DE102006007895A1

DE102006007895A1 - Verfahren zur Herstellung von 2-(1-Hydroxy-alkyl)-cyclopent-2-enonen

Info

Publication number: DE102006007895A1
Application number: DE102006007895A
Authority: DE
Inventors: Marcus Eh
Original assignee: Symrise AG
Current assignee: Symrise AG
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2007-08-30

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines 2-(1-Hydroxy-alkyl)-cyclopent-2-enons der Formel (I), $F1 wobei R eine verzweigte oder unverzweigte Alkylgruppe mit 3, 4, 5, 6 oder 7 C-Atomen ist, mit folgendem Schritt: Umsetzen von 2-Cyclopentenon mit einem aliphatischen Aldehyd der Formel (II), $F2 wobei R die oben genannte Bedeutung hat und das Molverhältnis von 2-Cyclopentenon zu dem aliphatischen Aldehyd der Formel (II) im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 2, vorzugsweise im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 1,5, liegt, in Gegenwart einer wässrigen Lösung von MHCO3 und/oder M2CO3, wobei M ein Alkalimetall, vorzugsweise Li, Na oder K, bevorzugt Na, bedeutet, und in Gegenwart von Imidazol, wobei die molare Menge an eingesetztem Imidazol im Bereich von 0,05 bis 0,5, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,3, Äquivalenten liegt, bezogen auf die Menge an eingesetztem 2-Cyclopentenon.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 2-(1-Hydroxy-alkyl)-cyclopent-2-enonen der Formel (I) durch Baylis-Hilman Reaktion von 2-Cyclopentenon mit einem aliphatischen Aldehyd in Gegenwart einer katalytischen Menge Imidazol.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung der Formel (III) oder einer Mischung umfassend eine Verbindung der Formel (III), wobei in einem ersten Schritt die 2-(1-Hydroxy-alkyl)-cyclopent-2-enone der Formel (I) hergestellt werden.

2-(1-Hydroxy-alkyl)-cyclopent-2-enone der untenstehenden Formel (I) sind wertvolle Zwischenprodukte bei der Herstellung von 2-Alkyliden- und 2-(Alkyl-1-en)-cyclopentanonen (WO 2004/043895), welche unter anderem als Jasmin Riechstoffe begehrt sind ( DE 10 2004 044 250 ). Die in WO 2004/043895 und DE 10 2004 044 250 offenbarten Herstellverfahren, in denen 2-(1-Hydroxy-alkyl)-cyclopent-2-enone, welche unter die untenstehende Formel (I) fallen, zu Verbindungen umgesetzt werden, die unter die untenstehende Formel (III) fallen, sind im Wege der Verweisung Bestandteil der vorliegenden Anmeldung.

Sofern nicht anders angegeben sind im folgenden unter Äquivalenten jeweils molare Äquivalente zu verstehen.

In Tetrahedron Letters 2002, 43, 7835 wird die Umsetzung von 2-Cyclopentenon mit aliphatischen und aromatischen Aldehyden (Verhältnis Aldehyd : 2-Cyclopentenon = 1 : 1,5) in wässrigem Tetrahydrofuran und in Gegenwart von 10 mol% Imidazol beschrieben. Hierbei wird für die Umsetzung mit (a) iso-Valeraldehyd eine Reaktionszeit von 16 Tagen und eine Ausbeute von 60% angegeben und für die Umsetzung mit (b) Acetaldehyd wird ein 10-facher Überschuss an Acetaldehyd benötigt, um nach 3 Tagen eine Ausbeute von 50% zu erhalten.

In Tetrahedron Letters 2002, 43, 7369 wird die Umsetzung von 2-Cyclopentenon mit aliphatischen und aromatischen Aldehyden (Verhältnis Aldehyd : 2-Cyclopentenon = 1 : 1,5 bzw. 1 : 2 im Falle von iso-Valeraldehyd) in einem Tetrahydrofuran : Wasser = 1 : 1 Gemisch und in Gegenwart von äquimolaren Mengen Imidazol beschrieben. Hierbei wird für die Umsetzung mit iso-Valeraldehyd eine Reaktionszeit von 4 Tagen und eine Ausbeute von 27% angegeben.

J. Org. Chem. 2004, 69, 555 offenbart die Baylis-Hillman Reaktion von 2-Cyclopentenon mit aliphatischen und aromatischen Aldehyden (Verhältnis Aldehyd : 2-Cyclopentenon = 1 : 1,5) in 1 M NaHCO₃-Lösung, welche 20 vol.-% Tetrahydrofuran enthält, und in Gegenwart von äquimolaren Mengen Imidazol. Hierbei wird für die Umsetzung mit (a) iso-Valeraldehyd eine Reaktionszeit von 18 Stunden und eine Ausbeute von 75% angegeben und für die Umsetzung mit (b) n-Hexanal wird eine Reaktionszeit von 24 Stunden angegeben, wobei eine Ausbeute von 29% erhalten wird.

Die im Stand der Technik beschriebenen Verfahren zeigen mehrere der folgenden Nachteile: die Reaktionszeiten sind zu lang; die Ausbeuten sind zu niedrig; es wird das sehr teure 2-Cyclopentenon als Überschusskomponente eingesetzt.

Es war daher die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von 2-(1-Hydroxy-alkyl)-cyclopent-2-enonen der Formel (I) anzugeben, welches preiswert und mit hohen Ausbeuten in technischem Maßstab durchgeführt werden kann. Vorzugsweise sollte die erreichbare Produktreinheit dabei hoch und die Reaktionszeit möglichst kurz sein. Vorzugsweise sollte das herzustellende 2-(1-Hydroxy-alkyl)-cyclopent-2-enon ohne besondere Aufbereitung zu einer Verbindung der Formel (III) oder einer Mischung umfassend eine solche Verbindung umgesetzt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines 2-(1-Hydroxy-alkyl)-cyclopent-2-enons der Formel (I)

wobei
R eine verzweigte oder unverzweigte Alkylgruppe mit 3, 4, 5, 6 oder 7 C-Atomen ist, bevorzugt eine unverzweigte Alkylgruppe mit 3, 4, 5, 6 oder 7 C-Atomen ist und besonders bevorzugt eine unverzweigte Alkylgruppe mit 3, 4 oder 5 C-Atomen ist,
mit folgendem Schritt:
Umsetzen von 2-Cyclopentenon mit einem aliphatischen Aldehyd der Formel (II)

wobei
R die oben genannte Bedeutung hat, und
das Molverhältnis von 2-Cyclopentenon zu dem aliphatischen Aldehyd der Formel (II) im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 2, vorzugsweise im Bereich von 1 : 1 bis 1 1,5 liegt,
in Gegenwart einer wässrigen Lösung von MHCO₃ und/oder M₂CO₃, wobei M ein Alkalimetall, vorzugsweise Li, Na oder K, bevorzugt Na, bedeutet, und
in Gegenwart von Imidazol,
wobei
die molare Menge an eingesetztem Imidazol im Bereich von 0,05 bis 0,5, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,3, Äquivalenten liegt, bezogen auf die Menge an eingesetztem 2-Cyclopentenon (d.h. das Molverhältnis von Imidazol zu 2-Cyclopentenon liegt im Bereich von 0,05 : 1 bis 0,5 : 1, vorzugsweise 0,1 : 1 bis 0,3 : 1).

Die Reaktion wird erfindungsgemäß vorzugsweise in Gegenwart eines oder mehrerer Verdünnungsmittel durchgeführt. Besonders bevorzugt ist dabei ein Gemisch umfassend zumindest eine wässrige Lösung von MHCO₃ und/oder M₂CO₃ und zumindest eines mit Wasser mischbaren Ethers.

Die Reaktion wird erfindungsgemäß vorzugsweise in Gegenwart einer 0,5 bis 2 M Lösung von MHCO₃ und/oder M₂CO₃ durchgeführt, wobei M gewählt ist aus Li, Na oder K. Weiter bevorzugt ist der Einsatz einer 1 M NaHCO₃-Lösung.

Ferner kann die Reaktion erfindungsgemäß in Gegenwart von mit Wasser mischbaren Ethern, vorzugsweise Dioxan oder Tetrahydrofuran (THF), durchgeführt werden. Die eingesetzte Menge an mit Wasser mischbaren Ethern beträgt vorzugsweise 5 bis 50 vol.-%, bevorzugt 10 bis 30 vol.-%, bezogen auf die eingesetzte Menge der wässrigen Lösung von MHCO₃ und/oder M₂CO₃.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird im erfindungsgemäßen Verfahren eine Mischung umfassend und vorzugsweise bestehend aus 75 bis 85, vorzugsweise 80 Volumenteilen 1 M NaHCO₃-Lösung und 15 bis 25, vorzugsweise 20 Volumenteilen THF als Verdünnungsmittel eingesetzt (eine besonders bevorzugte Mischung besteht also aus 80 Volumenprozent 1 M NaHCO₃-Lösung und 20 Volumenprozent THF).

Die Reaktion wird erfindungsgemäß vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 10 bis 50°C, vorzugsweise im Bereich von 15 bis 30°C, durchgeführt.

Es empfiehlt sich, die Aldehyde der Formel (II) vor deren Einsatz in die erfindungsgemäße Baylis-Hilman Reaktion zu destillieren.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten 2-(1-Hydroxy-alkyl)-cyclopent-2-enone der Formel (I) können aufgereinigt oder im Unterschied zu den Verfahrensgestaltungen gemäß WO 2004/043845 und DE 10 2004 044 250 unaufgereinigt, d.h. insbesondere in Form des Rohproduktes des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens nach lediglich wässriger Aufbereitung, zu einer Verbindung der Formel (III) umgesetzt werden. Ein entsprechendes erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Verbindung der Formel (III) oder einer Mischung umfassend eine Verbindung der Formel (III)

wobei
R die oben (für die Verbindungen der Formeln I und II) angegebene Bedeutung hat und
umfasst die folgenden Schritte:

– Herstellen eines Alkohols der Formel (I) gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren und anschließend
– Umsetzen des Alkohols der Formel (I) zur Verbindung der Formel (III) oder zu der Mischung umfassend eine Verbindung der Formel (III).

Die Umsetzung des Alkohols der Formel (I) zur Verbindung der Formel (III) oder zu der Mischung umfassend eine Verbindung der Formel (III) erfolgt dabei beispielsweise wie in WO 2004/043895 oder DE 10 2004 044 250 angegeben.

Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beispielen und den Patentansprüchen.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Angaben auf das Gewicht.

Beispiel 1: 2-(1-Hydroxy-hexyl)-cyclopent-2-enon (Verbindung der Formel (I) mit R = n-Pentyl):
Zu einer Lösung aus frisch destilliertem n-Hexanal (3,00 g; 30,0 mmol) in Tetrahydrofuran (10,0 ml) gibt man Imidazol (136,0 mg; 2,00 mmol) und 1 M NaHCO₃-Lösung (40,0 ml). Anschließend tropft man zu dieser Lösung 2-Cyclopentenon (1,66 g; 20,0 mmol) hinzu und rührt 16 Stunden bei Raumtemperatur (ca. 20°C). Jetzt versetzt man die Reaktionslösung bis zu einem resultierenden pH-Wert von 2 mit 1 M HCl Lösung, extrahiert die wässrige Phase dreimal mit Ethylacetat und trocknet nachfolgend die organische Phase über Na₂SO₄. Nach Filtration wird das Lösungsmittel, wie auch überschüssiges n-Hexanal am Rotationsverdampfer entfernt und man erhält 3,62 g des gewünschten Produkt in einer Reinheit von 90% und einer Ausbeute von 80%. Anschließend kann das erhaltene Rohprodukt ohne weitere Reinigung direkt in die Folgereaktion eingesetzt werden, siehe hierzu Beispiel 3
¹H-NMR (400 MHz, CDCl₃): δ (ppm) = 0.91 (t, J = 6.9 Hz, 3H), 1.18–1.42 (m, 6H), 1.50–1.66 (m, 2H), 2.35–2.39 (m, 2H), 2.53–2.57 (m, 2H), 3.16 (s, 1OH), 4.36 (ddd, J = 7.8, 6.4, 1.3 Hz, 1H), 7.42 (td, J = 2.8, 1.3 Hz, 1H).
¹³C-NMR (100 MHz, CDCl₃): δ (ppm) = 14.0 (q), 22.6 (t), 25.1 (t), 26.6 (t), 31.6 (t), 35.3 (t), 35.8 (t), 67.5 (d), 148.1 (s), 158.1 (d), 210.0 (s).
Beispiel 2: 2-(1-Hydroxy-pentyl)-cyclopent-2-enon (Verbindung der Formel (I) mit R = n-Butyl)
Zu einer Lösung aus frisch destilliertem n-Pentanal (2,85 g; 30,0 mmol) in Tetrahydrofuran (10,0 ml) gibt man Imidazol (350.0 mg; 5,00 mmol) und 1 M NaHCO₃-Lösung (40,0 ml). Anschließend tropft man zu dieser Lösung 2-Cyclopentenon (1,66 g; 20,0 mmol) hinzu und rührt 16 Stunden bei Raumtemperatur (ca. 20°C). Anschließend versetzt man die Reaktionslösung bis zu einem resultierenden pH-Wert von 2 mit 1 M HCl Lösung, extrahiert die wässrige Phase dreimal mit Ethylacetat und trocknet nachfolgend die organische Phase über Na₂SO₄. Nach Filtration wird das Lösungsmittel, wie auch überschüssiges n-Pentanal, am Rotationsverdampfer entfernt und man erhält 3,41 g des gewünschten Produkts in einer Reinheit von 88% und einer Ausbeute von 79%. Anschließend kann das erhalte ne Rohprodukt ohne weitere Reinigung direkt in die Folgereaktion eingesetzt werden.
Die ¹N-NMR und ¹³C-NMR Spektren entsprechen denen aus WO 2004/043895 und werden somit an dieser Stelle nicht mehr angegeben.
Beispiel 3: [2-Hex-(E/Z)-yliden-3-oxo-cyclopentyl]-essigsäuremethylester (Verbindung der Formel (III) mit R = n-Pentyl)
Eine Lösung aus 2-(1-Hydroxy-hexyl)-cyclopent-2-enon aus Beispiel 1 (1,0 Moläquivalente)), Trimethylorthoacetat (3,6 Moläquivalente) und Propionsäure (0,05 Moläquivalente) wurde in Toluol (1,0 ml/mmol 2-(1-Hydroxy-hexyl)-cyclopent-2-enon) zum Rückfluss erhitzt und ein Azeotrop aus Methanol und Toluol wurde abdestilliert. Der Rückstand wurde in Ether (1 ml/mmol 2-(1-Hydroxy-hexyl)-cyclopent-2-enon) aufgenommen und je 1 × mit 1 M NaOH, gesättigter NaHCO₃-Lösung und gesättigter NaCl-Lösung gewaschen, getrocknet, abfiltriert und einrotiert. Das Rohprodukt wurde durch fraktionierte Destillation im Vakuum gereinigt.
Das eingesetzte 2-(1-Hydroxy-hexyl)-cyclopent-2-enons wurde in Form des Rohproduktes aus Beispiel 1 eingesetzt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines 2-(1-Hydroxy-alkyl)-cyclopent-2-enons der Formel (I)
wobei R eine verzweigte oder unverzweigte Alkylgruppe mit 3, 4, 5, 6 oder 7 C-Atomen ist, mit folgendem Schritt: Umsetzen von 2-Cyclopentenon mit einem aliphatischen Aldehyd der Formel (II)
wobei R die oben genannte Bedeutung hat und das Molverhältnis von 2-Cyclopentenon zu dem aliphatischen Aldehyd der Formel (II) im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 2, vorzugsweise im Bereich von 1 : 1 bis 1 1,5 liegt, in Gegenwart einer wässrigen Lösung von MHCO₃ und/oder M₂CO₃, wobei M ein Alkalimetall, vorzugsweise Li, Na oder K, bevorzugt Na, bedeutet, und in Gegenwart von Imidazol, wobei die molare Menge an eingesetztem Imidazol im Bereich von 0,05 bis 0,5, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,3, Äquivalenten liegt, bezogen auf die Menge an eingesetztem 2-Cyclopentenon.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei R eine unverzweigte Alkylgruppe mit 3, 4, 5, 6 oder 7 C-Atomen ist
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei R eine unverzweigte Alkylgruppe mit 3, 4 oder 5 C-Atomen ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Umsetzung in Gegenwart eines oder mehrerer Verdünnungsmittel durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Umsetzung in Gegenwart eines Gemisches durchgeführt wird, umfassend eine wässrige Lösung von MHCO₃ und/oder M₂CO₃, wobei M gewählt ist aus Li, Na oder K.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Umsetzung in Gegenwart einer 0,5 bis 2 M wässrigen Lösung von MHCO₃ und/oder M₂CO₃ durchgeführt wird, wobei M gewählt ist aus Li, Na oder K.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 oder 6, wobei die Umsetzung in Gegenwart eines oder mehrerer mit Wasser mischbarer Ether, vorzugsweise Dioxan oder Tetrahydrofuran (THF), durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die eingesetzte Menge an mit Wasser mischbaren Ethern 5 bis 50 vol.-% beträgt, bevorzugt 10 bis 30 vol.-%, bezogen auf die eingesetzte Menge der wässrigen Lösung von MHCO₃ und/oder M₂CO₃.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Umsetzung in Gegenwart einer Mischung durchgeführt wird, die 75 bis 85 Volumenteile 1 M NaHCO₃-Lösung und 15 bis 25 Volumenteile THF umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Umsetzung bei einer Temperatur im Bereich von 10 bis 50°C, vorzugsweise im Bereich von 15 bis 30°C, durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Verbindung der Formel (III) oder einer Mischung umfassend eine Verbindung der Formel (III)
wobei R die oben angegebene Bedeutung hat, mit folgenden Schritten: – Herstellen eines 2-(1-Hydroxy-alkyl)-cyclopent-2-enons der Formel (I) gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und anschließend – Umsetzen des 2-(1-Hydroxy-alkyl)-cyclopent-2-enons der Formel (I) zur Verbindung der Formel (III) oder zu der Mischung umfassend eine Verbindung der Formel (III).