7.3.9: 2-Formylthiophen

7. Substitutionen an Aromaten und Heterocyclen www.ioc-praktikum.de
7.3.9 Formylierung von Thiophen zu 2-Formylthiophen (9) (Vilsmeier-Reaktion)
S
C 6
H 5
CH 3
N
CHO
POCl 3
30-35 °C
S
CHO
+
C 8
H 9
NO
9
C 4
H 4
S
(84.1)
(135.2)
POCl 3
(153.3)
C 5
H 4
OS
(112.1)
Arbeitsmethoden: Arbeiten unter Feuchtigkeitsausschluss, Destillation
Chemikalien
Thiophen
N-Methylformanilid
Phosphoroxychlorid
Cyclohexan
Sdp. 84 °C, d = 1.06 g/ml, Dampfdruck bei 20 °C: 80 hPa.
Sdp. 127–131 °C/21 hPa, d = 1.10 g/ml.
Sdp. 105–110 °C, d = 1.68 g/ml. Sehr giftig, verursacht schwere Verätzungen.
Sofort mit viel Wasser abspülen.
Sdp. 80 °C, d = 0.78 g/ml, Dampfdruck bei 20 °C: 104 hPa.
Durchführung
Vor Beginn Betriebsanweisung erstellen.
Im Abzug legt man in einem 250-ml-Dreihalskolben mit Innenthermometer
und Tropftrichter unter Feuchtigkeitsausschluss
275 mmol (37.2 g, 33.8 ml) frisch destilliertes N-Methylformanilid
und 275 mmol (42.2 g, 25 ml) frisch destilliertes Phosphoroxychlorid
vor. Die Mischung erwärmt sich auf etwa 40 °C und verfärbt
sich orange. Nach 30 min tropft man bei 30–35 °C 0.30 mol (25.2 g,
23.8 ml) destilliertes Thiophen unter Rühren so rasch zu, dass die
Temperatur bei 30–35 °C gehalten wird. Anschließend wird noch 2
h gerührt, wobei die Reaktionstemperatur bis auf 40 °C ansteigen
kann; in den nächsten 2 h sinkt sie wieder auf Raumtemperatur. Die
Reaktionsmischung wird über Nacht bei Raumtemperatur aufbewahrt.
Isolierung und Reinigung
Man gießt das Reaktionsgemisch auf 100 g fein zerstoßenes Eis und
80 g Wasser und schüttelt mit 100 ml Cyclohexan aus. Nach
Abtrennung der organischen Phase wird die wässrige Phase
nochmals mit 50 ml Cyclohexan extrahiert (→ E 1 ). Die vereinigten
organischen Phasen werden einmal mit 50 ml 2 M Salzsäure
gewaschen, dann zweimal mit je 50 ml gesättigter Natriumhydrogencarbonat-Lösung
(Vorsicht, Gasentwicklung!) und mit
50 ml Wasser gewaschen (→ E 1 ), anschließend wird über Natriumsulfat
getrocknet. Das Trockenmittel wird auf einem Büchnertrichter
abgesaugt (→ E 2 ), vom Filtrat wird das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer
abdestilliert (→ E 3 ). Das Reaktionsprodukt 9 wird
bei vermindertem Druck in einer Destillationsapparatur mit Spinne
und tarierten Vorlagekölbchen fraktionierend destilliert (→ E 4 ).
Versuch 7.3.9, Rev. 1.0 1

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Hinweise zur Entsorgung (E)
Man führe ein genaues Destillationsprotokoll und bestimme Menge
und Brechungsindizes der erhaltenen Fraktionen, die bei gleichem
Brechungsindex vereinigt werden. Man bestimme die Ausbeute des
Reinprodukts. Ausbeute an 9: 60–70%, Sdp. 75–80 °C / 20 hPa, n
= 1.5890.
E 1 : Wässrige Phase nach Neutralisation → Entsorgung (H 2 O mit RHal/Halogenid).
E 2 : Kontaminiertes Trockenmittel → Entsorgung (Anorg. Feststoffe).
E 3 : Abdestilliertes Lösungsmittel → Entsorgung (RH).
E 4 : Destillationsrückstand und verunreinigte Fraktionen in wenig Aceton aufnehmen → Entsorgung (RH).
Auswertung des Versuchs
1 H-NMR-Spektrum von 9 (300 MHz, CDCl 3 ): δ = 7.18 (1 H), 7.71–7.78 (2 H), 9.91 (1 H).
20
D
LM
8.0
7.5 7.0
11.0 10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 [ppm] 0.0
13 C-NMR Spektrum von 9 (75.5 MHz, CDCl 3 ): δ = 128.40 (CH), 135.20 (CH), 136.49 (CH), 144.00 (C),
183.09 (C).
LM
200
180
160
140
120
100 80 60 40 20 [ppm] 0
IR-Spektrum von 9 (Film):
100
T [%]
3090
2790
2835
50
1520
1420
1675
0
4000 3000 2000 1500 1000 ν ~ [cm -1 ]
Versuch 7.3.9, Rev. 1.0 2

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* Formulieren Sie den zu 9 führenden Reaktionsmechanismus.
* Formulieren Sie das aus N-Methylformanilid und Phosphoroxychlorid entstehende elektrophile Reagens
Weitere denkbare Reaktionsprodukte:
S
Ph
N CH3
O
O
P
HO OH
S
Ph
N
OH
CH3
S
CHO
OHC
S
CHO
S
CHO
CHO
A B C
D E
* Mit welchen spektroskopischen Daten und einfachen Versuchen lassen sich A–E ausschließen?
* Diskutieren Sie die denkbaren Reaktionsmechanismen, Zusammenhang zwischen A und B?
Literatur, allgemeine Anwendbarkeit der Methode
Die Formylierung elektronenreicher Aromaten (z.B. N,N-Dimethylanilin, Anthracen u.a.) sowie elektronenreicher
aromatischer Heterocyclen (z.B. Pyrrol, Indol, Furan u.a.) lässt sich mit N-Methylformanilid/ Phosphoroxychlorid
oder N,N-Dimethylformamid/ Phosphoroxychlorid (oder auch anderen Säurechloriden, z.B. Thionylchlorid,
Phosgen, Oxalylchlorid) durchführen und ist als Vilsmeier-Reaktion bekannt.
Versuch 7.3.9, Rev. 1.0 3