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Verfahren zur Herstellung von isomeren Cycloundecen-(1)-carbonsäuren-(1)
bzw. ihren Salzen und Estern Die Erfindung betrifft die Herstellung der isomeren
Cycloundecen-(1)-carbonsäuren-(1), von ihren Salzen und Estern.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1005 062 ist die Umsetzung
von 2,8-Dihalogencyclooctanonen mit Alkalialkoholaten bzw. wäßrigen oder alkoholischen
Alkalihydroxyden zur Herstellung von Cyclohepten-(1)-carbonsäure-(1) (oder dei Ester
dieser Säure) bekannt. Wie man am Kalottenmodell zeigen kann, entsteht hierbei ein
cis-Isomeres als die in diesem Fall offensichtlich einzig stabile Form.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1072 988 ist ferner die Umsetzung
eines 2,2,8-Trihalogencyclooctanons mit den obenerwälmten Reagenzien bekannt, wobei
eine 2-Halogencyclohepten-(1)-carbonsäure-(1) erhalten wird, wobei ein Halogenatom
des Ausgangsstoffes gegenüber den alkalischen Reaktionspartnern beständiger ist
als die beiden anderen.
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Es wurde nun gefunden, daß man die Cycloundecen-(1)-carbonsäure-(1)
in ausgezeichneten Ausbeuten erhalten kann, wenn man alkalische Mittel in einem
alkoholischen oder wäßrig-organischen Medium mit Dihalogencyclododecanonen umsetzt
und die Säuren dann aus den so erhaltenen Alkalisalzen in Freiheit setzt.
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Wenn man die erfindungsgemäße alkalische Behandlung auf 2,12-Dihalogencyclododecanone
anwendet, so erhält man eine Cycloundecen-(1)-ca.rbonsäure-(1), eine neue Verbindung
vom F. = 138 bis 139°C. Das erhaltene Produkt besteht aus der trans-Form, was auf
Grund der deutschen Auslegeschrift 1005 062 nicht vorauszusehen war.
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Wenn man die gleiche Behandlung mit 2,2-Dihalogencyclododecanonen
durchführt, so gelangt man zu einer Cycloundecen-(1)-carbonsäure-(1), ebenfalls
einer neuen Verbindung, dem Isomeren der vorstehenden Säure, das bei 116 bis 117°C
schmilzt.
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Dieses Ergebnis war überraschend im Hinblick auf die erwähnten Auslegeschriften,
in denen sich keinerlei Hinweis auf die Angreifbarkeit der beiden Halogenatome desselben
in a-Stellung zur Carbonylgruppe befindlichen Kohlenstoffatoms unter den dort beschriebenen
Reaktionsbedingungen findet.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man als alkalische
Mittel beispielsweise Natrium- oder Kaliumhydroxyd oder -carbonat verwenden. Die
alkalischen Mittel werden in einem aliphatischen Alkohol, wie Methanol oder Äthanol,
oder in einem wäßrig-organischen Gemisch, wie dem Gemisch Wasser-Dioxan, gelöst.
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Man erhält gute Ergebnisse, wenn man in Gegenwart eines Überschusses
des alkalischen Mittels arbeitet und das Dihalogencyclododecanon nach und nach der
Lösung des alkalischen Mittels in einem Alkohol oder einem organisch-wäßrigen Lösungsmittel
zusetzt. Man arbeitet im allgemeinen bei der Siedetemperatur, wobei man das Reaktionsgemisch
einige Stunden unter Rückfluß hält. Es bilden sich Alkalisalze, die durch Ansäuern
direkt die gewünschten Cycloundecen-(1)-carbonsäuren-(1) liefern.
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Gemäß einer anderen Durchführungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann man die Säure vom F. = 116 bis 117'C auch direkt aus 2,12-Dihalogencyclododecanonen
erhalten, indem man diese mit einem Alkalialkoholat, das in einer organischen, nicht
polaren Flüssigkeit suspendiert ist, behandelt und dann mit der erhaltenen Reaktionsmasse
nach Entfernen der nicht polaren Flüssigkeit eine wäßrigalkoholische Lösung eines
alkalischen Mittels umsetzt und schließlich die Säure durch Ansäuern des Gemisches
in Freiheit setzt.
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Die beiden aufeinanderfolgenden alkalischen Behandlungen werden vorzugsweise
bei der Rückflußtemperatur des Reaktionsgemisches durchgeführt.
Als
organische, nicht polare Flüssigkeit kann man einen aliphatischen Kohlenwasserstoff,
wie beispielsweise Heptan, einen cycloaliphatischen Kohlenwasserstoff, wie Cyclohexan,
oder einen aromatischen Kohlenwasserstoff, wie Benzol oder Toluol, verwenden. Als
Alkalialkoholate kann man Natriuimnethylat und äthylat in wasserfreier Form und
als alkalische Mittel Natrium- oder Kaliumhydroxyd verwenden. Die zuletzt .genannten
alkalischen Mittel werden in Form einer wäßrig-organischen Lösung, in der der organische
Teil vorzugsweise ein niederer aliphatischer Alkohol ist, wie Methanol oder Ethanol,
verwendet.
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Die beiden 'isomeren Cycloundecen-(1)-carbonsäuren-(1) können nach
an sich bekannten Verfahren durch Erhitzen mit aliphatischen, alicyclischen oder
aromatischen Alkoholen in die entsprechenden Ester übergeführt werden. Man kann
auch gewisse Ester, insbesondere die Cycloundecen-(1)-carbonsäure-(1)-methyl- oder
-äthylester, direkt aus dihalogenierten Cyclododecanonen erhalten, indem man diese
mit einem wasserfreien Alkalialkoholat, wie Natriummethylat oder -äthylat, zum Sieden
erhitzt.
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Die als Ausgangssubstanzen verwendeten, in 2,12-Stellung dihalogenierten
Cyclododecanone werden hergestellt, indem man nach und nach in eine Lösung des Cyclododecanons
in einem organischen Lösungsmittel, wie Chloroform oder Tetrachlorkohlenstoff, bei
gewöhnlicher Temperatur unter Rühren das Halogen in einer Menge, die höchstens der
theoretischen Menge gleich ist und etwa in ihrer Nähe liegt, beispielsweise 1,5
bis 2 Mol je Mol Keton, einbringt. Das Verfahren ermöglicht somit, beispielsweise
zum 2,12-Dichlorcyclododecanon, einer Festsubstanz vom F. = 119'C, oder zum
2,12-Dibromcyclododecanon, einer Festsubstanz vom F. = 123°C, zu gelangen.
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Erfindungsgemäß können als Ausgangssubstanzen auch die 2,2-Di:halogencyclododecanone
verwendet werden.
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Die 2,2-Dihalogencyclododecanone können durch gleichzeitige Halogenierung
und Decarboxylierung der Natriumsalze von 1-Halogen-2-oxocyclododecancarbonsäuren
erhalten werden. Die entsprechende 1-Halogen-2-oxocyclododecancarbonsäure läßt sich
leicht durch Umsetzung von festem Kohlendioxyd mit dem Natriumderivat des Cyclododecanons,
Abtrennung der gebildeten Ketosäure und anschließende Halogenierung durch direkte
Einwirkung eines Halogens, wie Brom oder Chlor, herstellen. Diese Halogenierung
wird bei gewöhnlicher Temperatur, etwa 20°C, in einem bezüglich des Halogens inerten
Lösungsmittel, wie Benzol, Äther, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, durchgeführt,
wobei man nur die erforderliche theoretische Halogenmenge verwendet.
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Die so erhaltene 1-Halogen-2-oxocyclododecancarbonsäure wird anschließend
in ihr Natriumsalz übergeführt. Dann setzt man die wäßrige Lösung dieses Salzes
mit dem Halogen vorzugsweise bei etwa 60 bis 80°C während einiger Stunden um. Die
Reaktionsmasse wird dann mit einem organischen Lösungsmittel, wie Diäthyläther,
extrahiert, und der nach Verdampfen des Äthers erhaltene Rückstand wird anschließend
umkristallisiert.
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Die beiden isomeren Cycloundecen-(1)-carbonsäuren-(1) sind sehr wirksame
Chloretica, die sich beim Tier sowohl bezüglich des Volumens als auch der Qualität
der' ausgeschiedenen Galle als sehr wirksam erwiesen haben. Ihre Salze, insbesondere
die Natrium-und Kaliumsalze, sowie verschiedene Salze mit organischen Basen besitzen
die gleiche Eigenschaft.
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Außerdem haben gewisse Ester der Cycloundecen-(1)-carbonsäuren-(1)
einen sehr angenehmen Geruch und sind für die Herstellung von Parfums verwendbar.
So weist beispielsweise der Cycloundecen-(1)-carbonsäure-(1)-methylester, der der
Säure vom F. = 138 bis 139°C entspricht, eine waldartige und rosenartige Note auf,
der die Parfumzusammensetzungen dadurch verbessert, daß er ihnen eine wärmere Note
und größere Abrundung verleiht und die Wirkungsdauer des Parfums verlängert. Der
Äthylester der gleichen Säure (Kp.o,3 = 97 bis 98°C; nä5 = 1,4852) zeichnet
sich durch einen Geruch nach Hesperidenschalen aus, der von einer pfefferartigen
Note begleitet ist; dieser Ester kann als Fixiermittel für Kölnisch Wasser verwendet
werden.
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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel 1 In einem
3-1-Kolben, der mit einer zentralen Rührvorrichtung, einem Kühler und einem Zufuhrtrichter
ausgestattet ist, bringt man eine Lösung von 200g Kaliumhydroxyd in 1000 ccm Wasser
und 500 ccm Dioxan zum Sieden. Dann setzt man in einer Stunde eine Lösung von 249
g 2,12-Dibromcyclododecanon in 500 ccm Dioxan zu. Man erhitzt das Gemisch unter
Rühren noch 10 Stunden weiter unter Rückfluß und entfernt dann das Dioxan durch
Destillation. Man setzt 500 ccm Wasser und 500 ccm Diäthyläther zu. Man rührt und
trennt die wäßrige Schicht ab, die man durch Zugabe einer 10°/oigen Salzsäurelösung
auf den pH-Wert 5 ansäuert. Es fallen 11 g eines kristallinen Produkts aus, das
aus Cycloundecen-(1)-carbonsäure-(1) besteht (Ausbeute 77,5 °/p, bezogen auf das
Dibromketon) und das nach Umkristallisieren aus einem Gemisch gleicher Volumteile
Äther und Petroläther (Siedebereich 35 bis 50°C) bei 138 bis 139°C schmilzt.
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Das als Ausgangssubstanz verwendete 2,12-Dibromcyclododecanon wird
in folgender Weise hergestellt: In einen 2-1-Kolben, der wie der vorhergehende ausgestattet
ist, bringt man 182 g (1 Mol) Cyclododecanon und 800 ccm Chloroform ein. Dann läßt
man tropfenweise unter Rühren bei 20 bis 25'C innerhalb von 21/z Stunden 320 g (2
Mol) Brom einfließen und rührt die Mischung noch 1 Stunde. Man bricht das Rühren
ab, verdampft das Chloroform auf einem Wasserbad und erhält so 300 g eines weißen
Produkts in Form feiner Nadeln, das nach Umkristallisieren aus Äthanol 280 g 2,12-Dibromcyclododecanon
liefert (Ausbeute 82,5 °/o, bezogen auf eingesetztes Keton). Die Substanz schmilzt
bei 123'C. Beispiel 2 In einen 1-1-Dreihalskolben, der eine siedende Lösung von
34 g Natriumcarbonat in einem Gemisch von 200 ccm Wasser und 200 ccm Dioxan enthält,
bringt man in 15 Minuten eine Lösung von 17 g 2,12-Dibromcyclododecanon in 50 ccm
Dioxan ein. Nach 32stündigem Erhitzen unter Rückfluß und Aufarbeitung, wie im Beispiel
1 beschrieben, erhält man 8,5 g rohe Cycloundecen-(1)-carbonsäure-(1) (Ausbeute
86 °/o, bezogen auf das Dibromcyclododecanon), die nach Umkristallisieren aus einem
Gemisch gleicher
Volumteile Äther und Petroläther (Siedebereich
35 bis 50°C) bei 138,5°C schmilzt.
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Beispiel 3 In einen 250-ccm-Dreihalskolben, der eine siedende Lösung
von 12 g Kaliumhydroxyd in einem Gemisch von 75 ccm Dioxan und 75 ccm Wasser enthält,
bringt man unter Rühren innerhalb von 30 Minuten eine Lösung von 12,55 g 2,12-Dichlorcyclododecanon
in 30 ccm Dioxan ein. Man hält das Gemisch 6 Stunden unter Rückfluß und arbeitet
es dann, wie im Beispiel 1 beschrieben auf, wobei man 8 g rohe Cycloundecen-(1)-carbonsäure-(1)
erhält (Ausbeute 82 °/o, bezogen auf das Dichlorketon), die nach Umkristallisieren
aus Petroläther bei 138 bis 139°C schmilzt.
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Das als Ausgangssubstanz verwendete 2,12-Dichlorcyclododecanon wird
wie folgt hergestellt: In einen 1-1-Kolben, der wie im Beispiel l beschrieben ausgestattet
ist, bringt man 182 g (1 Mol) Cyclododecanon und 500 ccm Tetrachlorkohlenstoff ein.
Dann leitet man blasenweise innerhalb von 2 Stunden 106 g (etwa 1,5 Mol) Chlor unter
ständigem Rühren bei einer Temperatur von 20 bis 25°C ein. Man rührt das Gemisch
noch 1 Stunde und wäscht das Reaktionsprodukt zweimal mit je 300 ccm Wasser bis
zur Neutralität. Man trocknet es über wasserfreiem Natriumsulfat und verdampft das
Lösungsmittel. Aus dem Rückstand, der kristallisiert und ein Gemisch von Monochlor-
und Dichlorcyclododecanon enthält, trennt man das Dichlorcyclododecanon durch Umkristallisieren
aus Methanol ab. Man erhält so 100 g eines 2,12-Dichlorcyclododecanons vom F. =
119'C.
Beispiel 4 In einem 100-ccm-Dreihalskolben erhitzt man eine Lösung
von 1,2g Kaliumhydroxyd in lOccm Methanol zum Sieden und bringt dann in 5 Minuten
eine Lösung von 2 g 2,2-Dibromcyclododecanon in 10 ccm Methanol ein. Man erhitzt
die Mischung noch etwa 1 Stunde unter Rückfluß, destilliert dann das Methanol unter
Ersatz durch Wasser ab und extrahiert die Reaktionsmasse mit Äther. Aus diesem Ätherextrakt
gewinnt man 1,2 g einer neutralen Fraktion, die aus Cyclododecandion-(1,2) besteht,
einer bereits von Prelog und Speck (Helv. Chim. Acta, Bd. 38, 1955, S. 1781) beschriebenen
Verbindung. Durch Ansäuern der wäßrigen. Fraktion erhält man 0,6 g Cycloundecen-(1)-carbonsäure-(1),
die nach Umkristallisieren aus einem Gemisch gleicher Volumteile Äther und Petroläther
(Siedebereich 35 bis 50°C) bei 117°C schmilzt. Der Mischschmelzpunkt dieser Säure
(F. = 117°C) und ihres gemäß den Beispielen 1 bis 3 erhaltenen Isomeren (F. = 138
bis 139°C) zeigt eine starke Depression.
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Das als Ausgangssubstanz verwendete 2,2-Dibromcyclododecanon wird
wie folgt hergestellt: Man löst 10,5 g 1-Brom-2-oxocyclododecancarbonsäure in 300
ccm Chloroform und neutralisiert dann die Säure durch Zugabe einer gesättigten Natriumbicarbonatlösung
(mit einem Überschuß von 5 °/o). Nach einige Minuten langem Rühren wird das gebildete
unlösliche Natriumsalz abgetrennt und getrocknet. In einen 2-1-Dreihalskolben bringt
man 9,5 g dieses Salzes und 11 Wasser ein, setzt dann unter Rühren 3 g Brom zu und
erhitzt fortschreitend bis zu 60°C. Die Entfärbung beginnt, begleitet von einer
Kohlendioxydentwicklung. Man erhitzt das Gemisch weiter bei 60 bis 80°C und rührt
es noch 2 Stunden. Dann kühlt man es ab, extrahiert es mit Äther, wäscht den Ätherextrakt
mit Wasser, trocknet ihn und dampft das Lösungsmittel ab. Der 7 g wiegende Rückstand
kristallisiert sofort. Nach Umkristallisieren aus einem Gemisch Äther-Petroläther
erhält man 3,5 g 2,2-Dibromcyclododecanon vom F. = 73'C, das einen Gehalt an Brom
von 47,27 °/o (Theorie 47,01) aufweist und durch Hydrolyse in wäßrigalkoholischem
Medium und Einwirkung von. 2,4-Dinitrophenylhydrazinhydrochlorid ein Produkt liefert,
das mit dem von Prelog und Speck (vgl. oben) beschriebenen Bis-(2,4-Dinitrophenylhydrazon)
des Cyclododecandions-(1,2) identisch ist.
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Die 1-Brom-2-oxocyclododecancarbonsäure wird erhalten, indem festes
Kohlendioxyd mit dem Natriumderivat des Cyclododecanons umgesetzt, die gebildete
Ketosäure abgetrennt und dann bei gewöhnlicher Temperatur mit der theoretisch erforderlichen
Menge Brom in Gegenwart von Chloroform bromiert wird. Beispiel 5 Man suspendiert
24g trockenes Natriummethylat in 250 ccm Benzol, erhitzt die Mischung dann unter
Rühren zum Sieden und setzt nach und nach in 30 Minuten 64 g 2,12-Dibromcyclododecanon
zu. Man hält das Gemisch etwa 16 Stunden unter Rückfluß. Dann entfernt man das Benzol
durch Vakuumdestillation und behandelt die zurückgebliebene feste Masse mit einer
Lösung von 16 g Kaliumhydroxyd in 150 ccm Methanol und 100 ccm Wasser. Man
erhitzt das Gemisch bis zum Rückfluß und hält es 6 Stunden unter Rückfluß. Anschließend
entfernt man das Methanol durch Destillation und setzt 100 ccm Wasser zu. Nach Extraktion
einer kleinen neutralen Fraktion (1 g) mit Äther säuert man die wäßrige Fraktion
an und extrahiert diese mit Äther. Nach Trocknen und Verdampfen des Lösungsmittels
erhält man 32 g eines sauren Produktes, das fest wird und durch Umkristallisieren
aus Äther 25 g Cycloundecen-(1)-carbonsäure-(1) vom F. = 117°C liefert. Beispiel
6 In einen 500-ccm-Dreihalskolben, der eine Lösung von 7 g Natrium in 200 ccm wasserfreiem
Äthanol enthält, bringt man nach und nach in 11/2 Stunden 51 g 2,12-Dibromcyclododecanon
ein und erhitzt die Mischung 16 Stunden unter Rückfluß. Anschließend verdampft man
das Äthanol, neutralisiert das Gemisch durch Zugabe verdünnter Salzsäure, setzt
100 ccm Wasser zu und extrahiert mit Äther. Nach Trocknen des ätherischen Extrakts
und Verdampfen des Lösungsmittels erhält man 33,3 g Cycloundecencarbonsäureäthylester
in roher Form (Ausbeute 99,2 °/o), der durch Destillation 29,9 g reinen Ester vom
Kp.o,3 = 97 bis 98°C (Brechungsindex nö5 = 1,4852) liefert.