DE1066578B - Verfahren zur Herstellung von ungesättigten Lactonen - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß Malonsäuren bei der thermischen Zersetzung unter Kohlensäureabspaltung in die entsprechenden Derivate der Essigsäure übergehen. Diese Umsetzung ist auch für solche Malonsäuren beschrieben, welche eine dreifach ungesättigte Bindung in der Kohlenstoffseitenkette besitzen. Auch in diesem Falle führte die thermische Zersetzung, wie zu erwarten war, zu den dreifach ungesättigten Essigsäurederivaten (vgl. Journal of the Chemical Society, Bd. 91, 1907, S. 816, und Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft, Bd. 87, 1954, S. 964).

Es wurde nun gefunden, daß die thermische Zersetzung von Malonsäuren, welche mindestens einmal den Propargylrest enthalten, durchaus nicht immer unter Kohlendioxydabspaltung zu dem erwarteten Essigsäurederivat führt. Das gelingt nur, wenn die substituierte Malonsäure langsam bis zur Zersetzungstemperatur von etwa 160 bis 180° C erhitzt wird, bis die Kohlendioxydabspaltung eben beendet ist.

Nach.dem Verfahren der Erfindung werden vielmehr ungesättigte Lactone dadurch hergestellt, daß Malonsäuren, die mindestens einmal den Propargylrest enthalten, entweder rasch auf Temperaturen über 200° C in Abwesenheit von Wasser erhitzt und längere Zeit auf dieser Temperatur gehalten oder unter Zusatz von Zinkverbindungen als Katalysatoren vorsichtig erwärmt werden. Dabei wird zweckmäßig in einer Stickstoffatmosphäre gearbeitet. Man erhält neben wenig Propargylessigsäure in der Hauptsache ein ungesättigtes Lacton. Wird als Ausgangsverbindung die Monopropargylmalonsäure verwendet, so erhält man neben wenig Pentin-(4)-säure das a-Angelicalacton. Führt man die Umsetzung mit Dipropargylmalonsäure durch, so entsteht das Propargyl-a-angelicalacton, gegebenenfalls in Mischung mit Bis-a-angelicalacton-a.a'-spiran.

In Gegenwart von Zinkverbindungen erhält man nach dem Verfahren der Erfindung bei einer niedrigen Temperatur die entsprechenden ungesättigten Lactone. Die Monopropargylmalonsäure gibt einen einfachen Lactonringschluß, während die Dipropargylmalonsäure unter zweifachem Lactonringschluß zu einer Verbindung der vermutlichen Formel

OC

CH,

HC

CH

HX-C

CO

"O'

führt.

Verfahren zur Herstellung
von ungesättigten Lactonen

Anmelder:

Dr. rer. nat. Karl Ernst Schulte,
Berlin-Dahlem, Königin-Luise-Str. 2-4

Dr. rer. nat. Karl Ernst Schulte, Berlin-Dahlem,

und Dr. Kurt Philipp Reiss, Wiesbaden-Biebrich,

sind als Erfinder genannt worden

Die nach dem Verfahren der Erfindung erhaltenen ungesättigten Lactone können als Arzneimittel oder als Zwischenprodukte zur Herstellung anderer Verbindungen verwendet werden.

Es ist zwar bereits bekannt, daß bei der Destillation von y,<5-ungesättigten Carbonsäuren oder bei deren Erwärmen in Gegenwart von Katalysatoren gesättigte y-Lactone entstehen (vgl. Houben-Weyl, Methoden der präparativen organischen Chemie, 3. Auflage, Bd. 3,1930,

S. 651, Abs. b, bis S. 653, besonders S. 652 oben; Fieser und Fieser, Lehrbuch der organischen Chemie, deutsche Ausgabe 1954, S. 344; Theilheimer, Synthetic Methods of organic Chemistry, Bd. 5, 1951, S. 112, Nr. 149, und Bd. 7, 1953, S. 88, Nr. 219).

Die in diesen Literaturstellen beschriebenen Lactonbildungen treten erst nach längerem Erhitzen der ungesättigten Säuren in Gegenwart von größeren Säuremengen, z. B. Schwefelsäure, Fluorwasserstoff, Salzsäure oder Bromwasserstoff, ein. Demgegenüber werden bei dem Verfahren der Erfindung als Katalysatoren nur Spuren von Schwermetallsalzen verwendet, und die Reaktion tritt sofort ein, zum Teil schon beim Verreiben des Katalysators mit den Propargylmalonsäuren bei Zimmertemperatur, und sie verläuft stark exotherm. Ein anschließendes weiteres Erwärmen der Reaktionsmischung auf dem Wasserbad ist nicht unbedingt erforderlich, es

kann jedoch vorsorglich durchgeführt werden. ·. .' :

Es sind weiterhin Verfahren zur Herstellung von

Lactonen bekannt, bei deren Durchführung aber im Gegensatz zu dem Verfahren der Erfindung hohe Temperaturen und hohe Drücke erforderlich sind (vgl. Liebigs Annalen der Chemie, Bd. 582, 1953, besonders S. 5, Abs. 2, S. 50, letzter Absatz, bis S. 51, Abs. 1, und S. 65 ab Ziffer 6 bis S. 66). ' ·

909 637/416

Die Verfahren nach den genannten Literaturstellen betreffen nur die Herstellung gesättigter Lactone, wobei Carbonsäuren mit olefinischen Doppelbindungen als Ausgangsstoffe dienen. Wesentlich größere Bedeutung als die gesättigten Lactone besitzen wegen ihrer Verwendungsmöglichkeiten als Heilmittel jedoch die ungesättigten Lactone, über deren Herstellung in den genannten Literaturstellen nichts ausgesagt wird. Es war auch keineswegs zu erwarten, daß sich das Verfahren zur Herstellung von gesättigten Lactonen aus Äthylencarbonsäuren ohne weiteres auf ein Verfahren zur Herstellung von ungesättigten Lactonen aus Acetylencarbonsäuren Übertragen läßt, denn die. Reaktionsfälligkeit von Dreifachbindungen unterscheidet sich sehr wesentlich von der von Doppelbindungen (vgl. Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, 4. Auflage, 1955, Bd. 4, 2. Teil, S. 364 und 411). So führen z. B. Katalysatoren, die bei Äthylencarbonsäuren eine Lactonbildung begünstigen, bei Acetylencarbonsäuren zur Anlagerung von Wasser (vgl. A. W. Johnson, The Chemistry of the Acetylenic Compounds, Bd. 2, 1950, S. 64 bis 67). Nach dem Verfahren der Erfindung können dagegen in Abwesenheit von Wasser und in Gegenwart von Spuren von Metallkatalysatoren die wertvollen ungesättigten Lactone hergestellt werden.

Beispiel 1

dioxydabspaltung. Die fraktionierte Destillation des Kolbeninhalts im Vakuum ergibt zwei Fraktionen vom Kp._2O = 105 bis 107° C und Kp._2o = 132° C.

Die niedrigersiedende Fraktion in einer Ausbeute von etwa 30% ergibt nach wiederholtem Fraktionieren ein Lacton vom Kp. ₇ = 86 bis 91⁰C, der Brechzahl ηψ — 1,476², der Formel C₈H₈O₂ und dem Molekulargewicht 136,14, das eine ammoniakahsche Silbersalzlösung reduzierte und als Propargyl-a-angelicalacton der Formel

HC CH-CH₉-CsCH

C = O

erkannt wurde.

Berechnet ..... C 70,57 %^:, H 5,92%, O 23,50%; gefunden ..... C 69,72%, H 6,15%, O 24,13%;

C69,9Oo/_o, H6,34%, 023,8 %.

Beispiel 4
20 g (0,112MoI) Dipropargyhnalonsäure und 0,1g

25 g (0,175 Mol) Monopropargylmalonsäure werden in einer trockenen Stickstoffatmosphäre rasch auf etwa

() ppgy g

Zinkcarbonat werden in einem 250 ecm fassenden Kolben, der mit einem Rückflußkühler versehen ist, innig gemischt, und das Gemisch wird mit einer Sparflamme an einer Stelle bis zum Beginn der Reaktion erwärmt. Die örtlich einsetzende Reaktion breitet sich mit großer Ge-

250° C (Ölbad) am Rückflußkühler erhitzt und etwa 30 sch windigkeit über den ganzen Kolbeninhalt aus. Nach 2 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Anschließend dem Abkühlen der Reaktionsmischung wird diese in wird das Reaktionsgemisch unter Stickstoff fraktioniert Äther gelöst und die Flüssigkeit von den unlöslichen destilliert. Es werden 12,4 g, entsprechend 72% der braunen Flocken abfiltriert. Das Filtrat wird vom Lö-Theorie, a-Angelicalacton als farblose, angenehm rie- sungsmittel befreit und im Vakuum fraktioniert destilchende Flüssigkeit vom Kp.₄₅ = 83,5 bis 85° C und 35 Kert. Dabei wurden 5 g einer Fraktion 1 vom Kp. ₈ = 93 F. = 17 bis 19° C erhalten. bis 107° C und 6-g einer Fraktion 2 vom Kp.₈ = 145 bis

Das Kondensationsprodukt des Lactons mit Anis- 155° C erhalten. ·

aldehyd, das gelbe Nadeln vom F. = 99,5 bis 100° C Die Fraktion 1 besteht aus dem Propargyl-a-angelica-

bildet, zeigt mit dem Anisenyl-a-angelicalacton, das nach lacton. Die Fraktion 2 erstarrt in der Vorlage und wird

J. Thiele und Mitarbeitern, Liebigs Annalen der Chemie, 40 aus 96%igem Alkohol umkristallisiert. Nach wieder-Bd. 319, 1901, S. 180, hergestellt worden ist, keine holtem Umkristallisieren der Fraktion 2 werden weiße

Schmelzpunktserniedrigung. Kristalle vom F. = 108 bis 109° C erhalten, die in Äther,

-p . : Chloroform, Methylenchlorid und wäßrigem Alkali lös-

P Hch, in Wasser und einer Bicarbonatlösung unlöslich

25 g (0,175 Mol) Monopropargylmalonsäure werden mit 45 sind und eine ammoniakalische Silbersalzlösung redu-0,25 g Zinkcarbonat sorgfältig gemischt und anschlie- zieren. Die Verbindung besitzt keine freie Carboxylßend in einem 500 ecm fassenden Kolben am Rückflußkühler vorsichtig mit einer Sparflamme an einer Stelle
bis zum Einsetzen der Reaktion erwärmt. Die örtlich
einsetzende Reaktion breitet sich mit großer Geschwin- 5°
digkeit über den ganzen Kolbeninhalt aus. Nach dem

gruppe. Bei der Lactontitration werden je Mol der Verbindung 2 Mol Kalilauge verbraucht.

Berechnet C 59,99 %, H 4,48 %, O 35,53 %;

gefunden C 59,90%, H 4,68%, 0 35,4 %.

Abkühlen wird die Mischung in Äther gelöst und die Flüssigkeit von den unlöslichen braunen Flocken abnitriert. Die ätherische Lösung wird vom Lösungsmittel befreit und im Vakuum fraktioniert destilliert. Es werden 9 g, entsprechend 52 % der Theorie, a-Angelicalacton als farblose Flüssigkeit vom Kp.₁₆ = 62 bis 65° C und F. = 17 bis 19° C erhalten.

Das Kondensationsprodukt des Lactons mit Anisaldehyd, das gelbe Nadeln vom F. = 99,5 bis 100° C bildet, zeigt mit dem Anisenyl-a-angelicalacton, das nach J. Thiele und Mitarbeitern (s, a. a. O.) hergestellt worden ist, keine Schmelzpunktserniedrigung.

Die Fraktion 2 ist offenbar das Bis-a-angelicalacton-α,α'-spiran der Formel

O = C

HC

C —CH_a

CH

H„C

C = O

Beispiel 3

10g (0,056MoI) Dipropargylmalonsäure werden in Beispiel 5

einem 100 ecm fassenden Dreihalskolben am Rückfluß- 10 g Isoamyrpropargylmalonsäure werden in einen

kühler in einer Stickstoffatmosphäre in einem Ölbad von Rundkolben, der mit einem Stickstoffeinleitungsrohr und

180° C innerhalb von 20 Minuten auf 210° C erhitzt. Die einem Rücknußkühler versehen ist, eingefüllt. Der Kolben

Säure schmilzt verhältnismäßig langsam unter Kohlen- 7° wird in ein auf 250° C vorerhitztes Bad eingetaucht und

bis zur Beendigung der Kohlendioxydentwicklung auf dieser Temperatur gehalten. Nach dem Abkühlen wird der Kolbeninhalt mit 5°/_oiger wäßriger Sodalösung behandelt und mit Methylenchlorid ausgeschüttelt. In das Methylenchlorid gehen die neutralen Anteile, die nach dem Trocknen und Entfernen des Lösungsmittels bei 17 mm Quecksilber und 150° C sieden. Man erhält 0,5 g Isoamyl-a-angelicalacton. Aus der angesäuerten Sodalösung erhält man 4,5 g Isoamylpropargylessigsäure vom Kp.g = 114° C.

Die Ausgangsverbindungen wurden in üblicher Weise gewonnen. Der Isoamylpropargylmalonsäurediäthylester siedet bei einem Druck von 3 mm Quecksilber und einer Temperatur von 120° C. Durch Verseifen des Esters wurde die entsprechende Säure vom F. = 116° C gewonnen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von ungesättigten Lactonen, dadurch gekennzeichnet, daß man substituierte Malonsäuren, die mindestens einmal den Propargyl-

   rest enthalten, entweder rasch auf Temperaturen über 200° C in Abwesenheit von Wasser erhitzt und längere Zeit auf dieser Temperatur hält oder daß man die genannten Malonsäuren in Gegenwart von Zinkverbindungen als Katalysatoren vorsichtig erwärmt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Houben-Weyl, Methoden der präparativen orgarüschen Chemie, 3. Auflage, Bd. 3,1930, S. 651 b) bis 653; Fieser und Fieser, Lehrbuch der organischen Chemie, deutsche Ausgabe 1954, S. 344;

   Theilheimer, Synthetic Methods of organic Chemistry, Bd. 5, 1951, S. 112, Nr. 149, und Bd. 7, 1953, S. 88, Nr. 219;

   Liebigs Annalen der Chemie, Bd. 582, 1953, S. 5, 50, und 65, 66;

   Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, 4. Auflage, 1955, Bd. 4, 2. Teü, S. 364 und 411;
   ao A. W. Johnson, The Chemistry of the Acetylenic Compounds, Bd. 2, 1950, S. 64 bis 67.

   637/416 9. 59