Koffeinsynthese

Die Traubesche Synthese ist ein vielseitiges Verfahren zur Synthese von Derivaten des Purins. Es ist nach dem deutschen Chemiker Wilhelm Traube benannt, der es entwickelt hat und erstmals 1900 publizierte.^[1] Es wird heute industriell genutzt, um Coffein in mehreren Schritten aus Chloressigsäure und Harnstoff herzustellen.

Reaktion

Das Bild zeigt eine Traubesche Synthese am Beispiel des Koffeins. Die Synthese findet normalerweise in industriellen Großanlagen statt und ist im Labor nicht oder nur sehr schwer möglich.

Vorstufen

Als Ausgangsstoffe der Syntheseroute werden Cyanessigsäure und Dimethylharnstoff benötigt. Die Synthese von Cyanessigsäure kann durch eine Substitutionsreaktion an Chloressigsäure mit Natriumcyanid durchgeführt werden, wobei Natriumchlorid als Nebenprodukt entsteht. Die Synthese von Dimethylharnstoff gelingt ebenfalls durch eine Substitutionsreaktion, wobei Harnstoff und Methylamin eingesetzt werden und Ammoniak als Nebenprodukt entsteht.

Synthese von Coffein

Ausgehend von Cyanessigsäure und Dimethylharnstoff beginnt die Synthese mit einer Kondensation des Aminstickstoffs an der Carboxylgruppe der Cyanessigsäure, wodurch es zur Bildung des Amids 1 kommt. Die Cyclisierung verläuft durch einen nukleophilen Angriff des zweiten Stickstoffs am Nitril, die Verbindung 2, ein Derivat des Uracils, erhalten wird. Durch anschließende Nitrosylierung mit Salpetriger Säure wird diese zur Nitrosoverbindung (3) umgesetzt, die im nächsten Schritt durch Wasserstoff am Platinkatalysator zum Amin (4) reduziert wird. Durch anschließende Formylierung einer Aminogruppe mit Ameisensäure wird 5 als Produkt erhalten, das im nächsten Schritt durch Einwirkung von Natronlauge zu dem Imidazoliumsalz 6, dem Natriumsalz des Theophyllins, cyclisiert wird. Ausgehend von diesem Salz kann Coffein durch Reaktion mit Chlormethan erhalten werden.

Quellen

1. ↑ W. Traube: Der synthetische Aufbau der Harnsäure, des Xanthins, Theobromins, Theophyllins und Caffeïns aus der Cyanessigsäure, in: Chem. Ber. 1900, 33, 3035–3056; doi:10.1002/cber.19000330352.

• J. J. McKetta, W. A. Cunningham: Encyclopedia of Chemical Processing and Design: Volume 5 - Blowers to Calcination, 1. Auflage, S. 435–437, Marcel Dekker Inc., 1977, ISBN 978-0824724559.