DE1593570C

DE1593570C -

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Publication number: DE1593570C
Application number: DE19661593570
Authority: DE
Priority date: 1965-02-18
Filing date: 1966-02-16
Publication date: 1973-06-28

Description

OR'OR '

2020th

(HI)(HI)

in der R' einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet und R die angegebene Bedeutung hat mit etwa 3 Mol oder etwas mehr Wasserstoffin Gegenwart von Palladium-, Nickel-. Ruthenium- oder Platinkatalysatoren zweckmäßig in einem organischen Lösungsmittel hydriert.in which R 'denotes an alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms and R has the meaning given has about 3 moles or slightly more hydrogen in the presence of palladium, nickel. Ruthenium or platinum catalysts suitably hydrogenated in an organic solvent.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangsmaterial ein 2-Alkoxyalkylidencyclopent^-en-l^-dion der allgemeinen Formel2. The method according to claim 1, characterized in that the starting material is a 2-alkoxyalkylidenecyclopent ^ -en-l ^ -dione the general formula

OR'OR '

(III)(III)

in der R und R' die angegebene Bedeutung haben, verwendet, das aus Cyclopent-4-en-l,3-dion und einem niederen Alkylester Von o-Säuren der allgemeinen Formelin which R and R 'have the meaning given, used that of cyclopent-4-en-l, 3-dione and a lower alkyl ester of o-acids of the general formula

OR'OR '

R —C—OR' (II)R —C — OR '(II)

OR'OR '

in der R' Alkylreste mit 1 bis 4 C-Atomen sind und R die angegebene Bedeutung hat. unter Erhitzen auf etwa 50 bis 150° C, gegebenenfalls in Gegenwart eines sauren Katalysators, hergestellt worden ist.in which R 'are alkyl radicals having 1 to 4 carbon atoms and R has the meaning given. under heating to about 50 to 150 ° C, optionally in the presence of an acidic catalyst prepared has been.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von 2-Alkyl-cyclopentan-l,3-dionen der allgemeinen FormelThe invention relates to a process for the preparation of 2-alkyl-cyclopentane-1,3-diones general formula

(IV)(IV)

in der R Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 bis 3 C-Atomen bedeutet, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man 2-Alkoxyalkyliden-cyclopent-4-en-l,3-dione der allgemeinen Formelin which R denotes hydrogen or an alkyl radical having 1 to 3 carbon atoms, which is characterized is that 2-alkoxyalkylidene-cyclopent-4-en-l, 3-diones of the general formula

OR'OR '

(III)(III)

in der R' einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet und R die angegebene Bedeutung hat, mit etwa 3 Mol oder etwas mehr Wasserstoff in Gegenwart von Palladium-, Nickel-, Rutheniumoder Platinkatalysatoren, zweckmäßig in einem organischen Lösungsmittel, hydriert.in which R 'denotes an alkyl radical with 1 to 4 carbon atoms and R has the meaning given, with about 3 moles or slightly more hydrogen in the presence of palladium, nickel, ruthenium or Platinum catalysts, suitably in an organic solvent, hydrogenated.

2-Substituierte Cyclopentan-l,3-dione sind wertvolle Produkte. Sie sind beispielsweise wichtig für die Synthese von Steroiden (s. Chemistry and Industry I960, S. 1022 und 1023; Prodeedings of Chemical Society, 1963, S. 139). Bisher wurden sie aus den entsprechenden 1,3,4-Trionen durch eine Reihe von Reaktionen unter Anwendung der sogenannten Wolff-2-Substituted cyclopentane-1,3-diones are valuable products. For example, they are important to the Synthesis of steroids (see Chemistry and Industry 1960, pp. 1022 and 1023; Prodeedings of Chemical Society, 1963, p. 139). So far they have been converted from the corresponding 1,3,4-trions through a series of Reactions using the so-called Wolff-

Kishner-Reduktion oder Clemmensen-Reduktion hergestellt. Kishner reduction or Clemmensen reduction produced.

Bei diesen bekannten Verfahren müssen -jedoch 2-substituierte Cyclopentan-l,3,4-trione als Ausgangsmaterial verwendet werden. Hierdurch ist es schwierig, die bekannten Verfahren zur technischen Herstellung der 2-substituierten Cyclopentan-l,3-dione anzuwenden. Eine der Hauptschwierigkeiten ergibt sich daraus, daß die 1,3,4-Trione leicht wasserlöslich und in hydrophoben Lösungsmitteln schwer löslich sind. Auf Grund dieser Eigenschaften sind ein sehr hoher Zeitaufwand und umständliche Methoden erforderlich, um die 1,3,4-Trione so weit zu reinigen, daß sie als Ausgangsmaterial bei den bekannten Verfahren verwendet werden können. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich aus der umständlichen Durchführung der Synthese der 1,3,4-Trione bei den bekannten Verfahren. Im Falle der Wolff-Kishner-Reduktion muß ein Semicarbazid verwendet werden, das für die technische Herstellung der gewünschten Verbindungen ziemlich teuer ist.In these known processes, however, 2-substituted cyclopentane-1,3,4-trione must be used as the starting material be used. This makes it difficult to use the known processes for technical production of the 2-substituted cyclopentane-l, 3-diones to be used. One of the main difficulties arises from that the 1,3,4-triones are easily soluble in water and sparingly soluble in hydrophobic solvents. on Due to these properties, a very high expenditure of time and cumbersome methods are required in order to purify the 1,3,4-triones to such an extent that they are used as starting material in the known processes can be. Another difficulty arises from the cumbersome implementation of the Synthesis of the 1,3,4-triones in the known processes. In the case of the Wolff-Kishner reduction, must a semicarbazide can be used for the technical production of the desired compounds is quite expensive.

In den französischen Patentschriften 1 370 126 und 1 367 498, der britischen Patentschrift 1 038 346, der belgischen Patentschrift 647 079 und »Bull. Soc. Chim. France, 1965, S. 645 und 646, werden Verfahren zur Herstellung von 2-Alkylcyclopentan-l,3-dionen über eine Ringschlußreaktion in Gegenwart von Alkalimetalloxyden beschrieben. Die Verwendung der Alkalimetalloxyde erschwert die Aufarbeitung der Reaktionsprodukte erheblich. Die Aufarbeitung der Reaktionsprodukte der Erfindung erfolgt einfacher, schneller und billiger. Das Verfahren der Erfindung ist daher insbesondere für die Durchführung im großtechnischen Maßstab geeignet.In French patents 1,370,126 and 1,367,498, British patent 1,038,346, the Belgian patent specification 647 079 and »Bull. Soc. Chim. France, 1965, pp. 645 and 646 are procedures for the preparation of 2-alkylcyclopentane-1,3-diones via a ring closure reaction in the presence of alkali metal oxides described. The use of the alkali metal oxides makes working up the difficult Reaction products considerably. The work-up of the reaction products of the invention is easier, faster and cheaper. The method of the invention is therefore particularly suitable for implementation on an industrial scale Scale suitable.

Es ist überraschend, daß 2-Alkoxyalkyliden-cyclo-It is surprising that 2-alkoxyalkylidene-cyclo-

5555

pent-4-en-l,3-dione derart glatt und in hoher Ausbeute zu den gewünschten 2-AIkylcyclopentan-l,3-dionen in einer Stufe ohne Beeinträchtigung der beiden Oxogruppen in der 1- und 3-Steilung selektiv hydriert werden können, nach dem z. B. aus Catalytic Hydrogenation, 1965, S. 138 und 139, bekannt ist, daß eine katalytische Hydrierung eines Alkyläthers unter normalen Bedingungen nicht stattfindet. Das als Ausgangsmaterial verwendete 2-Alkoxyalkylidencyclopent-4-en-l,3-dion erhält man vorteilhaft dadurch, daß man Cyclopent-4-en-l,3-dion der Formel I mit niederen Alkylestern von Ortho-Säuren der allgemeinen Formel IIPent-4-en-1,3-dione so smooth and in high yield to the desired 2-alkylcyclopentane-1,3-diones in one stage without impairment of the two oxo groups can be selectively hydrogenated in the 1- and 3-position, after the z. B. from catalytic hydrogenation, 1965, pp. 138 and 139, it is known that a catalytic hydrogenation of an alkyl ether under normal conditions does not take place. The 2-alkoxyalkylidenecyclopent-4-ene-1,3-dione used as starting material is advantageously obtained by using cyclopent-4-en-l, 3-dione of the formula I with lower alkyl esters of ortho-acids in general Formula II

OROR

R — C — OR'R - C - OR '

OR'OR '

(II)(II)

in der R Wasserstoff oder Alkyl mit 1 bis 3 C-Atomen und R' Alkyl mit 1 bis 4 C-Atomen (z. B. Methyl,* Äthyl, n-Propyl, Isopropyl oder η-Butyl) bedeutet, umsetzt. Cyclopent-4-en-l,3-dion kann durch die Formelin which R is hydrogen or alkyl with 1 to 3 carbon atoms and R 'alkyl with 1 to 4 carbon atoms (e.g. methyl, * Ethyl, n-propyl, isopropyl or η-butyl) means, converts. Cyclopent-4-en-l, 3-dione can by the formula

(I)(I)

dargestellt und in bekannter Weise beispielsweise nach dem Verfahren hergestellt werden, das in Organic Syntheses, Bd. 41 36 (1962) beschrieben ist.and are prepared in a known manner, for example by the method described in Organic Syntheses, Vol. 41 36 (1962).

Die Umsetzung zwischen Cyclopent-4-en-l,3-dion und niederen Alkylestern von Ortho-Säuren wird mit oder ohne Verwendung eines organischen Lösungsmittels durchgeführt. Beliebige organische Lösungsmittel, z. B. Essigsäureanhydrid, Propionsäureanhydrid, Toluol, Xylol und Benzol, können verwendet werden, solange sie sich nicht nachteilig auf die Reaktion auswirken.The reaction between cyclopent-4-en-l, 3-dione and lower alkyl esters of ortho acids is carried out with or without the use of an organic solvent. Any organic solvent, z. B. acetic anhydride, propionic anhydride, toluene, xylene and benzene can be used as long as they do not adversely affect the response.

Die Reaktion wird durch Erhitzen, gegebenenfalls unter Verwendung eines sauren Katalysators, beschleunigt. Als Katalysatoren eignen sich anorganische Säuren, z. B. Schwefelsäure und Phosphorsäure, Sulfonsäuren, z. B. Methansulfonsäure, Äthansulfonsäure und Toluolsulfonsäure, sowie Lewis-Säuren, z. B. Bortrifiuorid und Zinkchlorid. Die Reaktion wird bei einer Temperatur von etwa 50 bis 150⁰C innerhalb von 10 Stunden durchgeführt.The reaction is accelerated by heating, if necessary using an acidic catalyst. Inorganic acids, e.g. B. sulfuric acid and phosphoric acid, sulfonic acids, e.g. B. methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid and toluenesulfonic acid, and Lewis acids, e.g. B. boron trifluoride and zinc chloride. The reaction is carried out at a temperature of about 50 to 150 ^° C. within 10 hours.

Bei Verwendung von Essigsäureanhydrid oder Propionsäureanhydrid als organische Lösungsmittel wird der entsprechende Ester als eines der Nebenprodukte gebildet. Dieser Ester kann durch Erhitzen aus dem Reaktionsgemisch entfernt werden, wodurch sich das Gleichgewicht verschiebt und die Reaktion beschleunigt wird. Zu dem gleichen Zweck können verwendete organische Lösungsmittel aus dem Reaktionssystem als azeotrope Gemische entfernt werden.When using acetic anhydride or propionic anhydride as an organic solvent, the corresponding ester is used as one of the by-products educated. This ester can be removed from the reaction mixture by heating, whereby the Equilibrium shifts and the reaction is accelerated. Can be used for the same purpose organic solvents can be removed from the reaction system as azeotropic mixtures.

Die erhaltenen 2-Alkoxyalkylidencyclopent-4-en-1,3-dione sind neue Verbindungen, deren Struktur durch die allgemeine FormelThe 2-alkoxyalkylidenecyclopent-4-ene-1,3-diones obtained are new compounds whose structure is given by the general formula

OR'OR '

Die gebildete Verbindung der allgemeinen Formel III braucht nicht aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt zu werden, vielmehr kann das Reaktionsgemisch direkt hydriert werden.The compound of general formula III formed does not need to be separated off from the reaction mixture rather, the reaction mixture can be hydrogenated directly.

Die 2-substituierten Cyclopentan-l,3-dione haben die nachstehende allgemeine FormelThe 2-substituted cyclopentane-1,3-diones have the general formula below

worin R und R' die gleiche Bedeutung wie in der allgemeinen Formel II haben, dargestellt werden kann.wherein R and R 'have the same meaning as in general formula II can be represented.

(IV)(IV)

Hierin hat R die gleiche Bedeutung wie in der allgemeinen Formel II. Als Hydrierungskatalysatoren eignen sich besonders gut Palladium und Raney-Nickel. Die Reaktion wird gewöhnlich in einem Lösungsmittel durchgeführt. Geeignet sind alle gebräuchlichen organischen Lösungsmittel, solange sie die Reaktion nicht hemmen. Beispiele geeigneter Lösungsmittel sind die niederen Alkohole, z. B. Methanol und Äthanol, Ketone, ζ. B. Aceton, Methyläthylketon, Cyclohexanon, Äther, ζ. B. Tetrahydrofuran und Dioxan. Here, R has the same meaning as in general formula II. As hydrogenation catalysts Palladium and Raney nickel are particularly suitable. The reaction is usually in one Solvent carried out. All common organic solvents are suitable as long as they do not inhibit the reaction. Examples of suitable solvents are the lower alcohols, e.g. B. methanol and ethanol, ketones, ζ. B. acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, ether, ζ. B. tetrahydrofuran and dioxane.

Wie bereits erwähnt, ermöglicht die Erfindung die leichte Herstellung von 2-substituierten Cyclopentan-1,3-dionen aus Cyclopent-4-en-l,3-dionen. Das Verfahren ist besonders vorteilhaft im Rahmen der technischen Herstellung von Steroiden.As already mentioned, the invention enables the easy preparation of 2-substituted cyclopentane-1,3-diones from cyclopent-4-en-1,3-dione. The method is particularly advantageous in the context of technical Manufacture of steroids.

Beispiel 1
Ausgangsmaterialexample 1
Source material

Zu einer Lösung von 3 g Cyclopent-4-en-l,3-dion in 7,2 g Essigsäureanhydrid werden 5,4 g Äthyl-orthoformiat und 0,5 g wasserfreies Zinkchlorid gegeben. Das Gemisch wird 6 Stunden bei 70 bis 80⁰C gerührt, während Äthylacetat aus dem Reaktionssystem abgedampft wird. Das Gemisch wird dann zur Entfernung von Zinkchlorid filtriert. Das Filtrat wird eingeengt und gekühlt, wobei Kristalle gebildet werden, die aus Äther umkristallisiert werden, wobei 2-Äthoxymethylidencyclopent-4-en-l,3-dion in Form von gelblichen Nadeln vom Schmelzpunkt 80 bis 81,5° C in einer Ausbeute von 2,5 g erhalten wird.5.4 g of ethyl orthoformate and 0.5 g of anhydrous zinc chloride are added to a solution of 3 g of cyclopent-4-en-l, 3-dione in 7.2 g of acetic anhydride. The mixture is stirred for 6 hours at 70 to 80 ⁰ C, while ethyl acetate is evaporated off from the reaction system. The mixture is then filtered to remove zinc chloride. The filtrate is concentrated and cooled, crystals being formed which are recrystallized from ether, 2-ethoxymethylidenecyclopent-4-ene-1,3-dione in the form of yellowish needles with a melting point of 80 to 81.5 ° C. in a yield of 2.5 g is obtained.

Elementaranalyse für C₈H₈O₃:
Berechnet ... C 63,15, H 5,30;
gefunden .... C 63,77, H 5,21%.Elemental analysis for C ₈ H ₈ O ₃ :
Calculated ... C 63.15, H 5.30;
found .... C 63.77, H 5.21%.

Ultraviolettabsorption: λ ££>^0H 263 πΐμ (_f = 17 000), 221,5 πΐμ (ε = 15 700).Ultraviolet absorption: λ ££> ^0H 263 πΐμ ( _f = 17,000), 221.5 πΐμ (ε = 15,700).

Kernmagnetische Resonanz (in Tetrachlormethan):Nuclear magnetic resonance (in carbon tetrachloride):

τ 8,50 (CH₃-CH₂-)
5,61 (CH₃ — CH₂ —)τ 8.50 (CH ₃ -CH ₂ -)
5.61 (CH ₃ - CH ₂ -)

3,063.06

C = CC = C

2,752.75

C = CC = C

Zu einer Lösung von 0,4 g der so erhaltenen 2-Äthoxymethylidencyclopent-^en-l^-dione in 50 ml Äthylalkohol werden nun erfindungsgemäß 0,3 g 5% ige Palladiumkohle als Katalysator gegeben. Das Gemisch wird im strömenden Wasserstoff geschüttelt. Nachdem 190 ml Wasserstoff (15° C, 1 Atm) vom Gemisch aufgenommen worden sind, wird das Gemisch zur Abtrennung des Katalysators filtriert. Das Filtrat wird eingeengt, wobei 0,28 g Kristalle zurückbleiben, die aus Wasser umkristallisiert werden. Es wird 2-Methylcyclopentan-l,3-dion in Form leicht gelblicher Nadeln vom Schmelzpunkt 205 bis 210⁰C erhalten.According to the invention, 0.3 g of 5% palladium carbon is then added as a catalyst to a solution of 0.4 g of the 2-ethoxymethylidenecyclopent- ^ ene-l ^ -diones obtained in 50 ml of ethyl alcohol. The mixture is shaken in the flowing hydrogen. After 190 ml of hydrogen (15 ° C., 1 atm) have been taken up by the mixture, the mixture is filtered to separate off the catalyst. The filtrate is concentrated, 0.28 g of crystals remaining, which are recrystallized from water. There is 2-methyl cyclopentane-l, 3-dione in the form of slightly yellowish needles melting at 205-210 ⁰ C obtained.

Bei Verwendung von 0,3 g 5%igem Raney-Nickel, 0,1 g Platinoxyd oder 0,1 g Rutheniumoxyd als Katalysator an Stelle von 0,3 g 5%iger Palladiumkohle wird ein ähnliches Ergebnis erhalten.When using 0.3 g of 5% Raney nickel, 0.1 g of platinum oxide or 0.1 g of ruthenium oxide as a catalyst instead of 0.3 g of 5% palladium carbon, a similar result is obtained.

Beispiel 2
AusgangsmaterialExample 2
Source material

2020th

Zu einer Lösung von 2 g Cyclopent-4-en-l,3-dion in 9,5 g Essigsäureanhydrid werden 7,4 g Äthyl-orthopropionat und 0,8 g wasserfreies Zinkchlorid gegeben. Das Gemisch wird 4 Stunden bei 80 bis 90⁰C gerührt, während Äthylacetat aus dem Reaktionsgemisch abgedampft wird. Zur Entfernung des Zinkchlorids wird das Gemisch filtriert. Das Filtrat wird eingeengt, wobei ein schwarzer öliger Rückstand erhalten wird, der unter Verwendung einer mit Kieselsäure gefüllten Säure chromatographiert wird. Die Säule" wird mit Benzol eluiert, wobei 1,5 g 2-Äthoxypropylidencyclopent-4-en-l,3-dion als gelbliche Substanz erhalten wird.7.4 g of ethyl orthopropionate and 0.8 g of anhydrous zinc chloride are added to a solution of 2 g of cyclopent-4-en-l, 3-dione in 9.5 g of acetic anhydride. The mixture is stirred for 4 hours at 80 to 90 ⁰ C, while ethyl acetate is evaporated off from the reaction mixture. The mixture is filtered to remove the zinc chloride. The filtrate is concentrated to give a black oily residue which is chromatographed using a silica filled acid. The column "is eluted with benzene, 1.5 g of 2-ethoxypropylidenecyclopent-4-ene-1,3-dione being obtained as a yellowish substance.

Ultraviolettabsorption:;.mi."^jOH272 m.u.(f = 16 760), 222ΐημ(ε= 13 720).Ultraviolet absorption:;. ^Mi. "JOH 272 mu (f = 16,760), 222ΐημ (ε = 13,720).

Infrarotabsorption: ν ££^affinSI 1720, 1670, 1590cm"¹ 1570 (Peak).
Kernmagnetische Resonanz (In Tetrachlormethan):Infrared absorption: ν ££ affin ^SI 1720, 1670, 1590cm " ¹ 1570 (peak).
Nuclear Magnetic Resonance (In carbon tetrachloride):

τ 8,33 (3 H, t, — C — CH₂ — CH₃)
8,57 (3H, t, — O — CR₃--(
7,60 (2.H_<% '$, — C ^ CHJb
■ 5,6θ1;2Η>ς, — O — CHj, — CH₃)
3,20 (2H, S₅-CH = CH)τ 8.33 (3 H, t, - C - CH ₂ - CH ₃ )
8.57 (3H, t, - O - CR ₃ - (
7.60 (2.H _<% '$, - C ^ CHJb
■ 5,6θ1; 2Η> ς, - O - CHj, - CH ₃ )
3.20 (2H, S ₅ -CH = CH)

Zu einer Lösung von 1 g des so erhaltenen 2-Äthoxypropyliden-cyclopent-^en-l^-dions in 70 ml Äthylalkohol wird nun erfindungsgemäß 0,1 g 5% ige Palladiumkohle als Katalysator gegeben. Das Gemisch wird im strömenden Wasserstoff geschüttelt. Nachdem 390 ml Wasserstoff (20⁰C, 1 Atm) vom Gemisch aufgenommen worden sind, wird das Gemisch zur Entfernung des Katalysators filtriert. Das Filtrat wird eingeengt, wobei Kristalle zurückbleiben, die aus einem Gemisch von Wasser und Äthylalkohol (8:2) umkristallisiert werden, wobei 0,7 g 2-Propylcyclopentan-l,3-dion als farblose plättchenförmige Kristalle erhalten werden.According to the invention, 0.1 g of 5% palladium carbon is then added as a catalyst to a solution of 1 g of the 2-ethoxypropylidene-cyclopent- ^ ene-l ^ -dione obtained in 70 ml of ethyl alcohol. The mixture is shaken in the flowing hydrogen. After 390 ml of hydrogen (20 ^° C., 1 atm) have been taken up by the mixture, the mixture is filtered to remove the catalyst. The filtrate is concentrated, crystals remaining which are recrystallized from a mixture of water and ethyl alcohol (8: 2), 0.7 g of 2-propylcyclopentane-1,3-dione being obtained as colorless platelet-shaped crystals.

Elementaranalyse für C₈H₁₂O₂:
Berechnet ... C 68,54, H 8,63%;
gefunden .... C 68,89, H 8,53%.Elemental analysis for C ₈ H ₁₂ O ₂ :
Calculated ... C 68.54, H 8.63%;
found .... C 68.89, H 8.53%.

Ultraviolettabsorption: /. ⁰^⁰"250,5 πΐμ
(f = 16 240).Ultraviolet absorption: /. ⁰ ^ ⁰ "250.5 πΐμ
(f = 16,240).

Infrarotabsorption: ■· ^f'""' 2700 — 2000CnT¹ (breit), 1550 cm"¹.Infrared absorption: ■ · ^ f '""' 2700 - 2000CnT ¹ (wide), 1550 cm " ¹ .

Bei Verwendung von 0,1 g 5%igem Raney-Nickel, 0,05 g Platinoxyd oder 0,05 g Rutheniumoxyd als Katalysator an Stelle von 0,1 g 5%iger Palladiumkohle wird ein ähnliches Ergebnis erhalten.When using 0.1 g of 5% Raney nickel, 0.05 g of platinum oxide or 0.05 g of ruthenium oxide as A similar result is obtained using catalyst instead of 0.1 g of 5% palladium-on-carbon.

Claims

Patent claims:

1. Process for the preparation of 2-alkyl-cyclopentane-1,3-diones the general formula

IOIO

(IV)

in which R denotes hydrogen or an alkyl radical having 1 to 3 carbon atoms, characterized in that that 2-alkoxyalkylidenecyclopent-4-ene-l, 3-diones the general formula