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Theoretischer Teil.

Wie in der Hauptarbeit gezeigt wurde, erhält man bei der Reaktion von Isopren mit Diazoessigester die 1-Isopro-penylcyklopropan-3-carbonsäure

CH3

CH2=C - CH CH,

\ /

CH-COOH

Der nämliche Körper sollte auch aus Isoprendibromid und Natriummalonester durch Verseilung des Reaktions¬

produktes und Abspaltung von C02 entstehen, wenn die An¬

nahmenIpatjews1) richtig sind. Ipatjew ließ 2 Mol. Mono-natriummalonester auf 1 Mol. Isoprendibromid einwirken und formulierte die Reaktion wie folgt:

CH3

,COOR

2NaH-C< + CH2 = C CHBr CH2Br xCOOR

CH8

CH2 = C CH CH2

^

rA

COOR b<-COOR

a) Ipatjew, C.1902,1,42.

96

Die durch Verseifung des Esters gewonnene Säure be¬

zeichnet er als Isoprensäure und beschreibt sie als farb¬

loses Öl, das nach und nach zu einer amorphen, weißen Masse vom Smp. 115° erstarrt, beim Erhitzen unter ge¬

wöhnlichem Druck C02 abspaltet und in eine von Ipatew nicht näher untersuchte Monocarbonsäure übergeht, die aber dieobigeSäure darstellen müßte. Nach dieser Reaktion sollten die ungesättigten Trimethylencarbonsäuren noch leichter darstellbar sein als nach der im ersten Teil beschriebenen Methode.

Für den Verlauf der Reaktion von Isoprendibromid mit Natriummalonester ist die Struktur des ersteren maßgebend.

Nachdem schon Wladimir Mozkiewsky2) das Dibromid als 1-2- oder 3-4-Dibromadditionsprodukt des Isoprens aufge¬

faßt hatte, entschied sich später Ipatiew für die folgende Formel:

CH3

CHa = C CHBr - CH2 Br

J. Thiele3) hat nachgewiesen, daß bei der Einwirkung

von 1 Mol. Brom auf Butadien größtenteils 1-4-Butadien-dibromid entsteht und Kreis4) zeigte, daß sich Bromwasser¬

stoff, in Übereinstimmung mit der Thiele'schen Theorie der

Partialvalenzen, in 1-4-Stellung an Isopren anlagert, wobei Dimethylallylbromid entsteht:

CH3x

>C

= CH-CH, Br

CH3/

Dadurch wird die Isoprendibromidformel Ipatews un¬

wahrscheinlich. Bei der Ozonisation von Isoprenbromid er¬

hielt ich als Spaltprodukte Bromazeton und Bromessigsäure.

2) Mozkiewsky, C.1899,1,591.

3) Thiele, A.308,339(1899).

4) Kreis, Diplomarbeit, 1915.

97

Die Bromanlagerung an Isopren erfolgt daher, entsprechend der Thiele'schen Theorie, ganz oder doch hauptsächlich in 1-4-Stellung.

CH3

CH2BrC= CHCH2Br

In Übereinstimmung mit Obigem ergab denn auch die folgende Untersuchung, daß dieReaktion vonIsoprendibromid und Natriummalonester anders und zwar wesentlich kompli¬

zierter verläuft als Ipatjew annahm.

Ich arbeitete genau nach seinen Angaben und erhielt

als rohes Reaktionsprodukt ein rotgelbes, sehr viskoses öl.

Durch Verseifung der rohen Ester mit alkoholischem Kali und Destillation des Säuregemisches gewann ich neben viel Essigsäure vier verschiedene Körper. Produkt I und II de¬

stillieren bei 105—115° 12 mm und bestehen hauptsächlich

aus einem einfach ungesättigten Lakton C7H10O2, das noch geringe Mengen freier, zweifachungesättigter Säure C7Hi0O2 enthält. Die Bildung der beiden Produkte ist wie folgt zu formulieren.

CH3

Br CH2 CH =C CH2 Br

HBr HBr

CH3 CH3

CH2 = CH C = CHBr CH2 =C CH = CHBr

CH8 CH3

CH2=CH-C=CH-CH2-COOH II. CH2=C-CH=CH-CH2-COOH y-Methyl-ß-d-pentadien-a-

d-Methyl-ß-d-pentadien-a-carbonsäure carbonsäure

CH3 CH3

CH2=CH-C—CH2-CH2 IIa. CH2=C—CH—CH2—CH2

II II

0 CO 0 ——CO

y-Lakton der y-Oxy-y-methyl- y-Lakton der d-Methyl-y-oxy-d-penten-a-carbonsäure d-penten-a-carbonsäure

98

CH3 CH3

lb. CH3—CH2—C-CH2—CH2 lib. CH3 CH-CH-CH2-CH2

II l-l

0 CO 0 CO

y-Lakton der y-Oxy-y-methyl- y-Lakton der d-Methyl-y-oxy-pentan-a-carboDSäure6) pentan-a-carbonsäure5)

CH3 CH3

Ic. CH3-CH2-CH-CH2-CH2.COOH He. CH8-CH-CH2-CH2-CH2-COOH y-Metbylpentan-a-carbonsäure7) (î-Methy]pentan-«-carbonsaure8)

Mit Perhydrol oxydiert, liefert das Lakton leicht Bern¬

steinsäure. Dies ist nur erklärlich, wenn das Lakton nach Formel IIa konstituiert ist, denn der Körper la, der ein tetrasubstituiertes Kohlenstoffatom enthält, dürfte erst mit Kaliumpermanganat in der Hitze zu Bernsteinsäure oxydier¬

bar sein, mit Perhydrol sollte der Abbau nur bis zu einer Laktoncarbonsäure erfolgen.

Das Lakton nimmt ein Mol. Brom auf und läßt sich nach Skita-Paal in das bekannte Lakton der <5-Methyl-y-oxypentan-a-carbonsäure (Formel IIb) reduzieren.9) Wäre das Lakton nach der Auffassung Ipatjews ein Trimethylen-derivat, so müßte es sich gesättigt verhalten und bei der Oxydation die beständigen Trimethylendicarbonsäuren liefern.

CH3 CH3

6) Fittig und Zanner, A.255,94(1899).

6) V. Grignard, C.1902, II,1359.

') Ciamician und Silber, B.41,1078 (1908).

8) Ciamician und Silber, B.41,1077 und Paal and Hoffmann, B.23, 1498(1890).

9) Dieses Lakton ist bekannt, die flüssigen Körper ließen sich aber nicht identifizieren.

99

Ob die zweifach ungesättigte Säure Formel I oder II hat, kann nicht sicher entschieden werden. Wahrscheinlich hat sie die Formel I, da das Anilid der durch Reduktion nach Skita-Paal erhaltenen Fettsäure unscharf bei 54—59°

schmilzt. Das Anilid der ausII durch Reduktion darstellbaren Fettsäure ist bekannt und schmilzt bei 75°.10) Möglicher¬

weise liegt aber auch ein Gemisch von Körper I und II vor.

Produkt III ist aus der im abs. Vakuum bei 110—170°

(1 mm) siedenden Fraktion zu gewinnen. Es ist fest und schmilzt nach Umkristallisation und Trocknung im Vakuum bei 100°, zwischen 119—121°. Nach Analyse und Titration ist der Körper eine zur Hälfte laktonisierte Dicarbonsäure

von der Formel C8H10O4 und könnte wie folgt konstituiert sein:

Auffallenderweise spaltet der Körper beim Erhitzen im Reagensglas kein C02 ab, sondern ist fast unzersetzt destil¬

lierbar. Eventuell ist dieses auffallende Verhalten eines Malon-säurederivates auf den Einfluß des bicyclischen Systems zu¬

rückzuführen. Bei der Veresterung wurde nur ein Mono-äthylester erhalten, während durch heißes Alkali das Lakton

»•) C. 1909, II,1633.

100

leicht aufgespalten wird; die Konstitution dieses Körpers ist noch nicht sicher bestimmt.

ProduktIV siedet im abs. Vakuum bei 1 mm 170—200°.

Auch dieses Produkt erwies sich als eine zum Teil laktoni-sierte Dicarbonsäure. Durch öftere Fraktionierung im abso¬

luten Vakuum und Trennung von beigemischtem Lakton ge¬

lang es, eine kristallisierte Säure (III), allerdings nicht ganz

rein, zu isolieren, die folgendermaßen aus Isoprendibromid mit 2 Mol. Mononatriummalonester entstanden sein muß; die Säure ist mit Laktonsäure verunreinigt, deren Reindarstel¬

lung nicht durchgeführt wurde (vergl. Formel IV und V).

CH3

, COOß I. BrCH2— CH = CCH2Br-(-2NaHC <

xCOOR

CH

ROOG.

3

/COOR

II.

>CH

CH2CH=C-CH2-CH< -f-2NaBr

ßOO(7 xC00R

Nach Verseilung und Abspaltung von C02 CH3

III. HOOCCH2 CH2 CH= CCH2 CH2COOH? 4-Methylhexen-3-dicarbonsäure-1-6

CH3

IV. CH2-CH2-CHCH-CH2-CH2-COOH

I I

0= C 0

CH3

V. HOOC-CH2-CH2-CH2-C-CH2-CH2

I I

0 -c = o

101

Bei der Oxydation mit 2°'oiger Kaliumpermanganat-lösung liefert die 4-Methylhexen-3-dicarbonsäure-l-6 Bern¬

steinsäure.

Eine lückenlose Konstitutionsaufkläxung der bei der Einwirkung von Natriummalonester auf Isoprendibromid ge¬

bildeten Reaktionsprodukte ist nicht ausgeführt worden; für mich war es jedoch vor allem von Wichtigkeit nachzuweisen, daß bei dieser Reaktion keine Trimethylenderivate entstehen.

Experimenteller

Teil.

Man löst, nach der Vorschrift von Ipatjew, 8g Na¬

trium (2 Mol.) in 180 g absolutem Alkohol, kühlt ab, setzt

langsam unter Umschütteln 56 g (2 Mol.) frisch destillierten Malonsäurediäthylester zu und läßt den so hergestellten Mononatriummalonester mit 40 g (1 Mol.) Isoprendibromid,

unter guter Kühlung mit Kältemischung, reagieren. Zur Beendigung der Reaktion erhitzt man das Reaktionsgemisch noch 2 Stunden am Rückflußkühler auf siedendem Wasser¬

bade.

Ohne die entstandenen Ester zu isolieren, setzt man

das Reaktionsprodukt mit der doppelten berechneten Menge alk. Kali 1 : 1 zur Verseifung an. Nach dreitägigem Stehen verdünnt man das Verseifungsgemisch mit Wasser, dampft den Alkohol ab und zieht die alkalische Lösung der ge¬

bildeten Säuren mehrmals mit Äther aus, um allfällig vor¬

handene neutrale Bestandteile zu entfernen. Das durch An¬

säuern mit verdünnter H<jS04 und Extraktion mit Äther gewonnene, rotbraune, viskose Säuregemisch wird nach Ab¬

spaltung der C02 im gew. Vakuum durch Destillation im absoluten Vakuum in die Komponenten getrennt.

102 Ausbeute:11)

8 g Essigsäure (wasserhaltig aus Malonsäure)

4,6 g Produkt I und II, S. P. 1 mm 50—60° 20,8%

4,0 g Produkt III, S.P. 1 mm 110—170°

zur Hälfte erstarrend 13,3%

6,0 g Produkt IV, S.P. 1 mm 170—200°

flüssig 18,0% 3,0 g Rückstand, dunkelbraun verharzt

ï

s

Hieraus geht hervor, daß nur etwa die Hälfte des Iso-prendibromids mit Natriummalonester in Reaktion getreten ist. Wiederholte Versuche zeigten das nämliche Resultat.

Produkt 1 und II.

Die von 50—60° siedende Fraktion wurde in Äther gelöst, mit verd. Sodalösung in Säure = Produkt I und Lakton = ProduktIIgetrennt. Das imÄther bleibende Lakton wurde nach Trocknung und Abdestillieren des Äthers im Vakuum destilliert.

Lakton der (J-Methyl-y-oxy-d-penten-a-carbonsäure.

CH3

CH2 =C —CH-CH2-CH2 ?

I I

O CO

Das Lakton, S. P. 12 mm 105—110°, ist ein farbloses, geruchloses Öl.

Analyse:

I. Darstellung.

I. 0,1174 g Substanz, S. P. 14 mm 104-105°

0,2864 g C02 und 0,0854 g H20

II. 0,1170 g Substanz, S.P. 15 mm 105—105,5°

0,2849 g C02 und 0,0851 g H20 u) Ob in ätherischer Suspension die Ausbeuten besser sind, wurde nicht untersucht.

103 II. Darstellung,

III. 0,0986 g Substanz, S. P. 11 mm 97-98,5°

0,2411 g C02 und 0,0699 g H20

Berechnet für: C7H10O2 Gefunden:

I II III

C = 66,66 66,53 66,41 66,69

H = 7,93 8,14 8,14 7,93

Titration mit n/i0 Ba(0H)2 in der Wärme.

Eine bestimmte Menge des Laktons wurde in Alkohol gelöst, mit Phenolphtalein versetzt und mit einem Über¬

schuß von n/io Ba(0H)2 auf dem Wasserbade unter Luftab¬

schluß gelinde erwärmt. Das überschüssige Ba(0H)2 wurde mit n/5 HCl zurücktitriert.

0,1177 g Substanz, S. P. 11 mm 97—98,5° verbrauchten 9,45 ccm n|10 Baryt

Berechnetes Aequivalent 126

Gefunden 124

Das Lakton ist stark ungesättigt; es entfärbt Brom in CS2 und wird durch Kaliumpermanganat oder Perhydrol leicht zu Bernsteinsäure oxydiert, ebenso durch Eindampfen mit Perhydrol auf dem Wasserbade.

Titration mit Brom in CS2 (6,66 ccm Brom in 250 ccm CS2).

0,2434 g Substanz, S. P. 14 mm 104—105° verbrauchten 3,20 ccm Br-Lösung

berechnet für 1 Br2 3,86 ccm B

Das Lacton hat danach eine Doppelbindung.

Reduktion des Laktons der

<5-Methyl-y-oxy-cS-penten-a-carbon-säure.

CH3

CH3 CH CHCH2CH2

I I

0 c =o

3 g Lakton vom S. P. 11 mm 95—107° wurden in der berechneten Menge alkoholischem Kali gelöst und mit

Was-— 104

serstoff bei Gegenwart von kolloidalem Palladium reduziert.

Statt der für 1 H2 berechneten 533 ccm wurden 503 ccm

Wasserstoff aufgenommen. Nach beendigter Reduktion säuerte ich mit verd. H2S04 an, ätherte das reduzierte Lakton

aus und schüttelte den ätherischen Auszug mehrmals mit verdünnter Sodalösung durch, um eventuell in geringer Menge entstandene Fettsäure C7H1402 möglichst abzutrennen.

Trotzdem lieferte die Analyse des reduzierten Laktons keine guten Werte.

Analyse:

I. 0,2619 g Substanz, S. P. 13 mm 108° gaben

0,6232 g C02 und 0,2183 g H20

II. 0,0854 g Substanz, S.P. 13 mm 110—111,5" gaben

nochm. dest. 0,2027 g C02 und 0,0723 g H20

Berechnet für: C7H1202 für: C7H1402 Gefunden:

I II

C = 65,6 64,6 64,9 64,73

H = 9,4 10,8 9,33 9,47

Titration mit n/10 Ba(0H)2 in der Wärme:

0,1156 g Substanz, S. P. 13 mm 110—111,5° verbrauchten 9,02 ccm n/10 Ba(0H)2

Berechnetes Aequivalent 128

Gefunden 128

Die y-Methyl-/J-d-pentadien-a-carbonsäure.

CH3

CH2 = CH-C = CH-CH2-COOH?

Die zweifachungesättigte Säure,wahrscheinlich /-Methyl-/S-d-pentadien-a-carbonsäure entsteht nur in sehr geringer Menge.12) Sie wird durch Sodalösung dem rohen Lakton ent¬

zogen, und durch Ansäuern der Sodalösung und Ausschütteln mit Äther gewonnen.

12) Zur Reindarstellung reichte die Substanzmenge nicht aus. Man reduzierte deshalb sogleich zur Fettsäure, um eventuell diese charak¬

terisieren zu können.

105

Reduktion der zweifach ungesättigten Säure.

Ich verwendete zu diesem Versuche die aus den Soda¬

auszügen des reduzierten Laktons gewonnene Säure, nebst unreduziertem Produkt, und trennte die entstandenen Fett¬

säuren von eventuellvorhandenem, reduziertem Lakton durch Ausschütteln der sodaalkalischen Lösung mit Äther. Die gewonnene Fettsäure destillierte bei 104—113° 13 mm

als farbloses öl.

Analysen:

I. 0,1724 g Substanz, S. P. 13 mm 109-111°

0,4063 g CO* und 0,1577 g H20

II. 0,1949 g Substanz, S. P. 13 mm 109-111°

0,4589 g C02 und 0,1798 g H20 III. 0,1592 g Substanz, S. P. 12 mm 104—105°

nochm. dest. 0,3773 g C02 und 0,1461 g H20

'

IV. 0,1534 g Substanz, S. P. 12 mm 104—105°

0.3638 g C02 und 0,1412 g H20 Berechnetfür:C7Hu02 für:C7C1202 Gefunden:

I II III IV

C = 64,6 65,6 64,3 64,2 64,6 64,7

H = 10,8 9,4 10,2 10,3 10,3 10,3

Die Analysen ergaben etwas zu kleine Wasserstoffwerte,

was, wie aus der Titration mit n/io Ba(OH)2 hervorgeht, auf einer Verunreinigung der Fettsäuredurch reduziertes Lakton C7H1202 beruht.

Titration mit n/10 Ba(OH)2

0,2069 g Substanz, S. P. 13 mm 109—111° verbrauchten in der Kälte (fur Fettsäure) 13,28 ccm n/10 Ba (0H)2

in der Wärme (für red. Lakton) 2,94 ,

Berechnetes Aequivalent 130

Gefunden 128

Eine geringe Menge der Fettsäure wurde mit Thionyl-chlorid behandelt und aus dem Chlorid das Säureanilid

dar-— 106

gestellt. Es konnte, wie der unscharfe Smp. von 55—59°

zeigt, nicht rein erhalten werden.13) Produkt IM.

CH3

CH2 CH CHCH2

0

1

-

J-c-0 = Cx xCOOH

4-MethylcycIopentan-3-ol-l-dicarbonsäuremonolakton.

Die festen Teile der Fraktion, 110—170°, wurden auf der Nutsche scharf abgepreßt, mit wenig Petroläther ge¬

waschen und zur völligen Reinigung aus Benzol, dann aus heißem Wasser mehrmals umkristallisiert. Die so gereinigte Säure ist kristallwasserhaltig und besteht aus rein weißen, groben Nadeln. Nach Entwässerung bei 100° im Vakuum schmilzt sie bei 119—122 °.u) Die Säure, bei gewöhnlichem Druck erhitzt, spaltet keine C02 ab, sondern destilliert fast unverändert. Da dies sehr auffallend ist, analysierte ich auch die im abs. Vakuum destillierte Säure.

Analyse:

I. 0,1085 g Substanz, S. P. 119—122°, bei 100° im Vakuum entwässert gaben 0,2249 g C02 und 0,0575 g H20

IL 0,1038 g Substanz, S. P. 119—121°, im abs. Vakuum de¬

stilliert gaben 0,2147 g C02 und 0,0552 g H20 Berechnet für: CgH1004 Gefunden:

I II

C = 56,4 56,53 56,4

H = 5,9 5,9 5,9

13) Siehe theoret. Teil.

14) Dieser Körper ist eventuell mit dem von Ipatjew beschriebenen Umlagerungsprodukt (Sm. 115°) identisch (Aschan: Heterocycl, Verb

p. 449).

107 Titration mit n/10 Ba(0H)2.

0,2198 g Substanz, S.P. 119—122° verbrauchten

in der Kälte (für freie Säure) 12,94ccmn/10Ba(0H)2

in der Wärme (für Lakton) 12,84

Berechnetes Aequivalent für 1/2 C8H10O4 85,00

, Vs C9H1404 93,00 Gefunden: 85,2.

Aethylester der Säure.

Durch Veresterung in absolut äthylalkoholischer Lösung mit H2SO4 konz., wurde der Monoäthylester der Säure er¬

halten. Nach Umkristallisation aus einem Gemisch von Äther und Petroläther oder aus heißem, absolutem Äthylalkohol schmilzt er bei 85—86°.

Analyse:

0,1573 g Substanz, S.P. 85—86° gaben

0,3505 g C02 und 0,1015 g H20 Berechnet für: C10H1404 Gefunden:

C = 60,6 60,7

H = 7,1 7,2

Produkt IV.

Durch öftere Destillation der Fraktion, 170—200° mm, wurde ein schwach gelbes, sehr viskoses, geruchloses Öl

vom S. P. 0,6 mm 180—185° erhalten, aus dem sich nach tagelangem Stehen lange, feine Nadeln ausschieden; die Säure konnte jedoch nicht zur völligen Kristallisation ge¬

bracht werden; es liegt demnach ein Gemisch von Säure und Lakton vor, wie auch die Titration zeigt.

I. 0,1929 g obiger Säure, S. P. 0,8 mm 187—192° gaben 0,4082 g C02 und 0,1246 g H20

IT. 0,1620 g obiger Säure, S.P. 0,6 mm 180—182° gaben

von anderer Darst. 0,3487 g C02 und 0,1121 g H20 Berechnet für: C9Hu04 Gefunden:

I II

C = 58,0 57,71 58,7

H = 7,5 7,23 7,7

108 Titration mit n/10 Ba(0H)2.

I. 0,2534 g Substanz, S. P. 0,8 mm 187-192° verbrauchten:

in der Kälte (für Säure) 16,95 ccm n/10 Ba(0H)2

in der Wärme (für Lakton) 9,30

26,25

IL 0,1154 g Substanz, S. P. 0,6 mm 180-182° verbrauchten:

in der Kälte 8,17 ccm n/10 Ba(OH)*

in der Wärme 3,83

12,00

Berechnetes Aequivalent für 1j2 C9H1404 = 93

Gefunden: I 96,5 II 96,2

Aus den Titrationen geht hervor, daß das Produkt ein Gemisch von Laktonsäure und Dicarbonsäure ist.

Nach Lösen des Öls in Soda und Ausziehen mit Äther erhielt ich geringe Mengen einer kristallisierten Säure, die auf Ton abgepreßt und im Exsikkator getrocknet wurde, Smp. 77—80°. Von einer weiteren Reinigung mußte mit Rücksicht auf die geringe Substanzmenge abgesehen werden.

Analyse:

0,1062 g Substanz gaben 0,2230 g C02 und 0,0710 g H20 Berechnet für: C9Hu04

C = 58,0 H = 7,5 Titration mit n/10 Ba(0H)2.

0,0388 g Substanz verbrauchten in der Wärme Berechnetes Aequivalent für Gefunden

Das kristallisierte Produkt besteht somit aus freier Dicarbonsäure.

Lebenslauf.

Ich bin am 22.Oktober 1892 geboren. NachAbsolvierung des Realgymnasiums in Zürich, wo ich im Herbst 1911 das Reifezeugnis erhielt, widmete ich mich an der E. T. H.

dem Studium der Chemie und erwarb im 7. Semester das Diplom als technischer Chemiker. In den drei folgenden Semestern führte ich unter Leitung von Herrn Prof. Stau¬

dinger die vorliegende Promotionsarbeit aus. Seit Herbst 1916 bin ich ebenfalls unter seiner Leitung mit einer wis¬

senschaftlich-technischen Arbeit beschäftigt.