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Vanilloide Duftstoffe Teil II: Phenolether
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Vanilloide Duftstoffe Teil II: Phenolether

Vanillin und sein Analog Ethylvanillin zeichnen sich durch mehrere Reaktivitätszentren im Molekül aus. Diese sind vor allem die Aldehyd-Gruppe, das Phenol und der aktivierte und elektronenreiche aromatische Ring. Im ersten Teil meines Projekts hatte ich bereits die OH-Gruppe des Vanillins und Ethylvanillins mit Essigsäure bzw. Benzoesäure verestert, um sie zu schützen. Weiterhin wurden in Position 5 halogenierte Derivate synthetisiert. Diese werden in Zukunft Verwendung zur Synthese komplizierterer vanilloider Stoffe finden. Neben der Esterbildung kann die OH-Gruppe außerdem verethert werden. Einige solche Verbindungen sollen im Zuge dieses 2. Teils des Projekts hergestellt werden. Diese zeichnen sich wie die Ausgangsstoffe durch jeweils charakteristische Gerüche aus. So ist Veratrumaldehyd (3,4-Dimethoxybenzaldehyd, in diesem Artikel nicht behandelt) ein weit verbreiteter Duftstoff mit holzig-vanilliger Note.


Geruchseigenschaften des Veratrumaldehyds (Quelle: thegoodscentscompany.com).


Geräte: Bechergläser, Erlenmeyerkolben, Rundkolben, Rückflusskühler, Magnetheizrührer, Öl- oder Sandbad, Scheidetrichter, Rotationsverdampfer, Filterzubehör, Möglichkeit zur Vakuumtrocknung, Zubehör für die Dünnschichtchromatographie, UV-Lampe.


Chemikalien:

Vanillin (Xi)




Ethylvanillin (Xi)



Ethylbromid (F, Xi, Xn)



1-Butyliodid (F, T)



Aceton (F, Xi)



Kaliumcarbonat, wasserfrei (Xi)



Kaliumiodid (Xn)



Ethylacetat (F, Xi)



Toluol (F, Xi, Xn)



Natronlauge 1M (C)



____________



O-Ethylvanillin (Xi)



O-Ethylethylvanillin (Xi)



O-Butylvanillin (Xi)




Hinweis: Die verwendeten Alkylierungsmittel sind giftig! Die krebserregende Wirkung von Ethylbromid wurde im Tierversuch bewiesen. Letzteres ist zudem hochflüchtig. Es muss in einem Abzug oder im Freien gearbeitet werden.


Durchführung:


4-Ethoxy-3-methoxy-benzaldehyd (O-Ethylvanillin):

In einem 500 mL Rundkolben werden 30,4 g (0,20 mol) Vanillin in 200 mL Aceton gelöst und unter Rühren mit 27,6 g (0,20 mol) wasserfreiem Kaliumcarbonat und 5,00 g Kaliumiodid versetzt, wobei nach einiger Zeit eine gelbliche Suspension entsteht. Dann werden 21,8 g (14,9 mL, 0,20 mol) Ethylbromid in einem Schwung hinzugegeben. Sofort wird ein Rückflusskühler aufgesetzt und die Mischung für 12 Stunden im Sandbad rückflussgekocht, wobei das Kühlwasser eine Temperatur zwischen 0 und 5°C haben sollte. Auf der Öffnung des Rückflusskühlers wird dabei ein Septum mit eingestochener Kanüle (Druckausgleich) angebracht. Ist das Vanillin nach den 12 Std. noch nicht vollständig umgesetzt (wie in meinem Fall) werden weitere 11 g EtBr eingebracht und weiter gekocht. Schließlich lässt man die Reaktionsmischung leicht abkühlen und filtriert unlösliche Bestandteile ab. Das Lösungsmittel wird am Rotationsverdampfer abgezogen und der erhaltene gelbe Rückstand in Ethylacetat aufgenommen. Die Lösung wird mit Wasser, 3x ausgiebig mit 1M NaOH-Lösung (bis keine Gelbfärbung der wässrigen Phase mehr auftritt) im Scheidetrichter gewaschen und schließlich über Natriumsulfat getrocknet. Letzteres wird nach ca. 15 min. abfiltriert und das Filtrat eingedampft. Die erhaltenen gelblichen Kristalle werden aus ca. 25 mL heißem Toluol umkristallisiert, wobei schöne, farblose Kristalle entstehen.

Ausbeute: 13,5 g (38% d.Th.)

Geruch: Leicht mild-holzig-herber Geruch mit sehr schwacher Ähnlichkeit zu Vanillin.



Noch unerhitztes Reaktionsgemisch.


Das Ethylbromid.


Rückflusskochen der Mischung.


DC-Analyse nach 12 Stunden (Petrolether/EtOAc 3:1).


Ausgeschütteltes Vanillin-Phenolat färbt wässrige Phase gelb.


Rohprodukt aus EtOAc abrotiert.


Umkristallisiertes Produkt.


3,4-Diethoxybenzaldehyd (O-Ethylethylvanillin):

Ähnlich wie in der ersten Vorschrift werden 16,6 g (0,10 mol) Ethylvanillin, 13,8 g (0,10 mol) Kaliumcarbonat, 8,30 g Kaliumiodid und 13,5 g (0,125 mol) Ethylbromid in ca. 150 mL Aceton unter Eiskühlung des Kühlwassers rückflussgekocht. Nach 14 Stunden (nahezu vollständiger Umsatz schien erreicht) wird die abgekühlte Suspension filtriert, das Filtrat einrotiert und der Rückstand in Ethylacetat aufgenommen. Die erhaltene Lösung wird mit Wasser und 3x ausreichend 1M NaOH gewaschen und über Natriumsulfat getrocknet. Das Filtrat wird vom Lösungsmittel befreit und der Rückstand über Nacht vakuumgetrocknet. Es ergibt sich eine leicht gelbliche, ölige Flüssigkeit mit einem Schmelzpunkt von 22 °C, die aber nur widerwillig zu kristallisieren scheint. Nach Ankratzen des Kolbens von innen, Kühlung im Eisbad und darauf folgender Lagerung bei 15°C für 1-2 Wochen trat Kristallisation ein. Da der Schmelzpunkt schon bei Raumtemperatur liegt, muss die Substanz kalt gelagert werden.


Ausbeute: 15,6 g (80% d.Th.)

Geruch: Süßlich-penetranter Geruch mit würzigen Nuancen.



Die Reaktionsmischung.


Filtrat nach Entfernen des Kaliumcarbonats.


DC-Analyse nach einer Std. RT und 14 h Rückflusskochen (rechts).


Restliches Et-Vanillin färbt wässrig-alkalische Phase gelb.


Trocknung der organischen Phase.


Festes O-Ethylethylvanillin.



4-Butoxy-3-methoxy-benzaldehyd (O-Butylvanillin):

In einem 50 mL Rundkolben werden 0,76 g (5,00 mmol) Vanillin und 3,50 g (25,0 mmol) Kaliumcarbonat vorgelegt und in 10 mL Acetonitril gelöst/suspendiert. Unter Rühren werden 0,92 g (5,00 mmol) 1-Butyliodid injiziert und die Reaktionsmischung 6 Stunden rückflussgekocht. Es wird filtriert, das Filtrat einrotiert und der erhaltene Rückstand mit ca. 4-5 mL Petrolether versetzt. Hierbei entstehen zwei Phasen, wobei die untere das Produkt und die obere Petrolether mit restlichem 1-Butyliodid enthält. Die untere Phase wird in Ethylacetat aufgenommen, mit Wasser und falls nötig mit NaOH 1M gewaschen, mit Natriumsulfat getrocknet und filtriert. Das Filtrat wird einrotiert und der braun-ölige Rückstand durch Kratzen mit einem Spatel und Kühlen in einem Eisbad zum Erstarren gebracht. Die Kristalle werden kurz mit wenig Petrolether/Toluol gewaschen und im Vakuum getrocknet. Da das so erhaltene Produkt immer noch seltsam roch und bräunlich gefärbt war, wurde es weiter per Säulenchromatographie aufgereingt (Eluierungsmittel: Petrolether/Ethylacetat 9:1). Dabei erhält man zuerst das gewünschte Produkt und einige Zeit später kleinere Mengen eines unbekannten Nebenprodukts. Die Produkt-Fraktionen werden einrotiert, um das reine O-Butylvanillin als farbloses Öl bzw. weiße Kristalle zu erhalten.


Ausbeute: Nur ca. 100mg, da der Großteil des Produkts schon vorher bei Umkristallisationsversuchen verbraucht wurde.

Geruch: Leider kaum wahrnehmbar...



DC-Analyse (Cyclohexan/EtOAC 3:2) nach ca. 4 Std. (rechts andere Reaktion).


Abgekühlte Reaktionsmischung.


Trocknung der organischen Phase.


Das rohe Produkt.


DC des rohen Produkts (Mitte und rechts untersch. Konz. an Produkt, links Vanillin).


Während der Säulenchromatographie.


DC-Analyse der Säulenfraktionen (Verunreinigungen ca. bei FR8-10).


Das aufgereinigte Produkt.

Entsorgung:

Die Abfälle werden in einem Behälter für organischen Müll gesammelt und einem Entsorgungsunternehmen zugeführt. Kleinere Mengen Vanillin, Aceton und Salze wie Kaliumiodid, Kaliumcarbonat können in den Ausguss gegeben werden.


Erklärung:

Die Veretherung von phenolischen Aldehyden mit einem Alkylierungsmittel und Kaliumcarbonat in Aceton ist eine bewährte Methode im Laboralltag. Obwohl in diesem Fall der niedrige Siedepunkt des Ethylbromids ein effektives Aufheizen der Reaktionsmischung auf den Siedepunkt von Aceton verhindern kann, kann durch langes Kochen eine gute Umsetzung erreicht werden. Allerdings hat sich gezeigt, dass die nötigen Rückflusszeiten für eine quantitative Umsetzung über 20 Stunden liegen könnten. Es obliegt daher der durchführenden Person, in welchem Stadium der Abbruch der Reaktion am sinnvollsten erscheint. Die Reaktion selbst ist eine SN2-Reaktion eines Phenolats- welches durch Deprotonierung eines Phenols mit Kaliumcarbonat gebildet wird- mit einem elektropositiven Alkylhalogenid. Aceton und vor allem Acetonitril sind geeignete Lösungsmittel, da sie polar- aber aprotisch sind und damit solche Reaktionen fördern. Die Reaktivität der Alkylhalogenide steigt in einer generellen Betrachtung vom Chlorid bis zum Iodid. In einer Gleichgewichtsreaktion reagieren Alkylchloride- oder Bromide mit salzartigen Iodiden zu reaktiveren Alkyliodiden (Finkelstein-Reaktion), was zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit beiträgt.

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Interessant, Ich habe mal noch ein XI-Symbol bei Vanillin ergänzt.

Bei dem ersten Präparat filtrierst du das Natriumdsulfat als Trocknungsmittel nach 15 Minuten ab. Das kommt mir sehr kurz vor. Reicht das, oder ist das ein Schreibfehler?
Das Lösungsmittel rotierst du jedesmal ab. Könnte man es auch abdestillieren oder wären dabei Verluste zu befürchten?

Und ... wie ich sehe verwendest auch du demineralisiertes Wasser aus Kanistern, die dann zur Aufnahme von Abfällen dienen Mr. Green


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Hatte eigentlich schon „Xi“ eingegeben, aber das hat sich irgendwie immer wieder gelöscht ...

Natriumsulfat bindet Wasser zwar nicht so schnell wie Magnesiumsulfat, aber um den gröbsten Teil Wasser rauszubekommen reichen 15 Minuten meiner Meinung nach locker aus. Das abortieren ist nicht notwendig, Destillation kann ohne Verluste gemacht werden.

Wegen dem Kanister: Klar, so muss ich mir keine extra kaufen!
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Vanadium hat Folgendes geschrieben:
Hatte eigentlich schon „Xi“ eingegeben, aber das hat sich irgendwie immer wieder gelöscht ...

Ist mir auch so gegangen. Das kommt vermutlich daher, dass Vanillin hier im forum irgendwo ohne Gefahrenzeichen gespeichert ist. Ich habe es eingefügt, indem ich das Symbol einzeln unter den Chemikaliennamen kopiert habe.

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sind Nitrile aus Vanillin eigentlich auch potenzielle Duftstoffe?
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Meinst du damit Vanillylnitril (4-OH-3-OMe-Phenylacetonitril)? Ich bin mir ziemlich sicher, dass diese Verbindung einen Geruch aufweist, recherchiert habe ich hierzu aber noch nicht, da ich noch einige andere Derivate im Blick habe. Very Happy

Zitat:
Ist mir auch so gegangen. Das kommt vermutlich daher, dass Vanillin hier im forum irgendwo ohne Gefahrenzeichen gespeichert ist. Ich habe es eingefügt, indem ich das Symbol einzeln unter den Chemikaliennamen kopiert habe.


Achso, das hab ich nicht gewusst. Vielen Dank! Very Happy
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Vanadium hat Folgendes geschrieben:
Meinst du damit Vanillylnitril (4-OH-3-OMe-Phenylacetonitril)? Ich bin mir ziemlich sicher, dass diese Verbindung einen Geruch aufweist, recherchiert habe ich hierzu aber noch nicht, da ich noch einige andere Derivate im Blick habe. Very Happy


Nein ich meinte eher das 4-OH-3-OMe-Benzonitril. Die Aldehydfunktionalität lässt sich mit Hydroxylamin recht gut direkt in ein Nitril umwandeln. (was dann auch nach Verseifung zur Carbonsäure eine interessante Alternative für Oxidationsempfindliche Moleküle darstellt die man nicht direkt attackieren kann...)
"Einen" Geruch hat praktisch alles, sogar Wasser (wir haben uns nur zu gut daran gewöhnt und merken es nicht mehr Wink ) ob es ein intensiver und im weitesten Sinne als angenehm zu bezeichnender wäre ist eine andere Frage Smile
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Nitrile nutzt man gerne um den Geruch der Aldehydverbindungen zu stabilisieren, sprich ein Molekül unempfindlicher gegenüber Sauerstoff/Basen zu machen und gleichzeitig den Geruch zu erhalten. Diese Vorgehensweise ist für alkylische Aldehyde typisch. Unter den üblichen Parfum-Durftstoffen ("Common Fragrances") sind Arylnitrile weniger zu finden, sie werden aber, aufgrund ihrer Alkalistabilität, in Seifenparfums eingesetzt.

Hier mal eine kleine Übersicht einiger typischer, nitrilhaltiger Duftstoffe, wobei man die Herkunft aus den bekannten Aldehyden deutlich sehen kann:


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NI2 hat Folgendes geschrieben:
Hier mal eine kleine Übersicht einiger typischer, nitrilhaltiger Duftstoffe, wobei man die Herkunft aus den bekannten Aldehyden deutlich sehen kann:


thx, klingt nach "ist doch glatt einen Versuch wert" Smile
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NI2
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Gerade das Citronellylnitril... Ich würde hier vielleicht die Umsetzung der Aldehyde mit Hydroxylamin Hydrochlorid in DMSO (doi: 10.1055/s-0030-1261181) empfehlen, die direkt und vor allem sanft die Nitrile in hohen Ausbeuten liefert.

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mhhh... Citronellal hab ich gerade nicht vorrätig und ob ich die Bude mit Zitronenduft fluten möchte... mal sehen Smile
Aber ja, die Vorschrift kenne ich und meinte ich.
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Zitat:
Nein ich meinte eher das 4-OH-3-OMe-Benzonitril. Die Aldehydfunktionalität lässt sich mit Hydroxylamin recht gut direkt in ein Nitril umwandeln. (was dann auch nach Verseifung zur Carbonsäure eine interessante Alternative für Oxidationsempfindliche Moleküle darstellt die man nicht direkt attackieren kann...)
"Einen" Geruch hat praktisch alles, sogar Wasser (wir haben uns nur zu gut daran gewöhnt und merken es nicht mehr Wink ) ob es ein intensiver und im weitesten Sinne als angenehm zu bezeichnender wäre ist eine andere Frage


Achso, okay. Die Verbindung wäre aufgrund der hohen Vanillin-Analogie natürlich hochinteressant. Leider befinde ich mich nicht im Besitz von Hydroxylamin Salzen, ich halte schon ewig nach ihnen Ausschau. Mit Geruch meine ich einen solchen, der eben nennenswert ist... Very Happy

BTW scheine ich das O-Butylvanillin entweder nicht vollständig sauber zu bekommen oder es riecht einfach nur sehr unangenehm. Ich habe nur noch einige mg, die ich vllt. einer Säulenchromatographie unterziehen werde, um reine Substanz zu erhalten, die dann "olfaktorisch eindeutig evaluiert" werden kann... Very Happy Das O-Ethylethylvanillin ist jetzt übrigens doch noch kristallisiert, es scheint trotz allem recht rein zu sein (sagt auch die DC).

Zitat:
Nitrile nutzt man gerne um den Geruch der Aldehydverbindungen zu stabilisieren, sprich ein Molekül unempfindlicher gegenüber Sauerstoff/Basen zu machen und gleichzeitig den Geruch zu erhalten. Diese Vorgehensweise ist für alkylische Aldehyde typisch.


Genau, so etwas ähnliches hatte ich auch noch im Kopf... Very Happy
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Hab jetzt auch die Aufreinigung des Butylethers gemacht. Will jemand mal darübersehen und ggf. verschieben? Very Happy Weitere Kritik und Anregungen sind willkommen!
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