DE2202249A1 - Isolierung von alpha-Cedren aus Zedernholzoelkohlenwasserstoffen - Google Patents
Isolierung von alpha-Cedren aus ZedernholzoelkohlenwasserstoffenInfo
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Description
6510/53-02
L. Givaudan & Cie Societe Anonyme, Vernier-Geneve (Schweiz)
Isolierung von α-Cedren aus Zedernholzölkohlenwasserstoffen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Auftrennung der Kohlenwasserstoffe aus Kedernbolzölen.
Die Erfindung betrifft im besonderen ein Verfahren zur
Abtrennung von α-Cedren von der Kohlenwasserstoffraktion von
Zedernholibl, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass man diese
Kohlenwasserstoffraktion mit einer starken Protonensäure vom pK 4 oder klejner 4 umsetzt und das a-0euren aas dem Reaktionsgemisch durch Destillation abtrennt.
Es existiert keine chemische Methode zur Abtrennung der Cedrene von Thujopscn in Zedernholzöl-Kohlenwasserstoffraktionen.
Eine Trennung durch Destillation ist extrem schwierig ind unökonomicch infolge der ähnlichen Siedepunkte der Komponenten.
Falls hingegen die vorliegende neue Methode auf Zedernholzöl-Kohlenwasssrstoffraktionen
angevrandt wird, die z.B. *i-0
α-Cedren (i), 5-10 %
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ß-Cedren (ll), 40-50 % cis-Thujopsen (IH) und 5-10 % Thujopsen-Isomere
enthalten, bleibt das a-Cedren nach der Behandlung mit der starken konzentrierten Protonensäure unverändert, währenddem
das ß-Cedren (II) zu a-Cedren (I), und Thujopsen (III) hauptsächlich
zu ß-Chamigren (IV) und a-Chamigren (V) bzw. einer Reihe
von tricyclischen C,cH2i, olefinischen Kohlenwasserstoffen, im
folgenden Kohlenwasserstoffe A und B genannt, isomerisiert wird. Diese tricyclischen C.J24-Kohlenwasserstoffe sind neue Verbindungen
und stellen wertvolle Zwischenprodukte für die Herstellung von neuen Riechstoffen dar.
Das oc-Cedron (I) kann nun auf leichte Art und ökonomisch
durch (Vakuum) Destillation in hoher Reinheit von den Chamigrenen oder tricyclischen Kohlenwasserstoffen abgetrennt werden, da
diese Stoffe höhere Siedepunkte aufweisen.
II
H1
III
IV V
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tricyclische C15II24
Kohlenwasserstoffe
(Kohlenwasserstoffe A und B)
Das α-Cedren stellt ebenfalls ein wertvolles Zwischenprodukt
für die RiechstoffIndustrie dar; es wird z.B. für die
Herstellung von Acetyl-Cedren verwendet.
Es wurde gefunden, dass starke konzentrierte Protonensäuren
(mit. einem pKa von 4f0 oder kleiner 4,0) wie z.B. Ameisensäure,
Oxalsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Polyphosphorsäure, Toluolsulfonsäure und Perchlorsäure die Isomerisierung
von Thujopsen begünstigen. Es wurde ferner gefunden, dass die Isomerisierung weiter begünstigt wird durch die Verwendung
eines Gemisches von Essigsäure und starken Säuren wie Oxalsäure und die oben angeführten starken Säuren. Auch andere Alkancarbonsäuren
der Formel RCOOH, worin R eine Alkylgruppe von 1-5 C-Atomen darstellt, können anstelle von Essigsäure Verwendung
finden, doch ist diese letztere Säure bevorzugt.
Obwohl die Isomerisierungen in Anwesenheit von Lösungsmitteln wie z.B. Methylenchlorid, Aethylenchlorid, Tetrachlorkohlenstoff,
Chloroform, Aether und Dioxan durchgeführt werden können, stellt das Arbeiten in Abwesenheit eines Lösungsmittels
eine bevorzugte Arbeitsweise dar. Die Reaktionsprodukte der Isomerisierungen varieren je nach Säure, Säurekonzentration,
Reaktionstemperatur und Reaktionszeit. Demzufolge können durch die Wahl der richtigen Säure und Reaktionsbedingungen entweder
die Chamigrene (IV und V) oder die tricyclischen Kohlenwasserstoffe
A und B oder ein Gemisch von Kohlenwasserstoffen als hauptsächlichste Reaktionsprodukte erhalten werden.
Obschon konzentrierte Säuren mit einem Wassergehalt von 50 % oder weniger eingesetzt werden können, arbeitet man dennoch
vorzugsweise mit Säurekonzentrationen von 85-100 fa.
Falls 3tarke Säuren oder cixi Gemisch von Essigsäure und
starken Sauren mit einem pKa von 2-4 verwendet werden, erhält
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man vorzugsweise Chamigrene. Stärkere Säuren mit einem pKa von Of85 oder kleiner 0,85 wiederum begünstigen die Isomerisierung
von Thujopsen oder der Chamigrene zu den neuen tricyclischen
Kohlenwasserstoffen. Säuren, deren pKa—Werte zwischen den oben
genannten Werten liegen, führen zu Gemischen von Chamigrenen und tricyclischen Kohlenwasserstoffen.
Im allgemeinen hängt die benötigte Menge Säure von der Art der Säure ab, indem inbezug auf diese Menge eine untere
Grenze besteht, bei deren Unterschreiten die Isomerisierung nicht mehr eintritt oder nur noch teilweise eintritt,
(Reaktion des· Katalysators mit dem Kohlenwasserstoff ). Diese
Grenzen können nur durch Experimente festgestellt werden. Es gibt sogar Fälle, wo die Verwendung eines grossen Ueberschusses
an Säure die Ausbeute an gewünschtem Produkt herabsetzt, indem Nebenreaktionen eintreten können.
Ameisensäure oder ein Gemisch von Essigsäure und Ameisensäure, Oxalsäure, Phosphorsäure oder Polyphosphorsäure favorisieren
die Isomerisierung von Thujopsen zu den Chamigrenen.
Hierbei können variable Konzentrationen an Ameisensäure (50-100 fo) verwendet werden· Um das Auftreten von unerwünschten
Nebenreaktionen zu verhindern, wird vorzugsweise 90-100 #ige
Ameisensäure verwendet. Die Menge Ameisensäure ist nicht allzu kritisch, es können 3-100 Gewichtsprozent, bezogen auf die
Menge Thujopsen Verwendung finden; ja sogar grössere UeberschÜGse,die
allerdings unökonomisch sind, wirken sich nicht nachteilig aus. Vorzugsweise werden hingegen 10-20 Gevri.chtsprozent
90-98 $iger Ameisensäure verwendet.
Die Realrtio.nötemperatur ist nicht allzu kritisch, die
Reaktion kann z.B. in einem Bereich von 40-15O0C durchgeführt
werden. Bei niederen Temperaturen i3t die R
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keit langsam, währenddem bei Temperaturen über 10O0C Druckgefässe
verwendet werden müssen und unerwünschte ITebenreaktionen auftreten können. Bevorzugt ist ein Temperaturbereich von
90-1000C. Die Isomerisierungsreaktion ist normalerweise nach
1/2 bis 3 Stunden beendet.
Auch Gemische von Essigsäure und Ameisensäure, beispielsweise Gemische,enthaltend 20 oder mehr Molprozent Ameisensäure
favorisieren die Isomerisierung von Thujopsen zu den Chamigrenen. In diesem Fall ist ein Gemisch, enthaltend 4o-60 Molprozent
Ameisensäure bevorzugt. Die Menge Säuregemisch ist nicht allzu kritisch; vorzugsweise wird allerdings dieses Geraisch
in einer Menge von 20-50 Gewichtsprozent,bezogen auf die Menge Thujopsen verwendet. Die Isomerisierung kann bei Temperaturen
von beispielsweise 40-15O0C durchgeführt werden. Vorzugsweise
wird ein Temperaturbereich von 90-1000C eingehalten . Unter
diesen Bedingungen ist die Isomerisierung üblicherweise nach 3 bis 4 Stunden abgeschlossen.
Weder Essigsäure noch Oxalsäure stellen geeignete Katalysatoren für die Isomerisierung von Thujopsen zu den
Chamigrenen darj hingegen ergeben Gemisch von Oxalsäure mit
Essigsäure gute Katalysatoren. Bei Verwendung solcher Gemische Bind allerdings die Bedingungen kritisch. So können z.B. Gemische,
enthaltend 4,0 bis 10 Molprozent Oxalsäure eingesetzt werden1. Vorzugsweise verwendet man Gemische,die 4,5 bis 6 MoI-prozent
Oxalsäure enthalten. Die Menge Säureßemisch kann stark varieren, sie kann z.B. 5 bis 100 Gewichtsprozent bezogen auf
das Thujopsen betragen; optimale Resultate werden allerdings erhalten, wenn, bezogen auf Thujopafin,dao Säuregemisch 10-20
Gewichtsprozent beträgt. Die Reaktionatemperatur kann z.B.
50-15O0C betragen. Bevorzugt iat ein Temperaturbereich von
90-1000C. Unter di«uen Vorzugsbedingungen int die Reaktion
üblicherweise nach 3 biß 4 Stunden beendet.
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Bei der Isomerisierung von Thujopsen zu den Chamigrenen,
wobei starke Säure wie z.B. Phosphorsäure, Polyphosphorsäure, Schwefelsäure und Perchlorsäure Verwendung finden, können letztere
auch im Gemisch mit Essigsäure eingesetzt werden. Dor pKa-Wert
des verwendeten Essigsäuregemisches soll üblicherweise ungefähr 2,0 oder mehr betragen. Bei Verwendung von Gemischen starker
Säuren mit Essigsäure werden diese starken Säure z.B. in Mengen von 0,1 bis 6,0 Molprozent und bei lsomerisationsteinperaturen
von 10-1200C eingesetzt. Das bevorzugte starke Säuregemisch
stellt Essigsäure · Polyphosphorsäure dar, wobei von der letzteren Säure 0,7 bis 5,5 -Molprozent vorhanden sind;
die Reaktionstemperatur beträgt hierbei 30-6O0C. Die Menge des
Säuregemisches kann stark varieren, z.B. zwischen 10 und 200 Gewichtsprozent* bezogen auf Thujopsen; 100-150 fo sind bevorzugt.
Bei Einhalten dieser Vorzugsbedingungen ist die Reaktion üblicherweise nach 3 bis 6 Stunden abgeschlossen.
Gemische von Essigsäure mit starken Säuren wie Phosphorsäure (100 %), Polyphosphorsäure, Schwefelsäure und Perchlorsäure
mit pKa-Werten von ungefähr 0,65 oder kleiner 0,85 favorisieren
die vollständige Isomerisierung von Thujopsen zu den tricyolischen Kohlenwaoserstoffen A und B. Beispielsweise kann
Essigsäure im Gemisch mit 5,5 bis 50 Molprozent Polyphosphorsäure Anwendung finden. Das bevorzugte Gemisch stellt hierbei
Essigsäure — 10 bis 30 Molprozent Polyphosphorsäure dar.
Die Isomerisierungstemperatur kann 20-6O0C betragen; ein bevorzugter
Temperaturbereich stellt derjenige von 4O-5OÜC dar. Die
Menge der eingesetzten Säure kann in einem breiten Bereich varieren, z.B. 10-500 Gewichtsprozent (auf Thujopsen bezogen)»
bevorzugt 50-150 % betragen.
Bei Einhalten der bevorzugten Reaktionsbedingungen ist die Reaktion Üblicherweise nach ."5 bis 6 Stunden abgeschlossen.
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In den folgenden Beispielen ist die Instrumentierung die
folgende:
Gaschromatographie:
15O0C, 60 ml pro Minute, 50 % Carbowax 2OM auf
Chromosorb P, Durchmesser 0,635 cm, Kolonne: 2 m (Gu)
Nester/Paust NPA-100 Auto Anular Teflon Dreh-Band-Kolonne
(Nester/Paust Manufacturing Corp., Newark, Delaware).
2,09 kg Texas Zedernholzöl (c.v. 22,6; spezifisches Gewicht 0,9483; n^° - 1,5040; [oc]D = -52° ) werden mittels
einer 37 cm-Fraktionierkolonne bei einem Druck von 0,6 ram Hg
destilliert. Nach einem Vorlauf von 28 g (Siedepunkt 45-320C)
werden 1,579 kg"Kohlenwasserstoffraktionen", Siedepunkt
83-1020C, n^° = 3,5038, spezifisches Gewicht bei 250C 0,9361,
[<x]D = -59° erhalten. Gemäss Gaschromatogramm enthalten diese
Kohlenwasserstoffraktionen 37f9 i° oc-Cedren, 9 ?° ß-Cedren,
41,0 % Thujopsen und 9»4 % Thujopsen-Isomere.
In ein Reaktionsgefäss, das mit Rührer, Thermometer,
Tropftrichter und Kühler ausgestattet ist, werden unter Rühren
1 kg Eisessig und 400 g Polyphosphoreäure (115 ?°) gegeben.
Man stellt die Temperatur auf 400C ein und gibt über einen
Zeitraum von 10 Minuten bei dieser Temperatur 1 kg der oben
erhaltenen Kohlenwasserstcffraktion zv„ Man hält das Reok
gemisch noch weitere 3 Stunden bei 40° und g.ieüßt es hierauf
unter Rübron auf 1 kg EiGwaaser. Man lässt die Bchichton sich
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trennen und extrahiert die wässrige Schicht 3 Mal mit 50 ml Benzol. Die kombinierten Extrakte (Oelschicht und Benzol) werden
2 Mal mit je 50 ml Wasser gewaschen, mit 10#iger wässriger Natriumcarbonatlösung alkalisch gestellt und wiederum mit Salzwasser
neutral gewaschen. Man destilliert das Benzol unter leicht vermindertem Druck ab und erhält so 1 kg rohe Kohlenwasserstofffraktion,jdie
gemäss gaschromatographischer Analyse aus 6 Komponenten besteht: (l) 2,4 #, (2) 48,9 $, (3) 7,6 %t (4) 14,4 #,
(5) 21,5 %, (6) 5,1 fof Die Komponente 1 stellt einen C-,J^2A. ~
Kohlenvrasserstoff von unbekannter Struktur dar. Bei der Komponente 2 handelt es sich um ct-Cedren, Komponente 3 ist 2,2,3,7-Tetramethyltricyclo(5,2,2,0
' )undec-3-en, die Komponenten 4 und 5 sind die tricyclischen Kohlenwasserstoffe A und B und bei
der Komponente 6 schliesslich handelt C3 sich um a-Chamigren.
Das rohe Gemisch wird bei 0,5 mm Hg ohne Fraktionierung an einer 37 cm Kolonne, die mit Glaskörpern gefüllt ist destilliert,
wobei 938 g Kohlenwasserstoffe (Siedepunkt 63-86°C/0,5 mm)
und 57,Og Rückstand anfallen. Die Kohlenwasserstoffe werden
bei 0,5 mm Hg redestilliert, unter Zuhilfenahme einer 61 cm Goodloe-Kolonne von Durchmesser 25 mm, (theoretische Bodenzahl
14) wobei ein Rückflussverhältnis von 20 : 1 eingehalten wird; es fallen die folgenden Fraktionen an:
1. 123,2 g; Sdp. 56-68°C/O,5 mm; η£υ = 1,4974; GC:
18,7 $>t 3 unbekannte Kohlenwasserstoffe, 81,3 i°
a-Cedren.
2. 289,6 g; Sdp. 68-70°C/0,5 mm; n£ = 1,4988; GC:
2,3 i° unbekannter Kohlenwasserstoff, 87,1 %
a-Ccdron, 7,6 f* Kohlcnwaccerctoff A, 3,2 ?*
Kohlemvasoerstoff B.
3. 115,5 g; Sdp. 7O-72°C/O,5 mm; n^ = 1,5010; GC:
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67,2 5ί α-Cedren, 14,3 % 2,2,3,7-Tetramethyltricyclo
[5,2,2,0 f ]undec-3-en, 13,7 # Kohlenwasserstoff A,
4,8 $> Kohlenwasserstoff B.
4. 112,1 g; Sdp. 72°C/O,5 mm; n^° = 1,5065; Spez. Gew.
25°C/25°C 0,9422; GC: 17,9 # ce-Cedren, 13,7 $>
2,2,3,7-Tetramethyltricyclo [5,2,2,O1' ]undec-3-en,
42,2 % Kohlenwasserstoff A, 26,5 % Kohlenwasserstoff B,
5. 196,8 g; Sdp. 72~74°C/O,5.mm; n£° = 1,5095; Spez. Gew.
25°C/25°C 0,9433; GC: 27,1 % Kohlenwasserstoff A,
65.6 i» Kohlenwasserstoff B, 7,3 % a-Chemigren.
6. 60,7 g; Sdp. 74-82°C/0,5 mm; n^° = 1,5160; GC:
36.7 # Kohlenwasserstoff B, 39,2 # a-Chamigren,
24,1 i» Cuparen .
7. 30,0 g Rückstand.
In ein Reaktionsgefäss,das mit Rührer, Thermometer und
Kühler versehen ist, gibt man 1,5 kg Kohlenwasserstoffe
feemäss Beispiel 1) und 150 g lOO^ige Ameisensäure. Das Gemisch
wird gerührt, hierauf während l/2 Stunden auf 1000C erhitzt
und 1 Stunde bei 1000C gehalten. Man gibt darauf 200 ml
Wasser zu, die ölige Schicht wird 2 Mal mit je 50 ml Wasser gewaschen,
unter Zuhilfenahmo von lO^iger wässriges Carbonatlösung
alkalisch gestellt und hierauf wieder neutral gewaschen. Das rohe OeI (1,5 kg) bocteht gcmäco gaochroinatographicchcr
Analyse zur Hauptsache aus don folgenden sieben Komponenten: (1) 1,0 %t (2) 44,2 *, (3) 6,5 /«, (4) 1,9 $>, (5) 3,7 ti, (6)
12,0 fi, (7) 30,7 #. Die Komponente 1 stellt einen Kohlenwasoor-
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stoff von unbekannter Struktur dar. Bei Komponente 2 handelt ea sich um a-Cedren, Komponente 3 ist 2,2,3,7^-Tetramethyltricyclo[5f2,2,0
' ]undec-3-en, bei Komponenten 4 und 5 handelt es sich um die Kohlenwasserstoffe A und B, währenddem die Komponenten
und 7 ß- und a-Cedren darstellen.
Das rohe Gemisch wird mittels Vakuum-Destillation an einer 1,22 m Goodloe Kolonne destilliert; Durchmesser der
Kolonne 25 mm, theoretische Bodenzahl: 28, Druck 0,5 mm, Rückfluss verhältnis 5:1. Es werden die.folgenden Fraktionen erhalten:
1. 27,9 Bi Sdp. 43-6l°C/O,5 mm; n^ = 1,4980; GC:
25.6 % 8 leichte unbekannte Kohlenwasserstoffe,
68,9 # a-Cedren, 4,8 £ 2,2,3,7-Tetramethyltricyclo
t5,2,2,O1 * 6]undec-3-en.
2. 606,0 g; Sdp. 6l-69°C/O,5 mm; n£u = 1,4985; GC:
1,8 % unbekannter Kohlenwasserstoff, 90,7 0A a-Cedren,
7.5 % 2,2,3,7-Tetramethyltricyclo[5,2,2,01|6]undec-3-en.
3. 80,9 g; Sdp. 6O°C/O,5 mm; n£u = 1,5010; GCi
62,5 # a-Cedren, 13,7 % 2,2,2,3,7-Tetramethyltricyclo[5,2,2,0
' ]undec-3-en, 6,8 # Kohlenwasserstoff
A, 5,6 % Kohlenwasserstoff B, 7,8 % ß-Chamigren,
3.6 i» a-Chamigren.
4. 108,2 g; Sdp. 69-72°C/O,5 mm; η£υ = 1,5085; GC:
16.7 1* a-Cedren, 4,8 ^ 2,2,3,7-Tetramethyltricyclo
[5,2,2,0 ' ]undec-3-en, 8,6 % Kohlenwasserstoff Λ,
14,5 fi Kohlenwasserstoff B, 35,9 1>
ß-Chamigren, 19,5 % a-Chamigren.
5. 565 g; Sdp. 72-84°C/0,5 mm; ri^u = 1,5130; Spez. Gew.
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25°C/25°C 0,9310; GC: 21,7 $ ß-Ghamigren, 68,2 %
α-Chamigren, 7,9 ί° unbekannter Kohlenwasserstoff,
2,1 % Cuparen.
6. 48,8 g; Sdp. 84-90°C/0,5 mm; n^u = 1,5150; GQ:
61»9 % a~Chamigren, 18,0 % (Pormat-ester), 20,1 #
(Pormat-ester).
7. 61,0 g Rückstand.
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Claims (4)
- PatentansprücheVerfahren zur Abtrennung von a-Cedren von der Kohlenwasserstoffraktion von Zedernholzöl, dadurch gekonnzeichnet, dass man diese Kohlenwasserstoffraktion mit einer starken Protonensaure vom pK4 oder kleiner 4 umsetzt und das a-Cedron aus dem Reaktionsgemisch durch Destillation abtrennt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als starke ProtoSBäure Ameisensäure, Oxalsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Polyphosphorsäure oder ToluolsulfoiiBäure verwendet wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man zusätzlich zu der starken Protonencäurc eine Alkanmonocarbonsäure, die 2-6 Kohlenstoffatome enthält, verwendet.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass als Alkanmcnocarbonsäure Essigsäure verwendet wird.209831/1095
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