DE1951001A1 - Verfahren zur Herstellung von Isochromanen - Google Patents

Description

INTEMATIOIiAL FLAVORS & FRAGRANCES IBfC₀, Hew York, HoX«, / USA

"Verfahren aur Herstellung von Isochromanen"

Die Herstellung von Isochromanen ist allgemein bekannt« In letzter Zeit wurden neue Isochromane mit einem aussergewohnlichen Moschusgeruch aufgefunden. Solche Isochromane, die sich aufgrund ihres Geruchs besonders für Pafümerien eignen, wurden in der US-Patentschrift 3 360 530 beschrieben.

Es gibt eine Reihe von Wegen für die Herstellung von Isochromanen_o Einer der besten Weg« ist die Behandlung eines Friede!-Crafts- · Reagenzes mit einem Alkylenoxyd unter Friedel-Craftß-Bedingungen, um ein Arylalkanol herzustellen* Das Arylalkanol wird dann isoliert und hierauf mit Formaldehyd umgesetzt, um den Alkohol zu eyelialkyliereno Dieses mehrstufige Verfahren läßt viel zu wünschen Uorig_? da die Ausbeute aufgrund der vielen nötigen Verarbeitungsschritte verschiechtert wirdo

Die vorliegende Erfindung schafft ein einfaches, wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von Isochromanen, welches dadurch ausgeführt wird, daß man ein Friedel-Crafts-Reagenz mit einem Alkylenoxyd in Gegenwart von Alumiitiumchlorid umsetzt ₉ wobei ein ArylalkanoX gebildet wlrd_;, nach der Bildung des Aryl-

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alkauoles das Aluminiumchlorid teilweise deaktiviert, und das Arylalkanol mit Formaldehyd in Gegenwart des teilweise deaktivierten Aluminiumchloride cyclialkyliert, wobei das Isochroman gebildet wird. Das vorliegende Verfahren liefert eine grosse Reihe brauchbarer substituierter und unsubstituierter Isochromane, Der Ausdruck "teilweise deaktiviert" bedeutet hier, daß der AIuminiumchloridkomplea: mit dem Arylalkanol derart modifiziert wird, daß er die Alkylierung des Arylalkanols oder des nicht-umgesetzten Friedel-GraftB-Reagenzes nicht mehr fördern kann, aber trotzdem ausreichend aktiv ist, daß eine Cyclialkylierung des Arylalkanols gestattet und gefördert wird,

Das erfindungsgemässe Verfahren läßt sich schematisch wie folgt darstellen:

AlOl.,

Teilweise Deaktivierung \

~^ Q :—' ^ s

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BAD

worin R₁ und R- Wasserstoff, niedriges Alkoxy, niedriges Alkyl oder gemeinsam einen Ring,wie Benzo, Cyclopentano oder Cyclohexano usw., oder einen substituierten Ring, wie Naphtho, Mono- oder Polyalkyrbenzo, Mono- oder Polyalkylcyclopentano, Mono- oder Polyalkylcyclohexano und dergleichen, bedeuten können und Wasserstoff oder niedriges Alkyl bedeutet,,

Der Ausdruck "Priedel-Crafts-Reagenz" bedeutet irgendeine chemische Verbindung, welche zu einsr Mol-für-Mol-Kondensation mit einem Alkylenoxyd fähig ist« Beispiele für solche Reagenzien sind aromatische Kohlenwasserstoffe, wie z.B., Benzol, Toluol, Xylol, Naphthalin und dergleichen, wie auch derartige Kohlenwasserstoffe, die Chlor- oder Bromsub3tituenten onthalten, beispielsweise Mono chi or ob enz öl, Monobromobenzol und dergleichen,, Weiter sollen darunter verstanden werden: aromatische Äther, wie z.Bc Anisol, Phenetoi, Diphenylether und dergleichen; aromatische Aldehyde, wie Z_nBo Benzaldehyd, Toluolaldehyd und dergleichen; und aromatische Ketone, wie z.B. Acetophenon, Benzophenon und dergleichen« Gemische derartiger Reagenzien können ebenfalls verwendet werden.

Die als Ausgangsmaterial verwendeten Friedel-Crafts-Reagenzien können mono-, di- oder noch höher alky!substituiert sein- Die disubstituierton Kohlenwasserstoffe können auch einen zu Benzol kondensierten Ring enthaltene So kann die vorliegende Erfindung auf Benzol, Toluol, Xylol, Äthylbenzol, Triäthylbenzol, Indan, Polyalkylindan, Naphthalin, Tetralin, Polyalkyltetralin xind dergleichen angewendet werden. Die bevorzugten aromatischen KohlenwaeserBtoffausgangsmaterialen für die Herstellung der Moschusgeruchsetoffe sind Tetra- und Pentamethylindane und l'etramethyltetralineo Die Alkylgruppen sind vorzugsweise niedrige Alkylgruppen, und ganz besonders solche mit ι bis 4 Kohlenstoffatomen*

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^m /L cm

Das Alkylenoxyd ist ein solcheB, welches bei einer Reaktion mit dem Arylmaterial ein ß-Aryläthanol liefert_o Am ß-Kohlenstoffatom des Äthanols kann eine Alkylgruppe vorhanden sein_o Das heißt also, daß zur Herstellung des Arylalkanols 1,2~Epoxykohlenwasserstoffe verwendet werden. Die bevorzugten Alkylenoxyde für die Verwendung beim erfinaungsgemässen Verfahren sind Athylenoxyd und Propylenoxyd.

Das als Katalysator für die Reaktion verwendete Aluminiurachlorid sollte vorzugsweise feinzerteilt, wasserfrei und im wesentlichen von metallischen Verunreinigungen, wie Z₀B₀ Eisen(III)~ehlorid fß (doho weniger als ungefähr 1000 ppm) frei sein, um unerwünschte Nebenreaktionen klein zu halten und zufriedenstellende Ausbeuten zu erzielen. Es wird im allgemeinen bevorzugt, die Reaktion mit einer im wesentlichen äq^uimolekularen Menge Aluminiumchlorid und Epoxid auszuführen, obwohl ein Überschuß einer der beiden Reaktionsteilnehmer verwendet werden kann,

Die Alkylenoxydaddltionsreaktion ist stark exotherm, so daß das Alkylenoxyd langsam mit gutem^Rühren und unter beträchtlicher Kühlung zugegeben werden sollte, um die Temperatur aufrechtzuerhalten. Um Nebenreaktionen zu verhindern, ist es erwünscht, die Temperatur unter ungefähr 1 O⁰G zu halten. Die Verwendung P einer zu niedrigen Temperatur hat zur Folge, daß die Reaktion ungewöhnlich langsam verläuft„ Eine zu niedrige Temperatur kann auch deshalb nachteilig sein, da die Ansammlung von nicht-umgesetztem Alkylenoxyd im Reaktionsgemisch eine Polymerisation und einen Ausbeuteverlust ergeben kann_c Es wird deshalb bevorzugt, in einem Bereich von ungefähr -40⁰C bis ungefähr 10⁰C zu arbeiten c

Die Zeit für die Alkylenoxydreaktion wird im allgemeinen durch

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die erzielbare Kühlung und durch die Notwendigkeit, lokale Ober» hitzungen zu vermeiden, bestimmte Im allgemeinen hängt die Geschwindigkeit der Reaktion von der Leichtigkeit ab, mit der die Reaktionswärme abgeführt werden kann, um eine überhitzung und damit eine Verringerung der Ausbeute zu vermeiden. Die Reaktion kann mit einer herkömmlichen Vorrichtung in 2 bis 16 Stunden ausgeführt werden.

Die einzelnen Mengen des Priedel-Crafts-Reagenzes und des Alkylenoxyds.hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie z_QB_o von der Anwesenheit eines Verdünnungsmittelsο Die Mengen können über einen grossen Bereich verändert werden, aber es ist erwünscht, daß die Menge des Friedel-Crafts-Reagenzes zumindest stöchiometrisch ist_o Wenn das bereits beschriebene chlorierte Reaktionsverdünnungsmittel nicht verwendet wird, dann wird es im allgemeinen bevorzugt, einen molaren Überschuß an Friedel-Crafts-Reagenz bis zum zehnfachen ävv Menge des Oxyds zu verwenden, um eine maximale Ausnutzung des Oxyds und eine Aufrechterhaltung einer niedrigen Viskosität sicherzustellen, flenn ein halogeniertes Reaktionsverdmmungomittal verwendet" wird, dann wird es bevorzugt, daß die Menge des Friedel-Crafts-Reagenzes und des Alkylenoxyds im wesentlichen stöehiometriseh sind, um eine maximale Ausnutzung des Friedel-Grafta-Reagenzes sieherzustellen.

Wenn das i'riedel-Graft-Roagenz beⁱi Raumtemperatur fest oder verhältnißiuässig viskose ist, dann wird- die Reaction mit dem Alkylenoxyd vorzugsweise xii einemySiOraaiffi&ciien iiohlenwass erst off verdünnungsmittel ausgeführt, um die Reaktion zu erleichtern und rau gute Ausbeuten zu erzielen_o Geeignete Verdünnungsmittel sind Monoehlorobenzol, Bromoberjzol, o-Dichlorobenzol und dergleichen, die bei dor Reaktionstemperatur flüssig eindo Das bevorzugte Vez'dUnnungfimittel ist Monochlorobenaol, und zwar wegen

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seines verhältnismässig niedrigen Siedepunkts und wegen der Leichtigkeit mit der es nach Beendigung des Verfahrens aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt werden kann_o

Bei dieser Verfahrensvariante wird es bevorzugt, das Alkylenoxyd als lösung in einer weiteren Menge des chlorierten Kohlenwasserstofflösungsmittels zuzugeben, da hierdurch eine Mässigung der Reaktion erreicht und die Bildung von Nebenprodukten verringert werden kann*

Nach der Bildung des Komplexes aus dem Arylalkanol und dem AIu-P miniumchlorid wird das Aluminiumchlorid teilweise deaktiviert, indem ein Stoff zugesetzt wird, der eine freie Hydroxylgruppe aufweist. Solche Materialien 3ind z.B. Wasssr, niedrige Alkohole, insbesondere primär.3 Alkohole, wie Methanolg Äthanol_f Propanol und dergleichen und niedrige Glykole, wie Athylenglykol, Propylenglykol und dergleichen, Wasser und Methanol sind die bevorzugten Mittel zur teilweisen Deaktivierungo

Das Molverhältnis von Deaktivierungsmittel au Aluminiumchlorid kann zwischen ungefähr 1 : 1 ois 2 : 1 liegen» Bei Verhältnissen weit unter 1:1 tritt keine teilweise Deakbivierung.ein_f während bei Verhältnissen von mehr als 2:1 die Reaktionsmaß3e su vis-" kose wird und auch eine teilweise Deaktivierung eintreten kann*.

Das Deaktivierungsmittel wird vor der Cyclialkylierung der Reaktionsmasse bei der gleichen Temperatur sugegeben, mit der die Anfangsreaktion zur Herstellung des Arylalkanols ausgeführt wurde_o Es ist ausseist erwünscht, diese Temperatur beizubehalten/ da der Aluminiumchloridkomplex bei einer höheren Temperatur veranlassen würde, daß das Arylalkanol mit dem restlichen Friedel-Grafts-Reagenz im Reaktionsgemiseh reagiert und die BiI-

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dung von unerwünschten hochsiedenden Produkten zur Folge hat«, Sobald als das Deaktivierungsmittel zugesetzt worden ist, muß die niedrige Temperatur nicht mehr aufrechterhalten werden«

Nach der Deaktivierung des Aluminiumchlorid8 wird das Arylalkanol direkt mit Formaldehyd behandelt, um es zu cyclialkylieren und um das gewünschte Isoehroman herzustellen,, Es ist .kein zusätzlicher Katalysator und kein weiterer Stoff erforderliche Für einen Fachmann ist es klar, daß der Formaldehyd per se dom Reaktionsgemisch zugesetzt werden kann oder daß äquivalente Formaldehydquellen, wie z_eB„ ParaformaMehyd, Trioxymethylen, Methylal oder andere Materialien, die unter den Reaktionäredingungen Formaldehyd liefern, verwendet werden können? Es wird bevorzugt, daß der Formaldehyd iii einer im wesentlichen wasserfreien Form verwendet wirdo

Me Menge des Formaldehyde sollte in bezug auf das in der ersten Stufe gebildete Arylalkanol zumindest stöchiometrisch sein, obwohl ein beträchtlicher Überschuß Fonr_:a.ldehyd ebanfalls verwendet werden kann., Die Verwendung eines zu grossen Formalaehydüberschusses bedeutet jedoch lediglich eine Verschwendung dieses Reagenzes und verkompliziert auch die Gewinnung des fertigen Xeochromans*

Die Cyclialkylierung des Arylalkanols wird bei einer Temperatur ausgeführt, die ausreicht, eine verhältnismässig rasche Reaktion zu gewährleistenα Die Cyelialkyiierungsreaktion beginnt gewöhnlich bei ungefähr 20 bis 30⁰C, wenn Paraformaldehyd verwendet wird, um der Reaktion den Formaldehyd zuzuführen« Die verhältnismässig milde exotherme Reaktion steigert die Temperattir auf

können/

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50 C oder darüber, wenn nicht gekühlt wird. EsFXemperatüren bis zu 1OO C verwendet werden, aber die Ausbeuten werden bei Teinpe-

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ra-nuren wesentlich über 5O⁰C verringert. Es wird demgemäß bevorzugt, diese Stufe des Verfahrens bei Temperaturen von 20 bis 50⁰G auszuführen_o

Die Gyclialkylierung mit Formaldehyd verläuft verhältnismässig rasch und kann in 10 Minuten bis 2 Stunden ausgeführt werden«,

Das vorliegende Verfahren kann bei Drücken oberhalb oder unterhalb atmosphärischem Druck ausgeführt werden,, Die Verwendung anderer Drücke als atmosphärischer Druck ergibt keinerlei Vor- ^ teile und deshalb wird atmosphärischer Druck bevorzugt»

Einer der Vorteile, die durch das erfindungsgemäase Verfahren erzielt werden, besteht darin, daß das Priedel-Crafts-Reagenz, welches nicht bei der Bildung des Arylalkanols verbraucht wird, weitgehend durch die Deaktivierung und Reaktion mit Formaldehyd unbeeinflußt bleibt« Demgemäß kann das nicht-umgesetzte Ausgangsmaterial leicht während der Reinigung des Isochromanproduktes zurückgewonnen werden_o

Hach der Cyelialkylierung des Arylalkanols mit Formaldehyd wird 'das Reaktionsprodukt gewaschen, und des gebildete Isochroman fc wird gewonnen,, Die Reaktionsmasse wird mit V/asser verdünnt und, beispielsweise mit wäßriger Hatriumhydroxydlösung, neutralisierte Die üblichen Viaschungen mit wäßrigem Natriumchlorid und Wasser sind bei der Gewinnung des gebildeten Isochromana von Nutzen,, Das gewaschene fteaktionsgemisch wird dann durch herkömmliche Verfahren, wie s.B, destillation. Extraktion, präparative Chromatographie und dergleichen, behandelt, um das hochreine Isochroman herzustellen. Die fraktionierte Destillation ist ein bevorzugtes Verfahren zur Gewinnung des Isochromans„

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Die Erfindung wird durch, die folgenden Beispiele näher erläutert

Beispiel 1

Herst el lung von 6-Qxa-1,1,2,3,3? 8-hes:amethyl-2,3,5,6,7,8-hexahydro~1 H-

Ein 5 1 fassender Reaktionskolben, der mit einem Rührer, einem Rückflußkühler, einem Tropf trichter und einem Tauchzugaberohr ausgerüstet ist, wird in ein Troekeneis/Isopropanol-Bad eingetaucht und mit 665 g Aluminiumchlorid, 487,5 g Monochlorbenzol und 940 g 1,1,2,3,3-Pentamethyl-indan beschickt_o Wenn der Inhalt auf -20⁰C abgekühlt ist, wird keine exotherme Reaktion beobachtete Weitere 487,5 g Monoehlorobenzol werden mit 290 g Propylenoxyd gemischt, und die Hälfte dieses Gemische wird während 40 Minuten durch das Zugaberohr in den Kolben eingebrachte Es tritt eine starke exotherme Reaktion auf_a Die Zugabe wird in der Weise ausgeführt, daß die Temperatur des Kolbeninhalts ungefähr -19°C beträgt. Das verbleibende Gemisch aus Monoehlorobenzol und Propylenoxyd wird dann während der nächsten 45 Minuten zugegeben^ währenddessen die Temperatur auf -18 bis -20⁰G gehalten wird« Nach Beendigung der Zugabe wird der Inhalt des Kolbens weitere 15 Minuten gerührt, worauf eine Probe von 5 ml abgezogen wirdo

Dann werden 135 g Wasser langsam während einer halben Stunde zugegeben, und die Temperatur des Kolbeninhalts wird auf 1 bis 2 C steigen gelassen, so daß sieh kein Eis bildet <, Nach Beendigung der Wasseräuge':be werden 1 26 g Paraf omialdehyd zugegeben, und das Rühren wird. 5 Stunden fortgesetzt, währenddessen die Temperatur auf 0 bis 5°C gehalten wird«

Die Reaktionsmasse wird dann über ein Gemisch aus 1 kg Eis und 1 kg Wasser gegossen, wobei die Temperatur auf 32⁰C steigt_o Das

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Gemisch wird 10 Minuten gerührt, und die untere Schicht wird von der Masse abgelassen* 500 g 50 $iges wäßriges Natriumhydroxyd und 1240 g Wasser werden zur verbleibenden oberen Schicht zugegeben, und diese wird über Nacht stehen gelassen,

Hierauf v/erden zusätzlich 700 g Wasser zugegeben, worauf dann 500 g konzentrierte Salzsäure zugesetzt werden,um das Gemisch anzusäuerno Es wird ein weiteres kg Wasser hinzugefügt, und die wäßrige Phase wird von der oberen organischen Phase abgetrennte Das organische Material wird dann zweimal mit 1 kg 10 tigern wäßrigem Natriumchlorid gewaschen, wobei 975 g eines organischen Materials erhalten werden. Das Monochlorbenzol und das restliche Wasser werden unter Vakuum abgezogen, und das organische Material wird destilliert, um 881 g Produkt herzustellen. Das Produkt wird mit 580 g einer 50 5&igen wäßrigen Natriumhydroxydlösung, die mit Wasser auf / virdünnt ist, dann zweimal mit 1 kg Wasser und einmal mit 1 kg heisssm Wasser (55°C) gewaschen* Die restlichen 880 g organisches Material werden in einen 2 1 fassenden Destillationskolben gegossen und bei 33 bis 139°C und bei 0,9 mm Hg destilliert, wobei 812 g Produkt erhalten werden_o

Bezogen auf die Menge des verwendeten Pentame thy lindan -Ausgangsmaterial beträgt die Gesamtausbeute an der Verbindung 65,5 f°o

Beispiel 2

Ein 5 1 fassender Reaktionskolben, der wie in Beispiel 1 ausgerüstet ist, wird mit 532,5 g 85 tigern Pentamethylindan und 71,4 g wasserfreiem Aluminiumchlorid beschickto Das (Jemisch wird auf -15⁰C abgekühlt, und 29,1 g Propylenoxyd in 185,2 g 85 tigern · Pentametiiylindan werden langsam unter der Oberfläche der Flüssig·»- keit in den Kolben eingebrachte Die Temperatur wird zwischen

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-10 und -15⁰C gehalten, und das Reaktionsgemiseh wird ungefähr 1 Stunde unter Rühren auf dieser Temperatur gehaltene

Dann werden 25,5 g Methanol langsam während einer halben Stunde zugesetzt. Das Methanol deaktiviert teilweise das Aluminiumchlorid im Arylalkanol/Aluminiumchlorid-Komplexo Dann werden 7 g Paraformaldehyd langsam unter fortlaufenden Rühren augesetzt, währenddessen die Temperatur auf 35 G steigt« Das Rühren wird 1 weitere Stunde nach Zugabe des Paraformaldehyds fortgesetzte

Die Reaktionamasse wird dann in Eiswasser abgeschreckt, mit Natriumhydroxyd behandelt, verestert und wie in Beispiel 1 gewaschen. Die auf diese Weise erhaltene organische Schicht wird destilliert, wobei 660 g nicht-umgesetztes Pentamethylindan entfernt werden,, Dieses Pentamethylindan kann als Ausgangamaterial für die Herstellung von weiterem Arylalksnol und Isochroman verwendet werden. Es werden ungefähr 41 g des Benz/f7indens erhalten. Dies bedeutet eine Ausbeute von ungefähr 60 $», bezogen auf den Pentamethylindanverbraueh:,

Patentansprüche:

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   1„ Verfahren zur Herstellung von Isoehromanen, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Friedel~Crafts-Reagenz mit einem niedrigen Alkylenoxyd in Gegenwart von Aluminiumchlorid umsetzt, um einen Arylalkanol/Aluminiumehlorid-Komplex herzustellen, daß man hierauf das Aluminiumchlorid mit einem freie Hydroxylgruppen enthaltenden Stoff teilweise deaktiviert, und daß man schließlich Formaldehyd zusetzt, um das Arylalkanol in ein Isochroman zu cyclialkyliereno

   2ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet„ daß die teilweise Deaktivierung mit Wasser_f einem niedrigen Alkanol oder einem niedrigen Alkylenglykol ausgeführt wirdo

   3o Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die teilweise Deaktivierung mit Wasser ausgeführt wird_o

   4c. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkylehoxyd Äthylenoxyd oder Propylenoxyd verwendet wird α

   5 ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1 ">is 4,- dadurch gekennzeichnet, daß als Friedel-Grsü ta-Iteagena ein aromatischer Kohlenwasserstoff verwendet

   6, Verfahren nach Äaspruch 5« dadurch ge]-:>ännzeichnst_f daß als Kohlenwasserstoff ein Indar·. ad.^:; niedrige:-· Alkylsuhstituenten verwende·« K.ir<I_c

   T. Verfahren nach Anspruch 6. daß Kroki /ii3.":on:-i£o:ichnet_r 4aß als Zohlenwaseerstcff 1 ,1 ,2,3,3-PentamsOhyl .n&m: rer\iendet wird-,

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   8o Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion in einem halogen!erten aromati-

   ι -

   sehen Kohlenv/asserstoffverdünnungBiaittel ausgeführt wirdo

   9o Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit dem Alkylenoxyd bei einer Temperatur von ungefjihr -40°0 bis ungefähr 10⁰C ausgeführt wird.

   1Oo Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Cyclialkylierung bei einer Temperatur von ungefähr 20 bis ungefähr 50⁰G ausgeführt wirdo

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