Verfahren zur Herstellung von neuen Äthern mit Ambergeruch
Aromastoffe mit Ambergeruch sind für die Par fümerie wichtig.
Ausgedehnte Untersuchungen über den Abbau von natürlichem Amber und verwandten Stoffen durch M. Stoll und Mitarbeiter (Industries de la parfumerie 9 [1954] 4 und 48) und durch E. Lederer und Mitarbeiter (ibid. 8 [1953] 189 und 12 [1957] 231) haben in den letzten Jahren zur Entdeckung einer Anzahl von Verbindungen mit Ambergeruch geführt. Als Beispiele werden die Verbindungen XXI, XXII und XXIII genannt. (Die römischen Ziffern beziehen sich auf die Formeln in der beiliegenden Zeichnung.)
Alle heute bekannten Amberverbindungen sind jedoch nur durch relativ komplizierte Verfahren, welche von naturlich vorkommenden Ausgangsstoffen ausgehen, zugänglich.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Reihe von Verbindungen mit amberartigem Geruch zu schaffen, welches in einfacher Weise durchgeführt werden kann und von bil3Ngen und leicht zugänglichen Rohstoffen ausgeht.
Die Addition von Myrcen (IV) an Maleinsäureanhydrid (V), gefolgt von Cyclisation (VI), Reduktion (VII), Cyclisation (VIII) und Hydrierung führt zur Bildung eines tricyclischen Athers (IX) mit einem holzartigen Geruch, der keinen Ambercharakter hat.
Es wurde nun gefunden, dass die Einführung von einer oder zwei Methylgruppen in Verbindungen vom Typ IX deren Geruchscharakter ändert und ihnen einen bestimmten und oft starken haftenden Ambergeruch verleiht. Auch die Methylhomologen der ungesättigten Ather (VIII) besitzen oft eine Ambernote, jedoch in sehr viel schwächerem Mass als die gesättigten Verbindungen. Dies ist überraschend, da viele Fälle bekannt sind, in welchen das Verschwinden einer oder mehrerer Doppelbin- dungen die Geruchseigenschaften einer Verbindung vermindert oder nicht ändert. In der Reihe der Verbindungen mit Ambergeruch ist dies der Fall bei der Verbindung X, deren Ambergeruch praktisch verschwindet, wenn man die Doppelbindung hydriert (M.
Stoll und M. Hinder, Helv. Chim. Acta 33, 1251 [1950]), während der Geruch der Verbindung XI unverändert bleibt, wenn die Doppelbindung hydriert wird (L. Ruzicka und C. F. Seidel, Helv.
Chim. Acta 33, 1285 [1950]).
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von neuen gesättigten tricyclischen Athern mit Ambergeruch der Formel I, in welcher entweder beide R Methylgruppen oder ein R eine Methylgruppe und das andere R ein Wasserstoffatom bedeuten.
Bei weitem der stärkste Ambergeruch wird erhalten, wenn ein R eine Methylgruppe und das andere R ein Wasserstoffatom ist.
Diese tricyclischen Ather sind erfindungsgemäss leicht zugänglich, indem man gesättigte bicyclische Diole der allgemeihen Formel II in Gegenwart von sauren Katalysatoren cyclisiert, oder indem man ungesättigte bicyclische Diole der Formel III in Gegenwart von sauren Katalysatoren cyclisiert und dann deren Doppelbindung katalytisch hydriert. Die Cycli sierung kann mit jedem geeigneten Dehydratationsmittel, wie z. B. mit Aryl-oder Alkansulfonsäuren, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Oxalsäure, Maleinsäureanhydrid oder ähnlichen Anhydriden, Kaliumhydrogensulfat, oder ähnlichen sauren Salzen, Aluminiumoxyd, Chromoxyd, Siliciumdioxyd oder Alaun, sowohl in flüssiger wie in Gasphase durchge führt werden. Eine grosse Zahl solcher Katalysatoren sind von W.
Reppe beschrieben worden (Ann. 596, [1955] 81).
Die als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemässe Verfahren verwendeten Diole können in einfacher Weise hergestellt werden, indem man Myrcen an Citraconsäureanhydrid oder Pyrocinchonsäureanhydrid addiert und dann das Addukt cyclisiert und reduziert, wobei die Reihenfolge der beiden letzteren Reaktionen keine Rolle spielt.
Eine andere geeignete Herstellungsmethode der Diole II und III geht von den Lactonen XVII und XVIII aus, welche ebenfalls leicht aus Myrcen hergestellt werden können.
Beide Arten von Zwischenprodukten können in 1-3 Stufen in die Diole II und III überführt werden (entweder bedeuten beide R Methyl oder ein R Methyl und das andere Wasserstoff).
Bei einigen der Verfahrensstufen entstehen mehrere Isomere, und zwar unbekümmert darum, in welcher Reihenfolge die Verfahrensstufen aufeinanderfolgen. Die Isomerie kann zwei Ursachen haben :
1. Die Stellung der Methylgruppe, falls ein R Wasserstoff ist.
2. Konformationsfaktoren. Da das Endprodukt drei gesättigte Ringe enthält, sind Konformationsisomere möglich.
Es ist deshalb unvermeidlich, dass ein durch die obigen Reaktionsfolgen erhaltenes Produkt aus einer Anzahl von Isomeren besteht. Da jedoch eine Destillation in stark wirksamen Kolonnen keine vollständige Trennung der Isomeren erlaubt und da eine solche Destillation Fraktionen ergibt, welche alle den typischen Ambergeruch aufweisen, hat eine solche Destillation keinen praktischen Wert. Es ist jedoch möglich, bei Verwendung von reinen Isomeren oder Stereoisomeren der Zwischenprodukte reine Isomere oder Stereoisomere der Endprodukte zu erhalten.
Auf diese Weise sind einige solche Isomere oder Stereoisomere erhalten worden, von welchen einige weiter unten in den Beispielen beschrieben werden.
Während diesen Versuchen wurde festgestellt, dal3 nicht alle diese Isomeren oder Stereoisomeren einen Ambergeruch der gleichen Intensität besitzen.
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.
Falls nichts anderes angegeben ist, sind die Schmelzpunkte korrigiert, die Siedepunkte unkorri- giert.
Alle strukturellen Zuschreibungen werden durch Elementaranalysen gestützt. Das Suffix a bezieht sich auf Produkte, in denen R Wasserstoff und Methyl ist, das Suffix b auf solche, in denen beide R Methyl bedeuten.
Beispiel 1
224 g (2 Mol) Citraconsäureanhydrid werden in trockenem Xylol am Rückfluss erhitzt (150 C) und dann werden 327 g redestilliertes handelsübli- ches Myrcen (enthaltend etwa 1, 9 Mol reines Myr cen) tropfenweise im Verlauf von 25 Minuten zugegeben, wobei die Lösung ohne Wärmezufuhr von aussen weitersiedet. Während einer weiteren Stunde wird die Mischung bei Siedetemperatur gerührt, wel che am Ende 170 C beträgt.
Man fraktioniert durch eine Kolonne mit 16 theoretischen Böden und erhält dabei in einer Ausbeute von 90% (berechnet auf Myrcen) das Addukt XV. Sdp. a. oi =114-117 C, n (konst.) gleich
1, 4950.
Das Produkt besteht unzweifelhaft aus mehr als einem Isomeren und/oder Stereoisomeren, wie aus der nicht konstanten relativen Dichte und der nicht konstanten relativen Viskosität während der ganzen Fraktionierung hervorgeht. Einer der Bestandteile bildet ein Tetrabromid CigHgoOgBri vom Schmelz- punkt 149, 7-150, 5 C.
248 g (1 Mol) des Adduktes XV werden in 248 g wasserfreiem Benzol zusammen mit 25 g (0, 18 Mol) Bortrifluoridätherat während einer Stunde und zwanzig Minuten auf 80-81 C (Rückfluss) erhitzt. Nach dem Abtrennen des Katalysators und des Lösungsmittels wird das gebildete tricyclische Säure- anhydrid XIX im Vakuum fraktioniert. Man erhält dabei 87 % der Theorie eines Produktes vom Sdpo, 8 = 154-157 C und n 2D = 1, 506-1, 509. Dieses Produkt kristallisiert teilweise beim Stehenlassen, wobei ein reines Isomer vom Smp. = 150, 4 bis 150, 7 C isoliert werden kann (siehe Beispiel 4).
25 g (0, 65 Mol) Lithiumaluminiumhydrid werden in 300 ml trockenem Äther aufgeschlämmt. Der Äther wird in einer Stickstoffatmosphäre am Rück- fluss erhitzt und es werden im Verlauf von zwei Stunden und 15 Minuten eine Lösung von 107 g (0, 43 Mol) des Anhydrids XIXa in 450 ml trokkenem Äther derart zugetropft, dass der Äther ohne äussere Wärmezufuhr siedend gehalten wird. Die Mischung wird dann während weiteren zweieinhalb Stunden unter Rühren am Rückfluss erhitzt und hierauf aufgearbeitet.
Das Diol III wird als viskoses 01 (Mischung von Isomeren und/oder Stereoisomeren) erhalten, welches ohne weitere Reinigung weiterverarbeitet wird. Ausbeute 90%, n20 etwa 1, 516-1, 519.
558 g (2, 4 Mol) der Mischung der Diolisomeren werden in 1350 ml trockenem Benzol gelöst und mit 11 g para-Toluolsulfonsäure versetzt. Die Mischung wird unter einer Dean-Stark-Wasserfalle am Rückfluss erhitzt, bis kein Wasser mehr gebildet wird. Nach 15 Stunden haben sich 39, 5 g Wasser (etwa 90% der Theorie) in der Falle angesammelt.
Die erhaltene Mischung wird im Vakuum in einer Kolonne mit 16 theoretischen Böden fraktioniert, wobei man Trimethyldecahydronaphthofuran (2, 3-c) als eine Mischung von Isomeren und Stereo- isomeren erhält, Siedebereich 74-80 C bei 0, 05 mm, n 2D0 = 1, 502-1, 510. Alle Fraktionen besitzen einen charakteristischen, jedoch relativ schwachen
Geruch vom Ambertyp.
Ahnliche Resultate werden erhalten, wenn man 18 g (0, 075 Mol) des gleichen Diols III mit 250 g wässriger Schwefelsäure (20% vol/vol) bei 108 C während 4 Stunden behandelt.
133 g (0, 6 Mol) des ungesättigten Äthers XXa, gelöst in Isopropanol, werden in einem Schüttelautoklaven aus rostfreiem Stahl in Gegenwart von Raney- Nickel als Katalysator bei einem Anfangsdruck von 77 atm und bei einer Temperatur von 125 C mit Wasserstoff hydriert. Die berechnete Menge Wasserstoff wird in etwa 15 Stunden aufgenommen. Bei einem Druck von 105 atm und einer Temperatur von 200 C ist die Hydrierung nach 10 Stunden beendigt.
Das Produkt wird aufgearbeitet und durch eine Kolonne mit 28 theoretischen Böden fraktioniert.
Es wird Trimethyldodecahydronaphthofuran (2, 3-c) vom Siedebereich 100-110 C bei 0, 25 mm und n D 1, 499-1, 495-1, 500 in einer Ausbeute von 96 S erhalten.
Alle Fraktionen haben einen starken und haftenden Ambergeruch.
Die vollständige Mischung besitzt die Konstanten n2O = 1, 4980 und d20 = 0, 9816. Eine GLPC-Analyse ergibt die Anwesenheit von wenigstens sieben Komponenten, von welchen vier in geringer Menge (weniger als 5 % der Gesamtmi- schung) und drei als Hauptkomponenten A, B und C in Mengen von 27, 42 und 18 % der Gesamtmischung vorhanden sind.
In einer Reihe von Fraktionen der genannten Fraktionierung (Kolonne mit 28 Böden) vom Sdpo. : 3 = 101-102 C und nD = 1, 4990 ist die Hauptkomponente A mit einem Anteil von 70% vorhanden. Ein Chromatogramm dieser Fraktionen zeigt wenigstens vier kleine Spitzen. Die Hauptkomponente B wird angereichert in einer Reihe von Fraktionen vom Sdpo. 3 = 106-107 C und n 2r0 = 1, 4950 gefunden. Diese Fraktionen enthalten etwa 85% des Isomeren B, welches durch Umkri stallisation bei niedriger Temperatur aus Aceton in kristalliner Form erhalten werden kann, Smp gleich 49, 2-50, 0 C.
Beispiel 2
850 g (3, 6 Mol) einer Mischung der Lactone XVIIa und XVIIIa werden mit 340 g (14, 8 Grammatome) fein verteiltem Natrium in 1800 g Toluol und 1150 g (8, 7 Mol) Diisobutylcarbinol während viereinhalb Stunden am Rückfluss gekocht (110-115 C). Nach dem Aufarbeiten erhält man in einer Ausbeute von 90% eine Mischung von Isomeren des Diols als viskoses Öl, dessen Hydroxyl- probe 80% ergibt und das ohne Reinigung verwendet wird.
1080 g (4, 5 Mol) der Diolmischung und 100 g Kaliumhydrogensulfat werden langsam unter einem Vakuum von 25 mm Hg auf 150 C erhitzt, wobei man das Wasser in einer Kühlfalle auffängt. Nach einer Stunde hört die Wasserentwicklung auf. 65 ml, das sind 80% der Theorie, Wasser werden aufgefangen.
Der Druck wird auf 3 mm Hg gesenkt und das Produkt rasch destilliert. Der erhaltene Rückstand beträgt 220 g. Die Hydroxylprobe des erhaltenen Produktes ergibt noch 0, 2%. Es wird durch eine Vigreux-Kolonne mit 28 theoretischen Böden fraktioniert. Man erhält in einer Ausbeute von 91 % eine Mischung von Isomeren und Stereoisomeren von Trimethyldodecahydronaphthofuran (2, 3-c) Ia mit einem Siedebereich von 94-103 C bei 0, 2 mm und n2D von 1, 4990-1, 4967-1, 500. Die gesamte Mischung hat n20 = 1, 4986 und d20 = 0, 9824 und besitzt einen starken und dauernden Ambergeruch.
Genau die gleichen Resultate werden erhalten, wenn die Wasserabspaltung mit para-Toluolsulfonsäure in siedendem Benzol, wie in Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt wird, oder wenn man die mit trockenem Stickstoff verdünnten Dämpfe bei einem Druck von 10-20 mm durch eine horizontale Röhre leitet, von der ein Teil mit 25 g aktiviertem Aluminiumoxyd gefüllt ist und welche mit einem elektrischen Ofen auf 260-280 C geheizt wird. Eine GLPC-Analyse der vollständigen Mischung ergibt die Anwesenheit von wenigstens sieben Komponenten welche alle vermutlich identisch mit den im Beispiel 1 beschriebenen Komponenten sind, wobei sie allerdings in etwas andern Mengenverhältnissen vorliegen mögen.
Die Menge der vier in geringerer Menge vorhandenen Komponenten beträgt etwa 22 % der Gesamtmischung, die Mengen der drei Hauptkomponenten A, B und C betragen etwa 32, 28 und 18%.
In einer Reihe der bei der beschriebenen Fraktionierung anfallenden Fraktionen, welche einen Sdpo, 2 = 94-96 C und n 2D = 1, 4990 (konst.) aufweisen, macht die Komponente A etwa 70% aus.
Im Chromatogramm treten mindestens vier kleine Spitzen auf.
Die Komponente B findet sich in einer Gruppe von Fraktionen angereichert, von welcher sie etwa 70% ausmacht und welche einen Sdpo, 2= 100 bis 101 C und n 20 = 1, 4968 aufweist. Diese Komponente kann durch Umkristallisation aus Aceton abgetrennt werden. Man erhält ein kristallines Isomer vom Smp 49, 1-49, 9 C, welches mit dem im Beispiel 1 beschriebenen Körper identisch ist (keine Depression des Schmelzpunktes).
Beispiel 3
Durch wiederholtes Umkristallisieren aus wäss- riger Essigsäure kann aus dem im Beispiel 1 beschriebenen Addukt XV aus Myrcen und Citraconsäureanhydrid eine Dicarbonsäure vom Smp 127, 8 bis 128, 3 C isoliert werden.
Wenn) mau diese Säure wie im Beispiel l beschrieben mit Bortrifluoridiätherat behandelt, erhält man in geringer Ausbeute die entsprechende bicyclische Dicarbonsäure vom Smp 218-222 C (unkorr.).
Dieselbe Verbindung erhält man in einer Ausbeute von 53 %, wenn man 42 g (0, 16 Mol) des Adduktes XV in 200 ml 20% iger Salzsäure während 15 Stunden am Rückfluss kocht. Nach Umkristallisation aus ¯thylacetat erhÏlt man eine reine Verbindung vom Smp 224, 8-225, 5 C, welche mit der im vorhergehenden Abschnitt beschriebenen ent- sprechenden Substanz keine Schmelizpunktsdepres- sion ergibt.
Die gleiche Verbindung erhält man auch, wenn man 62 g (0, 25 Mol) des tricyclischem Anhydrids XIXa in 300 ml 20% iger Salzsäure während 15 Stunden am Rückfluss kocht. Man erhÏlt dabei in einer Ausbeute von 64 % ein Produkt mit einem Smp von 224, 6-225, 5 C, welches mit dem vorstehend beschriebenen identisch ist.
Durch Reduktion mit Lithiumalumlniumhyddd gemϯ der im Beispiel 1 beschriebenen Methode, jedbch mit Tetrahydrofuran als Lösungsmittel, wird die bicyclische DicarbonsÏure in das entsprechende Diol IIIa umgewandelt, welches als viskoses sot in praktisch quantitativer Ausbeute erhalften wird. Aus diesem öl kann ein ; reines Isomer vom Smp 112, 4 bis 112, 8 C isoliert werden.
2, 7 g dieses kristaMinen Diols werden mit 0, 27 g Kaliumhydrogensulfat, wie in Beispiel 2 beschrieben, erhitzt. Nach dem Aufarbeiten erhält man Trimethyl decahydronaphthofuran (2, 3-c), Smp 57, 9-58, 9 C.
Dieses Isomere ist praktisch geruchlos.
Der kristallisierte ungesättigte ¯ther kann ! mit Adams-Katalysator bei leicht erhöhtem Druck nicht hydriert werden. Die Hydrierung gelingt jedoch nach einer Behandlung mit Wasserstoff bei einem Anfangsdruck von 100 atm bei 160 C in einem Schüttel- autoklaven aus rostfreiem Stand während 6 Stunden, in Gegenwart eines Ruthenium-Kohlekatal'ysators.
Man erhält Trimethyldbdecahydronaphthofuran (2, 3-c) vom Smp 49, 7-50, 2 C, welches identisch mit der in den Beispielen I und 2 beschriebenen entsprechenden Verbindung ist. Diese Verbindung hat einen betonten Ambergeruch.
Beispiel 4
Aus dem gemäS Beispiel 1 erhaltenen tricyclischen Anhydrid XIXa kann ein kristallines Isome- res mit dlem Smp 150, 4-150, 7 C abgetrennt werden. Durch Umkristallisationi aus wässriger Essig- sÏure erhält man die entsprechende bicyclische Dicarbonsäure vom Smp 190,8-192,5¯ C (Zers.).
7, 5 g (0, 03 Mol) kristallisiertes Anhydrid XIXa, gelöst in 25 ml Tetrahydrofuran, werden langsam zu einer am Rückfluss kochevden Lösung von 1, 7 g Lithiumaluminiumhydrid in 20 ml Tetrahydtofuran gegeben. Nachdlem man wÏhrend 61/2 Stunden unter Rückfluss gekocht hat, arbeitet man die Mischung auf. Man erhält in praktisch quantitativer Ausbeute ein kristallisiertes Diol lila vom ; Smp 123, 6 bis 124, 3 C.
3 g (0, 012 Mol) dieses Diols werden durch Behandlung mit 0, 3 g Kaliumhydrogensulfat, wie in Beispiel 2 beschrieben, dehydratisiert. Man erhält so in praktisch quantitativer Ausbeute ein Trimethyl- decahydronaphthofuran (2', 3-c) XXa vom Smp 67, 4 bis 67, 9 C.
1 g (4, 5 Millimol) des kristallinen, ungesättigten Äthers werden in Essigsäure bei Raumtemperatur ber 0, 15 g Adams-Katalysator bei leicht erh¯htem Druck hydriert. Das in praktisch quantitativer Aus beuteerhalteneTrimethyldodecahydrotiaphfhofuran (2, 3-c) ist das scho'n : in den Beispielen 1, 2 und 3 beschriebene kristallisierte Isomere mit einem Smp von 49, 2-50, 0 C.
Beispiel 5
Aus der Mischung der isomeren Lactone XVIIa und XVIIIa kann ein kristallisiertes Isomer vom Smp 162, 0-162, 4 C abgetrennnt werden.
5 g (0, 02 Mol) dieses krisballlisierten Lactons wer den durchF Behandllung mit 0, 62 g (0, 016 Mol) Lithiumallumin, iumhydrid in 310 ml Tetrahydrofuran bei Siedetemperatur während 5 Stunden in das ent- sprechende Diol umgewandelt. Nach der üblichen) Aufarbeitung erhält man in quantitativer Ausbeute ein kristallisiertes Material. Die reine Verbindung hat einen Schmelzpunkt von 77, 8-78, 7 C und durch Elememtaranalyse wird bewiesen, dass es sich um einen Komplex eines Diols mit Tetrahydrofuran (Molverhältnis 1 : 1) handelt.
4 g des rohen Diol-tetrahydtofurankomplexes werden mit 0, 4 g Kaliumhydrogensulfat, wie in Bei spiel'2beschrieben,erhitzt. Das auf diese Weise erhaltene ölige Material wird fest beim Abkühlen mit einer Aceton-Trockeneismischung. Nach Umkristal- lisation aus Aceton zeigt es einen Smp von 40, 7 bis 41, 4 C (beträchtliche Depression beim Mischen mit der Verbindung vom Smp 49, 2-50, 0¯ C). Die neue Verbindung hat einen starken und dauernden Ambergeruch.
Beispiel 6
Durch Verseifen von 60 g (0, 24 Mol) des Adduktes XV mit 200 mx 10% igem Natriumhydroxyd während einer Stunde bei Siedetemperatur, Aufarbeiten in üblicher Weise und Umkristallisation des Produktes aus 1-Nitropropan, ¯thylformiat und Acrylmtril wird ein reines Isomeres der entsprechenden Dicarbonsäure vom Schmelzpunkt 140, 7 bis 141, 7 C erhalten.
Behandelt man diese DicarbonsÏure mit BortrifluoridÏtherat, wie in ; Beispiel 1 beschrieben, so erhÏlt man ein tricyclisches Anhydrid XIXa vom Smp 102, 1-103,1¯ C.
DasselbetricyclischeAnhydridkamiwie folgt erhalten werden : 125 g (0, 5 Mol) des Adduktes XV werden in 125 g trockenem BenzolgelöstunddiieLösung auf -5 C gekühlt. Ein langsamer Strom von Bortrifluorid wird aus einer Flasche eingeleitet. Nach mehreren Minuten beginnt die Reaktion plötzlich und die Temperatur steigt auf 45 C. Das Einleiten von Bortrifluoridl wird unterbrochen, damit) sich die Mischfung bis auf 25¯ C abkühlen kann. Dann wird weiter eingeleitet bis'dieMischunggesättigt ist. Die totale Gewichtszunahme beträgt 24, 5 g.
Die Mi- schung wird dan während 2 Stunden bei Raumtem- peratur gerührt. Man fügt Wasser bei und arbeitet in der üblichen Weise auf. Das kristalline Isomere des tricyclischen Anhydrids XIXa vom Smp 102-103¯ C wird in einer Ausbeute von etwa 70 erhalten.
Das tricyclilsche Anhydrid XIXa wird mit Lithiumaluminiumhydrid in Tefrahydrofuran, wie in Beispiel 4 beschrieben, reduziert. Man erhÏlt in praktisch quantitativer Ausbeute ein kristallines Diol IIIa vom Smp 92, 6-93, 1 C.
1, 5 g dieses Diols werden durch Erhitzen mit Kaliumhydrogensulfat gemäss der in Beispiel 2 be schriebenen Methode dehydratisiert. Das in quanti- tativer Ausbeute erhaltene Trimethyldecahydto- naphthofuran (2, 3-c) zeigt ein n20D von 1,5001.
Der so erhalteneunigesättigteÄtherwirdin Essigsäure bei Raumtemperatur in Gegenwart von Adams-Katalysator hydriert. Die Hydrierung ist nach 111/2 Stünden beendigt. Nach dem Entfernen des Lösungsmittels erhält man das Trimethylklbdeca- hydronaphthofuran (2, 3-c) als Íl n D = 1, 4960.
Eine GLPC-Analyse dieses bls zeigt die Anwesenheit von mindestens 4 der 7 in Beispiel 1 und 2 beschriebenen Isomeren. Die Hauptkomponente, welche von den in den vorherigen Beispielen beschriebenen Komponenten A, B und C verschieden ist, macht etwa 60% der gesamten Mischung aus.
Beispiel 7
163 g (1, 2 Mol) handelsübliches Myrcen werden mit 126 g (1 Mol) Pyrocinchonsäureanhydnd m 100 g Propionsäure während 16 Stunden auf 143¯ C erhitzt. Das Reaktionsprodukt wird durch Destilla- tion gereinigt. Etwa 50 g Pyrocinchonsäureanhydrid werden zurückgewonnen und man erhÏlt eine Verbindung der Formel XVI in nahezu quantitativer Ausbeute. Sdpo, os = 114-117¯ C, n (const.) = 1, 4933.
209 g (0, 80 Mol) der Verbindung XVI werden mit 20 g (0, 14 Mo Bortrifluoridätherat in 200 g trockenem Benzol während 2 Stunden) gesotten. Man erhält das Anhydirid XIXb als viskoses Öl, welches teilweise beim Stehen fest wird. Ausbeute 90% der Theorie. Das kristalline Isomere hat einen Smp von 90, 1-90, 7 C.
145 g (0, 55 Mol) des tricyclischen Anhydrids XIXb werden ohne vorhergehende Reinigung, wie ih Beispiel 1 beschrieben, mit 42 g (1, 1 Mol) Lithium aluminiumhydrid in 400 ml trockenem Ather reduziert. Das Diol IIIb, eine Mischung von Isomeren und Stereoisomeren, wird als viskoses Íl erhalten.
Ausbeute 98%derTheorie.Ein)reinesIsomeres vom Smp 126, 8-127, 5 C kann abgetrennt werden.
139 g (0, 55 Mol) des Diols IIIb werden in 150 ml trockenem Benzol mit 3 g para-Toluolsuls fonsäure am Rückfluss gekocht, wobei man das während der Reaktion gebildete Wasser kontinuierlich als Azeotrop entfernt, bis kein Wasser mehr entweicht.
Das Reaktionsprodukt wird aufgearbeitet und in einer Kolonne mit 16 theoretischen Boden fraktioniert.
Man erhält 93 g (73% der Theorie) an Fraktionen mit einem Siedebereich von 92-106 C bei 0, 2 mm und n :D20 = 1, 5007-1, 5096, von denen alle einen amberartigen Geruch aufweisen.
Die Werte der Elementaranalyse der Kopf-, Mittel-und Schwanzfraktionen der angegebenen Fraktionierung stimmen gut mit den berechneten Werten für Tetramethyldecahydronaphthofuran (2, 3-c) berein. Das Produkt ist unzweifelhaft eine Mischung von Isomeren.
90 g (0, 38 Mol) dieser Mischung werden in 400 ml Isopropylalkohol gelöst und in einem Sch t telautoklaven aus rostfreiem Stahl in Gegenwart von Raney-Nickel bei einem Anfangsduck von 130 atm bei 205 C hydriert.
Die Reaktionsmischung wird aufgearbeitet und das Produkt sorgfältig fraktioniert. Man erhÏlt Tetra methyldodecahydronaphthofuran (2, 3-c) vom Sdpo, 6 120-124 C und n D20 = 1, 4970-1, 4990, welches einen ausgeprägten Ambergeruch hat. Dieser ist schwächer, jedoch haftender als derjenige des Trimethylanalogen.
Eine Gruppe von Fraktionen der obigen Destillation wird teilweise fest. Durch Umkristallisation kann man daraus ein reines Isomeres der Formel vom Smp 53, 1-53, 7 C abtrennen.
Process for the production of new ethers with an amber smell
Flavors with an amber smell are important for perfumery.
Extensive studies on the degradation of natural amber and related substances by M. Stoll and coworkers (Industries de la parfumerie 9 [1954] 4 and 48) and by E. Lederer and coworkers (ibid. 8 [1953] 189 and 12 [1957] 231) have led to the discovery of a number of connections with the smell of Amber in recent years. The compounds XXI, XXII and XXIII are mentioned as examples. (The Roman numerals refer to the formulas in the accompanying drawing.)
However, all of the amber compounds known today are only accessible by relatively complicated processes which start from naturally occurring starting materials.
It is an object of the present invention to provide a process for the preparation of a number of compounds with an amber-like odor which can be carried out in a simple manner and which starts from cheap and easily accessible raw materials.
The addition of myrcene (IV) to maleic anhydride (V), followed by cyclization (VI), reduction (VII), cyclization (VIII) and hydrogenation leads to the formation of a tricyclic ether (IX) with a woody odor that has no amber character.
It has now been found that the introduction of one or two methyl groups into compounds of type IX changes their odor character and gives them a certain and often strong, adherent amber odor. The methyl homologues of the unsaturated ethers (VIII) also often have an amber note, but to a much weaker degree than the saturated compounds. This is surprising since many cases are known in which the disappearance of one or more double bonds reduces or does not change the odor properties of a compound. In the series of compounds with an amber odor, this is the case with compound X, whose amber odor practically disappears when the double bond is hydrogenated (M.
Stoll and M. Hinder, Helv. Chim. Acta 33, 1251 [1950]), while the odor of the compound XI remains unchanged when the double bond is hydrogenated (L. Ruzicka and C. F. Seidel, Helv.
Chim. Acta 33, 1285 [1950]).
The present invention relates to a process for the preparation of new saturated tricyclic ethers with an amber odor of the formula I, in which either both R are methyl groups or one R is a methyl group and the other R is a hydrogen atom.
By far the strongest Amber smell is obtained when one R is a methyl group and the other R is a hydrogen atom.
According to the invention, these tricyclic ethers are easily accessible by cyclizing saturated bicyclic diols of the general formula II in the presence of acidic catalysts, or by cyclizing unsaturated bicyclic diols of the formula III in the presence of acidic catalysts and then catalytically hydrogenating their double bond. The cyclization can be carried out with any suitable dehydrating agent, such as. B. with aryl or alkanesulfonic acids, sulfuric acid, phosphoric acid, oxalic acid, maleic anhydride or similar anhydrides, potassium hydrogen sulfate, or similar acid salts, aluminum oxide, chromium oxide, silicon dioxide or alum, both in the liquid and in the gas phase run through. A large number of such catalysts are from W.
Reppe (Ann. 596, [1955] 81).
The diols used as starting material for the process according to the invention can be prepared in a simple manner by adding myrcene to citraconic anhydride or pyrocinchonic anhydride and then cyclizing and reducing the adduct, the sequence of the latter two reactions not being important.
Another suitable production method for the diols II and III starts from the lactones XVII and XVIII, which can also be easily produced from myrcene.
Both types of intermediate products can be converted into the diols II and III in 1-3 steps (either R is both methyl or one R is methyl and the other is hydrogen).
Several of the process steps produce multiple isomers, regardless of the order in which the process steps follow one another. The isomerism can have two causes:
1. The position of the methyl group if one R is hydrogen.
2. Conformation factors. Since the end product contains three saturated rings, conformational isomers are possible.
It is therefore inevitable that a product obtained by the above reaction sequences will consist of a number of isomers. However, since a distillation in highly efficient columns does not permit complete separation of the isomers and since such a distillation gives fractions which all have the typical Amber odor, such a distillation has no practical value. However, when using pure isomers or stereoisomers of the intermediate products, it is possible to obtain pure isomers or stereoisomers of the end products.
In this way some such isomers or stereoisomers have been obtained, some of which are described below in the examples.
During these experiments it was found that not all of these isomers or stereoisomers have an amber odor of the same intensity.
The following examples serve to illustrate the invention.
Unless otherwise stated, the melting points are corrected and the boiling points uncorrected.
All structural attributions are supported by elementary analyzes. The suffix a refers to products in which R is hydrogen and methyl, the suffix b to those in which both R are methyl.
example 1
224 g (2 mol) of citraconic anhydride are refluxed in dry xylene (150 ° C.) and then 327 g of redistilled commercial myrcene (containing about 1.9 mol of pure myrcene) are added dropwise over the course of 25 minutes, the solution continues to boil without heat being supplied from the outside. The mixture is stirred at the boiling point, which is 170 ° C. at the end, for a further hour.
It is fractionated through a column with 16 theoretical plates and the adduct XV is obtained in a yield of 90% (calculated on myrcene). Sdp. A. oi = 114-117 C, n (const.) equal
1, 4950.
The product undoubtedly consists of more than one isomer and / or stereoisomer, as can be seen from the inconstant specific gravity and viscosity throughout the fractionation. One of the components forms a tetrabromide CigHgoOgBri with a melting point of 149, 7-150, 5 C.
248 g (1 mol) of adduct XV are heated in 248 g of anhydrous benzene together with 25 g (0.18 mol) of boron trifluoride etherate for one hour and twenty minutes at 80-81 ° C. (reflux). After the catalyst and the solvent have been separated off, the tricyclic acid anhydride XIX formed is fractionated in vacuo. This gives 87% of the theory of a product of Sdpo, 8 = 154-157 ° C. and n 2D = 1.506-1.509. This product partially crystallizes on standing, with a pure isomer having a melting point of 150.4 to 150 , 7 C can be isolated (see Example 4).
25 g (0.65 mol) of lithium aluminum hydride are suspended in 300 ml of dry ether. The ether is heated to reflux in a nitrogen atmosphere and a solution of 107 g (0.43 mol) of the anhydride XIXa in 450 ml of dry ether is added dropwise in the course of two hours and 15 minutes in such a way that the ether can flow without external heat supply is kept boiling. The mixture is then refluxed with stirring for a further two and a half hours and then worked up.
The diol III is obtained as a viscous oil (mixture of isomers and / or stereoisomers) which is processed further without further purification. Yield 90%, n20 about 1.516-1.519.
558 g (2.4 mol) of the mixture of the diol isomers are dissolved in 1350 ml of dry benzene, and 11 g of para-toluenesulfonic acid are added. The mixture is refluxed under a Dean-Stark water trap until no more water is formed. After 15 hours, 39.5 g of water (about 90% of theory) have collected in the trap.
The mixture obtained is fractionated in vacuo in a column with 16 theoretical plates, trimethyldecahydronaphthofuran (2, 3-c) being obtained as a mixture of isomers and stereoisomers, boiling range 74-80 ° C. at 0.05 mm, n 2D0 = 1, 502-1, 510. All fractions have a characteristic, but relatively weak one
Amber-type smell.
Similar results are obtained if 18 g (0.075 mol) of the same diol III are treated with 250 g of aqueous sulfuric acid (20% vol / vol) at 108 ° C. for 4 hours.
133 g (0.6 mol) of the unsaturated ether XXa, dissolved in isopropanol, are hydrogenated with hydrogen in a stainless steel shaking autoclave in the presence of Raney nickel as a catalyst at an initial pressure of 77 atm and at a temperature of 125 C. The calculated amount of hydrogen is absorbed in about 15 hours. At a pressure of 105 atm and a temperature of 200 ° C., the hydrogenation is complete after 10 hours.
The product is worked up and fractionated through a column with 28 theoretical plates.
Trimethyldodecahydronaphthofuran (2, 3-c) with a boiling range of 100-110 ° C. at 0.25 mm and n D 1, 499-1, 495-1, 500 in a yield of 96% is obtained.
All fractions have a strong and persistent Amber odor.
The complete mixture has the constants n2O = 1.4980 and d20 = 0.9816. A GLPC analysis reveals the presence of at least seven components, four of which are in small amounts (less than 5% of the total mixture) and three as the main components A, B and C are present in amounts of 27, 42 and 18% of the total mixture.
In a number of fractions of the aforementioned fractionation (column with 28 floors) from Sdpo. : 3 = 101-102 C and nD = 1, 4990 the main component A is present with a proportion of 70%. A chromatogram of these fractions shows at least four small peaks. The main component B is enriched in a number of factions from the Sdpo. 3 = 106-107 C and n 2r0 = 1.4950 found. These fractions contain about 85% of the isomer B, which can be obtained in crystalline form by recrystallization at low temperature from acetone, mp 49.2-50.0 ° C.
Example 2
850 g (3.6 mol) of a mixture of the lactones XVIIa and XVIIIa are refluxed with 340 g (14.8 gram atoms) of finely divided sodium in 1800 g of toluene and 1150 g (8.7 mol) of diisobutylcarbinol for four and a half hours (110 -115 C). After working up, a mixture of isomers of the diol is obtained in a yield of 90% as a viscous oil, the hydroxyl sample of which is 80% and which is used without purification.
1080 g (4.5 mol) of the diol mixture and 100 g of potassium hydrogen sulfate are slowly heated to 150 ° C. under a vacuum of 25 mm Hg, the water being collected in a cold trap. The development of water stops after an hour. 65 ml, that is 80% of theory, water is collected.
The pressure is lowered to 3 mm Hg and the product is rapidly distilled. The residue obtained is 220 g. The hydroxyl sample of the product obtained still gives 0.2%. It is fractionated through a Vigreux column with 28 theoretical plates. A mixture of isomers and stereoisomers of trimethyldodecahydronaphthofuran (2, 3-c) Ia with a boiling range of 94-103 C at 0.2 mm and n2D of 1.4990-1, 4967-1 is obtained in a yield of 91%, 500. The entire mixture has n20 = 1.4986 and d20 = 0.9824 and has a strong and persistent smell of amber.
Exactly the same results are obtained if the dehydration is carried out with para-toluenesulphonic acid in boiling benzene, as described in Example 1, or if the vapors diluted with dry nitrogen are passed through a horizontal tube at a pressure of 10-20 mm, a part of which is filled with 25 g of activated aluminum oxide and which is heated to 260-280 C with an electric furnace. A GLPC analysis of the complete mixture reveals the presence of at least seven components which are all presumably identical to the components described in Example 1, although they may be present in slightly different proportions.
The amount of the four components present in a smaller amount is about 22% of the total mixture, the amounts of the three main components A, B and C are about 32, 28 and 18%.
In a number of the fractions obtained in the fractionation described, which have a Sdpo, 2 = 94-96 ° C. and n 2D = 1.4990 (const.), Component A makes up about 70%.
There are at least four small peaks in the chromatogram.
Component B is found enriched in a group of fractions, of which it makes up about 70% and which has a Sdpo, 2 = 100 to 101 ° C. and n 20 = 1.4968. This component can be separated off by recrystallization from acetone. A crystalline isomer of melting point 49, 1-49, 9 C is obtained, which is identical to the body described in Example 1 (no depression of the melting point).
Example 3
By repeated recrystallization from aqueous acetic acid, a dicarboxylic acid having a melting point of 127.8 to 128.3 ° C can be isolated from the adduct XV described in Example 1 from myrcene and citraconic anhydride.
If this acid is treated with boron trifluoride etherate as described in Example 1, the corresponding bicyclic dicarboxylic acid having a melting point of 218-222 ° C. is obtained in low yield.
The same compound is obtained in a yield of 53% if 42 g (0.16 mol) of the adduct XV are refluxed in 200 ml of 20% strength hydrochloric acid for 15 hours. After recrystallization from ethyl acetate, a pure compound with a melting point of 224.8-225.5 ° C. is obtained, which does not result in a melting point depression with the corresponding substance described in the previous section.
The same compound is also obtained when 62 g (0.25 mol) of the tricyclic anhydride XIXa are refluxed in 300 ml of 20% strength hydrochloric acid for 15 hours. A product with a melting point of 224.6-225.5 ° C. which is identical to that described above is obtained in a yield of 64%.
By reduction with lithium aluminum hydride according to the method described in Example 1, but using tetrahydrofuran as the solvent, the bicyclic dicarboxylic acid is converted into the corresponding diol IIIa, which is obtained as a viscous sot in a virtually quantitative yield. From this oil one can; pure isomer of m.p. 112.4 to 112.8 C can be isolated.
2.7 g of this crystalline diol are heated with 0.27 g of potassium hydrogen sulfate, as described in Example 2. After working up, trimethyl decahydronaphthofuran (2, 3-c), mp 57, 9-58, 9 C.
This isomer is practically odorless.
The crystallized unsaturated ¯ther can! are not hydrogenated with Adams catalyst at slightly increased pressure. However, the hydrogenation succeeds after treatment with hydrogen at an initial pressure of 100 atm at 160 ° C. in a stainless steel shaking autoclave for 6 hours in the presence of a ruthenium-carbon catalyst.
Trimethyldbdecahydronaphthofuran (2, 3-c) of melting point 49.7-50.2 ° C, which is identical to the corresponding compound described in Examples I and 2, is obtained. This connection has a pronounced Amber odor.
Example 4
From the tricyclic anhydride XIXa obtained according to Example 1, a crystalline isomer with a melting point of 150.4-150.7 ° C. can be separated off. Recrystallization from aqueous acetic acid gives the corresponding bicyclic dicarboxylic acid with a melting point of 190.8-192.5¯ C (decomp.).
7.5 g (0.03 mol) of crystallized anhydride XIXa, dissolved in 25 ml of tetrahydrofuran, are slowly added to a refluxing solution of 1.7 g of lithium aluminum hydride in 20 ml of tetrahydrofuran. After refluxing for 61/2 hours, the mixture is worked up. A crystallized diol from purple is obtained in practically quantitative yield; 123.6 to 124.3 C.
3 g (0.012 mol) of this diol are dehydrated by treatment with 0.3 g of potassium hydrogen sulfate, as described in Example 2. A trimethyl decahydronaphthofuran (2 ', 3-c) XXa with a melting point of 67.4 to 67.9 ° C is thus obtained in a practically quantitative yield.
1 g (4.5 millimoles) of the crystalline, unsaturated ether are hydrogenated in acetic acid at room temperature over 0.15 g of Adams catalyst under slightly increased pressure. The trimethyldodecahydrotiaphfhofuran (2, 3-c) obtained in practically quantitative yield is the beautiful: crystallized isomers described in Examples 1, 2 and 3 with a melting point of 49.2-50.0 ° C.
Example 5
A crystallized isomer with a melting point of 162.0-162.4 ° C. can be separated off from the mixture of the isomeric lactones XVIIa and XVIIIa.
5 g (0.02 mol) of this crystallized lactone are converted into the corresponding diol by treatment with 0.62 g (0.016 mol) of lithium aluminiumhydride in 310 ml of tetrahydrofuran at the boiling point for 5 hours. After the usual work-up, a crystallized material is obtained in quantitative yield. The pure compound has a melting point of 77.8-78.7 C and element analysis proves that it is a complex of a diol with tetrahydrofuran (molar ratio 1: 1).
4 g of the crude diol-tetrahydtofuran complex are heated with 0.4 g of potassium hydrogen sulfate, as described in Example 2. The oily material obtained in this way becomes solid on cooling with an acetone-dry ice mixture. After recrystallization from acetone, it shows a melting point of 40.7 to 41.4 ° C (considerable depression when mixed with the compound of melting point 49.2-50.0 ° C). The new connection has a strong and lasting smell of Amber.
Example 6
By saponifying 60 g (0.24 mol) of adduct XV with 200 mx 10% sodium hydroxide for one hour at boiling temperature, working up in the usual way and recrystallization of the product from 1-nitropropane, ¯thylformiat and Acrylmtril becomes a pure isomer of the corresponding Dicarboxylic acid with a melting point of 140.7 to 141.7 C.
If you treat this dicarboxylic acid with boron trifluoride ether, as in; As described in Example 1, a tricyclic anhydride XIXa with a melting point of 102, 1-103.1¯ C.
The same cyclic anhydride chambers are obtained as follows: 125 g (0.5 mol) of the adduct XV are dissolved in 125 g of dry benzene and the solution is cooled to -5 ° C. A slow stream of boron trifluoride is introduced from a bottle. After several minutes, the reaction starts suddenly and the temperature rises to 45 C. The introduction of boron trifluoride is interrupted so that the mixture can cool down to 25¯ C. Then the introduction continues until the mixture is saturated. The total weight gain is 24.5 g.
The mixture is then stirred for 2 hours at room temperature. Add water and work up in the usual way. The crystalline isomer of the tricyclic anhydride XIXa with a melting point of 102-103¯ C is obtained in a yield of about 70%.
The tricyclic anhydride XIXa is reduced as described in Example 4 using lithium aluminum hydride in tefrahydrofuran. A crystalline diol IIIa with a melting point of 92, 6-93, 1 C. is obtained in practically quantitative yield.
1.5 g of this diol are dehydrated by heating with potassium hydrogen sulfate according to the method described in Example 2 be. The trimethyldecahydtonaphthofuran (2, 3-c) obtained in quantitative yield shows an n20D of 1.5001.
The unsaturated ether thus obtained is hydrogenated in acetic acid at room temperature in the presence of Adams catalyst. The hydrogenation is completed after 111/2 hours. After removing the solvent, the trimethylklbdecahydronaphthofuran (2,3-c) is obtained as Íl n D = 1,4960.
A GLPC analysis of this BL shows the presence of at least 4 of the 7 isomers described in Examples 1 and 2. The main component, which is different from components A, B and C described in the previous examples, makes up about 60% of the total mixture.
Example 7
163 g (1.2 mol) of commercially available myrcene are heated with 126 g (1 mol) of pyrocinchonic anhydride and 100 g of propionic acid at 143¯ C for 16 hours. The reaction product is purified by distillation. About 50 g of pyrocinchonic anhydride are recovered and a compound of the formula XVI is obtained in almost quantitative yield. Sdpo, os = 114-117¯ C, n (const.) = 1, 4933.
209 g (0.80 mol) of the compound XVI are boiled with 20 g (0.14 mol of boron trifluoride etherate in 200 g of dry benzene for 2 hours). The anhydride XIXb is obtained as a viscous oil, some of which solidifies on standing. Yield 90% of theory. The crystalline isomer has a m.p. of 90, 1-90, 7 C.
145 g (0.55 mol) of the tricyclic anhydride XIXb are reduced without prior purification, as described in Example 1, with 42 g (1.1 mol) of lithium aluminum hydride in 400 ml of dry ether. The diol IIIb, a mixture of isomers and stereoisomers, is obtained as a viscous oil.
Yield 98% of theory. A) pure isomer of melting point 126.8-127.5 ° C. can be separated off.
139 g (0.55 mol) of the diol IIIb are refluxed in 150 ml of dry benzene with 3 g of para-toluene sulfonic acid, the water formed during the reaction being continuously removed as an azeotrope until no more water escapes.
The reaction product is worked up and fractionated in a column with 16 theoretical plates.
93 g (73% of theory) of fractions with a boiling range of 92-106 ° C. at 0.2 mm and n: D20 = 1,5007-1, 5096 are obtained, all of which have an amber-like odor.
The values of the elemental analysis of the head, middle and tail fractions of the specified fractionation agree well with the calculated values for tetramethyldecahydronaphthofuran (2, 3-c). The product is undoubtedly a mixture of isomers.
90 g (0.38 mol) of this mixture are dissolved in 400 ml of isopropyl alcohol and hydrogenated in a stainless steel shaking autoclave in the presence of Raney nickel at an initial pressure of 130 atm at 205.degree.
The reaction mixture is worked up and the product carefully fractionated. Tetra methyldodecahydronaphthofuran (2, 3-c) from Sdpo, 6 120-124 C and n D20 = 1, 4970-1, 4990 is obtained, which has a pronounced amber odor. This is weaker, but more adhesive than that of the trimethyl analogue.
A group of fractions from the above distillation becomes partially solid. A pure isomer of the formula with a melting point of 53.1-53.7 ° C. can be separated from it by recrystallization.