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Verfahren zur Herstellung von alicyclischen Carotinoidverbindungen
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von alicyclischen
Carotinoidkohlenwasserstoffen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man
einen alicyclisch substituierten Polyenaldehyd der allgemeinen Formel
worin n eine niedere ganze Zahl darstellt, vorzugsweise t oder 2, in an sich bekannter
Weise mit einem Diphosphin der allgemeinen Formel
worin die mit R bezeichneten Substituenten Arylreste darstellen, welche Alk371-
oder Alkoxygruppen tragen können, und die punktiert angegebene Bindung hydriert
sein kann, umsetzt und gegebenenfalls die mittelständige Dreifachbindung in an sich
bekannter Weise partiell hydriert.
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In der vorstehenden allgemeinen Formel bezeichnen die Reste R gegebenenfalls
substituierte einwertige Arylreste, wie Naphthyl-, p-Methoxyphenyl- oder vorzugsweise
Phenyl- oder Tolylreste.
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Die als Ausgangsmaterialien benötigten Diphosphine können beispielsweise
ausgehend von Diolen der Formel
worin die punktiert angegebene Bindung hydriert sein kann, hergestellt werden. Dabei
werden diese Ausgangsdiole z. B. durch Behandlung mit konzentrierten Halogenwasserstoffsäuren
in die Halogenide der allgemeinen Formel
worin X ein Halogenatom bedeutet und die punktiert angegebene Bindung hydriert sein
kann, übergeführt und diese mit einem Triarylphosphin behandelt, worauf aus den
gebildeten Diphosphoniumhalogeniden der Formel
worin R und X die vorstehende Bedeutung haben und die punktiert angegebene Bindung
hydriert sein kann, z. B. durch Behandlung mit Phenyllithium, Methyllithium, Grignard-Verbindungen
oder ähnlichen metallorganischen Verbindungen Halogenwasserstoff abgespalten wird.
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In der ersten Stufe der erfindungsgemäßen Reaktion wird ein Diphosphin
der allgemeinen Formel I mit der ungefähr zweifach molaren Menge eines Polyenaldehyds
unter Bildung eines intermediären Kondensationsproduktes umgesetzt, welches sofort
unter Abspaltung von Triarylphosphinoxyd in die gewünschte Carotinverbindung übergeht.
Die Umsetzung wird zweckmäßig in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels, wie Äther,
Petroläther, Benzol, Dioxan oder Tetrahydrofuran, vorgenommen. Man vermischt die
Komponenten vorteilhaft bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur, wobei man
zweckmäßig die Luft durch ein inertes Gas, z. B. Stickstoff, ersetzt.
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Die Partialhydrienzng kann in der für Carotinverbindungen üblichen
Weise erfolgen, vorteilhafterweise durch Hydrierung in Gegenwart eines mit Blei
vergifteten
Palladium-Katalysators in Gegenwart von Chinolin. Die
primär anfallenden cis-Verbindungen werden vorzugsweise durch Wärmeeinwirkung zu
alltrans-Verbindungen isomerisiert.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Verbindungen
stellen teils bekannte Carotinoide, wie (-Carotin und Decapreno-ß-Carotin, dar,
welche insbesonders zum Färben von Lebensmitteln Verwendung finden.
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Es sind mehrere Synthesen zur Herstellung von Verbindungen der Carotinoid-Reihe
bekannt, die mit Hilfe von Monophosphinv erbindüngen durchgeführt werden (deutsche
Patentschrift 971986 und deutsche Auslegeschriften 1017 165 und
1038 033). Das vorliegende Verfahren benutzt Diphosphinverbindungen.
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Gegenüber dem Stand der Technik zeichnet sich das erfindungsgemäße
Verfahren dadurch aus, daß die gewünschten Reaktionsprodukte in mehr als zehnfach
erhöhter Ausbeute anfallen. Beispiel 1 166=g 2,7-Dimethylöctadien-(1,7)-in-(4)-diol-(3,6)
werden in 150 ml Äthylalkohol suspendiert, und die erhaltene Suspension wird auf
-10'C abgekühlt. Innerhalb 30 Minuten werden unter Rühren 1200 ml konzentrierte
(48°;oige) Bromwasserstoffsäure tropfenweise zugegeben, wobei die Reaktionstemperatur
durch Kühlen zwischen 0 und -10'C gehalten wird. Nach beendeter Zugabe wird das
Gemisch noch 15 Minuten weitergerührt, das gebildete leicht gelbbraungefärbte kristalline
Dibromid unter Stickstoff abgenutscht und auf dem Filter zuerst mit verdünnter Natriumbicarbonatlösung
und anschließend mit Wasser gewaschen. Das nach dem Trocknen im Vakuum bei 40'C
erhaltene 1,8-Dibrom-2,7-dimethyloctadien-(2,6)-in-(4) wird ohne weitere Reinigung
weiterverwendet.
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Eine Lösung von 838 g Triphenylphosphin in 31 Benzol wird auf 40'C
erwärmt, worauf man unter Rühren bei einer Temperatur von 40 bis 45'C tropfenweise
innerhalb von 2 Stunden eine Lösung von 458 g 1,8-Dibrom-2,7-dimethyloctadien-(2,6)-in-(4)
in 500 ml Benzol, welche 0,2 g Jod enthält, zufügt. Bald nach Beginn der Zugabe
scheidet sich ein kristalliner -Niederschlag ab. Nach beendeter Zugabe wird die
Reaktionsmischung weitere 4 Stunden gerührt und anschließend über Nacht stehengelassen.
Der gebildete weiße kristalline Niederschlag wird abfiltriert, mit warmem Benzol
und mit Petroläther gewaschen und im Vakuum getrocknet. Man erhält auf diese Weise
1,8-Di-(triphenylphosphoniumbromid)-2,7-dimethyloctadien-(2,6)-in-(4) vom Schmelzpunkt
223 bis 227'C. Nach dem Umkristallisieren aus Methanol-Äthylacetat schmilzt dieses
Produkt bei 238'C.
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Zu einem Gemisch von 21,9 g Phenyllithium mit 500 ml Äther gibt man
innerhalb 30 Minuten 100 g des festen, pulverisierten 1,8-Di-(triphenylphosphoniumbromid)-2,7-dimethyloctadien-(2,6)-ins-(4)
wobei die Reaktionsmischung zum Sieden kommt. Der Äther wird durch Kühlen zum Rückfluß
gebracht. Die Reaktionsmischung färbt sich mit zunehmender Reaktionsdauer stark
dunkelbraun. Nachdem sich alles Phenyllithium umgesetzt hat, wird innerhalb einer
Stunde eine Lösung von 48 g 5-[2,6,6-Trimethylcyclohexen-(1)-ylj-3-methylpentadien-(2,4)-al-(1)
in 100 ml Äther tropfenweise zu dem Reaktionsgemisch gegeben. Die Reaktionsmischung
kommt während der Zugabe des Aldehyds kräftig zum Kochen. Die nach beendeter Umsetzung
stark rotgefärbte Mischung wird unter Rühren und Rückfluß noch 4 Stunden unter Stickstoffatmosphäre
erwärmt. Anschließend wird sie auf O' C abgekühlt und mit 200 ml Methanol
versetzt. Das Reaktionsgemisch wird unter Abdestillieren des Lösungsmittels im Vakuum
auf etwa ein Drittel des Volumens eingeengt und das Konzentrat bei -10'C 3 Stunden
gerührt. Der gebildete kristalline Niederschlag wird abfiltriert, auf dem Filter
mit wenig Methanol gewaschen und anschließend aus Äthylacetat umkristallisiert.
Die Mutterlösung wird zu einer Sirupösen Lösung eingeengt, mehrere Male mit Methanol
gewaschen und der verbleibende Niederschlag in Äthylacetat gelöst. Beim Stehenlassen
dieser Lösung über Nacht bei -10'C kristallisiert ein weiterer Anteil des Produktes
aus, der ebenfalls abfiltriert und aus Äthylacetat umkristallisiert wird. Das erhaltene
1,18-Di-[2,6,6-trimethylcyclohexen-(1)-yl]-3,7,12,16-tetramethyloctadecaoctaen-
(1,3,5,7,11, 13,15,17)-in-(9) schmilzt bei 154°C. Ausbeute 550!o der Theorie. Beispiel
2 Zu einer Lösung von 83 g 2,7-Dimethyloctadien-(1,7)-in-(4)-diol-(3,6) in 500 ml
Toluol gibt man 5 ml Chinolin und 10 g eines mit Blei vergifteten Palladium-Calciumcarbonat-Katalysators.
Nun wird bis zur Aufnahme der theoretischen Wasserstoffmenge hydriert und die Reaktionsmischung
anschließend filtriert. Der abgetrennte Katalysator wird zweimal mit je 100 ml warmem
Aceton aufgeschlämmt und die Acetonlösung mit der Toluollösung vereinigt. Die so
erhaltene Mischung wird im Vakuum zur Trockne eingedampft und der kristalline Niederschlag
in warmem Petroläther gelöst. Beim Abkühlen dieser Lösung kristallisiert 2,7-Dimethyloctatrien-(1,4,7)-diol-(3,6)
vom Schmelzpunkt 69 bis 70'C aus.
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Eine Lösung von 36,6 g 2,7-Dimethyloctatrien-(1,4,7)-diol-(3,6) in
100 ml Äthanol wird auf -10'C abgekühlt und mit 250 ml konzentrierter (48 °; öiger)
Bromwasserstoffsäure versetzt. Nach beendeter Zugabe der Bromwasserstoffsäure wird
die Reaktionsmischung noch weitere 15 Minuten bei einer Temperatur zwischen 0 und
-10'C gerührt und anschließend das kristalline Produkt unter Stickstoff abfiltriert.
Der feste Rückstand wird mit 5 %iger Natriumbicarbonatlösung gewaschen und im Vakuum
bei 35'C getrocknet. Man erhält auf diese Weise 1,8-Dibrom-2,7-dimethyloctatrien-(2,4,6)
vom Schmelzpunkt 70 bis 71'C.
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Zu einer Lösung von 131 g Triphenylphosphin in 400 ml Benzol fügt
man unter Rühren innerhalb -1 Stunden tropfenweise und bei 40 bis 45'C eine Lösung
von 53 g 1,8-Dibrom-2,7-dimethyloctatrien-(2,4,6) in 400m1Benzol, welche mit 0,1
g Jod versetzt ist. Nach Beginn der Zugabe fangen sich bald Kristalle an auszuscheiden.
Die Reaktionsmischung wird 4 Stunden bei 40 bis 45'C gerührt und anschließend über
Nacht stehengelassen. Am nächsten Tag filtriert man den gebildeten Niederschlag
ab und wäscht ihn mit Benzol und anschließend mit Petroläther und trocknet ihn im
Vakuum bei 50'C. Man erhält so 1,8-Di-(triphenylphosphoniumbromid)-2,7-dimethyloctatrien-(2,4,6),
das nach dem Umkristallisieren aus Methanol-Äthylacetat bei 250'C schmilzt.
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Zu 9,25 g Phenyllithium in 150 ml Äther fügt man innerhalb von 30
Minuten 46 g festes, pulverisiertes 1,8 - Di - (triphenylphosphoniumbromid) - 2,7
- dimethyloctatrien-(2,4,6). Die Reaktionsmischung färbt sich tief purpurrot, und
die Temperatur steigt auf ungefähr 30'C. Zur Vervollständigung der Bromwasserstoffabspaltung
wird die Reaktionsmischung unter Bildung von 1,8-Di-(tri phenylphosphinyliden) -
2,7 - dimethyloctatrien - (2,4,6) 1 Stunde weitergerührt.
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Die so erhaltene Reaktionsmischung wird tropfenweise innerhalb einer
Stunde zu einer Lösung von 24 g 5 - [2,6,6 - Trimethylcyclohexen - (1) -
y 1 ] - 3- methylpentadien-(2,4)-al-(1) in 50 ml Äther gegeben. Während der Zugabe
des Aldehyds beginnt die Reaktionsmischung
zu sieden und nimmt eine
tiefrote Färbung an. Nach beendeter Zugabe wird die warme Reaktionsmischung noch
4 Stunden unter Atmosphärendruck gerührt, anschließend auf -20°C abgekühlt und mit
200 ml Methanol versetzt. Das erhaltene Gemisch wird 4 Stunden bei -40°C gehalten,
anschließend wird der gebildete violettgefärbte Niederschlag abfiltriert, mit Wasser,
Äthanol und schließlich mit Petroläther gewaschen, und im Vakuum getrocknet. Man
erhält auf diese Weise alltrans-ß-Carotin, das bei 174 bis 176°C schmilzt. Nach
dem Umkristallisieren aus Benzol-Methanol schmilzt dieses Produkt bei 182°C. Ausbeute
51 % der Theorie. Beispiel 3 Zu einer Lösung von 8,4 g Phenyllithium in 150
ml Äther fügt man innerhalb von 30 Minuten unter Rühren in gepulverter Form 42,6
g 1,8-Di-(triphenylphosphoniumbromid)-2,7-dimethyloctatrien-(2,4,6). Zwecks Vervollständigung
der Bromwasserstoffabspaltung wird die Reaktionsmischung 1 Stunde weitergerührt,
wobei man 1,8 - Di - (triphenylphosphonyliden) - 2,7 - dimethyloctatrien-(2,4,6)
erhält.
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Zu dem so erhaltenen Reaktionsgemisch fügt man innerhalb einer Stunde
unter Rühren eine Lösung von 28,4 g 9-[2,6,6-Trimethylcyclohexen-(1)-yl]-3,7-dimethylnonatetraen-(2,4,6,8)-a1-(1)
in 100 ml Äther. Dabei kommt die Reaktionsmischung zum Sieden. Nach beendeter Zugabe
wird das Reaktionsgemisch unter Rückflußbedingungen 4 Stunden weitergerührt, anschließend
auf -20° C abgekühlt und mit 200 ml Methanol versetzt. Nach dem Stehen über Nacht
bei -20°C wird die Mischung filtriert, der Filterrückstand mit wenig Methanol und
wenig Petroläther gewaschen und die verbleibenden stark violettgefärbten Kristalle
im Vakuum getrocknet. Nach dem Umkristallisieren aus Methylenchlorid-Methanol schmilzt
das erhaltene 1,26-Di- -,2,6,6-trimethylcyclohexen- (1) -y1] -3,7,11,16,20, 24 -
hexamethylhexacosatridecaen - (1,3,5,7,9,11,13,15,17, 19,21,23,25)[Decapreno-ß-Carotin]
bei 191°C. Ausbeute 38 °/a der Theorie. Beispiel 4 Zu einer Lösung von 16,8 g Phenyllithium
in 300 ml Äther werden innerhalb von 30 Minuten unter Rühren 82 g pulverisiertes
1,8-Di-(triphenylphosphoniumbromid)-2,7-dimethyloctadien-(2,6)-in-(4) gegeben. Nun
wird das Reaktionsgemisch 1 Stunde gerührt und anschließend eine Lösung von 56,8
g 9-(2,6,6-trimethylcyclohexen-(1)-yl]-3,7-dimethylnonatetraen-(2,4,6,8)-a1-(1)
in 200m1 Äther innerhalb einer Stunde zugegeben. Unter Rückflußbedingungen wird
die Mischung 4 Stunden weitergerührt, dann in einem Eisbad abgekühlt und auf einmal
mit 400 ml Methylalkohol versetzt. Die Reaktionsmischung wird 30 Minuten gerührt,
anschließend auf die Hälfte ihres Volumens eingeengt und die eingeengte Lösung 4
Stunden bei -20°C gehalten, worauf der gebildete Niederschlag abfiltriert wird.
Das erhaltene, stark rotgefärbte kristalline 1,26-Di-[2,6,6-trimethylcyclohexen-
(1) -y1] -3,7,11,16,20,24-hexamethylhexacosadodecaen-(1,3,5,7,9,11,15,17,19,21,23,25)-in-(13)
schmilzt nach dem Umkristallisieren aus Methylenchlorid-Methanol bei 189°C und absorbiert
im UV bei 481 und 513 bis 514 m#t (in Petroläther). Ausbeute 42 % der Theorie.