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Gabriel-Synthese


Bei der Gabriel-Synthese handelt es sich um eine Namensreaktion in der Organischen Chemie, die nach ihrem Entdecker Siegmund Gabriel (1851–1924) benannt wurde. Sie ist eine chemische Methode zur selektiven Herstellung primärer Amine durch die Spaltung von Phthalimiden. Eine historisch interessante Variante dieser Synthese ist die bereits 1889[1] erfolgte synthetische Darstellung von α-Aminosäuren.

Übersichtsreaktion

Kaliumphthalimid reagiert mit einem Halogenalkan zu N-Alkylphthalimid, welches in mehreren Reaktionsschritten zu einem primären Amin reagiert.

Mechanismus

Im ersten Schritt reagiert Kaliumphthalimid mit einem Halogenalkan (hier mit Brom) zu N-Alkylphthalimid. Im nächsten Schritt wird zu N-Alkylphthalimid Hydrazin gegeben.[2] Bei dieser sogenannten Ing-Manske-Variante entstehen ein cyclisches Phthalhydrazid und ein primäres Amin. Diese Hydrazinolyse wird für einige Stunden in siedendem Ethanol durchgeführt. Dabei treten unter milden Bedingungen meistens keine Nebenreaktionen auf. Neben der Hydrazinolyse kann die Aminsynthese auch durch Hydrolyse durchgeführt werden, welche allerdings nur sehr langsam oder unter drastischen Bedingungen abläuft.[3] Die Aminolyse verläuft wegen der benachbarten freien Elektronenpaare im Hydrazin besser, da die Nucleophilie größer ist (α-Effekt).

Varianten

Verseifung

Neben der Hydrazinolyse ist die Verseifung eine weitere Methode zur Herstellung primärer Amine. Der erste Reaktionsschritt verläuft dabei identisch. Im zweiten Reaktionsschritt reagiert das N-Alkylphthalimid mit einer Lauge zu einem Phthalsäureanion und zu einem Alkylamin.

Reaktion mit Brommalonsäureester

Wenn man anstelle von Halogenalkanen Brommalonsäureester als Substrat verwendet, sind α-Aminosäuren zugänglich. Der erste Teil des Reaktionsmechanismus gleicht dem der Verseifung, nur dass der Rest R durch Malonsäureester ersetzt wird. Die folgende Abbildung zeigt den weiteren Reaktionsschritt (Verseifung) von dem Aminmalonsäureester zur α-Aminosäure Glycin.

Der N-Phthalimidomalonsäureester kann mit einer Vielzahl von Alkylhalogeniden oder α,β-ungesättigten Carbonylverbindungen alkyliert werden, sodass unterschiedliche α-Aminosäuren dargestellt werden können.

Praktische Bedeutung

Die Gabriel-Synthese wurde entwickelt, da die Synthese primärer Amine aus Halogenalkanen und Ammoniak in der Regel nicht möglich ist. Das intermediär entstehende primäre Amin reagiert als besseres Nucleophil schneller mit dem Halogenalkan weiter als es aus Ammoniak gebildet wird, sodass aus dem Reaktionsgemisch nur sehr geringe Mengen an primären Amin isoliert werden können. Tertiäres Amin und quartäres Ammoniumsalz würden die Hauptprodukte darstellen.

Die Gabriel-Synthese ist ein reines Laborverfahren. Wegen der Bildung stöchiometrischer Mengen mehrerer Abfallstoffe ist die Atomökonomie der Gabriel-Synthese so schlecht, dass niemand eine technische Synthese für primäre Amine basierend auf dieser Reaktion realisiert.

Eine andere Darstellungsmöglichkeit für primäre Amine mit höherer Atomökonomie verläuft über die Umsetzung des Halogenalkans mit Natriumazid zum Alkylazid, aus dem dann reduktiv (etwa mit Lithiumaluminiumhydrid) das primäre Amin gewonnen werden kann. Unter Kettenverlängerung verläuft die Umsetzung des Halogenalkans mit Natriumcyanid mit anschließender Reduktion zum primären Amin.

Einzelnachweise

  1. L.F. Fieser, M. Fieser, Lehrbuch der organischen Chemie, Verlag Chemie, 3. Auflage, 1957.
  2. L. Kürti, B. Czakó: Strategic Applications Of Named Reactions In Organic Synthesis. Elsevier Academic Press, USA 2005, S. 182.
  3. T. Laue, A. Plagens: Namens- und Schlagwortreaktionen der Organischen Chemie. Teubner Verlag, 2006, ISBN 3-8351-0091-2, S. 146–149.

Literatur

  • Laue, T.; Plagens, A.: Namen- und Schlagwort-Reaktionen der Organischen Chemie. 3. Auflage. Stuttgart: Teubner Studienbücher Chemie (1998).

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Quelle: Wikipedia - http://de.wikipedia.org/wiki/Gabriel-Synthese (Vollständige Liste der Autoren des Textes [Versionsgeschichte])    Lizenz: CC-by-sa-3.0

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