Flourierung, Diazotierung

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 1479

Hallo an alle,

es handelt sich um die folgende Synthese (siehe Anhang). Habe ich hier den Mechanismus korrekt gezeichnet? Was macht das Wasser in der Reaktion genau? Warum setzen wir Wasser überhaupt ein?

Nobby · Moderator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 6782 Wohnort: Berlin

Die Bildung des Nitrosylkations ist nicht ganz richtig.
Zuerst bildet sich salpetrige Säure aus der Tetrafluorborsäure und dem Natriumnitrit.

NaNO2 + HBF4 => HNO2 + NaBF4.
Einfacher Kationentausch. Die stärkere Säure verdrängt die schwächere. Da wird keine NaOH abgespalten.
Den Rest dann:
Hier der Mechanismus der Balz-Schiemann Reaktion für die Fluorierung von Aromaten.

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Balz-Schiemann-Reaktion

Warum das Methylamin das Fluor verdrängen soll am Ende ist auch nicht klar.

OC-Gast · Gast

Das Wasser ist das Lösungsmittel für das Natriumnitrit,welches zur Erzeugung der HNO2 in situ dient.
Das Diazioniumsalz wird hier nicht isoliert,die Substitution durch das Fluorid erfolgt im Reaktionsgemsch.

OC-Gast.

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 1479

Vielen Dank für eure Rückmeldung!

Also meint ihr das so?

Nobby · Moderator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 6782 Wohnort: Berlin

In der ersten Zeile H3O+ schreiben oder H+. Da Natrium ist nur Zuschuer.
1. Schritt aus dem Salz wird die salpetrige Säure gebildet
2. Dann wird diese nochmals protoniert und das Nitrosyl gebildet und Wasser abgespalten. Als Anion fungiert das Tetrafluoroborat.

Man könnte auch schreiben

NaNO2 + 2 HBF4 => NaBF4 + (NO+ BF4-) + H2O

Am Ende wird immer noch das Fluor durch Methylamin ersetzt. War die Aufgabe ein Methylaminderivat zu erzeugen oder das Fluoroprodukt.

OC-Gast · Gast

Nobby · Moderator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 6782 Wohnort: Berlin

Ok, dann sollte man die Überschrift ändern, denn dort steht nur was von Fluorierung und Diazotierung.

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 1479

Wie das versteh ich nicht Nobby. Warum H2O+ in der ersten Zeile?
Und OC-Gast, warum lösen wir CH3NH2 in Ethanol? Was ist der Sinn der Sache? EtOH ist ja auch ein Nucleophil, das kann ja rein theoretisch auch angreifen, oder?

Nobby · Moderator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 6782 Wohnort: Berlin

H3O+ oder H+ nicht H2O+
Du hast einen Angriff von Wasser formuliert, was dann OH- abspaltet. Wir sind aber im saurer Umgebung.
Es wird keine NaOH abgespalten.

Und Ethanol ist Lösungsmittel, der kann kein Fluor verdrängen.

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 1479

Aber wieso H3O+? Von wo kommt dieses H3O+? Es wird doch wasser abgespalten.

Edit: Welche Nebenreaktionen könne hierbei noch entstehen? Mich würde interessieren, welche Nebenprodukte hier entstehen können.

OC-Gast · Gast

Wasser ist zwar Teil des Lösungsmittelgemisches,aber da die relevante Reaktion im sauren Bereich erfolgt,wird die Bildung von HNO2 aus Natriumnitrit mit H+,bzw. H3O+ formuliert.
Das H+ stammit hier von Tetrafluoridoborsäure,welche als stärkere Säure(vgl. mit HNO2) das Nitrit protoniert.Ein weiteres H+ ist für die Protonierung von HNO2 und Bildung von NO+ notwendig,die HBF4 dürfte hier im ausreichenden Überschuß vorhanden sein.

OC-Gast.

OC-Gast · Gast

Geht es dir um die gesamte Reaktionsfolge,also auch die Umsetzung mit Methylamin oder nur die Fluorierung über das Diazonium-Salz?
Allgemein wäre wie bei der Azokupplung zu schauen,ob Triazene gebildet werden oder das Diazonium-Kation mit einem anderen Aromaten kuppelt.
Die Nitrophenylgruppe sollte jedoch zu elektronenarm sein für die Kupplung.

OC-Gast.

Nobby · Moderator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 6782 Wohnort: Berlin

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 1479

Also meinst du's so? Und ich habe vergessen die gesamte Synthese hochzuladen, also das wäre das Produkt (siehe Anhang).

Mich würde auch noch interessieren welche Nebenreaktionen hier auftreten können? Kann es sein dass die nitrophenyl Gruppe igrendwie als Abgangsgruppe eliminiert wird? Weil wir haben diese Reaktion im Labor synthetisiert und haben nicht das gewünschte Produkt erhalten. Jetzt würde ich gerne wissen, welche Produkte sonst so entstehen könnten.

Nobby · Moderator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 6782 Wohnort: Berlin

Noch ein Fehler es wird H2O nicht H3O+ abgespalten.

Das Methylamin soll offensichtlich nicht nur das Fluor substituieren sondern auch die Esterfunktionen verseifen.

OC-Gast · Gast

OC-Gast · Gast

Nachtrag:in der letzten Struktur ist ein C zuviel im Guanin-Gerüst(unsauber gezeichnete C=N-Gruppe).

OC-Gast.

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 1479

Also so, oder?
und was macht eigentlich das EtOH? Wieso wird CH3Me in Ethanol gelöst?

Nobby · Moderator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 6782 Wohnort: Berlin

Organische Lösemittel wie Alkohol lösen halt besser als Wasser.

OC-Gast · Gast

In Ergänzung:das Ethanol ist nicht nur für das Methylamin das Lösungsmittel,sondern auch für das zur Trocken vorher gebrachte Rohprodukt.Beachte,daß Methylamin unter Normalbedingungen ein Gas ist.
Dagegen sind die 8-molaren Lösungen in (abs.) Ethanol käuflich zu erwerben.

OC-Gast.

OC-Gast · Gast

Nachtrag:habe nochmal geschaut bzgl. der p-Nitrobenzylgruppe.
Es gibt bestimmte Amide,die damit N-benzyliert waren und basisch(mit 20-%iger NaOH) debenzyliert werden konnten.
Es könnte daher schon möglich sein,daß hier bei der Umsetzung mit Methylamin auch diese Gruppe abgespalten wird.
Da wäre es hilfreichmwirklich alle Informationen zur Reaktion(am besten von anfang an) hier zu posten.
Wenn der letzte Schritt in der Aufarbeitung(nach der Umsetzung mit MeNH2) das Einengen bis zur trockne im Vakuum sein soll(mit anschl. chromato-graphischer Aufreinigung),müßte dort auch das entstandene N-Methylacetamid entfernt werden(Sdp. gut 200°C bei Normaldruck).

OC-Gast.

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 1479

Vielen Dank für die Erklärung OC-Gast.
Ich lade mal die ganzen Informationen hoch.
Mich würde auch noch interessieren, warum genau 10 Equivalente HBF4 und warum 2,50 Equivalente NaNO2. Was passiert wenn man weniger oder mehr als 10 eq. HBF4 bzw NaNO2 gibt? Ich würde gerne die ganzen Zusammenhänge verstehen. Ich glaube da spielen auch die mesomeren Effekte eine Rolle.

Nobby · Moderator Anmeldungsdatum: 20.10.2014 Beiträge: 6782 Wohnort: Berlin

Im Screenshot ist ein Fehler. Es kommt das Ausgangsprodukt Amin wieder raus. Die Esterfunktionen sind auch noch da. Laut der Tabelle endet die Sache beim Fluorprodukt.
Warum genau 10 bzw. 2,5 eq. Keine Ahnung. Jedoch wird HBF4 benutzt einmal HNO2 freizusetzen und dann weiter zu protonieren um das Nitrosylkation zu bilden. Muss also im Überschuss sein.

OC-Gast · Gast

Zum Fehler mit -NH2/-NHMe hat Nobby schon geschrieben.
Ist das Schema von dir oder vorgegeben?
Danach jedenfalls wird hier nur am ende die nucleophile Substitution des F durch NHMe beschrieben,es erfolgt keinerlei weitere Reaktion(weder Aminolyse der Ester noch Hydrolyse der Nitrobenzylgruppe.
Die "Vorschrift" selbst finde ich teils merkwürdig.
Auf der einen Seite werden Masse und besonders Volumina sehr genau angegeben,auf der anderen Seite wird weder die Menge an Edukt genannt,noch das Volumen der Methylamin-Lösung.
Die Stoffmengenverhältnisse der Reaktanden sind in der regel durch verschiedene Reaktionen als "optimal" ermittelt worden,allein aus einer Reaktionsgleichung ist das nicht immer zu erkennen.
Der Überschuß an HBF4 kann u.a. zur Vollständigkeit der Umsetzung dienen.

OC-Gast.

fragenstellen123 · Anmeldungsdatum: 19.02.2021 Beiträge: 1479

Die Vorschrift wurde eigentlich vorgegeben und ich habe sie übernommen, aber ich habe einen Fehler eingebaut. Natürlich werden auch die Ester-Gruppen entschützt. Ich frage mal sicherheitshalber nach, ob die Vorschrift so korrekt ist. Dann melde ich mich hier wieder.

Aber was mich noch interessiert OC-Gast: Wie sieht der Mechanismus der Hydrolyse der Nitrobenzylgruppe aus?

OC-Gast · Gast

Wie gesagt,bei der "Vorschrift" fehlen Mengenangabe zum Edukt und der Methylamin-Lösung.
Die Eduktmenge ergibt such u.U. aus einer vorangegangenen Synthese,aber bei der Methylamin-Lösung ist nur eine Konzentration gegeben,kein Volumen.
Damit kann man nichts nachkochen.
Bei der Abspaltung der p-NBn-Gruppe kann ich nur spekulieren.
Die oben erwähnte Hydrolyse von z.B. N-benzylierten Amiden im Basischen
(A New Method for the Cleavage of Nitrobenzyl Amides and Ethers
Tetrahedron Lett. 2014 Nov 19; 55(47): 6467–6469. )
soll über die Oxidation des Benzylanions gehen,welches dann als Hemiaminal)oder Hemiacetal) hydroylisiert.
Wenn das hier auch passieren sollte,erhielte man als Beiprodukt 4-Nitrobenzylalkohol.
Der hat einen noch viel höheren Siedepunkt als N-Methylacetamid.
Letzteres ließe sich im HV noch gut bei ca. 30-40°C entfernen,der Benzyalkohol nicht,ginge nichr chromatographisch.

OC-Gast.