Lophin (2,4,5-Triphenylimidazol, CAS-Nr. 484-47-9) ist eine sehr interessante Substanz. Bekannt ist sie seit 1877, in diesem Artikel wurde auch bereits die originale Synthese von Radziszewski ausgehend von Hydrobenzamid sowie die Chemolumineszenz vorgestellt. Die Synthese durch Pyrolyse und Luftoxidation von Hydrobenzamid ist allerdings relativ unangenehm durchzuführen (schwer kontrollierbare hohe Temperaturen, Rauchentwicklung), reich an möglichen Nebenprodukten und niedrig in der Ausbeute. Radziszewski selbst stellte bereits 1882 einen anderen Syntheseweg vor, bei dem Benzil und Benzaldehyd in mit Ammoniak gesättigtem Ethanol in guter Ausbeute zu Lophin umgesetzt werden [1].
Ein anderer historischer Syntheseweg (Kulisch, 1896 in Wien) geht schließlich im Rahmen der Konstitutionsaufklärung von Benzoin und Benzamidin aus [4].
Davidson, Weiss und Jelling studierten 1937 das Thema unter dem Titel "The Action of Ammonia on Benzil" ewtas breiter und zeigten auf, dass Benzil alleine sich mit einem Überschuss an Ammoniumacetat als Stickstoff-Quelle in Essigsäure in 90%iger Ausbeute zu Lophin umsetzen lässt. Setzt man equimolare Mengen Benzil und Benzaldehyd mit Ammoniumacetat in Essigsäure um, so kann Lophin in quantitativer Ausbeute erzielt werden. [2] Dieser Syntheseweg soll hier beschrieben werden.
Geräte:
250 ml Rundkolben, Rückflusskühler, Magnetrührer, Ölbad, Filternutsche, Bechergläser
Chemikalien:
Essigsäure
Ammoniumhydroxid
Ammoniumacetat
Benzil
Benzaldehyd
Ethanol
2,4,5-Triphenylimidazol
Durchführung:
5,25 g Benzil (25 mmol), 2,5 ml Benzaldehyd (25 mmol) und 10 g Ammoniumacetat (130 mmol) wurden in einem 250 ml Rundkolben vorgelegt und unter Erwärmen und Rühren in 100 ml Essigsäure aufgelöst. Dann wurde am Ölbad 90 Minuten lang unter Rückfluss gekocht. Die anfangs stark gelb gefärbte Lösung verblasste dabei ein wenig in der Farbintensität. Nachdem die Reaktionsmischung ausgekühlt war, wurde sie in ein 600 ml Bechergalas mit 200 ml dest. Wasser gegossen bzw. der Kolben mit weiteren 100 ml dest. Wasser nochmal nachgespült und ebenfalls dazu gegossen. Dabei fiel sofort ein weißlich-gelber Niederschlag aus, der anfangs sehr fein war bzw. klebrige Ablagerungen am Glas bildete. Nach ca. einer Stunde Stehen im Kühlschrank unter gelegentlichem Umrühren hatte sich jedoch ein gut filtierbarer, fester Niederschlag gebildet. Das Rohprodukt wurde abgenutscht und das klare Filtrat mit der berechneten Menge an konz. Ammoniumhydroxid neutral bis schwach basisch gestellt. Dabei fiel noch eine kleine weitere Fraktion an Rohprodukt an, die ebenfalls nach Auskühlen und Stehenlassen abgenutscht und mit der ersten vereinigt wurde. Das hellgelbe Rohprodukt wurde einen Tag lang an der Luft getrocknet (Rohausbeute 7,5 g = 101,3 % d.Th. - es roch noch leicht nach Essigsäure, war also noch nicht ganz trocken).
Zur Umkristallisation wird in der Literatur mehrheitlich Ethanol empfohlen, mitunter auch Methanol. Da 2,4,5-Triphenylimidazol auch in siedendem Ethanol nur mäßig gut löslich ist und auch der Unterschied in der Löslichkeit zur Kälte nicht sehr groß ist, würde klassisches Umkristallisieren viel Lösungsmittel erfordern und dabei sehr viel Produkt verloren gehen. Daher wurde das Rohprodukt mit ca. 250 ml siedendem Ethanol ausgekocht, vom Bodensatz dekantiert und die Lösung kristallisieren gelassen. Nach dem Abnutschen wurde der Bodensatz erneut mit der Mutterlauge ausgekocht und wieder nach Dekantieren auskristallisiert. Beim dritten Mal war bereits alles Produkt gelöst, nun wurde auf ca 150 ml eingedampft bevor kristallisieren gelassen wurde. Für eine vierte Fraktion wurde die Mutterlauge auf ca. 50 ml eingeengt und kristallisieren gelassen. Die letzten beiden Fraktionen wurden zur Entfernung von Rückständen aus der nun schon aufkonzentrierten, gelben Mutterlauge mit wenig Ethanol nachgewaschen. Erhalten wurden dabei Fraktionen von perlmuttweißem, schimmerndem Produkt. Das Produkt hat eine feine fasrige Kristallstruktur die beim Abnutschen auf der Fritte verfilzt - man erhält einen Filterkuchen der wie feuchter Karton zusammenhält. Abschließend wude nach kurzer Lufttrocknung im Vakuumexsikkator 24h über Silicagel getrocknet.
Ausbeute: 6,57 g (88,7 % d.Th.)
Schmelzpunkt 274 - 277 °C (Lit.: 275 - 277 °C)
Entsorgung:
Abfälle kommen zu den organischen halogenfreien Abfällen.
Erklärung:
Das erforderliche Benzil kann ebenfalls aus Benzaldehyd über Benzoin als Zwischenschritt hergestellt werden. Insgesamt lässt sich so aus praktisch nur einem einfachen Ausgangsprodukt eine sehr schöne mehrstufige Synthese aufbauen. Die weitere Umsetzung von Lophin zum Dimer, einer photochromen und piezochromen Substanz, ist hier beschrieben.
Setzt man in der Lophin-Synthese statt Benzaldehyd Formaldehyd (in Form von Hexamethylenetetramin) oder Acetaldehyd (in Form von Paraldehyd) ein, so erhält man nach gleichem Schema auch 4,5-Diphenylimidazol (4,5-Diphenylglyoxalin) bzw. 2-Methyl-4,5-Diphenylimidazol, ebenfalls in hoher Ausbeute. Der Syntheseweg ermöglicht also Zugang auch zu anderen substituierten Imidazolen. Abgesehen davon dass das Arbeiten in Essigsäure einfacher ist als das Sättigen von heißem Ethanol mit Ammoniak wie es Radziszewski betrieben hat, so funktionieren die letzteren beiden Synthesen mittels des Ansatzes in Ethanol/Ammoniak nur mit schlechter Ausbeute - hier liegt also ein weiterer wesentlicher Vorteil des Ansatzes von Davidson, Weiss und Jelling. Es gibt auch eine neuere Publikation von S. Das Sharma et al. [3] in der ebenfalls aus Benzil, Benzaldehyd und Ammoniumacetat in verschiedenen Lösungsmitteln und mittels diverser Katalysatoren (Metallsalze) eine Synthese bei Raumtemperatur beschrieben ist. Die Ausbeuten dort lagen jedoch lediglich bei 40-80% und Reaktionszeiten von 8-24 Stunden, hier ist also kein Vorteil zu sehen.
Bilder:
Beginnende Reaktion - es sind noch nicht alle Reaktanden aufgelöst
Abgeschlossene Reaktion - eine klare, leicht gelbe Lösung
Das durch Verdünnen in Wasser ausgefällte Rohprodukt
Die Nachfällung mit konz. Ammoniak
Das luftgetrocknete, noch leicht gelbe Rohprodukt
Auskochen des Rohprodukts mit heißem Ethanol
Das fertige, gereinigte Produkt
Schmelzpunktbestimmung mit einfacher Thiele-Apparatur
DC des fertigen Produkts
Literatur:
[1] Ber. Dtsch. Chem. Ges., 1882, 15, 1493–1496.
[2] J. Org. Chem., 1937, 02(4), pp 319–327
[3] Tetrahedron Letters 49 (2008) 2216–2220
[4] Monatshefte für Chemie, 17, 300 (1896).
Ich gehe mal davon aus, dass zunächst das Vollaminal des Benzaldehyds gebildet wird (katalysiert durch die Essigsäure), dieses dann mit Benzil zum doppelten Imin reagiert, welches dann wiederum durch Protonenabspaltung am benzylischen Kohlenstoff zum aromatischen Imidazol tautomerisiert?
soooo kompliziert war die Vorschrift auch wieder nicht...?
