2-Ethyl-2-oxazolin

2-Ethyl-2-oxazolin (EtOx) ist ein 2-Oxazolin-Derivat und ein cyclischer Imidsäureester. Die Verbindung findet Verwendung insbesondere als Monomer zur kationischen ringöffnenden Polymerisation zu Poly(2-alkyloxazoline)n, die als gut wasserlösliche und biokompatible Materialien für biomedizinische Anwendungen untersucht werden.

Strukturformel
Allgemeines
Name	2-Ethyl-2-oxazolin
Andere Namen	2-Ethyloxazolin 2-Ethyl-4,5-dihydro-1,3-oxazol
Summenformel	C5H9NO
Kurzbeschreibung	farblose bis schwach gelbe Flüssigkeit
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 10431-98-8 EG-Nummer 233-912-4 ECHA-InfoCard 100.030.817 PubChem 66412 Wikidata Q26218964
Eigenschaften
Molare Masse	99,13 g·mol^−1
Aggregatzustand	flüssig
Dichte	0,982 g·cm^−3 bei 25 °C
Schmelzpunkt	−62 °C
Siedepunkt	124–125 °C 128,4 °C 128–130 °C
Dampfdruck	10 hPa (8 mmHg) bei 20 °C 6 mmHg bei 20 °C
Löslichkeit	mischbar mit Wasser, Ethanol und Diethylether löslich in Acetonitril, Toluol, Nitrobenzol und 1,2-Dichlorethan
Brechungsindex	1,437 bei 20 °C 1,4376 bei 20 °C
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Achtung H- und P-Sätze H: 226​‐​302+312+332 P: 210​‐​280​‐​301+312+330​‐​302+352+312​‐​304+340+312
Toxikologische Daten	3086 mg·kg^−1 (LD50, Ratte, oral)
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

Herstellung

Aus Propionsäure und -derivaten

Aus Carbonsäuren, Carbonsäureestern, Carbonsäureamiden und Nitrilen sind mit 2-Aminoalkoholen durch Erhitzen auf 200 °C unter Dehydratisierung die entsprechenden N-(2-Hydroxyalkyl)carbamide zugänglich, die bei weiterem Erhitzen auf 260–280 °C unter erneuter Wasserabspaltung in 2-Alkyl-2-oxazoline übergehen.

Synthese von 2-Ethyl-2-oxazolin aus Carbonsäurederivaten

So wird aus Propionsäure und Monoethanolamin (MEA) zunächst N-(2-Hydroxyethyl)propionamid in 74%iger Ausbeute gebildet, das in ca. 75%iger Ausbeute zu 2-Ethyl-2-oxazolin dehydratisiert werden kann.

Synthese von 2-Ethyl-2-oxazolin über N-(2-Hydroxyethyl)propionamid

Weniger drastische Reaktionsbedingungen erfordert die Dehydratisierung des N-(2-Hydroxyethyl)propionamids im Vakuum in Gegenwart von Eisen(III)-chlorid, das Produkt in 90%iger Ausbeute liefert.

Noch höhere Ausbeuten von 96,2 % werden durch Erhitzen mit Zinkacetat-Dihydrat erzielt.

Eine als Eintopfreaktion ökonomische Route ist das Erhitzen des Salzes der Propionsäure mit Ethanolamin auf 200 °C im Vakuum in Gegenwart von Zinkchlorid-dihydrat, die 2-Ethyl-2-oxazolin in einer Ausbeute von 82 % liefert. Reines 2-Ethyl-2-oxazolin kann aus dem wasserhaltigen Destillat durch Extraktion mit Diethylbenzol und anschließende Destillation isoliert bzw. durch Destillation mit Diethylphosphit oder Dimethyldichlorsilan gereinigt und bis auf einen Restwassergehalt von 10 ppm getrocknet werden.

Eine weitere Eintopfreaktion ist die dreistufige Umsetzung von Propionsäure mit 2-Aminoethanol zum 2-Hydroxyethylamid, das mit Borsäure bei 130 °C zum Borsäureester reagiert, der bei 280 °C in 92%iger Ausbeute zum 2-Ethyl-2-oxazolin thermolysiert wird.

Synthese von 2-Ethyl-2-oxazolin über Boratester

Das aus Propionsäure und Thionylchlorid erhaltene Propionylchlorid bildet mit MEA in Gegenwart von z. B. Pyridin als Säurefänger N-Propionyl-2-aminoethanol, das mit weiterem Thionylchlorid unter Bildung des 2-Chlorethylamids reagiert. Mit dem Chloridion als besserer Abgangsgruppe wird diese Zwischenstufe durch Erhitzen einfacher zum Oxazolin cyclisiert. Wegen der Neigung von Oxazolinen zur Ringöffnung durch Chloridionen bei Protonierung des Imin-Stickstoffs muss unter Wasserausschluss gearbeitet werden.

Synthese von 2-Ethyl-2-oxazolin über Propionsäureäurechlorid

Die direkte Umsetzung von Propanoylchlorid mit 2-Chlorethylamin-hydrochlorid in Gegenwart von Triethylamin vermeidet die Entstehung von Wasser.

Synthese von 2-Ethyl-2-oxazolin mit Chlorethylamin

Aus Propionaldehyd

Propionaldehyd reagiert mit 2-Aminoethanol in tert-Butanol in Gegenwart des Iodierungsreagenzes 1,3-Diiod-5,5-dimethylhydantoin (DIH) und Kaliumcarbonat zu 2-Ethyl-2-oxazolin.

Synthese von 2-Ethyl-2-oxazolin aus Propionaldehyd

Eigenschaften

2-Ethyl-2-oxazolin ist eine gut wasserlösliche, aminartig riechende, farblose Flüssigkeit, die auch in einer Vielzahl von organischen Lösungsmitteln löslich ist. Wässrige Lösungen reagieren alkalisch. Die Verbindung ist im Alkalischen stabil und hydrolysiert unter Säureeinwirkung.

Anwendungen

In wasserfreier Form findet 2-Ethyl-2-oxazolin im Wesentlichen Anwendung als Monomer.

Die kationische ringöffnende Polymerisation von 2-Ethyl-2-oxazolin wird durch Alkylierung mit z. B. Methyltosylat oder Triflaten (insbesondere Methyltriflat) initiiert und führt zu dem wasserlöslichen Poly(2-ethyl-2-oxazolin), das ein N-propionylsubstituiertes lineares Polyethylenimin darstellt und auch als Pseudo-Polypeptid aufgefasst werden kann.

Kationische lebende Polymerisation von 2-Ethyl-2-oxazolin

Die Polymerisation von EOx kann auch als lebende kationische Polymerisation ausgeführt werden.

Copolymere mit anderen 2-Alkyl-2-oxazolinen und anderen Monomeren erlauben die Darstellung von statistischen Copolymeren und Blockcopolymeren.

Die erhaltenen Copolymeren können als biokompatible Wirkstoffträger (engl. drug carrier), in Beschichtungen und Klebstoffen sowie in vielen anderen Anwendungen eingesetzt werden.

Die Abspaltung der Propionylgruppe von Poly(2-ethyl-2-oxazolin) liefert lineares Polyethylenimin.

Herstellung von Linearem Polyethylenimin aus Poly(2-ethyloxazolin)

Einzelnachweise

1. Eintrag zu 2-Ethyl-2-oxazoline bei TCI Europe, abgerufen am 5. Juni 2016.
2. Datenblatt 2-Ethyl-2-oxazolin bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 23. Oktober 2021 (PDF).
3. H. Wenker: The synthesis of Δ²-oxazolines and Δ²-thiazolines from N-acyl-2-aminoethanols. In: J. Amer. Chem. Soc. Band 57, Nr. 6, 1935, S. 1079–1080, doi:10.1021/ja01309a034. 
4. H. Witte, W. Seeliger: Cyclische Imidsäureester aus Nitrilen und Aminoalkoholen. In: Justus Liebigs Ann. Chem. Band 6, 1974, S. 996–1009, doi:10.1002/jlac.197419740615. 
5. Datenblatt 2-Ethyl-2-oxazoline bei Alfa Aesar, abgerufen am 5. Juni 2016 (PDF) (JavaScript erforderlich).
6. Etox, 2-Ethyl-2-Oxazoline, Product Information Sheet. Polymer Chemistry Innovations, Inc., abgerufen am 19. Juli 2016 (englisch). 
7. B.L. Rivas, S.I. Ananias: Ring-opening polymerization of 2-ethyl-2-oxazoline. In: Polym. Bull. Band 18, Nr. 3, 1987, S. 189–194, doi:10.1007/BF00255109. 
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11. Patent US4354029: Preparation of 2-substituted 2-oxazolines with organic zinc salt catalysts. Angemeldet am 30. November 1981, veröffentlicht am 12. Oktober 1982, Anmelder: The Dow Chemical Co., Erfinder: M.E. Kaiser, D.L. Larson.‌
12. Patent US4281137: Purification of 2-oxazolines. Angemeldet am 20. Februar 1980, veröffentlicht am 28. Juli 1981, Anmelder: The Dow Chemical Co., Erfinder: J.W. Sanner, P.W. Owen.‌
13. B. Ilkgul, D. Gunes, O. Sirkecioglu, N. Bicak: Synthesis of 2-oxazolines via boron esters of N-(2-hydroxyethyl) amides. In: Tetrahedron Lett. Band 51, Nr. 40, 2010, S. 5313–5315, doi:10.1016/tetlet.2010.07.167. 
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