13.13: Carbonsäuren zu Methylestern: Alkylierung mit Diazomethan

Carbonsäuren reagieren mit Diazomethan in einem Ether-Lösungsmittel durch Alkylierung am Carboxylat-Sauerstoffatom zu Methylestern der entsprechenden Säure mit ausgezeichneter Ausbeute.

Diazomethan ist ein gelbes Gas mit einem Siedepunkt von −23 °C. Es wird bequem durch Einwirkung einer Base auf N-Methyl-N-nitrosoharnstoff oder N-Methyl-N-nitrosotoluolsulfonamid hergestellt.

Der Veresterungsmechanismus beinhaltet die Protonierung von Diazomethan durch die Carbonsäure, um ein Carboxylatsalz und ein Methyldiazoniumkation zu bilden. Das Methyldiazoniumkation ist aufgrund der Anwesenheit von N≡N, das als hervorragende Abgangsgruppe fungiert, äußerst instabil.

Im letzten Alkylierungsschritt erzeugt ein S_N2-Angriff des Carboxylat-Anions auf das Methyldiazonium-Ion einen Methylester, zusammen mit der Eliminierung von N_2-Gas.

Diazomethan ist jedoch ein potenziell explosives Gas und erfordert Vorsichtsmaßnahmen bei der Handhabung und Lagerung. Bei Kontakt mit rauen oder zerkratzten Oberflächen kommt es zu einer spontanen Detonation. Daher werden bei Reaktionen mit Diazomethan häufig flammpolierte Glasgeräte und ein Explosionsschutz empfohlen. Darüber hinaus ist Diazomethan hochgiftig und krebserregend.

Diazomethan zersetzt sich in Gegenwart von Wärme oder Licht, wodurch Carbene entstehen und Stickstoff abgespalten wird.

Carbonsäuren werden nach der Behandlung mit Diazomethan einer Alkylierung unterzogen, um Methylester zu erhalten.

Diazomethan, ein gelb gefärbtes Gas, das aus Vorläufern wie N-Methyl-N-Nitrosoharnstoff und einer Base erzeugt wird, ist ein Resonanzhybrid aus drei dipolaren Strukturen.

Mechanistisch wird Diazomethan durch Carbonsäure protoniert, um ein Carboxylatanion und ein Methyldiazoniumkation zu erzeugen.

Das Methyldiazonium-Kation ist eine extrem instabile Spezies, die Distickstoff enthält – eine ausgezeichnete Abgangsgruppe.

Als nächstes greift das nukleophile Carboxylat-Anion das Methyldiazonium-Kation über einen S_N2-Mechanismus an, um Methylester bei gleichzeitiger Freisetzung von Stickstoffgas zu erhalten.

Beachten Sie, dass die Veresterung über den nukleophilen Carboxylatsauerstoff der Carbonsäure erfolgt. Im Gegensatz dazu handelt es sich bei der säurekatalysierten Fischer-Veresterung um einen elektrophilen Carbonylkohlenstoff, der schließlich mit der nukleophilen Alkoxygruppe des Alkohols reagiert.

Eine der Anwendungen der Alkylierung durch Diazomethan ist der Nachweis von Kokain in einer Urinprobe. Hier wird Benzoylecgonin – ein Metabolit von Kokain im Urin – in einen geeigneteren Methylester umgewandelt, der durch massenspektrometrische Analysen nachgewiesen werden kann.

Methyl ester formation – Carboxylic acids react with diazomethane to form methyl esters. Diazomethane – A yellow, explosive, carcinogenic gas used for esterification. SN2 alkylation – Carboxylate ion attacks methyldiazonium to form ester and release N₂. Methyldiazonium ion – Unstable intermediate with N≡N as a leaving group. Safety precautions – Diazomethane must be handled with flame-polished glassware and a blast shield.

Define the Reaction – Describe how diazomethane reacts with carboxylic acids to form esters (e.g., methyl ester) Identify Key Intermediates – Recognize the role of methyldiazonium and carboxylate in the mechanism (e.g., methyldiazonium) Explain Product Formation – Show SN2 attack yields methyl ester and N₂ elimination (e.g., SN2) Explain Mechanism or Process – Outline proton transfer, ion formation, and nucleophilic attack Apply in Context – Handle diazomethane with care due to its toxicity, explosiveness, and carcinogenic nature

What is the role of methanol in diazomethane-based methyl ester formation? How does SN2 alkylation with diazomethane produce methyl esters from carboxylic acids? What safety precautions are necessary when using diazomethane for ester synthesis?

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