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Verfahren zur Herstellung von ungesättigten y- und d-Laktonen Die
Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von ungesättigten y- und 8-Laktonen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von ungesättigten Laktonen
ist dadurch gekennzeichnet, daß man eine Oxycarbonylverbindung mit einem Ketocarbonsäureester
der allgemeinen Formel R-CO-CHZ-COORl in der R eine Alkyl-, Aralkyl- oder Arylgruppe
und R1 eine niedermolekulare Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet,
bei erhöhter Temperatur in Gegenwart eines basisch wirkenden Katalysators und vorzugsweise
eines inerten Verdünnungsmittels oder Lösungsmittels umsetzt.
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Die umzusetzenden Oxycarbonylverbindungen entsprechen den allgemeinen
Formeln
in welchen R2 eine Alkyl- oder Arylgruppe, R3 eine Alkyl- oder Arylgruppe oder ein
Wasserstoffatom, R4 und R, Alkylgruppen oder Wasserstoffatome und R, und RB Alkylgruppen
bedeuten.
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Diese Oxycarbonylverbindungen setzen sich mit den Ketocarbonsäureestern
zu ungesättigten Laktonen der allgemeinen nachstehenden Formeln um.
Alle diese Verbindungen sind 43-Laktone.
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Als Alkylgruppen seien Methyl, Äthyl, Propyl, Butyl, Amyl, Hexyl,
Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Lauryl und Stearyl genannt, als Arylgruppen
Phenyl, Toluyl, Nitrophenyl, Chlorphenyl, Xylyl, Äthylphenyl und Nitrotoluyl. Unter
Aralkylgruppen werden Alkylgruppen verstanden, in welchen ein Wasserstoffatom durch
eine Arylgruppe substituiert ist.
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Als Oxycarbonylverbindungen können erfindungsgemäß umgesetzt werden:
Acetoin, Butyroin, Benzoin, Phenylacetylcarbinol, Benzoylmethylcarbinol, p-Anisoylphenylcarbinol
und Benzoyl-p-anisylcarbinol oder IsobutyraIdol, a, a-Dimethyl-ß-oxy-n-butyraldehyd
und a, a-Dimethyl-ß-oxyisovalerianaldehyd. Bei der Umsetzung des Ketocarbonsäureesters
mit der Oxycarbonylverbindung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden je l Molekül
Wasser und Alkohol R, - O H abgespalten. Die Umsetzung erfolgt durch Erhitzen der
beiden Ausgangsstoffe miteinander in Gegenwart eines basisch wirkenden Katalysators.
Geeignete Katalysatoren sind tertiäre und sekundäre Amine, z. B. Triäthylamin und
Dibutylamin, und cyclische Amine wie Piperidin, Pyridin und deren Salze mit schwachen
Säuren, z. B. Essigsäure oder Propionsäure. Ebenfalls als Katalysatoren geeignet
sind Alkalisalze von schwachen Säuren, z. B. essigsaures Natrium oder Kalium.
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Das bei der Umsetzung der beiden Ausgangsstoffe frei werdende Wasser
und der frei werdende Alkohol werden zweckmäßig aus dem Umsetzungsgemisch entfernt,
um eine Umkehrung der Reaktion auszuschalten, welche eine Rückbildung des bereits
entstandenen ungesättigten Laktons in die Ausgangsstoffe zur Folge haben würde,
und um eine Hydrolyse des Ketocarbonsäureesters zu vermeiden. Dies kann am besten
dadurch erreicht werden, daß man die Umsetzung bei einer Temperatur durchführt,
bei welcher das Wasser und der Alkohol aus dem Umsetzungsgemisch abdestillieren.
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Die Umsetzung wird vorteilhaft in einem inerten Verdünnungsmittel,
welches zweckmäßig zugleich ein Lösungsmittel für die Ausgangsstoffe ist, durchgeführt.
Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung wird die Umsetzung
des Ketocarbonsäureesters mit der Oxycarbonylverbindung in Gegenwart eines solchen
inerten Verdünnungsmittels durchgeführt, welches mit dem gebildeten Wasser und bzw.
oder Alkohol eine azeotrope Mischung bildet. Die Umsetzung kann dann derart vorgenommen
werden, daß man die Mischung am Rückflußkühler erhitzt, der derart eingerichtet
ist, daß das Wasser und der Alkohol, welche während der Umsetzung frei gemacht werden,
entfernt werden, während das Verdünnungsmittel selbst in das Umsetzungsgefäß zurückfließt.
Bei einer solchen Ausgestaltung des Verfahrens hat das inerte, zur Bildung eines
azeotropen Gemisches mit Wasser bzw. Alkohol befähigte Verdünnungsmittel vorteilhaft
einen Siedepunkt innerhalb einer Temperatur von 70 bis 150°; es sollte mit Wasser
nicht mischbar sein. Geeignete inerte Lösungsmittel dieser Art sind beispielsweise
Benzol, Toluol und Xylol.
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Das Verfahren der Erfindung, das durch die Umsetzung einer bestimmten
Carbonylverbindung mit einem bestimmten Carbonylester unter Abspaltung- von 1 Mol
Wasser und 1 Mol Alkohol gekennzeichnet ist, ist noch nicht vorbeschrieben worden.
Die bekannten Verfahren, bei denen z. B. Salicylaldehyd mit Essigsäureanhydrid oder
ein Aldehyd mit einem Bernsteinsäureester umgesetzt wird bzw. bei denen eine Umlagerung
von Brenzterebinsäure in Isocaprolacton stattfindet, unterscheiden sich jeweils
in mehreren Maßnahmen grundlegend vom vorliegenden Verfahren. Der Reaktionsverlauf
des vorliegenden Verfahrens konnte daher auf Grund der vorhandenen Unterschiede
gegenüber den bekannten Verfahren auch nicht vorhergesehen werden.
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Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung des Verfahrens der
Erfindung. Die angegebenen Gewichtsteile stehen zu den Raumteilen im gleichen Verhältnis
wie g zu ccm.
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Beispiel 1 Ein Gemisch aus 14,4 Gewichtsteilen Butyroin, 11,6 Gewichtsteilen
Acetessigsäuremethylester, 3 Raumteilen Pyridin, 2,4 Raumteilen Essigsäure und 100
Raumteilen Xylol wurde 3 Stunden am Rückflußkühler erhitzt. Während dieser Zeit
wurden 5 Raumteile wasserhaltiger Methylalkohol aus dem Umsetzungsgemisch entfernt.
Das Umsetzungsprodukt wurde destilliert und ergab 10,8 Gewichtsteile 4-Propyloct-en-(3)-5-ol-2-on-3-carbonsäurelakton.
Das 2, 4-Dinitrophenylhydrazon dieses Laktons hatte nach dem Umkristallisieren aus
Isopropylalkohol den Schmelzpunkt 127°.
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Das gleiche Lakton wurde erhalten, wenn man den Acetessigsäuremethylester
durch die gleichwertige Menge n-Acetessigsäurebutylester ersetzte.
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Beispiel 2 Ein Gemisch aus 53 Gewichtsteilen Benzoin, 29 Gewichtsteilen
Acetessigsäuremethylester, 2 Raumteilen Piperidin und 80 Raumteilen Toluol wurde
11/2 Stunden am Rückflußkühler erhitzt, wobei das Wasser und der Alkohol im gleichen
Maße ihrer Bildung entfernt wurden. Die Lösungsmittel wurden entfernt und das Reaktionsprodukt
aus Isopropylalkohol umkristallisiert, wobei 39 Gewichtsteile 4, 5-Diphenylpenten-(3)-5-ol-2-on-3-carbonsäurelakton
erhalten wurden, es bildet hellgrüne Nadeln vom Schmelzpunkt 109 bis 110°.
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Beispiel 3 Eine Mischung aus 21,2 Gewichtsteilen Benzoin, 27 Gewichtsteilen
Benzoylessigsäuremethylester, 1 Raumteil Piperidin, 0,8 Raumteile Essigsäure und
100 Raumteilen Xylol wurden 5 Stunden am Rückflußkühler erhitzt, wobei 5,1 Raumteile
wasserhaltiger Methylalkohol abgespalten wurden. Beim Abkühlen fielen 9,4 Gewichtsteile
unverändertes Benzoin aus. Nach dem Filtrieren, Abdampfen des Lösungsmittels und
Umkristallisieren des Rückstandes aus Äthylalkohol wurden 10,8 Gewichtsteile rohes
1-Benzoyl-2, 3-diphenylpropen-(1)-3-ol-l-carbonsäurelakton gewonnen, das nach dem
Umkristallisieren aus einem Gemisch von Äthylacetat und Petroläther das reine Lakton
in grüngelben Nadeln vom Schmelzpunkt 137 bis 138° gibt.
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Beispiel 4 Ein Gemisch aus 36 Gewichtsteilen Isobutyraldol, 35 Gewichtsteilen
Acetessigsäuremethylester, 1 Raumteil Piperidin, 0,8 Raumteilen Essigsäure und 100
Raumteilen Toluol wurde 5 Stunden am Rückflußkühler erhitzt, wobei 8,5 Raumteile
wäßriger Methylalkohol durch den Überlaufaufsatz im Laufe der Umsetzung entfernt
wurden. Die Destillation des Umsetzungsgemisches lieferte 29,8 Gewichtsteile 5,
5, 7-Trimethyloct-en-(3)-6-ol-2-on-3-carbonsäurelakton, das bei 119 bis 122° und
0,5 mm Quecksilberdruck siedet, izD = 1,4870.
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Wird das verwendete Isobutyraldol durch eine äquivalente Menge a,
a-Dimethyl-ß-oxy-n-butyraldehyd ersetzt, so entsteht das 5, 5-Dimethylhept-en-(3)-6-ol-2-on-3-carbonsäurelakton;
Kp." = 144 bis 146.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Laktone sind wichtige chemische
Zwischenprodukte. Sie können beispielsweise unter milden Bedingungen zu gesättigten
Laktonen und unter Anwendung von schärferen Bedingungen zu den entsprechenden Tetrahydrofuranen
und Pyranen hydriert werden. Die Laktonringe lassen sich zu den entsprechenden Oxysäuren
und deren Derivaten aufspalten. Einige ungesättigte y-Laktone lassen sich durch
Erhitzen mit einem starken sauren Katalysator in ß-Furancarbonsäuren der Formel
in der R' ein Alkyl-, Aryl- oder Aralkylrest ist, überführen.
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Urigesättigte Laktone besitzen häufig physiologisch wirksame Eigenschaften;
sie zeigen z. B. eine antibiotische Wirkung, selektive Hemmung des Wachstums von
tierischen Geweben, Hemmung von Saatkeimung und Pflanzenwachstum und töten Insekten.
Manche dieser nach dem Verfahren der Erfindung herstellbaren ungesättigten Laktone
sind in dieser Richtung wirksam, oder sie können als Zwischenprodukte zur Herstellung
derartiger Laktone benutzt werden.