DE2136885B2

DE2136885B2 - Verfahren zur Herstellung von Piperitenon

Info

Publication number: DE2136885B2
Application number: DE19712136885
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dr. 6800 Mannheim Friederang; Heinrich Dr. 6700 Ludwigshafen Pasedach
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1971-07-23
Filing date: 1971-07-23
Publication date: 1978-11-30
Also published as: DE2136885A1; DE2136885C3

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Piperitenon durch Umsetzen von Methylvinylketon mit Mesityloxid in Gegenwart von Kaliumhydroxid, indem man Methylvinylketon langsam in ein Gemisch aus überschüssigem Mesityloxid und Kaliumhydroxid einbringt

Es ist bekannt, Piperitenon durch Umsetzen von Mesityloxid mit Methylvinylketon in Gegenwart basischer Kondensationsmittel herzustellen.

So beschreiben B e r g m a η η u. a. (J. Org. Chem. 24 [1959], S. 994) ein Verfahren, bei dem Natrium-tertamylat als basisches Kondensationsmittel und Toluol als Lösungsmittel verwendet werden und Piperitenon in einer Ausbeute von 41% der Theorie erhalten werden soll. Spätere Untersuchungen von Naves u. a. (Bull. Soc. Chim. France I960, 378 und Compt rend, 251 [I960], S. 1130) ergaben jedoch, daß nach dem Verfahren von Bergmann u. a. hauptsächlich Isoxyliton und nur weniger als 8% an Piperitenon erhalten werden.

Weiterhin beschreibt J. J. Beereboom (US-PS 32 38 261 und J. Org. Chem. 31 [1966], S. 2026) die Umsetzung von Methylvinylketon mit überschüssigem Mesityloxid in Gegenwart von Kaliumhydroxidpulver und in Tetrahydrofuran als Lösungsmittel. Die Reinigung des erhaltenen Piperitenons erfolgt hierbei auf sehr aufwendige Weise über die Piperitenon-Bisulfit-Additionsverbindung. Bei diesem Verfahren werden Ausbeuten an Piperitenon zwischen 36 und 54% der Theorie erhalten.

Ein ähnliches Verfahren beschreiben S. Ohshiro u.a. (Yakugaku Zasshi, 88 [1968] 417). Auch hierbei erfolgt die Umsetzung von Methylvinylketon mit überschüssigem Mesityloxid in Gegenwart von Kaliumhydroxidpulver, jedoch ohne Zusatz von Tetrahydrofuran als Lösungsmittel.

Es war daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, das es erlaubt, Piperitenon auf technisch einfach zu realisierende Weise in besseren Ausbeuten und größerer Reinheit zu erhalten.

Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Piperitenon durch Umsetzung von Methylvinylketon mit Mesityloxid in Gegenwart von Kaliumhydroxid, indem man 1 Mol Methylvinylketon langsam in ein Gemisch aus 5 bis 10 Mol Mesityloxid und Kaliumhydroxid einbringt und die Umsetzung bei einer Temperatur von 20⁰C bis Rückflußtemperatur durchführt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Kaliumhydroxid in Form einer 10- bis 70gewichtsprozentigen wäßrigen Kalilauge einsetzt und pro Mol Methylvinylketon 0,05 bis 1,5 Mol Kaliumhydroxid verwendet

Es war überraschend, daß die Umsetzung von Methylvinylketon mit überschüssigem Mesityloxid in Gegenwart von wäßriger Kalilauge mit weitaus

ίο höheren Ausbeuten verläuft als nach den bekannten Verfahren erwartet werden konnte, insbesondere, da Beereboom in der US-PS 32 38 261 angibt daß man bessere Ausbeuten erhält wenn man das als Lösungsmittel verwendete Tetrahydrofuran vor dep Umsetzung

is trocknet, dh, daß die Anwesenheit von Wasser im Reaktionsgemisch als nachteilig angesehen wurde.

Üblicherweise kondensiert Mesityloxid in Gegenwart von Basen zu Isoxylitonen (Furthu-Wiemann, BuIL Soc. Chim. France, 1965, 1819), eine Reaktion, die bei

erhöhter Temperatur besonders leicht eintritt Es war nicht vorherzusehen, daß diese unerwünschte Nebenreaktion durch Gegenwart von Wasser stark zurückgedrängt, die Kondensation des Mesityloxids mit Methylvinylketon zu Piperitenon dagegen günstig beeinflußt

wird

Menge und Konzentration der verwendeten Kalilauge können in weiten Bereichen variiert werden, wobei es sich jedoch zur Erzielung besonders guter Ausbeuten als notwendig erweist bei höheren Temperaturen

verdünntere, und bei niedrigeren Temperaturen konzentriertere Laugen zu verwenden. Beispielsweise arbeitet man bei einer Temperatur von 50 bis 80⁰C vorteilhaft mit einer Laugenkonzentration von 40 bis 60%. Besonders wichtig im Hinblick auf die technische Durchführung ist die Feststellung, daß die Reaktion auch bei RückF.ußtemperatur (ca. 100⁰C) durchgeführt werden kann. Bei Temperaturen von etwa 80⁰C bis Rückflußtemperatur wird die wäßrige Kalilauge mit Vorteil in einer Konzentration von 20 bis 40%, vorzugsweise von 25 bis 35%, verwendet

Das Kaliumhydroxid wird in Mengen von 0,05 Mol bis 1,5 Mol, vorzugsweise von 0,1 Mol bis 0,7 Mol, pro Mol Methylvinylketon verwendet; bei größerer Alkalimenge erfolgt vermehrt Bildung von Nebenprodukten.

Bei der gleichen Temperatur werden bei Verwendung von konzentrierteren Laugen mehr unerwünschte Nebenprodukte gebildet bei Verwendung verdünnterer Laugen vermindert sich die Ausbeute.

Mesityloxid wird in einem Überschuß von 5 bis 10

so Mol, vorzugsweise von etwa 10 Mol, pro Mol Methylvinylketon angewendet und dient als alleiniges Lösungsmittel.

Zur Durchführung des Verfahrens wird das reaktionsfreudige Methylvinylketon langsam zu dem erwärmten Gemisch aus überschüssigem Mesityloxid und der Lauge zugegeben. Die Zugabezeit beträgt im allgemeinen 10 Minuten bis mehrere Stunden, vorzugsweise 30 bis 60 Minuten. Wird die Reaktion bei relativ niedriger Temperatur durchgeführt so empfiehlt es sich, den Reaktionsansatz nach Beendigung der Zugabe des Methylvinylketon noch etwa 5 bis 10 Minuten auf der Reaktionstemperatur zu halten. Wird die Umsetzung dagegen bei höherer Temperatur, speziell bei Rückflußtemperatur, durchgeführt so neutralisiert man zweckmäßigerweise sofort nach Beendigung der Zugabe des Methylvinylketon, um die Bildung von Nebenprodukten durch Selbstkondensation von Mesityloxid zu unterdrücken.

10

15

20

Wegen der bekannten Tendenz des Mesityloxids zur Bildung von Isoxylitonen bei Einwirkung von Alkali und wegen der Reaktionsfähigkeit des Methylvinylketons schien es zweckmäßig zu sein, die Umsetzung bei niedriger Temperatur durchzuführen, insbesondere, da bereits Beereboominder US-PS 32 38 261 festgestellt hat, daß bei dem dort beschriebenen Verfahren Temperaturen über 30° C keine Vorteile bieten und häufig zu verminderten Ausbeuten an Piperitenon führen. Es war daher überraschend, daß man höhere Ausbeuten an Piperitenon erhält, wenn man die gesamte Umsetzung erfindungsgemäß bei erhöhter Temperatur, speziell bei Rückflußtemperatur, durchführt, d. h, wenn man nicht wie bei den bekannten Verfahren zunächst das Methylvinylketon unter intensiver Kühlung· mit Mesityloxid und Kaliumhydroxid in Berührung bringt und erst dann die Temperatur erhöht, was die technische Verfahrensführung erschwert

Die richtige Abstimmung von Alkali-Konzentration und Reaktionstemperatur ist von entscheidender Bedeutung für die Ausbeute an Piperitenon und dessen Reinheit Am zweckmäßigsten arbeitet man bei Rückflußtemperatur und mit einer Kalilauge-Konzentration von 25 bis 35%. Bei Verwendung der handelsüblichen 50%igen Kalilauge liegt die optimale Reaktionstemperatur bei 60 bis 70° C; schon bei einer Reaktionstemperatur von 80° C ist hierbei der Anteil an Nebenprodukten merklich höher und bei 50° C sind die erhaltenen Ausbeuten geringer.

Nach beendeter Umsetzung neutralisiert man das Reaktionsgemisch mit einer anorganischen oder organischen Säure, vorzugsweise mit Ameisensäure, Essigsäure oder Oxalsäure und destilliert die organische Phase. Das überschüssige Mesityloxid wird hierbei auf einfache Weise zurückgewonnen.

Die Ausbeute an Roh-Piperitenon hängt von der Qualität des eingesetzten Mesityloxids ab. Da Mesityloxid in großem Überschuß verwendet wird, kann sich ein eventueller Wassergehalt des Mesityloxids auf die Konzentration der Kalilauge und somit auf die Ausbeute an Piperitenon auswirken. In diesen Fällen empfiehlt es sich, eine entsprechend höher konzentrierte wäßrige Kalilauge zu verwenden, so daß die Konzentration der während der Reaktion anwesenden wäßrigen Lauge in den oben angegebenen Bereichen liegt

Mit technischem Mesityloxid werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Ausbeuten von 68% an Piperitenon erhalten.

Das erhaltene Rohpiperitenon kann durch fraktionierte Destillation nur sehr schwierig gereinigt werden. Die Abtrennung der Nebenprodukte ist jedoch möglich, wenn das Rohpiperitenon zu einem Gemisch von Menthon und Isomenthon hydriert und dieses Gemisch einer fraktionierten Destillation unterworfen wird. Die Hydrierung erfolgt nach üblichen Methoden, beispiels-

30

35

40

45

50

55 weise in Gegenwart eines Palladium/Aktivkohle-Katalysators.

Gegenüber den bekannten Verfahren besitzt das erfindungsgemäße Verfahren wesentliche Vorteile. Die Ausbeute an Piperitenon beträgt 68% gegenüber 53 bzw. 54% bei den bekannten Verfahren. Als Kondensationsmittel kann technische wäßrige Kalilauge verwendet werden. Weiterhin wird kein teures Lösungsmittel benötigt; das überschüssige Mesityloxid kann auf einfache Weise zurückgewonnen werden und die Verfahrensführung ist, wie die Beispiele zeigen, außerordentlich einfach. Das erhaltene Piperitenon ist ferner reiner als das unter Verwendung von Kaliumhydroxidpulver als Kondensationsmittel gewonnene Produkt denn bei der Überführung in Menthon-Isomenthon erhielten Ohshiro u.a. bei der Destillation das Menthon-Isomenthon-Gemisch in mäßiger Ausbeute und nur in einer Reinheit von 89,8%, während bei dem erfindungsgemäß verbesserten Verfahren ein Menthon-Isomenthon-Gemisch von 98%iger Reinheit erhalten wird.

Die erzielte Reinheit des Piperitenons ist von besonderer Bedeutung, da der größte Teil zur Herstellung von Menthol, beispielsweise nach der Vorschrift von Barney und Hass (Ind. Eng. Chem, 36, 85 [1944]), verwendet wird und die Anforderungen an die Reinheit des für pharmazeutische und kosmetische Zwecke verwendeten Menthols außerordentlich hoch sind.

Das für die folgenden Beispiele verwendete Mesityloxid war ein Handelsprodukt mit einem Wassergehalt von 0,05%.

Beispiel 1

Zu 1000 g Mesityloxid und 55 ml 30%iger Kalilauge werden unter Rühren bei Rückflußtemperatur (ca. 100°C) in 30 Minuten 70 g Methylvinylketon zugetropft. Es wird mit Eisessig neutralisiert und die organische Phase destilliert Das nach Abdestillieren des Mesityloxids bis 125V15 Torr übergehende Roh-Piperitenon (150 g) enthält 68,8% Piperitenon; die Ausbeute an Piperitenon beträgt somit 68,8%, bezogen auf die eingesetzte Münge Methylvinylketon.

Beispiel 2

Zu 1000 g Mesityloxid und 50 ml 50%iger Kalilauge werden unter Rühren bei 70° C in 60 Minuten 70 g Methylvinylketon zugetropft. Anschließend wird noch 10 Minuten bei 70° C gerührt, mit Eisessig neutralisiert und die organische Phase destilliert. Es werden 181 g Roh-Piperitenon erhalten; Gehalt an Piperitenon 55,7%, Ausbeute somit 67,2%.

Die folgenden Beispiele wurden wie Beispiel 2 durchgeführt, wobei lediglich die Reaktionstemperatur sowie die KCH-Menge und KOH-Konzentration in der angegebenen Weise geändert wurden.

Beispiel	Kalilauge	Konzentration	Temperatur	Destillat	Gehalt an	Ausbeute
Nr.		50%			Piperitenon
	Menge	50%
3	25 ml	50%	50° C	152 g	61,2%	62,0%
4	25 ml	50%	6O⁰C	173 g	57,7%	66,6%
5	25 ml	50%	70° C	183 g	55,3%	67,5%
6	25 ml	50%	80° C	222 g	40,3%	59,7%
7	10 ml	70° C	195 g	49,8%	64,7%
8	50 ml	70° C	181g	55,7%	67,2%

I	Fortsetzung	Kalilauge	5	Konzentration	21 36 885	Destillat	6	Ausbeute
'& 1 ι	Beispiel			50%
I	Nr.	Menge		30%			Gehalt an
		100 ml		40%	Temperatur	180 g	Piperitenon	59,4%
	9	25 ml	60%		135 g		57,4%
I	10	25 ml	250/0		147 g	49,5%	64,5%
I	11	25 ml	30%	70⁰C	210 g	63,8%	63,5%
	12	65 ml	70°C	140 g	65,9%	62,7%
.if .1.-.	13	55 ml	70° C	148 g	453%	62^%
I	14		70° C		67,0%
		Rückfluß	63,0%
		Rückfluß

Beispiel 15

Zu 500 g Mesityloxid und 25 ml 50%iger Kalilauge 15
werden unter Rühren bei 70⁰C in 60 Minuten 70 g
Methylvinylketon getropft Anschließend wird wie in
Beispiel 2 aufgearbeitet; es werden 125 g Destillat mit
einem Piperitenon-Gehalt von 67,8% erhalten; Ausbeute 56,6%. 20

Vergleichsbeispiel

Zu 1000 g Mesityloxid und 20 g Kaliumhydroxid-Pulver werden bei 20⁰C in 60 Minuten 70 g Methylvinylketon zugetropft Es werden 175 g Destillat mit einem Piperitenon-Gehalt von 34,6% erhalten; Ausbeute 40,4%.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Piperitenon durch Umsetzung von Methylvinylketon mit Mesityloxid in Gegenwart von Kaliumhydroxid, in dem man 1 Mol Methylvinylketon langsam in ein Gemisch aus 5 bis 10 Mol Mesityloxid und Kaliumhydroxid einbringt und die Umsetzung bei einer Temperatur von 20⁰C bis Rückflußtemperatur durchführt, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kaliumhydroxid in Form einer 10- bis 70gewichtsprozentigen wäßrigen Kalilauge einsetzt und pro Mol Methylvinylketon 0,05 bis 1,5 Mol Kaliumhydroxid verwendet

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß pro Mol Methylvinylketon Kaliumhydroxid-Mengen von 0,1 Mol bis 0,7 Mol verwendet werden.