DE2264762C3

DE2264762C3 - 3,6-Dihydro-o-dioxin-Derivate

Info

Publication number: DE2264762C3
Application number: DE2264762A
Authority: DE
Inventors: Miyako Zushi Hatsutani; Kyosi Yamoto Kondo; Masakatsu Sagamihara Matsumoto
Original assignee: Sagami Chemical Research Institute
Current assignee: Sagami Chemical Research Institute
Priority date: 1971-12-21
Filing date: 1972-12-21
Publication date: 1981-01-22
Also published as: DE2262792A1; DE2262792B2; DE2264762A1; GB1404869A; DE2262792C3; US3855246A; DE2264762B2

Description

worin R¹, R², R^J, R⁴, R⁵ und R⁶, die gleich oder verschieden sein können, jeweils ein Wasserstoffatom, einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder den Phenylrest bedeuten, vorausgesetzt, daß mindestens einer der Reste R¹ bis R⁶ einAikylrestist.

Die Erfindung betrifft 3,6-Dihydro-o-dioxan-Derivate der allgemeinen Formel I

(D

wvin R¹, R², R³. R⁴, R⁵ und R·, die gleich oder verschieden sein können, jeweils ein Wasserstoffatom, einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder den Phenylrest bedeuten, vorausgesetzt, daß mindestens einer der Reste R¹ bis R⁶ ein Alkylrest ist.

3,6-Dihydro-o-dioxin-Derivate der allgemeinen Formel I sind beispielsweise entsprechende monoalkyl-, dialkyl- und trialkylsubstituierte Derivate oder entsprechende alkyl- und phenylsubstituierte Derivate.

Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind wertvolle Zwischenprodukte für die Synthese verschiedener Verbindungen. Insbesondere erschließen sie einen vorteilhaften Weg zur Herstellung bestimmter Furan-

CH=CH

R⁵ R" und Pyrrol-Derivate, wie dies aus den Beispielen I bis VI ersichtlich ist Gegenüber bekannten Verfahren zur Herstellung solcher Verbindungen ist die Synthese unter Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindungen erheblich einfacher, und es werden ausgezeichnete Ausbeuten erzielt. Der erhebliche Vorteil des neuen Syntheseweges in seinem Gesamtablauf unter Berücksichtigung der Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungen ergibt sich aus folgendem:

Ein bekanntes Verfahren für die Synthese substituierter Furanderivate ist z. B. das Verfahren gemäß der US-PS 27 22 295 mit nachstehender Reaktionsfolge:

HC = C- C=CH

H₂CVMcOH

CH,

CO₂Ii

Erwärmung Ö

CH₃C-CH₂CH(OR)₂
O

CICH₂CO₂R
CH, C CH₂C^-H(OR)₂

CK₃

sowie das Verfahren von L W, Cornfarth in Journal of Chemical Society, Seite 1310 (1958) mit nachstehender Realctionsfolger

A * A/

Mg

MgX

(Methallyl-halogenid) HC(OEt)₃

ArCO₃H

Isomerisierung durch H ⁺

CH₃

20

25

Das erstgenannte Verfahren besitzt, wie sich aus dem vorstehenden ergibt, die Nachteile, daß erheblich mehr Stufen durchlaufen werden, daß das Ausgangsmaterial Chloressigsäureeiier ist, welches teuer ist, und daß die Gesamtausbeute niedrig liegt, da eine Stufe mit geringer Ausbeute verläuft.

Das zweite Verfahren besitzt die Nachteile, daß z. B, die Reagentien, insbesondere die organischen Persäuren, unwirtschaftlich sind und daß die Reaktion unter Verwendung von Grignard-Reagentien für die industrielle Praxis nachteilig ist

Demgegenüber lassen sich die erfindungsgemäßen Verbindungen für die Herstellung solcher Furane ganz einfach einsetzen, und sie führen praktisch in einer Stufe und in ausgezeichneten Ausbeuten zum gewünschten Produkt, und sie sind darüber hinaus auch billig und laicht erhältlich (z. B. aus Isopren). Die Gesamtausbeute vom Isopren bis zum 3-Methylfuran beträgt nach dem neuen Syntheseweg mehr als 60%.

Die typischste bekannte Arbeitsweise zur Synthese substituierter Furane bedient sich der Ringschlußreaktion von 1,4-Diketonen [G. Nowlin, Journal of the American Chemical Society, Bd. 72, S. 5754 (1950)]. Nach dieser Methode ist zwar die Substituenteneinführung in 2-SteIIung des Furanrings möglich, jedoch eine Einführung in die 3,4-Stellung extrem schwierig, so daß diese Arbeitsweise nicht allgemein und schlechthin auf die Synthese von Furanderivaten angewandt werden kann.

Als weiteres bekanntes Verfahren zur Synthese substituierter Furane ist noch die Methode von D. M. Burness, »Organic Synthesis Coll.« Band IV, Seite 628 ff_n 649 ff. (1963) mit nachstehender Reaktionsfolge zu erwähnen

(CH₃O)₂CHCh₂COCH₃ + CICH₂CO₂CH₃

NaOCH₃

I
(CH₃O)₂CHCH₂C

CHCO₂CH₃ 160°

^w CO₂CH₃
(Ausbeute 65—70%)

₂0/Na0H

f2)HCl

Kupferpulver

⁰ CO₂H
90—93%

CH₃

¹P¹

Wärme

(Ausbeute 83—89%)
Gesamtausbeute etwa 50%

Wie ersichtlich, sind hier komplizierte Verfahrensschritte erforderlich und außerdem sind die eingesetzten Ausgangsstoffe keineswegs im Handel ohne weiteres erhältlich, so daß auch diese Arbeitsweise zweifellos gegenüber der durch die erfindungsgemäßen Stoffe ermöglichten Synthese nachteilig ist.

Eine typische bekannte Synthesemethode für substU tuierte Pyrrole, nämlich die Additions^Ringschluß-Re- aktion von Ϊ ,4-Diketonen und Aminen, ist beispielsweise beschrieben von D. M, Young und G F. H, Allen in »Organic Synthesis Coll.«, Band 2, Seite 219 (1943). Da es hiernach jedoch sehr schwierig ist, Substitüenten in die 3,4-«Stellung einzuführen, kann auch dieses Verfalv ren nicht als allgemeine Methode zUf Herstellung von Pyrrolderivaten angewandt werden, wogegen die durch die erfindungsgemäßen Stoffe eröffnete neue Synthese ohne weiteres die Substituenteneinführung in die gewünschte Stellung ermöglicht.

Ferner können die erfindungsgemäßen Verbindungen durch Reduktion in entsprechende 1,4-Diole übergeführt werden.

Weiterhin sind die erfindungsgemäßen S.eOihydroö-diox'irt'Deriväte für'den gleichen allgefneirtefi Zweck geeignet wie organische Peroxyde. Sie können z, B. als Initiatoren für die radikaÜsche Polymerisation, als Bleichmittel, als Härtungsmittel, als Verbrennungsbeschleuniger für Schweröltreibstoffe (heavy oil fuels) verwendet werden*

Die 3,6-Dihydro-o-diöxin-Derivate der oben angegebenen allgemeinen Formel I Werden dadurch herge^

stellt, daß man ein konjugiertes Dien der allgemeinen Formel [[

R²

R⁴

CCR"

R¹ C C

R³ R^s

(Π)

IO

worin R¹ bis R⁶ die oben angegebene Bedeutung haben, in Gegenwart von Sauerstoff in einem inerten Lösungsmittel bei einer Temperatur von —10 bis 70⁰C in Gegenwart eines Photosensibilisator-Farbstoffs mit einer Lichtquelle von sichtbarem Licht bestrahlt.

Die als Ausgangsmaterial zu verwendenden aliphatischen konjugierten Diene, z. B. Isopren, 2.4-Hexadien, sind in großen Mengen in den Erdöl-Crack-Fraktionen anwesend, und sie stellen somit leicht zugängliche industrielle Rohstoffe dar. Die anderen konjugierten Diene können leicht in üblicher Weise aus entsprechenden α,/J-ungesättigten Carbonylverbindungen und Grignardverbindungen hergestellt werden.

Als Photosensibilisator-Farbstoff eignen sich beispielsweise Dijodoeosin, Methylenblau, Eosin, Hämatoporphyrin, Fluorescein und Sulforhodamin B. Die Reaktion wird in einem inerten Lösungsmittel, wie Methylenchlorid oder Trichlorfluormethan, durchgeführt. Bei Verwendung des Dijodoeosins ergibt ein Lösungsmittelgemisch aus einem aprotischen Lösungsmittel, wie Methylenchlorid, und einem protischen Lösungsmittel, wie Methanol, ein äußerst zufriedenstellendes Ergebnis. Hierzu sollte das verwendete Verhältnis von aprotischem Lösungsmittel zu protischem Lösungsmittel vorzugsweise etwa 10:1 bis 30:1 (Volumen) betragen. Im Falle des Einsatzes von Methvlenblau werden aprotische Lösungsmittel, wie Methylenchlorid, bevorzugt. Andere Bedingungen neigen dazu, die Bildung von Nebenprodukten zu begünstigen, und insbesondere ist die Kombination von Methylenblau und Methanol nicht wünschenswert, da sie zur Bildung von großen Mengen an Nebenprodukten führt. In diesem Fall können zufriedenstellende Ergebnisse erhalten werden, wenn zusammen eine große Menge Trichlorfluormethan als Verdünnungsmittel verwendet wird.

Die Reaktion wird durch Lösen der Ausgangsverbindung in einem inerten Lösungsmittel in Gegenwart eines der vorstehend genannten Photosensibilisator-Farbstoffe und Anwendung von sichtbaren Strahlen, zum Beispiel mittels einer Halogenlampe oder Natriumlampe (vorzugsweise einer Halogenlampe) als Lichtquelle, und in Gegenwart einer Sauerstoffqueile, wie Luft, durchgeführt Direkte Anwendung von Ultraviolettstrahlen ist nicht geeignet, da sie die Zersetzung des gewünschten Produktes hervorruft, und auch das Filtern der Ultraviolettstrahlen ist nicht geeignet, da dies zu einer Abnahme der Menge der anzuwendenden Strahlen führt und somit die Reaktionszeit verlängern würde.

Die Reaktion verläuft glatt bei Raumtemperatur oder in dem angegebenen Bereich, und das Verfahrensprodukt kann in hoher Ausbeute und hoher Reinheit selektiv hergestellt werden.

Beispiel 1

4 g Isopren wurden in 250 ml Trichlorfluormethan gelöst, und danach wurde eine Lösung von 50 mg Dijodeosin in 15 ml Methanol zugegeben. Danach wurde die erhaltene Lösung ui;icr einer Sauerstoffatmosphäre und unter Eiskühlung mit diner 650-Watt-Jodlampe 4 Stunden bestrahlt Nach der Bestrahlung wurde die Trichlorfluormethanlösung mit Eiswp.sser gewaschen und mit Magnesiumsulfat getrocknet Dann vi arde das Lösungsmittel unter Atmosphärendruck abdestilliert und der Rückstand unter vermindertem Druck bei Raumtemperatur destilliert wobei eine schlechtriechende farblose FlPssigkeit vom Kp. (Normaldruck) 132,0⁰C erhalten wurde. Auf Grund der NMR-, IR- und Massen-Spektren (s. Tabelle nach Beispiele 3 bis 5) wurde dieses Produkt als 4-Methyl-3,6-dihydro-o-dioxin indentifiziert.

Beispiel 2

Das Beispiel wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß 50 mg Methylenblau und 5 ml Methanol an Stelle von 50 mg Dijodeosin und 15 ml Methanol verwendet wurden. Es wurde das 4-Methyl-3,6-dihyüro-o-dioxin, wie in der Tabelle angegeben, erhalten.

Beispiele 3bis5

jeweils 2 g 2,4-Dimethyl-1,3-peniadien, 4-Methyl-2-phenyl-1,3-pentadien und 2-Mcthyl-4-phenyl-U-pentadien wurden getrennt in 250 ml Methylenchlorid gelöst und jede Lösung wurde in derselben Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, mit der Ausnahme, daß als Sensibilisator eine Methylenblaulösung aus 50 mg Methylenblau und 5 ml Methanol verwendet wurde, der photosensibilisierten Oxygenierung unterworfen. Dann wurde das Reaktionsgemisch, wie im Beispiel 1 beschrieben, aufgearbeitet, wobei die entsprechenden, in der nachstehenden Tabelle angegebenen 3.6-Dihydi o-o-dioxinderivate erhalten wurden.

Bei spiel	R¹	R²	R⁴	Siedepunkt F.	NMR(inCCl₄) δ Ρ^ρΓ"	IRl-C-O	Aus beute
						(cin'l	Ch)
1	H	H	CH₃	132 C (Normaldruck)	1,68 (m, 3H), 4,30 (m, 2H) 4,40 (m, 2H), 5,60 (m, IH)	1060 1015	80
2	desgl.			desgl.	desgl.	1015	70
3	CHj	CHj	CHj .	73 "C/14 mm	1,20 (s, 6H), 1.57 (m, 3H), 4,17 (m, 2 h), 5,46 <m, IH)	1063, 1015 1005	60
4	CH₃	CHj	C₆H₅	127°C/0,4rrim	1,30 (s, 6H), 4,56 (d, J = 13 Hz, 1 H) 4,80 (d, J = 13Hz),lH),6,05(m,iH) 7,10-7,30(ITi, 5H)	1075 1040 1010	78

Fortsetzung

Bei- R¹ R'
spiel

Siedepunkt

F.

NMR (in GCi₄) £ ppm

Aus« beute

(cm¹)

CHj G₆H₅ CH₃

51,5-52,5 C 1,42 (s, 3H), 1,72 (m, 3H), 4,06 1076

(d des nii J = 6,5Hzi IH)₄- 4,46 1030

(ddesm, J = 6,5Hz, III), 5,90 1012
(m, IH), 7,00-7,44 (m, 5H)

Beispiel 6

3,9 g 2,4-Hexadien wurden in 300 ml Methylenchlorid gelöst, und dann wurde eine Lösung von lÖOmg Dijodeosin in 2OmI Methanol zugegeben. Danach

an ttnt * C I CC Λ

Sphäre und unter Eiskühlung mit einer 300-Watt-Jodlampe 7 Stunden bestrahlt. Nach der Bestrahlung wurde die Methylenchloridlösung mit einer wäßrigen Natriumthiosulfatlösung gewaschen und mit Magnesiumsulfat getrocknet. Darauf wurde die Lösung unter vermindertem Druck destilliert, wobei man nach Abdestillieren des Lösungsmittels 3 g 3,6-Dimethyi-3,6-dihydro-o-dibxin vom Kp.w 82¹· Z erhielt. Die Ausbeute betrug 56% der Theorie. Die Verbindung wurde mittels der NMR-ünd IR-Spektren identifiziert.

Beispiel 7

5,0 g 2-terL-Butyl-butadien wurden in 100 ml Methylenchlorid gelöst, und dann wurde eine Lösung von j 00 mg Dijodeosin in 20 ml Methanol zugegeben. Danach wurde die erhaltene Lösung unter einer Sauerstoffatmosphäre und unter Kühlung mit Eis mit einer 300-Watt-Jodlampe 7 Stunden bestrahlt. Nach der Bestrahlung wurde die Methylenchloridlösung mit einer wäßrigen Natriumthiosulfatlösung gewaschen und mit Magnesiumsulfat getrocknet. Dann wurde das Lösungsmittel abdestilliert und der verbleibende Rückstand unter vermindertem Druck destilliert. Man erhielt 4 g 4-tert.-Butyl-3,6-dihydro-o-dioxin vom Kp.i<> 107°C.

NMR-Spektrum (in CCU) ή ppm:
l.I0(s.9 H).
4.45(m.4H).5.50(m.l H).

IR-Spektrum,,
1043.1007.

50

Die Brauchbarkeit von in Beispielen hergestellten 3,6-Dihydro-o-dioxinen für die Herstellung von Furan- und Pyrrolderivaten wird nachstehend erläutert.

L Bis-N-phenylcarbamat des 2-Methyl-cis-2-buten-(l,4)-diols

0,2 g 4-Methyl-3,6-dihydro-o-dioxin, welche aus Isopren gemäß Beispiel 1 hergestellt worden waren, wurden in 10 ml Äther gelöst und dann mit 0,1g Lithiumaluminiumhydrid reduziert Das so als öliges Material erhaltene 2-Methyl-cis-2-buten-l,4-diol wurde mit 05 g Phenylisocyanat vermischt. Es wurden 0,66 g Bis-N-phenylcarbamat des Diols vom F. 111°C in einer Ausbeute von 97% erhalten.

Π. 3-terL-Butylfuran

O^ g gemäß Beispiel 7 erhaltenes 4-tert-Butyl-3,6-dihydro-o-dioxin wurden in 10 ml wasserfreiem Äther gelöst und mit 03 g n-ButyIHthium umgesetzt Bei der Behandlung des Lithiumsalzes in der Reaktionsmischung mit Essigsäure und Destillation des Gemisches in Gegenwart von Zinkchlorid wurde 3-tert.-Bulylfuran mit einem Siedepunkt von 120 bis I2l^eC in einer Ausbeute von 92% erhalten.

111.3-Methylfuran

0,5 g gemäß Beispiel 1 erhaltenes 4-Methyl-3,6-dihydro-o-dioxin wurden in trockenem Triäthylenglykoldimethyläther (Triglyme) gelöst, und dann wurde bei Raumtemperatur Kaliumhydroxyd zugegeben. Beim Dehydratisieren des Reaktionsproduktes mit Phosphorpentoxyd wurde 3-Methylfuran mit einem Siedepunkt von 65° C in einer Ausbeute von 69% erhalten.

IV. 3-MethyI-l-phenylpyrrol

0,3 g gemäß Beispiel 1 erhaltenes 4-Methy!-3,6-dihy· dro-o-dioxin und 0,5 g Anilin wurden in Äthanol gelöst, eine katalytische Menge Kaliumhydroxyd wurde hinzugegeben, und dann wurde die resultierende Lösung etwa 10 Stunden unter Rückfluß erhitzt. Es wurde 3-Methyl-1 -phenylpyrrol vom F. 60,5 bis 61,5°C in einer Ausbeute von 68% erhalten.

V. 3-tert.-Butyl-l-phenylpyrrol

Beispiel IV wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß an Stelle von 03 g 4-Methyl-3,6-dihydro-o-dioxin 0,4 g gemäß Beispiel 8 erhaltenes 4-tert.-Butyl-3,6-dihydro-odioxin verwendet wurde, wobei 3-tert-Butyl-l-phenylpyrrol in Form einer öligen Substanz in einer Ausbeute von 64% erhalten wurde.

IR-Spektrum (flüssiger Film):
3010.2940.1600,1495.1450.
1358.1232,770.720-710.
690und678 cm-¹.

NMR-Spektrum (CCL,):

1.26(s, 9 H), 6.14 (m. 1 H),
6,70-6,90(m. 2 H) und
7,00-735 (m, 5 H).

VI. 3-tert-Butylpyrrol

Zu 03 g gemäß Beispiel 7 erhaltenes 4-tert-Butyl-3,6-dfhydro-o-dioxin wurde eine katalytische Menge Kaliumhydroxyd hinzugegeben, und das erhaltene Gemisch wurde in Äthanol unter Rückfluß erhitzt, wobei Ammoniakgas in das Reaktionsgemisch eingeblasen wurde. Es wurde 3-tert-Butylpyrrol in einer Ausbeute von 93% erhalten.

IR-Spektrum (flüssiger Film):
3360,2930,1460,1360,
1065,1060,775.700 und
670 cm-¹.

NMR-Spektrum (CCi₄):

l,23(s.9H),6,02(m.l H),

6,40 (m, 2 H) und 7,40 (breites s, 1 H).

45

Claims

Patentanspruch: 3,6-Dihydro-o-dioxin-Derivate der allgemeinen Formell

R² R¹

R⁺

R⁵ R⁶ (D