Synthesevorschrift als PDF-File zum Ausdrucken - kriemhild

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2017 Umsetzung von Zimtsäurechlorid mit Ammoniak zu
Zimtsäureamid
C 9 H 7 ClO
(166.6)
Klassifizierung
O
Cl
NH 3
(17.0)
Reaktionstypen und Stoffklassen
Reaktion der Carbonylgruppe in Carbonsäurederivaten
Carbonsäureamid, Carbonsäurechlorid
C 9 H 9 NO
(147.2)
Arbeitsmethoden
Rühren mit Magnetrührer, Zutropfen mit Tropftrichter, Ausschütteln, Extrahieren, Abrotieren,
Umkristallisieren, Abfiltrieren, Kühlen mit Eisbad
Versuchsvorschrift (Ansatzgröße 100 mmol)
Geräte
250 mL Dreihalskolben, Rückflusskühler, Tropftrichter ohne Druckausgleich, Magnetrührer,
Magnetrührstab, 500 mL Scheidetrichter, Rotationsverdampfer, Eisbad, Vakuumpumpe
Chemikalien
trans-Zimtsäurechlorid (Schmp. 32-35°C, Sdp. 251-258 °C; 16.6 g (100 mmol)
destilliert; Produkt aus Versuch 2013)
wässrige konz. Ammoniak-Lösung (25%) 80 mL (70 g, 1.0 mol)
tert-Butylmethylether (Sdp. 55 °C) 80 mL
Essigsäureethylester (Sdp. 77 °C) 140 mL
Natriumsulfat zum Trocknen etwa 5 g
Versuchsdurchführung
In einem 250 mL Dreihalskolben mit Rückflusskühler, Magnetrührstab und Tropftrichter
ohne Druckausgleich werden 80 mL wässrige konz. Ammoniaklösung vorgelegt. Der
Reaktionskolben wird im Eisbad gekühlt. Die Lösung von 16.6 g (100 mmol) trans-
Zimtsäurechlorid in 80 mL tert-Butylmethylether wird in den Tropftrichter überführt und
unter Rühren so zugetropft, daß die Reaktion nicht zu heftig wird (ca. 30 min). Anschließend
wird noch 30 min bei Raumtemperatur gerührt. Es fällt ein feiner weißer Niederschlag aus,
der aber nicht abgetrennt wird.
1
O
NH 2
Januar 2004

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Aufarbeitung
Der Inhalt des Reaktionskolbens wird in einen 500 mL Scheidetrichter überführt. Der Kolben
wird zunächst mit etwa 50 mL Wasser und anschließend mit 50 mL Essigsäureethylester
ausgespült. Diese Waschflüssigkeiten werden ebenfalls in den Scheidetrichter gegeben. Man
schüttelt kräftig durch und trennt die Phasen. Die wässrige Phase wird noch dreimal mit je
30 mL Essigsäureethylester ausgeschüttelt und zunächst aufbewahrt.
Die vereinigten organischen Phasen werden über Natriumsulfat getrocknet, das Trockenmittel
wird abfiltriert und das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer abdestilliert. Als Rückstand
bleibt das Zimtsäureamid als weißer Feststoff. Dieser wird im Hochvakuum bis zur Gewichtskonstanz
getrocknet.
Ausbeute: 12.0 g (81.5 mmol, 82%); Schmp. 146-148 °C; HPLC-Reinheit über 99%
Das Produkt kann aus Wasser umkristallisiert werden; es muss anschließend sehr gründlich
im Hochvakuum getrocknet werden, bis alles Wasser entfernt ist (Gewichtskonstanz des
Produkts).
Ausbeute: 10.8 g (73.4 mmol, 73%); Schmp. 147-148 °C. Spektren und HPLC unterscheiden
sich nicht vom nicht umkristallisierten Produkt.
Aus der wässrigen Phase kann man nach Ansäuern durch erneutes Ausschütteln mit zweimal
je 50 mL Essigsäureethylester, Trocknen der organischen Phase mit Natriumsulfat und Abrotieren
des Lösungsmittels etwa 200 mg eines weißen Feststoffs isolieren, der zu etwa 80% aus
Zimtsäureamid und 20% aus Zimtsäure besteht (siehe Analytik). Die wässrige Phase enthält
keine mit den angegebenen HPLC-Bedingungen nachweisbaren Substanzen mehr. Nach dem
Abrotieren des Wassers bleibt ein fester Rückstand, der vorwiegend aus Ammoniumchlorid
besteht.
Anmerkungen
Setzt man bei der Reaktion das rohe nicht destillierte Zimtsäurechlorid ein (13.5 g, vgl.
Versuch 2013), erhält man das Zimtsäureamid ohne Umkristallisation in einer Ausbeute von
9.65 g (65.6 mmol, 66% bezogen auf die eingesetzte Zimtsäure (14.8 g, 100 mmol)).
Beim Zutropfen des Zimtsäurechlorids zur konz. Ammoniaklösung darf man keinen
Tropftrichter mit Druckausgleich verwenden, weil die Ammoniakdämpfe sonst in die
Säurechloridlösung hochsteigen, dort zu Amid reagieren, das ausfällt und den Tropftrichter
verstopft. Man kann die Säurechloridlösung auch mit einer Spritze durch ein Septum zugeben.
Abfallbehandlung
Entsorgung
Abfall Entsorgung
abdestilliertes Lösungsmittelgemisch Lösungsmittel, halogenfrei
wässrige Phase Lösungsmittel-Wasser-Gemische, halogenhaltig
Natriumsulfat Feststoffabfall, quecksilberfrei
wässrige Mutterlauge Lösungsmittel-Wasser-Gemische, halogenfrei
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Januar 2004

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Zeitbedarf
Etwa 2 Stunden ohne Umkristallisieren
Unterbrechungsmöglichkeit
Vor und nach dem Ausschütteln
Schwierigkeitsgrad
Leicht
Versuchsvorschrift (Ansatzgröße 10 mmol)
Geräte
100 mL Dreihalskolben, Rückflusskühler, Tropftrichter ohne Druckausgleich, Magnetrührer,
Magnetrührstab, 100 mL Scheidetrichter, Rotationsverdampfer, Eisbad, Vakuumpumpe
Chemikalien
trans-Zimtsäurechlorid (Schmp. 32-35°C, Sdp. 251-258 °C; 1.66 g (10.0 mmol)
destilliert; Produkt aus Versuch 2013)
wässrige konz. Ammoniak-Lösung (25%) 10 mL (8.7 g, 125 mmol)
tert-Butylmethylether (Sdp. 55 °C) 10 mL
Essigsäureethylester (Sdp. 77 °C) 40 mL
Natriumsulfat zum Trocknen etwa 1 g
Versuchsdurchführung
In einem 100 mL Dreihalskolben mit Rückflusskühler, Magnetrührstab und Tropftrichter
ohne Druckausgleich werden 10 mL wässrige konz. Ammoniaklösung vorgelegt. Der
Reaktionskolben wird im Eisbad gekühlt. Die Lösung von 1.66 g (10.0 mmol) trans-
Zimtsäurechlorid in 10 mL tert-Butylmethylether wird in den Tropftrichter überführt und
unter Rühren so zugetropft, daß die Reaktion nicht zu heftig wird (ca. 15 min). Anschließend
wird noch 30 min bei Raumtemperatur gerührt. Es fällt ein feiner weißer Niederschlag aus,
der aber nicht abgetrennt wird.
Aufarbeitung
Der Inhalt des Reaktionskolbens wird in einen 100 mL Scheidetrichter überführt. Der Kolben
wird zunächst mit etwa 10 mL Wasser und anschließend mit 10 mL Essigsäureethylester
ausgespült. Diese Waschflüssigkeiten werden ebenfalls in den Scheidetrichter gegeben. Man
schüttelt kräftig durch und trennt die Phasen. Die wässrige Phase wird noch dreimal mit je
10 mL Essigsäureethylester ausgeschüttelt.
Die vereinigten organischen Phasen werden über Natriumsulfat getrocknet, das Trockenmittel
wird abfiltriert und das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer abdestilliert. Als Rückstand
bleibt das Zimtsäureamid als weißer Feststoff. Dieser wird im Hochvakuum bis zur Gewichtskonstanz
getrocknet.
Ausbeute: 1.15 g (7.81 mmol, 78%); Schmp. 146-148 °C; HPLC-Reinheit über 99%
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Januar 2004

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Das Produkt kann aus Wasser umkristallisiert werden; es muss anschließend sehr gründlich
im Hochvakuum getrocknet werden, bis alles Wasser entfernt ist (Gewichtskonstanz des
Produkts).
Ausbeute: 900 mg (6.12 mmol, 61%); Schmp. 147-148 °C. Spektren und HPLC unterscheiden
sich nicht vom nicht umkristallisierten Produkt.
Anmerkungen
Setzt man bei der Reaktion das rohe nicht destillierte Zimtsäurechlorid ein (1.4 g, vgl.
Versuch 2013), erhält man das Zimtsäureamid vor der Umkristallisation in einer Ausbeute
von 1.05 g (71.4 mmol, 71% bezogen auf die eingesetzte Zimtsäure (1.48 g, 10.0 mmol)).
Beim Zutropfen des Zimtsäurechlorids zur konz. Ammoniaklösung darf man keinen
Tropftrichter mit Druckausgleich verwenden, weil die Ammoniakdämpfe sonst in die
Säurechloridlösung hochsteigen, dort zu Amid reagieren, das ausfällt und den Tropftrichter
verstopft. Man kann die Säurechloridlösung auch mit einer Spritze durch ein Septum zugeben.
Abfallbehandlung
Entsorgung
Abfall Entsorgung
abdestilliertes Lösungsmittelgemisch Lösungsmittel, halogenfrei
wässrige Phase Lösungsmittel-Wasser-Gemische, halogenhaltig
Natriumsulfat Feststoffabfall, quecksilberfrei
wässrige Mutterlauge Lösungsmittel-Wasser-Gemische, halogenfrei
Zeitbedarf
Etwa 1.5 Stunden ohne Umkristallisieren
Unterbrechungsmöglichkeit
Vor und nach dem Ausschütteln
Schwierigkeitsgrad
Leicht
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Januar 2004

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Analytik
HPLC
Probenvorbereitung: 0.1 mg Substanz werden in 1 mL Acetonitril gelöst.
HPLC-Bedingungen:
Säule: Phenomenex Luna C18; Partikelgröße 3 µm, Länge 150 mm, Innendurchmesser 4.6 mm
Säulentemperatur: 25 °C
Injektionsvolumen: 5.0 µL
Gradient: 0 min 5% Acetonitril + 95% Wasser (+ 0.0059% Trifluoressigsäure)
40 min 95% Acetonitril + 5% Wasser (+ 0.0059% Trifluoressigsäure)
50 min 95% Acetonitril + 5% Wasser (+ 0.0059% Trifluoressigsäure)
Flow: 1.0 mL/min
Wellenlänge: 220 nm
Der Prozentgehalt wurde jeweils aus den Peakflächen bestimmt.
HPLC I vom Produkt vor dem Umkristallisieren
mAU
800
700
600
500
400
300
200
100
0
13.073
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
HPLC II vom Extrakt aus der angesäuerten wässrigen Phase
mAU
800
700
600
500
400
300
200
100
0
13.059
17.653
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Retentionszeit (min) Verbindung
Flächen-Prozent
HPLC I HPLC II
13.1 Zimtsäureamid 100 80
17.7 Zimtsäure 20
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min
min

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H NMR-Spektrum vom vom Reinprodukt Reinprodukt (250 (250 MHz, DMSO-D6)
12
11
10
9
8
7
(ppm)
6
7.6
δ (ppm) Multiplizität Kopplungskonstante (Hz) Anzahl H Zuordnung
6.61 d JAB = 15.9 1 HA
7.13 breites s 1 NH (nur eines)
7.2 – 7.6
innerhalb des
Multipletts:
m 7 NH + CH Aromat +HB
7.42
d
JAB = 15.9 1 von den 7
Die Signale bei ppm < 4 stammen von DMSO, Wasser und tert-Butylmethylether.
1 H NMR-Spektrum von Zimtsäure (250 MHz, CDCl3) (Zum Vergleich)
12
11
10
9
8
7
(ppm)
6
δ (ppm) Multiplizität Kopplungskonstante (Hz) Anzahl H Zuordnung
6.48 d JAB = 16.0 1 HA
7.35 – 7.65 m 5 CH Aromat
7.82 d JAB = 16.0 1 HB
10.8 breites s 1 OH
8.0
5
5
7.4
6
4
4
7.5
7.2
(ppm)
3
(ppm)
3
7.0
7.0
2
2
6.8
1
1
6.5
6.6
0
HB
0
H
H
B
B
H A
H A
O
O
NH 2
OH
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H NMR-Spektrum NMR-Spektrum vom Extrakt Extrakt der der angesäuerten angesäuerten wässrigen wässrigen Phase Phase
(Gemisch aus Zimsäureamid und Zimtsäure) (250 MHz, DMSO-D6) DMSO-D6)
7.6
12
(ppm)
Aus den beiden Dubletts der olefinischen Protonen HA HA
von Säure und Amid bei 6.53 und 6.60 ppm lässt sich
grob ein Verhältnis von 25 zu 75 abschätzen (vgl. 20 zu 80 im HPLC).
13
C NMR-Spektrum NMR-Spektrum vom Reinprodukt Reinprodukt (Zimtsäureamid) (Zimtsäureamid) (250 MHz, MHz, DMSO-D6)
180
11
7.2
(ppm)
160
10
6.8
140
δ (ppm) Zuordnung
122.31 = CH – CONH2
127.52 CH Aromat
128.90 CH Aromat
129.42 CH Aromat
134.86 Cquart Aromat
139.16 – CH = CH – CONH2
166.68 – CONH2
38.5-40.5 Lsgm.
9
6.4
8
120
7
100
(ppm)
6
80
5
7
4
60
3
40
2
20
1
0
0
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IR-Spektrum vom Reinprodukt (KBr)
Transmission [%]
80
60
40
20
0
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
W ellenzahl [cm -1 ]
Wellenzahl (cm -1 ) Zuordnung
3375, 3175 N – H – Valenz
3084 = C – H – Valenz,
1665 C = O – Valenz, Amid
1634
1610 C = C – Valenz, Alken
1580, 1495 C = C – Valenz, Aromat
1450
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