DE1468624B2

DE1468624B2 - Verfahren zur herstellung von beta-cyanketonen

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Publication number: DE1468624B2
Application number: DE19631468624
Authority: DE
Priority date: 1962-03-02
Filing date: 1963-03-01
Publication date: 1973-04-19
Also published as: US3231566A; DE1468624A1; DE1468624C3; CH456587A; GB998980A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von /S-Cyanketonen. Das Verfahren ist allgemein anwendbar auf eine große Zahl von organischen Verbindungen mit einer a,/?-ungesättigten Ketonstruktur an einer beliebigen Position des Moleküls. Im allgemeinen kann die Cyanogruppe in eine große Anzahl anderer funktioneller Gruppen umgewandelt werden, beispielsweise in eine Amino-, Imino-, Formyl-, Methyl-, Carboxyl-, Nitromethyl-, Hydroxymethylgruppe od. dgl. Das Verfahren eignet sich daher unter anderem zur Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes oder zur Kettenverlängerung verschiedener organischer Verbindungen oder zur Einführung einer großen Zahl funktioneller Gruppen.

Die bisher bekannten Hydrocyanierungsverfahren bestehen in vielen Fällen darin, ein a,/?-ungesättigtes Keton mit Cyanwasserstoffsäure in Gegenwart eines basischen Katalysators (beispielsweise Kaliumcarbonat, Natriumcarbonat, Kaliumcyanid, Piperidin usw.) oder mit einem Alkalicyanid (beispielsweise Kaliumcyanid), gegebenenfalls in Gegenwart einer Säure (beispielsweise Essigsäure, Schwefelsäure, Chlorwasserstoffsäure usw.), in einem protischen Lösungsmittel, wie einem Alkohol, Wasser, einem wäßrig-organischen Lösungsmittel usw., umzusetzen. Jedoch läuft nach diesem bekannten Verfahren im Falle sterisch gehinderter ct,/?-ungesättigter Ketone die Reaktion nicht oder nur unter Schwierigkeiten ab und erfordert sehr scharfe Bedingungen. Darüber hinaus treten unter derartig drastischen Bedingungen gelegentlich ungünstige Nebenreaktionen, wie beispielsweise eine Hydrolyse der Cyangruppe, auf.

Gemäß einem älteren Vorschlag werden /?-Cyanketone, ausgehend von α,/5-Enonen der Polyhydronaphthalin-, Polyhydrophenanthren-, Polyhydrochrysen- und Steroid-Reihe, deren Doppelbindung in einer angularen Stellung endet, hergestellt. Die Herstellung derartiger /3-Cyanketone fällt daher nicht in den Rahmen der vorliegenden Erfindung.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von /3-Cyanketonen, das unter Einhaltung milder Bedingungen durchgeführt werden kann, so daß auch relativ instabile Verbindungen eingesetzt werden können, und unter Ausbleiben merklicher Nebenreaktionen abläuft.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von ß-Cyanketonen ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein entsprechendes a,/?-ungesättigtes Keton mit einem komplexen Anion der Formel

[AlRR 'R'R"CN]-

worin R eine niedrige Alkyl- oder eine niedrige Alkoxygruppe darstellt und R' und R" je eine niedrige Alkylgruppe, eine niedrige Alkoxygruppe, ein Halogenatom oder eine Cyanogruppe bedeuten, in einem praktisch wasserfreien Medium umsetzt, wobei α,/9-Enone der Polyhydronaphthalin-, Polyhydrophenanthren-, PoIyhydrochrysen- und Steroid-Reihe, deren Doppelbindung in einer angularen Stellung endet, ausgenommen sind, und das erhaltene Additionsprodukt hydrolysiert.

Das komplexe Anion der vorstehend angegebenen

Formel kann beispielsweise hergestellt werden durch Behandlung einer Alkylaluminiumverbindung der all-

AIRR'R"

worin R, R' und R" die oben angegebenen Bedeutungen besitzen, mit Cyanwasserstoffsäure in einem praktisch wasserfreien Medium. Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher unter Verwendung eines entsprechenden α,/J-ungesättigten Ketons sowie eines Reagens aus Cyanwasserstoffsäure und der vorstehend angegebenen Alkylaluminiumverbindung in einem praktisch wasserfreien Medium durchgeführt werden. Vorzugsweise werden als erfindungsgemäße Alkylaluminiumverbindungen Trimethylaluminium, Triäthylaluminium, Tripropylaluminium und Tnbutylaluminium eingesetzt.

Als Reaktionsmedium kann ein inertes nichtpolares Lösungsmittel verwendet werden, beispielsweise Benzol, Äther, Tetrahydrofuran, Dioxan od. dgl. Das Vorliegen von Wasser hat eine unerwünschte Zersetzung der genannten Cyanierungsmittel zur Folge. Deshalb ist es vorzuziehen, gut getrocknete Lösungsmittel einzusetzen.

Das Verfahren kann bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur (15 bis 30° C) und Rückflußtemperatur, wobei vorzugsweise Raumtemperatur eingehalten wird, während einer Zeitspanne von 0,5 bis etwa 100 Stunden durchgeführt werden. Es ist jedoch nicht nötig, die Temperatur und die Reaktionszeit genau zu kontrollieren.

Da die eingesetzten Cyanierungsmittel im allgemeinen an der Luft brennbar sind, ist der Ersatz der Luft in dem verwendeten Reaktionsgefäß durch ein inertes Gas, wie Stickstoff oder Argon, angebracht. Wird das Cyanierungsmittel jedoch in Form einer Lösung in einem inerten Lösungsmittel, beispielsweise einem der vorstehend angegebenen Lösungsmittel, verwendet, dann ist diese Maßnahme nicht erforderlich.

Durch die erfindungsgemäße Cyanierungsreaktion kann das Additionsprodukt der Fragmente des komplexen Anions an das α,/3-ungesättigte Ausgangsketon oder das Cyanwasserstoffsäure-Addukt des herzustellenden Nitrils erzeugt werden. Jedoch wird das Additionsprodukt in Gegenwart oder Abwesenheit einer Säure oder eines Alkalis erfindungsgemäß im Zuge der Wiedergewinnungsoperation leicht hydrolysiert, um das angestrebte Nitril oder dessen Cyanwasserstoffsäure-Addukt zu erhalten. Das letztere Addukt wird auch leicht mit einer wäßrigen alkalischen Lösung, wie Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd, Natriumcarbonat und Kaliumcarbonat, zum gewünschten Nitril hydrolysiert.

Die erfindungsgemäße Reaktion wird in typischer Weise wie folgt ausgeführt:

In ein praktisch wasserfreies inertes organisches Lösungsmittel werden ein a,/?-ungesättigtes Keton und eine Mischung aus Cyanwasserstoffsäure und einem Aluminiumalkyl eingebracht, worauf die erhaltene Mischung bei Zimmertemperatur (15 bis 30° C) stehengelassen wird. Nach mehreren Stunden wird die Reaktionsmischung mit einer wäßrigen alkalischen Lösung unter Eiskühlung behandelt und mit einem mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmittel geschüttelt. Die organische Phase wird sodann mit Wasser gewaschen, getrocknet und abgedampft. Auf diese Weise erhält man das entsprechende gesättigte Keton mit einer Cyangruppe in der /?-Position zur Carbonylgruppe.

Die dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegende Reaktion läßt sich durch die folgende Reaktionsgleichung wiedergeben

Beispiel 2

Il

-C-C=C-

CN

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

AcO

--CN

AcO

CH₂OAc
C = O

-CN

AcO

Zu einer Lösung 3,32 g 3/9,21-Diacetoxy-5,16-pregnadien-20-on in 5 ml Tetrahydrofuran wird eine Mischung aus 0,032 Mol Cyanwasserstoffsäure, 0,04 Mol Triäthylaluminium und 31 ml Tetrahydrofuran gegeben, worauf die erhaltene Mischung bei Zimmertemperatur während einer Zeitspanne von 7 Stunden stehengelassen wird und dann in eine eisgekühlte 2n-Natriumhydroxydlösung gegossen wird. Anschließend wird mit Chloroform extrahiert. Der Extrakt enthält eine kleine Menge des 20-Hydroxyderivats als Nebenprodukt. Dieser Extrakt wird zur Entfernung des Nebenprodukts acetyliert. Das erhaltene Produkt (5 g) wird aus Dichlormethan/Aceton umkristallisiert, wobei man 2,033 g 3,21-Diacetoxy-20-oxo-5-pregnen-16a-Carbonitril in einer Ausbeute von 71,5% mit einem F. von 197 bis 198°C erhält.

Beispiel 3

CoH₁

AcO

Einer Lösung von 372 mg 3/J-AcCtOXy-S₅16-pregnadien-20-on (vgl. USA.-Patentschrift 2 752 370) in 4 ml Tetrahydrofuran wird eine Lösung von 343 mg Triäthylaluminium in 2 ml Tetrahydrofuran sowie eine Lösung von 54,1 mg Cyanwasserstoffsäure in 0,5 ml Chloroform zugesetzt, worauf die erhaltene Mischung bei Zimmertemperatur (15 bis 30° C) während einer Zeitspanne von 2,5 Stunden stehengelassen wird. Die Reaktionsmischung wird in eine Mischung aus 2 n-Natriumhydroxyd und Eis gegossen und anschließend mit Äther extrahiert. Die Ätherschicht wird mit 2 n-Chlorwasserstoffsäure und anschließend mit Wasser gewaschen und über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und anschließend zur Trockne eingedampft. Dabei erhält man einen Rückstand, der nach einem Umkristallisieren aus Aceton/Äther 262 mg 3/9-Acetoxy-20-oxo-5-pregnen-16a-carbonitril in Form von Kristallen mit einem F. von 190 bis 194° C liefert.

CoH,

NC

Einer Lösung von 1,0 g l-Cholesten-3-on in 7 ml Tetrahydrofuran wird eine Mischung aus 0,0078 Mol Cyanwasserstoffsäure, 0,0104 Mol Triäthylaluminium und 11 ml Tetrahydrofuran gegeben, worauf die Mischung bei Zimmertemperatur während einer Zeit-

spanne von 1,3 Stunden stehengelassen und dann in ein eisgekühltes 2 n-Natriumhydroxyd gegossen und mit Äther extrahiert wird. Der Ätherextrakt wird mit Wasser gewaschen und getrocknet und zur Trockne eingedampft. Dabei erhält man 1,05 g eines kristallinen Rückstandes, der bei der Umkristallisation aus Aceton/Methanol 879 mg 3-Oxocholestan-la-carbonitril in einer Ausbeute von 83,0% mit einem F. von 168 bis 170⁰C ergibt.

Beispiel 4

(CH₃)₂C = CH — C — CH₃
O

> (CH₃)₂C—CH₂-C-CH₃

CN O

Einer Lösung von 3,926 g Mesityloxyd in 4 ml eines wasserfreien Tetrahydrofurans wird eine Lösung unter Stickstoff sowie unter Eiskühlung und Rühren zugesetzt, die zuvor in der Weise hergestellt worden ist, daß 12,5 ml einer Tetrahydrofuranlösung, die 80 mMol Cyanwasserstoffsäure enthält, einer Lösung von 120 mMol Triäthylaluminium in 32 ml eines wasserfreien Tetrahydrofurans zugesetzt worden ist. Die Reaktionsmischung wird bei Zimmertemperatur während einer Zeitspanne von 3,5 Stunden gehalten und dann langsam tropfenweise 200 ml einer Mischung aus 4 n-Chlorwasserstoffsäure und Eis, gesättigt mit Natriumchlorid, zugesetzt, worauf weitere 15 Minuten gerührt wird und anschließend, mit Dichlormethan extrahiert wird. Der Extrakt wird mit einer Natriumchloridlösung gewaschen, über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und anschließend unter Atmosphärendruck und dann unter vermindertem Druck bei Zimmertemperatur zur Trockne eingedampft. Der erhaltene Rückstand (7,06 g) wird in 60 ml Dichlormethan gelöst und kräftig mit 30 ml einer 2 n-Natriumhydroxydlösung während einer Zeitspanne von 15 Minuten gerührt. Die organische Schicht wird abgetrennt, worauf die wäßrige Schicht mit Dichlormethan extrahiert wird. Der Extrakt wird mit der organischen Schicht vereinigt, mit einer Natriumchloridlösung gewaschen und über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und anschließend unter Atmosphärendruck und dann unter vermindertem Druck bei Zimmertemperatur zur Trockne eingedampft. Der erhaltene Rückstand (5,50 g) wird durch Vakuumdestillation gereinigt. Dabei erhält man 4,408 g Mesitonitril (4-Cyano-4-methyl-2-pentanon) in Form eines farblosen öligen Materials (Ausbeute 88,0%) mit einem Kp. von 61°C/1,1 mm Hg. IR: »™^cij 2236, 1729 cm"¹.

Analyse für C₇H₁₁NO:

Berechnet ... C 67,17, H 8,86, N 11,19%;
gefunden .... C 67,43, H 8,89, N 11,02%.

2,4-Dinitrophenylhydrazon: F. 108,5 bis 109,0⁰C (kristallisiert aus Dichlormethan/Methanol). IR:
3327, 2235, 1621, 1598, 1342, 1317Cm"¹.

Beispiel 5
(CH₃)₂C = CH — C-CH₃

O
(CH₃)₂C CH₂ C CH₃

CN

Zu einer Lösung von 3,926 g Mesityloxyd in 4 ml eines wasserfreien Tetrahydrofurans wird eine Lösung unter Stickstoffatmosphäre sowie unter Eiskühlung und Rühren zugesetzt, die in der Weise hergestellt worden ist, daß 12,5 ml einer Tetrahydrofuranlösung, die 80 mMol Cyanwasserstoffsäure enthält, einer Lösung von 120 mMol Diäthylaluminiumchlorid in 30 ml eines wasserfreien Tetrahydrofurans zugesetzt worden ist. Die Reaktionsmischung wird bei Zimmertemperatur unter Rühren während einer Zeitspanne von 3,5 Stunden gehalten und anschließend langsam tropfenweise 200 ml einer Mischung aus 4 n-Chlorwasserstoffsäure und Eis, gesättigt mit Natriumchlorid, unter kräftigem Rühren zugesetzt. Dann wird weitere 15 Minuten gerührt und mit Dichlormethan extrahiert. Der Extrakt wird mit einer Natriumchloridlösung gewaschen, über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und anschließend unter Atmosphärendruck und dann unter vermindertem Druck bei Zimmertemperatür eingedampft. Der erhaltene Rückstand (6,47 g) wird in 60 ml Dichlormethan gelöst und kräftig mit 30 ml einer 2 n-Natriumhydroxydlösung während einer Zeitspanne von 10 Minuten verrührt. Die organische Schicht wird abgetrennt, worauf die wäßrige Schicht mit Dichlormethan extrahiert wird. Der Extrakt wird mit der organischen Schicht vereinigt, mit einer Natriumchloridlösung gewaschen und über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und anschließend unter Atmosphärendruck und dann unter vermindertem Druck bei Zimmertemperatur zur Trockne eingedampft.

Der erhaltene Rückstand (5,77 g) wird durch Vakuumdestillation gereinigt. Dabei erhält man 4,304 g Mesitonitril (4-Cyano-4-methyl-2-pentanon) in Form eines farblosen öligen Materials (Ausbeute 86,0%) mit einem Kp. von 61°C/1,1 mm Hg. IR: * ™^c'■■ 2236, 1729 cm"¹.

Analyse für C₇H₁₁NO:

Berechnet ... C 67,17, H 8,86, N 11,19%;
gefunden C 67,43, H 8,89, N 11,02%.

2,4-Dinitrophenylhydrazon: F. 108,5 bis 109,0°C (kristallisiert aus Dichlormethan/Methanol). IR: v™?¹ 3327, 2235, 1621, 1598, 1342, 1318 cm"¹.

Beispiel 6

Zu einer Lösung von 2,884 g 2-Cyclohexen-l-on in 7 ml eines wasserfreien Äthers wird eine Lösung unter einer Stickstoffatomosphäre unter Eiskühlen sowie unter Rühren zugesetzt, die zuvor in der Weise herge-

i 468 624

stellt worden ist, daß 14 ml einer Tetrahydrofuranlösung, die 90 mMol Cyanwasserstoffsäure enthält, zu einer Lösung von 150 mMol Diäthylaluminiumchlorid in 50 ml eines wasserfreien Äthers zugesetzt worden ist. Die Reaktionsmischung wird bei Zimmertemperatur während einer Zeitspanne von 2,5 Stunden gehalten und anschließend langsam tropfenweise zu 400 ml einer Mischung aus 4 n-Chlorwasserstoffsäure und Eis, gesättigt mit Natriumchlorid, unter kräftigem Rühren gegeben. Dann wird während einer Zeitspanne von weiteren 15 Minuten gerührt, worauf die

organische Schicht abgetrennt wird. Die wäßrige Schicht wird mit Dichlormethan extrahiert, worauf der Extrakt mit einer 2 n-Natriumcarbonatlösung und dann mit Wasser gewaschen und über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet wird. Dann wird zur Trockne eingedampft. Der erhaltene Rückstand wird durch Vakuumdestillation gereinigt. Dabei erhält man 1,468 g 3-Cyano-cyclohexan-l-on mit einem Kp. von 132 bis 136°C/8 mm Hg. 2,4-Dinitrophenylhydrazon: F. 203 bis 206⁰C (kristallisiert aus Dichlormethan/ Methanol). IR: ν™^cl>3316,2232,1620,1595,1339 cm"¹.

309 516/546

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von ß-Cyanketonen, dadurch gekennzeichnet, daß man ein entsprechendes α,/3-ungesättigtes Keton mit einem komplexen Anion der Formel

[AIRR'R'R/'CN]-

worin R eine niedrige Alkyl- oder eine niedrige Alkoxygruppe darstellt und R' und R" je eine niedrige Alkylgruppe, eine niedrige Alkoxygruppe, ein Halogenatom oder eine Cyanogruppe bedeuten, in einem praktisch wasserfreien Medium umsetzt, wobei α,β-Enone der Polyhydronaphthalin-, Polyhydrophenanthren-, Polyhydrochrysen- und Steroid-Reihe, deren Doppelbindung in einer angularen Stellung endet, ausgenommen sind, und das erhaltene Additionsprodukt hydrolysiert.