Verfahren zur Herstellung von Cyclohexyl-Derivaten
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Cyclohexyl-Derivaten der Formel I
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in der entweder R und R1 Methylgruppen oder aber beide Reste R Wasserstoff und beide Reste R1 Athyl- gruppen bedeuten, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Verbindung der Formel II
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in der R und R1 die obige Bedeutung besitzen und R für ein Wasserstoffatom steht, mit acylierenden Mitteln behandelt und die so erhaltenen Acylderivate der Formel II, in der R2 einen Acylrest bedeutet, mit Verbindungen des 6wertigen Chroms oxydiert und die nach Aufarbeitung im alkalischen Medium erhaltenen Verbindungen der Formel III
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mit acylierenden Mitteln umsetzt und anschliessend thermisch decarboxyliert und cyclisiert,
die erhaltenen Verbindungen der Formel IV
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verseift und sie anschliessend mit Metalloxyden oxydiert.
Die als Ausgangsstoff verwendeten Verbindungen der Formel II, in der R2 ein Wasserstoffatom bedeutet, können durch partielle Reduktion der entsprechenden Dione mittels Natriumborhydrid erhalten werden.
Die Herstellung des Ketols der Formel II, in der R und R1 Methylgruppen und R2 Wasserstoff bedeuten, wird aus dem bekannten 2,3-Bis-(1'-methyl-4'-oxo-cyclo- hexyl)-butadien-(1,3)-äthylenketal (Liebigs Annalen Bd.
694, S. 31-37 (1966) auf nachstehendem Wege erhalten: Die katalytische Hydrierung dieses Butadiens führt zum Butenderivat der Formel V
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Dieses wird durch Umsetzung mit Natriumborhydrid und Bortrifluoridätherat in die Verbindung der Formel VI
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überführt, diese wird dann mit Methansulfochlorid behandelt. Der erhaltene Sulfonsäureester wird mit Lithiumaluminiumhydrid behandelt, wobei die Verbindung der Formel VII
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entsteht. Diese wird sauer hydrolysiert und das erhaltene 2,3-Bis-(l'-methyl-4'-oxo-cyclohexyl)-butan wird anschliessend mit 1 Äquivalent Natriumborhydrid zum Ketoalkohol II (R, R1 = CH reduziert. Die Ausgangsverbindungen der Formel II, in der R Wasserstoff und R1 Äthylgruppen bedeuten, sind in racem- und meso Form bekannt.
Diese Ausgangsverbindungen werden zunächst zum Schutze der OH-Gruppe mit acylierenden Mitteln behandelt. Hierfür werden die üblichen Acetylierungsmittel wie Essigsäureanhydrid in Gegenwart von Pyridin oder Toluolsulfosäure, Acetylchlorid oder andere Acylierungsmittel wie Propionylchlorid oder Benzoylchlorid verwendet.
Die Acylierung erfolgt wie üblich entweder bei Zimmertemperatur oder erhöhten Temperaturen bis zur Rückflusstemperatur. Nach üblicher Aufarbeitung wird das erhaltene Acylderivat ohne weitere Reinigung oxydiert. Hierfür eignen sich solche Oxydationsmittel, die für oxydative Ringöffnungen verwendet werden können, insbesondere Chromtrioxyd oder Kaliumdichromat. Als Lösungsmittel verwendet man bei Oxydation mit Chromverbindungen insbesondere Eisessig. Die Oxydation wird entweder bei Zimmertemperatur oder bei höheren Temperaturen, etwa 70 bis 800 C vorgenommen.
Die Aufarbeitung erfolgt in üblicher Weise, z. B. wird bei Verwendung von Eisessig als Lösungsmittel in Wasser gegossen, mit einem organischen Lösungsmittel wie Äther extrahiert und die organische Schicht mit wässrigem Alkali wie Natronlauge, Kalilauge oder Natriumcarbonat behandelt. Die durch Ringöffnung entstandene Dicarbonsäure geht dabei in die wässrige alkalische Phase, wobei teilweise die Acylgruppe verseift wird.
Nach Ansäuren der wässrigen Schicht und Extraktion mit einem organischen Lösungsmittel wie Äther wird aus der organischen Schicht die Verbindung der Formel III erhalten.
Nach kurzer etwa 30-60 Minuten dauernder Behandlung mit Acylierungsmitteln wie Acetanhydrid oder Acetylchlorid wird das Acetat und das entsprechende Dicarbonsäureanhydrid gebildet. Das überschüssige Acylierungsmittel wird anschliessend ab destilliert.
Der hinterbleibende Rückstand wird ohne weitere Reinigung zur Decarboxylierung auf höhere Temperatur erhitzt. Man arbeitet bei Temperaturen zwischen 190 und 2600 C vorzugsweise bei 230-2500 C.
Die Dauer des Erhitzens hängt von der Grösse des Ansatzes ab; der unter Decarboxylierung erfolgende Ringschluss zum Cyclopentanderivat ist nach Beendigung der CO2-Entwicklung beendet. Das rohe Pyrolyseprodukt wird vorteilhaft anschliessend chromatographisch über Aluminiumoxyd gereinigt.
Anschliessend wird die Acylgruppe durch alkalische Verseifung wieder entfernt, was beispielsweise durch Alkalilaugen, vorteilhaft im wässrig/alkoholischen Milieu, durchgeführt wird.
Schliesslich wird der Ketoalkohol zum Diketon der Formel I mittels Metalloxyden oxydiert. Als Oxydationsmittel wird mit besonderem Vorzug Chromtrioxyd verwendet, man kann aber auch beispielsweise mit Bleidioxyd oder Mangandioxyd oxydieren. Als Lösungsmittel für die Oxydation werden Pyridin, Dimethylformamid oder aromatische Kohlenwasserstoffe, wie z.13.
Benzol oder Toluol, verwendet. Die Oxydation kann je nach Wahl des Oxydationsmittels bei Zimmertemperatur oder bei erhöhten Temperaturen bis zur Siedetemperatur des verwendeten Lösungsmittels durchgeführt werden.
Die Verfahrenserzeugnisse zeichnen sich durch eine unerwartete androgene, gestagene, antiinflammatorische und anabolische Wirksamkeit aus und können daher als Pharmazeutika verwendet werden. Darüber hinaus dienen sie als Zwischenprodukte zur Herstellung von Arzneimitteln.
Beispiel 1 2-( 1-Methyl-4-oxocyclohexyl)-3 -(1 -methyl-3 -oxo - cyclopentyl)-butan (R,R1 = CH3) a) Acetylierung zu 2-(1-Methyl-4-acetoxy-cyclo hexyl)-3-(1-methyl-4-oxo-cyclohexyl)-butan (II), R2 =
Acetyl, R, R1 = CH3
Die Lösung von 5,80 g 2-(1-Methyl-4-hydroxy cyclohexyl)-3-(1-methyl-4-oxo-cyclohexyl)-butan, in 67 ml Acetanhydrid wird nach Zugabe von 3 cm3 abs. Pyridin kurz zum Sieden erhitzt, dann in 300 cm3 etwa 600 heisses Wasser gegossen und mit Ather in der üblichen Weise aufgearbeitet. Dabei erhält man 5,85 g Keto acetat II R = Acetyl.
IR als Ö1:
5,78 u (1730/cm) Acetatcarbonylbande
5,84 ,u (1722/cm) Sechsringketonbande
8,02 ,u (1217/cm) Acetatbande b) Oxydative Ringöffnung und Acetylverseifung zu III (R, R1 = Cm5). Zu einer Lösung von 5,00 g Ketoacetat II in 120 cm3 90proz. Eisessig wird unter Rüh ren eine Lösung von 4,9 g CrO3 in 50 cm3 desselben
Lösungsmittels zugetropft und anschliessend 3 Stunden aus 7e750 erwärmt. Zur Aufarbeitung wird in Wasser gegossen und mit Äther extrahiert.
Nachdem die anor ganischen Salze mit gesättigter Ammonchloridlösung ausgewaschen sind, extrahiert man mit 4 X 25 cm3 2n wässriger Natronlauge, säuert die alkalischen Auszüge bis pH 2 an und extrahiert erneut mit Äther. Dabei werden 3,80 g Dicarbonsäure erhalten.
IR als Ölfilm: 2,8,O Et Hydroxylbande und (3571-2500) cm-l Säure-Hydroxylbande
5,84 ,lt Carbonylbande +) Herstellung siehe unter f) c) Ringschluss zu 2-(1'-Methyl-4'-acetoxy-cyclo- hexyl) - 3 - (1' - methyl-3'-oxo-cyclopentyl)-butan (1V) (R, R1 = CH3)
3,50 g der nach b) erhaltenen Verbindung werden in 28 cm3 Acetanhydrid gelöst und eine Stunde unter Rückfluss erhitzt. Das überschüssige Acetanhydrid wird im Vakuum abdestilliert, der Rückstand innerhalb von 30 Minuten auf 2500 erhitzt und dann 45 Minuten auf dieser Temperatur belassen. Das braune Pyrolyseprodukt wird in Benzol aufgenommen und über Aluminiumoxyd Woelm II filtriert. Dabei erhält man 1,32 g farbloses Ö1.
IR als Ölfilm:
5,75 ,u (1739/cm) Carbonylbande des Acetates und des Fünfringketons
8,02 iu (1220/cm) Acetatbande d) Verseifung des Acetates zu 2-(1'-Methyl-4'-oxy- cyclohexyl)-3-(1'-methyl-x3'-oxo-cyclopentyl)-butan
1,00 g Ketoacetat werden mit 1 g Kaliumhydroxyd in 20 cm3 Methanol 3 Stunden unter Rückfluss erhitzt und wie üblich aufgearbeitet. Man erhält 720 mg farbloses Ö1, das ohne weitere Reinigung in die anschlie ssende Oxydation eingesetzt wird.
IR als Ölfilm:
2,92 u (3425/cm) Hydroxylbande
5,75 tk (1739/cm) Fünfringketonbande e) Oxydation zu 2-(1'-Methyl-4'-oxo-cyclohexyl)-3- (l'-methyl-3'-oxo-cyclopentyl)-butan (I, R, R1 = CH3)
700 mg der nach d) erhaltenen Verbindung, in 10 cm3 abs. Pyridin gelöst, werden zu einer Oxydationsmischung von 900 mg CrO3 in 15 Pyridin gegeben, anschliessend über Nacht gerührt und zur Aufarbeitung mit Äthylacetat über Aluminiumoxyd II filtriert. Man erhält 480 mg farbloses Ö1.
IR als Ölfilm:
5,75 u (1739/cm) Fünfringketonbande
5,84 , (1712/cm) Sechsringketonbande f) Herstellung des Ausgangsstoffes 2-(1'-Methyl-4'- hydroxy-'cyclohexyl) - 3 - (1'-methyl-4'-oxo-cyclohexyl)butan 2,3-Bis-(l'-methyl-4',4'-äthylen-dioxy-cyclohexyl)- buten-l (V):
2,3-Bis-(l'-methyl- 4',4' - äthylendioxy - cyclohexylbutadien-1,3 (vgl. Liebigs Annalgen 694, S. 32) (1966) wird mit Wasserstoff über Palladiumkohle hydriert. Das 2, 3-iBis-(l '-methyl-4',4'-äthylendioxy-cyclohexyl) -buten-2 wird durch Kristallisation mit Äther aus dem Reak tionsgemisch abgetrennt.
1 g Mutterlauge wird in 3 ml Methylenchlorid gelöst und auf eine präparative Dünnschichtplatte aufgetragen. Als Laufmittel dient Cyclohexan/Essigester 3 1.
Im UV-Licht werden die Zonen sichtbar gemacht und herausgelöst, die Extraktion der Substanz erfolgt mit Essigester.
1. obere Zone:
30 mg Buten-2-Derivat Fp: 158-159
2. untere Zone:
840 mg V IR-Spektrum: 6,12 Fp (Doppelbindung) (Ölfilm) 9,06 Fp und 9,62 (Ketal) 2,3-Bis-(1'-methyl - 4',4' - äthylendioxy-cyclohexyl)butanol-l (VI):
In einem 11 Dreihalskolben werden 22,1 g Natriumborhydrid mit 200 ml abs. Diglyme übergossen, die Mischung wird gerührt. Zu dieser Suspension tropft man innerhalb von 21/2 Stunden eine Lösung von 200 ml Bortrifluorid-ätherat in 50 ml abs. Diglyme. Man leitet mit einem schwachen Stickstoffstrom das erzeugte Diboran zunächst durch eine Lösung von 20,1 g V in 50 ml Tetrahydrofuran, die sich zur besseren Ausnutzung des durchperlenden Diborans in einem Glasrohr befindet (Länge: 40 cm, °) = 2 cm).
Nachdem alles Bortrifluorid-ätherat zugetropft worden ist, erwärmt man das Reaktionsgemisch im Dreihalskolben, um das restliche Diboran überzutreiben. Die Reaktionslösung im Glasrohr wird 2 Stunden stehengelassen. Dann spült man in einen Dreihalskolben über und zersetzt das überschüssige Diboran durch Zugabe von 3 ml Wasser.
Man gibt zur Zersetzung des gebildeten Borkomplexes unter kräftigem Rühren bei 0 280 ml 30 ziege Natronlauge und anschliessend 280 ml 30 %ige Wasser stoffperoxid-Lösung zu und rührt eine weitere Stunde.
Danach wird mit Wasser verdünnt und die Lösung mehrmals mit Methylenchlorid ausgeschüttelt. Die vereinigten organischen Extrakte wäscht man mit 20 %iger Natriumbisulfitlösung, um restliches Wasserstoffperoxid zu zerstören. Danach wird mit 10 %iger Natriumbicarbonatlösung und anschliessend mit Wasser neutral gewaschen, über Natriumsulfat geklärt und das Lösungsmittel i. V. abgezogen. Man erhält 23,05 g Ö1.
Die Reinigung erfolgt durch präp. Schichtchromatographie, als Laufmittel wird Methylenchlorid/Aceton 3 :1 benutzt. Die Extraktion der isolierten Hauptzone erfolgt mit Essigester. Nach dem Abdestillieren des Lösungsmittels hinterbleibt ein farbloses Ö1.
1. obere Zone: Durch Anspritzen mit Äther wird das ölige Produkt VI kristallin erhalten.
Ausbeute: 16,8 g weisse Kristalle (40 %)
Fp: 92-94
Methansulfonsäureester des 2,3-Bis-(l'-methyl-4,4'- äthylendioxy-cyclohexyl)-butanols- 1
Zu einer Lösung von 500 mg 2,3-Bis-(l'-methyl- 4',4'-äthylendioxy-cyclohexyl)-butanol VI in 10 ml abs.
Pyridin wird innerhalb von 30 Minuten bei 0 eine Lösung aus 1 ml Methansulfochlorid und 5 ml abs.
Pyridin getropft. Man rührt eine Stunde unter Stickstoff Atmosphäre und lässt das Reaktionsgemisch über Nacht stehen. Man giesst die Lösung in eiskalte 10 %ige Bicarbonatlösung und extrahiert mehrmals mit Methylenchlorid. Die organischen Phasen werden vereinigt, mit gesättigter Kochsalzlösung neutral gewaschen und das Lösungsmittel i. V. abdestilliert.
Auswaage: 540 mg gelbes Ö1
IR-Spektrum: 7,40 und 8,45 in (Sulfonsäureester) (Ölfilm) 9,10 und 9,68,cm (Ketal)
Reduktive Eliminierung des Sulfonsäureesters zum 2,3 - Bis - (1' - methyl-4'-äthylendioxy-cyclohexyl)-butan (VII)
Zu einer Suspension aus 500 mg Lithiumaluminiumhydrid und 50 ml abs. Ather wird eine Lösung von 540 mg Sulfonsäureester in 50 ml abs. Benzol getropft.
Unter Rühren erhitzt man in einer Stickstoffatmosphäre 24 Stunden am Rückfluss. Die Zersetzung des überschüssigen Lithiumaluminiumhydrids erfolgt bei 0 durch Zugabe von 20 ml Essigester und anschliessend 30 ml gesättigter Ammonchlorid-Lösung. Das Reaktionsgemisch wird vom Unlöslichen abgetrennt und der Filterrückstand mit Essigester extrahiert. Die Filtrate werden vereinigt und mit Kochsalzlösung neutral gewaschen, die Klärung erfolgt über Natriumsulfat. Das Lösungsmittel wird i. V. ab destilliert, und die Reinigung des farblosen Öls mit Hilfe der präp. Schichtchromatographie durchgeführt. Danach werden 380 mg Ö1 erhalten. Beim Anspritzen mit Äther/Petroläther erhält man weisse Kristalle.
Ausbeute: 320 mg. Fp:77-780
Ketalspaltung zum 2,3-Bis-(l'-methyl-4'-oxo-cyclo- hexyl)-butan
Die Lösung von 170 mg Butan-diketal (VII) in 25 ml Aceton wird mit 2 ml 10%iger Schwefelsäure versetzt und 5 Minuten lang auf Siedetemperatur erhitzt. Die erkaltete Reaktionslösung wird mit gesättigter Bicarbonatlösung neutralisiert, das Volumen der Lösung auf die Hälfte eingeengt und mehrmals mit Benzol extrahiert. Die vereinigten Extrakte werden mit gesättigter Kochsalzlösung gewaschen, über Natriumsulfat geklärt und das Lösungsmittel i. V. abdestilliert. Das Öl wird durch Zugabe von Äther/Petroläther zur Kristallisation gebracht und aus dem gleichen Lösungsmittel umgelöst.
Ausbeute: 110 mg weisse Kristalle (85 S)
Fp.: 65-66
Partielle Reduktion zu 2-(1-Methyl-4-hydroxy-cyclo- hexyl)-3-(2-methyl-4-oxocyclohexyl)-butan (II) (R, R1 = CH3, Ro = H)
5,00 g Butadion in 1250 cm3 abs. Äthanol werden innerhalb von 30 Minuten mit einer Lösung von 210 mg Natriumborhydrid in 420 cm3 70 %igem Äthanol versetzt. Man lässt 2 Stunden bei Raumtemperatur reagieren, zersetzt mit 250 cm3 ges. Ammonchloridlösung, destilliert das Lösungsmittel im Vakuum ab und arbeitet mit Benzol in der üblichen Weise auf.
Aus 5,50 g isoliertem Rohprodukt werden nach der Trennung durch präp. Dickschichtchromatographie (Cyclohexan-Äthylacetat 1:1) 2,10 g (42 %) II erhalten. Die zurückerhaltene Ausgangssubstanz und der Dialkohol, insgesamt 40 %, können wieder in den Prozess eingesetzt werden.
IR als Ölfilm:
2,95 u (3390/cm) Hydroxylbande
5,84 M (1712/cm) Sechsringcarbonylbande
Beispiel 2 rac. 3 -(4'-Oxo-cyclohexyl)-4(3'-oxo-cyclopentyl)- hexan (I, R = H, R1 = C2H5) a) rac. 3-(4'-Acetoxy-cyclohexyl)4-(4'-oxo-cyclo- hexyl)-hexan (II, R = H, R1 = C2H5)
Die Lösung von 7,4 g 3-(4'-Hydroxycyclohexyl)-4 (4'-oxo-cyclohexyl)-hexan, hergestellt durch partielle Reduktion der Bis-oxo-verbindung analog Beispiel 1 f (letzte Stufe) in 85 ml Acetanhydrid wird nach Zugabe von 4 ml Pyridin für eine Minute zum Sieden gebracht.
Die noch warme Reaktionslösung wird in 400 ml warmes Wasser eingegossen. Die Äther-Extraktion ergibt 7,5 g Keto-acetat vom Schmelzpunkt 94950 (aus Äther).
Analyse:
Berechnet: 75,10 % C; 10,62 % H
Gefunden: 75,35% C; 10,67% H b) Oxydative Ringöffnung und Acetylverseifung zu III (R = H, R1 = C2H5)
Zu der Lösung von 4,1 g Keto-acetat II in 100 ml 90 %igem Eisessig werden unter Rühren 4 g CrO3 in 40 ml 90 einem Eisessig langsam eingetropft. Darauf wird noch 3 Stunden auf 70-75 erwärmt. Die überschüssige Chromsäure wird durch Zugabe von Natriumsulfit-Lösung zerstört, dann wird mit Wasser verdünnt und mit Äther extrahiert. Die ätherische Phase wird viermal mit je 50 ml 2n Natronlauge extrahiert, die alkalischen Auszüge darauf mit konzentrierter HC1 bis pH 2 angesäuert und mit Äther extrahiert.
Man erhält 3,1 g Hydroxy-dicarbonsäure III (R = H, R1 = ClW IR-Spektrum: 2,8-4,0 u (OH und Carbonsäure-OH)
5,84 u (Carbonsäure-Carbonyl) c) Ringschluss zu 3 -(4'-Acetoxy-cyclohexyl)-4-(3 - oxo-cycloentyl)-hexan IV (R = H, Rj = CzHS)
3,1 g Hydroxy-dicarbonsäure III werden in 25 ml Acetanhydrid gelöst und 1 Stunde unter Rückfluss gekocht. Das Acetanhydrid wird im Vakuum ab destilliert und der Rückstand langsam auf 2500 erhitzt und für 30 Minuten bei dieser Temperatur gehalten. Das dunkelbraune Pyrolyseprodukt wird durch Filtration über Aluminiumoxyd gereinigt.
Ausbeute: 1,4 g farbloses Ö1 IR-Spektrum: 5,75 lt (Ester-Carbonyl und Fünfring
Keton)
8,01 lt (Acetat) d) Verseifung des Acetats zu 3-(4'-Hydroxy-cyclohexyl)-4-(3 '-oxo-cyclopentyl)-hexan
1 g Keto-acetat IV werden mit 1 g Kaliumhydroxyd in 20 ml Methanol für 3 Stunden unter Rückfluss gekocht. Nach dem Verdünnen mit Wasser wird mit Äther extrahiert.
Ausbeute: 760 mg farbloses Ö1 IR-Spektrum: 2,92 (OH)
5,75 lt (Fünfring-Keton) e) Oxydation zu 3-(4'-Oxo-cyclohexyl)-4-(3'-oxo- cyclopentyl)-hexan (1, R = H, R1 = C2H5)
720 mg Keto-alkohol in 10 ml abs. Pyridin werden mit 1 g CrOs in 15 ml abs. Pyridin wie in Beispiel le) beschrieben, oxydiert und aufgearbeitet.
Ausbeute: 530 mg farbloses Ö1 IR-Spektrum: 5,75 lt aFünfring-Keton)
5,84 lt (Sechsring-Keton)
Beispiel 3 meso 3-(4'-Oxo-cyclohexyl)-4-(3'-oxo-cyclopentyl)- hexan (1,R = H, R1 = C2H5) a) meso 3 -(4'-Acetoxy-cyclohexyl)-4-(4'-oxo-cyclo hexyl)-hexan aI, R = H, R1 = C2Hs)
Die Acetylierung wird wie in Beispiel 2a) unter Verwendung von meso-3-(4'-Hydroxy-cyclohexyl)-4-(4'- oxo-cyclohexyl)-hexan, durchgeführt. Aus 5 g Monoalkohol werden 5 g Keto-acetat II vom Schmelzpunkt 72-73Q erhalten.
b) Oxydative Ringöffnung und Acetylverseifung zu III (R = H, R1 = CzHS)
Aus 3,5 g meso-Ketoacetat II werden in der in Beispiel 2b) beschriebenen Weise 2,7 g Hydroxy-dicarbonsäure III (R = H, R1 = C2H5) erhalten.
c) Ringschluss zu 3-(4'-Acetoxy-cyclohexyl)-4-(3'- oxo-cyclopentyl)-hexan IV (R = H, R1 = C2Hs)
Die pyrolytische Decarboxylierung der Hydroxydicarbonsäure nach Acetylierung mit Acetanhydrid wird wie in Beispiel 2c) beschrieben durchgeführt.
d) und e) Verseifung des Acetats und Oxydation zu 3 -(4'-Oxo-cyclohexyl)-4-(3'Loxo-cyclopentyl)-hexan (I, R = H, R1 =
Die Verseifung der nach c) erhaltenen Acetylverbindung und die Oxydation zum DioxoZerivat erfolgt wie in Beispiel 2d) und e) beschrieben. Aus 2,5 g der nach d) hergestellten Hydroxycarbonsäure III werden 456 mg 3-(4'-Oxo-cyclohexyl)-4-(3-oxo-cyclopentyl)- hexan als farbloses Ö1 erhalten.
IR-Spektrum: 5,75 lt (Fünfring-Keton)
5,84 lt (Sechsring-Keton)