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Verfahren zur Herstellung von 3-Halogencclohexen-(2)-ylidenacetalNenyden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 3-Halogencyclohexen-(2)-yliden-acetaldehyden
durch Umsetzung von 3-MethylcyclohexenZ onen mit Säurehalogeniden und Formamiden
zu den entsprechenden ß-(3-Halogencyclohexen-(2)-yliden)-äthyliden-immoniumsalzen
und anschließender Verseifung0 Es ist bekannt, die Formylgruppe unter Verwendung
des Vilsineierschen Verfahrens in aromatische Verbindungen und gewisse heterocyclische
Verbindungen, z.B. Derivate des Indols, Pyrrols, Thiophens, Oarbazols, einzuführen
(Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band 7/1, Seiten 29 ff; Berichte
der Deutschen Chemischen Gesellschaft, Band 60, Seiten 121 ff (1927); Chemiker-Zeitung,
Band 75 (1951), Seiten 133 ff). Bei diesem Verfahren wird zuerst aus einem substituierten
Formamid und Phosphoroxychlorid ein Anlagerungsprodukt hergestellt und dann der
zu formylierende Stoff langsam dem so gebildeten Reaktionsgemisch zugegeben. Als
Umsetzungsprodukt entsteht zuerst ein Formamidchlorid-Derivat, das durch Hydrolyse
in die entsprechende Formylverbindung zerlegt wird. Das genannte Werk von Houben-Weyl
zeigt im Falle der oben genannten Stoffe mit Ringstruktur die Bildung der Formylgruppe
am Ring selbst, Es ist bekannt (Collection Czechoslov. Chem. CommunO Band 26, Seiten
2852 - 2864 (1961)), daß man Cyclohexanon mit Dimethylformamid und gohlensäurechlorid
zu 2--Chlor-3-(dimethylaminomethyliden)-cyclohexylaldehyd umsetzen kann. Die Ausbeute
an Endstoff ist unbefriedigend; es reagieren gleichzeitig 2 Formylgruppen mit dem
Ausgangs stoff.
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Es wurde nun gefunden, daß man 3-Halogencycloheen-(2)-ylidenacetaldehyde
der allgemeinen Formel
in der R1, R2, R3, R4 und R5 gleich oder verschieden sein können und jeweils ein
Wasserstoffatom, einen aliphatischen oder aromatischen Rest und Y ein Halogenatom
bedeuten, vorteilhaft erhält, wenn man 3-Methylcyclohexen-(2)-one der allgemeinen
Formel
in der R1 bis R5 die vorgenannte Bedeutung haben, mit einem Säurehalogenid der phosphorigen
Säure, Phosphorsäure, Kohlensäure, Oxalsäure, schwefligen Säure oder Schwefelsäure
und einem Formamid der allgemeinen Formel
worin R6 und R7 gleich oder verschieden sein können und jeweils ein Wasserstoffatom,
einen aliphatischen oder einen aromatischen Rest bezeichnen, oder R6 und R7 zusammen
mit dem benachbarten Stickstoffatom Glieder eines heterocyclischen Ringes bedeuten,
zu den ß-(3-Halogencyclohexen-(2)-yliden)-äthyliden-immoniumsalzen der allgemeinen
Formel
worin R1 bis R7 und Y die vorgenannte Bedeutung haben und X das
Äquivalent eines Anions bezeichnet, umsetzt und dann die Stoffe IV in bekannter
Weise zu den Endstoffen I verseift Es wurde weiterhin gefunden, daß man ß-(3-Halogencyclohexen-(2)
yliden)-äthyliden-immoniumsalze der allgemeinen Formel
in der R1, R2, R3, R4 und R5 gleich oder verschieden sein können und Jeweils ein
Wasserstoffatom, einen aliphatischen oder aromatischen Rest und Y ein Halogenatom
bedeuten, R6 und R7 gleich oder verschieden sein können und jeweils ein Wasserstoffatom,
einen aliphatischen oder einen aromatischen Rest bezeichnen, oder R6 und R7 zusammen
mit dem benachbarten Stickstoffatom Glieder eines heterocyclischen Ringes bedeuten
und X das Äquivalent eines Anions bezeichnet, vorteilhaft erhält, wenn man 3-Methylcyclohexen-(2)-one
der allgemeinen Formel
in der R1 bis R5 die vorgenannte Bedeutung haben, mit einem Säurehalogenid der phosphorigen
Säure, Phosphorsäure, Eohlensäure, Oxalsäure, schwefligen Säure oder Schwefelsäure
und einem Formamid der allgemeinen Formel
worin R6 und R7 die vorgenannte Bedeutung haben, umsetzt Die Umsetzung
läßt sich für den Fall der Verwendung von 3-Methylcyclohexen-(2)-on, Phosphoroxychlorid
und Dimethylformamid durch die folgenden Formeln wiedergeben:
Im Hinblick auf den Stand der Technik liefert das Verfahren nach der Erfindung überraschend
3-Halogencyclohexen-(2)-ylidenacetaldehyde und die entsprechenden Immonlumsalze
in guter Ausbeute und Reinheit und auf einfachem Wege. Der Cyclohexenylring wird
nicht, wie mit Bezug auf die vorgenannten Veröffentlichungen anzunehmen war, an
einer bzw. 2 Stellen von der Formylgruppe substituiert, sondern es wird der Methylsubstituent
formyliert.
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Bevorzugte Ausgangsstoffe II und III und dementsprechend bevorzugte
Endstoffe I und IV sind solche, in deren Formeln R1, R2, R3, R4 und R5 gleich oder
verschieden sein können und Jeweils ein Wasseretoffatom, einen Alkylrest mit 1 bis
8, insbesondere mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder einen Phenylrest und Y ein Chloratom
oder Bromatom bedeuten, R6 und R7 gleich oder verschieden sein können und Jeweils
ein Wasserstoffatom, einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder einen Phenylrest
bezeichnen oder R6 und R7 zusammen mit dem benachbarten Stickstoffatom Glieder eines
5- oder 6-gliedrigen, gesättigten
heterocyclischen Ringes, der noch
ein weiteres Stickstoffatom oder ein Sauerstoffatom enthalten kann, bedeuten und
X das Äquivalent eines Chloranions, Bromanions oder Jodanions bezeichnet. Verwendet
man bei der Aufarbeitung des Endstoffs IV zur besseren Kristallisation bzwo Isolierung
ein Salz wie Natriumperjodat, so kann X auch das Äquivalent des entsprechenden Anions,
z.B. des Perchlorations oder Tetrafluorborations, bezeichnen. Die genannten Reste
und Ringe können noch durch unter den Reaktionsbedingungen inerte Gruppen und/oder
Atome, z0B. Alkyl-, Alkoxygruppen mit jeweils 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Chloratome,
substituiert sein0 Es kommen beispielsweise folgende Ausgangsstoff II in Betracht:
5,5-Dimethyl-3-methylcyclohexen-(2)-on (Isophoron), 6-Isopropyl-3-methylcyclohexen-(2)-on
(Piperiton), 5-Methyl-3-methylcyclohexen-(2)-on, 2,4,5,6-Tetramethyl-3-methylcyclohexen-(2)-on,
5-tert.-Butyl-3-methylcyclohexen-(2 )-on, 5-Phenyl-3-methylcyclohexen-(2)-on, 6-p-Toluyl-3-methylcyclohexen-(2)-on,
5,5 ,6-Triäthyl-3-methylcyclohexen-(2)-on, 5-Phenyl-6-äthyl-3-methylcyclohexen-(2)-on,
3-Methylcyclohexen-(2)-on, Es kommen z.B. die folgenden Formamide als Ausgangsstoffe
III in Frage: Formamid, Formanilid, N-Formylpiperidin, N-Formylpyrrolidin, N-Formylmorpholin,
N, N-Diäthyl-formamid, N-Isobutylformamid, N-Methyl-formamid, Form-irChlor)-anilid
und insbesondere N-Nethyl-formanilid oder N, N-Dimethyl-formamid.
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Gegebenenfalls kann der Ausgangsstoff III auch in Form einer Komplexverbindung
mit Dialkylsulfat bei der Reaktion angewendet werden. In Frage kommen Dimethyl-
oder Diäthylsulfat, die in einem Verhältnis von 1 bis 1,2 Mol zu 1 Mol Ausgangsstoff
III in solchen Komplexverbindungen vorliegen.
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Der Ausgangsstoff II wird mit Ausgangsstoff III und einem Säurehalogenid,
vorzugsweise Säurebromid und insbesondere Säurechlorid, der phosphorigen Säure,
Phosphorsäure, Kohlensäure, Oxalsäure, schwefligen Säure oder Schwefelsäure, zweckmäßig
Oxalylchlorid, Oxalylbromid, Thionylchlorid, Phosphortrichlorid, Phosphortribromid,
Sulfurylchlorid und vorzugsweise
Phosphoroxychlorid oder Phosgen,
umgesetzt. Man verwendet das Säurehalogenid in stöchiometrischer Menge oder im überschub,
zweckmäßig in einer Menge von 1 bis 8 Mol Säurehalogenid je Mol Ausgangsstoff II.
Die Umsetzung des Ausgangsstoffs III mit Ausgangsstoff II kann mit einer stöchiometrischen
Menge oder einem Uberschuß, vorteilhaft mit einer Menge von 1 bis 4 Mol Ausgangsstoff
III Je Mol Ausgangsstoff II, durchgeführt werden.
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Zweckmäßig wird man auch bei diesem Verfahren zuerst Säurehalogenid
und Ausgangsstoff III aufeinander wirken lassen und so die für das Vilemeiersche
Verfahren bekannten Anlagerungsprodukte herstellen. Diese Anlagerungsprodukte können
zoBo (Houben-Weyl, loc. cit., Seite 30) für den Fall der vorgenannten Umsetzung
durch das folgende Formelschema wiedergegeben werden:
Doch muß das Anlagerungsprodukt nicht in Jedem Fall die vorgenannte Struktur aufweisen,
die Bildung eines Anlagerungsproduktes ist auch nicht Vorbedingung für die Durehfishrbarkeit
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Reaktion wird in der Regel bs einer Temperatur zwischen -10 und
+1200C, vorzugsweise zwischen 20 und 800", drucklos oder unter Druck, kontinuierlich
oder diskontinuierlich durchgeführt. Man kann, insbesondere im Falle gasförmiger
Säurehalogenide, unter den Reaktionsbedingungen inerte, organische Lösungsmittel
verwenden, z.B. cyclische Carbonsäureamide wie N-Methyl-pyrrolidon; Kohlenwasserstoffe
wie Cyclohexan, Benzol, Toluol; Chlorkohlenwasserstoffe wie Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff;
Äther wie Tetrahydrofuran, Dioxan, Glykoldimethyläther; oder entsprechende Gemische.
Die Menge an Lösungsmittel beträgt im allgemeinen von 10 bis 1 000 Gew.%, bezogen
auf Ausgangsstoff II. In vielen Fällen verwendet man einen geeigneten Ausgangsstoff
III, z.B. Formamid, als Reaktionsmedium.
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Die Reaktion kann wie folgt durchgefuhrt werden: Man beläßt ein Gemisch
von Ausgangs stoff III, Säurehalogenid und zweckmäßig Lösungsmittel während 30 bis
60 Minuten bei der Reaktionstemperatur, gibt dann den Ausgangsstoff II hinzu und
hält das Gemisch noch bei konstanter Temperatur während 1 bis 4 Stunden.
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Anschließend wird das Lösungsmittel abdestilliert und aus dem Rückstand
der Endstoff IV in üblicher Weise isoliert, z.B0 durch Vermischen des Rückstands
mit Eis, Zugabe von Natriumperchlorat undPiltration des gut auskristallisierenden
Immoniumperchlorats IV. Der Endstoff IV kann durch Umkristallisation aus einem geeigneten
Lösungsmittel, z,B. Methanol oder Acetonitril/Essigester (Gewichtsverhältnis 1 :
1), noch weiter gereinigt werden.
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Die Verseifung des Endstoffs IV zum Endstoff I erfolgt nach bekannten
Methoden, in der Regel in alkalischem Medium, beispielsweise in wäßrigen Lösungen
von Erdalkali- oder Alkalihydroxiden oder zweckmäßig Alkalisalzen wie Natrium- oder
Kaliumcarbonat, -bicarbonat, -acetat, -formiat. Man verwendet z.B. 10-bis 30-gewichtsprozentige
Gemische des Endstoffs IV in solchen Lösungen und verseift zweckmäßig bei einem
pH von 7 bis 9 und bei einer Temperatur von 0 bis 150°C, insbesondere von 60 bis
110°C, während 0,5 bis 2 Stunden. Während der Verseifung kann man den so gebildeten
Aldehyd I gleichzeitig mittels Wasserdampfdestillation abtrennen. Aus dem Destillat
wird der Aldehyd dann in üblicher Weise, z.B. durch Zugabe von Natriumchlorid, Extraktion
mit Äther und Destillation des Extrakts, abgetrennt. Man kann den Ausgangsstoff
I aber auch nach anderen bekannten Methoden aus dem Verseifungsgemisch isolieren,
z.B. durch Extraktion mit einem geeigneten Lösungsmittel wie Äther oder Benzol.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens isoliert man
den Endstoff IV nicht, sondern behandelt das Reaktionsgemisch seiner Herstellung
mit Eis bzw. Eis und Wasser, um noch vorhandene Anteile der oben genannten Anlagerungsprodukte
zwischen Ausgangs stoff III und Säurechlorid zu zerlegen.
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Nun gibt man Alkali, Alkalisalze bzw. wäßrige Lösungen dieser Stoffe
zu dem Gemisch und verseift den Endstoff IV im Gemisch
in vorgenannter
Weise Bei dieser Ausfiihrungsform ist die-Menge an Alkali zweckmäßig höher, um die
im Reaktionsgemisch gebildete Säure zu neutralisierenç Vorteilhaft verwendet man
1 bis 2 Äquivalente Alkali bzwQ Alkalisalz bei der Verseifung, bezogen auf den isolierten
Endstoff IV, und 1 bis 6 Äquivalente Alkali bzw. Alkalisalz, bezogen auf den nicht
isolierten, im Reaktionsgemisch in vorgenannter Weise enthaltenen Endstoff IV.
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Die nach dem Verfahren der Erfindung herstellbaren neuen Verbindungen
sind wertvolle Ausgangsstoffe für die Herstellung von Pharmaceutica, Farbstoffen
und Schädlingsbekämpfungsmitteln0 So kann man z.B. durch Reaktion der Endstoffe
IV mit primären und sekundären Aminen Polymethine, zOB. nach dem in Patent (Patentanmeldung
P - Cz.27 762) beschriebenen Verfahren, herstellen. Die Polymethine können als optische
Sensibilisatoren in der Fotographie verwendet werden oder sie können zur Darstellung
anderer optischer Sensibilisatoren dienen. Eine Hydrierung der Endstoffe I führt
zu Cyclohexyläthanolen, die als Riechstoffe Verwendung finden können.
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Die in den folgenden Beispielen angegebenen Teile bedeuten Gewichtsteile.
Sie verhalten sich zu den Volumenteilen wie Kilogramm zu Liter.
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Beispiel 1
Zu einer Lösung von 100 Teilen Dimethylformamid und 300 Volumenteilen Chloroform
gibt man unter Eiskühlung 170 Teile Phosphoroxychlorid und 100 Volumenteile Chloroform
zu. Nach beendeter Reaktion (30 Minuten) erwärmt man eine halbe Stunde auf 500C
und gibt bei dieser Temperatur 60 Teile 3-Methyl-cyclohex-2-en-1-on zu. Man läßt
2 Stunden bei Rückflußtemperatur ausreagieren, zieht das Lösungsmittel im Vakuum
ab und gießt den slrupartigen Rückstand auf Eis. Nach Zugabe von 100 Teilen
festem
Natriumperchlorat kristallisieren 119 Teile (78 S der Theorie) ß- (3-Chlor-cyclohexen-
(2 )-yliden)-äthyliden-dimethylimmonium-perchlorat aus. Fp. 160 bis 167°C (Methanol).
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Beispiel 2
Analog Beispiel 1 erhält man bei Verwendung von NatriumJodid anstelle von Natriumperchlorat
86 Teile B-(3-Chlor-cyclohexen-(2)-yliden)-äthyliden-dimethyl-immonium- jodid (49
% der Theorie).
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Fp. 188 bis 18900.
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Beispiel 3
Analog Beispiel 1 gibt man zu 13 Teilen Dimethylformamid und 26 Teilen POC13 in
50 Volumenteilen Chloroform während 30 Minuten 14 Teile 3,5-Dimethylcyclohex-2-en-1-on
bei 300 C zu.
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Man läßt 3 Stunden bei Raumtemperatur stehen, gießt das Gemisch auf
100 Teile Eis und fügt 50 Teile festes NaC104 hinzu.
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Die ausgeschiedenen Kristalle werden abgesaugt, mit Wasser und Äther
gewaschen und getrocknet. Man erhält 24 Teile (72 % der Theorie) ß-(3-Chlor-5-methyl-cyclohexon-(2)-yliden)"äthylidendimethyl-immonium-perchlorat
vom Fp. 164 bis 17000.
Beispiel 4
Analog Beispiel 3 unter- Verwendung von Natriumjodid (analog Beispiel 2) erhält
man 19 Teile (54 ffi der Theorie) ß-(3-Ohlor-5-methyl-cyclohexen- (2 )-yliden )-äthyliden-dimethyl-immonium-Jodid.
Fp. 184 bis 189°C.
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Beispiel 5
Man suspendiert 30 Teile ß-(3-Chlor-5-methyl-cyclohexen-(2) yliden)-äthyliden-dimethyl-immonium-perchlorat
(Beispiel 3) in 100 Volumenteilen Wasser, fügt 15 Teile Natriumacetat hinzu und
destilliert das Gemisch mit Wasserdampf. Das Destillat wird mit 100 Teilen Natriumchlorid
gesättigt und dreimal mit Je 200 Volumenteilen Äther extrahiert. Nach dem Trocknen
mit Natriumsulfat und Abziehen des Lösungsmittels im Vakuum destilliert man den
Rückstandim Hochvakuum. Man erhält 11 Teile (70 % der Theorie) 5-Methyl-3-chlor-cyclohexen-
(2 )-yliden-acetaldehyd vom Kp0,4 98 bis 111°C.
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Beispiel 6
Zu einem Gemisch aus 146 Teilen Dimethylformamid und 168 Teilen POC13 gibt man bei
500C 138 Teile 3,5,5-Trimethylcyclohex~-2-en-1-on' zu und rührt das Gemisch 3 Stunden
bei 80°C. Nach dem Abkühlen
versetzt man das Gemisch mit 300 Teilen
Eis und rührt 2 Stunden, wobei der zähe Sirup in Lösung geht; Auf Zusatz von 200
Teilen festem NaClO4 kristallisieren 242 Teile (Ausbeute 78 % der Theorie) ß-(3-Chlor-5,5-dimethyl-eyclohexen-(2)-yliden)-äthyliden-dimethyl-immonium-perchlorat
aus. Fp. 176 bis 179°C.
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Beispiel 7
Analog Beispiel 2 unter Verwendung des Endstoffs von Beispiel 6 erhält man 266 Teile
ß-(3-Chlor-5,5-dimethyl-cyclohexen-(2)-yliden)-äthyliden-dimethyl-immonium-Jodid
(79 % der Theorie).
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Fp. 205 bis 206°C.
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Beispiel 8
In eine Lösung von 15 Teilen Dimethylformamid und 100 Volumenteilen Äthylenchlorid
leitet man 22 Teile Phosgen ein, erwärmt das Gemisch 1/2 Stunde auf 500C und gibt
bei dieser Temperatur 14 Teile 3,5,5-Trimethyl-cyclohex-2-en-1-on zu. Man läßt das
Gemisch 2 Stunden bei 70°O nachreagieren, destilliert das Lösungsmittel ab und zersetzt
das Gemisch mit 100 Teilen Eis.
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Nach Zugabe von 50 Teilen festem NaC104 kristallisieren 21 Teile (67
% der Theorie) ß-(3-Chlor-5,5-dimethyl-cyclohexen-(2)-yliden)-äthyliden-dimethyl-immonium-perchlorat
aus. Fp. 177 bis 179°C.
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Beispiel 9
Man verseift 31 Teile Immoniumsalz aus Beispiel 8 mit 15 Teilen Natriumacetat in
100 Teilen Wasser während 1/2 Stunde bei 70 bis 800C und treibt den gebildeten Aldehyd
mit Wasserdampf über.
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Analog Beispiel 5 erhält man 13 Teile (71 ffi der Theorie) 5,5-Dimethyl-3-chlor-cyclohexen-(2)-yliden-acetaldehydO
Kp.100 bis 102°C/0,4 mm.
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Beispiel 10
80 Teile Dimethylformamid, 150 Volumenteile Äthylenchlorid, 168 Teile POC13 und
138 Teile Isophoron werden analog Beispiel 1 umgesetzt und aufgearbeitet, wobei
anstelle der Zugabe von Perchlorat dem Aufarbeitungsgemisch portionsweise bis zur
alkalischen Reaktion 550 Teile Pottasche zugesetzt wird. Man extrahiert das Gemisch
viermal mit Äther, trocknet und engt das Gemisch im Vakuum ein. Man erhält nach
der Destillation im Hochvakuum 91 Teile (52 % der Theorie) 5,5-Dimethyl-3-chlorcyclohexen-
(2 )-yliden-acetaldehyd.
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Beispiel 11
Man führt die Umsetzung analog Beispiel 1 mit 17 Teilen Dimethylformamid, 45 Teilen
POC13 und 27 Teilen 2,3,6-Trimethylcyclohex
-2-en-1-on bei 270C
durch und läßt das Reaktion gemisch dann über Nacht stehen. Man arbeitet dann analog
Beispiel 1 auf und erhält 43 Teile (69 ffi der Theorie) ß-(3-Chlor-2, 4-dimethyl-cyclohexen-
(2 )-yliden)-äthyliden-dimethyl-immoniumperchlorat. Fp. 117 bis 1230 Co Beispiel
12
Analog Beispiel 1 erhält man mit 30 Teilen 3-Methyl-6-isopropyl-cyclohex-2-en-1-on
41 Teile (68 ffi der Theorie) ß-(3-Chlor-4-isopropyl-cyclohexen (2) yliden) äthyliden-dimethyl-immoniumperchlorat.
Fp. 115 bis 128°C.
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Beispiel 13
Zu 60 Teilen Dimethylformamid und 121 Teilen POBr3 in 300 Volumenteilen Äthylenchlorid
gibt man bei 50°C 30 Deile 3,5,5-Trimethylcyclohex-2-en-1-on zu und rührt das Gemisch
3 Stunden bei 800C weiter. Man läßt das Gemisch abkühlen, destilliert das Lösungsmittel
im Vakuum ab und versetzt den Rückstand mit 150 Teilen Eis. Nach Zusatz von 70 Teilen
festem NaClO4 kristallisieren 63 Teile (83 % der Theorie) ß-(3-Brom-5,5-dimethylcyclohexen-(2)-yliden)-äthyliden-dimethyl-immonium-perchlorat.
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Fp. 181 bis 18600.
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Beispiel 14
Zu 54 Teilen N-Methylformanilid, 61 Teilen POCl3 und 100 Volumenteilen Äthylenchlorid
analog Beispiel 1 gibt man bei 50°C 30 Teile Isophoron zu und läßt das Gemisch 3
Stunden bei 70°C reagieren. Das Lösungsmittel wird abdestilliert und der ölige Rückstand
mit Eis versetzt. Man fügt 100 Teile NaC104 hinzu, wobei sich ein dunkelbraunes
Öl abscheidet, das langsam kristallisiert. Man erhält 55 Teile (67 % der Theorie)
ß-(3-Chlor-5, 5-dimethyl-cyclohexen- (2 )-yliden )-äthyliden-N-methyl-N-phenylimmonium-perchloratO
Fp. 154 bis 158°C.