DE2220820B2 - Verfahren zur Herstellung von Acyclischen Alkoholen und/oder Ketonen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Acyclischen Alkoholen und/oder KetonenInfo
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Description
worin R1. R,. R, und R4 niedriae Alkylreste. X eine
— CHR,- o'der — CHR5-CHR6-GrUpPe. R5 und
R„ Wasserstoflaiome oder niedrige Alkylreste bedeuten,
dadurch gekennzeichnet, daß man einen Acyclischen Kohlenwasserstoff der allgemeinen
Formel
R,
R-
worin R1. R:. R3 und R4 und X die \orstehende
Bedeutung haben, mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen
Gasen in Gegenwart eines Alkyl- oder Arylcarbonsäuresalzes. Naphthenats oder Acetylacetonats
eines Metalls mit einer Atomzahl von 24 bis 30 als Katalysator bei Temperaturen von 50
bis 150 C umsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet,
daß man als Katalysator ein Acetat oder Naphthenat von Nickel. Kobalt. Kupfer oder
Mansan verwendet.
35
40
45
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von bicvclischen Alkoholen und oder Ketonen der
allgemeinen Formeln
R, R- OH
worin R1. R'- R3 und R4 niedrige Alkylres% .-.". eine
— CHR5- oder — CHRj-CHRs-Gruppe un<l α, und
R6 Wasserstoffatome oder niedrige Alkylreste bedeuten.
Die Oxidation von organischen Verbindungen kann nach bekannten Wegen geschehen. Es ist jedoch
in vielen Fällen schwierig, ganz bestimmte angestrebte Verbindungen herzustellen, da diese nicht
direkt durch Oxidation erhalten werden können und das VerfahreE zu ihrer Herstellung demgemäß ziemlich
umständlich ist und oder die gewünschten Verbindungen nur mit geringer Ausbeute liefert Die
Verwendung von Kobaltacetatbromid und Sauerstoff für die Herstellung von Ketonen wird von Hay
et al. in Canadian Journal of Chemistry. 43. 1306 (19651. beschrieben. Bei daesem Verfahren wird Tetralin
zu dem entsprechenden Keton, d. h. zu M-Tetralon.
oxidiert. In der USA.-Patentschrift 3042 722 wird die Herstellung von Cyclohexenon durch Umsetzung
\on Cyclohexen mit Sauerstoff in Gegenwart von Brom und einem Schwermetall-Oxidationskatalysator
beschrieben. Die in der USA.-Patentschrift 3042 722 beschriebene Reaktion wird unter Druck durchgeführt,
so daß das zu oxidierende Material in der flüssigen Phase vorliegt.
Andere Verfahren zur Herstellung von cyclischen Oxidationsprodukten aus ungesättigten cyclischen
Verbindungen geben Epoxyde an Stelle \on Ketonen: vgl. hierzu Methoden der Organischen Chemie.
Band VI 3. 403 (19651. Von A w a s t h y et al. wurden ähnliche Ergebnisse mit Chrom erhalten, wie es in
Journal of the American Chemical Society 91. 991 (19691. beschrieben wird. Die Herstellung von solchen
Epoxyden bei mit Sauerstoff durchgeführten Oxidationsreaktionen ist für die Herstellung von bestimmten
Verbindungen unerwünscht.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden. da£
Oxidationsreaktionen mit Sauerstoff mit tetra-sub· stituierte Brückendoppelbindungen enthaltenden po·
lycyclischen Verbindungen durchgeführt werden kön· nen. um bic; clische Alkohole und oder Ketone η
ergeben. Somit wird gemäß der vorliegenden Erfin· dung eine bic\clische Verbindung der allgemeiner
Formel
55
R-
60 R1
R, R4
worin R1. R^. R3 und R4 niedriae Alkylreste. X ein
-CHR5- oder —CHRj-CHR^Gruppe und R5 uii<
R6 Wasserstoffatome oder niedrige Alkylreste be deuten, mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasei
in Gegenwart eines Alkvl- oder Arvlcarbonsäure
Salzes. Naphthenats oder Acetylacetone» eines Metalls
mit einer Atomzahl von 24 bis 30 aus Katalysator bei Temperaturen von 50 bis 150 C umgesetzt, wobei
der so gewonnene Alkohol oder das so gewonnene Keton den Formeln
IO
R. R4
und oder
entsprechen, worin R1 bis R4 und X die oben angegebene
Bedeutung haben.
Als Ausgangs\ erbindungen werden gemäß der Erfkiduni!
bicyclisch.e Kohlenwasserstoffe mit einer Brücken - Kohlenstoff- Kohlenstoff- Doppelbindung
(oder einer -r-Bindung) \erwendet. die in jedem der
beiden % erschmolzenen Ringe 5 oder 6 Kohlenstoffatonie
enthalten. Somit ist die vorliegende Erfindung besonders nützlich, um Ketone und Alkohole von
Tetraalkyl- oder höheren Polyalkyl-substituierten Verbindungen herzustellen. Beispiele hierfür sind 1.1.3.3-Tetraalkyl-
und höhere Polyalkyl-substituiert? 4.5.6.7-Tetrahydroindane und 1.1.4.4-TetraalkyI- und höhere
Polyalkyl-substituierte l.Z^AS.öJ.S-Octahydronaphthaline.
Die hier in Betracht gezogenen Alkylgruppen sind zweckmäßigerweise niedrige Alkylgruppen. wobei Alkylgruppen
mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bevorzugt werden. Die durch R1 bis R6 repräsentierten Alkylgruppen
können entweder gleich oder verschieden sein. Vorzugsweise sind die durch R1 bis R4 gegebenen
Alkylgruppen gleich und stellen Methylgruppen dar. Die Substituenten R5 und R6 können entweder gleich
oder verschieden sein. Vorzugsweise ist R5 Wasserstoff oder Methyl und R6 ist Wasserstoff.
Gemäß der Erfindung wird als Oxidationsmittel molekularer Sauerstoff verwendet. Der Sauerstoff
kann in reinet Form oder im Gemisch mit inerten Gasen wie Stickstoff. Argon. Helium eingesetzt werden.
Er kann auch in Form von Luft zugerührt werden. Die hier verwendete Bezeichnung Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltige
Gase soll derartige Formen einschließen. Der Sauerstoff wird in ein einen Katalysator enthaltendes
Gemisch des ungesättigten Kohlenwasserstoffs eingeleitet und wird hierin zweckmäßigerweise
durch Einblasen verteilt.
Der Katalysator kann ein Metallsalz mit einer organischen aliphatischen Säure sein, beispielsweise
ein Acetat. Propionat oder ein Metallsalz einer Arylcarbonsäure. beispielsweise ein Naphthenat. Der Katalysator
kann auch in Form von Koordinationskomplexen wie Metallacetonylacetonaten vorliegen.
Zweckmäßige Katalysatoren sind diejenigen, die NikkeL Kobalt. Kupfer und Mangan enthalten. Bevorzugte
Katalysatoren schließen Kobalt- und Kupferacetat und Kobaltnaphthenat ein. Der Katalysator
kann auch ein Halogenid enthalten, vorzugsweise Brom.
Die Menge des verwendeten Katalysators beträgt i bis 20%. bezogen auf die Menge des zu behandelnden
Kohlenwasserstoffs. Es wird bevorzugt, den Katalysator
in einer Menge von etwa 5 bis etwa 15% zu verwenden. Wenn nichts anderes angegeben wird,
dann sind hier sämtliche Teile. Verhältnismengen, Prozentangaben und Verhältnisse auf das Gewicht
bezogen.
Das Verfahren der Erfindung wird bei mäßigen Temperaturen in der Gegend von 50 bis 150C und
vorzugsweise bei den nachstehend angegebenen Drükken durchgeführt. Die bevorzugten Temperaturen
variieren etwas, je nach dem verwendeten Katalysator,
der zu oxidierenden Verbindung, der Art des gewünschten Produktes, den angewendeten Gewinnungstechniken,
doch ist der bevorzugte Temperaturbereich im allgemeinen etwa 80 bis etwa 120 C. Der
angewendete Temperaturbereich ist genügend hoch, um eine annehmbare Reaktionsgeschwindigkeit zu
ergeben, jedoch niedrig genug, um unerwünschte Nebenreaktionen wie eine weitere Oxidation und oder
eine Polymerisation zu vermeiden, die das Ausgangsmaterial unnötig verbrauchen, ohne das gewünschte
Endprodukt zu liefern.
Bei Atmosphärendruck und bei den hier angewendeten Temperaturen sind Reaktionszeiten von 5
bis 75 Stunden erforderlich, wobei Zeiten von 10 bis 50 Stunden im allgemeinen bevorzugt werden. Die
Reaktionszeit hängt von dem jeweiligen Ausgangsmaterial, der Temperatur, der gewünschten Ausbeute,
der Verteilung des Ketons und des Alkohols in dem Produkt und dem verwendeten Katalysator ab. Die
Reaktion wird im allgemeinen über einen Zeitraum durchgerührt, der ausreichend ist, um eine 25- bis
30%ige Umwandlung der Kohlenwasserstoffe in die gewünschten Produkte zu ergeben.
Die Reaktion kann über einen Druckbereich durchgeführt werden, der sich von Unterdruck bis überdruck
erstreckt. Somit können Drücke von etwa 0,07 bis etwa 141 kg cm2 (1 bis 2000 psia) verwendet
werden. Bei niedrigeren Drücken kann die Reaktion auch in der Dampfphase durchgeführt werden. Wenn
Luft als Oxidationsmittel verwendet wird, dann wird es im allgemeinen bevorzugt, das Verfahren bei Überdrücken
von 70.3 bis 141 kg cm2 (1000 bis 2000 psia) durchzuführen.
Nach Beendigung der Reaktion wird wäßriges Eisen(II)-sulfat oder eine Natriumsulfitlösung zugesetzt,
um Peroxide und Hydroperoxide zu zersetzen, die vorliegen können. Das Produkt kann sodann
weiter gereinigt und durch Lösungsmittelextraktion isoliert, gewaschen und getrocknet werden. Der bicyclische
Alkohol wird im allgemeinen als Niederschlag während der Aufarbeitung erhalten. Die festen
und flüssigen Produkte können sodann weiter nach den herkömmlichen Methoden gereinigt werden, beispielsweise durch Destillation, Extraktion, Kristallisation,
präparative Chromatographie.
Die gemäß der Erfindung hergestellten cyclischen Ketone und Alkohole haben einen breiten Anwendungsbereich.
Bestimmte dieser Ketone haben ein
Amber-. Holz oder ein anderes Aroma, das sie für die
Parfümerie geeignet macht. Das gemäß Beispiel 1 hergestellte Keton, nämlich 6.7-Dihydro-J.lJU.3-pentamethyl-4(5H)-indanon.
besitzt einen Geruch nach süßem Moschus und wertvollem Holz sowie andere Eigenschaften, die es besonders für Aromazwecke
aeeianet machen.
Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert.
Ein 22-1-Rundkolben mit Rührer. Thermometer.
Kühler und Gaszuleitungsrohr wird mit 3015 g 4Λ6.7 - Tetrahydro-l.lJL3.3-pentameth>
lindan und 150 g Kobaltnaphthenat beschickt. Durch das Gaseinlei'ungsrohr
wird Sauerstoff zugeführt, während das Reaktionsgemisch auf eine Temperatur im Bereich
von 90 bis 100 C erhitzt und bei dieser Temperatur über einen Zeuraum von 35 Stunden gehalten wird.
Das Reaktionsgemisch wird sodann auf 25 C abgekühlt und mit Z25 1 95%igem Äthanol versetzt,
worauf 10 Minuten gerührt wird. Das Reaktionsgemisch wird 1 Stunde bei 25 C gerührt. Während
dieses Zeitraums werden tropfenweise 2340 ecm einer 23%igen wäßrigen EisenllD-sulfatlösung zugesetzt
Unmittelbar hierauf werden 7.5 1 einer wäßrigen Lösung von 10°o Natriumsulfat und ΓΌ Natriumhydroxid
zugesetzt, und es werden 2 1 Toluol zugefügt.
Das resultierende Gemisch wird 15 Minuten gerührt und mit konzentrierter Salzsäure angesäuert.
Die ölschicht wird abgetrennt, und die wäßrige Schicht mit 2 ! Toluol extrahiert. Die ölschichten
werden hierauf vereinigt und mit einem 5-1-Teil Wasser gewaschen. Die gewaschene ölschicht wird
sodann zusätzlich zweimal mit 5-1-Teilen von 5°oigem
wäßrigem Natriumhydroxid gewaschen. Das Lösungsmittel wird sodann von der ölschicht entfernt,
wodurch die Bildung eines Niederschlages bewirkt wird. Der Niederschlag wird abfiltriert, und das resultierende
klare öl wird bei 95 bis 109 C und einem Druck von 14 bis 2.5 Torr destilliert Das feste Material
(Fp. 108 bis UO C) wird aus Hexan umkrisiallisiert (Ausbeute 183 g). Durch gas-flüssigkeits-chromatographische,
keraresonanz-magnetische und infrarotspektroskopische sowie massenspektroskopische Analysen
wird bestätigt, daß die erhaltene Verbindung 4.5.6.7 - Tetrahydro -1.1.2.3.3 - pentamethy 1 - 4 - indanol
die folgende Struktur besitzt:.
Das Destillat (Ausbeute 658 g) ist ein Keton, nämlich
6.7 -Dihydro -1.1.2.3.3 - pentamethyl - 4(5 H)- indanon. mit der folgenden Struktur:
Das Gewicht des wiedergewonnenen Ausgangs-Kohlenwasserstoffs beträgt 1357 g.
Ein 5-1-3-Hals-Rundkolben. ausgestattet mit einem
Rührer. Thermometer. Kühler und Gaseinlaßrohr wird mit 1854 g 4.5.6.7-Tetrahydro-1.1.2.3.3-pentamethylindan
und 90 g Kobaltnaphthenat beschickt. Das resultierende Gemisch wird auf 100 C erhitzt.
und in die Lösung wird 50 Stunden unter Rühren Luft eingeblasen. Das Reaktionsgemisch wird auf
25 C abgekühlt und mit 1350 ecm Äthylalkohol versetzt.
Das Reaktionsgemisch wird 10 Minuten gerührt, worauf 1400ecm einer 23°oigen wäßrigen
EisenUD-sulfatlösung tropfenweise bei 25 C über einen Zeitraum von 35 Minuten zugefügt werden.
Das resultierende Gemisch wird sodann 1 Stunde gerührt. Danach werden 4,5 1 einer wäßrigen Lösung,
die I0O Natriumhydroxyd und 10% Natriumsulfat
enthält, zugesetzt. Das resultierende Gemisch wird 1 Stunde gerührt und sodann mit konzentrierter
Salzsäure angesäuert, worauf ? 1 Toluol zugefügt werden.
Das resultierende zweiphasige flüssige Gemisch wird getrennt, und die wäßrige Phase wird mit einem
1-1-Teil Toluol extrahiert. Die organischen Schichten
werden vereinigt und mit 51 Wasser gewaschen. Danach wird mit 5 I 5%igem Natriumhydroxid und
nochmals mit 5 1 Wasser gewaschen.
Das rohe Reaktionsprodukt wird vom Lösungsmittel befreit, wobei ein Niederschlag gebildet wird,
der abfiltriert wird. Das klare öl wird destilliert (1455 g). Der Feststoff wird aus Hexan umkristallisiert,
wodurch 180 g einer Verbindung mit folgender Struktur
erhalten werden:
nämlich das
4-indanol.
4-indanol.
Die Destillation des klaren Öls bei 110 bis 117 C
und einem Druck von 2.7 Torr ergibt 265 g einer Verbindung mit folgender Struktur:
nämlich das 6.7-Dihydro-U.2.3.3-pentamethyl-4(5H)-indanon.
Das Gewicht des wiedergewonnenen Ausgangs-Kohlen Wasserstoffs beträgt 684 g.
, ι Be is ρ ie 1 3
Ein 100-ccm-Rundkolben mit Rührer, Thermometer, Kühler und Gaseinleitungsrohr wird mit 30 g
4,5,6,7-Tetrahydro-l,l,2,3,3-pentamethylindan und 3g
Kobaltacetat beschickt. Die Bestandteile werden auf' 1000C erhitzt, und Sauerstoff wird in die Mischung
unter Rühren über einen Zeitraum von 16 Stunden eingeblasen. Das Gemisch wird sodann auf 25° C
abgekühlt und mit 23 ecm 95%igem wäßrigem Äthanol
versetzt. Darauf ,wird 5 Minuten gerührt. 23 ecm
23%iges wäßriges Eisen(II)-sulfat werden bei 25°C zugesetzt. Das resultierende Gemisch wird 1 Stunde
bei 25° C gerührt, worauf 75 ecm einer wäßrigen Lösung von 1% Natriumhydroxid und 18% Natriumsulfat
zugegeben werden. Das resultierende Gemisch wird 15 Minuten gerührt und mit konzentrierter Salzsäure
angesäuert, wodurch ein zweiphasiges Gemisch erhalten wird, dessen Phasen sodann aufgetrennt
werden. *°
Die wäßrige Schicht wird mit zwei 50-ccm-Teilen Toluol extrahiert. Die organischen Schichten werden
vereinigt und mit einem 50-ccm-Teil Wasser, einem 50-ccm-Teil 5%igem Natriumhydroxid und einem
weiteren 50-ccm-Teil Wasser gewaschen. Das Lösungsmittel wird abgetrennt, wodurch 24 g des Produkts
erhalten werden, das zwei Verbindungen mit folgenden Strukturen enthält:
35
(78 Teile)
6,7-Dihydro-1,1 ,Z3,3-pentamethyl-4(5 H )-indanon
6,7-Dihydro-1,1 ,Z3,3-pentamethyl-4(5 H )-indanon
1,2,3,4,5,6,7,8-Octahydro-5,5,8,8-tetfamethylnaphthalin-1
-öl
B eis pi el 4
Ein 100-ccm-Rundkolben mit Rührer, Thermometer, Kühler und Gaseinleitungsrohr wird mit 30 g
4,5,6,7-Tetrahydro-l,l,2,3,3-pentamethylindan und 3 g Kupfer(II)-acetat beschickt. Die Bestandteile werden
auf 1000C unter Rühren erhitzt. Sauerstoff wird in das Gemisch über einen Zeitraum von 6 Stunden eingeblasen.
Das Gemisch wird sodann auf 25° C abgekühlt und mit 23 ecm von 95%igem wäßrigem
Äthanol versetzt. Das Gemisch wird 5 Minuten gerührt. Hierauf werden 24 ecm von 23%igem wäßrigem
Eisen(Il)-sulfat bei 25° C zugegeben. Das resultierende
Gemisch wird 1 Stunde bei 25° C gerührt und mit 75 ecm einer wäßrigen Lösung von 1 % Natriumhydroxid
und 18% Natriumsulfat versetzt.
Das resultierende Gemisch wird 15 Minuten gerührt und sodann mit konzentrierter Säure angesäuert,
wodurch ein zweiphasiges Gemisch erhalten wird, dessen Phasen getrennt werden. Die wäßrige
Schicht wird mit zwei 50-ccm-Teilen Toluol extrahiert, und die organischen Schichten werden vereinigt
und mit einem 50-ccm-Teil Wasser, einem 50-ccm-Teil 5%igem wäßrigen Natriumhydroxid und
einem weiteren 50-ccm-Teil Wasser gewaschen. Das Lösungsmittel wird entfernt, wodurch 20 g eines Produktes
erhalten werden, das Verbindungen der folgenden Strukturen enthält:
40
45
(80 Teile)
6.7-Dihydro-1,1,2,3,3-pentamethyl-4(5 H (-indanon
6.7-Dihydro-1,1,2,3,3-pentamethyl-4(5 H (-indanon
(22 Teile) 5« und
4,5,6,7-Telrahydro-1,1,2,3,3-pentamethyl-4-indanol
Wenn das gleiche Verfahren mit 1,2,3,4,5,6,7,8-Octahydro-UA4-tetrameÜiylnapiithalra durchgeführt
wird, dann ist das resekierende Produkt ein Gemisch,
das Verbindungen der folgenden Strukturen enthält:
OH
3.4.5,6,7,8-Hexahydro-5.5,8,8-tetramrthynwphthalm-1 [2 H ]-on
(20 Teile)
4,5.fi.7-Tet rah ydro- i, 1.2.3,3-pentamelhy l-4-indanol
hydro-l.l,2,3,3-pentamethylindan und SOg Kobalt
naphthcnal beschickt. Luft wird in den Autoklav
angeblasen, und das Gemisch wird auf 100 C er
hitzt. wobei der Druck auf 105 kg cm2 (ISOOpsi
509 51 a/3»
Stift
erhöht wird. Das Reaktionsgemisch wird 30 Stunden gerührt, wobei es aulf 1000C gehalten wird. Am Ende
des; 30-Stunden-Zeitraumes wird das Gemisch auf
25° C abgekühlt, das nichtumgesetzten Kohlenwass«
stoff und Verbindungen mit folgender Struktur ei hält:
OH
(78 Teile)
6,7-Dihydro-l,l,2,3,3-pentamethyl-4(5H)-indanon
6,7-Dihydro-l,l,2,3,3-pentamethyl-4(5H)-indanon
(22 Teile)
4,5,6,7-Tetrahydro-1,1,2,3,3-pentamethy!-4-indan
4,5,6,7-Tetrahydro-1,1,2,3,3-pentamethy!-4-indan
Claims (1)
- bzw.Patentansprüche:I. Verfahren zw Herstellung von bicydiscben Alkoholen uad oder Ketonen der allgemeinen Formelnbzw.15
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