DE2065551B2

DE2065551B2 - Verfahren zur Herstellung von Lactonen mit 14 bis 17 Ringkohlenstoffatomen

Info

Publication number: DE2065551B2
Application number: DE19702065551
Authority: DE
Inventors: Joseph J. Dr. Genf Becker (Schweiz)
Original assignee: Firmenich SA
Current assignee: Firmenich SA
Priority date: 1969-05-29
Filing date: 1970-05-27
Publication date: 1979-10-25
Also published as: DE2026056B2; DE2065551C3; JPS548677B1; FR2043784A1; DE2065550C2; DE2065551A1; DE2026056A1; NL7007855A; GB1266091A; GB1266092A; NL164857C; NL164857B; DE2065550A1

Description

CH₂- (CH₂).

in welcher R³ und R⁴ ein Wasserstoffatom oder einer ι s dieser Reste einen Methylrest bedeutet und π eine ganze Zahl von 0 bis 3 darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Peroxyd der allgemeinen Formel

R¹ —O—O—R²

(II)

in welcher R¹ ein Wasserstoffatom, einen Alkylrest oder eine Gruppe der allgemeinen Formel

C—O—CH-R^J

(CH₂),,

iO

(CH₂), -C-O — CH — R^J

CH₂- CH — CH,-R⁴

(IVa)

mit einer Doppelbindung in einer der durch die gestrichelten Linien gezeigten Stellungen aufweist und in der R> und R⁽ die oben angegebene Bedeutung haben und r die Zahl 0 oder ! bedeutet, und für den Fall, daß η eine ganze Zahl von I bis 3 darstellt, die allgemeine Formel

(CH₂), --C-O CU -R-'

CH-R⁴

(CH₂L

(IVb)

\yz~ CH - - CH_n aufweist, in der in die Zahl I oder 2 und ρ eine ganze Zahl von 0 bis 2 und R⁴ und R¹ die oben angegebene Bedeutung ha>en, das Lacton der allgemeinen Formel I in an sich bekannter Weise abtrennt oder dieses Lactongemisch bzw, das daraus abgetrennte ungesättigte Lacton IVa bzw. IVb in an sich bekannter Weise katalytisch hydriert

end R² eine Gruppe der allgemeinen Formel III bedeutet, wobei die Reste R¹ und R² identisch sind, y, wenn sie je eine Gruppe der Formel III darstellen, mittels Alkalisulfit, einem Alkalihydrogensulfit oder mit Eisenden als Reduktionsmittel bei einer Temperatur von etwa 20° bis 60⁰C spaltet, anschließend aus dem erhaltenen Gemisch des Lactons der ^'gemeinen Formel I und dem entsprechenden ungesättigten Lacton, das für den Fall, daß η die Zahl 0 darstellt, die allgemeine Formel Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 14 bis 17 Ringkohlenstoffatome enthaltenden Lactonen, die teils bekannte und teils neue Verbindungen sind, weiche interessante Riechstoffeigenschaften besitzen und deshalb in der Parfümindustrie verwendbar sind.

Aus der deutschen Patentschrift 10 25 861 ist bekannt, makrocyclische Lactone durch Polymerisation von Hydroxycarbonsäuren oder deren Ester und nachfolgende Depolymerisierung de:; dabei erhaltenen Verbindungen unter speziellen Reaktionsbedingungen herzustellen. Nachteilig an diesem bekannten Verfahren ist die Notwendigkeit der Verwendung von Ausgangsverbindungen, die nur sehr schwierig und unter niedrigen Ausbeuten synthetisierbar sind und auch keine im Handel erhältliche Produkte darstellen. Die Synthese von makrocyclischen Lactonen insbesondere im technischen Maßstab stellt somit aus den oben genannten Gründen ein bisher noch nicht zufriedenstellend gelöstes Problem dar.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Lactonen mit 14 bis 17 Ringkohlenstoffatomen der allgemeinen Formel

(CH₂J₁₀

in welcher R³ und R⁴ ein Wasserstoffatom oder einer dieser Reste einen Methylrest bedeutet und η eine ganze Zahl von 0 bis 3 darstellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Peroxyd der allgemeinen Formel

R¹ —O—O —R²

(II)

in welcher R¹ ein Wasserstoffatom, einc/i Alkylrest oder eine Gruppe der allgemeinen Formel

C O —CH --R-'

(CH₂),,

CH--R⁴

(Hl)

hl) und R² eine Gruppe der allgemeinen Formel III bedeutet, wobei die Reste R¹ und R² identisch sind, wenn sie je eine Gruppe der Formel IM darstellen, mittels Alkalisulfit, einem Alkalihydrogensulfit oder mit Eisenionen als Reduktionsmittel bei einer Temperatur von etwa 20° bis 6O⁰C spaltet, anschließend aus dem erhaltenen Gemisch des Lactons der allgemeinen Formel I und dem entsprechenden ungesättigten

Ucton, das für den Fall, daß η die Zahl 0 darstellt, die allgemeine Formel

CH==CH_r—R⁴

OVa)

mit einer Doppelbindung in einer der durch die gestrichelten linien gezeigten Stellungen aufweist und in der R³ und R⁺die oben angegebene Bedeutung haben und rdie Zahl 0 oder 1 bedeutet, und für den Fall, daß π eine ganze Zahl von 1 bis 3 darstellt, die allgemeine Formel

Il

(CH₂I, — C— O—CH-R³

CH- R*

(IVb)

f=^= CH — CH_M

aufweist, in der m die Zahl 1 oder 2 und ρ eine ganze Zahl von 0 bis 2 und R³ und R⁴ die oben angegebene Bedeutung haben, d«u Lacton der allgemeinen Formel I in an sich bekannter Wei«e abtrennt oder dieses Lactongemisch bzw. das daraus abgetrennte ungesättigte Lacton IVa bzw. IVb in an sich b-rkannter Weise katalytisch hydriert

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt gegenüber den bekannten Verfahren ein neuartiges Verfahren dar. Das erfindungsgemäße Verfahren bedeutet somit eine nicht unbeachtliche Bereicherung der Technik zur Herstellung der betreffenden Lactonverbindungen.

Es wird vermutet, daß mittels der zu verwendenden Spaltungsmittel in gewissen Fällen die Spaltung des Peroxyds II nach einem homolytischen Mechanismus erfolgt, bei welchem die O — O-Bindung der

- COOR¹-Gruppe des Peroxyds unter Bildung der Radikale

-C(Vund OR¹

gespalten wird.

Die Reaktionsgeschwindigkeit ist größer, wenn die Spaltung in Gegenwart eines Alkohols, z. B. Methanol, Äthanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol, Isobutanol, selc-Butanol, Cyclonexanol oder eines Gemisches dieser Alkohole, durchgeführt wird. Die Reaktionstemperatur beträgt etwa 20 bis 6O⁰C.

Bei der Spaltung des Peroxyds Il bildet sich ein Gemisch aus einem Lacton der Formel I und dem entsprechenden ungesättigten Lacton IVa bzw. IVb.

Diese ungesättigten Lactone IV bilden entsprechend der Stellung der Doppelbindung zwei Isomere, von denen jedes eis- oder trans-Konfiguration aufweisen kann. Diese verschiedenen Isomeren können durch präparative Gasphasenchromatographie getrennt werden.

Gemäß einer bevorzugten Arbeitsweise wird eine Lösung des Peroxyds H in Chloroform und Isopropanol bei einer Temperatur von 20—28⁰C unter kräftigem Rühren in eine wäßrige Pufferlösung von Natriumsulfit und Natriumhydrogeasulfit eingetragen, worauf die organische Phase abdekantiert und die wäßrige Phase mit Chloroform extrahiert wird. Durch Einengen der vereinigten organischen Extrakte erhält man dann ein Gemisch der Lactone I und IVa bzw. IVb.

Die erhaltenen Lactongemische können als solche, d.h. ohne vorherige Auftrennung in die einzelnen Komponenten, als Riechstoffe verwendet werden. Man kann jedoch das gesättigte Lacton durch Destillation des Gemisches in einer hochwirksamen Destillierkolonne von dem entsprechenden ungesättigten Lacton abtrennen. Man kann das betreffende Lactongemisch auch in üblicher Weise katalytisch hydrieren, z. B. bei Raumtemperatur in Gegenwart eines Raney-Nickel-Katalysators, wobei dann das betreffende gesättigte Lacton erhalten wird.

Die erfindungsgemäß erhaltenen Lactongemische sowie die betreffenden Lactone selbst sind Riechstoffe, die einen mehr oder weniger charakteristischen moschusartigen Geruch entwickeln. Die als Ausgangsstoffe zu verwendenden Verbindungen II können durch Umsetzung eines bicyclischen Äthers der allgemeinen Formel

-C— O—CH- R³

(CH₂J₁₀

in welcher R³, R⁴ und η die gleiche Bedeutung besitzen wie in der Formel III mit Wajserstoffperoxyd oder einem Hydroperoxyd der Formel R^!—OOH, worin R^! angegebene Bedeutung besitzt, erhalten werden.

Die Peroxide der Formel II, worin R¹ und R² identisch sind und je eine Gruppe der Formel III darstellen, können dadurch erhalten werden, daß man einen bicyclischen Äther der rormel V mit Wasserstoffperoxyd in Gegenwart von Schwefelsäure bei Temperaturen von etwa 10—25°C, vorzugsweise von etwa 12—14°C, behandelt und das Reaktionsgemisch bei dieser Temperatur während etwa 20—30 Min. sich selbst überläßt. Die Peroxyde der Formel II, worin R¹ ein Wasserstoffatom darstellt, können dadurch erhalten werden, daß man einen bicyclischen Äther der Formel V in Gegenwart von Schwefelsäure bei einer Temperatur von etwa O⁰C etwa 20—20 Minuten mit Wasserstoffperoxyd reagieren läßt. Die hierbei zu verwendenden bicyclischen Äther der allgemeinen Formel V können ihrerseits nach bekannten Methoden hergestellt werden.

Ein bicyclischer Äther der allgemeinen Formel

j C-O-CH-R'

(CH₂),,, CH-R⁴ (Va)

i -C-- CH₂

in der R¹ und R⁴ die oben angegebene Bedeutung

besitzen, kann zum Beispiel dadurch erhalten werden, daß man 2-ÄthoxycarbonyIcycladodecanan eine Verbindung der allgemeinen Formel

CH,=C C=O

R⁴ R³

anlagert, die iiabei erhaltene Additionsverbiiidung zum io entsprechenden Carbonol reduziert, das letztere in einer Alkalilösung verseift und decarboxyliert und den erhaltenen Keto-alkohol mit einem sauren Cyclisierungsmittel cyclisiert

Gemäß einer bevorzugten Arbeitsweise wird dabei 15 die Reduktion des Carbinols mittels Natf iumborhydrid

durchgeführt Als saure Cyclisierungsmjttel können mineralische oder organische Sauren, z. B, Salzsäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure, BenzolsulfonsSure, p-ToluoIsulfonsäure oder Trifluoressigsäure, saure Diatomeenerde oder Halogene, z.B. Jod, verwendet werden. Die Cyclisierung kann durch Auflösen der zu cyclisierenden Verbindung in Gegenwart des Cyclisierungsmittels in einem inerten organischen Lösungsmittel durchgeführt werden.

Das als Ausgangsstoff verwendete 2-Äthoxycrrbonylcyclododecanon kann aus Cyclododecanole nach bekannten Methoden (s. z.B. Tetrahedron 19. 1625 [1963]) hergestellt werden.

Die Acyclischen Äther können nach bekannten Methoden gemäß dem nachstehenden Reaktionsschema hergestellt werden.

-C=O

-CH-COOR

CI-CHR³-CHR⁴-(CH₂),-CH₂Br

NaOCH₃/DMF S) C

1— —C

NaOAc I

> (CH₂I₁₀

DMF; 120 C 1

OAc

CH -R

CH-R⁴

C-CH₁-(CH₂),

COOR

1) CH^=CH-CH₂Br CHjONa

2) NaOH

NaOH H₂O

CH₂

85%ig H₂SO₄

CHCH₂CH

(CHj)₁₀ CH,

CH-CH₂-CHOH

O OH

Il I

—C CH-R³

(CH₂I₁₀

CH-R⁴

I I

¹ CH CH₂CCH₂),

H*

CO-CH-CH₃

(CH₂I₁₀

C CH₂

r—ο—CH-R³

¹ η ^!

(CH₂),,, CH-ΚΙ -C-CH₂-(CH₂),

In diesem Schema besitzen die Reste R³ und R⁴ und ρ die gleiche Bedeutung wie in der Fromel IV b.

Geeignete zu verwendende Peroxyde der allgemei- 55 nen Formel Il sind beispielsweise:

12- Hydroperoxy-13-oxybicyclo[10.4.O]- hexadecan,

12-tert.-Butylperoxy-13-oxabicydo[ 1 0.4.0]-

hexadecan, t,o

Di-[13-oxabicyclo[ 10.4.0]hexadei:yl-( 12)]-

peroxyd,

12- Hydroperoxy-13-oxa- 14-methyl bicyclo [10.4.0]hexadecan,

12-Hydroperoxy-13-oxa-14-methyl- 05

bicyclof 10.3 O]hexadccan

^-Hydroperoxy-lS-methyl-n-oxa bicyclo[10.4.0]hex'.decan.

Beispiel 1

Eine Lösung von 665 g ^-Hydroperoxyd-n-oxabicyclo-[10.4.0]hexadecan in 5 Liter Chlorcform und 1,5 Liter Isopropylalkohol wurde innerhalb von 2"4 Stunden einer kräftig gerührten neutralen wäßrigen Lösung (pH ca. 7) von 375 g Natriumsulfit und 70 g Natriumhydroge .isulfit zugetropft. Die Temperatur, welche zt¹ Beginn der Reaktion 21° betrug, stieg rasch auf 27—28^s an, und die Zugabe des Peroxyds wurde so geregelt, daß die Temperatur des Rea&tionsgemisches innerhalb dieser Grenzen blieb. Nach halbstündigem Rühren beobachtete man an Hand einer dünnschichtchromatographisc'en Analyse (SiO^, Benzol/Essigsäure-äthylester 9 :1) das vollständige Verschwinden des Ausgangsmaterials. Die organische Phase wurde nun

abdekantiert und die wäßrige Lösung mit 300 ml Chloroform ausgezogen. Die vereinigten organischen Extrakte wurden zweimal mit 4 Liter einer 10%igen wäßrigen Lösung von Natriumhydrogencarbonat und Wasser gewaschen, über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck zur Trockne eingedampft.

Der erhaltene Rückstand (860 g) ergab durch Destillation (Kp. 0,3 I35-155°C) 567g eines Gemisches, das gemäß gaschromatischer Analyse aus Cyclopentadecanolid-OS.l) (etwa 50%). Pentadecen-(11- und 12)-olid-(15,1)(etwa 25%, 12-Hydroxy-pcntadecanolid-(l5,l) (7,6%) und !3-Oxabicyclo[10.4.0]hexadecen-[ 1 (12)] (17.4%) bcsland.

Dieses Gemisch (567 g) wurde nun einer katalytischen Hydrierung unterworfen, indem man es in 1,5 Liter Äthanol löste, zur Lösung 90 g einer 30%igen Raney-Nickel-Suspension und 30 ml einer 5%igen wäflriarn Niitriiimrnrhnnntlnsiinp hirmipah und die Mischung 17 Stunden unter Wasserstoff schüttelte.

In dieser Zeit wurden 12,5 Liter Wasserstoff aufgenommen. Das Hydriergemisch wurde dann filtriert und aus dem Filtrat der Alkohol unter vermindertem Druck abdestilliert. Der Rückstand wurde mit etwa 700 ml Äther versetzt und das Gemisch mit Wasser neutral gewaschen. Die organische Phase wurde über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft. Durch anschließende Destillation des Rückstandes erhielt man 54j g eines Gemisches vom Kp.0.1 100—155°C. das aus Cyclopentadecanolid-flS.I) (76.2%) 12-Hydroxy-pentadecanolid-(15,l) (8.4%) und I3-Oxabicyclo[10.4.0]hexadecen-[l(12)](15,4%) bestand.

Durch fraktionierte Destillation dieses Gemisches erhielt man 380g Cyclopentadecanolid-flS.l) vom Kp 0.1 101-105⁰C.

Wenn man im obigen Verfahren anstelle von 12-Hydroperoxy-n-oxabicyclofJOAOjhexadecan,
^-Hydroxyperoxy-n-oxa-M-methylbicyclorjOAOjhexadecan, bzw. ^-Hydroxyperoxy-n-oxa-lS-methylbicyclo[10.4.0]hexadecan verwendete, so erhielt man aus lS-Methyl-lS-pentadecanolid, 15-Methyl-pentadecen-(11- und 12)-olid-(15,1)und ^-Hydroxy-iS-methyl-pentadecanolid-(15,l) bzw. 14-Methyl-pentadecanolid-(15,1), 14-Methyl-pentadecen-(ll-und 12)-olid(15,1) und 12-Hydroxy-14-methyl-pentadecanolid-( 15,1) bestehende Gemisch in ähnlicher Ausbeute.

Durch Hydrierung der genannten Gemische und anschließende fraktionierte Destillation erhielt man
15-Methylpentadecanolid-( 15,1)
(d, = 0,9399, π = 1,4700) und
14-Methyl-pentadecanolid-( 15,1)
(d\ = 0,9499, π = 1,4728).

Das oben als Ausgangsstoff verwendete 12-Hydroperoxy-13-oxa-bicyclo[10.4.0]hexadecan ist wie folgt hergestellt worden:

Zu einer abgekühlten Lösung von 2222 g (10 Mol) ι U-Oxa-bicycloTJOAOJhexadecen-rjfU)] in 10 Liter 90%iger Essigsäure wurde innerhalb von 27 Minuten eine Mischung von 1000 g (15,3 Mol) 52%igem Wasserstoffperoxyd und 500 g konz. Schwefelsäure zugegeben. Während der Zugabe des Wasserstoffperoxyds wurde die Temperatur des Reaktionsgemisches zwischen — I⁰C und + 1°C gehalten. Das Reaktionsgeinisch wurde dann noch 15 Minuten bei OC gerührt und dann filtriert. Der Filterkuchen wurde mit 3 Liter 50%iger Essigsäure und anschließend mit Wasser neutral gewaschen. F.s wurden 3629 g feuchtes 12-Hydroperoxy-13-oxa-bicycio[ 10.4.0]hexadecan erhalten, was einem Trockengewicht von 2160g entspricht. Die Verbindung schmolz bei 103 - 114" C.

Narh dem oben beschriebenen Verfuhren für die .'(ι Herstellung von 12-Hydroperoxy-13-oxabicyclo[l0.4.0]hexadecan sind unter Verwendung der entsprechenden Ausgangsstoffe

12-Hydroperoxy-13-oxa-14-met hy Ibicy clo-[10.4.0]hexadecan vom F. 109- 110⁰C,
r, Zersetzung bei etwa l40"Cunddas

12-Hydroperoxy-13-oxa-15-methylbicyclo-[tO/,.0]hexadecanvomF. 106-108⁰C."
Zeri-izung bei etwa 140⁰C
hergestellt worden.

Beispiel 2

12-Hydroperoxy-13-oxa-bicyclo[ 10.4.0]hexadecan.
(erhalten worden nach der im Anschluß an das Beispiel 1

ι-, beschriebenen Methode aus 444 g 13-Oxa-bicyclo-[10.4.0]hexadecen[l(12)] wurde in 2000 ml Chloroform gelöst und unter heftigem Rühren zu einer Lösung von 600 g Eisensulfat in einer Mischung von 3000 ml Wasser ufid 1000 m! isopropärioi zugegeben. Die Reaktion

4(i verlief nicht exotherm, wobei die Temperatur auf 28 —30⁰C steig. Das Reaktionsgemisch wurde dann eine weitere Stunde und über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Die organische Phase wurde hierauf abdekantiert und mit einer 5%igen Lösung von Natriumbikarbo-

4-, nat in Wasser gewaschen. Nach dem Abdampfen der flüchtigen Fraktionen wurden 464 g Rückstand erhalten. Durch Destillation dieses Rückstandes erhielt man 369 g einer Fraktion vom Kp. OJ 130 -170° C.

Die gaschromatographisehe Analyse ergab, daß das Destillat zu 62% aus Cyclopentadecanolid-(15,1) und Pentadecen-(ll-und 12)-olid-(15,l) zum größten Teil bestand. Die Ausbeute betrug 58%.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Lactonen mit 14 bis 17 Ringkohlenstoffatomen der allgemeinen Formel

C—Ο—CH-R^J

I

CH-R⁺ 0)