Verfahren zur Herstellung von in cc-Stellung substituierten ungesättigten Säuren
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung von in os-Stellung substituierten ungesättigten Säuren. Die genannten Säuren können als Detergenten, Benetzungsmittel, Schaumbildner, Flotationsmittel und Weichmachungsmittel für Kautschuke und Plaste, als Stabilisatoren von Emulsionen und Suspensionen, als Waschmittel für spezielle Zwecke, Desinfektionsund Konservierungsmittel sowie als Arzneimittel verwendet werden. So wird z.B. die 5,9-Dimethyl-2-cyclohexyldecadien-4,8-säure (Cygerol) in der Medizin bei der Behandlung lange nichtheilender Wunden und Geschwüre sowie anderer Beschädigungen der Haut verwendet.
Ein Verfahren zur Herstellung von in sc-Stellung substituierten ungesättigten Säuren durch Alkylierung eines Malonsäureesters (A. C. Cope, H. L. Holmes, H. O. House The alkylation of esters and nitriles in Organic Reactions, vol. IX, John Wiley and sous, Inc., New York Chapman and Hall, Ltd., London, 1957, Seite 107) unter anschliessender Verseifung des disubstituierten Malonsäureesters und Decarboxylierung der disubstituierten Malonsäure ist bekannt. Die Alkylierung wird hier in zwei Stufen durchgeführt, wobei die erste Stufe in alkoholischem Medium, z.B. in Äthylalkohol, in Gegenwart von Natriumalkoholat verläuft. Das sich bildende Enolderivat des Malonsäureesters bringt man dann zur Wechselwirkung mit dem Alkyl-(cycloalkyl) -halogenid und erhält den entsprechenden Alkyl-(cycloalkyl)-malonsäureester.
Die zweite Stufe der Alkylierung besteht in der Regel darin, dass man den in der ersten Stufe erhaltenen Alkyl-(cycloalkyl)-malonsäureester zur Wechselwirkung mit dem fein zerkleinerten metallischen Natrium in einem Kohlenwasserstofflösungsmittel unter Bildung eines Enolderivats bringt, worauf hin man ein ungesättigtes aliphatisches Halogenderivat einwirken lässt und den entsprechenden disubstituierten Malonsäureester erhält. Den erhaltenen Ester kann man zur entsprechenden disubstituierten Malonsäure verseifen, die anschliessend der Decarboxylierung unterworfen wird. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist dessen Mehrstufigkeit. Ausserdem erfordert das Verfahren die Verwendung von metallischem Natrium, das ein feuergefährlicher und explosionsgefährdeter Stoff ist, weshalb die Arbeit mit diesem spezielle Bedingungen erfordert.
Zur Verseifung solcher disubstituierter Malonsäureester braucht man gewöhnlich einen grossen Überschuss an konzentrierter alkoholischer Lösung von Alkali und bei der Decarboxylierung kommt es zu starkem Aufschäumen der sehr viskosen, disubstituierten Malonsäure, was infolge des eventuellen Überlaufens der Reaktionsmasse aus dem Apparat unerwünscht ist.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Beseitigung der genannten Nachteile, und es wurde nun die Aufgabe gestellt, ein neues Verfahren zu entwickeln, das es möglich macht, die Technologie zur Herstellung der gewünschten Säuren zu vereinfachen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung der in ,o:-Stellung substituierten ungesättigten Säuren ist dadurch gekennzeichnet, dass die entsprechenden monosubstituierten Malonsäureester mit ,,,B-ungesättigten aliphatischen Alkoholen bei einer Temperatur, die oberhalb des Siedepunktes der genannten Alkohole liegt, umgesetzt und die entstandenen Ester verseift werden.
Als genannte substituierte Malonsäureester verwendet man vorzugsweise alkyl- oder cycloalkylsubstituierte Malonsäureester und als ungesättigte aliphatische Alkohole insbesondere beliebige Terpenalkohole, wie Linalool oder Nerolidol.
Neben den genannten alkyl- oder cycloalkylsubstituierten Malonsäureestern können auch substituierte Malonsäureester verwendet werden, die Heteroatome in dem Alkyl- oder Cycloalkylsubstituenten enthalten.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wurden z.B. sc-Hexyl- und s-Cyclohexyl-5,9,13-trimethyltetra- decatrien-4,8,12-säuren hergestellt, die in der Literatur nicht beschrieben sind. Diese Säuren sind analog den genannten sc-substituierten ungesättigten Säuren von praktischem Interesse.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann praktisch folgendermassen durchgeführt werden: Die Ausgangskomponenten, nämlich der substituierte Malonsäureester und der Alkohol, werden in äquimolarem Verhältnis oder mit überschüssigem substituiertem Malonsäureester in den Reaktor eingebracht und auf eine Temperatur ober halb des Siedepunktes des verwendeten Alkohols er hitzt. Die Reaktionsmasse unterzieht man entweder der fraktionierten Destillation oder destilliert die flüchtigen Komponenten ab, wonach die Esterfraktion, die dem Endprodukt entspricht, oder der gesamte Rückstand nach der Entfernung der flüchtigen Komponenten der Verseifung unterzogen werden.
Das Verfahren gilt als beendet, wenn die Geschwindigkeit der Ausscheidung des sich bildenden Kohlendioxydgases stark sinkt.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung beruht auf der Durchführung des Verfahrens in einer Stufe, auf der minimalen Zahl technologischer Hilfsoperationen, der wenigen Ausgangsprodukte sowie auf dem Fehlen von Feuer- und Explosionsgefahr des Betriebes. Die Verbrauchskennziffern der gleichen Rohstoffe nach dem erfindungsgemässen Verfahren sind vergleichbar oder sogar bedeutend geringer als die Verbrauchskennziffem nach dem bekannten Verfahren.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nachstehend folgende Beispiele für die Durchführung des Verfahrens angeführt.
Beispiel I
Herstelli'ig Ison ri,-BL?tyl-5 9-dünethyldecadie'i-4,8-sätire
Ein Gemisch aus 108,2 g 2-Butylmalonsäureäthylester und 77,1 g Linalool (Sdp. 1960C bringt man in einen Reaktor ein. der mit einem Kühler, einem Auf fangoefäss und Gasometer (geeichter Zylinder) verbunden ist, und erhitzt bei einer Temperatur des Reaktionsgemisches von 2100 bis 2300 1,0 bis 1,5 Stunden lang.
Nach beendeter Reaktion, worauf man aus dem starken Absinken der Entwicklung von Kohlendioxyd (von 40 bis 45 mlimin auf 7 bis 10 ml/min) schliessen kann, unterzieht man das Reaktionsgemisch der fraktionierten Vakuumdestillation zur Abtrennung des entstandenen Äthylesters der r,-Butyl-5,9 -dimethyldecadien4, 8 -säure.
Nach der Verseifung des Esters mit einer alkoholischen Lösung von Ätzkali und fraktionierten Vakuumdestillation erhält man 50 g z-Butyl-5,9-dimethyldecadien-4,8- -säure. Ausbeute 40% der Theorie.
Beispiel 2 Herstellz g von ^z.-Hexyl-5,9-dimethyldecadien-4,8-säure
Ein Gemisch aus 488,6g Hexylmalonsäureäthylester und 154,2g Linalool bringt man in den Reaktor ein und erhitzt bei einer Temperatur des Reaktionsgemisches von 210 - 2350C während 2.5 - 3,0 Stunden. Auf die Beendigung der Reaktion schliesst man aus dem Absinken der Entwicklung von Kohlendioxyd (von 37-75 mllmin auf 10-20 ml/min). Das Reaktionsgemisch un terzieht man einer fraktionierten Destillation zur Abtrennung der Ausgangsverbindungen und der Nebenprodukte von dem Hauptprodukt der Reaktion, nämlich dem Äthylester der x-Hexyl-5,9-dimethyldecadien-4,8- -säure.
Den Ester verseift man mit alkoholischer 3n Lösung von Ätzkali, die im Überschuss genommen wird.
Nach der fraktionierten Vakuumdestillation erhält man 149 g x-Hexyl-5,9-dimethyldecadien-4,8-säure. Die Ausbeute beträgt 53,2"XC der Theorie, bezogen auf das Verwendete Linalool.
Beispiel 3
Herstellung von α-Isohexyl-5,9-dimetyldecadien- -4,8-säure
Ein Gemisch aus 122,2 g Isohexylmalonsäureäthylester und 77,1 g Linalool bringt man in den Reaktor ein und erhitzt bei einer Temperatur des Reaktionsgemisches von 215 - 2400C während 1,5-2,0 Stunden. Auf die Beendigung der Reaktion schliesst man aus dem Absinken der Entwicklung von Kohlendioxyd (von 40-60 milmin auf 10-15 ml/min). Das Reaktionsgemisch unterzieht man einer fraktionierten Destillation zur Abtrennung des Äthylesters der x-Isohexyl-5,9-dimethyl- decadien-4,8-säure, den man der Verseifung mit alkoholischer 3n-Lösung von Ätzkali unterzieht, die im über- schuss genommen wird.
Nach der fraktionierten Vakuumdestillation erhält man 73 g cc-Isohexyl-5,9-dime- thyldecadien-4,8-säure. Die Ausbeute beträgt 52% der Theorie.
Beispiel 4 Herstellu)7g von α-Cyclohexyl-5,9-dimethyldecadien- -4,8-säure 484,6 g Cyclohexylmalonsäureäthylester und 154,2g Linalool bringt man in den Reaktor ein und erhitzt bei einer Temperatur des Reaktionsgemisches von 225 bis 2450C während 2-3 Stunden. Auf die Beendigung der Reaktion schliesst man wie auch in Beispiel 1. Aus dem erhaltenen Reaktionsgemisch entfernt man durch Vakuumdestillation flüchtigere Komponenten, nämlich die Ausgangsverbindungen und die Nebenprodukte, während der Rückstand, der den Äthylester der x-Cyclo hexyl-5,9-dimethyldecadiensäure enthält mit alkoholischer 3 normaler Lösung von Ätzkali verseift wird, die man im Überschuss nimmt.
Nach der fraktionierten Vakuumdestillation erhält man 110g x-Cyclohexyl-5,9- -dimethyldecadien-4,8-säure. Die Ausbeute beträgt 40% der Theorie, bezogen auf das verwendete Linalool.
Beispiel 5
Herstellung von sc- x-Undecyl-5,9-dimethyldecad ien- -4,8-säure
76,8 g Undecylmalonsäureäthylester und 38,5 g Linalool bringt man in den Reaktor ein und erhitzt bei einer Temperatur des Reaktionsgemisches von 210- 2500C während 1,5 - 2,0 Stunden. Auf die Beendigung der Reaktion schliesst man wie in Beispiel 1 beschrieben. Das Reaktionsgemisch unterzieht man einer fraktionierten Destillation zur Trennung des Äthylesters der a-Undecyl -5,9-dimethyldecadien-4,8-säure, den man mit einer doppelter Menge alkoholischer 4 normaler Lösung von Ätzkali verseift. Nach der fraktionierten Vakuumdestillation erhält man 52 g x-Undecyl-5,9-dimethyldecadien- -4,8-säure. Die Ausbeute beträgt 60% der Theorie.
Beispiel 6
Herstellung von a-Hexyl-5,9 , 13-tnmethyltetrndecadien- -4,8, 12-säure
48,9 g Hexylmalonsäureäthylester und 22,2 g Nerolidol bringt man in den Reaktor ein und erhitzt bei einer Temperatur des Reaktionsgemisches von 260- 3200C während 1-3 Stunden. Auf die Beendigung der Reaktion schliesst man wie in Beispiel 1 beschrieben. Aus dem erhaltenen Reaktionsgemisch entfernt man durch Va kuumdestillation die Ausgangsverbindungen und die Nebenprodukte, während der Rückstand, der den Äthylester der o-Hexyl-5,9,13-trimethyltetradecatrien-4,8,12- -säure enthält, mit alkoholischer 4 normaler Lösung von Ätzkali verseift wird.
Nach der fraktionierten Destillation der Verseifungsprodukte erhält man 14 g =- -Hexyl- 5,9,13 - trimethyltetradecatrien - 4,8,12 - säure. Die Ausbeute beträgt 40% der Theorie, bezogen auf das verwendete Nerolidol. Sdp. 237 - 2410C/7 Torr; nD20 -,4870: d420 0,9220; MR gefunden 108,73, berechnet 108,55. Gefunden in %: C 79,89; H 11,58. Berechnet in %: C 79,25; H 11,57; C55H40O2.
Beispiel 7
Herstellung von -Cyclohexyl-5,9,13-trimethyltetra- decatrien-4,8,12-säure
25,5 g Cyclohexylmalonsäureäthylester u. 11,1 g Nerolidol bringt man in den Reaktor ein und erhitzt bei einer Temperatur des Reaktionsgemisches von 270- 3300C während 1-3 Stunden. Auf die Beendigung der Reaktion schliesst man wie in Beispiel 1 beschrieben. Aus dem erhaltenen Reaktionsgemisch entfernt man durch Vakuumdestillation bis zu einer Temperatur von 170 bis 1 900C (bei 10 Torr) die Ausgangsverbindungen und die Nebenprodukte, während der Rückstand einer fraktionierten Vakuumdestillation zur Abtrennung des Äthylesters der ,cc-Cyclohexyl-5,9,13-trimethyltetradecatrien- -4,8,12-säure unterzogen wird. Den erhaltenen Ester verseift man mit alkoholischer 4 normaler Lösung von Ätzkali.
Nach der fraktionierten Destillation des Verseifungsproduktes erhält man 6,6 g ,a-Cyclohexyl-5.9.13- -trimethyltetradecatrien-4,8,12-säure. Sdp. 205 - 2080C/ 2 Torr; nD20 1,4896; d420 0,9428; MR gefunden 106,09, berechnet 106.36. Gefunden, %: C 79,94; H 11,18. Berechnet, SO: C 79,71; H 11,05; C23HssOs. Die Ausbeute beträgt 35% der Theorie bezogen auf das verwendete Nerolidol.