Zelená syntéza 4-methylumbelliferonu
Reakce:
Kumariny jsou přírodní látky vyskytující se v řadě rostlin, přičemž některé z nich
jsou užívány v tradičním léčitelství. Jejich fyzikální a chemické vlastnosti našly využití
v mnoha praktických aplikacích, od kosmetiky, slunečních krémů, laserových barviv
až po léky (např. antikoagulanty).
Umbelliferon (7-hydroxykumarin) a mnoho jeho methylovaných derivátů se vyskytuje
v rostlinách z čeledi miříkovitých (Apiaceae nebo také Umbelliferae), která
zahrnuje například mrkev, petržel, kmín nebo celer. Umbelliferony našly uplatnění
jako protizánětlivé látky, barviva a fluorescenční pH indikátory.
Kumariny je možné připravit pomocí Pechmannovy kondenzace – kysele katalyzované
reakce fenolů a β-ketoesterů.
HO OH
+
H3C O
O
resorcinol ethyl-3-oxobutanoát
CH3
O
Dowex
O OHO
CH3
4-methylumbelliferon
V našem případě je katalyzátorem iontoměnič (katex) v kyselém cyklu. Pevný
katalyzátor bude po skončení reakce oddělen filtrací a může být po regeneraci opět
použit.
Postup:
V kádince o objemu 50 cm3 smícháme 2,0 cm3 ethyl-3-oxobutanoátu, 1,60 g resorcinolu
a 2,0 g iontoměniče Dowex 50WX12. Kádinku ponoříme do vodní lázně na
vařiči vyhřáté na teplotu 80–90 ◦C. Začátek reakce poznáme podle pomalého vývoje
bublinek. Reakční směs občas promícháme skleněnou tyčinkou. Reakci ukončíme
v okamžiku, kdy se přestanou uvolňovat bublinky a směs ztuhne do podoby světle
hnědé tuhé látky (obvykle do 20 až 30 minut).
Reakční směs ochladíme, přidáme 10 cm3 acetonu a důkladně skleněnou tyčinkou
směs rozmícháme. Suspenzi přefiltrujeme přes hladký filtr. Zbylý iontoměnič ještě
propláchneme 2 × 10 cm3 acetonu. Rozpouštělo z roztoku odpaříme pomocí rotační
vakuové odparky.
Filtr se zachyceným iontoměničem dáme na Petriho misku a necháme vyschnout
v proudu vzduchu v digestoři. Na konci praktika suchý iontoměnič seškrabeme do
označené nádoby.
Odparek rozpustíme v malé objemu (přibližně 4–6 cm3) horkého 95% ethanolu
a za zahřívání přidáváme horkou vodu tak dlouho, až zpozorujeme slabý mléčný
zákal. Poté odstavíme zahřívání a roztok necháme pomalu v kádince ochladnout na
laboratorní teplotu. Vylučování krystalů produktu podpoříme mícháním roztoku a
1
jemným škrábáním tyčinky o stěnu kádinky. Vyloučenou bílou až krémově bílou sraženinu
odsajeme za sníženého tlaku a promyjeme vodou. Promytý produkt vysušíme
ve vakuové sušárně při teplotě 60 ◦C.
U produktu stanovíme bod tání a změříme infračervené spektrum. Čistotu produktu
můžeme ověřit pomocí tenkovrstvé chromatografie na destičce Silufol s použitím
dichlormethanu jako mobilní fáze. Pod UV lampou můžeme pozorovat fluorescenci
produktu (zvláště při 366 nm).
Vlastnosti:
Teplota tání 4-methylumbelliferonu je 181–183 ◦C. Látka po ozáření ultrafialovým
zářením výrazně fluoreskuje, zvláště v bazickém roztoku. Pokud chceme fluorescenci
pozorovat, rozpustíme ve dvou zkumavkách cca 20 mg produktu ve 2–3 cm3 ethanolu.
pH v jedné ze zkumavek upravíme přídavkem 2 cm3 10% roztoku Na2CO3. Porovnáme
barvu roztoků v běžném světle a pod UV lampou.
Doplňující otázky:
1. Určete teoretický a praktický výtěžek reakce.
2. Jaká je struktura iontoměniče Dowex 50?
3. Uvedená transformace zahrnuje 3 následné kroky. Které kroky to jsou?
4. Proč můžeme uvedenou syntézu považovat za zelenou?
5. Který z reagentů limituje výtěžek reakce?
6. Který plyn se během reakce uvolňuje ve formě bublinek?
2