„Vilsmeier-Haack-Reaktion“ – Versionsunterschied
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Die '''Vilsmeier-Haack-Reaktion''', häufiger nur ''Vilsmeier-Reaktion'' genannt, ist eine [[Namensreaktion]] der [[Organische Chemie|organischen Chemie]]. Sie wurde nach den deutschen Chemikern [[Anton Vilsmeier]] und [[Albrecht Haack]] benannt. |
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Die '''Vilsmeier-Haack-Reaktion''' umfasst die Formylierungsreaktionen aktivierter Aromaten mit N-substituierten [[Formamide]]n und [[Phosphoroxichlorid]] (POCl<sub>3</sub>). Neben ''N,N''-[[Dimethylformamid]] findet häufig das reaktionsfähigere [[N-Methylformanilid]] als Formamid Anwendung. |
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Die Reaktion bezog sich ursprünglich auf die [[Formylierung]] aktivierter [[Aromat]]en mit ''N'',''N''-disubstituierten [[Formamid]]en unter Einsatz von [[Phosphoroxychlorid]] (POCl<sub>3</sub>).<ref>[[Anton Vilsmeier]], A. Haack: ''Über die Einwirkung von Halogenphosphor auf Alkylformanilide. Eine neue Methode zur Darstellung sekundärer und tertiärer ''p''-Alkylaminobenzaldehyde'' in: ''[[Chemische Berichte]]'' 60, 1927, S. 119, {{doi|10.1002/cber.19270600118}}.</ref><ref>{{OrgSynth|Kurzcode=cv4p0331 |Autor=E. Campaigne, W. L. Archer |Titel=p-Dimethylaminobenzaldehyde |Jahrgang=1953 |Volume=33 |Seiten=27 |ColVol=4 |ColVolSeiten=331 |doi=10.15227/orgsyn.033.0027 }}</ref> Der [[Vilsmeier-Haack-Reaktion#Anwendungsbereich|Anwendungsbereich dieser Reaktion]] erweiterte sich kontinuierlich. |
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Sie wird manchmal auch zusätzlich nach Zdenek Arnold (1922–1996) benannt, ein Prager Chemiker, der sie in einer langen Reihe von Arbeiten 1958 bis 1978 (alle mit dem Titel ''Synthetic reactions of Dimethylformamide'') auf eine Vielzahl aliphatischer Substrate erweiterte (Vilsmaier-Haack-Arnold Formylierungen, VHA).<ref>[http://www.careerchem.com/NAMED/Named-Rxns(E-H).pdf Andraos, Named organic reactions, Abschnitt Albrecht Haack].</ref><ref>Christian Reichardt: Vilsmeier–Haack–Arnold Formylations of Aliphatic Substrates with N-Chloromethylene-N,N-dimethylammonium Salts. J. Prakt. Chem. 341 (1999) Nr. 7, S. 609–615.</ref> |
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== Anwendungsbereich == |
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Die enorme Anwendungsbreite der Reaktion wird in mehreren Übersichtsartikeln beschrieben.<ref>Dürr H. in ''Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie'', Kapitel 1.4.1.2, Seite 149, Band E3, Vierte Auflage, Thieme Verlag.</ref><ref>Sasikala, KA (2010): [http://shodhganga.inflibnet.ac.in/bitstream/10603/13250/7/07_chapter%202.pdf ''Vilsmeier-Haack reactions in synthesis of Heterocycles: An Overview''], Kapitel 2 der Doktorarbeit.</ref><ref>O. Meth-Cohn, S. P. Stanforth: ''The Vilsmeier–Haack Reaction'' in: ''Comp. Org. Syn.'' 2, 1991, S. 777–794, {{doi|10.1016/B978-0-08-052349-1.00049-4}}.</ref> Er erstreckt sich neben der Formylierung auch auf [[Benzoylgruppe|Benzoylierungen]].<ref>Rajanna KC et al. (2013): ''Kinetics and mechanism of certain benzoylation reactions under Vilsmeier-Haack conditions using benzamide and oxychloride in acetonitrile medium'', ''International Journal of Chemical Kinetics'', Seite 69–80, Band 45, Heft 2, {{doi|10.1002/kin.20740}}.</ref> [[Acylgruppe|Acylierbar]] sind neben elektronenreicheren Aromaten auch Alkene, leicht wasserabspaltende Alkohole, enolisierbare Ketone und Carbonsäurederivate, Acetale, Enolether, Enamine und weitere Verbindungen. Als Amidkomponenten eingesetzt werden ''N'',''N''-[[Dimethylformamid]], das reaktionsfähigere [[N-Methylformanilid|''N''-Methylformanilid]], in Einzelfällen primäre und unsubstituierte [[Carbonsäureamide]] sowie [[Thionamide|Thiocarbonsäureamide]]. In der Reihenfolge abnehmender Reaktivität kommen als Oxyhalogenide [[Phosphorylchlorid]], [[Phosgen]] und [[Thionylchlorid]] zur Anwendung. [[Oxalylchlorid]] kann dabei als Phosgen-Ersatz dienen. |
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== Übersichtsreaktion == |
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In der folgenden Reaktion wird beispielhaft Umsetzung von [[N,N-Dimethylanilin|''N'',''N''-Dimethylanilin]] mit einem Formamid gezeigt. Die [[Substituent|Reste]] R<sup>1</sup> und R<sup>2</sup> können [[Arylgruppe|Aryl-]] oder [[Alkylgruppe|Alkylreste]] sein. |
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[[Datei:Vilsmeier-Haak General reaction scheme V3.svg|zentriert|360px|Übersichtsreaktion der Vilsmeier-Reaktion]] |
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Bei der Vilsmeier-Reaktion werden bevorzugt [[Ständigkeit|''para'']]-[[Produkt (Chemie)|Produkte]] gebildet. Sie beschränkt sich auf elektronenreiche Aromaten, wie z. B. [[Phenole]], [[Amine]] oder [[Furan]]e. Zur Reaktion können auch andere [[Säurehalogenide]] eingesetzt werden. Außerdem können zahlreiche [[Alkene]] zur Kettenverlängerung gebracht werden.<ref name="Uhl">{{Literatur|Autor=W. Uhl, A. Kyritsoulis|Hrsg= |Titel= Namen- und Schlagwortreaktionen in der Organischen Chemie|Sammelwerk=|Verlag=Friedr. Vieweg & Sohn Verlag|Ort=Braunschweig|Datum=1984|Seiten= 155–156|ISBN= 3-528-03581-1}}</ref> |
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Diese Reaktion gehört wie z. B. die [[Gattermann-Synthese]], die [[Gattermann-Koch-Synthese]] oder die [[Kreutzberger-Formylierung]] zu einer Gruppe von Reaktionen. Diese setzen [[Derivat (Chemie)|Derivate]] des [[Formylchlorid]]s, welches frei nicht beständig ist, im Sinne einer [[Friedel-Crafts-Acylierung]] zur Formylierung aktivierter Aromaten ein. Anders als bei der Gattermann-Synthese können bei Vilsmeiers-Reaktion auch [[Sekundär (Chemie)|sekundäre]] und [[Tertiär (Chemie)|tertiäre]] Amine zur Reaktion gebracht werden. Außerdem ist sie eine der wichtigsten Formylierungen am Aromaten, da durch den Einsatz von Dimethylformamid im Überschuss auf weitere [[Lösungsmittel]] verzichtet werden kann.<ref name="Laue">{{Literatur|Autor=T. Laue, A. Plagens |Titel= Namen- und Schlagwortreaktionen der Organischen Chemie|Auflage=5., durchges.|Verlag=Teunner Verlag|Ort=Wiesbaden|Datum=2006|Seiten= 330–332|ISBN=3-8351-0091-2}}</ref> |
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== Reaktionsmechanismus == |
== Reaktionsmechanismus == |
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Im Folgenden wird ein möglicher Reaktionsmechanismus vorgestellt.<ref name="Uhl" /><ref name="Laue" /> Der Mechanismus wird am Beispiel von ''N'',''N''-Dimethylanilin mit [[Dimethylformamid]] gezeigt. Zunächst bildet sich aus dem Formamid und dem [[Phosphoroxychlorid]] das sogenannte Vilsmeier-Reagenz, ein Chloriminium-Ion: |
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[[Bild:Vilsmeier-Haack-Reaktion.png]] |
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[[Datei:Vilsmeyer Haack Reagenz V1-Seite001.svg|zentriert|500px|Bildung des Vilsmeier-Reagenzes]] |
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Dazu greift das Sauerstoff-Atom des [[Dimethylformamid]]s ('''1''') am [[Phosphor]]-Atom des Phosphoroxychlorids ('''2''') an. Danach wird ein [[Chlor]]-Atom an das α-[[Kohlenstoff]]-Atom von '''3''' angelagert. Zum Schluss wird Dichlorophosphat abgespalten und es bildet sich das Chloriminium-Ion '''4'''. |
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Das Chloriminium-Ion reagiert in einer [[Elektrophile aromatische Substitution|elektrophilen aromatischen Substitutionsreaktion]] mit dem aktivierten Aromaten weiter: |
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[[Datei:Vilsmeier-Haak Mechanism V3.svg|zentriert|500px|Mechanismus der Vilsmeier-Reaktion]] |
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Das Vilsmeier-Reagenz '''4''' greift elektrophil das Anilin-Derivat '''5''' an und bildet dann durch [[Rearomatisierung]] die reaktive Zwischenstufe '''6'''. Nachdem ein [[Chloride|Chloridion]] abgespalten wurde, erfolgt eine [[Hydrolyse]] unter Bildung der Zwischenstufe '''7'''. Durch eine 1,3-Protonen-Verschiebung bildet sich das Ammoniumion '''8'''. Zuletzt wird noch das [[Sekundär (Chemie)|sekundäre Amin]] (hier [[Dimethylamin]]) und ein [[Proton (Chemie)|Proton]] abgespalten unter Bildung von [[Dimethylaminobenzaldehyd|4-(Dimethylamino)benzaldehyd]] ('''9'''). |
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Zunächst bildet sich aus dem Formamid und dem Phosphoroxichlorid die sogenannte Vilsmeier-Reagenz '''1''', die in einer [[Elektrophile aromatische Substitution|elektrophilen aromatischen Substitutionsreaktion]] mit dem aktivierten Aromaten über '''2''' zu '''3''' reagiert. Durch die wässrige Aufarbeitung wird letztlich der aromatische Aldehyd freigesetzt. Formyliert man mit ''N''-Methylformanilid, so darf man Reaktionstemperaturen von ungefähr 70 °C nicht überschreiten, da die Vilsmeier-Reagenz ansonsten einer Selbstformylierung unterliegt. |
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== Einzelnachweise == |
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Technische Formylierungen nach Vilsmeier-Haack werden in der Regel mit [[Phosgen]] anstelle des Phosphoroxichlorids durchgeführt. |
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Aktuelle Version vom 16. November 2024, 12:10 Uhr
Die Vilsmeier-Haack-Reaktion, häufiger nur Vilsmeier-Reaktion genannt, ist eine Namensreaktion der organischen Chemie. Sie wurde nach den deutschen Chemikern Anton Vilsmeier und Albrecht Haack benannt. Die Reaktion bezog sich ursprünglich auf die Formylierung aktivierter Aromaten mit N,N-disubstituierten Formamiden unter Einsatz von Phosphoroxychlorid (POCl3).[1][2] Der Anwendungsbereich dieser Reaktion erweiterte sich kontinuierlich.
Sie wird manchmal auch zusätzlich nach Zdenek Arnold (1922–1996) benannt, ein Prager Chemiker, der sie in einer langen Reihe von Arbeiten 1958 bis 1978 (alle mit dem Titel Synthetic reactions of Dimethylformamide) auf eine Vielzahl aliphatischer Substrate erweiterte (Vilsmaier-Haack-Arnold Formylierungen, VHA).[3][4]
Anwendungsbereich
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die enorme Anwendungsbreite der Reaktion wird in mehreren Übersichtsartikeln beschrieben.[5][6][7] Er erstreckt sich neben der Formylierung auch auf Benzoylierungen.[8] Acylierbar sind neben elektronenreicheren Aromaten auch Alkene, leicht wasserabspaltende Alkohole, enolisierbare Ketone und Carbonsäurederivate, Acetale, Enolether, Enamine und weitere Verbindungen. Als Amidkomponenten eingesetzt werden N,N-Dimethylformamid, das reaktionsfähigere N-Methylformanilid, in Einzelfällen primäre und unsubstituierte Carbonsäureamide sowie Thiocarbonsäureamide. In der Reihenfolge abnehmender Reaktivität kommen als Oxyhalogenide Phosphorylchlorid, Phosgen und Thionylchlorid zur Anwendung. Oxalylchlorid kann dabei als Phosgen-Ersatz dienen.
Übersichtsreaktion
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]In der folgenden Reaktion wird beispielhaft Umsetzung von N,N-Dimethylanilin mit einem Formamid gezeigt. Die Reste R1 und R2 können Aryl- oder Alkylreste sein.
Bei der Vilsmeier-Reaktion werden bevorzugt para-Produkte gebildet. Sie beschränkt sich auf elektronenreiche Aromaten, wie z. B. Phenole, Amine oder Furane. Zur Reaktion können auch andere Säurehalogenide eingesetzt werden. Außerdem können zahlreiche Alkene zur Kettenverlängerung gebracht werden.[9] Diese Reaktion gehört wie z. B. die Gattermann-Synthese, die Gattermann-Koch-Synthese oder die Kreutzberger-Formylierung zu einer Gruppe von Reaktionen. Diese setzen Derivate des Formylchlorids, welches frei nicht beständig ist, im Sinne einer Friedel-Crafts-Acylierung zur Formylierung aktivierter Aromaten ein. Anders als bei der Gattermann-Synthese können bei Vilsmeiers-Reaktion auch sekundäre und tertiäre Amine zur Reaktion gebracht werden. Außerdem ist sie eine der wichtigsten Formylierungen am Aromaten, da durch den Einsatz von Dimethylformamid im Überschuss auf weitere Lösungsmittel verzichtet werden kann.[10]
Reaktionsmechanismus
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Im Folgenden wird ein möglicher Reaktionsmechanismus vorgestellt.[9][10] Der Mechanismus wird am Beispiel von N,N-Dimethylanilin mit Dimethylformamid gezeigt. Zunächst bildet sich aus dem Formamid und dem Phosphoroxychlorid das sogenannte Vilsmeier-Reagenz, ein Chloriminium-Ion:
Dazu greift das Sauerstoff-Atom des Dimethylformamids (1) am Phosphor-Atom des Phosphoroxychlorids (2) an. Danach wird ein Chlor-Atom an das α-Kohlenstoff-Atom von 3 angelagert. Zum Schluss wird Dichlorophosphat abgespalten und es bildet sich das Chloriminium-Ion 4. Das Chloriminium-Ion reagiert in einer elektrophilen aromatischen Substitutionsreaktion mit dem aktivierten Aromaten weiter:
Das Vilsmeier-Reagenz 4 greift elektrophil das Anilin-Derivat 5 an und bildet dann durch Rearomatisierung die reaktive Zwischenstufe 6. Nachdem ein Chloridion abgespalten wurde, erfolgt eine Hydrolyse unter Bildung der Zwischenstufe 7. Durch eine 1,3-Protonen-Verschiebung bildet sich das Ammoniumion 8. Zuletzt wird noch das sekundäre Amin (hier Dimethylamin) und ein Proton abgespalten unter Bildung von 4-(Dimethylamino)benzaldehyd (9).
Einzelnachweise
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- ↑ Anton Vilsmeier, A. Haack: Über die Einwirkung von Halogenphosphor auf Alkylformanilide. Eine neue Methode zur Darstellung sekundärer und tertiärer p-Alkylaminobenzaldehyde in: Chemische Berichte 60, 1927, S. 119, doi:10.1002/cber.19270600118.
- ↑ E. Campaigne, W. L. Archer: p-Dimethylaminobenzaldehyde In: Organic Syntheses. 33, 1953, S. 27, doi:10.15227/orgsyn.033.0027; Coll. Vol. 4, 1963, S. 331 (PDF).
- ↑ Andraos, Named organic reactions, Abschnitt Albrecht Haack.
- ↑ Christian Reichardt: Vilsmeier–Haack–Arnold Formylations of Aliphatic Substrates with N-Chloromethylene-N,N-dimethylammonium Salts. J. Prakt. Chem. 341 (1999) Nr. 7, S. 609–615.
- ↑ Dürr H. in Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Kapitel 1.4.1.2, Seite 149, Band E3, Vierte Auflage, Thieme Verlag.
- ↑ Sasikala, KA (2010): Vilsmeier-Haack reactions in synthesis of Heterocycles: An Overview, Kapitel 2 der Doktorarbeit.
- ↑ O. Meth-Cohn, S. P. Stanforth: The Vilsmeier–Haack Reaction in: Comp. Org. Syn. 2, 1991, S. 777–794, doi:10.1016/B978-0-08-052349-1.00049-4.
- ↑ Rajanna KC et al. (2013): Kinetics and mechanism of certain benzoylation reactions under Vilsmeier-Haack conditions using benzamide and oxychloride in acetonitrile medium, International Journal of Chemical Kinetics, Seite 69–80, Band 45, Heft 2, doi:10.1002/kin.20740.
- ↑ a b W. Uhl, A. Kyritsoulis: Namen- und Schlagwortreaktionen in der Organischen Chemie. Friedr. Vieweg & Sohn Verlag, Braunschweig 1984, ISBN 3-528-03581-1, S. 155–156.
- ↑ a b T. Laue, A. Plagens: Namen- und Schlagwortreaktionen der Organischen Chemie. 5., durchges. Auflage. Teunner Verlag, Wiesbaden 2006, ISBN 3-8351-0091-2, S. 330–332.