Darstellung von Cyclopentanon aus Adipinsäure

Benötigte Chemikalien

Adipinsäure Xi    R 36    S (2)

Bariumhydroxid (bzw. Octahydrat) C    R 20/22-34     S 26-36/37/38-45

Benötigte Geräte

zwei Reagenzgläser (ein großes, ein kleines)
Becherglas
Gummistopfen mit Bohren und gekrümmten Glasrohr
Stativ mit Muffe und Klemme
Spiritusbrenner

Versuchsdurchführung

• Vorsicht, Bariumverbindungen sind giftig! Schutzbrille!
• Man befülle das große Reagenzglas etwa 2 cm hoch mit Adipinsäure und setze eine Spatelspitze Bariumhydroxid zu. Durch vorsichtiges Schütteln werden die Substanzen grob durchmischt.
• Man spanne das so befüllte Reagenzglas schräg im Stativ ein, setze den Stopfen mit dem Ableitungsrohr auf und lasse dieses etwa zur Hälfte in das kleine Reagenzglas ragen, welches in das (evtl. mit kaltem Wasser oder Eis gefüllte) Becherglas gestellt wird.
• Man stelle den auf Brenner auf mittlerer Flamme unter das Reagenzglas mit der Destillationsmischung. Die letztere schmilzt dann bald zu einer anfangs farblosen, aber trüben Flüssigkeit, die langsam dunkler wird. Verdampfende Adipinsäure formt ein paar Zentimeter hoch einen weissen Hauch auf der Glaswandung, während bald eine farblose, klare Flüssigkeit anfängt zu destillieren und sich in der Vorlage zu sammeln.
• Man destilliere bis fast zur Trockne, was einige Minuten in Anspruch nimmt. Es bleibt wenig brauner Rückstand zurück. Nach dem Löschen des Brenners nimmt man die Vorlage heraus. Es hat sich etwas das halbe Volumen der Adipinsäure in Form einer vollkommen klaren, farblosen Flüssigkeit angesammelt. Das so erhaltene Cyclopentanon zeigt einen typischen, nicht unangenehmen Geruch, der dem Cyclohexanon sehr ähnlich ist.

Entsorgung

• Das Destillat kann zur Untersuchung seiner Eigenschaften herangezogen werden und gibt die typischen Reaktionen der Ketone wieder. Es ist sonst als halogenfreier organischer Abfall zu entsorgen. Der bariumhaltige Destillationsrückstand ist schwierig zu entfernen. Am besten entsorgt man daher das ganze Reagenzglas als festen, schwermetallhaltigen Abfall.

Erklärung

Wie der obigen Formelreihe zu entnehmen ist, bildet sich aus der Adipinsäure durch Ester-Kondensation die 2-Cyclopentanoncarbonsäure. Diese ist, wie es für ß-Ketosäuren typisch ist, sehr anfällig gegenüber dem Verlust von Kohlendioxid. Genau betrachtet, reagieren natürlich unter den hier gewählten Reaktionsbedingungen jeweils die betreffenden Bariumsalze. Dass die Esterkondensation hier keine Polymere ergibt, ist leicht dadurch zu erklären, dass zum einen bei der intramolekularen Reaktion ein besonders stabiler Fünfring gebildet wird und zum anderen bei intramolekularer Reaktion die beteiligten Atome notwenigerweise nah (bzw. günstig) beieinander liegen. Man vergleiche das Verhalten anderer Dicarbonsäuren.

Fotos

Versuchsaufbau vor Beginn der Reaktion

Literatur

Adaptation einer Makrosynthese aus dem Houben-Weyl (genaue Angaben momentan nicht verfügbar).