Ziel des Versuches war die Herstellung von Oxocyclopentan-1-carbonsäureethylester ausgehend von Adipinsäurediethylester mittels Dieckmann-Cyclisierung und Esterkondensation.
Schema 1
Reaktionsmechanismus
Intramolekulare Kondensation von Dicarbonsäureestern zu cyclischen Ketoestern (Dieckmann-Kondensation). Das Ethanolat abstrahiert im ersten Schritt das der Carboxylgruppe benachbarte, acide H-Atom und es entsteht ein Carbanion. Dieses Ion greift nun nucleophil das positivierte C-Atom der anderen Carboxylgruppe unter Ringbildung an. Es entsteht das gewünschte Oxocyclopentan-1-Carbonsäureethylester und ein weiteres Ethanolat-Ion.. Der Triebkraft für diese intramolekulare Reaktion ist die Entstehung eines spannungsfreien und somit stabilen pentagonalen Ringes.
Schema 2
Ergebnisse und Diskussion
In einem Dreihalskolben wurde in grobe Stücke zerschnittenes, von den Krusten befreites Natrium mit trockenem Toluol zum leichten Sieden ohne Rühren erhitzt, Dann wurde der Rührer auf eine hohe Drehzahl gebracht und wurde gerührt bis das Natrium zu einer weißgrauen Suspension zerschlagen war. Dabei musste man darauf achten, dass es keinesfalls bis zum Erstarren der Natriumpartikel gerührt wurde, da diese wieder zu größeren Kügelchen zusammengeschlagen würden. Zu der Suspension wurde langsam unter gutem Rühren wurde Adipinsäurediethylester zugetropft, wobei die Innentemperatur nicht über 85 °C ansteigen durfte, damit wurde verhindert, dass das Natrium schmilzt und dadurch wieder zusammenklumpt. Der Grund für die Zugabe der sehr geringen Menge an Ethanol (1 mL) im Verhältnis zu Natrium (1Aquivalent) ist , dass Ethanol während der Reaktion entsteht. Die Reaktionsmischung wurde zur Vervollständigung der Reaktion unter Rückfluss über Nacht laufen gelassen. Der abgekühlte Rückstand wurde zu 40 g Eis gegeben, um eine bessere Trennung zu erhalten, dabei müsste darauf geachtet werden, dass der pH-Wert neutral war. Die organische Phase wurde im Scheidetrichter getrennt und die wässrige Phase mehrfach mit Diethylether (Et2O) gewaschen. Die vereinigten Extrakte wurden über Natriumsulfat (Na2SO4) getrocknet und das Lösemittel am Rotationsverdampfer entfernt. Der Rückstand wurde fraktioniert destilliert Oxocyclopentan-1-carbonsäureethylether wurde als farblose Flüssigkeit in einer Ausbeute von 70 % (35 mmol) erhalten. Die Literaturwert1 versprach eine höhere ausbeute von 75 %. Der Grund für die geringere Ausbeute könnten die wiederholten Wasch- und Trocknungsvorgänge sein oder Substanzverluste durch das überführen der Reaktionsmischung von einem Reaktionsgefäß in einen anderen. Der experimentell bestimmte nD20: 1.4511 stimmt gut mit dem Literaturwert2 von nD20: 1.4519 überein, was auf eine gute Reinheit des Produktes schließen lässt. Dass es sich in der Tat um das Produkt Oxocyclopentan-1-carbonsäreethylether handelt, belegen die IR-spektroskopischen Daten 2. Die Bande bei ca. 2977 cm-1 wird dem -CH2-Valenz zugeordnet. Die Bande bei 2885 cm-1 wird -CH-Valenz Schwingungen zugeordnet. Die Bande bei 1755 wird einer -C=O-Valenz Schwingung (Carbonsäurealkylester) zugeordnet . Die Bande bei 1727 cm-1 wird -C=O- Valenz (Carbonylverbindungen) zugeordnet.
Experimenteller Teil
In einem 250 mL Dreihalskolben mit Rückflusskühler, Tropftrichter und (Kerngezogenes Präzisionsglasgerät) KPG-Rührer wurden 1,1 g (0.05 mol) in grobe Stücke zerschnittenes, von den Krusten befreites Natrium mit 100 mL (0.93 mol) trockenem Toluol zum leichten Sieden ohne Rühren erhitzt, Dann wurde der Rührer auf eine hohe Drehzahl gebracht und wurde gerührt bis das Natrium zu einer weißgrauen Suspension zerschlagen war, dann wurden 10 mL (0.05 mmol) Adipinsäurediethylester mit 0.1 mL (1.7 mmol) Ethanol versetzt und innerhalb von 15 min. bei einer Innentemperatur von maximal 85 °C zugetropft. Die Reaktionsmischung wurde über Nacht, unter Rückfluss laufen gelassen. Nach Beendigung der Reaktion wurde der Rückstand abgekühlt und zu 40 g Eis gegeben. Die organische Phase wurde im Scheidetrichter getrennt und die wässrige Phase 4 Mal mit je 20 mL Diethylether (Et2O) gewaschen. Die vereinigten Extrakte wurden über Natriumsulfat (Na2SO4) getrocknet und das Lösemittel am Rotationsverdampfer entfernt. Der Rückstand wurde fraktioniert destilliert, die Kopftemperatur betrug 110 °C. Oxocyclopentan-1-carbonsäureethylether wurde als farblose Flüssigkeit in einer Ausbeute von 70 % (35 mmol) erhalten. Der experimentell bestimmte nD20: 1.4511. IR ͠ν [cm-1]= 2977 (-CH2-Valenz), 2885 (-CH-Valenz Schwingungen), 1755 (-C=O-Valenz Schwingung) (Carbonsäurealkylester), 1727 (-C=O- Valenz) (carbonylverbindungen). .
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- Quote paper
- M. Sc. Sadik Mejid (Author), 2011, Versuchsprotokoll Oxocyclopentan-1-carbonsäureethylester, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/475270
