CH617687A5 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Epoxyden der Formel worin R, R1; R2 und R3 obige Bedeutung besitzen, durch Behandlung mit einem Sulfoniummethylid der Formel
^3 Ç?.
R"
■C-
0
-CH-
III-A
oder
30
35
M (-)
Rs—S —CH2
VI
" R5
III-B
worin R1; R2 und R3 Wasserstoff oder nieder-Alkyl und R einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit mindestens einer Doppelbindung, Cycloalkenyl oder einen cycloalkenyl-substituierten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit mindestens einer Doppelbindung darstellen,
welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man eine Verbindung der Formel worin R5 und R5' Aryl oder Methyl darstellen, oder zusam-40 men mit dem Schwefelatom, an das sie gebunden sind, einen 5-8 gliedrigen heterocyclischen Ring darstellen, der ausserdem noch als zusätzliches Heteroatom ein Sauerstoffatom aufweisen kann,
in einem inerten organischen Lösungsmittel umsetzt. 45 Mit dem Begriff «nieder Alkyl» sind geradkettige und verzweigte gesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffreste mit 1-7 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Methyl, Äthyl, Propyl, Isopropyl usw. gemeint. Der Begriff «Kohlenwasserstoffrest» bezeichnet einen monovalenten, geradkettigen, aliphatischen jo Substituenten der exklusive aus den Elementen Kohlenstoff und Wasserstoff besteht. Der Begriff «Kohlenwasserstoffrest mit mindestens einer Doppelbindung» bezeichnet aliphatische Kohlenwasserstoffreste, die in mindestens einer Position ungesättigt sind. Allgemein sind solche ungesättigte aliphatische 55 Kohlenwasserstoffreste bevorzugt, die 2-12 Kohlenstoff atome haben und 1-4 ungesättigte Doppelbindungen aufweisen. Beispiele sind:
Vinyl, Allyl, 3,4-Dimethyl-pent-3-en-l-yl, l-Äthyl-4-me-thyl-pent-4-en- 1-yl, 4,8-Dimethyl-nona-3,7-dien- 1-yl, 60 4-Methyl-pent-3-en-l-yl, 6-Methyl-hept-5-en-l-yl und 6-Methyl-hept-1,5-dien-1 -yl.
Der Begriff «Cycloalkenyl» bezeichnet einen cycloalipha-tischen Substituenten, der mindestens eine Doppelbindung im Ring aufweist und der unsubstituiert oder in "einer oder meh-65 reren Positionen mit einem niederen Alkylrest substituiert sein kann. Bevorzugt sind allgemein die Cycloalkenylsub-stituenten mit 5 oder 6 Ringgliedern. Ein speziell bevorzugter Cycloalkenylsubstituent ist:
617687
4
d.h. der 2,6,6-Trimethyl-cyclohex-l-en-l-yl-Rest.
Der Begriff «mit einem Cycloalkenylrest substituierter aliphatischer Kohlenwasserstoffrest, worin der Kohlenwasserstoffrest mindestens eine Doppelbindung aufweist», bezeichnet Substituenten, worin die Begriffe «Cycloalkenyl» und «Kohlenwasserstoffrest» die obige Bedeutung besitzen. Allgemein bevorzugt sind diejenigen Kohlenwasserstoffreste, die mit einem Cycloalkenylrest substituiert sind und worin der Kohlenwasserstoffrest mindestens eine olefinische Doppelbindung aufweist, und die 7-20 Kohlenstoffatome besitzen. Als Beispiele für bevorzugte Substituenten können genannt werden:
2-(2,6,6-Trimethyl-cyclohex-l-en-l-yl)-vinyl, 6-(2,6,6-Tri-methyl-cyclohex-l-en-l-yl)-4-methyl-hex-l,3,5-trienyl und 5-(2,6,6-Trimethyl-cyclohex-l-en-l-yl)-2-methyl--penta-l,3-dienyl.
Im Sulfoniummethylid der Formel VI kann das Radikal Rs bzw. R5' irgendeine konventionelle Arylgruppe darstellen. Unter «Aryl» werden in diesem Zusammenhang mononukleare aromatische Kohlenwasserstoffreste, die unsubstituiert oder in einer oder mehreren Stellen mit einem nieder-Alkyl-rest substituiert sein können, verstanden. Bevorzugte Arylreste sind Phenyl, Tolyl, usw. Phenyl ist ganz besonders bevorzugt. Bevorzugte Verbindungen der Formel VI sind Dimethylsulfo-niummethylid und Diphenylsulfoniummethylid. Falls R5 und Rr,! zusammen mit dem Schwefelatom einen heterocyclischen Ring bilden, sind in diesem Falle die 5- und 6-gliedrigen Ringe bevorzugt. Andererseits kann aber der heterocyclische Ring auch noch ein zusätzliches Sauerstoffatom aufweisen. In diesem Fall sind die bevorzugten Ringe Tetrahydrothiaphe-nyl und 1,4-Oxa-thien-l-yl.
Die erfindungsgemässe Reaktion der Verbindung der Formel II-A oder II-B mit dem Sulfoniummethylid wird in einem inerten organischen Lösungsmittel durchgeführt. Die Herstellung des Sulfoniummethylids der Formel VI kann nach an sich bekannten Methoden erfolgen, beispielsweise nach Corey et al, J. Chem. Soc., 87, 1353 (1965). Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform wird das Sulfoniummethylid der Formel VI so hergestellt, dass zuerst eine Suspension des Sulfoniumsalzes der Formel
M (-)
•Rg S—CH3- Y V
worin Y ein Halogenid und R5 und R0' obige Bedeutung darstellen,
in Dimethylsulfoxyd und Tetrahydrofuran erstellt wird, dazu ein Alkalimetall oder Erdalkalimetalldimethylsulfoxydsalz zugegeben wird, nämlich bei einer Temperatur von ungefähr — 10°C bis + 10°C, worauf die Verbindung der Formel V entsteht. Die Verbindung der Formel II-A oder II-B kann hierauf zu dieser Suspension zugegeben werden.
Der Begriff «Halogen», wie er im Rahmen der vorliegenden Erfindung benützt wird, schliesst alle vier Halogene, nämlich Brom, Chlor, Fluor und Jod, wobei Brom und Chlor bevorzugt sind.
Bei diesem Reaktionsschritt kann irgendein konventionelles organisches Lösungsmittel Verwendung finden, beispielsweise Tetrahydrofuran, Dioxan, Diäthyläther oder Dimethylsulfoxyd. Als bevorzugtes Medium hat sich ein Gemisch von Dimethylsulfoxyd und Tetrahydrofuran erwiesen. Bei der Durchführung des Prozesses sind Temperatur und Druck nicht kritisch. Irgendeine Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt des Reaktionsgemisches und ungefähr 10°C, und Atmosphärendruck können Verwendung finden. Der bevorzugte Temperaturbereich ist allerdings derjenige zwischen ungefähr —80°C bis + 10°C. Des weitern wird vorzugsweise in Inertgasatmosphäre, beispielsweise unter Argon oder Stickstoff, gearbeitet.
Das a,ß-ungesättigte Epoxyd der Formel III-A oder III-B kann mittels einer Lewis-Säure zu einer Oxoverbindung der Formel
R-—C—C-—CH — CHO
IV-A
oder
CH
CHO
CH
IV-B
worin R, R1; R2 und R3 obige Bedeutung besitzen, umgesetzt werden, und die erhaltene Verbindung der Formel IV-A oder IV-B kann durch Behandlung mit einem Alkalimetall- oder Erdalkalimetallhydroxyd in eine Verbindung der Formel
R«—CM — C^C— CHO
I-A
oder
CH
CH
CHO
I-B
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worin R, Rt, R2 und R3 obige Bedeutung besitzen,
übergeführt werden.
Die Verbindungen der Formeln I-A und I-B gehören z,u einer gut bekannten Klasse von a,ß-ungesättigten Aldehyden, die in der Parfümerie als Riechstoffe dienen oder bei organischen Synthesen als Zwischenprodukte zur Herstellung von Riechstoffen, Carotinoiden und fettlöslichen Vitaminen dienen können.
Als Alkalimetalle kommen Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium in Frage. Die bevorzugten Alkalimetalle sind Natrium und Kalium. Der Begriff «Erdalkalimetall» bezeichnet irgendeines der üblicherweise verwendeten Erdalkalimetalle, beispielsweise Calcium.
Für die Durchführung der Reaktion kann irgendeine konventionelle Lewis-Säure eingesetzt werden. Bevorzugte Säuren sind Metallhalogenide, wie beispielsweise Magnesium-, Zink-, Eisen- und Aluminiumhalogenide. Die besonders bevorzugte Lewis-Säure ist Magnesiumbromid. Die Reaktion wird in einem inerten organischen Lösungsmittel, vorzugsweise Äther, durchgeführt. An und für sich kommen aber alle konventionellen inerten organischen Lösungsmittel in Frage, wie die Di(niederalkyl)-äther und aliphatische Kohlenwasserstoffe, Äthylacetat oder Tetrachlorkohlenstoff. Temperatur und Druck sind nicht kritisch, beispielsweise kann die Temperatur zwischen ungefähr — 90°C und +50°C liegen, und es kann unter Atmosphärendruck gearbeitet werden. Der bevorzugte Temperaturbereich ist derjenige um Zimmertemperatur, nämlich zwischen 15 und 30°C.
Der ß,S-ungesättigte Aldehyd der Formel IV-A oder IV-B kann schliesslich zu dem a,ß-ungesättigten Aldehyd I-A oder I-B durch Behandlung mit einer wässerigen Base isomerisiert werden. Dazu kann irgendeine konventionelle Base Verwendung finden, beispielsweise Alkalimetall- und Erdalkalimetallhydroxyde, wobei die ersteren bevorzugt sind. Als Reaktionsmedium' dient zweckmässigerweise ein inertes wasserlösliches organisches Lösungsmittel, beispielsweise ein niederer Alkohol oder ein Di-nieder-äther. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Reaktion in dem Reaktionsmedium durchgeführt, in dem bereits die Verbindung IV-A oder IV-B hergestellt wurde. Auch beim obigen Reaktionsschritt sind Temperatur und Druck keine kritischen Grössen. Zweckmässigerweise wird man in einem Temperaturbereich zwischen 0°C und 70°C arbeiten. Geeignet sind z.B. Zimmertemperatur und Atmosphärendruck.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird 2,6,6-Trimethyl-cyclohex-2-en-l-on in das «^-ungesättigte Epoxyd 4,8,8-Trimethyl-l-oxaspiro-2,5-oct-4-en übergeführt. Dieses Epoxyd kann hierauf zu dem a,ß-unge-sättigten Aldehyd ß-Cyclocitral, welcher als Zwischenprodukt zur Herstellung von Vitamin A Verwendung findet, umgesetzt werden (siehe Isler, Carotinoide, Birkhäuser Verlag, 330-345, insbesondere 333).
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das a,ß-ungesättigte Keton ß-Ionon in das a,ß-ungesättigte Epoxyd l-(2,6,6-Trimethyl-l-cyclohexenyl)--3-methyl-3,4-epoxy-but-l-en übergeführt. Überführung dieses Epoxyds in den a,ß-ungesättigten Aldehyd l-(2,6,6-Tri-methyl-l-cyclohexyl)-3-methyl-2-buten-4-al liefert dieses wertvolle Zwischenprodukte für die Vitamin A-Synthese (Isler, supra, 344-345).
In den folgenden Beispielen sind die Temperaturen in Celsiusgraden angegeben. Wo nicht besonders vermerkt, wurde unter Argonatmosphäre gearbeitet.
Beispiel 1
a) 12,6 g einer 57%igen (Gew.-%) Natriumhydrid/Öl-dispersion wurden dreimal mit Hexan unter Stickstoff gewaschen und hierauf zusammen mit 70 ml Dimethylsulfoxyd auf eine Temperatur von 70° erwärmt, bis die Wasserstoffentwicklung aufhörte. Auf diese Weise erhielt man eine 4,2 molare Lösung des Natriumsalzes von Dimethylsulfoxyd in Dimethylsulfoxyd.
b) 61,2 g Trimethylsulfoniumjodid wurden mit 130 ml trockenem Dimethylsulfoxyd 30 Minuten gerührt und hierauf das Reaktionsgemisch mit 100 ml Tetrahydrofuran behandelt, wobei eine feine Suspension des Salzes resultierte. Mittels eines Eis-Äthanolbades wurde die Suspension auf 0° abgekühlt und während 2-3 Minuten mit dem Natriumsalz von Dimethylsulfoxyd (Beispiel 1) behandelt. Die resultierende graugefärbte Suspension wurde hierauf 4 Minuten bei 0° gerührt und alsdann mit 38,4 g ß-Ionon [4-(2,6',6-Trime-thyl-l-cyclohexen-l-yl)-3-buten-2-on], gelöst in 50 ml Tetrahydrofuran, 3 Minuten umgesetzt. Mittels eines Trockeneis-Isopropanolbades wurde die Temperatur des Reaktionsgemisches zwischen 0-5° gehalten. Nachdem die ß-Iononlösung zugegeben worden war, wurde das Reaktionsgemisch 1 Stunde gerührt und hierauf auf 22° gebracht. Das Reaktionsgemisch wurde hierauf auf 400 g Eis gegeben und einmal mit 300 ml und zweimal 200 ml Hexan extrahiert. Die Hexanextrakte wurden mit Wasser gewaschen und über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Nach Entfernung der Lösungsmittel im Vakuum wurden 39,8 g rohes Epoxyd als hellgelbe Flüssigkeit erhalten.
Die Destillation dieses Produktes unter Verwendung einer 4" (= 4 X 2,54 cm)-Vigreux-Kolonne führten zu 37,4 g rei-' nem l-(2,6,6-Trimethyl-l-cyclohexenyl)-3SR-methyl-3,4--epoxy-but-l-en, Siedepunkt 75-78°/0,2 mmHg.
Dieses Produkt kann wie folgt in l-(2,6,6-Trimethyl-l--cyclohexenyl)-3-methyl-2-buten-3-al übergeführt werden.
150 mg Magnesium wurden mit 0,54 ml Dibromäthan in 10 ml Diäthyläther behandelt. Das resultierende Zweiphasensystem, enthaltend Magnesiumbromid, wurde auf —10° gekühlt und hierauf mit 5 g l-(2,6,6-Trimethyl-l-cycIohexe-nyl)-3SR-methyl-3,4-epoxy-but-l-en behandelt, welch letzteres in 10 ml Diäthyläther gelöst war. Nach 5 Minuten Reagierenlassen bei —10° wurde das Gemisch mit Wasser gewaschen und über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Die Lösungsmittel wurden im Vakuum abdestilliert und hierauf der Rückstand einer Destillation unterworfen. Es resultierten 3,9 g (±)-l-(2,6,6-Trimethyl-l-cyclohexenyl)-3-methyI-l-bu-ten-4-al, Siedepunkt 77-80°/0,2 mmHg.
6,18 g (+)-l-(2,6,6-Trimethyl-cyclohexenyl)-3-methyl-l--buten-4-al wurden in 15 ml Methanol gelöst und mit 250 mg KOH behandelt, welche in 0,3 ml Wasser und 5 ml Methanol gelöst waren. Das Gemisch liess man bei Raumtemperatur 35 Minuten reagieren. Es folgte eine Extraktion mit Hexan und Wasser, darauf wurde destilliert; so erhielt man 4,75 g l-(2,6,6-Trimethyl-l-cyclohexenyl)-3-methyl-2-buten-4-al, Siedepunkt 85-88°/0,5 mmHg.
Beispiel 2
Gemäss Beispiel 2 wurde zu einer Suspension aus 91,2 g Trimethylsulfoniumjodid in 450 ml Dimethylsulfoxyd-Tetra-hydrofuran (1:1) innerhalb 3 Minuten das Natriumsalz von Dimethylsulfoxyd zugegeben. Letzteres wurde gemäss Beispiel 1 aus 18,9 g einer 57 Gew.-% betragenden Natrium-hydrid/Öldispersion in 120 ml trockenem Dimethylsulfoxyd erhalten. Das Reaktionsgemisch wurde 3 Minuten bei 0° gerührt und hierauf mit 38,4 g 2,6,6-Trimethylcyclohex-2-en--1-on behandelt, wobei mittels eines Trockeneis-Isopropanol-bades dafür gesorgt wurde, dass die Temperatur zwischen —5° und +5° blieb. Die resultierende hellgraue Suspension wurde 1 Stunde gerührt und hierauf auf Zimmertemperatur gebracht. Die Suspension wurde auf Wasser gegeben, hierauf folgte eine Hexanextraktion. Die Hexanextrakte wurden mit j
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6
Wasser gewaschen, über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und hierauf unter Atmosphärendruck bei einer Bad-temperatur von. 130° konzentriert. Die Destillation des Rückstandes [6" (= 6 X 2,54 cm)-Vigreux-Kolonne mit Vakuummantel] führte zu 37 g reinem (±)-4,8,8-Trimethyl-l-oxa-spiro-2,5-oct-4-en, welches eine farblose Flüssigkeit darstellte. Siedepunkt 67-68°/8 mmHg.
Dieses Produkt kann wie folgt in 2,6,6-Trimethyl-l-cyclo-hexen-l-carboxaldehyd übergeführt werden:
250 mg Magnesium wurden mit 1,3 ml Dibromäthan in 25 ml Diäthyläther behandelt. Zum resultierenden Zweiphasensystem, enthaltend Magnesiumbromid, wurde bei Zimmertemperatur 5 g (±)-4,8,8-Trimethyl-l-oxaspiro-2,4-oct-4-en gegeben, letztere gelöst in 20 ml Diäthyläther. Das Reaktionsgemisch wurde 45 Minuten gerührt. Es folgten Waschen mit Kochsalzlösung, Trocknen über wasserfreiem Natriumsulfat und hierauf eine Destillation. Man gewann so 4 g 2,6,6--Trimethyl-2-cyclohexen-l-carboxaldehyd vom Siedepunkt 70-72°/8 mmHg.
Unter Verwendung des Verfahrens des Beispiels 5 wurden 4 g 2,6,6-Trimethyl-2-cyclohexen-l-carboxaldehyd zu 4 g 2,6,6-Trimethyl-l-cyclohexen-l-carboxaldehyd isomeri-siert; Siedepunkt des Produktes 81-88°/8 mmHg.
Beispiel 3
Unter Verwendung des Verfahrens des Beispiels lb wurde 6,10-Dimethyl-3,5,9-undecatrien-2-on in das Epoxyd übergeführt: Man erhielt 40,7 g 2,6,10-Trimethyl-l,2-epoxy-un-deca-3-trans ,5-cis,trans,9-trien. Destillation des Rohproduktes ergab 32,9 g reines cit-trans-Gemisch des Epoxyds; Siedepunkt 80-85°/0,1-0,2 mmHg.
Beispiel 4
5 Unter Verwendung des Verfahrens des Beispiels lb wurden 19,4 g 6R,10-Dimethyl-2-oxo-undeca-3,9-dien in 2SR, 6R,10-Trimethyl-l,2-epoxy-undeca-3,9-dien übergeführt; die Ausbeute betrug 20,3 g.
io Beispiel 5
Unter Verwendung des Verfahrens des Beispiels lb wurde 6-Methyl-hepta-3,5-trans,trans-dien-2-on in 2SR,6-Dimethyl--l,2-epoxy-hepta-3,5-dien übergeführt. Man erhielt 2,6 g einer gelb-grünen Flüssigkeit. Die Destillation führte zu einem 15 farblosen Material vom Siedepunkt 33-35°/0,3 mmHg; die Ausbeute betrug 85%.
Beispiel 6
Unter Verwendung des Verfahrens des Beispiels lb wur-20 den 2,5 g 8-(2,6,6-Trimethyl-l-cyclohexen-l-yl)-6-methyl--3,5,7-octatrien-2-on in 2,9 g (±)-l-(2,6,6-Trimethyl-l-cyclo-hexen-l-yl)-3,7-dimethyl-7,8-epoxy-trans-cis/trans-trans-octa--1,3,5-trien übergeführt.
25 Beispiel 7
Unter Verwendung des Verfahrens des Beispiels lb wurden 34,4 g Citral in 35,8 g (±)-4,8-Dimethyl-l,2-epoxy-nona--3,7-dien übergeführt. Destillation von 34,7 g dieses Materials führte zu 28,9 g Reinprodukt vom Siedepunkt 60-65°/ 30 0,5 mmHg.
v
Claims (7)
- 6176872PATENTANSPRÜCHE Verfahren zur Herstellung von Epoxyden der FormelR0 Ro Rr iR— C~C-III-Aoder0-CH-10worin Rs und R5' Aryl oder Methyl darstellen, oder zusammen mit dem Schwefelatom, an das sie gebunden sind, einen 5-8 gliedrigen heterocyclischen Ring darstellen, der ausserdem noch als zusätzliches Heteroatom ein Sauerstoffatom aufweisen kann,in einem inerten organischen Lösungsmittel umsetzt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion bei einer Temperatur von — 10°C bis+ 10°C durchgeführt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Ausgangsmaterial ß-Ionon verwendet.
- 4. Verfahren zur Herstellung von Epoxyden der FormelIS20R-Ro R-) RI I !0-CH-III-AoderIII-B25worin Rj, R2 und R3 Wasserstoff oder nieder-Alkyl und R einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit mindestens einer Doppelbindung, Cycloalkenyl oder einen cycloalkenyl-substituierten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit minde- 30 stens einer Doppelbindung darstellen,dadurch gekennzeichnet, dass man eine Verbindung der FormelR,R —C
- R.•Ri0(+) (-)IV—S— CH0 5 1 ^R!3540III-Bworin Rj, R2 und R3 Wasserstoff oder nieder-Alkyl und R einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit mindestens einer Doppelbindung, Cycloalkenyl oder einen cycloalkenyl-substituierten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit mindestens einer Doppelbindung darstellen,dadurch gekennzeichnet, dass man ein Sulfoniumsalz der Formel45soRc(+)-S-(-)■CH3. YR_ '0II-Bworin R, Rls R2 und R3 obige Bedeutung besitzen, durch Behandlung mit einem Sulfoniummethylid der Formel worin R5 und R5' Aryl oder Methyl und Y ein Halogenid darstellen,55 mit einem Alkalimetall- oder Erdalkalimetalldimethylsulf-oxydsalz umsetzt und das so erhaltene Sulfoniummethylid der Formel(+) (-)60R5—S — CH2vi vi65R5worin R5 und Rö' obige Bedeutung besitzen, mit einer Verbindung der Formel3617687R3 ?2R':C — C—RiII-A oderII0R10
- R.
- R.II-A oderC—R<II01520II-Bworin R, Rj, R2 und R3 obige Bedeutung besitzen, in einem inerten organischen Lösungsmittel umsetzt.II-B25Die Überführung von Ketonen in Epoxyde unter Verwendung von Sulfonyliden ist bekannt, siehe z.B. Corey et al., J. Am. Chem. Soc. 87, 1353 (1965) und House, Modern Synthetic Reactions, 2. Auflage, W. A. Benjamin, Inc., Menlo Park, California, 717 (1972). Die in Frage stehende Reaktion wurde wohl benützt, um Ketone zu epoxydieren, hingegen nicht auf polyenisch ungesättigte Ketone mit einer ungesättigten Bindung in der a,ß-Stellung angewendet.
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