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Verfahren zurDarstellung von Oxyzimtsäuren Nachdem durch Knoev enagels
Untersuchungen bekanntgeworden war, daß sich Aldehyde leicht mit Malonsäure kondensieren
lassen, wurde diese `Methode vor allem zur Darstellung von substituierten Acry lsäuren
von verschiedenen Seiten ausgearbeitet. Man erhitzteAldehyde und Malonsäure in Pyridinlösung
unter Zusatz von ein wenig Piperidin auf dem Wasserbade und konnte so sehr viele
Zimtsäurederiv ate in sehr guter Ausbeute darstellen. Auch eine direkte Mischung
von je einem Mol. Trioxybenzaldehyd, Malonsäure und Piperidin soll durch Erhitzen
auf dem Wasserbad zur Kondensation mit guter Ausbeute geführt haben, eine zahlenmäßige
Angabe findet sich jedoch nicht. Die Ferulasäure soll sich nach der zuerst genannten
Methode durch i i/..stündiges Erhitzen auf dem Wasserbad mit 73prozentiger Ausbeute
darstellen lassen. Demgegenüber findet sich die Angabe, daß aromatische Oxyaldehyde
ganz allgemein für die Knoevenagelsche Synthese wenig geeignet seien. Es wurden
oft außerordentlich geringe Ausbeuten erhalten. Man suchte diese z. T. durch Anwendung
der Carbäthoxyderivate der Aldehyde zu verbessern, allerdings ohne wesentlichen
Erfolg. Für eine technische Darstellung kommt ein solches Verfahren mithin nicht
in Betracht. Bei einer Untersuchung dieser Kondensationsreaktionen mit Oxyaldehyden
zeigte es sich, daß die schlechten Ausbeuten durch Abspaltung auch des zweiten Moleküls
Kohlendioxyd unter Bildung von substituierten Vinylbenzolen zustande koniinen, wie
es auch schon früher vermutet worden war. Dadurch erklärt sich, daß die Ausbeuten
immer schlechter werden, je länger man die Ansätze auf dem Wasserbade erhitzt. So
war die Ausbeute an Kaffeesäure bei einer Erhitzungsdauer von :2 Stunden 34,2'/"
von 3 Stunden 21,5'1" während nach 15 Minuten Erhitzen noch 53,5
% d. Th. gefunden wurden. Außerdem wird die Kaffeesäure um so unreiner, je
länger man erhitzt.
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Es zeigte sich nun, claß im Gegensatz zu früheren Annahmen die Oxygruppen
die Knoevenagelsche Synthese absolut nicht verlangsamen bzw. hindern, sondern die
Kondensation mit Oxyaldehyden findet sehr leicht auch schon bei niederer Temperatur
als ioo° statt. Es zeigte sich weiterhin, daß man diese Tatsache verwenden kann,
um die Ausbeute bei Erhöhung der Reinheit der gebildeten Verbindungen ganz beträchtlich
zu steigern. Schon bei Zimmertemperatur findet eine Kondensation zu substituierten
Zimtsäuren statt, die bei Verwendung von Piperidin als Katalysator in etwa 3 Wochen,
bei Verwendung von Anilin in einigen Tagen vollständig ist. Oxybenzalmalonsäuren
bilden sich nicht, wie denn auch bekanntlich bei der Kondensation von Benzaldehyd
mit Malonsäure schon bei Zimmertemperatur Kohlendioxyd abgespalten .wird, wenn man
in Pyridinlösung arbeitet. Befindet sich eine Oxygruppe in o-Stellung zur Aldehydgruppe,
so können Cuinarincarbonsäureri entstehen, wie schon Kn,oevenagel fand.
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Man kann die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen, wenn man die Temperatur
so weit steigert, daß zwar eine Kondensation erfolgt, ein wesentlicher Zerfall aber
noch nicht stattfindet. Diese Temperatur liegt für Kaffeesäure
etwa
zwischen 5o und 6o°, für p-Oxybenzoesäure und Kaffeesäureglucosid bei etwa 75 bis
8o°, sie ist also um so niedriger, je mehr OH-Gruppen der Aldehyd enthält. Die erforderliche
Reaktionsdauer ist durch Versuche leicht festzustellen. Einen guten Anhaltspunkt
liefert das Aufhören der Kohlendioxydentwicklung am Ende der Reaktion. Die Möglichkeit,
die Ansätze so kurze Zeit auf höhere Temperaturen zu erhitzen, daß zwar die Kondensation
erfolgt ist, die Abspaltung des zweiten Moleküls Kohlensäure jedoch in möglichst
geringem Umfange stattgefunden hat, ist wegen der Abhängigkeit von Zufälligkeiten
der weniger guten Ausbeute und Reinheit der Substanzen nicht zu empfehlen.
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Es hat sich weiterhin bestätigt, daß ein molekulares Verhältnis zwischen
den reagierenden Stoffen und der als Katalysator zugesetzten Base nicht nötig ist,
wenn in Pyridinlösung gearbeitet wird. Es genügen vielmehr sehr geringe Mengen davon.
Auch ohne jeden Zusatz findet schon eine Kondensation statt; diese Arbeitsweise
liefert sogar besonders reine Substanzen.
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Wie schon erwähnt, kommen als Katalysatoren hauptsächlich Piperidin
und Anilin in Frage; mit letzterem verlaufen die Reaktionen etwa siebenanal so schnell
wie mit Piperidin. Das Lösungsmittel und die unverbrauchte Malonsäure können auf
bekannte Weise wiedergewonnen werden.
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Die Ausbeuten des Verfahrens sind ausgezeichnet; sch-an durch Eingießen
der Ansätze in verdünnte Salzsäure kann man oft etwa 8o0/, d. Th. erhalten. Durch
bekannte Maßnahmen, wie Ausäthern der Lösungen oderEntfernen des dieLöslichkeit
erhöhenden Pyridins, kann die Ausbeute in geeigneten Fällen beträchtlich gesteigert
werden. Die Reinheit der Substanzen ist für die meisten Zwecke schon ohne Umkristallisieren
ausreichend, besonders wenn das Ausgangsmaterial sich gut in Wasser löst, wie z.
B. Protocatechualdehyd.
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Da die Empfindlichkeit der Oxyzimtsäuren mit der Anzahl der OH-Gruppen
zunimmt, sind, wie in der Einleitung erwähnt, bei der Ferulasäure, die nur eine
freie OH-Gruppe aufweist, gelegentlich befriedigende Ausbeuten in der Literatur
angegeben. Abgesehen davon, daß die Angaben sich widersprechen, konnte durch besondere
Vergleichsversuche nachgewiesen werden, daß das vorliegende Verfahren auch in diesem
Falle bessere Ausbeuten und vor allem reinere Substanz liefert als die bekannten
Verfahren. Noch ausgeprägter macht,sich der Vorteil des neuen Verfahrens natürlich
beispielsweise bei der Kaffeesäure geltend.
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Die Möglichkeit der Darstellung von Oxysubstituierten Zimtsäuren auf
so glatte und saubere Weise ist für die chemische Synthese sehr vorteilhaft. DerartigeVerbindungen
sind häufig Bestandteile von Naturprodukten, sie können also als Zwischenprodukte
für deren Darstellung dienen. Ausführungsbeispiele 1. 5 g Vanillin und 7,5 g Malonsäure
werden in 16 ccm Pyridin gelöst (vorsichtiges Erwärmen schadet nicht) und 0,4 ccm
Piperidin zugegeben: darauf wird die Mischung bei gewöhnlicher Temperatur (etwa
2o°) stehengelassen. Nach 3 Wochen wird die Mischung in überschüssige etwa 2 n Salzsäure
gegossen (um die Basen zu binden). Nach kurzer Zeit kristallisiert reine Ferulasäure
aus. Ausbeute 465g, d. i. 73 % d. Th. vom Fp. i73° korr.
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2. Eine Lösung von 5 g Protocatechualdehyd und 7,5 g Malonsäure in
16 ccm Pyridin und 0,25 ccm Piperidin wird 4 Wochen bei Zimmertemperatur
stehengelassen. Die Aufarbeitung erfolgt durch Eingießen in verdünnte Salzsäure.
Ausbeute an Kaffeesäure 5,1 g vom Fp. 2o2°, gelber Farbe und den in der Literatur
angegebenen Eigenschaften. Aus der Mutterlauge nachgefallen: o,4 g, zusammen also
5,5 g, d. i. 85 % d. Th.
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3. 5 g Protocatechualdehyd-ß-d-glucosid (Ann. Chem. 518, 22I) werden
mit 6 g Malonsäure zusammen in 16 ccm Pyridin gelöst und 0,25 ccm Piperidin
zugegeben. Die Mischung wird 12 Stunden auf 78° erwärmt, dann in essigsäurehaltigen
Äther gegossen, das dabei ausfallende Glucosid der Kaffeesäure durch Lösen in wenig
Alkohol und Fällen mit Äther gereinigt und schließlich aus Wasser umkristallisiert.
Die Substanz enthält i Mol. Kristallwasser, das erst bei i inm Druck über P20;,
bei etwa iio° (sied. Toluol) abgegeben wird. Fp. der farblosen, kristallwasserhaltigen
Substanz 14.5° korr., [a1 =-8o° (wasserfreie Substanz in Wasser),
[x] - - 114' (wasserfrele Substanz in n/2 Na O H), Ausbeute 6o % d. Th.