DE10358003A1

DE10358003A1 - Verfahren zur Herstellung von Astaxanthin- und Canthaxanthin-Vorprodukten

Info

Publication number: DE10358003A1
Application number: DE10358003A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr. Rumpf; Petra Dr. Deckert; Thomas Dr. Müller; Johannes Grimmer
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2005-07-14
Also published as: WO2005056507A2; EP1718589A2; WO2005056507A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Cyclohexenonderivaten der allgemeinen Formel I,

worin
R₁ für Wasserstoff oder OH steht,
R₂ für

steht,
umfassend die Schritte:
(a) Hydrolyse einer Cyclohexenolverbindung der Formel II,

worin
R₃ für Wasserstoff und R₄ für C₁-C₆-Alkoxy steht oder
R₃ und R₄ für vicinale Hydroxygruppen stehen, die eine gemeinsame Acetal- oder Ketalschutzgruppe tragen,
R₅ für

steht,
R₆ für eine geschützte Hydroxygruppe steht,
in Abwesenheit eines organischen Lösungsmittels in Gegenwart eines sauren Katalysators, und
(b) Extraktion des Reaktionsgemischs mit einem polaren Extraktionsmittel.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung bestimmter Cyclohexenonderivate, die als Astaxanthin- und Canthaxanthin-Vorprodukte dienen.
Die C₄₀-Carotinoide Astaxanthin und Canthaxanthin sind im Tierernährungsbereich, beispielsweise für die Fisch- oder Eidotterpigmentierung, sehr begehrte Farbstoffe. Die Möglichkeiten zur Gewinnung dieser Carotinoide aus natürlichen Quellen wie Algen, Pilzen oder Hefen in großtechnischem Maßstab sind stark begrenzt. Der ergiebigste Zugang zu Astaxanthin bzw. Canthaxanthin liegt daher in der chemischen Synthese.

Technische Verfahren zur Herstellung von Astaxanthin sind u. a. in der EP-A-0 005 748 und EP-A-0 633 258 sowie in Helv. Chim. Acta 64 (1981), 2436 ff. beschrieben. Die Synthese von Canthaxanthin ist Gegenstand der DE-A-26 25 259.

Diesen Verfahren gemeinsam ist die Synthesestrategie: C₉ + C₆ ⇒ C₁₅ C₁₅ + C₁₀ + C₁₅ ⇒ C₄₀

C_n steht hier jeweils für einen Molekül-Baustein, der ein Grundgerüst aus n C-Atomen aufweist. Gemäß dem oben genannten Stand der Technik gelangt man durch Verknüpfung von C₉- mit C₆-Bausteinen zu den C₁₅-Zwischenprodukten. Die Verknüpfung erfolgt mittels einer metallorganischen Reaktion, bei der eine am C₆-Baustein befindliche Acetylengruppe entweder mit Hilfe eines Grignard-Reagenzes in THF oder einer Butyllithiumlösung deprotoniert wird.

Die EP 0 633 258 offenbart ein Verfahren, bei dem die Verknüpfung von C₉- und C₆-Bausteinen zur Astaxanthin-Synthese in einem organischen Lösungsmittel in Gegenwart von Lithiumamid gelingt. Dabei wird ein C₉-Baustein der allgemeinen Formel

worin R₁ für H oder C₁-C₄-Alkyl und R₂ für C₁-C₄-Alkyl steht, mit einem C₆-Baustein der allgemeinen Formel

worin R₃ für eine geschützte Hydroxygruppe steht, verknüpft.

Ein wichtiger Verfahrensschritt bei dieser Synthese der C₁₅-Bausteine ist der Schutz der OH-Funktionalitäten der verwendeten Komponenten. Nach der C-C-Verknüpfung werden die Schutzgruppen wieder abgespalten, z. B. durch säurekatalysierte Hydrolyse, wie anhand des folgenden Reaktionsschemas der Acetalverbindung IIa veranschaulicht:

Bei mehrstufigen Synthesen wird eine möglichst effiziente Durchführung und hohe Ausbeute der Einzelschritte angestrebt. Beim obigen Hydrolyseschritt ist es daher wünschenswert, den Katalysator und die Hydrolyse-Nebenprodukte, wie im obigen Fall z.B. Acetaldehyd, Acetaldehyddiacetal und Ethanol, auf einfache Weise zu entfernen und das Erfordernis zu vermeiden, große Lösungsmittelmengen abzudampfen.

Der Verbleib des zur Acetalspaltung notwendigen sauren Katalysators im Reaktionsgemisch ist mit Sicherheitsrisiken verbunden. So senkt der Katalysator die Temperatur, bei der die thermische Zersetzung des Reaktionsgemisches beginnt. Außerdem verkürzt sich die adiabate Induktionszeit, d. h. die Zeit bis zum Einsetzen einer ohne weitere Energiezufuhr selbstbeschleunigenden Reaktion bei einer gegebenen Temperatur.

Eine Synthese der eingesetzten C₁₅-Bausteine, die ohne Zusatz eines organischen Lösungsmittels auskommt, ist Gegenstand der Anmeldung DE 102 31 590.6.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung als C₁₅-Bausteine zur Synthese von Astaxanthin bzw. Canthaxanthin geeigneter Cyclohexenonderivate der unten stehenden allgemeinen Formel I bereitzustellen, das eine einfache und unaufwändige Durchführung bei hoher Betriebssicherheit erlaubt und bei dem die C₁₅-Bausteine in guter Ausbeute und hoher Reinheit erhalten werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Cyclohexenonderivaten der allgemeinen Formel I,

worin
R₁ für Wasserstoff oder OH steht;
R₂ für

steht,
umfassend die Schritte:

(a) Hydrolyse einer Cyclohexenolverbindung der Formel II
worin R₃ für Wasserstoff und R₄ für C₁-C₆-Alkoxy steht, oder R₃ und R₄ für vicinale Hydroxygruppen stehen, die eine gemeinsame Acetal- oder Ketalschutzgruppe tragen, R₅ für
steht, R₆ für eine geschützte Hydroxygruppe steht, in Abwesenheit eines organischen Lösungsmittels in Gegenwart eines sauren Katalysators;
(b) Extraktion des Reaktionsgemischs mit einem polaren Extraktionsmittel.

Vorliegend steht C₁-C₆-Alkyl für einen linearen oder verzweigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 6 C-Atomen, wie z. B. Methyl, Ethyl, n-Propyl, 1-Methylethyl, n-Butyl, 1-Methylpropyl, 2-Methylpropyl oder 1,1-Dimethylethyl, n-Pentyl, 1-Methylbutyl, 2-Methylbutyl, 3-Methylbutyl, 2,2-Dimethylpropyl, 1-Ethylpropyl, n-Hexyl, 1,1-Dimethylpropyl, 1,2-Dimethylpropyl, 1-Methylpentyl, 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, 4-Methylpentyl, 1,1-Dimethylbutyl, 1,2-Dimethylbutyl, 1,3-Dimethylbutyl, 2,2-Dimethylbutyl, 2,3-Dimethylbutyl, 3,3-Dimethylbutyl, 1-Ethylbutyl, 2-Ethylbutyl, 1,1,2-Trimethylpropyl, 1,2,2-Trimethylpropyl, 1-Ethyl-1-methylpropyl, 1-Ethyl-2-methylpropyl, 1-Ethyl-3-methylpropyl.

Die genannten C₁-C₆-Alkylreste können gegebenenfalls einen oder mehrere, z. B. 1, 2, 3 oder 4, C₁-C₅-Alkoxy-Substituenten aufweisen, wie in C₁-C₅-Alkoxy-C₁-C₆-Alkyl, z. B. 2-Methoxyethyl.

Hier und im Folgenden steht C₁-C₆-Alkoxy für einen über ein Sauerstoffatom gebundenen Alkylrest, wie oben definiert, mit 1 bis 6 C-Atomen, wie z. B. Methoxy, Ethoxy, Propoxy, 1-Methylethoxy, Butoxy, 1-Methylpropoxy, 2-Methylpropoxy oder 1,1-Dimethylethoxy.

Die genannten C₁-C₆-Alkoxyreste können gegebenenfalls einen oder mehrere, z. B. 1, 2, 3 oder 4, C₁-C₅-Alkoxy-Substituenten aufweisen, wie in C₁-C₅-Alkoxy-C₁-C₆-Alkoxy, z. B. 2-Methoxyethoxy.

Eine "gemeinsame Acetal- oder Ketalschutzgruppe" bedeutet den Rest einer beliebigen Schutzgruppe, die üblicherweise zum Schutz vicinaler Hydroxygruppen verwendet wird. In der Regel umfasst die gemeinsame Acetal- oder Ketalschutzgruppe eine Methyleneinheit zwischen den Sauerstoffatomen der vicinalen Hydroxygruppen, die durch eine oder zwei C₁-C₆-Alkylgruppen, wie oben definiert, substituiert ist.

Eine "geschützte Hydroxygruppe" bedeutet eine Hydroxygruppe, die eine übliche Schutzgruppe trägt, d. h. eine solche funktionelle Gruppe, die unter relativ milden Bedingungen durch Hydrolyse abgespalten werden kann. Beispiele für geschützte Hydroxygruppen sind Ethergruppen, wie etwa Benzoxy oder tert.-Butoxy; Silylethergruppen, wie etwa -O-Si(CH₃)₃, -O-Si(CH₂CH₃)₃, -O-Si(iso-Propyl)₃, -O-Si(CH₂CH₂)₂(iso-Propyl), -O-Si(CH₃)₂(tert.-Butyl) und -O-Si(CH₃)₂(n-Hexyl); substituierte Methylethergruppen, wie etwa Methoxymethoxy, 1-Methoxyethoxy, 1-Ethoxyethoxy, 2-Methoxy-iso-propoxy, 1-Benzoxyethoxy, 2-Benzoxy-iso-propoxy; und geeignete Pyranylethergruppen, wie etwa Tetrahydropyranyloxy oder 4-Methyl-5,6-dihydro-2H-pyranyloxy.

Die entsprechenden Reaktionsbedingungen zur Einführung und Abspaltung der oben genannten Schutzgruppen sind dem Fachmann bekannt und finden sich u. a. in T. Greene „Protective Groups in Organic Chemistry", John Wiley & Sons, 1981, Kapitel 2.

Die als Edukte der Hydrolyse verwendbaren Cyclohexenolverbindungen der Formel II können nach dem Fachmann bekannten Methoden der organischen Synthese hergestellt werden, wie z. B. in der EP 0 633 258 beschrieben.

In einer bevorzugten Ausführungsform steht in der obigen Formel II R₃ für Wasserstoff und R₄ für C₁-C₆-Alkoxy, bevorzugt für C₁-C₄-Alkoxy, besonders bevorzugt für Methoxy, Ethoxy oder 2-Methylpropoxy.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stehen R₃ und R₄ für

worin
R₇ für Wasserstoff oder C₁-C₆-Alkyl steht; und
R₈ für C₁-C₆-Alkyl steht.

Vorzugsweise steht R₇ für Wasserstoff, Methyl, Ethyl, n-Propyl oder 1-Methylethyl, und R₈ für Methyl, Ethyl, n-Propyl oder 1-Methylethyl.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform steht R₇ für H, und R₈ steht für Methyl, Ethyl, n-Propyl oder 1-Methylethyl.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform steht R₇ für H und R₈ für Methyl.

In einer bevorzugten Ausführungsform steht R₅ für

In einer bevorzugten Ausführungsform steht R₆ für Tetrahydropyranyloxy der nachstehenden Formel

oder 1-Ethoxyethoxy, besonders bevorzugt 1-Ethoxyethoxy.

Somit weist eine bevorzugt eingesetzte Cyclohexenolverbindung der Formel II die Formel IIa auf:

Der Ausdruck „in Abwesenheit eines organischen Lösungsmittels" bedeutet, dass das Reaktionsgemisch im Schritt (a) im Wesentlichen kein externes organisches Lösungsmittel enthält, wobei es keine Rolle spielt, ob das organische Lösungsmittel separat zugesetzt wird oder als Gemisch mit den Edukten in die Reaktionsmischung eingebracht wird. Die Hydrolyse-Nebenprodukte, wie Aldehyde, Ketone oder Alkohole, sind keine externen organischen Lösungsmittel. „Im Wesentlichen kein Lösungsmittel" bzw. „im Wesentlichen abwesendes Lösungsmittel" (im Folgenden kurz „abwesendes Lösungsmittel") bedeutet einen Gehalt an einem oder mehreren externen organischen Lösungsmitteln von weniger als 10 Gew.-%, bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 3 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt weniger als 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Reaktionsgemisches. Insbesondere sind solche Lösungsmittel abwesend, die mit Wasser nicht mischbar sind.

Typische organische Lösungsmittel, die im erfindungsgemäßen Verfahren abwesend sind, sind u. a. aliphatische Alkohole; aliphatische Kohlenwasserstoffe, insbesondere Hexan und/oder Heptan; Alkylester aliphatischer Carbonsäuren, wie etwa Essigsäuremethylester und/oder Essigsäureethylester; aromatische Kohlenwasserstoffe, wie etwa Toluol und/oder Xylol; Ether, wie etwa Diethylether, Diisopropylether, Methyl-tert.-butylether, Dioxan und/oder THF, halogenierte aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie etwa Dichlormethan, Perchlorethylen und/oder Chloroform, insbesondere Dichlormethan.

Als saure Katalysatoren eignen sich üblicherweise zur Spaltung von Acetaten eingesetzte saure Katalysatoren, z. B. Mineralsäuren, wie etwa Schwefelsäure, Chlor- oder Bromwasserstoffsäure; Sulfonsäuren, wie etwa Methansulfonsäure, Trifluormethansulfonsäure, Benzolsulfonsäure oder para-Toluolsulfonsäure; sowie andere starke organische Säuren, wie etwa Citronensäure, Trifluoressigsäure oder Ameisensäure.

Als saure Katalysatoren werden bevorzugt Sulfonsäuren, ausgewählt unter Methansulfonsäure, Trifluormethansulfonsäure, Benzolsulfonsäure oder para-Toluolsulfonsäure, besonders bevorzugt para-Toluolsulfonsäure, verwendet. Die oben genannten Katalysatoren können entweder einem der Edukte vor der Reaktion zugemischt werden oder als separater Strom in den Reaktor eingespeist werden.

Die Katalysatormenge liegt im Bereich von 0,05 bis 100 mol-%, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 1,0 mol-%, bezogen auf die C₁₅-Acetale/Ketale der allgemeinen Formel II.

In den Reaktor gibt man außerdem Wasser in wenigstens der stöchiometrisch erforderlichen Menge. Der Anteil Wasser beträgt in der Regel 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 12 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Reaktionsgemisches.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform verwendet man in Schritt (a) eine wässrige Lösung des sauren Katalysators, um den sauren Katalysator und das zur Hydrolyse erforderliche Wasser gleichzeitig in den Reaktor einzubringen. Die Konzent ration der Säure beträgt dabei bevorzugt 0,01 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 0,01 bis 2 Gew.-%, bezogen auf die wässrige Lösung.

In bevorzugten Ausführungsformen führt man die Cyclohexenolverbindung der Formel II kontinuierlich in einen Reaktor ein, der zumindest einen rückvermischten Bereich aufweist. Es eignen sich herkömmliche Rührkesselreaktoren, Rührkesselreaktorkaskaden oder Kombinationen von Rührkesselreaktoren und Schlaufenreaktoren, bei denen das Reaktionsgemisch z. B. über eine Misch- und Regelstrecke geführt wird, die Zugabe- und/oder Entnahmestellen aufweisen kann.

Vorzugsweise hält man in dem Reaktor ein molares Verhältnis des Cyclohexenonderivats der Formel I zur Cyclohexenolverbindung der Formel II von wenigstens 90:10, insbesondere wenigstens 95:5 ein. Dem Fachmann sind die Maßnahmen geläufig, um den Betriebspunkt des Reaktors so einzustellen, dass das angegebene molare Verhältnis erreicht wird. Zu diesen Maßnahmen zählen die Wahl einer ausreichenden Verweilzeit des Reaktionsgemisches im Reaktor, einer geeigneten Reaktionstemperatur und eines geeigneten Druckes, die ihrerseits die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen.

Typischerweise beträgt die Verweilzeit im Reaktor 5 bis 60 Minuten, bevorzugt 10 bis 30 Minuten. Vorzugsweise führt man die Hydrolyse bei einer Temperatur im Bereich von 20 °C bis 100 °C, besonders bevorzugt von 40 °C bis 60 °C durch. Es ist außerdem bevorzugt, die Hydrolyse im Druckbereich von 50 bis 1000 mbar, besonders bevorzugt im Druckbereich von 900 bis 1000 mbar durchzuführen. Ganz besonders bevorzugt ist ein Betrieb bei Umgebungsdruck, d. h. etwa 1000 mbar, da in diesem Fall die kostenintensive Vakuumanlage entfallen kann.

Alternativ können bei der Hydrolyse auch saure Ionenaustauscherharze, insbesondere stark saure, Sulfonsäuregruppen-enthaltende Ionenaustauscherharze als Katalysatoren verwendet werden. In diesem Fall ist es von Vorteil, die Verbindungen der Formel II zusammen mit dem zur Hydrolyse erforderlichen Wasser kontinuierlich durch einen mit Ionenaustauscherharz gefüllten Rohrreaktor zu pumpen.

Unter der Bezeichnung „saure Ionenaustauscherharze" sind im Handel erhältliche Harze bzw. Detoxane zu verstehen, wie z.B. Lewatit^® S 100, SP 112 oder Lewatit^® 2631 (Bayer) oder Amberlite^® 18 und IRA 120 oder Amberlyst^® 15 oder Duolite^® C 20, C 26 und C 264 (Rohm & Haas) oder Dowex^® Ionentauscher.

Neben den oben genannten sauren Ionenaustauscherharzen können für die Hydrolyse gemäß Schritt (a) auch andere heterogene saure Katalysatoren, beispielsweise Zeolithe, eingesetzt werden.

Zeolithe sind kristalline Aluminosilikate, die eine hochgeordnete Struktur mit einem starren dreidimensionalen Netzwerk von SiO₄- oder AlO₄-Tetraedern besitzen, die durch gemeinsame Sauerstoffatome verbunden sind. Das Verhältnis der Si- und Al-Atome zu Sauerstoff beträgt 1:2. Die Elektrovalenz der Aluminium-enthaltenden Tetraeder ist durch Einschluss von Kationen in den Kristall, z. B. eines Alkali- oder Wasserstoffatoms, ausgeglichen. Ein Kationenaustausch ist daher möglich. Die Räume zwischen den Tetraedern sind vor der Dehydration durch Trocknen bzw. Calcinieren von Wassermolekülen besetzt.

Geeignete Zeolithe sind z. B. solche vom Pentasil-Typ, insbesondere Aluminosilikat-Zeolithe oder Borosilikat-Zeolithe. Durch partielle Verkokung (pre-coke) ist es möglich, die Aktivität des Katalysators für ein Selektivitätsoptimum des gewünschten Reaktionsproduktes einzustellen.

Heterogene Katalysatoren sind vorteilhafterweise fest im Reaktor angeordnet.

Das nach der Hydrolyse erhaltene Reaktionsgemisch wird mit einem polaren Extraktionsmittel behandelt. Dazu bringt man das Reaktionsgemisch in intensiven Kontakt mit dem Extraktionsmittel und trennt die Extraktphase anschließend ab.

Bei der Extraktion werden die Nebenprodukte aus dem Hydrolyseschritt (a) weitgehend abgetrennt. Solche Nebenprodukte sind insbesondere die bei der Hydrolyse abgespaltenen Schutzgruppen (bzw. daraus gebildete Folgeprodukte) für die OH-Funktionalitäten der Verbindungen der Formel I, wie z. B. Ethanol, Acetaldehyd oder Acetaldehyddiacetal. Dadurch werden nachgeschaltete Aufarbeitungsstufen entlastet und können mit geringerer Trennleistung sowie mit kleineren Apparatedimensionen betrieben werden.

Wird, wie in bevorzugten Ausführungsformen, ein wasserlöslicher saurer Katalysator zur Hydrolyse verwendet, wird der Katalysator in die polare Phase extrahiert und wirksam aus dem Reaktionsprodukt entfernt.

Für die Extraktion werden mindestens eine und vorzugsweise maximal 20 theoretische Trennstufen eingesetzt, die im Gegen- oder Kreuzstrom betrieben werden können. Denkbar ist die Durchführung der Extraktion in allen hierfür üblicherweise verwendeten Apparaturen, z. B. Extraktionskolonnen (mit oder ohne Energieeintrag), Mixer-Settlern oder membrangestützten Extraktionsapparaten.

Bevorzugt wird die Extraktion einstufig, in einer Mixer-Settler-Einheit durchgeführt. Im Mixer werden die beiden flüssigen Phasen dispergiert. Bevorzugt werden hierfür Rührbehälter eingesetzt, um die Verweilzeit auf Werte zwischen 1 bis 30 min, bevorzugt 5 bis 15 min und besonders bevorzugt etwa 10 min einzustellen.

In der Settler-Einheit erfolgt die Trennung der organischen Phase von der polaren Phase. Der Settler kann für eine effektive Phasentrennung mit koaleszenzfördernden Einbauten (z. B. Füllkörpern, Gestricken, Platten oder Packungselementen) ausgestat tet werden. Ebenso ist es möglich, die Phasentrennung durch den Einsatz von Koaleszierfiltern zu verbessern und damit den Produktverlust und/oder die Abreicherung des sauren Katalysators zu verbessern. Geeignete Koaleszierfilter können sowohl im Zulauf zum Settler als auch in beiden Abläufen installiert werden.

Bei dem polaren Extraktionsmittel handelt es sich um ein Lösungsmittel, das mit dem Reaktionsprodukt aus dem Schritt (a) nicht vollständig mischbar ist, wie Wasser, polare organische Lösungsmittel, z.B. Methanol, oder Gemische davon. Bevorzugt wird ein wässriges Extraktionsmittel, insbesondere Wasser selbst verwendet. Bei Verwendung eines wasserlöslichen sauren Katalysators kann dessen Abtrennung im Extraktionsschritt (b) dadurch intensiviert werden, dass das polare Extraktionsmittel eine Base umfasst. Diese Base kann z. B. unter Alkali-, Erdalkali- und Ammoniumhydroxiden, -cabonaten und -hydrogencarbonaten, wie etwa NaOH, KOH, Na₂CO₃, NaHCO₃; und/oder NH₃ ausgewählt sein. Die Konzentration der zugesetzten Base liegt in der Regel im Bereich von 0 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das polare Extraktionsmittel.

Die Hydrolyse-Nebenprodukte, wie Aldehyde, Ketone oder Alkohole, wirken als Lösungsvermittler zwischen der organischen und der polaren Phase, so dass eine ausreichende Phasentrennung bei gleichzeitig minimalem Produktverlust nicht bei allen Mengenverhältnissen von Extraktionsmittel zum Reaktionsgemisch erreicht wird. Vorzugsweise liegt das Gewichtsverhältnis des polaren Extraktionsmittels zum Reaktionsgemisch daher im Bereich von 10:1 bis 0,3:1, bevorzugt von 5:1 bis 1:1.

Die Extraktion erfolgt zweckmäßigerweise bei einer Temperatur von 5 bis 90 °C, bevorzugt 30 bis 50 °C.

Zur weiteren Aufarbeitung kann man die organische Phase einer destillativen Reinigung unterziehen. In den meisten Fällen ist es jedoch ausreichend, lediglich die niedriger als die Cyclohexenonderivate der Formel I siedenden Verbindungen abzudampfen und den Abdampfrückstand als solchen zur weiteren Umsetzung zu verwenden. Zu diesem Zweck eignen sich dem Fachmann bekannte Verdampfer, wie Dünnschichtverdampfer, Kurzwegverdampfer, Naturumlaufverdampfer, Fallfilmverdampfer, Zwangsumlaufverdampfer, Zwangsumlaufentspannungsverdampfer, Wendelrohrverdampfer oder eine Entspannungsverdampfung.

Besonders bevorzugt ist der Einsatz von im Umlauf betriebenen Fallfilmverdampfern, da diese eine schonende Aufarbeitung des Gemischs bei einem gleichzeitig kostengünstigen Apparatekonzept ermöglichen. Vorteilhafterweise führt man das Reaktionsgemisch dem Fallfilmverdampfer in einer Weise zu, dass eine Rückvermischung mit dem von den Rohren des Fallfilmverdampfers ablaufenden Strom verhindert wird. Dazu wird das von den Rohren des Fallfilmverdampfers ablaufende, an leichtsiedenden Komponenten verarmte Gemisch, z. B. Füllhöhe-kontrolliert mittels eines Überlaufs oder Siphons, aufgeteilt und teilweise als Produktstrom aus dem Fallfilmverdampfer ausgetragen und teilweise in den Brüdenraum zurückgeführt.

Da das an leichtsiedenden Komponenten verarmte Produkt eine hohe Viskosität aufweist, ist der Wärmeübergang durch den Wärmeübergang im (viskosen) Rieselfilm limitiert. Zum wirksamen Abbau von Temperaturgradienten im Rieselfilm kann der Fallfilmverdampfer daher in den Rohren mit Turbulenzerzeugern ausgestattet werden. Derartige Turbulenzerzeuger führen zu einem verbesserten Wärmeübergang und damit zu einer schonenderen Eindampfung. Beispielsweise können Drahtgestricke (z. B. die so genannten HiTran^TM-Elemente) eingesetzt werden.

Vorzugsweise wird die Entgasung im Verdampfer mit einer Entspannungsverdampfung kombiniert. Hierzu entspannt man das nach der Extraktion erhaltene Reaktionsgemisch in einen Entspannungsraum, wobei das Reaktionsgemisch in eine Flüssigphase und eine Gasphase zerfällt, die einen Teil der leichtsiedenden Komponenten enthält. Im Entspannungsraum werden geeigneterweise Drücke von 1 bis 600 mbar, bevorzugt 10 bis 100 mbar, aufrecht erhalten. Als Entspannungsraum kann beispielsweise der Brüdenraum eines Fallfilmverdampfers dienen, in den das Reaktionsgemisch über ein Druckhalteventil auf den im Brüdenraum herrschenden Druck entspannt wird. Das aus dem Brüdenraum ablaufende Gemisch wird auf den Verteiler oder den oberen Rohrboden des Fallfilmverdampfers aufgegeben, aus dem das Gemisch in die beheizten Rohre des Verdampfers gelangt. Durch die nachfolgende Verdampfung am Rieselfilm wird eine effektive Stofftrennung bei moderaten Wand- und Produkttemperaturen erreicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figur und des nachstehenden Beispiels näher veranschaulicht.
1 zeigt schematisch eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung.
Gemäß 1 werden in den Rührkesselreaktor 1 über die Leitungen 2 und 3 und die Dosierpumpen 4a und 4b die Cyclohexenolverbindung der Formel II und eine wässrige Lösung des sauren Katalysators eingeführt. Über die Pumpe 5 gelangt das Reaktionsgemisch in den Mixer 6, in den über Leitung 7 Wasser zur Extraktion herangeführt wird. Das zweiphasige organisch-wässrige Gemisch gelangt über die Leitung 8 in das Phasentrenngefäß 9, aus dem die wässrige Phase über die Leitung 10 abgezogen und verworfen wird. Die organische Phase wird über die Leitung 11 abgezogen und mittels der Pumpe 12 und des Ventils 13 in den Entspannungsraum 14 entspannt, der als Brüdenraum des Fallfilmverdampfers 15 ausgebildet ist. Die Gasphase aus dem Brüdenraum 14 wird über die Leitung 18 abgezogen. Das Sumpfprodukt aus dem Brüdenraum 14 wird mittels der Pumpe 16 auf den Verteiler 17 des Fallfilmverdampfers 15 gebracht. Aus dem Sumpfraum 19 des Fallfilmverdampfers 15 wird ein Teil des Sumpfprodukts als Produktstrom über die Leitung 20 abgezogen, ein Teil des Sumpfprodukts wird über den Überlauf 21 in den Brüdenraum 14 geführt.
Beispiel: Herstellung von 6-Hydroxy-3-(3-hydroxy-3-methyl-4-penten-1-inyl)-2,4,4-trimethyl-2-cyclohexen-1-on
Man verwendete eine Vorrichtung gemäß 1. In den Reaktor 1 wurden etwa 6 kg/h der Verbindung (IIa) und 0,6 kg/h einer 1 gew.-%igen wässrigen Lösung von para-Toluolsulfonsäure eingebracht. Der Reaktor war auf eine Temperatur von 50 °C thermostatiert. Aus dem Reaktor wurde ein gasförmiger Strom von 0,71 kg/h ausgetragen. Im nachfolgenden Mixer 6 wurden der organischen Phase etwa 12 kg/h Wasser zugemischt, die Ablauftemperatur betrug etwa 44 °C. Die aus dem Phasentrenngefäß 9 ablaufende organische Phase hatte einen Restgehalt an para-Toluolsulfonsäure von 86 ppm. Die organische Phase wurde in den auf 50 mbar gehaltenen Brüdenraum eines im Umlauf betriebenen Fallfilmverdampfer entspannt. Die Ablauftemperatur des Produkts in den Rohren betrug etwa 53 °C.
Die Konzentration der Titelverbindung im Ablauf des Fallfilmverdampfers betrug 95,78 GC-Flächenprozent, die Konzentrationen an Acetaldehyd, Acetaldehyddiacetal und Ethanol 0,31 bzw. 0 bzw. 0,74 GC-Flächenprozent.
Die Temperatur der beginnenden Zersetzung des aus dem Reaktor ablaufenden Reaktionsgemischs betrug etwa 105 °C, die der aus dem Phasentrenngefäß ablaufenden organischen Phase etwa 160 °C.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Cyclohexenonderivaten der allgemeinen Formel I,
worin R₁ für Wasserstoff oder OH steht; R₂ für
steht, umfassend die Schritte: (a) Hydrolyse einer Cyclohexenolverbindung der Formel II
worin R₃ für Wasserstoff und R₄ für C₁-C₆-Alkoxy steht, oder R₃ und R₄ für vicinale Hydroxygruppen stehen, die eine gemeinsame Acetal- oder Ketalschutzgruppe tragen, R₅ für
steht, R₆ für eine geschützte Hydroxygruppe steht, in Abwesenheit eines organischen Lösungsmittels in Gegenwart eines sauren Katalysators; und (b) Extraktion des Reaktionsgemischs mit einem polaren Extraktionsmittel.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Cyclohexenolverbindung der Formel II kontinuierlich in einen Reaktor einführt, der zumindest einen rückvermischten Bereich aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man in dem Reaktor ein molares Verhältnis des Cyclohexenonderivats der Formel I zur Cyclohexenolverbindung der Formel II von wenigstens 90:10 einhält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass R₃ und R₄ für
stehen, worin R₇ für Wasserstoff oder C₁-C₆-Alkyl steht; und R₈ für C₁-C₆-Alkyl steht.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass R₇ für Wasserstoff und R₈ für Methyl steht.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man in Schritt (a) eine wässrige Lösung eines sauren Katalysators verwendet.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das polare Extraktionsmittel eine Base umfasst.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis des polaren Extraktionsmittels zum Reaktionsgemisch im Bereich von 10:1 bis 0,3:1 liegt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man das Reaktionsgemisch nach dem Extraktionsschritt (b) in einen Entspannungsraum entspannt und dabei partiell verdampft.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man im Entspannungsraum einen Druck von 1 bis 600 mbar aufrecht hält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man aus dem Reaktionsgemisch nach dem Extraktionsschritt (b) die niedriger als die Cyclohexenonderivate der Formel I siedenden Verbindungen abdampft.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer ausgewählt ist unter einem Dünnschichtverdampfer, Kurzwegverdampfer, Naturumlaufverdampfer, Fallfilmverdampfer, Zwangsumlaufverdampfer, Zwangsumlaufentspannungsverdampfer, Wendelrohrverdampfer und/oder einer Entspannungsverdampfung.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass man das Reaktionsgemisch einem Fallfilmverdampfer in einer Weise zuführt, dass eine Rückvermischung mit dem von den Rohren des Fallfilmverdampfers ablaufenden Strom verhindert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrolyse gemäß Schritt (a) bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 100 °C durchführt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die Extraktion gemäß Schritt (b) bei einer Temperatur im Bereich von 5 bis 90 °C durchführt.