Stefan
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Hier wird das aus Adipinsäure erhaltene Cyclopentanon mit Natriumborhydrid zu Cyclopentanol reduziert.
Es empfiehlt sich ein Arbeiten in Wasser als Lösungsmittel, da bei Verwendung von Ethanol die Aufarbeitung wesentlich aufwendiger und mit mehr Verlusten behaftet ist, da man durch eine Kolonne destillieren muss.
Für große Ansätze eignet sich aber ein Arbeiten in Ethanol besser, da man da ohne große Verluste durch eine Kolonne destillieren kann und vor allem weil da ein ständiges heftiges Rühren nicht so wichtig ist wie hier.
En Arbeiten in Wasser ist deshalb möglich weil Cyclopentanon eine gewisse Löslichkeit in Wasser aufweist und deshalb aus der organischen teilweise in die wässrige Phase übergeht wo es reduziert wird. Das Produkt besitzt ebenfalls eine begrenzte Löslichkeit in Wasser. Ständiges heftiges Rühren ist für den Erfolg ausschlaggebend.
Chemikalien:
Cyclopentanon
Natriumborhydrid
Natronlauge
Salzsäure
Kaliumcarbonat wasserfrei
Dichlormethan
Sicherheitshinweise
Natriumborhydrid ist giftig (mit Säure erfolgt äußerst heftige Wasserstoffentwicklung - Explosionsgefahr!). Cyclopentanon und Cyclopentanol sind reizend. Salzsäure, Kaliumcarbonat und Natronlauge sind ätzend. Dichlormethan ist gesundheitsschädlich.
Durchführung
4g Natriumborhydrid (ca. 0,1 mol) werden in einen 100ml- Rundkolben mit Rührfisch gegeben.
50ml destilliertes Wasser werden mit einigen Tropfen 30%iger Natronlauge versetzt, um es schwach alkalisch einzustellen (dient der Verlangsamung der Hydrolyse des NaBH4).
Dieses Wasser wird zum NaBH4 gegossen und es wird gerührt bis alles aufgelöst ist.
Die Lösung ist durch viele winzige Wasserstoffblasen leicht trüb:
Dann werden separat 0,2 mol Cyclopentanon (16,8g) abgewogen.
Die NaBH4- Lösung wird mit dem Magnetrührer auf höchster Stufe gerührt und die erste Portion (ca. 2ml) Cyclopentanon mit der Pipette zugesetzt.
Nach ein paar Sekunden kann man durch Fühlen am Rundkolben eine deutliche Temperaturerhöhung feststellen, es wird merklich warm. Dies ist ein Zeichen dass die Reaktion angesprungen ist.
Man stellt den Kolben deshalb in ein kaltes Wasserbad:
Das Cyclopentanon wird nun über einen Zeitraum von etwa 10 Minuten portionsweise mit der Pipette der Reaktionsmischung zugesetzt (man kann auch einen Tropftrichter verwenden), wobei man auf höchster Stufe rührt.
Die stark exotherme Reaktion wärmt das Wasserbad merklich auf. Im Kolben soll es nicht so heiß werden dass die Wasserstoffentwicklung mehr als nur geringfügig ist. Es ist aber erwünscht dass sich die Reaktionsmischung erwärmt, denn in der Wärme löst sich Cyclopentanon viel besser in Wasser (habe ich selbst bei der Destillation von Cyclopentanon/Wasser gesehen- bei Erhitzen zum Sieden wird das zweiphasige Gemisch einphasig).
Wenn alles Cyclopentanon zugesetzt ist rührt man noch 15 Minuten im Wasserbad und nimmt dann den Kolben heraus.
Das Gemisch wird nun 4 Stunden bei Zimertemperatur lose verschlossen auf höchster Stufe gerührt.
Nach dieser Zeit wird ein Rückflusskühler aufgesetzt und das Gemisch langsam zum Rückflusskochen erhitzt.
Dabei setzt eine lebhafte Wasserstoffentwiclung ein, was man kontrillieren kann wenn man an den oberen Schliff des Kühlers eine Waschflasche anschliesst.
Ich habe eineinhalb Stunden gekocht. Danach war die Wasserstoffentwicklung fast vollständig abgeklungen.
Das Gemisch wird abkühlen gelasssen. Dabei findet eine Phasentrennung statt.
Ich habe etwas Salzsäure zugegeben um restliches NaBH4 zu zerstören, es fand aber gar keine Wasserstoffentwicklung mehr statt. Deshalb habe ich mir das Ansäuern gespart- das macht eh nur Probleme (Borsäure kann ausfallen).
Die obere Phase wurde mit einer Pipette entnommen und die wässrige Phase noch zweimal mit je 10ml Dichlormethan extrahiert (hier ist es notwendig).
Dabei am besten das DCM nicht wie ich in die noch ca. 60°C warme Lösung gießen, das kommt nicht so gut. Vorher kühlen.
Das DCM mit Produkt bildet dabei natürlich die untere Phase.
Die organischen Phasen werden vereinigt und mit Kaliumcarbonat getrocknet. Es ist wieder eine zweistufige Trocknung erforderlich, da das Cyclopentanol viel Wasser gelöst hat.
Hier die erste Stufe, es bildet sich unten Kaliumcarbonatlösung (bemerkenswert ist dass diese Lösung eine noch höhere Dichte als das DCM hat und deshalb hier ausnahmsweise die wässrige die Schwerphase ist und das DCM die leichte Phase):
Hier die zweite Stufe, nach Abtrennen der organischen Phase und Zugabe neuen Kaliumcarbonats:
Die organische Phase wird nun langsam destilliert (ohne Kolonne). DCM und Cyclopentanol lassen sich ausreichend gut trennen.
Das Cyclopentanol geht bei 140°C über (die Temperatur blieb konstant dabei).
Hier ist das Endprodukt:
Ich erhielt 15,3g Cyclopentanol, die theoretische Ausbeute wäre 17,2g. Damit beträgt meine Ausbeute 89%.
Das Produkt sollte auf Anwesenheit von Keton geprüft werden, z.B. mit 2,4- Dinitrophenylhydrazin, welches mir aber nicht zur Verfügung stand. Das wird noch nachgeholt.
Erklärung:
NaBH4 + 4 (CH2)4CO + 2 H2O -----> 4 (CH2)4CHOH + NaBO2
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