5.6.3 Cyclokondensation von Acetessigsäureethylester, Formaldehyd und Ammoniak zu 2,6-Dimethyl-1,4-dihydropyridin-3,5-dicarbonsäurediethylester.

5. Reaktionen polarer elektronenreicher C=C-Bindungen mit Elektrophilen www.ioc-praktikum.de und polarer elektronenarmer C=C-Bindungen mit Nucleophilen

Versuch 5.6.3, Rev.1.0 1

5.6.3 Cyclokondensation von Acetessigsäureethylester, Formaldehyd und Ammoniak zu 2,6-Dimethyl-1,4-dihydropyridin-3,5-dicarbonsäurediethylester.

Pyridin-Synthese nach Hantzsch

C

H

OC

H

O

O

N

OC

H

O

H C

H

CH

O

H

C

O C

H

O H

C O

CH

O

H

C

O

N

H

CH

O

OC

H

3

C₆H₁₀O₃ (130.1)

CH₂O (30.0)

Ethanol

2

+

C₁₃H₁₉NO₄ (253.3)

NH

+

+

NH₃ (17.0)

Arbeitsmethoden:

Edukt für 6.1.5.2 Chemikalien

3-Oxobutansäureethylester Sdp. 180 °C, d = 1.03 g/ml, nD

20= 1.4190.

(Acetessigsäureethylester)

Formaldehydlösung Wässrige Lösung, ca. 35%, d = 1.84 g/ml. Cancerogen, giftig, sensibilisierend.

Verursacht Verätzungen. Sofort mit viel Wasser abspülen.

Ammoniak-Lösung d = 0.88 g/ml. Verursacht Verätzungen, sofort mit viel Wasser abspülen!

(wässrig, konz.)

Ethanol Sdp. 78 °C, d = 0.79 g/ml, Dampfdruck bei 20 °C: 59 hPa.

Durchführung

Vor Beginn Betriebsanweisung erstellen.

In einem 250-ml-Kolben mit Rückflusskühler und Magnetrührstab werden in der nachfolgenden Reihenfolge 0.10 mol (8.6 g, 8.6 ml, 35proz. Lösung) Formaldehyd, 0.21 mol (27.3 g, 26.5 ml) Acetessigsäureethylester, 33 ml konz. Ammoniaklösung und 10 ml Ethanol vorgelegt. Die Mischung wird unter Rühren 30 min unter Rückfluss erhitzt.

Isolierung und Reinigung

Die Mischung wird 2 h im Eisbad gekühlt, der gelbe Niederschlag über einen Büchnertrichter abgesaugt und zweimal mit je 10 ml eiskaltem Ethanol gewaschen (→ E

). Das Rohprodukt wird im Vakuumexsikkator über Silica- gel getrocknet und Ausbeute sowie Schmelzpunkt bestimmt.

Zur Umkristallisation prüfe man folgende Lösungsmittel und protokolliere das Ergebnis:

Cyclohexan (Sdp. 80 °C, DK 2.0) (→ E₂) Ethanol (Sdp. 78 °C, DK 24.3) (→ E2) Wasser (Sdp. 100 °C, DK 78.5) (→ E₁) Wasser/Ethanol (→ E₁)

5. Reaktionen polarer elektronenreicher C=C-Bindungen mit Elektrophilen www.ioc-praktikum.de und polarer elektronenarmer C=C-Bindungen mit Nucleophilen

Versuch 5.6.3, Rev.1.0 2

Das Rohprodukt 3 wird aus Ethanol umkristallisiert (→ E

), Ausbeute und Schmelzpunkt sind zu bestimmen. Ausbeute an 3: 50–60%, Schmp. 184–185

°C.

1 Was ist zu beobachten?

Hinweise zur Entsorgung (E)

E₁: Wässrige Lösung mit organischen Verunreinigungen → Entsorgung (H₂O mit RH).

E₂: Wasserfreie Mutterlaugen → Entsorgung (RH).

Auswertung des Versuchs

1H-NMR-Spektrum von 3 (300 MHz, CDCl3): δ = 1.28 (6 H), 2.18 (6 H), 3.25 (4 H), 4.16 (4 H), 5.22 (1 H).

6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 [ppm] 0.0

1258.3 Hz 1251.2 Hz 1244.0 Hz 1236.9 Hz 389.8 Hz 382.7 Hz 375.6 Hz

13C-NMR Spektrum von 3 (75.5 MHz, CDCl3): δ = 14.50 (CH₃), 19.23 (CH3), 24.78 (CH2), 59.69 (CH2), 99.50 (C), 144.84 (C), 168.10 (C).

100 80 60 40 20 [ppm] 0

120 140

160 180

5. Reaktionen polarer elektronenreicher C=C-Bindungen mit Elektrophilen www.ioc-praktikum.de und polarer elektronenarmer C=C-Bindungen mit Nucleophilen

Versuch 5.6.3, Rev.1.0 3

IR-Spektrum von 3 (KBr):

100

50

0 T [%]

4000 3000 2000 1500 1000 ν~[cm^-1]

2900

1655 1690 2940

2990

3350 1630

2865

1500

* Formulieren Sie den zu 3 führenden Reaktionsmechanismus.

Weitere denkbare Reaktionsprodukte:

O O

OC₂H₅ O O

H₅C₂O

CH₃ C

H₃ N

H

NH₂ N

H₂

O O

C

H₃ CH₃

N

OC₂H₅ H₅C₂O

O O

C

H₃ CH₃

NH

OC₂H₅ H₅C₂O

O O

C

H₃ CH₃

O OC₂H₅ N

H₂ CH₃ NN N

N

A B C

D E F

* Mit welchen spektroskopischen Daten und einfachen Versuchen lassen sich A–F ausschließen?

* Diskutieren Sie die denkbaren Reaktionsmechanismen. In welchem Zusammenhang stehen A/B und C/D?

Was ist F?

Literatur, allgemeine Anwendbarkeit der Methode

An Stelle von Formaldehyd können andere aliphtische und aromatische Aldehyde eingesetzt werden.^[1–3] Das 1,4-Dihydropyridin wird mit NO/NO2 oder besser mit Ce(IV) zum Pyridin dehydriert. In Versuch 6.1.5.2 wird diese Dehydrierung durchgeführt. Literatur, auf der dieser Versuch beruht: [4].

[1] A. Hantzsch, Liebigs Ann. 1882, 215, 1–82.

[2] A.P. Phillips, J. Am. Chem. Soc. 1949, 71, 4003–4007.

[3] J. Svĕtsik, F. Tureček, V. Hanuš, J. Chem. Soc. Perkin Trans. I, 1987, 563–566.

[4] B. E. Norcoss, G. Clement, M. Weinstein, J. Chem. Educ. 1969, 46, 694–695.