Abstract
By treatment of ethers of phenol, resorcinol, 2-napththol, alkylanisoles 10, 13, 15, 17, 20, 22, 24, 28 with formic acid/borontrichloride the aromatic aldehydes 11, 14, 16, 18, 21, 23, 25, 26, 29 can generally be prepared in low yields. The formylation reactions proceed between −20 and −10°C within 20 min in 1,2-dichloroethane, chlorobenzene, or methylene chloride as solvents when formic acid and borontrichloride are used in excess [molar ratio of aromatic compound to HCOOH to BCl3 = 1:1.2–1.7:1.6–1.8]. The more strongly activated 3,5-dimethoxyphenol (33) is formylated by formic acid/borontrichloride to give the aldehyde 34 with an acceptable yield. The reactions of resorcinol dimethylether with formic acid in the presence of super acids (mainly trifluormethansulfonic acid) in chlorobenzene or nitromethane deliver the aldehyde 21 only in small amounts.
1 Einleitung
Die Kernacylierung aromatischer Verbindungen ist schon lange bekannt und intensiv untersucht [1], [2]. So lassen sich Phenole mit Carbonsäuren in Gegenwart von Zinkchlorid in die entsprechenden Hydroxy-acylbenzole überführen (Nencki-Reaktion) [3], [4], [5], [6]. Dabei werden pro Mol Phenol 1.5 Mol Zinkchlorid benötigt. Die Reaktionstemperaturen liegen zwischen 130 und 230°C. Die Reaktionen verlaufen bei langkettigen Carbonsäuren mit besseren Ausbeuten als mit kurzkettigen. Gute Ausbeuten werden nur mit stark aktivierten Aromaten erzielt. So steigen bei der Acetylierung von Phenol, Brenzkatechin und Pyrogallol die Ausbeuten von 5% (2-Hydroxy-acetophenon und 3% 4-Hydroxy-acetophenon) über 20% (3,4-Dihydroxy-acetophenon) auf 58% (2,3,4-Trihydroxy-acetophenon) an [7].
Zur Kernacylierung von Phenolen und Alkoxybenzolen wurde von Meerwein als Kondensationsmittel Bortrifluorid eingeführt [8]. Pro Mol der Carbonsäure wird etwas mehr als ein Mol Bortrifluorid verwendet. Im Unterschied zum Nencki-Verfahren entsteht mit der Meerwein-Methode schon bei 70°C aus Phenol und Essigsäure 4-Hydroxyacetophenon mit 90–95% Ausbeute. Das Verfahren hat eine sehr breite Anwendung gefunden [9].
Alkylbenzole und Chlorbenzole können durch Carbonsäuren am Kern substituiert werden, wenn als Kondensationsmittel Aluminiumchlorid verwendet wird. In einigen Fällen ließen sich entsprechende Reaktionen auch mit Hilfe von Titantetrachlorid, Zinntetrachlorid und Molybdänpentachlorid bewirken [10]. Auch starke Protonensäuren können als Aktivatoren benutzt werden, um Carbonsäuren mit reaktiven Aromaten (Alkylbenzole, Hydroxyaromaten, Alkoxyaromaten bzw. Heterocyclen) im Sinne einer elektrophilen Aromatensubstitution umzusetzen. Als geeignet erwiesen sich wasserfreie Fluorwasserstoff (zugleich Lösungsmittel), 70%-ige Perchlorsäure und Polyphosphorsäure [11], Methansulfonsäure [12], und Trifluormethansulfonsäure [13].
Bei den vorstehend beschriebenen Acylierungsverfahren für aktivierte Aromaten wurden die unterschiedlichsten aliphatischen und aromatischen Carbonsäuren verwendet. Merkwürdigerweise gibt es aber nur ganz wenige Arbeiten, die sich in diesem Zusammenhang mit dem Formylierungsvermögen von Ameisensäure befassen.
In einer Arbeit aus dem Jahr 1934 wird berichtet, dass bei der Umsetzung von Ameisensäure mit Chlorbenzol in Gegenwart von 2.5 mol Aluminiumchlorid neben harzigen Produkten bis zu 2% p-Chlorbenzaldehyd entstehen [14]. Auch in einer später erschienen Arbeit wird beschrieben, dass aromatische Verbindungen mit dem System Ameisensäure/AlCl3 mit geringen Ausbeuten formyliert werden können [15]. Ferner wurde im Rahmen einer kinetischen Studie die Aromatenacylierung durch Carbonsäuren in Trifluormethansulfonsäure bei 25°C untersucht [13]. Die Aromaten- und die Säurekonzentration betrugen jeweils 0.5 mol L−1. Dabei wurde auch Ameisensäure verwendet. Bei der Formylierung von Toluol wurde nach 5 h mit 7.4% Ausbeute (GC) ein Gemisch aus o- und p-Tolylaldehyd (ortho:para=1:15.6) erhalten. Mit Essigsäure entsteht dagegen bereits nach 2 h mit 99% Ausbeute ein Gemisch aus o, m und p-Methylacetophenon (ortho:meta:para=1:0.77:10.13). Erstaunlicherweise ist die Geschwindigkeitskonstante zweiter Ordnung für die Acetylierung mit 480 mol−1 s−1ca. 50 mal größer als der entsprechende Parameter für die Formylierung (9.5 mol−1 s−1). Als Acylierungsmittel wurden protonierte gemischte Anhydride 1 aus Trifluormethansulfonsäure und den betreffenden Carbonsäuren vorgeschlagen [13] (Schema 1).
Protoniertes Ameisensäure-Trifluormethansulfonsäure-Anhydrid 1 aus Ameisensäure und Trifluormethansulfonsäure.
In besonders reaktive, eine Ketenaminalfunktion enthaltende, Heterocyclen lässt sich die Aldehydfunktion unmittelbar mit Ameisensäure einführen. So gelingt die Formylierung von Benzimidazochinolinen 2 durch längeres Erhitzen mit überschüssiger Ameisensäure [16] (Schema 2).
Formylierung von Benzimidazochinolinen 2 mit Ameisensäure.
Bei der Überführung des Naphtholderivats 3 in das Oxoniumion 4 mit Ameisensäure/Polyphosphorsäure erfolgt die Aromatenformylierung vermutlich über das intermediär gebildete Arylformiat [17] (Schema 3).
Bildung von Oxoniumionen 4 bei der Formylierung des Naphtholderivats 3.
Vor geraumer Zeit berichteten wir über die Darstellung von aromatischen Aldehyden aus Arylformiaten (Fries-Verschiebung) [18], [19]. Durch einen ersten orientierenden Versuch – die Reaktion von 2-Naphthol mit Ameisensäure in Gegenwart von Bortribromid zu 2-Hydroxynaphthaldehyd (Schema 4) – konnte der seinerzeit für die Fries-Verschiebung vorgeschlagene Mechanismus untermauert werden. Inzwischen liegt auch eine NMR-spektroskopische Studie zu diesem Thema vor, die im Einklang mit den Syntheseergebnissen steht [20]. Gegenstand dieser Arbeit war die Frage, ob sich diese neue Aldehydsynthese verallgemeinern lässt.
Formylierung von 2-Naphthol mit Ameisensäure/Bortribromid.
2 Ergebnisse und Diskussion
Um einen ersten Überblick über die Anwendungsbreite des Formylierungssystems HCOOH/BCl3 zu bekommen, setzten wir in orientierenden Versuchen aromatische Hydroxyverbindungen mit Ameisensäure und Bortrichlorid um (Schema 5). Die dabei erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Die Bilanz dieser orientierenden Versuche liefert kein einheitliches Bild, das es erlauben würde, sicher vorherzusagen, welches Substituentenmuster am Aromaten – unter den angewendeten Bedingungen – eine Formylierung ermöglicht. Hydroxyaromaten wie 6, deren Reaktivität die des Phenols übertrifft, werden von dem Formylierungsmittel angegriffen. Das scheint aber nicht der Fall zu sein für Phenol (1) und mehrwertige Phenole wie z. B. 8 und 9 und natürlich auch für Phenole, die durch Substituenten 2. Ordnung desaktiviert sind, wie 30 und 31, das im sauren Medium protoniert vorliegt.
Formylierung von aktivierten Aromaten mit Ameisensäure/BCl3.
Aromatische Aldehyde aus Hydroxyarenen, Alkylhydroxyarenen, Alkoxyhydroxyarenen, Alkyl-alkoxyarenen bzw. Dialkoxyarenen und Ameisensäure/Bortrichlorid bei unterschiedlichen Reaktionsbedingungen.
| Versuch Nr. | Aromat ArH | Lösungsmittel (Stoffmengen-verhältnis ArOH:HCOOH:BCl3) | Temp. [°C] Zeit [h] (Allgemeine Vorschrift) | Reaktionsprodukt | Ausb. [%] | Sdp. [°C/Torr] (Schmp. [°C]) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 |  | CH2Cl2 (1:1.1:1.5) | −10/0.2 (A2) | –a | – | – |
| 2 |  | CH2Cl2 (1:1:1.5) | −5/0.5b (A2) |  2-Hydroxy-1-naphthaldehyd | 53 | 108–110/0.1 (74–84) Lit [21]: 192/27 (82) |
| 3 |  | ClCH2CH2Cl (1:1.1:2) | −25→12/3 (A1) | – | – | – |
| 4 |  | CH2Cl2 (1:1.1:1.5) | −10/02 (A2) | – | – | – |
| 5 |  | ClCH2CH2Cl (1:1.1:2) | −25→→12/3 (A1) |  2-Hydroxy-4-methoxybenzaldehyd | 13c | – |
| 6 |  | ClCH2CH2Cl (1:1.1:2) | −25→→12/3 (A1) | – | –c | – |
| 7 |  | CH2Cl2 (1:1.7: 2) | −10/20.5 |  Anisaldehyd | 20c | – |
| 8 |  | ClCH2CH2Cl (1:1.1:2) | −25→→12/3 (A1) |  Formyl-2-methyl-anisol (Isomerengemisch) | 19c | – |
| 9 |  | ClCH2CH2Cl (1:1.1:2) | –25→→13/3 (A1) |  2-Methyl-4-methoxybenzaldehyd | 19c | – |
| 10 |  | ClCH2CH2Cl (1:1.1:2) | –25→→12/3 (A1) | Spurend | – | |
| 11 |  | n-Hexan/CH2Cl2 [60:40] (1:1.1:1.5) | –10→→–8/0.3 (A2) |  2,4-Dimethoxybenzaldehyd | 24c | – |
| 12 |  | n-Heptan/ClCH2CH2Cl [45:55] (1:1.09:2.4) | −15/5 15/1 (A1) | 2,4-Dimethoxybenzaldehyd (21) | 52 | 68–70 Lit [22]: 72 |
| 13 |  | ClCH2CH2Cl (1:1.1:2) | −25→→12/3 (A1) |  2,4-Diethoxybenzaldehyd | 22c | – |
| 14 |  | ClCH2CH2Cl (1:1.1:2) | −25→→12/3 (A1) |  2,3-Dimethoxybenzaldehyd  3,4-Dimethoxybenzaldehyd | <1e | – |
| 15 |  | ClCH2CH2Cl (1:1.1:5) | −5/0.5f 20/14 (A1) | – | – | – |
| 16 |  | ClCH2CH2Cl (1:1.65:3) | −25→→12/3 (A1) |  2-Ethoxy-1-naphthaldehyd | 21c | – |
| 17 |  | CH2Cl2 (1:1.1:1.5) | −10→→+5/0.5 (A2) | – | – | |
| 18 |  | CH2Cl2 (1:1.1:1.5) | −10→→+5/0.5 (A2) | – | – |
aReaktionsprodukt ist im Wesentlichen Tris(4-hydroxyphenyl)methan (Ausb. 61%); bzu BCl3 in CH2Cl2 wird 2-Naphthol gegeben, dann HCOOH in CH2Cl2 zugetropft, danach Petrolether zugesetzt; cNMR-spektroskopisch im Hydrolyseprodukt bestimmt; dAldehyd war mit 2,4-Dinitrophenylhydrazin (2,4-DNPH) nachweisbar; die Position der Formylgruppe wurde nicht bestimmt; edas Reaktionsprodukt gibt mit 2,4-DNPH einen schwach positiven Test; fBCl3 wird in ClCH2CH2Cl vorgelegt, der Aromat zugegeben und dann Ameisensäure zugetropft.
Alkoxyaromaten wie Anisol (13), 2-Ethoxynaphthalin (28), Resorcindimethyl- und diethylether 20, 22, Methylanisole wie 15 und 17, werden formyliert. Benachbarte voluminöse Alkoxygruppen im Aromaten, die z. B. im Brenzkatechin-diisopropylether (27) vorhanden sind, verhindern offenbar die Formylierung. Etwas überraschend ist, dass Resorcinmonomethylether (10), nicht aber Hydrochinonmonomethylether (12) von dem Formylierungsmittel angegriffen wird. Ähnliche Verhältnisse scheinen bei Methylanisolen vorzuliegen. So entstehen aus 2-Methylanisol (15) und 3-Methylanisol (17) die entsprechenden Aldehyde 16 bzw. 18, während mit 4-Methylanisol (19) nahezu keine Umsetzung erfolgt. Nicht bei allen Reaktionen wurden die Ansätze präparativ aufgearbeitet, in einigen Fällen wurden die Ausbeuten 1H-NMR-spektroskopisch bestimmt (siehe Tabelle 1).
Der Einfluss, den die Reaktionsbedingungen auf den Formylierungsverlauf des Systems Ameisensäure/BCl3 nehmen, wurde anhand der Formylierung von Anisol (13) und 3-Methoxyphenol (10) untersucht. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 2 und 3 zusammengefasst. Danach sind als Lösungsmittel chlorierte Kohlenwasserstoffe wie 1,2-Dichlorethan, Dichlormethan und Chlorbenzol geeignet. Aber auch Reaktionsmedien aus Dichlormethan und Methansulfonsäure sind verwendbar. Derartige Gemische könnten es in manchen Fällen ermöglichen, die Reaktionen homogen zu führen.
Formylierung von Anisol (13) mit Ameisensäure/BCl3 in verschiedenen Lösungsmittel bzw. Reaktionsmedien, bei −10°C unter Variation der Reaktionszeiten.
| Versuch Nr. | Lösungsmittel bzw. Reaktionsmedium | Stoffmengenverhältnis ArH:HCOOH:BCl3 | Temp. [°C]/Zeit [h] Arbeitsvorschrift | Anisaldehyd (14): Ausbeute [%] |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 1,2-Dichlorethan | 1:1:1.5 | −10→→−5/0.5a −5→→0/0.75c A3/II | ca. 3b |
| 2 | 1,2-Dichlorethan | 1:1:2 | −5/2a A3/I | ca. 7b |
| 3 | 1,2-Dichlorethan | 1:1:2 | −25/3a A3/I | ca. 3b |
| 4 | Chlorbenzol | 1:1:1.5 | −10→→−5/0.5a −5→→0/0.75c A3/II | ca. 2b |
| 5 | Dichlormethan | 1:1.7:2 | −10→→5/0.08a 5→→20/0.16c A4/I | 17b |
| 6 | Dichlormethan | 1:1.7:2 | −10/0.08a −10→→20/0.3c A4/I | 20b |
| 7 | Dichlormethan | 1:1:2 | −10→→5/0.08a 5→→20/0.15c A4/II | 14b |
| 8 | Dichlormethan | 1:3.3:3 | −10→→0/0.08a 0→→20/0.2c A4/II | 23b |
| 9 | Dichlormethan | 1:1:2 | −10/0.08a −10→→15/0.5c | 10b |
| 10 | Fluorbenzol | 1:1:1.5 | 10/3.5a A3/I | ca. 2.5b |
| 11 | Fluorbenzol | 1:1:1.5 | −10→→−5/0.5a −5→→0/0.75c A3/I | ca. 4b |
| 12 | Nitrobenzol | 1:1:1.5 | −10→→−5/0.5a −5→→0/0.75c A3/I | – |
| 13 | Nitromethan | 1:1:1.5 | −10→→−5/0.5a −5→→0/0.75c A3/I | – |
| 14 | Schwefelkohlenstoff | 1:1:1.4 | −10→→−5/0.5a −5→→0/0.75c A3/I | – |
| 15 | Schwefeldioxid | 1:1:2,6 | −25a | –d |
| 16 | Schwefeldioxid | 1:1:2.1 | −25/1a | ca. 2b |
| 17 | 1,2-Dichlorethan/Polyphosphorsäure | 1:3:1 | −10→→−5/1a −5→→0/0.75c | Spurene |
| 18 | Dichlormethan/Methansulfonsäuref | 1:1:2 | −10→→−2a −2→→35c | Spurend |
| 19 | 1,2-Dichlorethan/Trifluoressigsäureg | 1:1:1.5 | −20/2a −20→→0/0.1c A3 | –h |
aTemperaturverlauf während der Zugabe des Anisols; b1H-NMR-spektroskopisch bestimmt; cTemperaturverlauf nach der Aromatenzugabe bis zum Zeitpunkt der Hydrolyse; dals Nebenprodukt wurde 4,4‘-Dimethoxydiphenylsulfoxid erhalten; eNachweis mit 2,4-DNPH; fVolumenverhältnis v(CH2Cl2):v(MeSO3H)=2:5; gVolumenverhältnis v(CH2Cl2):v(CF3SO3H)=7.4:1; hmit 7.5% Ausbeute wurde 1,1,1-Trifluor-2,2,2-tris(4-methoxyphenyl)ethan (32) isoliert.
Versuche zur Formylierung von 3-Methoxyphenol (Resorcinmonomethylether) (10) in verschiedenen Lösungsmitteln bzw. Reaktionsmedien unter Variation der Reaktionsbedingungen.
| Versuch Nr. | Lösungsmittel bzw. Reaktionsmedium | Stoffmengenverhältnis ArH:HCOOH:BCl3 | Temp. [°C]/Zeit [min] | 2-Hydroxy-4-methoxy benzaldehyd (11): Ausbeute [%] | Schmp. [°C] |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Hexan | 1:1:1.5 | −10/30 | Spurena | – |
| 2 | Dichlormethan | 1:1:2 | −20→→−17/240 | 18b | – |
| 3 | Dichlormethan | 1:1:4.5 | −20→→10/240 | 27b | – |
| 4 | 1,2-Dichlorethan | 1:1.1:1.6 | −16→→−7 30 | 31b | |
| 5 | 1,2-Dichlorethan | 1:1.7:1.7 | −17c 150 | 4.3b | – |
| 6 | 1,2-Dichlorethan/n-Heptan | 1:1.8:1.8 | −18d 120 | 7.5b | – |
| 7 | 1,2-Dichlorethan | 1:1.2:1.2 | −17 120 | 28.3e | – |
| 8 | 1,2-Dichlorethan | 1:1.8:1.9 | −15 120 | 40.9e | – |
| 9 | 1,2-Dichlorethan | 1:1.2:2.5 | −14 120 | 49.5e | – |
| 10 | 1,2-Dichlorethan | 1:1.2:1.6 | −16 120 | 56.3e,f | – |
| 11 | Dichlormethan | 1:1.67:1.83 | −17→→−9/3g,h −9→→−5/11i | 33b | – |
| 12 | Dichlormethan | 1:1.67:1.83 | −17→→−9/3g,h −9→→−5/11i | 34b | – |
| 13 | Dichlormethan | 1:1.67:1.6 | −20→→−18/4h −18→→+5/24i | 26b | |
| 14 | Dichlormethan | 1:1.67:1.83 | −28→→−27/9h −27→→−15/31i | 30b | |
| 15 | Dichlormethan | 1:1.2:1.4 | −12→→−5/9h −5→→−4/9i | 20b 19j | 39–40 Lit. [23]: 40–42 |
| 16 | Dichlormethan | 1:1.2:1.6 | −13→→−7/11h −7/15i | 29b 27j | 39.5–40 |
| 17 | Dichlormethan | 1:1.2:1.4 | −15→→−8/4h −8→→−6/8i | 15b | – |
| 18 | Dichlormethan | 1:1.2:1.6 | −15→→−7/18h −7→→−6/22i | 29b 28j | 40.5–41 |
| 19 | Dichlormethan/Methansulfonsäure | 1:1:2 | −20→→−17/2 −20→→−17/4 | 24b | – |
| 20 | Dichlormethan/Methansulfonsäure | 1:1:4.5 | −20→→10/4 | 24b | – |
aNachweis mit 2,4-DNPH; b1H-NMR-spektroskopisch bestimmt; cder Ansatz blieb über Nacht stehen und erwärmte sich während 15 h von −14 auf +15°C, erst dann erfolgte die Hydrolyse; ddie Reaktion wurde in einer 1:1-Mischung aus n-Heptan und 1,2-Dichlorethan durchgeführt; eder Aromat wird zuerst zur BCl3-Lösung gegeben, dann die Ameisensäure zugetropft; fAusbeutebestimmung mit GC/MS; gabweichend von der allgemeinen Vorschrift wird die BCl3-Lösung in die Lösung der Ameisensäure getropft; hTemperaturverlauf während der Zugabe des Aromaten; iTemperaturverlauf nach der Aromatenzugabe bis zur Hydrolyse des Ansatzes; jisolierter Aldehyd.
Die Formylierung von Anisol (13) verläuft im Temperaturintervall von ca. −20 bis −10°C nur mit unbefriedigenden Ausbeuten, wenn ein Stoffmengenverhältnisse ArH) zu HCOOH zu BCl3=1:1:1.3–1.5 gewählt und lange Reaktionszeiten angewendet werden (Versuche 1–4, Tabelle 2). Werden die Reaktionen sehr schnell (im Minutenbereich) und einem BCl3-Überschuss durchgeführt, so steigen die Aldehydausbeuten signifikant an (Versuche 5, 6, Tabelle 2). Unter solchen Bedingungen führt überschüssige Ameisensäure zu einer weiteren Verbesserung der Aldehydausbeute (Versuch 8, Tabelle 2).
Die Versuchsergebnisse zeigen, dass das intermediär aus Ameisensäure und BCl3 entstehende Formylierungssystem sehr reaktiv, aber auch thermolabil ist. Einen deutlichen Hinweis auf diesen Sachverhalt liefert das Ergebnis des Versuchs 8, Tabelle 2, bei dem als Formylierungsmittel Ameisensäure und BCl3 (Stoffmengenverhältnis≈1:1) im dreifachen Überschuss eingesetzt wurde.
Auch ein orientierender Versuch, bei dem Ameisensäure mit BCl3 im Stoffmengenverhältnis 1:2 in Methylenchlorid bei −10°C umgesetzt wurde, stützt die Vermutung. Dabei scheidet sich unter Chlorwasserstoffentwicklung ein farbloser Niederschlag ab, der ab 2°C unter Gasentwicklung in Lösung geht. Die so erhaltene Lösung wirkt auf Anisol formylierend ein. Die Formylierung von 3-Methoxyphenol (10) (Schema 7) sollte mit besseren Ausbeuten verlaufen als die von Anisol (13), weil in 13 nur ein aktivierender Substituent erster Ordnung vorhanden ist. Dies wird auch beobachtet (siehe Tabelle 3). Die dabei gefundene, außerordentliche Ausbeutesteigerung könnte aber auch noch weitere Ursachen haben.
Für Substitutionsreaktionen an Hydroxyaromaten mit Ameisensäure/BCl3 wurde ein Mechanismus vorgeschlagen, bei dem im ersten Schritt BCl3 an den Sauerstoff des Hydroxyaromaten angelagert wird [19], [20]. Schon aus sterischen Gründen dürfte die Koordination von BCl3 an der aromatischen Hydroxygruppe von 10 leichter erfolgen als an der Methoxygruppe von 13. Dieser Effekt dürfte die Formylierung von 10 verglichen mit 13 erleichtern und so zu einer Ausbeutesteigerung beitragen.
Bei dem Versuch Anisol mit Ameisensäure/BCl3 in Trifluoressigsäure zu formylieren, wurde 1,1,1-Trisfluor-2,2,2-tris(4-methoxyphenyl)ethan (32) isoliert (Schema 6) (Versuch 19, Tabelle 2) und durch eine Kristallstrukturanalyse charakterisiert (Abb. 1; siehe auch die Angaben im Experimentalteil). Offenbar läuft die Trifluoracetylierung der Formylierung den Rang ab oder aber das Formylierungsmittel wird zersetzt, weil die Trifluoressigsäure in Kombination mit BCl3 eine schnelle Decarbonylierung der Ameisensäure bewirkt.
Bildung von 1,1,1-Trifluor-2,2,2-tris(4-methoxyphenyl)ethan (32) aus Trifluoressigsäure und Anisol.
Molekülstruktur im Kristall von 1,1,1-Trifluor-2,2,2-tris(4-methoxyphenyl) ethan (32). Die Ellipsoide umschreiben 50% Aufenthaltswahrscheinlichkeit; (H-Atome als Kugeln mit willkürlichem Radius).
Bei der Formylierung von 3-Methoxyphenol (Resorcinmonomethylether) 10 (Schema 7) wird das Ergebnis von den Reaktionsbedingungen in gleicher Weise beeinflusst wie bei der Formylierung von Anisol (13) (Ergebnisse siehe Tabelle 3). Kurze Reaktionszeiten mit dem System Ameisensäure/BCl3 liefern die besten Aldehydausbeuten (siehe Versuche 3, 12, 14, 16, 18, Tabelle 3).
Formylierung von 3-Methoxyphenol (10) mit Ameisensäure/BCl3.
Formylierungsversuche an 3-Methylanisol (17) (Schema 8) (vgl. Tabelle 4) bestätigen im Wesentlichen die obigen Feststellungen. Die Formylierung von 3-Methylanisol (17) verläuft mit deutlich geringeren Ausbeuten als die von 3-Methoxyphenol (10) unter vergleichbaren Bedingungen. Die Ursache dafür sehen wir im unterschiedlichen Koordinationsvermögen von 17 und 10 für BCl3.
Formylierung von 3-Methylanisol (17) mit Ameisensäure/BCl3.
Versuche zur Formylierung von 3-Methylanisol (17), mit Ameisensäure/Bortrichlorid in Dichlormethan bzw. 1,2-Dichlorethan.
| Versuch Nr. | Stoffmengenverhältnis ArH:HCOOH:BCl3 | Temp. [°C]/Zeit [min] | 2-Methyl-4-methoxybenzaldehyd (18): Ausbeute [%] | Sdp. [°C/Torr] |
|---|---|---|---|---|
| 1a | 1:1.8:2.1 | −15→→−10/10b −10→→5/20 | 13 | 91/0.1 Lit. [24]: 135–137/15 1.5620 |
| 2a | 1:1.7:1.9 | −5/120b | 20 | 91/0.1 1.5623 |
| 3d | 1:1.1:2 | −25/30b.c −25→→−12/180 | 15e | – |
aIn Dichlormethan; bTemperaturverlauf während der Zugabe des Aromaten; cdie Hälfte des BCl3 wurde erst zugegeben, nachdem dem Gemisch aus BCl3 und 3-Methylanisol die Ameisensäure zugesetzt war; din 1,2-Dichlorethan; e1H-NMR-spektroskopisch bestimmt.
In der technischen organischen Chemie sind Syntheseverfahren, die sehr tiefe Reaktionstemperaturen erfordern, aus Kostengründen unerwünscht. Wir haben deshalb am Beispiel der Formylierung des 1,3-Dimethoxybenzols (Resorcindimethylethers) (20), der ähnlich reaktiv sein dürfte wie 3-Methoxyphenol (10), untersucht, ob bei sehr reaktiven Aromaten, auch bei Temperaturen, die knapp unter 0°C liegen, mit dem System Ameisensäure/Bortrichlorid noch akzeptable Aldehydausbeuten zu erzielen sind (Schema 9). Die Ergebnisse der Versuche finden sich in Tabelle 5. Das Verfahren liefert bei Reaktionstemperaturen zwischen −2 und −4°C Aldehydausbeuten von über 50% nach kurzen Reaktionszeiten (10–20 min), wenn folgende Randbedingungen eingehalten werden:
Formylierung von 1,3-Dimethoxybenzol (Resorcindimethylether) (20) mit Ameisensäure/Bortrichlorid.
Versuche zur Optimierung der Synthese von 2,4-Dimethoxybenzaldehyd (21) aus Resorcindimethylether (20), Ameisensäure/Bortrichlorid in Dichlormethan.
| Versuch Nr. | Stoffmengenverhältnis ArH:HCOOH:BCl3 | Temp. [°C]/Zeit [min] | 2,4-Dimethoxy benzaldehyd (21): Ausbeute [%] | Schmp. [°C] |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 1:1.67:2 | −5→→−1/6a −1→→12/8b | 71c,d | |
| 2 | 1:1.67:1.83 | −13→→−3/4a 3→→20/16b | 56c | |
| 3 | 1:1.61:2 | −14→→−5/4a −5→→5/6b | 62c 49e | 66 Lit. [22]: 72 |
| 4 | 1:1.67:1.6 | −15→→−8/3b −27→→−15/31c | 36c | |
| 5 | 1:1.67:1.9 | −2→→−1/3a 1→→3/5 b | 37c 29e | 67 |
| 6 | 1:1.67:1.9 | −2→→3/9a 3→→3.5/5b | 58c 24e | 68–69 |
| 7 | 1:1.67:1.9 | −2→→3.5/17a 6→→7/3b | 52c | |
| 8 | 1:1.67:1.9 | −3→→4/9a 4/2b | 48c 39e | |
| 9 | 1:1.2:1.67 | −3→→3/9a 4→→5/4b | 55c 45e | 65–66 |
| 10 | 1:1.2:1.9 | −4→→2/9a 2→→5/3b | 56c 49e | 66–67 |
| 11 | 1:1.2:1.6 | −4→→2/9a 2→→5/6b | 61c 50e | 67.5 |
aTemperaturverlauf während der Zugabe des Resorcindimethylethers; bneben 2,4-Dimethoxybenzaldehyd enthält das Produkt Anteile von 4-Hydroxy-2-methoxy- und vermutlich auch 2-Hydroxy-4-methoxy-benzaldehyd; c1H-NMR-spektroskopisch bestimmt; dTemperaturverlauf nach der Aromatenzugabe bis zur Hydrolyse des Ansatzes; eisoliertes Produkt.
Das Stoffmengenverhältnis Resorcindimethylether (20) zu Ameisensäure zu BCl3 liegt im Intervall von ca. 1:1.2:1.9 und 1:1.6:2,
die Zugabe des Aromaten erfolgt bei Temperaturen unterhalb von −2°C,
wird der Aromat bei Temperaturen um −4°C zugegeben, sollte die Zugabezeit bei ca. 10–15 min liegen. Bei Temperaturen um −10°C kann der Aromat in ca. 4–6 min zugesetzt werden.
Aus den Versuchsergebnissen folgt, dass bei der Aromatenformylierung mit Ameisensäure/BCl3 die Reaktionstemperatur im Allgemeinen unter −5°C und dabei die Reaktionszeit unter 2 h liegen sollte. Ein besonders wichtiges Resultat scheint zu sein, dass die Aldehydausbeuten dramatisch abnehmen, wenn die Ansätze nur langsam auf Raumtemperatur gelangen und erst nach mehreren Stunden hydrolysiert werden. Möglicherweise führt das im Überschuss vorhandene Bortrichlorid zu einer Deformylierung des gebildeten Aldehyds. Auch die ausbeutemindernde Umwandlung der Formylgruppe in eine Dichlormethylgruppe durch BCl3 ist denkbar. Derartige Umwandlungen sind bekannt [25], daneben kann durch BCl3 eine Dealkylierung der Alkoxygruppen (Etherspaltung) bewirkt werden.
Ein Vergleich der Ergebnisse der Versuche 6 und 8 (Tabelle 3) zeigt, in welchem Ausmaß das Lösungsmittel die Aldehydausbeuten bestimmt, ist doch unter sonst fast gleichen Bedingungen die Aldehydausbeute mehr als 5 mal höher, wenn anstelle eines 1:1-Gemisches aus 1,2-Dichlorethan und Heptan reines 1,2-Dichlorethan verwendet wird.
Ferner ist die Reihenfolge der Zugabe der Reagenzien zur Erzielung hoher Aldehydausbeuten außerordentlich wichtig. Bei den Versuchen wurde 3-Methoxyphenol (10) zu der Mischung aus Ameisensäure und BCl3 in 1,2-Dichlorethan gegeben. Wird aber die Ameisensäure in dem Gemisch aus Aromat und BCl3 in 1,2-Dichlorethan gegeben, so werden höhere Aldehydausbeuten erzielt (vgl. Versuche 4 und 10, Tabelle 3).
Auffallend ist, wie die GC/MS-Analyse der Rohprodukte zeigt, dass die Reaktion offenbar regioselektiv verläuft, denn bei der Formylierung von 3-Methoxyphenol wird ausschließlich 2-Hydroxy-4-methoxybenzaldehyd gebildet. Vermutlich läuft die Formylierung der Hydroxyarene mit Ameisensäure/BCl3 analog zu dem für die Fries-Verschiebung vorgeschlagenen Mechanismus [18], [19], [20], der einen Einbau der Formylgruppe ortho-ständig zur Hydroxygruppe am Aromaten erwarten lässt.
Um nachzuweisen, dass die wesentlichen, die Ausbeuten des Verfahrens stark beeinflussenden Randbedingungen jetzt bekannt sind, wurde versucht, in etwa unter den Bedingungen des Versuchs 10 (Tabelle 3) mit Hilfe von Ameisensäure/BCl3 3,5-Dimethoxyphenol (33) zu formylieren (Stoffmengenverhältnis ArOH zu HCOOH zu BCl3=1:2.3:2.3, −15°C, 2 h). Dabei wurde reiner 2-Hydroxy-4,5-dimethoxy-benzaldehyd (34) mit 69%-iger Ausbeute isoliert (Schema 10).
Formylierung von 3,5-Dimethoxyphenol (33) mit Ameisensäure/BCl3
Das System Ameisensäure/BCl3 ist somit geeignet, stärker aktivierte Hydroxyarene im präparativen Maßstab mit guten Ausbeuten zu formylieren.
In einem Kontrollversuch (Stoffmengenverhältnis ArOH zu HCOOH zu BCl3=1:1.2:3) wurden die Reaktanden bei −12°C unmittelbar zusammengegeben, dabei stieg die Temperatur trotz intensiver Kühlung innerhalb einer Minute auf +25°C und sank dann langsam wieder auf −12°C. Nach einstündigem Rühren bei dieser Temperatur lieferte die Aufarbeitung den Aldehyd mit einer Ausbeute von nur 5.2%. Die Ursache dieses dramatischen Ausbeuteverlusts liegt sehr wahrscheinlich daran, dass bei Temperaturen über 0°C sich das, aus Ameisensäure und BCl3 entstehende, Addukt zu zersetzen beginnt (CO-Abspaltung). Weitere Untersuchungen müssen zeigen, ob diese Annahme zutrifft.
Von besonderem Interesse ist die Klärung der Frage, ob eine präparativ nutzbare Aromatenformylierung mit Ameisensäure auch Protonensäure-katalysiert möglich ist. Qualitative Untersuchungen zu dieser Frage haben ergeben [26], dass Resorcindimethylether mit überschüssiger Ameisensäure/Trifluormethansulfonsäure in Nitromethan mit ca. 20% Ausbeute formyliert werden kann, wenn die Reaktionen mit einem Stoffmengenverhältnis von Resorcindimethylether zu HCOOH zu CF3SO3H=1:1.5:3, im Temperaturbereich von −10°C→→+20°C, innerhalb einer Stunde durchgeführt wird.
Um den Einfluss der Lösungsmittelpolarität auf den Verlauf der Formylierung von Resorcindimethylether (20) mit Ameisensäure/CF3SO3H zu untersuchen, wurden Umsetzungen in Nitromethan und Mischungen aus Nitromethan und Heptan im Stoffmengenverhältnis ArH zu HCOOH zu CF3SO3H=1:1.5:3) bei −15°C durchgeführt (Reaktionszeit 1 h 20 min).
Dabei findet man eine lineare Abnahme der Aldehydausbeuten mit wachsendem Anteil von Heptan im Lösungsmittelgemisch (Abb. 2). In reinem Nitromethan beträgt die Aldehydausbeute 13.9%, in einem Gemisch aus 70% Nitromethan und 30% Heptan sinkt die Aldehydausbeute auf 10.5%, bei einem Heptananteile von 70% beträgt die Aldehydausbeute nur noch 6%.
Ausbeute an 2,4-Dimethoxybenzaldehyd (21) bei der Formylierung von Resorcindimethylether (20) in Ameisensäure/BCl3 in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Lösungsmittelsystems (Volumenanteile von Nitromethan und n-Heptan).
Der starke Einfluss, den die Lösungsmittelnatur auf die Aldehydausbeuten hat, ist auch zu erkennen, wenn man die Formylierung von 1,3-Dimethoxybenzol (Resorcindimethylether) (20) bei obigen Stoffmengenverhältnissen in Acetonitril, Chlorbenzol und einem 1:1-Gemisch aus Nitromethan und Methylenchlorid durchführt. Dabei werden die in Tabelle 6 angegebenen Ausbeuten erzielt.
Formylierung von Resorcindimethylether in unterschiedlichen Reaktionsmedien.
| Lösungsmittel | CH3NO2 | CH3CN | CH3NO2/CH2Cl2 (1:1) | C6H5Cl |
|---|---|---|---|---|
| %-Ausbeute an 2,4-Dimethoxybenzaldehyd (17) | 13.9 | – | 10.7 | 18.6 |
Die Ergebnisse zeigen, dass die Aldehydausbeuten nicht nur von der Lösungsmittelpolarität abhängen, denn bei Nitromethan und Acetonitril stimmen die Dielektrizitätskonstante, das Dipolmoment und selbst der ET(30)-Wert [27], der einen empirischen Wert der Lösungsmittelpolarität darstellt, nahezu überein (siehe Tabelle 7), dabei gelingt die Formylierung in Nitromethan, in Acetonitril aber gar nicht.
Vergleich der Lösungsmittelparameter von Acetonitril und Nitromethan.
| Dielektrizitätskonstante | Dipolmoment μ [10−3 Cm] | ET (30) [kcal mol−1] | |
|---|---|---|---|
| Acetonitril | 37.5 (20°C) | 11.48 | 46.0 |
| Nitromethan | 35.87 (30°C) | 11.88 | 46.3 |
Einen erheblichen Einfluss dürfte die Basizität des Lösungsmittels haben. Acetonitril ist wesentlich basischer als Nitromethan, es bildet bekanntlich stabile Nitriliumsalze wie z. B. 35 (Schema 11) und kann daher die Supersäure abpuffern, so dass die Protonierung der Ameisensäure unterbleibt und damit in dem Medium kein aktives Formylierungsmittel vorhanden ist, womit erklärt werden kann, dass in Acetonitril die Formylierung von Resorcindimethylether ausbleibt.
Nitriliumsalzbildung bei der Einwirkung von Trifluormethansulfonsäure auf Acetonitril.
Offenbar werden für die, durch Supersäuren katalysierte, Aromatenformylierung mit Ameisensäure stark polare, schwach basische Lösungsmittel benötigt.
Die Polarität eines Mediums kann auch durch Salzzusätze erhöht werden. Es wurde deshalb geprüft, welchen Einfluss der Zusatz von N,N,N′,N′,N″,N″-Hexaethylguanidiniumtetrafluoroborat auf den Verlauf der Formylierung von Resorcindimethylether mit Ameisensäure/CF3SO3H in Nitromethan nimmt.
Überraschenderweise wirkt der Guandiniumsalz-Zusatz stark ausbeuteverringernd. Schon die Zugabe von 1% des Guanidiniumfluoroborates vermindert die Ausbeute von 13.9 auf 9.8%. Führt man die Umsetzung in Gegenwart von 5% des Guanidiniumsalzes durch, so sinkt die Aldehydausbeute auf 6.4%, also auf die Hälfte des Wertes, der in Abwesenheit des Salzes erzielt wird.
Bei der Vilsmeier-Haack-Reaktion wird N,N-Dimethylformamid zunächst mit Phosphorylchlorid umgesetzt, wobei ein Gleichgewichtsgemisch der reaktiven Iminiumsalze 36, 37 entsteht, das als Formylierungsreagenz fungiert (Schema 12).
Bildung des Vilsmeier-Haack-Reagenzes (36, 37).
Obwohl die Aussichten verschwindend gering waren, dass sich Ameisensäure durch POCl3 in ähnlicher Weise aktivieren lässt, haben wir Ameisensäure mit POCl3 umgesetzt. Die Reaktion verläuft unter lebhafter Gasentwicklung (HCl, CO). Wir vermuteten, dass dabei unter anderem Dichlorphosphorsäure (38) entsteht, die mit POCl3 zu Dichlorphosphorsäureanhydrid (39) reagieren könnte (Schema 13).
Bildung von Dichlorphosphorsäureanhydrid 39 aus Ameisensäure und Phosphorylchlorid.
Dichlorphosphorsäureanhydrid (39) ist nicht einfach erhältlich. Es wurde vor geraumer Zeit mit 49% Ausbeute durch 21-tägiges Rückflusserhitzen eines Gemisches aus Methanol und Phosphorylchlorid hergestellt [28]. Da die möglicherweise Dichlorphosphorsäureanhydrid liefernde Umsetzung von Ameisensäure mit Phosphorylchlorid bei großen Ansätzen nicht einfach zu kontrollieren ist, haben wir versucht, Dichlorphosphorsäureanhydrid aus Alkoholen wie Cyclohexanol bzw. tert-Butylalkohol und Phosphorylchlorid formal unter Dehydratisierung des Alkohols, zu gewinnen. In der Tat lässt sich nach 6.5-stündigem Erhitzen eines Gemisches aus Phosphorylchlorid und Cyclohexanol mit 15% Ausbeute Dichlorphosphorsäureanhydrid (39) erhalten. Die entsprechende Reaktion mit tert-Butylalkohol liefert 39 mit 20% Ausbeute.
Interessanterweise bildet 39 mit N,N-Dimethylformamid ein zu den Salzen 36, 37 analoges Addukt 40, das ein höheres Formylierungsvermögen besitzt als das klassische Vilsmeier-Haack-Reagenz (Schema 14) [28].
Bildung des Vilsmeier-Haack-analogen Addukt 40.
Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren zur Synthese von 39 [28] ist mit der oben beschriebenen Methode das, für die Erzeugung des reaktiveren Vilsmeier Salzes erforderliche, Anhydrid 39 in vergleichsweise kurzer Reaktionszeit einfach zugänglich, was möglicherweise zu einer vermehrten Anwendung des Formylierungsmittels 40 führen könnte.
Da Trifluormethansulfonsäure teuer ist, wurde untersucht, ob sie bei Formylierungen mit Ameisensäure durch andere preiswerte Säuren bzw. Säuregemische ersetzt werden kann oder ob sich die Menge der Trifluormethansulfonsäure reduzieren lässt, wenn in Gegenwart von Lewis-Säuren umgesetzt wird. Dazu wurde Resorcindimethylether mit Ameisensäure in Gegenwart von verschiedenen Protonensäuren, Gemische von Protonensäuren, Gemischen von Säureanhydriden und Protonensäuren sowie Gemische von Trifluormethansulfonsäure und Lewis-Säuren umgesetzt. Eine Reihe der „Aktivatoren“ wurden in Chlorbenzol andere in Nitromethan erprobt. Die Ergebnisse der Versuche sind in den Tabellen 8 und 9 zusammengestellt.
Versuche zur Formylierung von Resorcindimethylether mit Ameisensäure unter Katalyse von Protonensäuren in Chlorbenzol.
| Versuch Nr. | Aktivatorsystem | Zugabetemp. [°C]/Zugabezeit [min] | Reaktionstemp. [°C]/Reaktionszeit [h] | Hydrolyse- dauer [min] | Aldehyd: Ausbeute [%] |
|---|---|---|---|---|---|
| 1a | H2SO4b | −15/15 | 20/1 | 120 | <<1 |
| 2a | H2SO4/SO3c | −15/20 | 20/2 | 120 | – |
| 3a | H2SO4/SO3/B2O3d | −10/15 | 20/3 | 120 | – |
| 4a | H2SO4/B/OH)3e (Stoffmengenverhältnis 3.5:1) | −10/20 | 20/1 | 120 | 6.5 |
| 5a | H2SO4/B(OH)3f (Stoffmengenverhältnis 1.75:1) | −5/10 | 20/1 | 120 | 6.1 |
| 6a | HCl/B(OH)3g | −7/10 | 20/1 | 60 | – |
| 7a | H3PW12O40h | 20/1 | 65/5 | 60 | – |
| 8a | Nafion Hi | −10/10 | 20/2 | 120 | – |
aSubstrat 0.05 mol Resorcindimethylether in 50 mL Chlorbenzol, Reagenz 0.075 mol Ameisensäure; b0.2 mol; c0.2 mol H2SO4, 0.18 mol SO3; d0.3 mol H2SO4, 0.2 mol SO3, 0.05 mol H3BO3; e0.175 mol H2SO4, 0.05 mol H3BO5; f0.175 mol H2SO4, 0.1 mol B(OH)3; g13 mL konz. Salzsäure, 0.05 mol B(OH)3; h5.10−4 mol H3PW12O40; i0.79 g Nafion H.
Versuche zur Formylierung von Resorcindimethylether mit Ameisensäure unter Katalyse von Chlorsulfonsäure bzw. Gemischen aus Trifluormethansulfonsäure und Lewis-Säuren in Nitromethan.
| Versuch Nr. | Aktivatorsystem | Zugabetemp. [°C]/Zugabezeit [min] | Reaktionstemp. [°C]/Reaktionszeit [h] | Hydrolyse- dauer [min] | Aldehyd: Ausbeute [%] |
|---|---|---|---|---|---|
| 1a | ClSO3Hb | −15/10 | 20/1 | 120 | – |
| 2a | CF3SO3H/FeCl3c (Stoffmengenverh.: 3:1) | −20/60 | 20/1 | 120 | 12.9 |
| 3a | CF3SO3H/SbCl5 | −15/10 | 20/1 | 120 | – |
| 4a | CF3SO3H/TiCl4d | −15/10 | 20/1 | 120 | <1 |
| 5a | CF3SO3H/Pr(O3SCF3)3e | −10/10 | 20/1 | 120 | 14 |
| 6a | CF3SO3H/B(OH)3f (Stoffmengenverh.: 3:1) | −10/10 | 20/1 | 120 | 14.9 |
| 7a | CF3SO3H//B(OH)3g (Stoffmengenverh.: 3:2) | −10/10 | 20/1 | 120 | 4.7 |
| 8a | CF3SO3H//B(OH)3h (Stoffmengenverh.: 3:4) | −10/10 | 20/1 | 120 | 4.4 |
aSubstrat 0.05 mol Resorcindimethylether in 50 mL Nitromethan, Reagenz 0.075 mol Ameisensäure; b15 mol ClSO3H; c0.15 mol CF3SO3H, 0.045 mol FeCl3, es wurde die Bildung von Eisen(III)triflat erwartet FeCl3+3 CF3SO3H→→Fe(O3SCF3)3+3 HCl; d0.11 mol CF3SO3H, 0.09 mol TiCl4, e0.15 mol CF3SO3H, 0.7 mmol Pr(O3SCF3)4; f0.15 mol CF3SO3H, 0.05 mol B(OH)3; g0.15 mol CF3SO3H, 0.105 mol B(OH)3; h0.15 mol CF3SO3H, 0.21 mol B(OH)3.
Die Ergebnisse der Tabelle 8 zeigen, dass nur das System H2SO4/B(OH)3 bei Aromatenformylierungen mit Ameisensäure als Aktivator geeignet ist, immerhin werden 50% der Aldehydausbeute erzielt, die bei Verwendung von reiner Trifluormethansulfonsäure gefunden werden (Versuch 4, Tabelle 8). Eine Erhöhung des Borsäureanteils führt zu keiner Ausbeutesteigerung (Versuch 5, Tabelle 8).
Aus den Ergebnissen der Tabelle 9 folgt, dass Lewis-Säuren offenbar die aktivierende Wirkung von Trifluormethansulfonsäure außerordentlich stark beeinflussen. Titantetrachlorid und Antimonpentachlorid desaktivieren die Trifluormethansulfonsäure vollständig, während Eisen(III)chlorid ihre Aktivität nur geringfügig erniedrigt und Praseodymtriflat die Wirksamkeit etwas steigert. Der Einfluss von Borsäurezusätzen ist vom Stoffmengenverhältnis CF3SO3H/B(OH)3 abhängig. Bei einem Stoffmengenverhältnis von 3:1 beobachtet man eine Aktivierung der Trifluormethansulfonsäure (Versuch 6, Tabelle 9). Wird das Verhältnis verkleinert, wird die Trifluormethansulfonsäure zunehmend desakt iviert (Versuche 7 und 8, Tabelle 9).
3 Ausblick
Das System Ameisensäure/Bortrichlorid eignet sich zur Formylierung von 1,2- und 1,3-Dialkoxy- bzw. 1-Alkoxy-3-hydroxybenzolen und 2- bzw. 3-Alkylanisolen. Besitzt der Aromat weitere aktivierende Substituenten, wie dies beim 3,5-Dimethoxyphenol der Fall ist, verläuft die Formylierung mit ansprechenden Ausbeuten. Ameisensäure ist durch katalytische [29], [30], [31] bzw. elektrochemische [32] Reduktion zugänglich. Mit Hilfe dieser Umwandlung kann Solar- bzw. Windenergie, die zuvor in Strom umgewandelt wurde, gespeichert werden. Um die globale Erwärmung zu stoppen, muss die CO2-Menge in der Atmosphäre reduziert werden. Angesichts dieser Problematik dürfte sich die CO2-Reduktion zu Ameisensäure im technischen Maßstab etablieren und es gilt für die dann zur Verfügung stehende Ameisensäure weitere Anwendungsfelder zu erschließen. Es dürfte sich daher lohnen, zu untersuchen, ob die Formylierungsmethode auch auf aktivierte Sauerstoff- und Schwefelheterocyclen, wie z. B. Furane oder Thiophene sowie aktivierte Olefine wie Enolether übertragbar ist.
4 Experimenteller Teil
4.1.1
Formylierung aktivierter Aromaten mit Ameisensäure/Bortrichlorid in 1,2-Dichlorethan
Allgemeine Vorschrift A1 (vgl. Tabelle 1)
Zu einer Lösung von 7.00 g (60 mmol) Bortrichlorid in 11 mL trockenem 1,2-Dichlorethan (1,2-DCE) wird unter Rühren bei −25°C innerhalb von 30 min ein Gemisch aus 1.52 g (33 mmol) Ameisensäure, 30 mmol des betreffenden Aromaten in 6 mL 1,2-DCE getropft. Man lässt die Temperatur innerhalb 3 h auf −12°C ansteigen. Danach wird dem Ansatz eine Probe (ca. 0.3 mL) entnommen, hydrolysiert und mit 2,4-Dinitrophenylhydrazin (Shriner-Fuson-Lösung) auf das Vorhandensein von Aldehyd geprüft. Ist Aldehyd nachweisbar, wird der Ansatz mit 60 mL Eiswasser hydrolysiert, eventuell gebildete Feststoffe werden abfiltriert. Die organische Phase wird abgetrennt und die Wasserphase einmal mit 10 mL 1,2-DCE ausgeschüttelt. Die vereinigten organischen Phasen werden über Calciumchlorid getrocknet. Das nach dem Abfiltrieren des Trockenmittels erhaltene Filtrat wird im Rotationsverdampfer vom Lösungsmittel befreit. Im Rückstand wird der Aldehydgehalt 1H-NMR-spektroskopisch bestimmt.
4.1.2 Formylierung aktivierter Aromaten mit Ameisensäure/Bortrichlorid in Dichlormethan
Allgemeine Vorschrift A2 (vgl. Tabelle 1)
Zu 3.50 g (30 mmol) Bortrichlorid in 15 mL trockenem Dichlormethan tropft man bei −10°C unter Rühren 1.01 g (22 mmol) Ameisensäure in 5 mL Dichlormethan. Innerhalb von 10 min werden 20 mmol des betreffenden Aromaten in 5 mL Dichlormethan so zugetropft, dass die Temperatur auf den in der Tabelle genannten Wert ansteigt. Lässt sich in einer dem Ansatz entnommenen Probe (ca. 0.3 mL) nach Hydrolyse das Vorhandensein eines Aldehyds nachweisen (Shriner-Fuson-Lösung), wird der Ansatz mit 50 mL Eiswasser hydrolysiert und filtriert. Die organische Phase des Filtrats wird abgetrennt und die Wasserphase einmal mit 10 mL Dichlormethan ausgeschüttelt. Die vereinigten organischen Phasen werden mit Calciumchlorid getrocknet. Das nach dem Abfiltrieren des Trockenmittels erhaltene Filtrat wird im Rotationsverdampfer vom Dichlormethan befreit und im Rückstand der Aldehydgehalt 1H-NMR-spektroskopisch bestimmt.
4.1.3 Ansätze (vgl. Tabelle 1)
Versuch Nr. 1: 1.88 g (20 mmol) Phenol werden nach der allg. Vorschrift A2 umgesetzt, dabei wird lebhaft HCl entwickelt. Ausb.: 1.20 g (61%) farbloser Feststoff, der im Wesentlichen aus Tris(4-hydroxyphenyl)methan besteht. – 1H-NMR (60 MHz, CDCl3, TMS): δ=5.90 (s, 1H, CH), 6.1–6.8 (breites s, 3H, OH), 6.8–7.6 (m, 12H, Ar-H).
Versuch Nr. 2: Zu 1.76 g (15 mmol) BCl3 in 50 mL Dichlormethan gibt man bei 0°C unter Rühren 14.4 g (100 mmol) 2-Naphthol (6). Bei −5°C werden innerhalb von 30 min 4.6 g (100 mmol) Ameisensäure in 50 mL Dichlormethan zugetropft. Nach der Zugabe von 50 mL tiefsiedendem Petrolether wird der Ansatz auf 25°C erwärmt und mit 100 mL Eiswasser hydrolysiert. Die organische Phase wird abgetrennt und die Wasserphase zweimal mit je 15 mL Dichlormethan extrahiert. Die vereinigten, mit Calciumchlorid getrockneten, organischen Phasen werden im Vakuum im Rotationsverdampfer von dem Lösungsmittel befreit. Der zurückbleibende braune Feststoff aus rohem 2-Hydroxy-1-naphthaldehyd 7 (15.9 g) wird im Ölpumpenvakuum fraktionierend destilliert. Ausb.: 9.1 g (53% farbloser Feststoff mit Sdp. 108–111°C/0.1 Torr (Lit. [21]: 192°C/27 Torr) und Schmp. 74–75°C (Lit.: [21]: 82°C).
Versuch Nr. 3: 3.30 g (30 mmol) Resorcin (4) werden entsprechend der allgemeinen Vorschrift A1 umgesetzt (Einzelheiten siehe Tabelle 1). Es werden 0.25 g eines farblosen Feststoffs erhalten, der mit 2,4-DNPH-Lösung keine Reaktion zeigt.
Versuch Nr. 4: Nach der allgemeinen Vorschrift A2 werden 2.52 g (20 mmol) Phloroglucin (9) umgesetzt (Einzelheiten siehe Tabelle 1). Im Rückstand ist kein Aldehyde nachweisbar.
Versuch Nr. 5: Nach der Vorschrift A1 erhält man aus 3.72 g (30 mmol) 3-Methoxyphenol (10) 1.10 g einer rotbraunen Flüssigkeit, die laut 1H-NMR-Spektrum ca. 55% Aldehyde (im Wesentlichen 2-Hydroxy-4-methoxy-benzaldehyd) 11 enthält.
Versuch Nr. 6: Nach der allgemeinen Vorschrift A1 werden 3.72 g (30 mmol) 4-Methoxyphenol umgesetzt. Als Rückstand erhält man 1.60 g eines weißen Feststoffs, in dem sich kein Aldehyd nachweisen lässt.
Versuch Nr. 7: Zu 7.00 g (60 mmol) Bortrichlorid in 20 mL Dichlormethan tropft man unter Rühren bei maximal −10°C 2.30 g (50 mmol) Ameisensäure in 10 mL Dichlormethan. Dazu tropft man innerhalb 5 min 3.24 g (30 mmol) Anisol (13) in 5 mL Dichlormethan bei −10°C. Der Ansatz wird innerhalb 20 min auf 20°C erwärmt und mit 30 mL Eiswasser hydrolysiert. Die Aufarbeitung erfolgt nach der allgemeinen Vorschrift A1 und liefert 3.10 g einer gelblichen Flüssigkeit, die 26% Anisaldehyd (14) enthält. Ausb.: 20% d. Th.
Versuch Nr. 8: Aus 3.66 g (30 mmol) 2-Methylanisol (15) erhält man nach der Vorschrift A1 3.00 g einer Flüssigkeit, die zu 28% aus aromatischen Aldehyden besteht. Ausb.: 19%.
Versuch Nr. 9: Aus 3.66 g (30 mmol) 3-Methylanisol (17) erhält man nach der Vorschrift A1 3.00 g einer Flüssigkeit, die einen Aldehydgehalt 18 von 29% aufweist. Ausb.: 19%
Versuch Nr. 10: Nach der Vorschrift A1 erhält man aus 3.66 g (30 mmol) 4-Methylanisol (19) 2.50 g einer Flüssigkeit, die mit Shriner-Fuson-Lösung einen schwach positiven Test ergibt.
Versuch Nr. 11: Zu einer Lösung von 3.5 g (30 mmol) BCl3 in einem Gemisch aus 10 mL Dichlormethan und 15 mL Hexan werden 1.01 g (22 mmol) Ameisensäure bei −10°C getropft. Innerhalb von 7 min werden unter Rühren 8.76 g (20 mmol) 1,3-Dimethoxybenzol (20) zugetropft, wobei die Temperatur auf 4°C ansteigt. Nach ca. 0.2 h bei 8°C wird hydrolysiert und aufgearbeitet. Man erhält 1.8 g eines Feststoffs der 44% (1H-NMR) 2,4-Dimethoxybenzaldehyd (21) enthält. Ausb.: 24%.
Versuch Nr. 12: 12 mL einer Lösung aus BCl3 in 1,2-Dichlorethan (c=2 mol L−1, 24 mmol) wird bei −15°C mit 10 mL n-Heptan versetzt. Zu dieser Lösung tropft man langsam zuerst 1.38 g (10 mmol) 1,3-Dimethoxybenzol (20) und dann 0.50 g (10.9 mmol) Ameisensäure. Man rührt von 5 h bei −10°C und 1 h bei 15°C. Anschließend wird der Ansatz hydrolysiert und die abgetrennte organische Phase einmal mit Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen mit Natriumsulfat wird im Rotationsverdampfer eingeengt. 2,4-Dimethoxybenzaldehyd (21) wird destillativ isoliert. Ausb.: 0.9 g (52%) mit Sdp. 115–120°C/0.1 Torr (Lit. [22]: Sdp. 165°C/10 Torr), Schmp. 68–70°C (Lit. [22]: 72°C).
Versuch Nr. 13: Nach der allgemeinen Vorschrift A1 erhält man aus 5.00 g (30 mmol) 1,2-Diethoxybenzol (Brenzkatechindiethylether) (22) 3.60 g eines braunen Feststoffs, der einen Aldehydanteil (23) von 36% besitzt. Ausb.: 22%.
Versuch Nr. 14: Aus 4.15 g (30 mmol) 1,2-Dimethoxybenzol (Brenzkatechindimethylether) (24) erhält man nach der Vorschrift A1 2.40 g einer Flüssigkeit, die mit Shriner-Fuson-Lösung einen schwach positiven Aldehyd-Test gibt.
Versuch Nr. 15: Zu 8.8 g (75 mmol) Bortrichlorid in 30 mL 1,2-Dichlorethan tropft man bei −5°C unter Rühren 9.7 g (50 mmol) 1,2-Di(isopropyloxy)benzol (Brenzkatechindiisopropylether) (27) in 10 mL 1,2-Dichlorethan. Danach lässt man 2.3 g (50 mmol) Ameisensäure in 20 mL 1,2-Dichlorethan bei −5°C innerhalb von 30 min zutropfen. Der Ansatz wird ohne Kühlung 14 h stehengelassen, dann kurz auf 50°C erwärmt, wobei deutlich Chlorwasserstoff entwickelt wird. Da in einer hydrolysierten Probe kein Aldehyd nachweisbar war, wurde auf eine weitere Aufarbeitung verzichtet.
Versuch Nr. 16: Aus 3.44 g (20 mmol) 2-Ethoxynaphthalin (28) erhält man nach der Vorschrift A1 3.18 g eines Feststoffs, der einen Aldehydanteil 29 von 27% aufweist. Ausb. 21%.
Versuch Nr. 17 und 18: Nach der allgemeinen Vorschrift A2 werden 2.78 g (20 mmol) 4-Nitrophenol (30) bzw. 2.42 g (20 mmol) N,N-Dimethylanilin (31) umgesetzt, wobei keine sichtbare Reaktion eintritt. In den erhaltenen Rückständen konnten mit Shriner-Fuson-Lösung keine Aldehyde nachgewiesen werden.
4.2.1 Formylierung von Anisol in verschiedenen Lösungsmitteln bzw. Reaktionsmedien
Allgemeine Vorschrift A3(vgl. Tabelle 2)
In 10.8 g (100 mmol) Anisol in 80 mL des betreffenden Lösungsmittels werden bei −10°C 18.6 g (160 mmol) Bortrichlorid eingeleitet. Dazu tropft man innerhalb von 30 min bei –10 bis –5°C unter Rühren 4.6 g (0.1 mol) Ameisensäure in 50 mL des betreffenden Lösungsmittels. Danach bringt man den Ansatz unter Rühren innerhalb der genannten Zeit auf die angegebene Temperatur und hydrolysiert mit 50 mL Eiswasser. Das Gemisch wird filtriert.
Allgemeine Vorschrift A4(vgl. Tabelle 2)
Zu einer Lösung von BCl3 in 30 mL Dichlormethan bzw. des betreffenden Lösungsmittels wird Ameisensäure bzw. eine Lösung aus Ameisensäure in 5 mL Dichlormethan unter Rühren getropft (Variante A). Zu einer Lösung von Ameisensäure in 5 mL Dichlormethan bzw. des betreffenden Lösungsmittels wird eine Lösung von BCl3 in 20 mL Dichlormethan getropft (bzw. BCl3 eingeleitet) (Variante B). Dabei soll die Temperatur –10°C nicht überschreiten. In die betreffende Mischung wird nun Anisol bzw. eine Lösung von Anisol in 5 mL Dichlormethan getropft. Nach der Hydrolyse wird die organische Phase mit Calciumchlorid getrocknet und das Dichlormethan im Rotationsverdampfer entfernt.
Aufarbeitung I: Die organische Phase wird abgetrennt, mit Calciumchlorid getrocknet und nach dem Abfiltrieren des Trockenmittels im Rotationsverdampfer im Vakuum vom Lösungsmittel befreit.
Aufarbeitung II: Die organische Phase wird im Rotationsverdampfer vom Lösungsmittel befreit und der Rückstand einer Wasserdampfdestillation unterzogen. Die organische Phase des dabei erhaltenen Destillats wird abgetrennt, die wässrige Phase zweimal mit je 20 mL 1,2-Dichlorethan ausgeschüttelt. Die vereinigten organischen Phasen werden mit Calciumchlorid getrocknet und im Rotationsverdampfer vom Lösungsmittel befreit.
4.2.2 Ansätze Tabelle 2
Versuch Nr. 1: 10.8 g (0.1 mol) Anisol werden nach der allgemeinen Vorschrift A3 in 1,2-Dichlorethan umgesetzt; Aufarbeitung II liefert 9.5 g einer Flüssigkeit mit einem Aldehydgehalt von ca. 5%; Aldehydausb.: ca. 3%.
Versuch Nr. 2: Zu 11.7 g (100 mmol) Bortrichlorid in 25 mL 1,2-Dichlorethan fügt man bei –5°C 5.4 g (50 mmol) Anisol. Bei –5°C werden 2.3 g (50 mmol) Ameisensäure in 25 mL 1,2-Dichlorethan zugetropft (2 h). Nach 1 h Rühren bei –5°C wird mit Eiswasser hydrolysiert. Aufarbeitung I liefert 4.5 g Flüssigkeit mit einem Aldehydgehalt von 10%. Aldehydausb.: ca. 7%.
Versuch Nr. 3: 5.5 g (50 mmol) Anisol werden nach der allgemeinen Vorschrift bei –25°C in 1,2-Dichlorethan umgesetzt. Aufarbeitung I liefert 4.3 g Flüssigkeit (Aldehydgehalt 5%). Aldehydausb.: 3%.
Versuch Nr. 4: Die Umsetzung erfolgt in Chlorbenzol nach der allgemeinen Vorschrift A3; Aufarbeitung II ergibt 1.4 g Flüssigkeit mit einem Aldehydgehalt von 19%. Aldehydausb.: ca. 2%.
Versuch Nr. 5: Nach der allgemeinen Vorschrift A4, Variante A werden 3.24 g (30 mmol) Anisol, 2.3 g (50 mmol) Ameisensäure und 7.0 g (60 mmol) BCl3 in Dichlormethan umgesetzt. Das Anisol wird innerhalb von 5 min zugetropft. Die Temperatur wird dabei von 0°C auf 5°C und in weiteren 10 min auf 20°C erhöht. Dann erfolgt die Hydrolyse mit 120 mL Wasser. Nach der Aufarbeitung I erhält man 3.00 g einer Flüssigkeit mit einem Aldehydgehalt von 23% (1H-NMR), Ausb.: 17%.
Versuch Nr. 6: Nach der allgemeinen Vorschrift A4 wird eine Lösung aus 7.0 g (60 mmol) BCl3 in 20 mL Dichlormethan vorgelegt. Dazu werden unter Rühren 2.3 g (50 mmol) Ameisensäure in 10 mL Dichlormethan so zugetropft, dass die Temperatur –10°C nicht überschreitet. Dann werden 3.24 g (30 mmol) Anisol in 5 mL Dichlormethan innerhalb von 5 min bei –10°C zugetropft. Der Ansatz wird innerhalb von 20 min auf 20°C erwärmt und schließlich mit 30 mL Eiswasser hydrolysiert. Nach der Aufarbeitung A4/I erhält man 3.10 g einer Flüssigkeit mit einem Aldehydgehalt von 26% (1H-NMR), Ausb.: 20%.
Versuch Nr. 7: Nach der allgemeinen Vorschrift A4, Variante B werden 3.24 g (30 mmol) Anisol. 1.4 g (30 mmol) Ameisensäure und 7.0 g (60 mmol) BCl3 in Dichlormethan umgesetzt. Das Anisol wird innerhalb von 5 min zugetropft. Die Temperatur wird dabei von 0°C auf 5°C und in weiteren 10 min bis 20°C erhöht. Dann erfolgt die Hydrolyse mit 80 mL Wasser. Nach der Aufarbeitung I erhält man 3.00 g einer Flüssigkeit mit einem Aldehydgehalt von 19% (1H-NMR), Ausb.: 14%.
Versuch Nr. 8: Nach der allgemeinen Vorschrift A4, Variante B werden 3.24 g (30 mmol) Anisol. 4.6 g (10 mmol) Ameisensäure und 10.5 g (90 mmol) BCl3 in Dichlormethan umgesetzt. Das Anisol wird innerhalb von 5 min zugetropft. Die Temperatur wird dabei von –5°C auf 0°C und in weiteren 12 min bis 20°C erhöht. Dann erfolgt die Hydrolyse mit 100 mL Wasser. Nach der Aufarbeitung I erhält man 3.00 g einer Flüssigkeit mit einem Aldehydgehalt von 31% (1H-NMR), Ausb.: 23%.
Versuch Nr. 9: Zu einer Lösung von 3.24 g (30 mmol) Anisol und 1.4 g (30 mmol) Ameisensäure in 10 mL Dichlormethan wird bei –10°C eine Lösung aus 7.0 g (60 mmol) BCl3 in 30 mL Dichlormethan unter Rühren getropft. Dann wird die Temperatur innerhalb von 20 min auf 15°C erhöht und der Ansatz nach weiteren 5 min bei 15°C mit 100 mL Wasser hydrolysiert. Die Aufarbeitung erfolgt wie in der allgemeinen Vorschrift A4 beschrieben. Dabei erhält man 2.60 g einer Flüssigkeit mit einem Aldehydgehalt von 16% (1H-NMR), Ausb.: 10%.
Versuch Nr. 10: 10.8 g (0.1 mol) Anisol werden in Fluorbenzol nach der allgemeinen Vorschrift A3 umgesetzt, Aufarbeitung I liefert 7 g Flüssigkeit mit einem Aldehydgehalt von 5%. Aldehydausb.: ca. 2.5%.
Versuch Nr. 11: 10.8 g (0.1 mol) Anisol wird entsprechend der allgemeinen Vorschrift A3 in Fluorbenzol umgesetzt – Einzelheiten siehe Tabelle 2. 6.9 g (0.15 mmol) Ameisensäure werden als Emulsion in 40 mL Fluorbenzol zugetropft; Reaktionsdauer 5 h bei –10°C. Aufarbeitung I liefert 7.0 g Flüssigkeit mit einem Aldehydgehalt von 8%. Aldehydausb.: ca. 4%.
Versuch Nr. 12: Lösungsmittel Nitrobenzol; allgemeinen Vorschrift A3; im hydrolysierten Ansatz ist mit Shriner-Fuson-Lösung kein Aldehyd nachweisbar.
Versuch Nr. 13: Lösungsmittel Nitromethan; allgemeine Vorschrift A3; im hydrolysierten Ansatz ist mit Shriner-Fuson-Lösung kein Aldehyd nachweisbar.
Versuch Nr. 14: Lösungsmittel Schwefelkohlenstoff; allgemeine Vorschrift A3, jedoch wurden 16.4 g (140 mmol) Bortrichlorid verwendet. Schon beim Einleiten des BCl3 bildet sich in exothermer Reaktion ein farbloser Feststoff und der Kolbeninhalt wird fest. Bei der Zugabe der Ameisensäure wird kein Chlorwasserstoff entwickelt. Nach der Hydrolyse lässt sich mit Shriner-Fuson-Lösung kein Aldehyd nachweisen.
Versuch Nr. 15: Zu 40 mL (56 g) flüssigem Schwefeldioxid werden unter Rühren 3.22 g (70 mmol) Ameisensäure getropft. Anschließend leitet man 21 g (0.18 mol) Bortrichlorid ein (HCl-Entwicklung). Beim Zutropfen von 7.56 g (70 mmol) Anisol erfolgt starke HCl-Entwicklung. Das Schwefeldioxid wird bei –10°C abgedampft. Der flüssige, noch SO2-haltige Rückstand wird auf Eiswasser gegossen, wobei ein klebriger Feststoff ausfällt. Dieser wird in Ether gelöst und die Etherlösung mit Calciumchlorid getrocknet. Die nach dem Abfiltrieren des Trockenmittels erhaltene Lösung wird eingeengt, wobei sich 4,4′-Dimethoxy-diphenylsulfoxid abscheidet. Das Produkt wird abgesaugt und getrocknet. Schmp. 93°C (Lit. [33]: 93–94°C). –1H-NMR (60 MHz, CDCl3, TMS): δ=3.75 (s, 6H, OCH3), 6.85 (d, J=9 Hz, 2H, ArH), 7.05 (d, J=9 Hz, 2H, ArH), 7.5 (d, J=9 Hz, 2H, ArH), 7.65 (d, J=9 Hz, 2H, ArH).
Versuch 16: Die Umsetzung wird wie bei Versuch 15 beschrieben durchgeführt, jedoch werden 18.0 g (0.15 mol) Bortrichlorid eingesetzt. Nach der Hydrolyse wird mit 30 mL Ether ausgeschüttelt, die Etherphase abgetrennt und mit Calciumchlorid getrocknet. Nach dem Abfiltrieren des Trockenmittels wird der Ether entfernt. Man erhält 7.0 g einer Flüssigkeit die mit Shriner-Fuson-Lösung einen positiven Aldehyd-Test ergibt. Der Aldehydgehalt liegt knapp unter 3%. Aldehydausb.: ca. 2%.
Versuch 17: 19.8 g (200 mmol) wasserfreie Phosphorsäure und 16.2 g (0.11 mol) Phosphorpentoxid werden geschmolzen und mit 10.6 g (100 mmol) Anisol vermischt. Bei –10°C werden 10.7 g (100 mmol) Bortrichlorid eingeleitet. Die sich dabei bildenden Klumpen lösen sich bei Zugabe von 40 mL 1,2-Dichlorethan teilweise auf. Bei –10°C tropft man innerhalb von 60 min unter Rühren 13.8 g (300 mmol) Ameisensäure zu. Man hält die Temperatur des Ansatzes 45 min zwischen –5 und 0°C und hydrolysiert mit 250 mL Eiswasser. Durch Aufarbeitung nach der allgemeinen Vorschrift A3/I erhält man 2.3 g einer Flüssigkeit, die mit Shriner-Fuson-Lösung einen schwach positiven Aldehyd-Test ergibt.
Versuch 18: Zu 1.38 g (30 mmol) Ameisensäure in 8 mL Methansulfonsäure und 3 mL Dichlormethan tropft man bei –15 bis –10°C 7.00 g (60 mmol) Bortrichlorid in 17 mL Dichlormethan. Dabei entweicht Chlorwasserstoff, der Ansatz wird viskos und trennt sich in 2 Phasen. Unter Rühren tropft man bei –2°C 3.20 g (30 mmol) Anisol zu. Danach wird innerhalb 1 h auf 35°C erwärmt und mit Eiswasser hydrolysiert. Die abgetrennte organische Phase gibt mit Shriner-Fuson-Lösung einen schwach positiven Aldehyd-Test.
Versuch 19: Zu 5.4 g (50 mmol) Anisol und 8.8 g (75 mmol) Bortrichlorid in 25 mL 1,2-Dichlorethan tropft man bei –20°C innerhalb von 30 min 2.3 g (50 mmol) Ameisensäure in 5.7 g (50 mmol) Trifluoressigsäure, wobei eine starke Gasentwicklung erfolgt. Nach 1.5 h bei –20°C wird hydrolyiert. Die organische Phase wird abgetrennt mit Calciumchlorid getrocknet und das Lösungsmittel im Rotationsverdampfer entfernt. Der Rückstand kristallisiert beim Stehen (12 h) und wird aus 1,2-Dichlorethan umkristallisiert. Ausb.: 0.5 g (7.5%) 1,1,1-Trifluor-2,2,2-tris(4-methoxyphenyl)ethan (32)mit Schmp. 200°C. –1H-NMR (250 MHz, CDCl3, TMS): δ=3.81 (s, 3H, OCH3), 6.81 (d, J=8 Hz, 1H, ArH), 6.89 (d, J=8 Hz, 1H, ArH), 7.00 (d, J=8 Hz, 1H, ArH), 7.10 (d, J=8 Hz, 1H, ArH). –C22H21F3O3 (402.40): ber: C 68.65, H 5.26; gef: C 68.44, H 5.26.
4.3 Versuche zur Formylierung von 3-Methoxyphenol (Resorcinmonomethylether) (10) in verschiedenen Lösungsmitteln bzw. Reaktionsmedien (vgl. Tabelle 3)
4.3.1 Ansätze
Versuch Nr. 1: Bei –10°C wird eine Lösung von 23.4 g (0.2 mol) BCl3 in 60 mL Hexan zu 4.83 g (0.105 mol) Ameisensäure getropft. Dabei bildet sich ein voluminöser, unter Gasentwicklung schäumender farbloser Feststoff. Dazu werden bei –10°C 12.40 g (0.1 mol) 3-Methoxyphenol in 15 mL Hexan innerhalb von 30 min zugetropft. Der Ansatz wird mit 150 mL Wasser hydrolysiert. Die abgetrennte organische Phase gibt mit 2,4-DNPH nur einen schwachen positiven Aldehydnachweis.
Versuch Nr. 2: Zu einer Lösung von 6.8 g (50 mmol) 3-Methoxyphenol und 2.3 g (50 mmol) Ameisensäure in 40 mL Dichlormethan werden bei –20°C 11.7 g (0.1 mol) BCl3 innerhalb 1 h unter Rühren eingeleitet. Nach 3 h bei –20 bis –17°C wird mit 250 mL Eiswasser hydrolysiert. Die organische Phase wird unter Rühren mit 200 mL 20%-iger Natriumacetatlösung versetzt. Die organische Phase wird abgetrennt und die wässrige Phase mit je 20 mL Dichlormethan extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden mit CaCl2 getrocknet und eingedampft. Man erhält 3.1 g einer Flüssigkeit, die zu 45% (NMR) aus 2-Hydroxy-4-methoxy-benzaldehyd (11) besteht. Ausb.: 18%.
Versuch Nr. 3: In eine Lösung von 2.3 g (0.05 mol) Ameisensäure in 30 mL Dichlormethan wird bei –20°C BCl3 eingeleitet [ca. 3.5 g (0.03 mol)], bis die Chlorwasserstoffentwicklung beendet ist. Danach werden 6.2 g (0.05 mol) 3-Methoxyphenol in 5 mL Dichlormethan zugetropft und anschließend weiter BCl3 eingeleitet, bis 23.4 g (0.2 mol) BCl3 zugesetzt sind. Die Temperatur wird innerhalb von 3 h auf –10°C erhöht. Dann erfolgt unter intensivem Rühren die Hydrolyse mit 150 mL Wasser. Der pH-Wert wird mit 20%-iger Natronlauge auf 6 angehoben. Die organische Phase wird abgetrennt und die wässrigen Phasen zweimal mit je 20 mL Dichlormethan ausgeschüttelt. Die vereinigten organischen Phasen werden mit Calciumchlorid getrocknet und das Dichlormethan im Rotationsverdampfer entfernt. Es werden 4.8 g einer Flüssigkeit erhalten, die zu 43% (1H-NMR) aus 2-Hydroxy-4-methoxybenzaldehyd besteht, Ausb.: 27%.
Versuch Nr. 4: In 150 mL 1,2-Dichlormethan werden bei –15°C 33.2 g (283 mmol) Bortrichlorid eingeleitet. Unter Rühren tropft man innerhalb einiger Minuten unterhalb –10°C 9.0 g (195 mmol) Ameisensäure in 30 mL 1,2-Dichlorethan zu, wobei sich ein weißer Feststoff bildet. Bei –16°C werden unter Rühren 24.4 g (177 mmol) 3-Methoxyphenol (Resorcinmonomethylether) in 30 mL 1,2-Dichlorethan zugetropft, wobei sich der Ansatz blutrot färbt. Der Ansatz wird 30 min gerührt. Die Temperatur des Gemisches steigt von –16 auf –7°C an. Innerhalb von 15 min wird mit 30 mL Eiswasser hydrolysiert. Die organische Phase wird abgetrennt und die Wasserphase dreimal mit je 15 mL Dichlormethan ausgeschüttelt. Die vereinigten organischen Phasen werden mit Natriumsulfat getrocknet. In einer Probe des nach dem Abfiltrieren des Trockenmittels erhaltenen Filtrats wird der Aldehydgehalt mittels GC/MS ermittelt. Das Filtrat wird im Rotationsverdampfer von den Lösungsmitteln befreit. Der Rückstand wird einer Wasserdampfdestillation unterzogen, wobei lediglich 2-Hydroxy-4-methoxybenzaldehyd (11) übergeht. Der beim Abkühlen erstarrende Aldehyd wird abfiltriert und getrocknet. Ausb.: 8.3 g (31%) mit Schmp. 40.3–40.5°C (Lit. [24]: 41–42°C).
Die Versuche Nr. 5–10 (Tabelle 3) wurden wie vorstehend beschrieben durchgeführt. Einzelheiten und Abweichungen (Reihenfolge der Zugabe der Reagenzien) siehe Tabelle 3.
Allgemeine Vorschrift A5(Versuche 11–18, Tabelle 3)
Zu einer Lösung von BCl3 in Dichlormethan tropft man unter Rühren eine Lösung von Ameisensäure in der dreifachen Menge Dichlormethan. Dabei soll die Temperatur –10°C nicht überschreiten. Zu dieser Mischung wird 3-Methoxyphenol, gelöst in der doppelten Menge Dichlormethan getropft. Danach wird unter intensivem Rühren hydrolysiert. Die organische Phase wird abgetrennt, mit Calciumchlorid getrocknet und das Dichlormethan im Rotationsverdampfer entfernt. 2-Hydroxy-4-methoxybenzaldehyd (11) wird durch eine Wasserdampfdestillation isoliert, wobei die Vorlage mit Eis gekühlt wird. Man erhält 2-Hydroxy-4-methoxybenzaldehyd in Form feiner farbloser Kristalle, die nach mehrtägigem Trocknen einen Schmp. von 39–41°C besitzen. (Lit. [24]: Schmp. 40–42°C).
Versuch Nr. 11: Es werden 6.20 g (50 mmol) 3-Methoxyphenol in 12 mL Dichlormethan, 3.84 g (84 mmol) Ameisensäure in 12 mL Dichlormethan und 10.72 g (92 mmol) BCl3 in 36 mL Dichlormethan bei –17°C umgesetzt, wobei abweichend von der allgemeinen Vorschrift die BCl3-Lösung in die Lösung der Ameisensäure getropft wird (weitere Einzelheiten siehe Tabelle 3). Zur Hydrolyse werden 250 mL Wasser verwendet. Rohausb.: 5.75 g, Aldehydgehalt 43% (1H-NMR); Ausb.: 33%.
Versuch Nr. 12: Es werden 6.20 g (50 mmol) 3-Methoxyphenol in 12 mL Dichlormethan, 3.84 g (83 mmol) Ameisensäure in 12 mL Dichlormethan und 10.72 g (92 mmol) BCl3 in 36 mL Dichlormethan bei –9°C umgesetzt (Einzelheiten siehe Tabelle 3). Zur Hydrolyse werden 200 mL Wasser verwendet. Rohausb.: 5.75 g, Aldehydgehalt 44% (1H-NMR); Ausb.: 34%.
Versuch Nr. 13: Es werden 6.20 g (50 mmol) 3-Methoxyphenol in 12 mL Dichlormethan, 3.84 g (83 mmol) Ameisensäure in 12 mL Dichlormethan und 9.37 g (80 mmol) BCl3 in 36 mL Dichlormethan bei –20°C umgesetzt. Zur Hydrolyse werden 250 mL Wasser verwendet. Rohausb.: 4.52 g, Aldehydgehalt 44% (1H-NMR); Ausb.: 26%.
Versuch Nr. 14: Es werden 6.20 g (50 mmol) 3-Methoxyphenol in 12 mL Dichlormethan, 3.84 g (83 mmol) Ameisensäure in 12 mL Dichlormethan und 10.72 g (92 mmol) BCl3 in 36 mL Dichlormethan bei –20°C umgesetzt. Zur Hydrolyse werden 200 mL Wasser verwendet. Rohausb.: 6.60 g, Aldehydgehalt 35% (1H-NMR); Ausb.: 30%.
Versuch Nr. 15: Es werden 20.46 g (165 mmol) 3-Methoxyphenol in 40 mL Dichlormethan, 8.74 g (190 mmol) Ameisensäure in 26 mL Dichlormethan und 27.07 g (231 mmol) BCl3 in 34 mL Dichlormethan umgesetzt. Zur Hydrolyse werden 420 mL Wasser verwendet. Rohausb.: 19.00 g, Aldehydgehalt 26% (1H-NMR); Ausb.: 29%. Nach der Wasserdampfdestillation erhält man 4.70 g (19%) 2-Hydroxy-4-methoxybenzaldehyd mit Schmp. 39–40°C (Lit. [24]: 40–42°C).
Versuch Nr. 16: Es werden 29.51 g (238 mmol) 3-Methoxyphenol in 60 mL Dichlormethan, 13.15 g (286 mmol) Ameisensäure in 40 mL Dichlormethan und 44.62 g (381 mmol) BCl3 in 70 mL Dichlormethan bei –15°C umgesetzt. Zur Hydrolyse werden 600 mL Wasser verwendet. Rohausb.: 24.50 g, Aldehydgehalt 42% (1H-NMR); Ausb.: 29%. Nach der Wasserdampfdestillation erhält man 9.80 g (27%) 2-Hydroxy-4-methoxybenzaldehyd mit Schmp. 39.5–40°C.
Versuch Nr. 17: Es werden 59.40 g (479 mmol) 3-Methoxyphenol in 20 mL Dichlormethan, 26.46 g (575 mmol) Ameisensäure in 80 mL Dichlormethan und 78.57 g (671 mmol) BCl3 in 40 mL Dichlormethan bei –15°C umgesetzt. Zur Hydrolyse werden 1000 mL Wasser verwendet. Rohausb.: 30.40 g, Aldehydgehalt 38% (1H-NMR); Ausb.: 15%.
Versuch Nr. 18: Es werden 57.66 g (465 mmol) 3-Methoxyphenol in 115 mL Dichlormethan, 25.68 g (558 mmol) Ameisensäure in 80 mL Dichlormethan und 87.17 g (744 mmol) BCl3 in 140 mL Dichlormethan bei –15°C umgesetzt. Zur Hydrolyse werden 1000 mL Wasser verwendet. Rohausb.: 50.30 g, Aldehydgehalt 41% (1H-NMR); Ausb.: 29%. Nach der Wasserdampfdestillation erhält man 20.00 g (28%) 2-Hydroxy-4-methoxybenzaldehyd mit Schmp. 40.5–41°C (Lit. [24]: 40–42°C).
Versuch Nr. 19: Ein Gemisch aus 6.2 g (0.05 mol) 3-Methoxyphenol und 2.3 g (0.05 mol) Ameisensäure in 30 mL Dichlormethan und 2.0 g Methansulfonsäure werden 11.7 g (0.1 mol) BCl3 bei –20°C innerhalb von 1 h unter Rühren eingeleitet. Es wird noch 2 h bei –20°C und 1 h bei –17°C gerührt. Nach der Hydrolyse mit 200 mL Eiswasser wird die organische Phase mit 200 mL 20%-iger Natriumacetatlösung gerührt. Nach Abtrennung der organischen Phase und Extrahieren der Natriumacetatlösungen mit je 20 mL Dichlormethan werden die organischen Phasen mit Calciumchlorid getrocknet und das Lösungsmittel im Rotationsverdampfer entfernt. Man erhält 4.7 g einer Flüssigkeit, die zu 38% (1H-NMR) aus 2-Hydroxy-4-methoxybenzaldehyd besteht. Ausb.: 24%.
Versuch Nr. 20: In ein Gemisch aus 2.3 g (50 mmol) Ameisensäure, 15 mL Methansulfonsäure und 30 mL Dichlormethan werden bei –20°C innerhalb 1 h 23.4 g (0.2 mol) Bortrichlorid eingeleitet, bis die Chlorwasserstoffentwicklung beendet ist [ca. 3.5 g (30 mmol)]. Die Reaktion wird wie bei Versuch 19 beschrieben weitergeführt und aufgearbeitet. Man erhält 3.3 g einer Flüssigkeit, die zu 55% (1H-NMR) aus 4-Hydroxy-4-methoxybenzaldehyd besteht. Ausb.: 24%.
4.4 Versuche zur Formylierung von 3-Methylanisol (17) mit Ameisensäure/Bortrichlorid in Dichlormethan bzw. 1,2-Dichlorethan (vgl. Tabelle 4)
4.4.1 Ansätze
Versuch Nr. 1: Zu 17.6 g (150 mmol) BCl3 in 80 mL Dichlormethan wird eine Lösung aus 6.15 g (134 mmol) Ameisensäure in 30 mL Dichlormethan unter Rühren so zugetropft, dass die Temperatur –10°C nicht überschreitet. Dann werden bei –15 bis –10°C 8.9 g (72 mmol) 3-Methylanisol in 20 mL Dichlormethan getropft. Die Temperatur wird danach innerhalb von 20 min auf 5°C erhöht und anschließend mit 300 mL Eiswasser hydrolysiert. Die organische Phase wird abgetrennt, mit Calciumchlorid getrocknet und im Rotationsverdampfer vom Dichlormethan befreit. Durch fraktionierende Destillation des Rückstandes über eine 25 cm lange Vigreux-Kolonne erhält man 1.60 g (13%) 4-Methoxy-2-methylbenzaldehyd (18) mit einem Sdp. 91°C/0.1 Torr (Lit. [23]: Sdp. 135–137°C/15 Torr),
Versuch Nr. 2: Es werden folgende Mischungen hergestellt: Mischung A: Zu 7.70 g (16.7 mmol) Ameisensäure in 30 mL Dichlormethan tropft man eine Lösung aus 5.90 g (50 mmol) BCl3 in 30 mL Dichlormethan unter Rühren so zu, dass die Temperatur –10°C nicht übersteigt. Mischung B: Zu 16.4 g (140 mmol) BCl3 in 60 mL Dichlormethan wird bei –5°C eine Lösung aus 12.2 g (100 mmol) 3-Methylanisol in 10 mL Dichlormethan getropft. Mit einem auf –5°C gekühlten Tropftrichter wird die Mischung B innerhalb 2 h unter Rühren bei –5°C in die Mischung A getropft. Nach der Hydrolyse mit 300 mL Eiswasser wird die organische Phase abgetrennt, mit Calciumchlorid getrocknet und im Rotationsverdampfer vom Lösungsmittel befreit. Man erhält 13.0 g einer Flüssigkeit, die im Vakuum über eine 25 cm lange Vigreux-Kolonne fraktionierend destilliert wird. Ausb.: 2.90 g (20%) 4-Methoxy-2-methylbenzaldehyd mit Sdp. 91°C/0.1 Torr,
Versuch Nr. 3: Zu 3.50 g (30 mmol) BCl3 und 3.66 g (30 mmol) 3-Methylanisol in 10 mL 1,2-Dichlormethan tropft man bei –25°C 1.52 g (33 mmol) Ameisensäure in 4 mL Dichlormethan innerhalb von 30 min. Im Anschluss daran wird eine Lösung aus 3.50 g (30 mmol) BCl3 in 10 mL Dichlormethan zugetropft. Nach 3 h bei –25 bis –12°C erfolgt die Hydrolyse mit 100 mL Wasser. Die organische Phase wird abgetrennt, mit Calciumchlorid getrocknet und im Rotationsverdampfer vom Lösungsmittel befreit. Man erhält 3.0 g einer Flüssigkeit mit einem Aldehydgehalt von 23% (1H-NMR), Ausb.: 15%.
4.5 Versuche zur Optimierung der Synthese von 2,4-Dimethoxybenzaldehyd (21) aus Resorcindimethylether (20), Ameisensäure/Bortrichlorid in Dichlormethan (vgl. Tabelle 5)
Allgemeine Vorschrift A6(vgl. Tabelle 5)
Zu einer Lösung aus BCl3 in Dichlormethan tropft man unter Rühren eine Lösung aus Ameisensäure in der dreifachen Menge Dichlormethan. Dabei soll die Temperatur –10°C nicht überschreiten. Dazu wird eine Lösung aus Resorcindimethylether in der doppelten Menge Dichlormethan getropft. Unter intensivem Rühren wird hydrolysiert. Die organische Phase wird abgetrennt, mit Calciumchlorid getrocknet und das Dichlormethan im Rotationsverdampfer entfernt. Bei einigen Versuchen wurde der Rückstand im Vakuum über eine 25 cm lange Vigreux-Kolonne fraktionierend destilliert (Sdp. 115–120°C/0.1 Torr).
4.5.1 Ansätze
Versuch Nr. 1: Es werden 4.14 g (30 mmol) Resorcindimethylether in 8 mL Dichlormethan, 2.30 g (50 mmol) Ameisensäure in 7 mL Dichlormethan und 7.03 g (60 mmol) BCl3 in 15 mL Dichlormethan umgesetzt. Zur Hydrolyse werden 100 mL Wasser verwendet. Rohausb.: 4.30 g, Aldehydgehalt 82% (1H-NMR); Ausb.: 71%.
Versuch Nr. 2: Es werden 4.14 g (30 mmol) Resorcindimethylether in 8 mL Dichlormethan, 2.31 g (50 mmol) Ameisensäure in 7 mL Dichlormethan und 6.43 g (55 mmol) BCl3 in 15 mL Dichlormethan umgesetzt. Zur Hydrolyse werden 100 mL Wasser verwendet. Rohausb.: 4.10 g, Aldehydgehalt 54% (1H-NMR); Ausb.: 56%.
Versuch Nr. 3: Es werden 9.38 g (68 mmol) Resorcindimethylether in 19 mL Dichlormethan, 5.04 g (109 mmol) Ameisensäure in 15 mL Dichlormethan und 15.94 g (136 mmol) BCl3 in 48 mL Dichlormethan umgesetzt. Zur Hydrolyse werden 140 mL Wasser verwendet. Rohausb.: 10.10 g, Aldehydgehalt 62% (1H-NMR); Ausb.: 56%. Durch fraktionierende Destillation im Vakuum erhält man 5.50 g (49%) 2,4-Dimethoxybenzaldehyd mit Sdp. 115–120°C/0.1 Torr, Schmp. 66°C (Lit. [22]: Sdp. 165°C/10 Torr) und (Lit. [22]: Schmp. 72°C).
Versuch Nr. 4: Es werden 6.90 g (50 mmol) Resorcindimethylether in 14 mL Dichlormethan, 3.84 g (83 mmol) Ameisensäure in 12 mL Dichlormethan und 9.37 g (80 mmol) BCl3 in 44 mL Dichlormethan umgesetzt. Zur Hydrolyse werden 200 mL Wasser verwendet. Rohausb.: 7.10 g, Aldehydgehalt 42% (1H-NMR); Ausb.: 36%.
Versuch Nr. 5: Es werden 17.94 g (13 mmol) Resorcindimethylether in 16 mL Dichlormethan, 9.99 g (0.22 mol) Ameisensäure in 30 mL Dichlormethan und 28.9 g (0.25 mol) BCl3 in 77 mL Dichlormethan umgesetzt. Zur Hydrolyse werden 400 mL Wasser verwendet. Rohausb.: 18.40 g, Aldehydgehalt 43% (1H-NMR); Ausb.: 37%. Durch fraktionierende Destillation erhält man 5.70 g (29%) 2,4-Dimethoxybenzaldehyd mit Schmp. 67°C (Lit. [22]: Schmp. 72°C).
Versuch Nr. 6: Es werden 16.56 g (120 mmol) Resorcindimethylether in 33 mL Dichlormethan, 9.22 g (0.20 mol) Ameisensäure in 28 mL Dichlormethan und 26.7 g (0.23 mol) BCl3 in 83 mL Dichlormethan umgesetzt. Zur Hydrolyse werden 370 mL Wasser verwendet. Rohausb.: 17.80 g, Aldehydgehalt 59% (1H-NMR); Ausb.: 58%. Durch fraktionierende Destillation erhält man 4.0 g (24%) 2,4-Dimethoxybenzaldehyd mit Schmp. 68–69°C (Lit. [22]: Schmp. 72°C). – 1H-NMR (60 MHz, CDCl3, TMS): δ=3.8 (s, 6H, OCH3), 6.3–7.6 (m, 3H, ArH), 10.3 (s, 1H, CHO).
Versuch Nr. 7: Es werden 13.8 g (0.10 mmol) Resorcindimethylether in 28 mL Dichlormethan, 7.7 g (0.17 mol) Ameisensäure in 23 mL Dichlormethan und 22.3 g (0.19 mol) BCl3 in 89 mL Dichlormethan umgesetzt. Zur Hydrolyse werden 350 mL Wasser verwendet. Rohausb.: 15.80 g, Aldehydgehalt 55% (1H-NMR); Ausb.: 52%. 2,4-Dimethoxybenzaldehyd.
Versuch Nr. 8: Es werden 13.8 g (0.10 mol) Resorcindimethylether in 28 mL Dichlormethan, 7.7 g (0.17 mol) Ameisensäure in 23 mL Dichlormethan und 22.3 g (0.19 mol) BCl3 in 89 mL Dichlormethan umgesetzt. Zur Hydrolyse werden 300 mL Wasser verwendet. Rohausb.: 15.10 g, Aldehydgehalt 53% (1H-NMR); Ausb.: 48%. Durch fraktionierende Destillation erhält man 6.60 g (39%) 2,4-Dimethoxybenzaldehyd.
Versuch Nr. 9: Es werden 13.8 g (0.10 mol) Resorcindimethylether in 28 mL Dichlormethan, 5.5 g (0.12 mol) Ameisensäure in 17 mL Dichlormethan und 19.6 g (0.17 mol) BCl3 in 85 mL Dichlormethan umgesetzt. Zur Hydrolyse werden 300 mL Wasser verwendet. Rohausb.: 15.40 g, Aldehydgehalt 59% (1H-NMR); Ausb.: 55%. Durch fraktionierende Destillation erhält man 7.50 g (45%) 2,4-Dimethoxybenzaldehyd mit Schmp. 65–66°C.
Versuch Nr. 10: Es werden 12.48 g (90 mmol) Resorcindimethylether in 25 mL Dichlormethan, 5.0 g (0.11 mol) Ameisensäure in 15 mL Dichlormethan und 20.0 g (0.17 mol) BCl3 in 86 mL Dichlormethan umgesetzt. Zur Hydrolyse werden 300 mL Wasser verwendet. Rohausb.: 14.40 g, Aldehydgehalt 58% (1H-NMR); Ausb.: 56%. Durch fraktionierende Destillation erhält man 7.30 g (49%) 2,4-Dimethoxybenzaldehyd mit Schmp. 66–67°C.
Versuch Nr. 11: Es werden 17.9 g (0.13 mol) Resorcindimethylether in 36 mL Dichlormethan, 7.2 g (0.16 mol) Ameisensäure in 22 mL Dichlormethan und 24.4 g (0.21 mol) BCl3 in 98 mL Dichlormethan umgesetzt. Zur Hydrolyse werden 400 mL Wasser verwendet. Rohausb.: 20.0 g, Aldehydgehalt 66% (1H-NMR); Ausb.: 66%. Durch fraktionierende Destillation erhält man 10.80 g (50%) 2,4-Dimethoxybenzaldehyd mit Schmp. 67.5°C.
4.6 2-Hydroxy-4,6-dimethoxybenzaldehyd (34)
Zu 200 mL 1,2-Dichlormethan gibt man bei –15°C 9.4 g (80 mmol) Bortrichlorid in Form von 25 mL einer Lösung [Massenanteil ω(BCl3)=0.30] in 1,2-Dichlorethan. Innerhalb von 10–15 min lässt man 3 mL (80 mmol) Ameisensäure in 30 mL 1,2-Dichlorethan unter Rühren zutropfen. Danach tropft man unter Rühren bei –15°C innerhalb von 15 min 5.3 g (34 mmol) 3,5-Dimethoxyphenol (33) in 150 mL 1,2-Dichlorethan zu. Man rührt 2 h bei –15°C, bringt dann den Ansatz innerhalb von 30 min von –15 auf –8°C und hydrolysiert während 40 min mit 300 mL Eiswasser. Die organische Phase wird abgetrennt und die Wasserphase dreimal mit je 20 mL Dichlormethan ausgeschüttelt. Nach Trocknung mit Natriumsulfat werden die Lösungsmittel im Rotationsverdampfer entfernt. Der Rückstand wird aus Isopropylalkohol/Wasser 4:1 umkristallisiert und getrocknet. Ausb.: 4.32 g (69%) 2-Hydroxy-4,6-dimethoxybenzaldehyd mit Schmp. 69.3–69.5°C (Lit. [34]: 71°C).
4.7 Formylierungsversuche an Resorcindimethylether mit Ameisensäure in Gegenwart von Trifluormethansulfonsäure in verschiedenen Lösungsmitteln (vgl. Abb. 1 und Tabelle 6)
Allgemeine Vorschrift A7: 22.50 g (0.15 mol) Trifluormethansulfonsäure, 6.90 g (50 mmol) Resorcindimethylether werden unter kräftigem Rühren zu 50 mL des betreffenden Lösungsmittels bzw. Lösungsmittelgemischs gegeben. Die Mischung wird mit einer Eis/Kochsalz-Mischung auf –15°C abgekühlt. Dann lässt man bei dieser Temperatur innerhalb von 10 min 3.45 g (75 mmol) Ameisensäure zutropfen. Nach 15 min wird mittels einer Spritze eine Probe entnommen, hydrolysiert und mit 2,4-DNPH auf das Vorliegen von Aldehyd geprüft. Bei positivem Aldehydtest wird das Kühlbad entfernt und das Gemisch noch 1.5 h gerührt (Endtemperatur 20°C). Zur Hydrolyse wird der Ansatz mit 300 mL Eiswasser bei 20°C 2 h gerührt. Die organische Phase wird dreimal mit je 15 mL Dichlormethan ausgeschüttelt. Die vereinigten organischen Phasen werden mit Natriumsulfat getrocknet. Das Trockenmittel wird abfiltriert und im Filtrat mit einer GC/MS-Kopplung der Aldehydanteil bestimmt.
4.8 Dichlorphosphorsäureanhydrid (39) aus tert-Butylalkohol und Phosphorylchlorid
Zu 80.0 g (0.52 mol) Phosphorylchlorid tropft man innerhalb 10 min unter Rühren bei 5°C 7.80 g (0.105 mol) tert-Butylalkohol. Das Gemisch wird langsam (ca. 1 h) bis zum Sieden erwärmt. Danach wird 6–7 h unter Rückfluss erhitzt, das überschüssige POCl3 abdestilliert und der Rückstand im Ölpumpenvakuum fraktionierend destilliert. Ausb.: 5.4 g (20%) farblose Flüssigkeit mit Sdp. 52°C/0.05 Torr (Lit. [28]: 60–65°C/0.1 Torr).
4.9 Versuche zur Formylierung von Resorcindimethylether mit Ameisensäure und Aktivatoren, Mineralsäuren, Gemischen von Mineralsäuren und Lewis-Säure bzw. Gemischen von Trifluormethansuslfonsäure und Lewis-Säuren (vgl. Tabellen 8 und 9)
Allgemeine Vorschrift A8: Dem betreffenden Lösungsmittel (50 mL) werden bei 2°C die Aktivatoren (Säuren bzw. Säuregemische) zugesetzt. Bei –10°C wird der Resorcindimethylether zugefügt. Unter Rühren tropft man bei Temperaturen zwischen –20 und –5°C die Ameisensäure gelöst in 3 mL Chlorbenzol zu und rührt bei derselben Temperatur 30 min. Man lässt den Ansatz innerhalb von 30 min Raumtemperatur annehmen und hydrolysiert mit 100 mL Eiswasser innerhalb 120 min. Die organische Phase wird abgetrennt und die Wasserphase dreimal mit je 150 mL Dichlormethan ausgeschüttelt. Die vereinigten organischen Phasen werden mit Natriumsulfat getrocknet. Dem, nach dem Abfiltrieren des Trockenmittels, erhaltenen Filtrat wird eine Probe entnommen und darin mittels GC/MS der Aldehydgehalt bestimmt. Das übrige Filtrat wird im Rotationsverdampfer vom Lösungsmittel befreit und im Rückstand der Aldehydgehalt GC/MS ermittelt. Einzelheiten siehe Tabellen 8 und 9.
4.10 Kristallstrukturanalyse von 1,1,1-Trifluor-2,2,2-tris(p-methoxyphenyl)ethan (32)
Die Daten für 32 wurden mit einem Nicolet P3-Diffraktometer im Wyckoff-Scan-Modus ermittelt. Die Einkristalle werden hierzu in eine dünnwandige Kapillare eingeklebt. Die Verfeinerung der Parameter wurden ohne Einschränkung nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate mit der vollen Matrix durchgeführt (Shelxtl-97). Kristalldaten und Zahlenwerte zur Datensammlung und Strukturverfeinerung sind in Tabelle 10 zusammengefasst, Abb. 1 zeigt die Molekülstruktur im Kristall.
Kristallographische Daten der Verbindung 32.
| Empirische Formel | C23H21F3O3 |
| Molare Masse | 402.40 |
| Kristallgröße [mm3] | 0.5×0.4×0.4 |
| Kristallsystem | Trigonal (hexagonale Achsen) |
| Raumgruppe | R3̅ |
| a=b [Å] | 12.9342(17) |
| c [Å] | 20.439(5) |
| α=β [°] | 90 |
| γ [°] | 120 |
| Volumen [Å3] | 2961.3(9) |
| Z | 6 |
| ρber [g cm−3] | 1.354 |
| μ [mm−1] | 0.107 |
| F(000) [e] | 1260 |
| Strahlung/λ [Å] | MoKα/0.71073 |
| θ-Bereich [°] | 2.07–27.50 |
| Index Bereich hkl | 0≤h≤16 |
| −16≤k≤14 | |
| −26≤l≤26 | |
| Beobachtete Reflexe | 4736 |
| Unabhängige Reflexe | 1516 |
| Daten [I>2σ(I)] | 1207 |
| Parameter | 89 |
| GooF (F2) | 1.029 |
| R1/wR2 [l>2 σ(l)] | 0.0425/0.1040 |
| R1/wR2 (alle Daten) | 0.0557/0.1102 |
| Restelektronendichte [e Å−3] | 0.242/−0.145 |
CCDC1897277 enthält die beim Cambridge Crystallographie Data Center hinterlegten Kristallstrukturdaten. Anforderung: www.ccde.cam.ac.uk/data_request/cif.
Literatur
[1] G. A. Olah (Ed.), Friedel-Crafts and Related Reactions, Vol. I, Interscience Publishers, New York, London, 1963.Search in Google Scholar
[2] G. A. Olah (Ed.), Friedel-Crafts and Related Reactions, Vol. III/III2, Interscience Publishers, New York, London, Sydney, 1964.Search in Google Scholar
[3] M. Nencki, N. Sieber, J. Prakt. Chem.1881, 23, 147.10.1002/prac.18810230111Search in Google Scholar
[4] M. Nencki, N. Sieber, J. Prakt. Chem.1881, 23, 256.10.1002/prac.18810230146Search in Google Scholar
[5] M. Nencki, N. Sieber, J. Prakt. Chem.1881, 23, 546.10.1002/prac.18810230147Search in Google Scholar
[6] M. Nencki, N. Sieber, J. Prakt. Chem.1882, 25, 274.Search in Google Scholar
[7] Übersicht: W. Schellhammer in Methoden der Organischen Chemie (Houben-Weyl), Vol. 7/2a (Ed.: E. Müller), Thieme Verlag, Stuttgart 1973, S. 285, 286.Search in Google Scholar
[8] H. Meerwein, Ber. Dtsch. Chem. Ges. 1933, 66, 411.10.1002/cber.19330660321Search in Google Scholar
[9] Übersicht: W. Schellhammer in Methoden der Organischen Chemie (Houben-Weyl), Vol. 7/2a (Ed.: E. Müller), Thieme Verlag, Stuttgart 1973, S. 289.Search in Google Scholar
[10] Übersicht: W. Schellhammer in Methoden der Organischen Chemie (Houben-Weyl), Vol. 7/2a (Ed.: E. Müller), Thieme Verlag, Stuttgart 1973, S. 181.Search in Google Scholar
[11] Übersicht: W. Schellhammer in Methoden der Organischen Chemie (Houben-Weyl), Vol. 7/2a (Ed.: E. Müller), Thieme Verlag, Stuttgart 1973, S. 296, 299.Search in Google Scholar
[12] V. Premasagar, V. A. Palaniswany, F. J. Eisenbraun, J. Org. Chem. 1981, 46, 2974.10.1021/jo00327a028Search in Google Scholar
[13] R. M. G. Roberts, A. R. Sadri, Tetrahedron, 1983, 39, 137.10.1016/S0040-4020(01)97639-2Search in Google Scholar
[14] P. H. Groggins, R. H. Nagel, A. J. Stirton, Ind. Eng. Chem. 1934, 26, 1313; Chem. Zentralblatt1935 (II), 1160; Chem. Abstr. 1935, 29, 1072.10.1021/ie50300a023Search in Google Scholar
[15] F. Weygand, R. Mitgau, Chem. Ber. 1955, 88, 301.10.1002/cber.19550880224Search in Google Scholar
[16] E. Schefczik, Liebigs Ann. Chem. 1969, 729, 97.10.1002/jlac.19697290113Search in Google Scholar
[17] E. V. Kuznetso, I. V. Shcherbakova, G. N. Dorofeenko, Khim. Geterotsikl. Soedin1977, 1176; Chem. Abstr. 1978, 88, 37569k.Search in Google Scholar
[18] G. Ziegler, E. Haug, W. Frey, W. Kantlehner, Z. Naturforsch, 2001, 56b, 1178.10.1515/znb-2001-1113Search in Google Scholar
[19] W. Kantlehner, Eur. J. Org. Chem. 2003, 2003, 2530.10.1002/ejoc.200200653Search in Google Scholar
[20] A. Bagno, W. Kantlehner, R. Kreß, G. Saielli, Z. Naturforsch. 2004, 59b, 386.10.1515/znb-2004-0406Search in Google Scholar
[21] R. C. Weast (Ed.), Handbook of Chemistry and Physics, 52nd edition, Chemical Rubber Company, Cleveland, Ohio, 1971–1973, C-375, n12.Search in Google Scholar
[22] R. C. Weast (Ed.), Handbook of Chemistry and Physics, 52nd edition, Chemical Rubber Company, Cleveland, Ohio, 1971–1973, C-136, b102.Search in Google Scholar
[23] Beilstein Institut für Literatur der Organischen Chemie (Hrsg.), Beilsteins Handbuch der Organischen Chemie, 3. Ergänzungswerk 4. Aufl., Bd. 8, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1969, S. 363.Search in Google Scholar
[24] R. C. Weast (Ed.), Handbook of Chemistry and Physics, 52nd edition, Chemical Rubber Company, Cleveland, Ohio, 1971–1973, C-137, b134.Search in Google Scholar
[25] G. W. Kabalka, Z. Wu, Tetrahedron Lett.2000, 41, 579.10.1016/S0040-4039(99)02065-1Search in Google Scholar
[26] W. Kantlehner, Abschlussbericht zum Innovativen Projekt des Landes Baden-Württemberg: Ressourcenschonende Synthesen für aromatische Aldehyde, 2002.Search in Google Scholar
[27] C. Reichardt, Solvent Effects in Organic Chemistry, Verlag Chemie, Weinheim, 1979, S. 271.Search in Google Scholar
[28] G. K. Cheung, J. M. Downie, M. J. Earle, H. Heany, M. F. S. Matough, K. F. Shuhaibar, D. Thomas, Synlett. 1992, 1992, 77.10.1055/s-1992-21272Search in Google Scholar
[29] M. Beller, GIT Labor-Fachzeitschrift2010, 54, 576.Search in Google Scholar
[30] M. Cokoja, C. Bruckmeier, B. Rieger, W. A. Hermann, F. E. Kühn, Angew. Chem. Int. Ed.2011, 50, 8439.10.1002/anie.201104738Search in Google Scholar
[31] T. Schaub, R. A. Paciello, Angew. Chem. Int. Ed.2011, 50, 7278.10.1002/anie.201101292Search in Google Scholar PubMed
[32] V. S. Bagotzky, N. V. Osetrova, Russ. J. Electrochem.1995, 31, 409.Search in Google Scholar
[33] H. Prager, P. Jacobsen, P. Schmidt, D. Stern, Deutsche Chemische Gesellschaft (Hrsg.), Beilsteins Handbuch der Organischen Chemie, 4. Aufl., Bd. 6, Springer Verlag, Berlin, 1923, S. 860.Search in Google Scholar
[34] R. C. Weast (Ed.), Handbook of Chemistry and Physics, 52nd edition, Chemical Rubber Company, Cleveland, Ohio, 1971–1973, C-136, b104.Search in Google Scholar
©2019 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston
