Procédé pour la préparation de pseudoionones
et de leurs homologues en 9 et en 11
La pseudoionone (diméthyl-2, 6-undécatriène- 2, 6, 8-one-10) est obtenue couramment et de manière classique par la condensation du citral avec l'acétone.
En substituant à l'acétone un de ses homologues, de la forme :
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où R,, Ruz , Rs, R peuvent tre ou de l'hydrogène, ou des groupes alcoyle ou alooylène identiques ou différents, on obtient les homologues de la pseudoionone. De mme que le citral peut tre cis ou trans (les deux formes pouvant coexister), la pseudoionone et ses homologues pourront se présenter sous les formes cis et trans correspondantes (en 6,7).
Une autre voie d'obtention de pseudoionone récemment explorée consiste dans une application de la réaction de Carroll de dégradation d'esters acétyl- acétiques d'alcools a, p insaturés en cétones (Carroll, J. Chem. Soc. (London), 1940, p. 704,1266 ; 1941, p. 507 ; voyez ég. Kimel et Cope, J. Am.
Chem. Soc. p, vol. 65, p. 1997 (1943) ; Givaudan & Cie, brevet suisse No 260081). Cette réaction qui donne, par exemple, à partir de l'acétylacétate du linalol, les dihydro-a, ss-pseudoionones (géranyl- acétones) :
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livre, lorsqu'on l'applique non à l'acétylacetate du linalol, mais à celui du déhydro-linalol, qui est l'alcool acétylénique correspondant, au lieu des dihydro-pseudoionones, les pseudoionones
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Elle a été appliquée à la production de pseudoionones à partir de déhydro-linalol (Kimel et Sax, brevet américain (U. S.
P.) No 2661368).
L'avantage majeur de ce procédé pour la production de pseudoionones est de la soustraire à l'emploi du citral ou de matières premières du citral (linalol, géraniol-nérol), produits exploités à partir d'huiles essentielles dont les prix sont dominés par des actions spéculatives si ce n'est par les aléas de productions végétales localisées. Le déhydro-linalol peut tre obtenu aujourd'hui dans de bonnes conditions en raison du développement des industries des dérivés de l'acétylène.
La réaction de dégradation d'esters acétylacé- tiques en diénones peut tre aisément prévue et expliquée sur la base des travaux antérieurs de
Kimel et Cope ( Am. Chem. Chem. Soc. , vol. 65, p. 1993 (1943)) et par l'analogie avec la conden- sation des éthynyl-carbinols avec les phénols condui- sant aux chromènes (Karrer, Legler et Schwab, Helv Chim. Acta p, vol. 23, p. 1132 (1940) ;
Spath et coll., Ber. deutsch. chem.
Ges. p, vol. 72, p. 963,2093 (1939) ; vol. 74, p. 193 (1941)) ainsi que l'a exposé Lacey ( J. Chem. Soc. (London), 1954, p. 827).
On sait que les esters acétylacétiques d'alcools tertiaires a, (3-insaturés peuvent tre obtenus aisément, soit par l'alcoolyse d'esters acétylacétiques tels que l'acétylacétate d'éthyle par l'alcool tertiaire, en l'absence mme de catalyseur, ainsi que l'a montré
Carroll ( Communication au XIe Congrès International de Chimie Pure et Appliquée > , Londres, 1947 ; comparez à Peters, Ber. deutsch. chem.
Ges. > > , vol. 20, p. 3323 (1887)), soit par la réac- tion du dicétène sur l'alcool en présence d'un catalyseur qui peut tre un acide (voyez p. ex. Boese, brevet américain No 2167168 ; Ind. Eng. Chem. p, vol. 32, p. 16 (1940)) ; un alcoolate alcalin (voyez p. ex. Chick et Wilsmore, J. Chem. Soc. (London), vol. 93, p. 946 (1908) ; vol. 97, p. 1978 ; une base azotée, etc.
La transformation des esters acétylacétiques des éthynyl-carbinols en diénones peut tre effectuée, soit par l'action d'acides, tels que, par exemple, l'acide p-toluène-sulfonique, l'acide sulfurique, l'acide phosphorique, le chlorure ferrique, agissant à 180 2000 (Lacey, J. Chem. Soc. (London), 1954, p. 827), soit par le simple chauffage à 160-180o (Kimel et Sax, brevet américain (U. S. P.) No 2661368).
Il est toutefois évident que, dans le cas où il s'agit des pseudoionones ou de leurs homologues, l'action desdits agents acides dans lesdites conditions affectera la diénone en la transformant en divers produits de cyclisation de valeurs inégales (voyez Naves et coll., Bull. Soc. Chim. Fr. p, 1953, p. M 494 ;
M 873 ; 1954, p. M 661). Il s'ensuit qu'il est préférable de réaliser la dégradation de 1'ester acétyl- acétique par simple chauffage comme c'est le cas dans les travaux initiateurs de Carroll.
L'emploi du dicétène pour la préparation des esters acétylacétiques impose un certain nombre de sujétions qui ne peuvent guère tre supportées que par la grande industrie. La préparation du dicétène demande des installations particulières et coûteuses ; le réactif est délicat à conserver, il est dangereux à transporter et il est hautement toxique.
On doit donc considérer comme un progrès important, en particulier pour la petite et pour la moyenne industrie, la découverte qu'il est possible d'obtenir, avec d'excellents rendements, des mélanges des pseudoionones cis et trans, et de leurs homologues en 9 et 11, sans recourir au dicétène, en effectuant, en une seule opération, la réaction du déhydro-linalol avec un ester acétylacétique, tel que l'acétylacétate d'éthyle, et la décarboxylation du produit intermédiaire en un mélange de cis-et de transpseudoionones.
Ce résultat est atteint, en particulier en faveur d'un rendement élevé en un mélange de pseudoionones cis et trans, en chauffant, ensemble, entre 1600 et 180 , dans un appareil éliminant de façon continue l'alcool estérifié dans l'acétylacétate chargé, l'anhydride carbonique et les produits secondaires à bas point d'ébullition de la réaction, et en séparant ensuite, par exemple par distillation fractionnée, les produits demeurant dans l'appareil de réaction et parmi lesquels se trouvent les pseudoionones.
Le mélange de pseudoionones obtenu par une série de distillations convenable n'est pas parfaitement pur. En particulier, son indice de réfraction souligne la présence d'autres substances. Toutefois, lorsqu'on cyclise ce mélange par le trifluorure de bore (brevet No 277981), et que l'on traite le produit de la cyclisation par distillation fractionnée, on sépare aisément de ses impuretés un mélange d'ionones d'excellente qualité, les produits secondaires contenus dans le mélange soumis à la cyclisation conduisant en majeure partie à des substances aisément rassem blées dans les ttes de distillation.
Il importe de souligner que la réaction peut tre effectuée à des températures inférieures à 160-ou supérieures à 180 , que la durée du chauffage peut tre abrégée ou prolongée, que la proportion d'ester acétylacétique chargée peut tre diminuée ou augmentée. Ces modifications abaissent toutefois le rendement de l'opération, élèvent le prix de revient du produit.
En substituant des esters acétylacétiques substitués en a du carboxyle aux esters acétylacétiques eux-mmes, on peut obtenir des mélanges de pseudoionones substituées sur l'atome de carbone 9 seulement, au contraire des méthodes usuelles qui condensent le mélange des citrals stéréoisomères avec les cétones de la forme : RCHyCOCHs et qui donnent lieu à la production d'isomères substitués en 11 au lieu de l'tre en 9.
Or, ces isomères substitués en 11 conduisent, par cyclisation, à des homologues de l'a-ionone substitués en 2, pour la plupart de moindre valeur pour la parfumerie que leurs isomères substitués en 22. Par ailleurs, la valeur des a-ionones substituées en 22, par exemple la méthyl-2g, a-ionone, dépend grandement de leur pureté, par l'exclusion des isomères substitués en 21. La production de mélanges de pssudoionones stéréoisomères substitués en 9, à l'exclusion d'isomères substitués en 11, est donc, en raison de la difficulté de la séparation des isomères de position et de la moindre valeur des ionones substituées en 2l, d'un grand intért.
Si, d'une façon plus générale, on recourt à des esters acétylacétiques substitués, de la forme :
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où Rt, R3, R4 sont de l'hydrogène ou, comme Rg, un radical alcoyle ou alcoylène, on peut obtenir, à volonté, des pseudoionones homologues par substi- tution en 11 et, éventuellement simultanément en 9, conduisant par cyclisation aux ionones de la forme :
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Dans le cas où Ri et R sont de l'hydrogène, RJ et RA étant différents, la nature des pseudoionones est fixée sans ambiguïté, alors que dans le cas de la condensation des cétones Rss-CH2-CO-CH.-Ro avec le citral, on aura le mélange des isomères (RS en 9 et R4 en 11 ou Ri en 9 et Rss en 11). On obtient donc, sans astreinte à des séparations d'iso- mères délicates et coûteuses et de valeurs inégales, des produits parfaitement définis répondant à l'in- tention de l'opérateur.
L'invention a donc pour objet un procédé de préparation de pseudoionones ou d'homologues en 9 et en 11, caractérisé par le fait qu'on chauffe un mélange de déhydro-linalol et d'un ester acétylacétique de la forme :
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ou R est le radical d'un alcool primaire ou secondaire et où Rl, R2, R3, R4 sont de l'hydrogène ou des groupes alcoyle ou alcoylène identiques ou biffé- rents, pour réaliser simultanément l'alcoolyse de 1'ester par le déhydro-linalol et la décomposition de l'ester résultant de l'alcoolyse. R est tel que ROH possède un point d'ébullition inférieur à celui du déhydro-linalol,
de manière que l'alcool puisse tre éliminé par distillation, de façon continue, durant l'alcoolyse. Ce pourra tre, par exemple, le radical méthyle, ou éthyle, ou isopropyle, ou benzyle.
Les exemples suivants illustrent l'invention.
Exemple 1 :
Dans un appareil distillatoire comportant un récipient de 40 à 50 litres, muni d'un agitateur et surmonté d'une courte colonne de rectification accouplée à un réfrigérant, on charge 10 kg de déhydro linalol et 24,6 kg (3 molécules par molécule du pre- mier) d'acétylacétate d'éthyle. On porte rapidement à 160 en agitant modérément, puis on maintient cette température durant 36 heures, sans interruption du chauffage ni de l'agitation.
Durant l'opération, on recueille un distillat constitué en majeure partie d'alcool éthylique et il se dégage de l'anhydride carbonique. Le cours de la réaction peut tre suivi par l'estimation, en fonction du temps, de la quantité d'anhydride carbonique dégagée. Le dégagement, d'abord abondant, diminue progressivement et il ralentit fortement dès qu'il a été éliminé 0,75 à 0,80 molécule d'anhydride carbonique par molécule de déhydro-linalol chargé. Le cours de la réaction peut tre également suivi par l'estimation des quantités d'alcool éthylique distillé qui, exprimées également en rapports moléculaires et portées en graphique (coordonnées : rapports et temps), donnent une courbe voisine de celle relative à l'anhydride carbonique.
Au terme des 36 heures, on abaisse la température vers 500 et on applique dans l'appareil un vide progressif atteignant finalement environ 4 mm Hg, de manière à distiller l'excès d'acétylacétate d'éthyle et les produits de réaction à bas point d'ébullition. On relève progressivement la température jusqu'à ce qu'elle atteigne environ 1000 en tte de colonne.
Le produit, pesant 9,3 kg, demeurant dans le ballon, refroidi, est transvasé dans un rectificateur convenable et fractionné par des distillations sous 1 à 3 mm, en suivant la séparation des pseudoionones par la mesure des indices de réfraction. On sélectionne comme pseudoionones pour l'usage technique les fractions dont l'indice de réfraction nD dépasse 1,525, en reprenant en distillation les fractions précédentes et suivantes.
On obtient finalement 6,150 kg d'un mélange de pseudoionones stéréoisomères ayant pour caractères :
d4 = 0,896 ; nD = 1,5285 ; nl,-nc = 0,0270 et titrant 98,0 O/o par oximation.
Ce produit, traité par l'acétate de semicarbazide en milieu hydroalcoolique, donne un mélange de semicarbazones dont, par des recristallisations dans l'alcool et dans un mélange d'éther de pétrole E = 60-80"et de chloroforme, il a été obtenu les semicarbazones F 142"et F 143-1440 de deux pseudoionones stéréoisomères.
La cyclisation de 100 g de os produit au moyen du trifluorure de bore, selon le procédé du brevet ? 277981 donne 77 g d'un mélange d'(x-ionone avec un peu die ss-ionone, ayant pour caractères :
d240 = 0,929 ; nD = 1,4990 ; n,,-n (, = 0,0137 titrant 99,0 /o par oximation.
Exemple 2 :
Dans un appareil distillatoire comportant un récipient de 40 litres, muni d'un agitateur et surmonté d'une courte colonne de rectification accouplée à un réfrigérant, on charge 10 kg de déhydro-linalol et 28,5 kg (3 molécules par molécule du premier) de méthyl-a-acétylacétate d'éthyle. On porte rapidement à 1800 en agitant modérément, puis on maintient cette température durant 36 heures, sans interruption du chauffage ni de l'agitation.
Durant l'opération, on recueille un distillat constitué en majeure partie d'alcool éthylique et il se dégage de l'anhydride carbonique. Le cours de la réaction peut tre suivi par l'estimation, en fonction du temps, de la quantité d'anhydride carbonique dé- gagée. Le dégagement, d'abord abondant, diminue progressivement et il ralentit fortement dès qu'il a été éliminé 0,75 à 0,80 molécule d'anhydride carbonique par molécule de déhydro-linalol chargé. Le cours de la réaction peut tre également suivi par l'estimation des quantités d'alcool éthylique distillé qui, exprimées également en rapports moléculaires et portées en graphique (coordonnées : rapports et temps), donnent une courbe voisine de celle relative à l'anhydride carbonique.
Au terme des 36 heures, on abaisse la température vers 500 et on applique dans l'appareil un vide progressif atteignant finalement environ 4 mm Hg, de manière à distiller l'excès de méthyl-a-acétyl- acétate d'éthyle et les produits de réaction à bas point d'ébullition. On relève progressivement la température jusqu'à ce qu'elle atteigne environ 100 en tte de colonne.
Le produit, pesant 9,8 kg, demeurant dans le ballon, refroidi, est transvasé dans un rectificateur convenable et fractionné par des distillations sous 1 à 3 mm, en suivant la séparation des pseudoionones homologues par la mesure des indices de réfraction.
On sélectionne comme pseudoionones homologues pour l'usage technique, les fractions dont l'indice de réfraction nD dépasse 1, 5285, en reprenant en dis tillation les fractions précédentes et suivantes.
On obtient finalement 6,5 kg d'un mélange de méthyl-9-pseudoionones stéréoisomères ayant pour caractères :
d240 = 0,9025 ; nD = 1,5312 ; nu-nu = 0,0265 et titrant 96,9 o/o par oximation.
Ce mélange, traité par l'acétate de semicarbazide en milieu hydroalcoolique a donné, après séparation par des cristallisations dans l'alcool et, ensuite, dans le benzène, les semicarbazones déjà décrites ( Bulletin de la Société Chimique de France p, 1951, p. M 255) de deux méthyl-9-pseudoionones stéréoisomères fondant respectivement à 191-192 et 157 1580.
100 g du mélange des cétones décrit ci-dessus ont été cyclisés selon le procédé du brevet N 277981.
Il a été obtenu 75,5 g d'un mélange de méthyl-29- ionones ayant pour caractères :
d-'40 = 0,9399 ; nD = 1,5022 ; nF-nC = 0,0134 et qui, traité par l'acétate de semicarbazide en milieu hydroalcoolique, a donné 91 O/o de la théorie de semicarbazone recristallisée dans l'alcool, fondant à 202-2030, de la méthyl-2, a-ionone.
Exemple 3 :
Dans un appareil distillatoire comportant un récipient de 5 litres, muni d'un agitateur et surmonté d'une courte colonne de rectification accouplée à un réfrigérant, on charge 1 kg de déhydro-linalol et 3,2 kg de propionylacétate d'éthyle. On porte rapidement à 1600 en agitant modérément, puis on maintient cette température durant 36 heures, sans inter ruption du chauffage ni de l'agitation.
Durant l'opération, on recueille un distillat constitué en majeure partie d'alcool éthylique et il se dégage de l'anhydride carbonique. Le cours de la réaction peut tre suivi par l'estimation, en fonction du temps, de la quantité d'anhydride carbonique dégagée. Le dégagement, d'abord abondant, diminue progressivement et il ralentit fortement dès qu'il a été éliminé 0,75 à 0,80 molécule d'anhydride carbonique par molécule de déhydro-linalol chargé. Le e cours de la réaction peut tre également suivi par l'estimation des quantités d'alcool éthylique distillé qui, exprimées également en rapports moléculaires et portées en graphique (coordonnées : rapports et temps), donnent une courbe voisine de celle relative à l'anhydride carbonique.
Au terme des 36 heures, on abaisse la température vers 500 et on applique dans l'appareil un vide progressif atteignant finalement environ 4 mm Hg, de manière à distiller l'excès de propionylacétate d'éthyle et les produits de réaction à bas point d'ébullition. On relève progressivement la température jusqu'à ce qu'elle atteigne environ 100 en tte de colonne.
Le produit, pesant 1,15 kg, demeurant dans le ballon, refroidi, est transvasé dans un rectificateur convenable et fractionné par des distillations sous 1 à 3 mm, en suivant la séparation des méthyl-11- pseudoionones par la mesure des indices de réfrac- tion. On sélectionne comme méthyl-11-pseudoionones pour l'usage technique les fractions dont t l'indice de réfraction nid dépasse 1,524, en reprenant en distillation les fractions précédentes et suivantes.
On obtient finalement 0,615 kg d'un mélange de méthyl-11-pseudoionones stéréoisomëres ayant pour caractères :
d4 = 0,8955 ; nid = 1,5260 ; nu-ne = 0,0260 et titrant 97,0 /o par oximation.
Ce mélange traité par la phényl-4-semicarbazide en milieu alcoolique-acétique a donné deux phényl- semicarbazones, séparées par des cristallisations dans l'alcool et fondant respectivement à l 57-1580 et 141- 1420 ( < x Bulletin de la Société Chimique de France , 1951, p. M 641).
100 g du mélange de méthyl-11-pseudoionone ont été cyclisés par le procédé du brevet No 277981.
Il a été obtenu 73,0 g de méthyl-24-ionones ayant pour caractères :
d = 0,925 ; n = 1,4970 ; nu-nec = 0,0139 et qui, traitées par l'acétate de semi-carbazide en milieu hydroalcoolique, ont donné 84 O/o (en tout) des semicarbazones, F 161-162"et 146-147 , des méthyl-24, a-ionones stéréoisomères ( Bulletin de la
Société Chimique de France , 1951, p. M 640).