Wasserfreies AlCl3 (9,7 g, 0,0724 mol) wurde in einer vor Luftfeuchtigkeit geschützten Apparatur in einer Lösung von 10 g (0,0658 mol) Vanillin in 100 ml Methylenchlorid suspendiert. Unter lebhaftem Rühren und Kühlen, um die Temperatur auf 30-35°C zu halten, werden 22,9 g (0,290 mol) Pyridin langsam zugegeben. Die Reaktion verlief heftig; die entstandene klare, hellorangefarbene Lösung des Reaktionskomplexes wurde auf Rückfluss (45°C) erhitzt und 24 Stunden lang unter Rühren auf dieser Temperatur gehalten. Die Lösung, die sich während des Rückflusses nur geringfügig verdunkelt hatte, wurde auf 25°C abgekühlt und das Produkt unter Rühren bei einer Temperatur von 25-30°C durch Zugabe von verdünnter (15-20%iger) HCl hydrolysiert, bis das Gemisch nach dem Kongorot-Indikator eindeutig sauer war. Von den beiden zu diesem Zeitpunkt vorhandenen Phasen enthielt die untere Methylenchloridschicht den größten Teil der geringen Menge des unveränderten Vanillins und im Wesentlichen keine Protocatechusäure; letztere war in der wässrigen Phase gelöst. Durch Eindampfen des Methylenchlorids wurden 0,8 g Vanillin gewonnen. Die Extraktion der wässrigen Phase mit Ether und die anschließende Verdampfung des Ethers ergab 7,9 g (87 %) blassgelbe Kristalle von Protocatechualdehyd, die bei 153-154 °C schmelzen.
Verwendete Chemikalien:
138 g Protokatechualdehyd
120 ml 50%ige wässrige NaOH-Lösung (91 g NaOH, 91 g dH2O)
500 ml Dimethylsulfoxid (DMSO)
120 ml (160 g) Dichlormethan (DCM).
Verwendete Ausrüstung:
1L RBF & Kühler (für die Methylenierung), Rührer Heizplatte mit Ölbad
500 ml RBF (für die Additionsmischung), Rührer Mantel
500-ml-Mischbecher
3L RBF & Heizer für die Wasserdampfdestillation
Geeignetes großes Gefäß zum Auffangen des Destillats (ich habe ein 2-Liter-Becherglas verwendet)
Umgerüsteter Dampfkocher & Aquarienschlauch für die Wasserdampfdestillation (mit kurzem Glasrohr & Kork)
Trichter/Kork/Glasrohr für die Zugabe von Reagenzien (jedoch nicht unbedingt erforderlich)
1-Liter-Scheidetrichter (für Dichlormethan-Extraktionen des Dampfdestillats)
Für diesen Versuch wurde keine inerte Atmosphäre verwendet.
300 ml DMSO werden in den 1-Liter-RBF gegeben, dann werden 120 ml Dichlormethan hinzugefügt. Es wird ein Rückflusskühler mit fließendem Kühlwasser hinzugefügt und das Ölbad auf 125-130 °C erhitzt.
Während das Bad erhitzt wird, wird die Additionsmischung hergestellt. 120 ml 50%ige NaOH, 138 g Protokatechualdehyd und 200 ml DMSO werden in einem 500-ml-Becherglas (mit Rührstab) zusammengebracht, es kommt zu einer gewissen Wärmeentwicklung, und das Gemisch wird einige Minuten lang auf der Heizplatte gerührt, um das Protokatechualdehyd und etwaige NaOH-Reste vollständig aufzulösen. Nach dem Auflösen wird das Gemisch in den 500-ml-RBF-Trichter gegossen (der Trichter wird mit etwas zusätzlichem DMSO ausgespült) und dann zum Erhitzen und Rühren in den 500-ml-Rührmantel überführt. Das Gemisch wurde heiß gehalten, ohne jedoch zu sieden. Bei der Zugabemischung wurde keine Temperaturmessung vorgenommen.
Mit einem Gummihandschuh als Hitzeschutz wurde die heiße 500-ml-RBF-Mischung buchstäblich in den kleinen Zusatztrichter gegossen. Zwischen den Zugaben in den Trichter wurden einige Minuten verstreichen gelassen.
Diese Wartezeit ist notwendig, weil das DCM bei der Reaktion stark kocht und den Kühler leicht überhitzen könnte, wenn die Zugaben nicht im richtigen Abstand erfolgen (außerdem ist nach Literaturangaben eine Verdünnung der Reaktanten notwendig, um die Ausbeute zu verbessern).
Insgesamt wurden etwa 40 Minuten benötigt, um die Zugabe abzuschließen. Die Reaktion wurde (unter kräftigem Rühren und gutem Rückfluss) für weitere 90 Minuten fortgesetzt, bevor man die Hitze abschaltete und das Gemisch abkühlen ließ (unter Rühren).
Nach dem Abkühlen wurde die Mischung in einen größeren Behälter umgefüllt, der für die Wasserdampfdestillation geeignet war. Ich hatte ein 3-Liter-RBF zur Hand und benutzte dieses. Vor der Wasserdampfdestillation wurde etwa ein halber Liter Wasser hinzugefügt.
Das 3-Liter-RBF wurde für die Destillation vorbereitet (unter Verwendung eines Doppelflächenkondensators für eine gute Dampfkondensationsrate) und auf Siedetemperatur gebracht, und nun wird über ein kleines Glasrohr, das fast bis zum Boden des RBF eingetaucht ist, Wasserdampf zugegeben, der ziemlich reich an Reaktionsprodukten überdestilliert:
Etwa 2 Gallonen Wasser wurden durch das Reaktionsgemisch geleitet (mit einem Schnellkochtopf als Dampfquelle) und kondensiert.
Nach dem Abkühlen kristallisiert ein Großteil des Produkts im Wasser aus und lässt sich durch Filtration leicht entfernen. Das mit Heliotropin beladene Wasser wird für eine spätere Lösungsmittelextraktion aufbewahrt. Es enthält immer noch ein paar Gramm pro Liter.
Die Gesamtausbeute an getrockneten Kristallen betrug etwa 34 Gramm.
Das gefilterte Wasser wurde mit etwa 30 ml DCM pro Liter extrahiert.
Die kombinierten DCM-Extrakte wurden zusammengeführt und zur Destillation in ein 500-ml-RBF gegeben (unter Verwendung des großen Doppelflächenkondensators).
Sobald das DCM größtenteils abdestilliert war, wurde der Kühler gegen einen kleinen Liebig-Kühler ausgetauscht und für die Vakuumdestillation eingerichtet.
Ich erwartete mehrere Fraktionen, aber der Destillierkopf stieg (unter vollem Vakuum) schnell auf 140 °C und stieg bis zum Ende der Destillation langsam auf 143 °C an. So konnte ich nur eine einzige Fraktion gewinnen,
Die Vakuumdestillation ergab 26 Gramm, weit mehr als ich erwartet hatte. Im dampfdestillierten Wasser befand sich noch etwas Produkt, als es verworfen wurde (da es immer noch stark nach Vanille/Piperonal roch). Hätte ich gewusst, dass es so viel Produkt enthielt, hätte ich mindestens 3 x 30 ml DCM-Extraktionen pro Liter durchgeführt.
Außerdem habe ich die Dampfdestillation abgebrochen, als das Destillat nicht mehr milchig/trüb aussah. Der letzte Liter sah zwar nicht mehr milchig aus, enthielt aber immer noch viele Kristalle, so dass ich die Wasserdampfdestillation wohl zu früh abgebrochen habe.
Die Gesamtausbeute betrug 60 g eines Produkts, das (in Bezug auf Farbe, Geschmack, Geruch, Textur und Schmelzpunkt) nicht von einer anderen kleinen Probe Heliotropin zu unterscheiden ist, mit der ich es verglichen habe.
Unter der Annahme, dass es sich bei diesem Produkt um reines Heliotropin/Piperonal handelt, entspricht dies einer molaren Gesamtausbeute von 40 %.
