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Verfahren zur Herstellung der Cycloundecancarbonsäure bzw. ihrer Ester
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der Cycloundecancarbonsäure
bzw. ihrer Ester.
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Es ist bekannt, daß man durch Einwirkung von alkoholischen Lösungen
von Alkalihydroxyden oder Alkalialkoholaten auf gewisse a-halogenierte Cyclanone
Carbonsäuren erhält, deren Ring ein Kohlenstoffatom weniger als der Ausgangsring
enthält, und zugleich in 2-Stellung hydroxyherte oder alkoxylierte cyclische Ketone
und Epoxyde (Faworsky, Bull. Soc. Chim. France, Bd. 36 14], 1924,
S. 1733;
M o u s s e r o ii, Bull. Soc. Chim. France, 1952, S. 767).
Die
besten Ausbeuten an Carbonsäuren wurden bisher mit Alkalialkoholaten erhalten. Man
erhält z. B. die Cyclononancarbonsäure mit einer Ausbeute v2n 62% durch Behandlung
von 2-Bromeyclodecanon mit Natriummethylat in Äther (vgl. Schenker und Prelog, Helv.
Chim. Acta, Bd. 36, 1953, S. 896
bis 900).
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Desgleichefi ist es bekannt, Alkalihydroxyde mit den 2,8-Dihalogencyclooctanonen
(deutsche Auslegeschrift 1005 062) und mit 2,2,8-Trihalogencyclooctanonen
(deutsche Auslegeschrift 1072 988) umzusetzen. Das Verhalten dieser Ketone
bei der Einwirkung der Alkalien ist aber je nach ihrer Struktur verschieden,
und man kann nicht vorhersehen, wie sich halogenierte cyclische Ketone, die von
den oben angeführten durch ihre Ringgröße und die Zahl der Halogenatome verschieden
sind, bei der Einwirkung dieser Alkalien verhalten werden.
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Es wurde nun gefunden, daß man bei der Einwirkung von Alkalialkoholaten
auf 2-Halogencyclododecanone nur sehr wenig Cycloundecancarbonsäure neben viel 2-Alkoxycyclododecanon
erhält, man jedoch bei Verwendung von Alkalihydroxyden in alkoholischem Milieu oder
in einer Mischung von Wasser und einem mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel
für das Keton die Cycloundecanearbonsäure mit Ausbeuten über 800/0 neben geringen
Mengen von 2-Hydroxycyclododecanon bekommt, wenn das Alkalihydroxyd sich in wäßrigem
Milieu befindet, oder von 2-Alkoxycyclododemnon, wenn das Hydroxyd in alkoholischein
Medium vorliegt.
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Als 2-Halogencyclododecanon verwendet man vorzugsweise das 2-Chlorcyclododecanon
oder das 2-Bromcyclododecanon.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man als
Alkalihydroxyd Kaliumhydroxyd oder Natriumhydroxyd in Plättehen benutzen, die man
entweder in einem aliphatischen Alkohol mit mehr als 1 Kohlenstoffatom, wie
Äthanol, Propanol oder deren höheren Homologen, oder in einer Mischung von Wasser
und einem mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel für das 2-Halogencyclododecanon,
wie Dioxan, Tetrahydrofuran oder Methylal, löst.
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Als aliphatischen Alkohol kann man nicht Methanol verwenden, da dieses
mit Alkalihydroxyd ein Alkalimethylat bildet und man dann bei Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens als Hauptprodukt 2-Alkoxycyclododecanone auf Kosten der gewünschten Cycloundecancarbonsäure
erhält.
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Bei der Behandlung des 2-Halogencyclododecanons mit der Base ist es
zweckmäßig, einen Überschuß an Base, z. B. 3 bis 8 Mol pro Mol halogeniertes
Keton, zu verwenden und das halogenierte Keton nach und nach zu dem Überschuß der
Lösung der Base zuzufügen. Man stellt daher im allgemeinen eine Lösung von Natrium-
oder Kaliumhydroxyd in Äthanol (oder einem höheren Homologen) oder in dem obenerwähnten
wäßrig-organischen Milieu her und fügt dazu tropfenweise eine Lösung von 2-Halogencycledodecanon
in Äthanol (oder einem höheren Homologen) oder in demselben organischen Lösungsmittel
wie das verwendete, z. B. Dioxan oder Tetrahydrofaran, in Mischung mit Wasser, um
die Base aufzulösen.
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Man arbeitet unter starkem Rühren in der Kälte oder bei Rückflußtemperatur
der Ausgangsstoffe..
Die Dehydrohalogenierung erfolgt sehr schnell.
Eine Reaktionsdauer von 1 bis 2 Stunden genügt, wenn man in der Siedehitze
arbeitet. Nach Beendigung der Umsetzung trennt man den Alkohol oder das organische
Lösungsmittel durch Destillation ab, und nach Zugabe von Wasser - falls man
in Gegenwart von Alkohol gearbeitet hat - extrahiert man mit Hilfe eines
geeigneten Lösungsmittels, z. B. Äther, die neutrale, aus 2-Hydroxy-(oder 2-Alkoxy)-cyclododecanon
bestehende Fraktion. Durch Ansäuern der wäßrigen Fraktion, Extraktion mit Äther
und Abtrennen dieses Lösungsmittels isoliert man die Cycloundecanearbonsäure, die
man auf diese Weise in ausgezeichneten Ausbeuten erhält.
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Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als Ausgangsstoffe verwendeten
2-Halogencyclododecanone sind neue Verbindungen, die leicht und mit ausgezeichneten
Ausbeuten durch Halogenierung von Cyclododecanon bei 18 bis 22'C, das in
einem organischen Lösungsmittel, wie Benzol, Äther, Chloroform, gelöst ist, erhalten
werden. Durch Einführung von genau der theoretischen Halogenmenge kann man die Halogenierung
auf der Stufe des Monohalogenketons anhalten.
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Die erfindungsgemäß erhaltene Cycloundecancarbonsäure, bei der es
sich um ein neues Produkt handelt, ist eineFlüssigkeitdie bei 118'C/0,06mmHg siedet.
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Sie besitzt als solche eine interessante choleretische Wirkung. Sie kann
nach bekannten Verfahren durch aliphatische oder aromatische Alkohole verestert
werden, wobei Produkte mit höheren Siedepunkten entstehen, die man als Weichmacher
für Vinyl- und Cellulosepolymere verwenden kann. Einige ihrer Ester, besonders der
Methyl- und Äthylester, weisen neben einem charakteristischen Rosenduft einen anhaftenden
Geruch nach Wald und Früchten auf, der sie für die Herstellung von Parfums interessant
macht.
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Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in den folgenden
Beispielen beschrieben. Beispiel 1
In einem 550-ceni-Dreihalskolben, der mit
einer zentralen Rührvorrichtung, einem Kühler und einem Einfüllrohr versehen ist,
läßt man eine Lösung von 14 g Kaliumbydroxyd in 140 ml Äthanol einfließen
und bringt diese zum Sieden. Dann fügt man ini Verlauf einer halben Stunde unter
gutem Rühren eine Lösung von 13,05 g (0,05 Mol) 2-Bromcyclododecanon in
50 ml Äthanol zu. Es bildet sich ein reichlicher Niederschlag an Kaliumbromid.
Man läßt das Gemisch noch 1 Stunde unter Rückfluß kochen und trennt dann
das Äthanol durch Destillation ab. Sodann fügt man Wasser und Äther zu und extrahiert
die neutrale Fraktion mit Äther. Von der so erhaltenen ätherischen Lösung erhält
man dann 1,7 g des neutralen, aus 2-Äth#xycyclododecanon bestehenden Produkts
mit einem Siedepunkt von 83'C/0,03 mm 1-1g, das ein 2,4-Dinitrophenylhydrazon
mit dem Schmelzpunkt 121 bis 121,5'C ergibt. Die von der neutralen Fraktion befreite
wäßrige Fraktion wird angesäuert und dann mit Äthei extrahiert. Die so erhaltene
ätherische Lösung wird über wasserfreiein Natriumsulfat getrocknet und der Äther
abdestilliert. Man erhält so 8,2 g der aus der Cycloundecancarbonsäure bestehenden
sauren Fraktion (Ausbeute 83%). Die Säure siedet bei 11 8'C/0,06 mm Hg. Sie
gibt ein Anilid vom Schmelzpunkt 149'C und ein Amid vom Schmelzpunkt 175
bis
176'C.
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Durch Veresterung dieser Säure mit Methanol oder Äthanol nach bekannten
Verfahren erhält man den Methylester der Cycloundecancarbonsäure, der bei
79 bis 80'C/0, 15 mm Hg siedet, bzw. den Äthylester, der bei 85'C/0,05
mm Hg siedet.
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Zur Veresterung der Cycloundecanearbonsäure mit Methanol wird die
von Clinton und Laskowski in J. Am. Chem. Soe., Bd. 70,1948, S. 3135,
beschriebene
Methode unter Verwendung von Dichlormethan als Lösungsmittel angewendet.
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In einen mit Rückflußkühler und Tropftrichter versehenen Kolben bringt
man 12 ml Dichlormethan, 7,7 g Cycloundecanearbonsäure und 3,73 g
Methanol ein, läßt langsam unter Rühren 2,1 g 98%ige Schwefelsäure zufließen und
erhitzt dann die Mischung 20 Stunden unter Rückfluß. Nun dekantiert man die wäßrige
Schicht ab, die das nicht umgesetzte Methanol und die Schwefelsäure enthält, und
wäscht die organische Schicht nacheinander mit 10 ml 5%iger Natriumbicarbonatlösung
und zweimal mit 10 ml destilliertem Wasser. Dann wird das Produkt über wasserfreiem
Natriumsulfat getrocknet und im Vakuum bei einem Druck von 0,6 mm Hg rektifiziert.
Man erhält so 7,7 g einer bei 95'C (Ausbeute 93,5%) übergebenden Mittelfraktion,
die aus Cycloundecancarbonsäuremethylester besteht. Diese Verbindung ist neu, siedet
bei Atmosphärendruck bei 266'C, hat einen Bfechungsindex n 21 = 1,4720
und besitzt einen angenehmen holz-D ähnlichen Geruch, der sie für Parfümeriezwecke
interessant macht.
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Ersetzt man die äthanolische Kahumhydroxydlösung durch Natriumalkoholat
(1,3 g Natrium, aufgelöst in 80 ml wasserfreiem Methanol), so erhält
man aus 13,05 g 2-Bromcyclododecanon 8,6 g 2-Methoxycyclododecanon
vom Schmelzpunkt 56'C und nur 330 mg Cycloundecanearbonsäure.
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Das als Ausgangsmaterial verwendete 2-Bromcyclododecanon wird folgendermaßen
hergestellt: In einen mit einer zentralen Rührvorrichtung, einem Kühler und einem
Einfüllrohr versehenen 1-1-Dreihalskolben läßt man 72,8 g Cyclododecanon
(d. h. 0,4 Mol) und 500 ml trockenen Diäthyläther zufließen. Man fügt
tropfenweise in einer halben Stunde bei 20 bis 25'C 24 ml Brom (d. h. 0,4
Mol) zu und rührt das Gemisch dann noch 1 Stunde. Die so erhaltene ätherische
Lösung wird dann zweimal mit 200 ml Wasser gewaschen; hierauf trocknet man über
wasserfreiem Natriumsulfat und verdampft den Äther. Das erhaltene Öl wird
bei 40'C in 200 ml Petroläther gelöst. Durch Abkühlen scheiden sich in Form von
Kristallen 86 g (83% Ausbeute) 2-Bromcyclododecanon ab. Es schmilzt bei 53,5'C und
gibt ein 2,4-Dinitrophenylhydrazon vom Schmelzpunkt174'C.
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Beispiel 2 Arbeitet man wie im Beispiel 1, löst jedoch die
14g Kaliumhydroxyd in 60nil Wasser und 60nil Dioxan (an Stelle von 140 ml
Äthanol) und löst man die 13,05 g 2-Brorncyclododecanon in 50 ml Dioxan
(an Stelle von Äthanol), so erhält man 6,8 g der Cycleundecancarbonsäure
(ungefähr 68%) neben 3,2 g 2-Hydroxycycledodecanon, einer Verbindung.
die
schon von Prelog (vgl. Helv. Chirn. Acta, Bd. 30, 1947, S. 1741) beschrieben
wurde.
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Beispiel 3
In einen mit einer seitlichen Rührvorrichtung, einem
Kühler und einem Füllrohr versehenen 500-ml-Dreihalskolben läßt man eine Lösung
von 10 g
Kaliumhydroxyd in 100 ml Äthanol fließen und erhitzt
die Mischung zum Sieden. Dann fügt man in einer halben Stunde unter Rühren eine
Lösung von 10 g 2-Chlorcyclododecanon in 50 ml Äthanol zu. Es bildet
sich ein reichlicher Niederschlag von Kaliumchlorid. Man läßt das Gemisch unter
Rückfluß eine weitere Stunde kochen und trennt dann das Äthanol durch Destillation
ab. Sodann fügt man Wasser und Äther zu und extrahiert die neutrale Fraktion mit
Äther. Aus der so erhaltenen ätherischen Lösung erhält man 1,8 g des aus
2-Äthoxycyclododecanon bestehenden neutralen Produkts, das bei 83'C/0,03 mm Hg siedet.
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Die von der neutralen Fraktion befreite wäßrige Fraktion wird angesäuert
und mit Äther extrahiert. Die so erhaltene ätherische Lösung wird über wasserfreiem
Caleiumsulfat getrocknet und der Äther durch Destillation verdampft.
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Man erhält so 6,8 g der sauren Fraktion (Ausbeute 75%), die
aus Cycloundecancarbonsäure besteht, die identisch mit der im Beispiel
1 erhaltenen Säure ist.
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Ersetzt man die äthanolische Kaliumhydroxydlösung durch Natriumalkoholat
(1,3 g Natrium, gelöst in 80 ml wasserfreiem Methanol), so erhält
man aus 10,8 g 2-Chlorcyclododecanon 8,3 g 2-Methoxycyclododecanon
und nur 200 mg Cyclounderancarbonsäure.
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Das 2-Chlorcyclododecanon, das als Ausgangsmaterial verwendet wird,
wird aus dem Cyclododecanon wie das 2-Bromcyclododecanon in der am Ende des Beispiels
1 angeführten Weise hergestellt. Das 2-Chlorcyclododecanon schmilzt bei 53'C
und gibt ein 2,4-Dinitrophenylhydrazon, das bei 182'C schmilzt.
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Für die Herstellung des Ausgangsmaterials wird Schutz im Rahmen der
vorliegenden Erfindung nicht beansprucht.