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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 5,6-, 5,7-,
6,8- und 7,8-substituierten 3,4-Dihydrocumarinen der allgemeinen Formel
in der R einen Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder einen Cycloalkylrest
mit 5 bis 7 Kohlenstoffatomen bedeutet oder die in der 5,6- oder 7,8-Stellung stehenden
Reste R einen bis zu 8 Kohlenstoffatome enthaltenden Tetramethylenring darstellen,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß man 3,4-Dihydrocumarin mit wenigstens 2 Mol
eines Monoolefins mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen oder einem einwertigen aliphatischen
Alkohol mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder einem cycloaliphatischen Alkohol mit
5 bis 7 Kohlenstoffatomen oder einem zweiwertigen aliphatischen 1,4- oder 2,5-Diol
mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen in Gegenwart von Schwefelsäure, Phosphorsäure oder
Polyphosphorsäure mit nicht mehr als 5 Gewichtsprozent Wasser bei einer Temperatur
von 0 bis 80°C umsetzt.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen besitzen überraschenderweise
Dufteigenschaften mit Moschusgeruch oder einem ähnlichen Duft. Daher eignen sie
sich als Duftersatzstoffe für natürlichen Moschus. Sie besitzen somit eine erhebliche
Bedeutung, da der noch heute in der Parfüm- und Seifenindustrie als Duftstoff verwendete
natürliche Moschus einen verhältnismäßig hohen Gestehungspreis hat und nur schwierig
in großen Mengen erhältlich ist.
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Dagegen werden die Verbindungen der oben angegebenen allgemeinen Formel
in einfacher Weise erhalten.
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Einen kräftigen, lang anhaltenden Astratone-Moschusgeruch besitzt
insbesondere das nach dem Beispiel 2 hergestellte Gemisch von 5,7- und 6,8-Diisopropyl-3,4-dihydrocumarin.
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Als Alkylierungsmittel eignen sich beispielsweise Äthylen, Propylen,
entsprechende Butene, Pentene sowie Methanol, Äthanol, n-Propanol, Isopropanol,
n-Butanol, tertiäres Butanol, n-Amylalkohol, Isoamylalkohol, n-Hexylalkohol, Methyläthylcarbinol,
Methylpropylcarbinol, Methylisopropylcarbinol, Methylbutylcarbinol, Methylisobutylcarbinol,
Cyclopentanol, Cyclohexanol, Butan-1,4-diol, Pentan-1, 4-diol, entsprechende 4-Alkylpentan-1,4-diole,
Hexan-2,5-diol und entsprechende 2-Alkylhexan-2,5-diole oder 2,5-Dimethylhexan-2,5-diol.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann ansatzweise oder kontinuierlich
durchgeführt werden. Beim Arbeiten mit Einzelansätzen wird zweckmäßigerweise die
als Katalysator verwendete Schwefelsäure, Phosphorsäure oder Polyphosphorsäure in
dem Reaktionsgefäß zunächst auf die erforderliche Reaktionstemperatur erhitzt, worauf
dann eine Lösung aus 3,4-Dihydrocumarin und dem Alkylierungsmittel mit einer solchen
Geschwindigkeit zugegeben wird, daß die Temperatur des Reaktionsgemisches auf der
vorbestimmten Höhe in den angegebenen Grenzen bleibt.
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Nach vollständiger Zugabe der Lösung wird das Reaktionsgemisch unter
Aufrechterhaltung der Reaktionstemperatur weitergerührt, worauf man auf Raumtemperatur
abkühlen läßt und in üblicher Weise, zum
Beispiel durch fraktionierte Destillation
oder Kristallisation, aufarbeitet.
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Bei kontinuierlicher Arbeit wird das 3,4-Dihydrocumarin und das Alkylierungsmittel
kontinuierlich über den entsprechenden Katalysator geleitet, wobei die Zugabegeschwindigkeit
so gesteuert wird, daß die Temperatur im Reaktionsgefäß auf der erforderlichen Höhe
gehalten wird. Vorzugsweise wird bei Luftdruck gearbeitet, obwohl Überdruck, zum
Beispiel durch Einleiten eines Inertgases, wie Stickstoff, angewendet werden kann,
um einen wesentlichen Teil der Reaktionspartner in flüssiger Phase zu halten.
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Die quantitative und qualitative Zusammensetzung der Produktgemische
wurde durch Gas-Flüssigkeitschromatographie bestimmt.
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Die folgenden Beispiele erläutern das erfindungsgemäße Verfahren.
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Beispiel 1 750 g Polyphosphorsäure wurden in einen Alkylierungskolben
gegeben, der mit Heiz- und Rühreinrichtungen ausgerüstet war. Die Säure wurde unter
Rühren auf eine Temperatur von 75"C erwärmt und dann mit einer Lösung aus 55,5 g
(0,75 Mol) tertiärem Butylalkohol und 37 g (0,25 Mol) 3,4-Dihydrocumarin tropfenweise
unter ständigem Rühren mit solcher Geschwindigkeit versetzt, daß die Innentemperatur
der Reaktionsmischung 80"C nicht überschritt. Hierbei schlug die Farbe von farblos
in Gelb und dann in Orange um. Nach beendeter Zugabe der Lösung (ungefähr 1 Stunde)
wurde die Mischung weitergerührt und eine weitere Stunde auf einer Temperatur von
80"C gehalten. Dann ließ man die Reaktionsmischung unter weiterem Rühren auf Zimmertemperatur
abkühlen und hielt sie etwa 16 Stunden bei dieser Terriperatur. Anschließend wurde
die viskose, orangebraune Lösung in 1 Liter einer Mischung aus Eis und Wasser gegossen
und dann das Ganze ungefähr 0,25 Stunden gerührt. Der organische Anteil wurde hierauf
vom Wasser abgetrennt, mit Äther extrahiert, dieser mit einer 100/,eigen Natriumcarbonatlösung
gewaschen und der Ätherextrakt mittels Magnesiumsulfat getrocknet. Dann wurde der
Extrakt filtriert und der Äther im Vakuum auf einem Rotationsverdampfer entfernt.
Der verbleibende Rückstand wurde durch eine Spinnbandkolonne von 41,9 cm unter vermindertem
Druck fraktioniert destilliert. Hierbei wurden folgende Fraktionen erhalten: Beim
Kp. 80 bis 87 C 13, 4 g nicht umgesetztes Ausgangsmaterial, ferner eine Zwischenfraktion
vom Kp. 88 bis 127"C und beim Kp. 128 bis 134cm 27,3 g einer Fraktion, die als Hauptbestandteil
6,8-Di-tertiär-butyl-3,4-dihydrocumarin und eine geringe Menge an 8-tertiär-Butyl-3,4-dihydrocumarin
enthielt, mit einem Brechungsindex von 112o0 1,5284 bis 1,5341. Die Infrarotanalyse
ergab eine charakteristische unkonjugierte Lactoncarbonylbande bei 5,63 bis 5,73
ia und tertiär-Butylbanden bei 7,31 und 7,48 . Das Molekulargewicht wurde durch
Estertitration mit 276 ermittelt.
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Die Duftstofffraktion vom Kr. 2 128 bis 134° C besaß intensiven und
anhaltenden Moschusgeruch.
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Beispiel 2 750 g Polyphosphorsäure wurden in einen mit Heiz- und
Rühreinrichtungen ausgerüsteten Alkylierungskolben gegeben und unter ständigem Rühren
auf 75"C erwärmt. Dann wurde langsam tropfenweise unter ständigem Rühren eine Lösung
aus 45 g (0,75
Mol) Isopropylalkohol und 37 g (0,25 Mol) 3,4-Dihydrocumarin
mit solcher Geschwindigkeit zugegeben, daß die Innentemperatur des Gemisches 80"C
nicht überschritt. Hierbei schlug die Farbe von farblos in Gelb um. Nach beendeter
Zugabe der Lösung (etwa 1 Stunde) wurde die Mischung gerührt und eine weitere Stunde
auf einer Temperatur von 80"C gehalten. Dann wurde das Rühren unterbrochen, die
Reaktionsmischung auf Zimmertemperatur abgekühlt und weitere 16 Stunden bei dieser
Temperatur belassen. Anschließend wurde die viskose orangefarbene Lösung in 1 Liter
einer Mischung aus Eis und Wasser gegossen und dann das Ganze etwa 0,25 Stunden
gerührt. Der organische Anteil wurde hierauf von der Wasserschicht abgetrennt, mit
Äther extrahiert, der Ätherextrakt mit einer 100/0eigen Natriumcarbonatlösung gewaschen
und mit Magnesiumsulfat getrocknet. Dann wurde der Extrakt filtriert und der Äther
im Vakuum auf einem Rotationsverdampfer entfernt.
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Der verbleibende Rückstand wurde unter vermindertem Druck durch eine
Spinnbandsäule von 91,4 cm fraktioniert destilliert. Hierbei wurden beim Kr. 2 80
bis 127 C 7,5 g nicht umgesetztes Ausgangsmaterial und beim Kp. 128 bis 141"C 39,
2 g einer Fraktion, bestehend aus 33,0 Gewichtsprozent 6,8-Diisopropyl-3,4-dihydrocumarin,
62,0 Gewichtsprozent 5,7-Diisopropyl-3,4-dihydrocumarin und 5,0 Gewichtsprozent
6-Isopropyl-3,4-dihydrocumarin, mit einem Brechnungindex von 712DO von 1,5269 bis
1,5281 erhalten. Die Infrarotanalyse ergab eine charakteristische unkonjugierte
Lactoncarbonylbande bei 5,63 bis 5,73 p und Isopropylbanden bei 7,23 und 7,33 p.
Die Duftstofffraktion besaß einen starken und beständigen Moschusgeruch.
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Beispiel 3 960 g konzentrierte Schwefelsäure (96- bis 980/,in) wurden
in einen mit Rühreinrichtung ausgerüsteten Alkylierkolben gegeben und mittels eines
Eisbades unter Rühren auf eine Innentemperatur von 1S"C abgekühlt. Dann wurde eine
Lösung aus 180 g (3,0 Mol) Isopropylalkohol und 222 g (1,5 Mol) 3,4-Dihydrocumarin
tropfenweise unter ständigem Rühren mit solcher Geschwindigkeit der Säure zugesetzt,
daß die Innentemperatur des Gemisches 15"C nicht überschritt. Während der Zugabe
schlug die Farbe von farblos in Gelb um. Nach beendeter Zugabe wurde das Eisbad
entfernt und die Reaktionsmischung weitere 9 Stunden gerührt. Dann wurde sie bei
Zimmertemperatur etwa 48 Stunden stehengelassen, worauf die orangerote Lösung langsam
auf eine Mischung aus 1,5 kg Eis und 0,5 kg Wasser gegossen und 0,25 Stunden gerührt
wurde. Der organische Anteil wurde vom Wasser abgetrennt, mit Benzol extrahiert,
der Benzolextrakt mit 100/,Der Natriumcarbonatlösung gewaschen und mit Magnesiumsulfat
getrocknet. Der Extrakt wurde dann filtriert und das Filtrat im Vakuum auf einem
Rotationsverdampfer vom Benzol befreit. Anschließend wurde der erhaltene Rückstand
gemäß Beispiel 1 fraktioniert destilliert. Es wurden beim Kr. 2 147 bis 150"C eine
212-g-Fraktion erhalten, die zu 95,9 Gewichtsprozent aus 6, 8-Diisopropyl-3 ,4-dihydrocumarin
bestand und 4,5 Gewichtsprozent 8-Isopropyl-3,4-dihydrocumarin enthielt. Die Fraktion
hatte einen Brechungsindex n200 von 1,5272 bis 1,5281. Die Infrarotanalyse ergab
eine charakteristische unkonjugierte Lactoncarbonylbande bei 5,63 bis 5, 731l und
Iso-
propylbanden bei 7,23 und 7, 33. Die Duftstofffraktion besaß einen intensiven
und beständigen Moschusgeruch.
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Beispiel 4 480 g konzentrierte Schwefelsäure (96- bis 98010in) wurden
in einen mit Rühreinrichtung ausgerüsteten Alkylierkolben gegeben und mittels eines
Eisbades unter Rühren auf eine Innentemperatur von etwa 15"C abgekühlt. Dann wurde
eine Lösung aus 150 g (1,5 Mol) Cyclohexanol und 111 g (0,75 Mol) 3,4-Dihydrocumarin
langsam unter ständigem Rühren mit solcher Geschwindigkeit zur Säure zugesetzt,
daß die Innentemperatur des Gemisches 150 C nichtüberschritt.
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Während der Zugabe schlug die Farbe von farblos in Orange um, und
das Gemisch wurde viskos. Nach beendeter Zugabe wurde das Eisbad entfernt, und die
Reaktionsmischung wurde weitere 7,5 Stunden bei Zimmertemperatur gerührt. Dann wurde
sie 16 Stunden bei Zimmertemperatur stehengelassen. Hierauf wurde die rötlichbraune
Lösung langsam auf eine Mischung aus 1 kg Eis und 0,5 kg Wasser gegossen.
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Der organische Anteil wurde vom Wasser abgetrennt mit Benzol extrahiert,
der Benzolextrakt mit 1001,iger Natriumcarbonatlösung gewaschen und darauf mit Magnesiumsulfat
getrocknet. Der Extrakt wurde dann filtriert und das Benzol im Vakuum entfernt.
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Dann wurde der Rückstand unter vermindertem Druck fraktioniert destillielt.
Es wurden beim Kr. 2 149 bis 153"C 48,4 g einer Fraktion erhalten, die hauptsächlich
aus 6,8-Dicyclohexyl-3,4-dihydrocumarin bestand und nur einen geringen Gehalt an
5,7-Dicyclohexyl-3,4-dihydrocumarin aufwies. Die Fraktion besaß einen Brechungsindex
!2 von 1,5520 bis 1,5531.
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Infrarotanalyse ergab eine charakteristische unkonjugierte Lactoncarbonylbande
bei 5,62 bis 5,72es.
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Die Duftstofffraktion besaß einen starken und dauerhaften Moschusgeruch.
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Beispiel 5 480 g konzentrierte Schwefelsäure (86- bis 980/,in) wurden
in einen mit Rühreinrichtung ausgerüsteten Alkylierkolben gegeben und mittels eines
Eisbades unter Rühren auf eine Innentemperatur von 150"C abgekühlt. Nun wurde eine
Lösung von 153 g (1,5 Mol) Methylisobutylcarbinol und 111 g (0,75 Mol) 3,4-Dihydrocumarin
tropfenweise unter ständigem Rühren der Säure mit solcher Geschwindigkeit zu der
Säure zugegeben, daß die Innentemperatur des Gemisches 15"C nicht überschritt. Während
der Zugabe schlug die Farbe von farblos in Gelb und schließlich in Orange um. Nach
beendigter Zugabe wurde das Eisbad entfernt und die Reaktionsmischung bei Zimmertemperatur
weitere 6,5 Stunden gerührt. Nunmehr wurde die Mischung 16 Stunden bei Zimmertemperatur
stehengelassen und dann langsam auf eine Mischung aus 1 kg Eis und 0,5 kg Wasser
gegossen. Der organische Anteil wurde vom Wasser abgetrennt, mit Benzol extrahiert,
der Benzolextrakt mit 100/,Der Natriumcarbonatlösung gewaschen und darauf mit Magnesiumsulfat
getrocknet. Der Extrakt wurde filtriert und das Benzol entfernt, worauf die Mischung
unter vermindertem Druck fraktioniert destilliert wurde. Nach Entfernung der niedrigersiedenden
Fraktionen und etwas nicht umgesetzten 3,4-Dihydrocumarins wurden beim Kp. s 145
bis 187"C 75, 2 g einer Fraktion erhalten, die in der Hauptsache aus 6,8-Diisohexyl-3,4-dihydrocumarin
bestand und einen
Brechungsindex n200 von 1,5250 bis 1,5218 besaß.
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Zur Reinigung dieser Fraktion wurde sie mit einer Lösung von 60 g
Kaliumhydroxyd in 500 cm3 Methanol bei 25"C verrührt. Die anfallende Lösung wurde
dann mit Hexan extrahiert und mit konzentrierter Salzsäure angesäuert. Der organische
Anteil wurde mit Benzol extrahiert und getrocknet. Dann wurde der Extrakt unter
vermindertem Druck fraktioniert destilliert.
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Dabei wurden beim Kp. s 170 bis 182"C 59 g einer Fraktion erhalten,
die hauptsächlich aus 6,8-Diisohexyl-3,4-dihydrocumarin bestand und nur wenig 8-Isohexyl-3,4-dihydrocumarin
enthielt. Die Fraktion besaß einen Brechungsindex nD von 1,5328. Infrarotanalyse
ergab eine charakteristische unkonjugierte Lactoncarbonylbande bei 5,63 bis 5,72
tal Die Duftstofffraktion besaß einen starken und dauerhaften Moschusgeruch.
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Beispiel 6 Ein mit Rührwerk versehener Alkylierkolben wurde mittels
Eisbades gekühlt und sodann mit 700 g konzentrierter Schwefelsäure (96- bis 980/,in)
beschickt.
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Die Säure wurde gerührt, auf 15"C gekühlt und auf dieser Temperatur
gehalten. Ein Brei von 146 g (1,0 Mol) 2,5-Dimethylhexan-2,5-diol und 74g (0,5 Mol)
3,4-Dihydrocumarin wurde langsam in Anteilen unter fortgesetztem Rühren mit solcher
Geschwindig keit zugegeben, daß die Innentemperatur des Gemisches 15"C nicht überschritt.
Dabei schlug die Farbe von farblos in Gelb um. Nach beendigter Zugabe des Breies
wurde das Eisbad entfernt, und die Reaktionsmischung wurde weitere 5 Stunden gerührt.
Dann wurde die Mischung etwa 16 Stunden bei Raumtemperatur sethengelassen, worauf
die schwach braune gekühlte Lösung langsam auf eine Mischung aus 1,5 kg Eis und
0,5 kg Wasser gegossen und dann noch etwa 0,25 Stunden gerührt wurde. Der organische
Anteil wurde in Benzol aufgenommen und von der Wasserschicht abgetrennt. Nun wurde
der Benzolextrakt mit Wasser gewaschen, mit Magnesiumsulfat getrocknet, filtriert
und das Filtrat im Vakuum in einem Rotationsverdampfer vom Benzol befreit. Der verblei-
bende
Rückstand wurde dann fraktioniert destilliert.
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Dabei wurden beim Kr. 3 160 bis 185ob 40 g einer Fraktion erhalten,
die in der Hauptsache aus 5,6-und 7,8-(1,1 ,4,4-Tetramethyltetramethylen)-3,4-dihydrocumarin
bestand. Die Fraktion erstarrte bei Abkühlung auf Raumtemperatur und wurde aus Isopropylalkohol
umkristallisiert. Die dabei erhaltenen Kristalle hatten einen Schmelzpunkt von 174,4
bis 172"C. Eine Infrarotanalyse ergab eine charakteristische Lactoncarbonylbande
bei 5,66 ei und Dimethyldoppelbanden bei 7,25 und 7, 36 lì. Die Duftstofffraktion
besaß einen starken, dauerhaften Moschusgeruch.