DE1194423B

DE1194423B - Verfahren zur Herstellung von alpha-(2'-Oxymethyl-3'-methyl-cyclopentyl-1')-propionsaeurelacton (Iridomyrmecin)

Info

Publication number: DE1194423B
Application number: DED29246A
Authority: DE
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1958-06-18
Filing date: 1958-10-29
Publication date: 1965-06-10
Also published as: BE579766A; US3089877A; GB864925A; GB906019A; NL109180C; DE1193512B; CH394700A; DE1180759B; DE1145179B; NL240332A; GB864926A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

C07d

Deutschem.: 12q-24

Nummer: 1194423

Aktenzeichen: D 29246IV b/12 q

Anmeldetag: 29. Oktober 1958

Auslegetag: 10. Juni 1965

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von a-(2'-Oxymethyl-3'-methyl-cyclopentyl-l')-propionsäurelacton (Iridomyrmecin).

Iridomyrmecin ist aus der deutschen Patentschrift 1 007 554 bekannt und wurde hinsichtlich seiner chemischen Struktur durch R. F u s c ο und Mitarbeiter nach den Angaben in La Chimica e l'Industria, Bd. 37, Nr. 4 (April 1955), als ein bicyclisches Lacton charakterisiert. Das natürlich vorkommende Iridomyrmecin konnte bisher lediglich nach dem in der deutschen Patentschrift 1 007 554 beschriebenen Verfahren durch Extraktion aus dem Kampfstoff der Ameise Iridomyrmex humilis Mayer hergestellt werden. Dieses Extraktionsverfahren hat jedoch keine praktische Bedeutung erlangt, da der Kampfstoff in Iridomyrmex humilis nur in sehr geringer Menge enthalten ist und das Einsammeln oder Züchten der Insekten erhebliche Schwierigkeiten bereitet.

Da das Iridomyrmecin stark insektizide Eigenschaften besitzt, bestand Interesse für ein einfaches synthetisches Verfahren zu dessen Herstellung.

Es ist aus Liebigs Annalen der Chemie, Bd. 353 (1907), S. 292, und Bd. 465 (1928), S. 52 bis 72, bekannt, /^/-ungesättigte Cycloalkencarbonsäuren durch Erwärmen mit nicht zu verdünnter Schwefelsäure nach Fittig in die entsprechenden 5gliedrigen y-Lactone zu überführen. Bei dem vorliegenden Verfahren wird in der entsprechenden Reaktionsstufe jedoch durch die gleichzeitige Umsetzung der /9,y-ungesättigten Cycloalkencarbonsäure mit Schwefelsäure und Formaldehyd neben der Ringschließung zum Lacton eine Ringvergrößerung zum 6gliedrigen <5-Lactonring erzielt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das a-(2'-Oxymethyl-3^/-methyl-cyclopentyl-r)-propionsäurelacton (Iridomyrmecin) der Formel

H₃C „
I/ H₂
CHC

/³'\l/^e\

H₂C⁴' ²O iO

Verfahren zur Herstellung von a-(2'-Oxymethyl-S'-methyl-cyclopentyl-lO-propionsäurelacton

(Iridomyrmecin)

Anmelder:

Shell Internationale Research Maatschappij
N. V., Den Haag

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und
DipL-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,
Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

propionsäureäthylester in Gegenwart von metallischem Zink umsetzt, den erhaltenen ct-(3-Methylcyclopentanol-1)-propionsäureäthylester in an sich bekannter Weise durch Abspaltung von Wasser in ein Gemisch von a-(3-Methyl-cyclopenten-(l)-yl)-propionsäureäthylester, a-(4-Methyl-cyclopenten-(l )-yl)-propionsäureäthylester und a-(3-Methyl-cyclopentyliden)-propionsäureäthylester überfuhrt, diese in an sich bekannter Weise zu den entsprechenden Säuren verseift und durch Destillation ein Gemisch der a - (3 - Methyl - cyclopenten - (1) -yl) - propionsäure und der a^4-Methyl-cyclopenten-(l)-yl)-propionsäure abtrennt, das Gemisch der beiden Säuren mit Formaldehyd in Gegenwart von Eisessig und konzentrierter Schwefelsäure zum Sieden erhitzt, das erhaltene Isomerengemisch der ungesättigten bicyclischen o-Lactone der Formeln

H₃C

H₂C⁵-

-C«

l\a
H C

CHC

H₂C C Ö

H₃C "

dadurch hergestellt, daß man 3-Methyl-cycIopentanon-(l) in an sich bekannter Weise mit α-Brom-

H C
H₃C

509 579/414

H2 H2 HCHC

H₃C-C C

H₂C C C =

H C

H₃C ^H

in an sich bekannter Weise katalytisch hydriert und aus dem erhaltenen Isomerengemisch das a-(2'-OxymethyW-methyl-cyclopentyl-1 ')-propionsäurelacton (Iridomyrmecin) in an sich bekannter Weise abtrennt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in der vierten Reaktionsstufe, wie aus dem nachfolgenden Formelschema ersichtlich ist, unter Einlagerung von Formaldehyd und Wasserabspaltung aus dem Gemisch der beiden Doppelbindungsisomeren α-(3- und 4-Methyl-cyclopentenel)-yl)-propionsäuren (IV a und IV b) unter Ringvergrößerung zwei bicyclische ό-Lactone erhalten, deren Doppelbindung zum Unterschied von der bekannten Verfahrensweise im Lactonring in α,/5-Stellung fixiert ist. Es handelt sich hierbei um eine völlig andersartige Reaktion als bei den bekannten Arbeitsweisen und die in dieser Weise nicht voraussehbar war.

Der Reaktionsverlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch das folgende Formelschema veranschaulicht:

Hx/CHs

H₂ZNh₂

H₂I =0

H\/CH₃ X

H₂ H₂

H₂ /OH

— COOC₂H₅

II

CH₃

Verseifen

\

H₂/

H₂L

^H\

H₂/

H*=

/CH₃

||H IVa

-"— CH — COOH

CH₃

/CH₃

Nh₂ IVb

=*— CH — COOH

CH₃

HO—H₂COC = O

CH₃

H₂

C = O

CH₃

Va

-H₂O,

3L Δ Π

H₂TT H₂

H-

H₂

CH₃

Vb

	1	1	ι	94 423	/C = O
TJ	CH₃	γ	H₂
Jr H₂	/\
H₂	Tl

VI

CH₃

H₂

Trennung

durch fraktionierte
Kristallisation

H₂
H₂

H₂

ϊΟ

²C = O

CH₃

H₃C

H-

H₂

H₂ H₂ .H,

H VII

C =

CH₃

35

Das Iridomyrmecin kann auf Grund seiner insektiziden Wirksamkeit für sich allein oder in Kombination mit anderen Wirkstoffen in Schädlingsbekämpfungsmitteln verwendet werden.

Beispiel

Ein Gemisch aus 120 g a-Brompropionsäureäthylesfer, 43 g 3-Methyl-cyclopentanon-(l), 5 g Zinkspänen und 300 ecm Benzol wird unter Rühren auf 80° C erhitzt. Dann werden dem Gemisch innerhalb von 45 Minuten portionsweise weitere 35 g Zink zugegeben, und nach Beendigung der stürmisch verlaufenden Reaktion wird das Ganze noch 3 Stunden am Rückfluß zum Sieden erhitzt. Nach dem Erkalten wird das Reaktionsgemisch bis zur sauren Reaktion unter Rühren mit eiskalter 20%iger Schwefelsäure versetzt, die Benzolschicht abgetrennt und die wäßrige Schicht mehrmals mit Benzol ausgeschüttelt. Die vereinigten Benzollösungen werden über Calciumchlorid getrocknet, das Benzol wird dann im Vakuum abdestilliert und der Rückstand fraktioniert destilliert. Es werden 68 g (84% der Theorie) <z-(3-Methyl-1 -oxy-cyclopentyl- l)-propionsäureäthylester (II) vomKp. 122bis 124°C,30 mm Hg, erhalten.

65 g des oben erhaltenen Esters werden mit 150 ecm absolutem Benzol und 18 g Phosphoroxychlorid 4 Stunden am Rückfluß zum Sieden erhitzt, bis die Chlorwasserstoffentwicklung beendet ist. Dann wird die Reaktionsmischung erkalten gelassen, die benzolische Lösung mehrmals mit Eiswasser imd einmal mit eiskalter Natriumbicarbonatlösung ausgeschüttelt und die Benzollösung über Calciumchlorid getrocknet. Hierauf wird das Benzol abdestilliert und der zurückbleibende Rückstand im Vakuum fraktioniert destilliert. Es werden beim Kp.₈ 97 bis 99°C 54 g (91% der Theorie) eines Gemisches erhalten, das nach dem UV-Spektrum zu 37% aus dem a-(3-Methyl-cyclopentyliden)-propionsäureäthylester (III c) und zu 63% aus dem α - (3 - Methyl - cyclopenten - (1) - yl) - propionsäureäthylester (III a) sowie dem a-(4-Methyl-cyclopenten-(l)-yl)-propionsäureäthylester (HIb) besteht.

51 g des oben erhaltenen Gemisches werden zusammen mit 120 ecm Äthanol und 30 ecm 50%iger Kalilauge 6 Stunden am Rückfluß bis zum Sieden erhitzt. Dann läßt man das Reaktionsgemisch erkalten, gießt es in 1 1 Wasser ein und schüttelt das Gemisch zur Entfernung von Verunreinigungen zweimal mit je 50 ecm Äther aus. Hierauf wird die wäßrige Schicht mit 20%iger Salzsäure angesäuert, mit Äther ausgeschüttelt, die Ätherschicht mit Magnesiumsulfat getrocknet und der Äther anschließend abdestilliert. Der erhaltene Rückstand wird nun über eine 25-cm-Vigreuxkolonne fraktioniert destilliert, wobei beim Kp.o,o₂ 70 bis 71⁰C ein Gemisch, bestehend aus der a-(3-Methyl-cycIopenten-(l)-yl> propionsäure (IVa) und der a-(4-Methyl-cyclopenten-(l)-yl)-propionsäure (IV b), in einer Ausbeute von 26 g (60,5% der Theorie) übergeht, während beim Kp.o,o₂ 75 bis 76°C die a-(3-Methyl-cyclopentyliden)-propionsäure (IV c) in einer Ausbeute von 14 g (32,6% der Theorie) abdestilliert. Beim Anreiben kristallisiert letztere und zeigt einen Schmelzpunkt von 56° C.

23 g des oben erhaltenen Gemisches aus der a-(3-Methyl-cyclopenten-(l)-yl)-propionsäure (IV a) und der a-(4-Methyl-cyclopenten-(l)-yl)-propionsäure (IV b) werden mit 6,5 g Paraformaldehyd, 80 ecm Eisessig und 1,2 ecm konzentrierter Schwefelsäure 6 Stunden bis zum Sieden erhitzt. Dann wird das Reaktionsgemisch erkalten gelassen, mit 5 g Natriumacetat versetzt und das Lösungsmittel abdestilliert. Der erhaltene Rückstand wird in Äther aufgenommen und mit eiskalter wäßriger Sodalösung gewaschen. Die Ätherlösung wird über Magnesium-

sulfat getrocknet, der Äther abdestilliert und der Rückstand im Vakuum fraktioniert destilliert. Es werden 17 g (69% der Theorie) eines Gemisches, bestehend aus dem a-(2'-Oxymethyl-3'-methyl-cyclopentyliden - Γ) - propionsäurelacton (Va) und dem α - (2' - Oxymethyl - 4' - methyl - cyclopentyliden - Γ)-propionsäurelacton (V b), vom Kp.0,02 70⁰C erhalten.

9 g des oben erhaltenen Lactongemisches (V a und V b), 500 ecm Äthanol und 3 g Raney-Nickel werden 5 Stunden bei 100°C unter einem Wasserstoffdruck von 100 at hydriert. Anschließend wird das Raney-Nickel abfiltriert, das Lösungsmittel abdestilliert und der erhaltene Rückstand fraktioniert destilliert, wobei ein Gemisch des a-(2'-Oxymethyl-3' - methyl - cyclopentyl -10- propionsäurelactons (VI) und des a-(2'-Oxymethyl-4'-methyl-cyclopentyl-r)-propionsäurelactons (VII) als farbloses öl vom Kp.o,o3 82°C in einer Ausbeute von 7,5 g (83% der Theorie) erhalten wird.

Durch Impfen des farblosen Öls mit einem Impfkristall des a-(2'-öxymethyl-3'-methyl-cyclopentyl-r)-propionsäurelactons (VI) kristallisiert das Iridomyrmecin aus. Die Ausbeute beträgt 3,5 g. Die Kristalle werden dann viermal aus Petroläther umkristallisiert. Man erhält 3,2 g Iridomyrmecin in Form langer Nadeln vom Fp. 59° C. (Das Mengenverhältnis der Isomeren VI/VII wurde gaschromatographisch [50-μ,-Kapillarsäule, Polyphenyläther] mit 53 : 47 bestimmt.) Die Substanz liegt als Racemat vor und zeigt keine Drehung der Ebene des polarisierten Lichtes.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von a-(2'-Oxymethyl - 3' - methyl - cyclopentyl - Γ) - propionsäurelacton (Iridomyrmecin) der Formel

H₃C ττ I/ H₂
CHC

/³'\l/⁶\

H₂C⁴' ²O iO

40

H₂C^?

IXs/

H C

H₃C ^w

dadurch gekennzeichnet, daß man 3-Methyl-cyclopentanon-(l) in an sich bekannter Weise mit α-Brompropionsäureäthylester in Ge-

genwart von metallischem Zink umsetzt, den erhaltenen α - (3 - Methyl - cyclopentanol -1) - propionsäureäthylester in an sich bekannter Weise durch Abspaltung von Wasser in ein Gemisch von α - (3 - Methyl - cyclopenten - (1) - yl) - propionsäureäthylester, a-(4-MethyI-cyclopenten-( l)-yl)-propionsäureäthylester und a-(3-Methyl-cyclopentyliden) - propionsäureäthylester überführt, diese in an sich bekannter Weise zu den entsprechenden Säuren verseift und durch Destillation ein Gemisch der a-(3-Methyl-cyclopenten-(1) - yl) - propionsäure und der α - (4 - Methylcyclopenten - (1) - yl) - propionsäure abtrennt, das Gemisch der beiden Säuren mit Formaldehyd in Gegenwart von Eisessig und konzentrierter Schwefelsäure zum Sieden erhitzt, das erhaltene Isomerengemisch der ungesättigten bicyclischen (5-Lactone der Formeln

H₃C τ,
I/^H H₂
CHC

H₂C C O

H₂C-

und

-C

H C

H₃C

H₂ H₂
HCHC

H₃C-C
H₂C-

C O
-C C = O

l\/

H C

H₃C ^H

in an sich bekannter Weise katalytisch hydriert und aus dem erhaltenen Isomerengemisch das α - (2' - Oxymethyl - 3' - methyl - cyclopentyl - Y)-propionsäurelacton (Iridomyrmecin) in an sich bekannter Weise abtrennt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Liebigs Annalen der Chemie, Bd. 314 (1901), S. 147 bis 177, und Bd. 465 (1928), S. 52 bis 72.