15 g, 1.00 mmol) in Dimethylformamid (2 ml) bis eine homogene Lösung entstanden ist. Man gibt konz. Salzsäure (1 Tropfen) zu und lässt die Mischung 0.5 h bei Raumtemperatur stehen. Man saugt die Kristalle in einem Hirsch-Trichter ab, wäscht sie mit verd. Salzsäure (10 ml), um nicht umgesetztes Dinitrophenylhydrazin zu entfernen, mit Wasser (19 ml) und mit kaltem 95 %igem wässrigem Ethanol (4 ml). Man lässt das Rohprodukt trocknen und kristallisiert es aus möglichst wenig Essigsäureethylester um. Man saugt die roten Kristalle im Hirsch-Trichter ab (Schmp.2 189 – 191 °C).

Literatur:

1) Garin, D. L., J. Chem. Educ. 1976, 53, 105.

2) Darstellung des 2,4-Dinitrophenylhydrazons: a) Behforouz, M.; Bohlan, J. L.; Flynt, M. S., J. Org. Chem. 1985, 50, 1186-1189. b) Howell, B. A., J. Chem. Educ. 1984, 61, 176.


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3.1.2. Isolierung von R-(–)-Carvon aus Krauseminze-Öl (Spearmint-Öl) Darstellung des Semicarbazons, des 2,4-Dinitrophenylhydrazons oder der Schiffbase

O NN

H

NO2

NO2

NN NH2

O

H

N NH2

O

NH2

H

NO2

NO2

NNH2

H

N

NH2

C10H14O

(150.2)

R

C16H18N4O4

(330.4)

R

C11H17N3O

(207.3)

R

HCl

C17H21N

(239.4)

RMontmorillonit K10Cyclohexan

Chemikalien:

Krauseminze-Öl = Spearmint-Öl (Mentha spicata crispa)

Semicarbazid-Hydrochlorid T R 25-36/38 S 22-37-45 (CH6ClN3O, 111.5 g/mol)

Natriumacetat (C2H3NaO2, 82.0 g/mol)

2,4-Dinitrophenylhydrazin E, Xn R 2-22-36/38 S 35 (C6H6N4O4, 198.1 g/mol)


Dimethylformamid T R 61-E20/21-36 S 53-45 (C3H7NO, 73.1 g/mol)


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konz. Salzsäure C R 34-37 S 26-36/37/39-45 (HCl, 36.5 g/mol)


Benzylamin C R 21/22-34 S 26-36/37/39-45 (C7H9N, 107.2 g/mol)

Cyclohexan F, Xn, N R 11-38-50/53-65-67 S 9-16-25-33-60-61-62 (C6H12, 84.2 g/mol)

Montmorillonit K-10 S 24/25

Durchführung:

Isolierung von R-(+)-Carvon:

Man gibt 10.0 ml Krauseminze-Öl in einen 25-ml-Kolben und destilliert es fraktionierend (Ölbadtemperatur 130 – 140 °C, 25 hPa; Achtung:, hier kann starkes Schäumen auftreten; daher vorsichtig evakuieren, solange das Öl noch kalt ist!). Man nimmt die erste Fraktion im Siedebereich von 70 – 80 °C, die zweite Fraktion ab 80 °C und, wenn die Siedetemperatur konstant bleibt (ca. 105 °C), die Hauptfraktion. Steigt die Siedetemperatur über 110 °C, nimmt man eine vierte Fraktion. Führen Sie ein genaues Destillationsprotokoll (Ölbadtemperatur, Druck, Siedepunkte, Mengen, Brechungsindizes). Die erste Fraktion (ca. 15 %, Sdp 75 °C / 25 hPa) ist S-(-)-Limonen, die Hauptfraktion ist R-(–)-Carvon (55 – 60 %, Sdp. 105 – 110 °C / 25 hPa, nD

20 = 1.4988,αD20 = –54.7°).

Vergleichen Sie den Geruch des R-(–)-Carvons mit dem des S-(+)-Carvons, das aus Kümmelöl (Versuch 3.1.1.) gewonnen wird.

Analytik:

GC!

Semicarbazon des R-(-)-Carvons

Man verreibt in einem Mörser 1.00 g (8.97 mmol) Semicarbazid-Hydrochlorid mit 1.00 g (12.2 mmol) wasserfreiem Natriumacetat, überführt die Mischung in einen 25-ml-Kolben, gibt Ethanol (10 ml) zu, erhitzt nach Zugabe einiger Siedesteinchen zum Sieden ( ca. 10 min) und filtriert heiß durch einen Faltenfilter. Zum Filtrat gibt man R-(-)-Carvon (0.20 g, 1.3 mmol) und einige Siedesteinchen. Man erhitzt 1 h unter Rückfluss, gibt mit einer Pipette soviel Wasser zu, dass eine Trübung auftritt und lässt die Mischung langsam abkühlen. Man saugt die Kristalle in einem Hirsch-Trichter ab und kristallisiert sie aus möglichst wenig Ethanol um. Man saugt die farblosen Kristalle im Hirsch-Trichter ab (Es gibt zwei mögliche Formen: α-Form: Schmp. 141 – 143 °C, β-Form: Schmp. 162 – 163 °C; nach Erhitzen über 143 °C existiert nur noch die β-Form).

oder:

2,4-Dinitrophenylhydrazon des R-(-)-Carvons

In einen 25-ml-Kolben löst man unter Rühren 0.24 g (12.2 mmol) 2,4-Dinitrophenylhydrazin und R-(-)- Carvon (0.15 g, 1.00 mmol) in Dimethylformamid (2 ml) bis eine homogene Lösung entstanden ist. Man gibt konz. Salzsäure (1 Tropfen) zu und lässt die Mischung 0.5 h bei Raumtemperatur stehen. Man saugt die Kristalle


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in einem Hirsch-Trichter ab, wäscht sie mit verd. Salzsäure (10 ml), um nicht umgesetztes Dinitrophenylhydrazin zu entfernen, mit Wasser (19 ml) und mit kaltem 95proz. wässrigem Ethanol (4 ml). Man lässt das Rohprodukt trocknen und kristallisiert es aus möglichst wenig Essigsäureethylester um. Man saugt die roten Kristalle im Hirsch-Trichter ab (Schmp. 189 – 191 °C).

oder:

N-[(5R)-2-Methyl-5-(1-methylethenyl)-2-cyclohexen-1-yliden]benzylamin3

In einen 250 ml Rundkolben mit Wasserabscheider und Rückflusskühler werden 150 ml Cyclohexan, 15.0 g (15.6 ml, 100 mmol) Carvon, 11.8 g ( 12.0 ml, 110 mmol) Benzylamin und 3.0 g Montmorillonit K-10 gegeben und unter Rühren mit einem Magnetrührer unter Rückfluss zum Sieden erhitzt bis sich kein Wasser mehr abscheidet (3 - 4 Stunden).

Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird die Suspension über einen Faltenfilter in einen 250 ml Rundkolben filtriert und der Rückstand mit 20 ml Cyclohexan nachgewaschen. Sollte das Filtrat nicht klar sein, wird ein zweites Mal filtriert. Das Lösungsmittel wird abrotiert. Es bleibt eine gelbe Flüssigkeit als Rohprodukt.

Rohausbeute: 22.3 g; GC-Reinheit 90%.3

Das Rohprodukt wird in einen 50 ml Rundkolben überführt und bei etwa 0.1 hPa fraktionierend destilliert.

Ausbeute: 16.8 g (70.2 mmol, 70%), leicht gelblich opaleszierende Flüssigkeit; Sdp. 128-130 °C (0.1 hPa), Ölbadtemperatur bis 175 °C; GC-Reinheit 98% Destillationsrückstand: 2.20 g, gelbes zähes Öl.3

Analytik:3 1H-NMR (CDCl3, 250 MHz): δ (ppm) = 1.77 (s, 3 H, CH3), 1.96 (s, 3 H, CH3), 2.0-2.6 (m, 4 H, CH2 Ring), 2.90 (m, 1 H, tert. –H), 4.69 (m, 2 H, CH2 Benzyl), 4.80 (m, 2 H, CH2=C), 6.29 (m, 1 H, CH=C Ring), 7.2-7.5 (5 H, CH (arom.).


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13C-NMR (CDCl3, 250 MHz): δ (ppm) = 18.4 (CH3), 20.7 (CH3), 30.7 (CH2 Ring), 32.1 (CH2 Ring), 41.7 (CH Isopropenyl), 54.0 (CH2 Benzyl), 110.0 (=CH2), 126.4 (CH arom.), 127.5 (CH arom.), 134.2 (CH=C Ring), 135.8 (-C(CH3)=C Ring), 140.9 (C quart. arom.), 148.1 (-C(CH3)=C Isopropenyl), 167.5 (C=N Ring).

IR (Film): ν (cm-1) = 3080 (arom. C-H), 3070 (arom. C-H), 3030 (arom. C-H), 2970 (aliph. C-H), 2920 (aliph. C-H), 1640 - 1620 (C=C und C=N), 1580 - 1500 (arom. C=C).

Literatur:

1) Murov, S. L.; Pickering, M., J. Chem. Educ. 1973, 50, 74.

2) Gildemeister, E.; Hoffmann, F., Die ätherischen Öle, 1. Aufl., Bd. IIIc, Academie−Verlag 1963, S. 250, 261, 263.

3) Bahadir, M.; Hopf, H.; Nijakowski, A.; Vogt, R.; Jastorff, B.; Störmann, R.; Ranke, J.; Ondruschka, B.; Kreisel, G.; Nüchter, M.; Diehlmann, A.; Lenoir, D.; Parlar, H.; Wattenbach, C.; Metzger, J.; Biermann, U.; König, B.; Braig, C.; Krelle, B., Neues und nachhaltigeres organisch-chemisches Praktikum NOP, Verlag Harri Deutsch, Frankfurt am Main, 2005, Online-Version: http://www.oc-praktikum.de/, Versuch Nr. 2006.


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3.1.3. Isolierung von R-(+)-Limonen aus Orangenschalen

CH3

CH3 CH2

C10H16

(136.2)

R

Chemikalien:

Orangenschalen


Natriumsulfat S 24/25 (Na2SO4, 142.0 g/mol)

Durchführung:

Man schneidet die Schalen von zehn Orangen in erbsengroße Stücke (z. B. zu Hause mit der Küchenmaschine) und gibt sie durch einen Pulvertrichter in einen 2-l-Kolben mit 1 l Wasser (Achten Sie darauf, dass die Orangenschalen vollständig mit Wasser bedeckt sind und nicht „anbrennen“. Das spart am Ende Putzarbeit!). Man befestigt auf dem 2-l-Kolben den Spezialaufsatz zur Destillation großer Flüssigkeitsmengen und gibt einige Siedesteinchen zu. Als Vorlage dient ein 250-ml-Scheidetrichter, auf dem man vorher einen 50-ml-Abschnitt markiert hat (50 ml Wasser abmessen, zugeben und markieren). Man destilliert mehrere Portionen (8 x 50 ml), beobachtet ihren Geruch und ihr Aussehen und vereinigt sie danach in dem 1-l-Scheidetrichter.

Man extrahiert das Destillat mit Cyclohexan (5 x 50 ml) und trocknet die vereinigten organischen Phasen im Erlenmeyer-Kolben über ca. 15 g Natriumsulfat (0.5 – 1 h). Man dekantiert die Lösung durch einen Trichter mit kleinem Wattebausch in den 500-ml-Kolben und spült Erlenmeyer-Kolben, Trockenmittel und Trichter mit Cyclohexan (2 x 15 ml). Man destilliert das Cyclohexan vorsichtig am Rotationsverdampfer (45 °C, 200 hPa), so dass nicht zuviel Produkt mitgerissen wird. (Zur Ausbeutesteigerung empfiehlt es sich, die abdestillierte Lösung aus der Vorlage nicht zu verwerfen, sondern nochmal und evtl. sogar ein drittes Mal am Rotationsverdampfer zu destillieren.) Man überführt den Rückstand mit einer Pipette in eine Destillations-apparatur und destilliert ihn fraktionierend (Ölbadtemperatur 130 °C, 20 hPa). Evakuieren Sie die gefüllte Destillationsapparatur zunächst langsam, um zu starkes Schäumen des restlichen Lösungsmittels zu vermeiden, und erhöhen Sie erst dann die Temperatur des Ölbads. Führen Sie ein genaues Protokoll (Ölbadtemperatur, Druck, Siedepunkte, Mengen, Brechungsindizes). Man erhält eine farblose Flüssigkeit (ca. 3 – 5 g, Sdp. 175 – 176 °C, nD

20 = 1.4722, αD20 = +125.6°, Gefahrensymbol Xi, N,

R: 10-38-43-50/53, S: 24-37-60-61).

Literatur:

1) Greenberg, F. H., J. Chem. Educ. 1968, 45, 537.


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3.1.4. Isolierung von Eugenol und Acetyl-eugenol aus Gewürznelken

OH

CH2

CH3

O

CH2

CH3

O

C9H10O

(136.2)

Eugenol

C11H12O2

(176.2)

Acetyleugenol

Chemikalien:

Gewürznelken

tert-Butylmethylether F, Xi R 11-38 S 2-9-16-24 (C4H10O, 74.1 g/mol)

Natronlauge 2 M C R 35 S 26-36/37/39-45 (NaOH; 40.0 g/mol)

verd. Salzsäure (2M) C R 34-37 S 26-36/37/39-45 (HCl, 36.5 g/mol)


Durchführung:

Extraktion von Gewürznelken

In einem Mörser zerkleinert man 35 g Gewürznelken, gibt das Pulver in den 250-ml-Kolben der Extraktionsapparatur und gibt Siedesteinchen und Wasser zu (150 ml). In den 250-ml-Kolben für das organische Lösungsmittel gibt man tert-Butylmethylether (150 ml). Man füllt den Extraktor mit Wasser und 15 ml tert-Butylmethylether, erhitzt zum Sieden und extrahiert 1.5 h. Man überführt die Lösung in tert-Butylmethylether in den Scheidetrichter und gibt die organische Phase aus dem Extraktor dazu.

Abtrennung des Eugenols und Isolierung des Acetyleugenols

Man extrahiert die Lösung in tert-Butylmethylether mit verd. Natronlauge (3 x 25 ml) und danach mit Wasser (2 x 20 ml) und bewahrt die vereinigten wässrigen Phasen zur Isolierung des Eugenols auf. Man trocknet die organische Phase mit Natriumsulfat (ca. 10 g, 0.5 h) und dekantiert vom Trockenmittel durch einen Trichter mit kleinem Wattebausch in den 250-ml-Kolben. Danach destilliert man den tert-Butylmethylether am Rotationsverdampfer (40 °C, 300 hPa) bis auf ca. 5 – 10 ml ab, überführt die konzentrierte Lösung mit einer Pipette in einen 10-ml-Kolben und destilliert den Rest des Lösungsmittels im Vakuum. Man erhält als Rückstand Acetyleugenol (farbloses Öl, 0.2 – 0.3 g).

Isolierung des Eugenols

Man tropft verd. Salzsäure (ca. 80 ml) zu den vereinigten wässrigen Extrakten, bis ein pH-Wert von ca. 3 erreicht ist (Kontrolle mit Universal-Indikator-Papier), und extrahiert die Lösung mit tert-Butylmethylether (3 x 25 ml). Die vereinigten organischen Phasen


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trocknet man mit Natriumsulfat (ca. 10 g, 0.5 h) und dekantiert vom Trockenmittel durch einen Trichter mit kleinem Wattebausch in den 250-ml-Kolben. Danach destilliert man den tert-Butylmethylether am Rotationsverdampfer (40 °C, 300 hPa) bis auf ca. 5 – 10 ml, überführt die konzentrierte Lösung mit einer Pipette in die Apparatur zur Destillation im Vakuum und destilliert den Rest des Lösungsmittels und den Rückstand im Vakuum (Ölbad ca. 160 °C, 20 hPa). Man erhält Eugenol als farblose Flüssigkeit (2 – 3 g, Sdp. 127 – 130 °C / 20 hPa, nD

20 = 1.5405).

Literatur:

1) Ntamila, M. S.; Hassanali, A., J. Chem. Educ. 1976, 53, 263.


68

3.1.5. Isolierung von Trimyristin aus Muskatnuss

O

O

O

O

O

O

HH

H

HH

C45H86O6

(723.2)

Chemikalien:

Muskatnusspulver

tert-Butylmethylether F, Xi R 11-38 S 2-9-16-24 (C4H10O, 74.1 g/mol)


Durchführung:

Apparatur im Nachtraum aufbauen!

Durchflussextraktor mit Extraktionshülse und 250-ml-Kolben.

Man gibt 25 g Muskatnuss-Pulver (je feiner das Pulver, desto höher die Ausbeute!) in die Extraktionshülse, setzt darauf einen Wattepfropfen und befeuchtet es mit tert-Butylmethylether. Man gibt die Hülse in den Durchflussextraktor und füllt in dessen Kolben 150 ml tert-Butylmethylether. Man extrahiert unter kräftigem Rückfluss, bis das Lösungsmittel farblos aus der Extraktionshülse tropft (ca. 24 h).

Man destilliert den Hauptteil des tert-Butylmethylethers am Rotationsverdampfer (40 °C, 300 hPa) bis auf ca. 20 ml ab, überführt die konzentrierte Lösung mit einer Pipette in einen kleineren Kolben, spült den großen Kolben mit tert-Butylmethylether (2 x 5 ml) und destilliert den Rest des tert-Butylmethylethers am Rotationsverdampfer ab (40 °C, ca. 300 hPa).

Man kühlt den Rückstand im Eisbad (ca. 1 h), saugt den Niederschlag in einem kleinen Büchner-Trichter trocken und wäscht ihn mit eiskaltem Ethanol (2 x 3 ml). Man kristallisiert das rohe Trimyristin aus möglichst wenig Ethanol um. Dabei darf die Lösung nicht höher als der Schmelzpunkt des Trimyristins (ca. 50 °C, Thermometer!) erhitzt werden, da sich das Trimyristin sonst als Öl abscheidet. Man kühlt im Eisbad, saugt die Kristalle im Büchner-Trichter ab und wäscht sie mit kaltem Ethanol (2 x 5 ml). Sind die Kristalle nicht farblos, so wiederholt man die Umkristallisation. Man trocknet die Kristalle über Nacht im Vakuum-Exsikkator über Kieselgel mit Feuchtigkeitsindikator (= Orangegel).

Man erhält farblose Kristalle (ca. 20 % (bezogen auf das Gewicht des Muskatnuss-Pulvers), Schmp. 54 – 55 °C).1

Literatur:

1) Beal, G. D., Org. Synth. Coll. Vol. 1941, 1, 538.


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3.1.6. Isolierung von Coffein aus schwarzem Tee

N

NO

O

N

N

C8H10N4O2

(194.2)

Chemikalien:

Schwarzer Tee

Natriumchlorid (NaCl, 58.4 g/mol)

Calciumhydroxid Xi R 41 S 22-24-26-39 (Ca(OH)2, 74.1 g/mol)

Celite 545 (Kieselgur) Xn R 48/20 S 22


Natronlauge 10 %ig C R 35 S 26-36/37/39-45 (NaOH; 40.0 g/mol)


Aceton F, Xi R 11-36-66-67 S 9-16-26 (C3H6O; 58.1 g/mol)


Durchführung:

In einem Erlenmeyer-Kolben erhitzt man 500 ml Wasser zum Sieden. In einen zweiten Erlenmeyer-Kolben gibt man 200 g schwarzen Tee und gießt dann 200 ml kochendes Wasser dazu. Man lässt die Mischung 10 min stehen und filtriert den Tee-Extrakt in einen dritten Erlenmeyer-Kolben. Den festen Tee-Rückstand gibt man wieder in den zweiten Erlenmeyer-Kolben und wiederholt die Extraktion noch zweimal mit je 50 ml kochendem Wasser.

Die drei wässrigen Extrakte werden vereinigt, auf Raumtemperatur abgekühlt und mit Natriumchlorid (30 g pro 100 ml Teeextrakt) und Calciumhydroxid (ca. 1 g) versetzt. Letzteres dient dazu, unerwünschte Tannine auszufällen. Die anschließende Filtration wird unter Verwendung des Filtrierhilfsmittels Celite 545 durchgeführt. Dazu rührt man zunächst ca. 20 g Celite 545 mit Wasser an und schlämmt diese Mischung bei schwachem Unterdruck als 1-3 cm dicke Schicht auf das angefeuchtete Filterpapier eines Büchner-Trichters (auf einer 1-l-Saugflasche) auf. Dann trägt man die Reaktionsmischung portionsweise auf den Büchnertrichter auf, wobei die Schicht des Filtrierhilfsmittels nicht aufgewirbelt werden darf, lässt sie unter Vakuum durchlaufen und spült den Kolben und die Filterhilfe mit Wasser (50 ml).


70

Man überführt das Filtrat in den Scheidetrichter und extrahiert dreimal nacheinander mit Essigsäureethylester (jeweils ca. 1/5 des Volumens der wässrigen Phase). Man vereinigt die Essigsäureethylester-Extrakte und wäscht sie mit 10%iger wässriger Natronlauge (35 ml) (zur Entfernung von weiteren Tanninen und NaCl). Danach trocknet man die organische Phase mit Natriumsulfat (ca. 5 g, ca. 0.5 h). Man dekantiert die Lösung durch einen Trichter mit kleinem Wattepropf in einen 100-ml-Kolben und destilliert das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer (40 °C, 200 – 100 hPa).

Den Rückstand extrahiert man zweimal mit Aceton (je 10 ml), wobei man den Aceton-Extrakt jeweils vom unlöslichen Rest in einem Hirsch-Trichter absaugt. Man vereinigt die Acetonextrakte, destilliert das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer ab (40 °C, Normaldruck) und kristallisiert das Rohprodukt aus möglichst wenig siedendem Ethanol um. Man saugt die Kristalle in einem Hirsch-Trichter ab und trocknet sie über Nacht im Vakuum-Exsikkator über Kieselgel mit Feuchtigkeitsindikator. Man erhält farblose, biegsame, seidenglänzende Nadeln (0.40 – 0.50 g, Schmp. 235 °C).

Anstelle der Umkristallisation kann man Coffein auch durch Sublimation reinigen.

Reinheitskontrolle mit Dünnschicht-Chromatographie.

Literatur:

1) Murray, S. D.; Hansen, P. J., J. Chem. Educ. 1995, 72, 851-852.

2) Hampp, A., J. Chem. Educ. 1996, 73, 1172.


71

3.1.7. Isolierung von Piperin aus schwarzem Pfeffer

O

O

N

O

C17H19NO3

(285.4)

Chemikalien:

schwarzer Pfeffer (Pulver)


Kaliumhydrixid-Plätzchen C, Xn R 22-35 S 36/37/39-45 (KOH; 56.1 g/mol)

Durchführung:

Man füllt 20 g Pfeffer-Pulver in eine Extraktionshülse, gibt diese in einen Durchfluss-Extraktor, füllt in den Kolben des Extraktors Ethanol (300 ml) und gibt Siedesteinchen dazu. Man extrahiert das Pfeffer-Pulver 2 h.

Man filtriert die auf Raumtemperatur abgekühlte Suspension in einem Büchner-Trichter und destilliert aus dem Filtrat den Hauptteil des Ethanols (ca. 270 ml) am Rotationsverdampfer ab (40 °C, 200 – 100 hPa). Die konzentrierte Lösung überführt man mit einer Pipette in einen 100-ml-Kolben.

Man löst in einem 50-ml-Erlenmeyer-Kolben 2 g Kaliumhydroxid-Plätzchen in Ethanol (24 ml). Diese Lösung gibt man in den 100-ml-Kolben mit der konzentrierten Extraktionslösung. Man lässt den verschlossenen Kolben über Nacht stehen und saugt die Kristalle im Hirsch-Trichter ab. War die Kristallisation erfolglos, so gibt man erneut Ethanol (ca. 100 ml) zum Rückstand, erhitzt kurz zum Sieden, lässt auf Raumtemperatur abkühlen und filtriert durch einen Büchner-Trichter. Aus dem Filtrat destilliert man den Hauptteil des Ethanols (ca. 80 ml) am Rotationsverdampfer ab (40 °C, 200 – 100 hPa), überführt die konzentrierte Lösung in den 100-ml-Kolben, gibt wie oben beschrieben wieder eine Lösung aus 2 g Kaliumhydroxid-Plätzchen in Ethanol (24 ml) zu und lässt den verschlossenen Kolben über Nacht stehen. Dann saugt man die Kristalle im Hirsch-Trichter ab und trocknet sie über Nacht im Vakuum-Exsikkator über Kieselgel mit Feuchtigkeitsindikator (= Orangegel). Man erhält gelbe Nadeln (0.6 g, Schmp.125 – 126 °C).


72

Analytik:2

1H-NMR (CDCl3, 400 MHz): δ (ppm) = 1.49-1.54 (m, 4 H, Piperidin 3-CH2, 5-CH2), 1.56-1.59 (m, 2 H, Piperidin 4-CH2), 3.45-3.56 (m, 4 H, Piperidin 3-CH2, 5-CH2), 5.90 (s, 2 H, Benzodioxol 2-CH2), 6.36 (d, 1 H, 2-CH=), 6.66 (d, 1 H, 4-CH=), 6.67 (s, 1 H; 5-CH=), 6.70 (d, 1 H, Benzodioxol 7-CH), 6.80-6.82 (dd, 1 H, Benzodioxol 6-CH), 6.90-6.91 (d, 1 H, Benzodioxol 4-CH), 7.30-7.36 (ddd, 1 H, 3-CH=).

13C-NMR (CDCl3, 100 MHz): δ (ppm) = 24.60 (Piperidin 4-CH2), 25.55, 26.66 (Piperidin 3-CH2, 5-CH2), 43.17, 46.84 (Piperidin 2-CH2, 6-CH2), 101.21 (Benzodioxol 2-CH2), 105.60 (Benzodioxol C4), 108.41 (Benzodioxol C7), 120.02 (C2), 122.42 (Benzodioxol C6), 125.30 (C5), 130.95 (Benzodioxol C5), 138.13 (C4), 142.39 (C3), 148.05 (Benzodioxol C3a), 148.13 (Benzodioxol C7a), 165.35 (C1).


73

IR (KBr): ν (cm-1) = 3065-3010 (arom. C-H, Alken C-H), 2940-2850 (aliph. C-H), 1635 (C=O, Carboxamid), 1610 (arom. C=C, Alken C=C), 1580, 1490 (arom. C=C).

Literatur:

1) Epstein, W.W.; Netz, D. F.; Seidel, J. L., J. Chem. Educ. 1993, 70, 598-599.



74

3.1.8. Isolierung von Hesperidin aus Orangenschalen

O

OH

O

O

OH

OMe

OHOH

O

OH

O

OH

OHOH

O

C28H34O15

(610.6)

Chemikalien:

Orangenschalen

Essigsäure 6 %ig C R 10-35 S 23.2-26-45 (C2H4O2; 60.1 g/mol)


Methanol F, T R 11-23/24/25-39/23/24/25 S 7-16-36/37-45 (CH4O, 32.0 g/mol)

Dimethylsulfoxid (C2H6OS; 78.1 g/mol)

Isopropanol F, Xi R 11-36-67 S 7-16-24/25-26 (C3H8O, 60.1 g/mol)

Durchführung der Reaktion:

In einen 250 ml Rundkolben mit Magnetrührstab werden 150 ml Cyclohexan (40-60 °C) gefüllt. Ein Soxhlet-Extraktionsaufsatz wird aufgesetzt, in die Extraktionshülse werden 20 g getrocknete und gepulverte Orangenschale gefüllt und mit etwas Glaswolle abgedeckt. Man setzt einen Rückflusskühler auf den Soxhlet-Aufsatz, rührt und erhitzt 4 h unter kräftigem Rückfluss. Der Cyclohexanextrakt wird verworfen. Der Inhalt der Extraktionshülse wird zum Entfernen des anhaftenden Cyclohexans im Abzug in einer großflächigen Kristallisierschale ausgebreitet. Anschließend wird die Substanz wieder in eine Extraktionshülse gefüllt und wie zuvor, aber mit 150 ml Methanol als Lösungsmittel so lange extrahiert, bis das Methanol farblos aus der Extraktionshülse läuft (1-2 Stunden).

Isolierung und Reinigung:

Der Extrakt wird am Rotationsverdampfer bis zu Sirupkonsistenz eingeengt. Der Rückstand wird mit 50 ml 6%iger Essigsäure versetzt, der ausgefallene Niederschlag ist das rohe Hesperidin. Es wird über einen Büchnertrichter abgesaugt, mit 6%iger Essigsäure gewaschen und im Trockenschrank bei 60 °C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet.

Rohausbeute: 780 mg; Schmp. 236-238 °C.1


75

Zum Umkristallisieren wird eine 5%ige Lösung des Rohprodukts in DMSO unter Rühren und Erwärmen auf 60–80 °C hergestellt. Danach setzt man unter Rühren langsam die gleiche Menge Wasser hinzu. Beim Abkühlen auf Raumtemperatur fällt das Hesperidin aus. Es wird abgesaugt, zunächst mit wenig warmen Wasser und dann mit iso-Propanol gewaschen und im Exsikkator bis zur Gewichtskonstanz getrocknet.

Ausbeute: 450 mg; Schmp. 262 °C, farblose Kristalle.1

Analytik:1

1H-NMR (DMSO-d6, 400 MHz)

13C-NMR (DMSO-d6, 400 MHz): δ = 17.73 (Glycosid 6’’-CH3), 41.96 (3-CH2), 55.62 (4’-OCH3), 65.97 (Glycosid 6’-CH2), 68.23, 69.51, 70.20, 70.62, 71.99, 72.91, 75.45, 76.21, 78.29 (2-CH), 95.47 (8-CH), 96.31 (6-CH), 99.37 (Glycosid 1’-CH), 100.53 (Glycosid 1’’-CH), 103.23 (4a-C), 112.0 (5’-C), 114.09 (2’-C), 117.83 (6’-C), 130.86 (1’-C), 146.41 (3’-C), 147.87 (4’-C), 162.42 (8a-C), 162.93 (5-C), 165.06 (7-C), 196.92 (4-C).


76

IR (Film): ν (cm-1) = 3500 (O-H), 3080-3010 (arom. C-H), 2980-2865 (aliph.. C-H), 2850 (aliph. C-H, Ether), 1650 (C=O).

Literatur:



77

3.1.9. Isolierung von Citronensäure aus Zitronen

O

OH

O

OH

OOH

OH

C6H8O7

(192.1)

Chemikalien:

Zitronen

Schwefelsäure 1 M C R 35 S 1/2 26-30-45 (H2SO4, 98.1 g/mol)

Calciumchlorid Xi R 36 S 22-24 (CaCl2, 111.0 g/mol)

Ammoniak konz. C, N R 34-50 S 26-36/37/39-45-61 (CH5NO3, 79.1 g/mol)

Diethylether F+, Xn R 12-19-22-66-67 S 9-16-29-33 (C4H10O; 74.1 g/mol)

Durchführung der Reaktion: Der Saft von vier (reifen) Zitronen (ca. 100 ml) wird durch ein Drahtsieb (Teesieb) grob filtriert und mit konzentrierter Ammoniaklösung versetzt, bis die Lösung deutlich alkalisch ist. Zum Filtrat werden 35 ml Calciumchlorid-Lösung (c = 3 mol/l) gegeben, und die Lösung wird auf 80 °C erhitzt. Das ausgefallene Calciumcitrat wird abgesaugt und zweimal mit je 20 ml 90 °C heißem Wasser gewaschen. Das Salz wird in 50 ml Wasser aufgeschlämmt. Unter Rühren wird nun solange 1 M Schwefelsäure hinzugegeben, bis die Lösung einen pH-Wert von 2-3 (aber nicht < 2 !) besitzt. Der Niederschlag wird abgesaugt. Das Filtrat wird auf 2-5 ml eingeengt (auftretende Niederschläge werden abfiltriert). Die restliche Lösung wird in 100 ml absolutem Diethylether aufgenommen und unter Erwärmung im Wasserbad 10 min kräftig gerührt. Nach erneutem Filtrieren wird der Diethylether abdestilliert und der Rückstand im Exsikkator getrocknet.

Das Produkt ist weiß kristallin und besitzt eine Schmelztemperatur von 154 °C; die Ausbeute liegt bei etwa 2.2 g.1

Literatur:

1) http://www.neonlitho.ch/wphchall/labor_wph/citronensaeure_lab.htm


78

3.2. Reaktionen ausgehend von Naturstoffen

3.2.1. Darstellung von Schleimsäure (Galactarsäure) aus D-Galactose

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OOH

OH

OH

OH

OH

OOH

HNO3

C6H12O6

(180.20)

C6H10O8

(210.14)

Chemikalien:

D-Galactose (C6H12O6, 180.2 g/mol)

konz. Salpetersäure C R 35 S 23.2-26-36/37/39-45 (HNO3, 63.0 g/mol, 65 %ig = 14 M, d = 1.40 g/ml

verd. Natronlauge (2 M) C R 35 S 26-36/37/39-45 (NaOH; 40.0 g/mol)

verd. Salzsäure (2M) C R 34-37 S 26-36/37/39-45 (HCl, 36.5 g/mol)


In dem 100-ml-Kolben mit einigen Siedesteinchen löst man 5.00 g (27.7 mmol) D-Galactose in Wasser (38 ml) und gibt 23.0 ml (0.32 mol) konz. Salpetersäure zu. Man setzt eine Destillationsbrücke auf, deren Olive mit einem Schlauch versehen ist, der direkt in den Abzugsschacht reicht (Achtung: Es entstehen nitrose Gase!). Man destilliert den Hauptteil der Lösung (ca. 40 ml) ab (destillieren Sie zügig, da sich die D-Galactose unter den Reaktionsbedingungen sonst auch zersetzen kann; die abdestillierte Lösung (ca. 40 ml) wird verworfen), kühlt den Kolben im Wasserbad auf Raumtemperatur, gibt Wasser zu (30 ml) und lässt den verschlossenen Kolben 2 d stehen.


Man saugt den Niederschlag in einem Hirsch-Trichter ab und wäscht ihn mit Eiswasser (3 x 10 ml). Zur Reinigung gibt man den Niederschlag in den 100-ml-Kolben und tropft unter Rühren und Erhitzen verd. Natronlauge zu (ca. 10 – 15 ml), bis der Niederschlag gelöst ist. Die Schleimsäure fällt man durch Zugabe von verd. Salzsäure (ca. 15 – 20 ml) bis zur sauren Reaktion der Lösung (pH-Wert 1 – 2, Kontrolle mit Universal-Indikator-Papier). Man saugt die Kristalle im Hirsch-Trichter ab, wäscht sie mit Eiswasser (2 x 8 ml) und trocknet sie über Nacht im Vakuum-Exsikkator über Kieselgel mit Feuchtigkeitsindikator (= Orangegel).

Ausbeute: 25 – 30 % farblose Kristalle, Schmp. 213 °C (Zersetzung).1

Literatur:

1) Gattermann, L.; Wieland, H., Die Praxis des organischen Chemikers, 43. Aufl., de Gruyter, Berlin, 1982, S 396.


79

3.2.2. Darstellung von Pentaacetyl-β-D-glucopyranose aus D-Glucose

OHO

OHOH

OH

OH O

O O

AcOO

AcOOAc

OAc

OAc

H3CCO2Na+ 5

- H3CCO2H

(180.2)

C6H12O6

(102.1)

C4H6O3

(178.2)

C7H14O5

Chemikalien:

D-Glucose (C6H12O6, 180.2 g/mol)

Natriumacetat S 24/25 (C2H3NaO2, 82.0 g/mol)

Essigsäureanhydrid C R 10-20/22-34 S 26-36/37/39-45 (C4H6O3, 102.1 g/mol)



In einer Reibschale mischt man 10.0 g (55.4 mmol) D-Glucose und 8.00 g (97.6 mmol) wasserfreies Natriumacetat. Die Mischung gibt man unter Rühren in einen Kolben mit 50.0 ml (0.52 mol) Essigsäureanhydrid, setzt einen Rückflusskühler auf den Kolben und erhitzt langsam unter Rühren auf ca. 130 – 140 °C (Ölbad-Temperatur), bis eine klare Lösung entsteht (ca. 0.5 h) und noch weitere 3 h.


Man gießt die Lösung langsam unter Rühren in einen Erlenmeyer-Kolben mit Eiswasser (500 ml, mit Eisstücken). Man zerkleinert den Niederschlag sorgfältig mit einem Spatel und lässt den Kolben unter gelegentlichem Rühren 2 h stehen. Man filtriert den Niederschlag in einem Büchner-Trichter, gibt ihn wieder in den Erlenmeyer-Kolben mit Wasser (400 ml) und lässt ihn wieder 1 h stehen. Man filtriert den Niederschlag erneut im Büchner-Trichter und saugt ihn unter Anpressen trocken. Man kristallisiert den Niederschlag aus Ethanol um, filtriert die Kristalle im Büchner-Trichter, wiederholt die Umkristallisation und trocknet die Kristalle über Nacht im Vakuum-Exsikkator über Kieselgel mit Feuchtigkeitsindikator.

Ausbeute: 55 – 65 % farblose Kristalle, Schmp. 131 – 132 °C.1

Literatur:

1) Pearson, W. A.; Spessard, G. O., J. Chem. Educ. 1975, 52, 814-815.


80

3.2.3. Darstellung von erythro-9,10-Dihydroxystearinsäure aus Ölsäure

COOH COOHOH

OH

KMnO4

NaOH

(158.0)

KMnO4

(40.0)

NaOH

(282.5)

C18H34O2

(316.5)

C18H36O4

Chemikalien

Ölsäure (65 – 80 %ig) (C18H34O2, 282.5 g/mol)

Kaliumpermanganat O, Xn, N R 8-22-50/53 S 60-61 (KMnO4, 158.0 g/mol)

Natriumhydroxid C R 35 S 1/2-26-37/39-45 (NaOH; 40.0 g/mol)

konz. Salzsäure C R 34-37 S 26-36/37/39-45 (HCl, 36.5 g/mol)

Natriumsulfit (Na2SO3, 126.0 g/mol)

Natriumdisulfit Xn R 22-31-41 S 26-39-46 (Na2O5S2, 190.1 g/mol)

Petrolether F, Xn, N R 11-51/53-65-66-67 S 9-16-23.2-24-33-61-62 (Siedebereich 60-80 °C)

Ethanol F R 11 S 2-7-16 (C2H6O, 46. g/mol)

Durchführung der Reaktion

In einem 500 ml Becherglas mit Magnetrührstab wird eine Lösung von 314 mg (7.85 mmol) NaOH in 32 ml Wasser mit 435 mg (1.00 mmol) Ölsäure (techn. 65 - 80%ig) versetzt und unter Rühren erwärmt bis eine klare Lösung entstanden ist. Nachdem man mit 250 ml eiskaltem Wasser versetzt hat, gibt man bei einer Temperatur von 10 °C innerhalb einer Minute unter Rühren 25 ml 1 %ige Kaliumpermanganat-Lösung zu. Nach 5 min wird durch Zugabe von festem Natriumsulfit oder Natriumdisulfit überschüssiges Kaliumpermanganat reduziert, anschließend wird mit 9.5 ml konz. HCl angesäuert. Die Lösung wird farblos, es fällt ein farbloser flockiger Niederschlag aus.


Der Niederschlag wird abgesaugt und getrocknet.

Rohausbeute: 301 mg; Schmp. 81-88 °C.2

Das Rohprodukt wird mit 5 ml Petrolether (60-80 °C) gewaschen und im Vakuum getrocknet. Das getrocknete Produkt wird in einer Reibschale zu Pulver zerrieben und in einem Becherglas mit 10-15 ml Petrolether digeriert. Dadurch werden die gesättigten Carbonsäuren, die in der Ölsäure als Verunreinigung enthalten sind,


81

entfernt. Die Dihydroxystearinsäure ist in Petrolether unlöslich. Sie wird abgesaugt und aus Ethanol umkristallisiert.

Ausbeute: 260 mg (0.820 mmol, 82%); Schmp. 132 °C; farbloses Pulver.2

Anmerkungen:

Die vorgegebenen Mengenverhältnisse müssen unbedingt eingehalten werden, sonst tritt oxidative Spaltung an der Doppelbindung ein.

Kaliumpermanganat wird mit Natriumsulfit im Alkalischen zu Braunstein reduziert.

Analytik: 1H-NMR (250 MHz, DMSO-d6): δ (ppm) = 0.86 (t, 3J = 6.4 Hz, 3 H, CH3), 1.2-1.6 (m, 26 H, übrige CH2), 2.18 (t, 3J = 7.3 Hz, 2 H, 2-CH2), 3.25 (m, 2 H, 9-CH-OH, 10-CH-OH).

13C-NMR (62.5 MHz, DMSO-d6): δ (ppm) = 13.0 (C18 (CH3), 21.2 (C17 (CH2), 23.9 (CH2), 24.8 (CH2), 27.9 (CH2), 28.0 (CH2), 28.3 (CH2), 28.6 (CH2), 30.6 (CH2), 31.8 (CH2), 33.2 (C2), 73.4 (C9, C10 (CH-OH)), 173.4 (C1 (COOH)),


82

IR (KBr): ν (cm-1) = 3500-2500 (O-H, überlagert von C-H), 1716 (C=O).

Literatur:

1) Lapworth, A.; Mottram, E. N., J. Chem. Soc., 1925, 1628-31.



83

3.2.4. Darstellung von Glycinethylester Hydrochlorid aus Glycin

O

OH

NH2

ONH2

OEt

SOCl2

EtOH

(119.0)

SOCl2(46.1)

C2H6O

(75.1)

C2H5NO2

(139.6)

C4H10ClNO2

HCl

Chemikalien:

Glycin (C2H5NO2, 75.1 g/mol)


Thionylchlorid C R 14-20/22-29-35 S 26-36/37/39-45 (SOCl2, 119.0 g/mol)


Phosphor(V)-oxid C R 35 S 1/2-26-45 (P2O5; 141.9 g/mol)


Zu einer Suspension von 15.0 g (200 mmol) Glycin in 150 ml 96 %igem Ethanol tropft man 35.7 g (300 mmol) Thionylchlorid, so dass das Reaktionsgemisch leicht siedet (Vorsicht: HCl- und SO2-Entwicklung!). Anschließend wird 2 h unter Rückfluss erhitzt.


Man entfernt das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer (Abzug!) und nimmt den Rückstand in 100 ml Ethanol auf. Das Glycinethylester-Hydrochlorid wird durch Zugabe von ca. 60 ml Diethylether ausgefällt und abgesaugt. Die Kristalle werden mit Diethylether gewaschen und 2 d im Exsikkator über Phosphor(V)-oxid getrocknet.

Ausbeute: 98 % farblose Kristalle, Schmp. 145-146 °C.1

Analytik:1

IR (KBr): ν (cm-1) = 3330-2300 (+NH), 1745 (C=O), 1250, 1050, 990. 1H-NMR (DMSO-d6/CDCl3): δ (ppm) = 8.55 (s [breit]; 3 H, NH), 4.23 (q, J = 7 Hz; 2 H, CH2-O), 3.73 (s; 2 H, CH2-N), 1.27 (t, J = 7 Hz; 3 H, CH3).

Literatur:

1) Tietze, L. F.; Eicher, Th., Reaktionen und Synthesen, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1991, S. 135.


84

3.3. Reaktionen mit Hilfe von Enzymen / Hefe

3.3.1 Darstellung von cis-1,2-Epoxycyclooctan aus cis-Cycloocten

O

C8H14

(110.2)

H2O2 / Lipase

C8H14O

(126.2)

Chemikalien:

cis-Cycloocten N R 10-51/53 S 16 (C8H14, 110.2 g/mol)

Wasserstoffperoxid Xn R 22-37/38-41 S 26-39 (H2O2, 34.0 g/mol)

Chirazym L2-cf Xn R 42 S 22 (Roche Biochemicals 1 865 439)


Peroxid-Teststäbchen oder KI-Stärke-Lösung

Natriumsulfit-Lösung, gesättigt R 31 (Na2SO3, 126.0 g/mol)

Natriumhydrogencarbonat-Lösung, gesättigt (NaHCO3, 84.0 g/mol)



Beim Arbeiten mit Wasserstoffperoxid müssen alle Arbeitsgeräte frei von Schwermetallen sein, insbesondere ist bei Magnetrührstäbchen auf eine unversehrte Kunststoffhülle zu achten.

In einem 100 ml Rundkolben mit Magnetrührstab werden 1.10 g (10.0 mmol) cis-Cycloocten in 50 ml Essigsäureethylester gelöst und 0.5 g der Lipase zugegeben. Dann gibt man im Laufe von 3 h in Abständen von 15 min unter Rühren jeweils 425 µl Wasserstoffperoxid zu (insgesamt 5.1 ml). Anschließend lässt man noch 24 h bei Raumtemperatur rühren.


Die Reaktionslösung wird über ein Faltenfilter in einen 250 ml Erlenmeyerkolben filtriert. Die im Filter zurückbleibende Lipase wird in Essigsäureethylester aufbewahrt. Zum Filtrat gibt man unter Rühren tropfenweise Natriumsulfitlösung, bis Peroxid-Teststäbchen oder KI-Stärke-Lösung kein Peroxid mehr anzeigen. Anschließend schüttelt man mit einer gesättigten NaHCO3-Lösung aus, bis keine Gasentwicklung mehr beobachtbar ist, trennt die Phasen und trocknet die organische Phase über Natriumsulfat. Das Trockenmittel wird abfiltriert, mit etwas Lösungsmittel nach-gewaschen und anschließend das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer bei nicht weniger als 200 hPa entfernt. Das als Rückstand erhaltene Cyclooctenoxid sollte


85

einen Schmelzpunkt von mindestens 52 °C haben. Das Rohprodukt kann zur weiter-en Reinigung mit einer Kurzweg-Destillationsapparatur oder einer Mikro-Destillations-apparatur im Vakuum destilliert werden.

Ausbeute: 950 mg (7.53 mmol, 75%); farbloser wachsartiger Feststoff, Sdp. 69 °C (13 hPa), Schmp. 52 °C.3

Anmerkungen:

Das Enzym kann mehrfach wieder verwendet werden. Dazu sollte man es nicht trocknen, sondern im jeweiligen Lösungsmittel aufbewahren.

Analytik:3

GC 1H-NMR (250 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 1.10-1.79 (m, 10 H, übrige CH2), 2.14 (m, 2 H, H-3, H-8 (CH2)), 2.90 (m, 2 H, H-1, H-2 (-CH-O-CH-)).

13C-NMR (62.5 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 25.5 (C5, C6), 26.2 (C4, C7), 26.5 (C3, C8), 55.6 (C1, C2).


86

IR: ν (cm-1) = 2969-2924 (aliph. C-H), 2853 (aliph. C-H).

Literatur:

1) Warwel, S.; Rüsch gen. Klaas, M., J. Mol. Catalysis B: Enzym. 1 1995, 29-35.

2) Rüsch gen. Klaas, M.; Warwel, S., Organic Lett. 1999, 1, 1025-6.



87

3.3.2 Darstellung von S-(+)-3-Hydroxybuttersäureethylester – Stereoselektive Reduktion von Acetessigsäureethylester durch Hefe

O

OO

O

OOH

(342.3)

C12H22O11

(130.1)

C6H10O3

(132.2)

C6H12O3

Fermentierende HefeSaccharose

Chemikalien:

Bäckerhefe (Frischhefe)

D(+)-Saccharose (Rohrzucker) (C12H22O11, 342.3 g/mol)

Acetessigsäureethylester Xi R 36/37/38-41 S 26-36 (C6H10O3, 130.1 g/mol)


Kieselgur (Celite 545) Xn R 48/20 S 22


Die Reaktionsapparatur besteht aus einem 250 ml Dreihalskolben mit Magnetrührstab, Innenthermometer und Tropftrichter mit Druckausgleich, der mit einem mit Paraffinöl gefüllten Blasenzähler versehen ist. Eine auf 30 °C erwärmte Lösung von 9.76 g (28.5 mmol) Sacharose in 52 ml frischem Leitungswasser wird in dem Kolben vorgelegt. Darin werden 10 g Hefe unter mäßigem Rühren suspendiert. Wenn die Fermentation der Hefe einsetzt, erkennbar an der stetigen CO2-Entwicklung (etwa nach 1 h), werden 0.65 g (0.63 ml, 5.0 mmol) Acetessigsäureethylester zugetropft und das Reaktionsgemisch für weitere 24 h bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wird eine auf 40 °C erwärmte Lösung von 6.50 g (19.0 mmol) Saccharose in 33 ml Leitungswasser zugesetzt und 1 h weitergerührt. Nach Zutropfen von 0.65 g (0.63 ml, 5.0 mmol) Acetessigsäureethylester wird die Suspension weitere 2 Tage bei Raumtemperatur leicht gerührt.


Nach Filtration über einen Büchnertrichter (Ø = 5.5 cm, Blaubandfilter), auf dem ca. 5 g Celite gleichmäßig verteilt sind, wird das Filtrat in einem Perforator mit 80 ml Diethylether 24 h lang extrahiert. Man trennt die wässrige Phase ab; von der organischen Phase wird das Lösungsmittel bei 40 °C abrotiert. Es bleibt ein flüssiger Rückstand als Rohprodukt.

Rohausbeute:2 1.01 g

Das Rohprodukt wird im Vakuum über eine Mikro-Füllkörper-Kolonne fraktionierend destilliert.

Ausbeute: 0.80 g (6.05 mmol, 61%); Kopftemperatur 73-74 °C (18 hPa), Ölbadtemperatur 150 °C), farblose Flüssigkeit; nD

20 = 1.4150; [α]D20 = +13 ° (EtOH, c

= 1), +38.5 ° (CHCl3, c = 1).2


88

Anmerkungen:

Die Zugabe des Substrats soll erst nach Einsetzen der Fermentation der Hefe erfolgen. Dies ist durch die stetige CO2-Entwicklung im Blasenzähler zu erkennen. Die zweite Substratzugabe kann auch einen Tag später als angegeben erfolgen. Die Fermentation kann bei niedrigen Raumtemperaturen länger dauern als angegeben. Auf vollständigen Umsatz ist zu achten, da dies die destillative Aufarbeitung erleichtert.

Die Ausbeute kann gesteigert werden, wenn die abfiltrierte Hefe nochmals in wenig Wasser suspendiert wird. Wenn sich die Hefe abgesetzt hat, kann die überstehende Suspension filtriert und das Filtrat mit den übrigen Filtraten vereinigt und extrahiert werden.

Analytik:2

Reaktionskontrolle mit DC:

Trägermaterial: DC-Aluminiumfolie (Kieselgel 60) Laufmittel: n-Hexan : Diethylether = 2:1 Sichtbarmachung: Nachdem das Laufmittel verdunstet ist, wird das Chromatogramm in eine 2%ige Ninhydrinlösung getaucht und anschließend mit einem Heißluftföhn getrocknet. Die Substanzen erscheinen als rot-violette Flecken Rf (Produkt) 0.14 Rf (Acetessigsäureethylester) 0.52

GC 1H-NMR (500 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 1.23 (d; 3 H, 4-CH3), 1.27 (t; 3 H, CH3 (Ethyl Ester)), 2.46 (m; 2 H, 2-H), 3.55 (s, 1 H, OH), 4.16 (q, 2 H, CH2 (Ethyl Ester)), 4.15-4.23 (M; 1 H, 3-H).


89

13C-NMR (125 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 13.8 (CH3 (Ethyl Ester), 22.3 (C4), 42.8 (C2), 60.3 (CH2 (Ethyl Ester)), 64.0 (C3), 172.4 (C1).

IR (Film): ν (cm-1) = 3437 (O-H), 2979 (C-H), 2936 (C-H), 1735 (C=O Ester).

Literatur:

1) Seebach, D.; Sutter, M. A.; Weber, R. H.; Züger, M. F., Org. Synth. 1985, 63, 1.



90

3.4. Versuche zum Thema Racematspaltung

3.4.1. Darstellung von (-)-N-Benzylcinchonidiniumchlorid

Cl

N

OH N

N+

OH N

Ph

Cl

C7H7Cl

(126.6)

+Aceton

C19H22N2O

(294.4)

C26H29N2OCl

(421.0)

Chemikalien

Cinchonidin S 22 (C19H22N2O, 294.40 g/mol)

Benzylchlorid T R 45-E22-E23-37/38-41-E48/22 S 53-45 (C7H7Cl, 126.59 g/mol)

Aceton (absolut!) F, Xi R 11-36-66-67 S 9-16-26 (C3H6O; 58.08 g/mol)


In einem 100 ml Rundkolben mit Magnetrührstab und aufgesetztem Rückflusskühler mit Trockenrohr werden 2.94 g (10.0 mmol) Cinchonidin und 1.90 g (1.57 ml, 15.0 mmol) Benzylchlorid in 70 ml absolutem Aceton (ggf. vor dem Versuch absolutieren; mit wasserhaltigem Aceton ist kein ausreichend sauberes Produkt zu erhalten!) 2 Tage unter Rückfluss erhitzt.


Die gelbliche Lösung wird auf Raumtemperatur abgekühlt. Das ausgefallene Produkt wird über einen Büchnertrichter (Ø = 5.5 cm) abgesaugt, zweimal mit je 20 ml Aceton gewaschen und dann getrocknet.

Ausbeute: 3.15 g (7.48 mmol, 75%); [α]D20 = -175.1 ° (H2O, c = 0.4).1


91

Analytik: 1H-NMR (300 MHz, MeOD): δ (ppm) = 1.42 (m; 1 H, 3-H (Chinuclidin)), 1.89 (m; 1 H, 4-H (Chinuclidin)), 2.07 (m; 1 H, 3-H (Chinuclidin)), 2.26 (m; 2 H, 8-H (Chinuclidin)), 2.75 (m; 1 H, 5-H (Chinuclidin)), 3.40 (m; 1 H, 7-H (Chinuclidin)), 3.49 (m; 1 H, 6-H (Chinuclidin)), 3.69 (m; 1 H, 6-H (Chinuclidin)), 4.04 (m; 1 H, 2-H (Chinuclidin)), 4.49 (m; 1 H, 6-H (Chinuclidin)), 4.83 (s; 1 H, O-H), 5.00 (m; 1 H, =CH2), 5.04 (d; 1 H, CH2

Benzyl), 5.15 (m; 1 H, =CH2), 5.24 (d; 1 H, CH2 Benzyl), 5.70 (m; 1 H, C=CH), 6.68 (m; 1 H, CH-OH), 7.59 (m; 3 H, 3’-H, 4’-H, 5’-H (Phenyl)), 7.76 (m; 3 H, 6-H (Chinolin), 2’-H, 6’-H (Phenyl)), 7.84 (m; 1 H, 7-H (Chinolin)), 7.97 (d, 1 H, 3-H (Chinolin)), 8.12 (d, 1 H, 8-H (Chinolin)), 8.29 (1 H, 5-H (Chinolin)), 8.95 (d, 1 H, 2-H (Chinolin)).

13C-NMR (75.5 MHz, MeOD): δ (ppm) = 22.5, 25.9, 28.0, 39.1, 52.7, 62.0, 65.2 (CH2 Benzyl), 66.2, 69.7, 117.5, 121.4, 124.2, 126.1, 128.8, 129.1, 130.3, 131.1, 131.7, 134.9, 138.7, 147.6, 148.7, 151.0.


92

IR (KBr): ν (cm-1) = 3400 (O-H), 3077 (N-H), 3070 (arom. C-H).

Literatur:



93

3.4.2. Darstellung von (±)-2,2´-Dihydroxy-1,1´-binaphthyl (1,1´-Bi-2-naphthol)

OH

OH

OH

(270.3)(144.2)

C10H8O

(286.3)

C20H14O2

FeCl3 6 H20

Chemikalien

2-Naphthol Xn, N R 20/22-50 S 24/25-61 (C10H8O, 144.2 g/mol)

Eisen(III)-chlorid-Hexahydrat Xn R 22-38-41 S 26-39 (FeCl3 • 6 H2O, 270.3 g/mol)

Toluol F, Xn R 11-38-48/20-63-65-67 S 36/37-46-62 (C7H8, 92.1 g/mol)


Die Reaktionsapparatur besteht aus einem 2 l Dreihalskolben mit KPG-Rüher, einem aufgesetzten Rückflusskühler und einem Tropftrichter mit verlängertem Auslass, der in die Reaktionslösung im Kolben eintaucht. Als Heizquelle wird ein Ölbad benutzt oder ein Heizpilz, der auf die angegebenen Badtemperaturen regelbar sein muss.

In dem Reaktionskolben werden 14.4 g (100 mmol) 2-Naphthol in 1 l Wasser unter Rühren in der Siedehitze bei einer Ölbadtemperatur von 130 °C gelöst. Unter starkem Rühren wird die Lösung von 27.0 g (100 mmol) Eisen(III)-chlorid–Hexahydrat in 200 ml Wasser aus dem Tropftrichter langsam im Laufe von etwa einer Stunde direkt in die Reaktionslösung eingeleitet. Anschließend wird bei einer Badtemperatur von 100 °C eine Stunde weitergerührt.


Aus der heißen Reaktionslösung wird der ausgefallene Niederschlag über einen Büchnertrichter abgesaugt, mit 500 ml Wasser in den Reaktionskolben zurückgespült und 10 min in der Siedehitze gerührt; anschließend wird erneut abgesaugt. Das so erhaltene Rohprodukt wird in einem 500 ml Rundkolben mit Magnetrührstab zur Reinigung und zur Entfernung von Wasserresten mit 200 ml Toluol am Wasser-abscheider 2 h unter Rückfluss erhitzt. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wird der Kolben zur Kristallisation über Nacht in den Kühlschrank gestellt. Das ausgefallene Produkt wird abgesaugt und im Exsikkator getrocknet.

Ausbeute: 9.80 g (34.2 mmol, 68%); Schmp. 216°C, hellbrauner Feststoff.1

Zur Überprüfung der Vollständigkeit der Kristallisation wird die Mutterlauge auf die Hälfte des Volumens einrotiert und erneut in den Kühlschrank gestellt.


94

Analytik:1

GC 1H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 5.05 (s; 2 H, OH), 7.13 (d; 2 H, 3-H), 7.40-7.21 (m; 6 H, 6-H, 7-H, 8-H), 7.85 (d; 2 H, 4-H (5-H)), 7.93 (d; 2 H, 5-H (4-H)).

13C-NMR (75.5 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 111.0 (C1), 117.8 (C3), 124.0 (C6), 124.2 (C8), 127.5 (C7), 128.4 (C5), 129.6 (C4), 131.4 (C4a), 133.5 (C8a), 152.8 (C2).

Literatur:



95

3.4.3. Racematspaltung von (R)- und (S)-2,2’Dihydroxy-1,1’-binaphthyl ((R)- und (S)-1,1’-Bi-2-naphthol)

OH

OH

OH

OH

OH

OH

(286.3)

C20H14O2

NBCC

CH3CN

(421.0)

C26H29ClN2O R-Enantiomer S-Enantiomer

+

Chemikalien:

1,1’-Bi-2-naphthol (Racemat)) Xi R 36/38 (C20H14O2, 286.3 g/mol; Produkt aus Versuch 3.5.2.)

(-)-N-Benzylcinchonidiniumchlorid (C26H29ClN2O, 421.0 g/mol; Produkt aus Versuch 3.5.1.)

Acetonitril F, Xn R 11-20/21/22-36 S 16-36/37 (C2H3N; 41.1 g/mol)

Methanol F, T R 11-23/24/25-39/23/24/25 S 7-16-36/37-45 (CH4O, 32.0 g/mol)


Salzsäure 2 N C R 34-37 S 26-36/37/39-45 (HCl, 36.5 g/mol)

Natriumchlorid-Lösung (NaCl, 58.4 g/mol)

Natriumcarbonat Xi R 36 S 22-26 (Na2CO3, 106.0 g/mol)



2.86 g (10.0 mmol) 1,1’-Bi-2-naphthol und 2.32 g (5.50 mmol) NBCC werden in einem 100 ml Rundkolben mit 30 ml Acetonitril versetzt und unter Rühren 3 h unter Rückfluss erhitzt.


Die Reaktionslösung wird zunächst auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend 30 min im Eisbad gekühlt. Die Kristalle werden mit einem Büchnertrichter abgesaugt und zweimal mit je 10 ml Acetonitril gewaschen. Filtrat und Waschlösungen werden vereinigt, aus dieser Lösung wird das S-Enantiomer isoliert. Aus dem Filterrückstand wird das R-Enantiomer isoliert.


96

Isolierung von (R)-1,1’-Bi-2-naphthol:

Der Filterrückstand (4.22 g) wird in 20 ml Methanol unter Rühren 2 h unter Rückfluss erhitzt und auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Kristalle werden mit einem Büchnertrichter abgesaugt und mit 10 ml Methanol gewaschen. Rohausbeute: 3.03 g.1

Das Rohprodukt wird mit 40 ml Essigsäureethylester und 20 ml 2 N Salzsäure versetzt und 1 h bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wird die organische Phase im Scheidetrichter abgetrennt und erneut mit 20 ml 2 N Salzsäure ausgeschüttelt. Die vereinigten sauren wässrigen Phasen werden zunächst aufbewahrt. Die organische Phase wird über Natriumsulfat getrocknet. Nach Abfiltrieren des Trockenmittels wird das Lösungsmittel abrotiert. Zurück bleibt das Produkt als kristalliner Rückstand.

Ausbeute: 1.15g (4.02 mmol, 80%); hellbrauner Feststoff, Schmp. 206-208 °C; [α]D20

= +32 ° (THF, c = 1).1

Das NBCC wird aus der sauren wässrigen Phase zurückgewonnen (siehe unten).

Isolierung von (S)-1,1’-Bi-2-naphthol:

Von den vereinigten Acetonitrilphasen wird das Lösungsmittel abrotiert. Rohausbeute: 1.78 g.1

Das Rohprodukt wird mit 50 ml Essigsäureethylester und 20 ml 2 N Salzsäure versetzt und 15 min bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wird die organische Phase im Scheidetrichter abgetrennt, mit 20 ml gesättigter Natriumchloridlösung ausgeschüttelt und über Natriumsulfat getrocknet. Nach Abfiltrieren des Trockenmittels wird das Lösungsmittel abrotiert. Zurück bleibt das Produkt als kristalliner Rückstand.

Ausbeute: 1.30 g (4.54 mmol, 91%); hellbrauner Feststoff, Schmp. 204-205 °C; [α]D20

= -32 ° (THF, c = 1).1

Rückgewinnung von (-)-N-Benzylcinchonidiniumchlorid (NBCC):

Die wässrige saure Phase aus der Isolierung von (R)-1,1’-Bi-2-naphthol wird in einem hohen Becherglas unter Rühren mit Natriumcarbonat auf pH 8 eingestellt (Vorsicht Gasentwicklung!). NBCC fällt als weißer Niederschlag aus. Die Kristalle werden abgesaugt, mit 10 ml Wasser gewaschen und getrocknet.

Ausbeute: 1.70 g (72%); [α]D20 = -172 ° (H2O, c = 0.4).1


97

Analytik:1

(R)-2,2'-Dihydroxy-1,1'-binaphthyl 1H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 5.05 (s; 2 H, O-H), 7.12 (d; 2 H, 3-H), 7.19-7.38 (m; 6 H, 6-H, 7-H, 8-H), 7.83 (d; 2 H, 4-H, 5-H), 7.89 (d; 2 H, 4-H, 5-H).

(S)-2,2'-Dihydroxy-1,1'-binaphthyl 1H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 5.05 (s; 2 H, O-H), 7.12 (d; 2 H, 3-H), 7.19-7.38 (m; 6 H, 6-H, 7-H, 8-H), 7.83 (d; 2 H, 4-H, 5-H), 7.89 (d; 2 H, 4-H, 5-H).


98

(R)-2,2'-Dihydroxy-1,1'-binaphthyl 13C-NMR (75.5 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 110.9 (C1), 117.7 (C3), 124.0 (C6), 124.2 (C8), 127.4 (C7), 128.3 (C5), 129.4 (C4), 131.3 (C4a), 133.4 (C8a), 152.7 (C2 (C-OH)).

(S)-2,2'-Dihydroxy-1,1'-binaphthyl 13C-NMR (75.5 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 110.9 (C1), 117.7 (C3), 124.0 (C6), 124.2 (C8), 127.4 (C7), 128.3 (C5), 129.4 (C4), 131.3 (C4a), 133.4 (C8a), 152.7 (C2 (C-OH)).

Literatur:


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Skript Kapitel 3 - 6.3.07 - … · ORGANISCH CHEMISCHES PRAKTIKUM FÜR BIOLOGEN 2 UNIVERSITÄT REGENSBURG 60 Durchführung: Isolierung von S-(+)-Carvon: Man gibt 10 ml Kümmel-Öl