Synthese von Valeriansäure [109-52-4]

Valeriansäure [109-52-4-A]            C5H10O2

Alle Reagenzien und Geräte müssen völlig trocken und frei von Wasser (oder Alkoholen, etc.) sein!

Durchführung: In einem 1 L Dreihalskolben werden 12.2 g Magnesiumspäne, ein winziger Kristall Iod und 170 ml über Natrium getrockneter Ether vorgelegt. Der Kolben wird mit Rückflusskühler (Trockenrohr!), Thermometer und Tropftrichter ausgestattet. In den Tropftrichter füllt man eine Mischung von 54 ml 1-Butylbromid in 90 ml wasserfreiem Ether. Zuerst lässt man unter Rühren 10-15 ml der Lösung in den Kolben laufen und wartet, bis die Reaktion anspringt. Der Rest wird anschließend unter Kühlung im Eisbad so hinzugetropft, dass die Mischung stets gelinde siedet. Nachdem alles Butylbromid hinzugegeben wurde, wird der Kolben aus dem Eisbad genommen und für 15 Minuten bei Raumtemperatur gerührt (fast alles Magnesium sollte sich zu diesem Zeitpunkt aufgelöst haben). Anschließend wird das Reaktionsgemisch in einer Eis-Kochsalz Kältemischung (-20 C) gekühlt. Der Tropftrichter wird durch ein Gaseinleitungsrohr ersetzt und es wird mit Schwefelsäure getrocknetes (2 Waschflaschen mit Schwefelsäure) Kohlenstoffdioxid (aus einer Bombe) so eingeleitet, dass die Temperatur nicht über -5 C steigt (das Gaseinleitungsrohr muss nicht in das Reaktionsgemisch eintauchen). Das Ende der Reaktion macht sich dadurch bemerkbar, dass die Temperatur auch dann, wenn man den CO2-Strom erhöht, nicht weiter ansteigt, sondern abfällt. Nachdem die Reaktion vorüber ist, wird das Reaktionsgemisch durch Zugabe von 300 ml Wasser und 75 ml konzentrierter Salzsäure hydrolysiert. Die Ether-Phase wird anschließend abgetrennt und die wässrige Phase 3 Mal mit 50 ml Ether extrahiert. Die vereinigten Etherphasen werden mit Eis versetzt und 1 Mal mit 100 ml und dann mit 50 ml 25%-iger Natronlauge extrahiert (mit Phenolphtalein prüfen, ob die wässrige Phase basisch reagiert). Die vereinigten wässrigen Phasen (enthalten das Natriumsalz der Valeriansäure) werden anschließend der Destillation unterworfen, wobei etwa 10% des Volumens abdestilliert werden um Etherreste und andere flüchtige Verbindungen zu entfernen (Destillat wird verworfen). Die Lösung wird abkühlen gelassen und danach mit konzentrierter Salzsäure angesäuert. Hierbei scheidet sich die Valeriansäure als obere, organische Phase ab. Die Valeriansäure wird abgetrennt und die wässrige Phase der Destillation unterworfen, bis sich keine öligen Tropfen mehr in der Vorlage abscheiden. Man gewinnt so eine weitere Fraktion Valeriansäure. Die vereinigten organischen Phasen werden mit wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und destilliert. Die reine Valeriansäure geht bei 182-185 C über.

Anmerkungen: (1) Bei der Durchführung hat der Experimentator das Magnesium angemörsert und im Reaktionskolben unter Vakuum mit einer Heizpistole getrocknet. Der Ether wurde mit Natriumdraht, das 1-Butylbromid über wasserfreiem Calciumchlorid getrocknet. Die Geräte wurden im Ofen ausgeheizt und warm zusammengebaut. Der Grignard ist sehr bereitwillig angesprungen.

(2) Nach einiger Zeit wurde das Reaktionsgemisch relativ dickflüssig und ließ sich nicht mehr gut rühren. Der Kolben wurde stattdessen von Zeit zu Zeit geschüttelt. Achtung: Wenn das Reaktionsgemisch dickflüssig wird, ist die Reaktion noch lange nicht abgeschlossen noch immer sorgfältig kühlen!

(3) Die Literaturausbeute beträgt 25 g für ein abgewandeltes Verfahren, bei dem Trockeneis eingesetzt wird. Die Ausbeute müsste bei diesem Verfahren noch höher ausfallen (weniger Feuchtigkeit; bessere Temperaturkontrolle), allerdings ist dem Experimentator beim Abfiltrieren des Trockenmittels die Vorlage umgekippt, wobei viel Produkt vergossen wurde. Es konnten 18 g reine Valeriansäure gewonnen werden. Das Produkt war DC einheitlich (Laufmittel: Essigsäureethylester; Färbung: 1 x Iod, 1 x Universalindikator).

Beschreibung: Farblose, übelriechende Flüssigkeit; Siedepunkt: 184-187 C; Schmelzpunkt: -34 C; n20D: 1.4085; schlecht löslich in Wasser, gut in Ethanol und Ether. Valeriansäure kommt in der Natur vor allem in Baldrianen (Valeriana) zusammen mit der isomeren Isovaleriansäure (3-Methylbutansäure) vor. Weiterhin ist sie Bestandteil der Duftmarke verschiedener Säugetiere und kommt in geringen Spuren in einer Reihe von Lebensmitteln, wie Käse, sowie im Magen von Wiederkäuern vor. Die technische Synthese von Valeriansäure erfolgt aus But-1-en durch Hydroformylierung zu Pentanal und anschließende Oxidation zur Carbonsäure. Valeriansäure wird hauptsächlich zur Herstellung ihrer Salze und Ester eingesetzt. Die Natrium- und Calciumsalze dienen als Rotentizide und Fungizide. Die durch Veresterung mit aliphatischen Alkoholen gewonnenen Valerate werden als Duftstoffe und künstliche Aromen verwendet. Die durch Veresterung mit Glycolen und Polyolen gewonnenen Verbindungen dienen als Schmierstoffe.

Quelle der Synthesevorschrift: In Anlehnung an: Vogel, Arthur I. - A Text-Book of Practical Organic Chemistry, 3. Auflage, Longman, London 1974
Quellen der Beschreibung: Römpp Online Lexikon Chemie • Brockhaus ABC Chemie, VEB F.A. Brockhaus Verlag Leipzig 1971
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Letzte Aktualisierung: 07/04/13

Andere Bezeichnungen: Pentansäure, Butylcarbonsäure, Baldriansäure