DE2357810A1

DE2357810A1 - Trans-3-methyl-2-buten-1,4-dial-1- acylale und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2357810A1
Application number: DE2357810A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Chem Dr Paust
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1973-11-20
Filing date: 1973-11-20
Publication date: 1975-05-28

Description

BASF Aktiengesellschaft

Unser Zeichen: O.Z. 30 222 Rr/Wil 6700 Ludwigshafen, 19.11.1973'

trans-\3-Methyl-2-buten- 1,4-dial-l-aeylale und Verfahren zu deren

Herstellung

Die Erfindung betrifft trans-3-Methyl-2-buten-l,4-dial-l-acylale der Formel I

n^d-c-o< e

ti ■ τ
OH

in der R¹ und R² gleich sind und für Alkylreste mit 1 bis 4 C-Atomen, vorzugsweise Methyl oder Äthyl, stehen, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung durch Oxydation der entsprechenden . Acylale von 3-Methyl-2-buten-l-al mit Selendioxid in bestimmten Lösungsmitteln..

Die neuen Verbindungen sind als Zwischenprodukte bei der Synthese von Carotinoiden von sehr großem Interesse. Beispielsweise bieten sie bei der Herstellung des begehrten Retinäls gegenüber dem Bekannten außerordentliche Vorteile. Aus dem bekannten Zwischenprodukt einer der technischen Vitamin-A-Synthesen, dem ß-Jonylidenäthyl-triphenylphosphoniumchlorld, und den neuen Acylalen lassen sich unter den Reaktionsbedingungen der Wittig-Olefinierung in nahezu quantitativer Ausbeute die entsprechenden Acylale von Retinal herstellen, die nach für die Spaltung von Acylalen bekannten Methoden, beispielsweise durch einfaches Zugeben von mehr Base als für die Ylidbildung notwendig ist, leicht in Retinal überführt werden können. Diese Möglichkeit zur Herstellung von Retinalacylalen unter den Bedingungen der Wittig-Olefinierung war überraschend, da Acylale bekanntlich leicht eine säure- oder basenkatalysierte Zersetzung erleiden.

Retinal selbst hat große wirtschaftliche, biologische und pharmakologische Bedeutung. In seiner Vitaminwirkung entspricht das Retinal der Wirkung von Retinol (Vitamin A) (vgl. J. Amer. Chem.

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Sog. 72 (1950), Seite 239). Die Herstellung von Retinal war bisher nur auf umständlichere Weise möglich, beispielsweise durch Oxydation von Vitamin A mit Braunstein oder Nickelperoxid. Diese Oxydation verläuft nur mit Ausbeuten von 60 bis 70 %. Weiterhin hat Retinal große Bedeutung als Baustein für eine äußerst wirtschaftliche Synthese von ß-Carotin. Retinal kann nämlich auf einfache Weise und in extrem guten Ausbeuten mit dem aus Retinol (Vitamin A) herstellbaren Retinyltriphenylphosphoniumchlorid zu ß-Carotin umgesetzt werden. Dieses Verfahren ist seit 1959 bekannt (vgl. DT-PS 1 068 709), konnte jedoch bisher keine technische Bedeutung erlangen, weil noch kein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung des hierfür benötigten Retinais vorhanden war.

Die neuen trans-3-Methyl-2-buten-l,4-dial-l-acylale der Formel I

0 ■ ■

R¹-C-0 CH₅

R²-C-0 f ^C\ .

0 ^{H H}

in Der R¹ und 'R gleich sind und für Alkylreste mit 1 bis 4 C-Atomen stehen, lassen sich auf einfache Weise und mit guten Ausbeuten herstellen, indem man die entsprechenden Acylale von j5-Methyl-2-buten- 1-al in Eisessig, einem Äther mit einem Siedepunkt zwischen 80 und 170⁰C, Benzol, einem alkyisubstituierten oder halogenlerten monocycIisehen aromatischen Kohlenwasserstoff oder einem inerten mehrfach chlorierten aliphatischen Kohlenwasserstoff mit einem Siedepunkt zwischen 80 und 170⁰C als Lösungsmittel mit Selendioxid oxydiert.

Es war sehr überraschend, daß sich die trans-j5-Methyl-2-buten-1,4-dial-l-acylale der Formel I durch Selendioxidoxydation der entsprechenden Acylale von j5-Methyl-2-buten-l-al herstellen lassen, da bei dieser Oxydation allylständiger Methylgruppen zu Aldehyden gleichzeitig eine molare Menge Wasser gebildet wird, das sich teilweise mit Selendioxid zu der stark sauren selenigen Säure umsetzt und der Fachmann einerseits eine säurekatalysierte Hydrolyse der Acylalgruppe und andererseits eine säurekatalysier-

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te Umacylierung zu den isomeren 4-Acylalen erwartet hätte.

Acylale von 2-Methyl-2-buten-l~al können auf diese Weise nicht in die 2-Methyl-2-buten-l,4-dial-l-aeylale Überführt werden.

Die Selendioxid-Oxydation von Verbindungen, die Acylale £,ß-ungesättigter Aldehyde als Strukturelement enthalten, sind bisher nicht in der Literatur .beschrieben worden.

Als Acylale von 2-Methyl-2-buten-I-al, die durch Selendioxid-Oxydation in 1-Acylale von 5-Methyl-2-buten-1,4-dial überführt werden können, seien insbesondere genannt:

3-Methyl-2-buten-l-ylidendiacetat und J-Methyl-^-buten-l-yliden-. dipropionato

Sie können auf bekannte Weise durch Umsetzen von 3-Methyl-2-buten-1-al mit Acetanhydrid oder Propionsäureanhydrid in Gegenwart katalytischer Mengen Schwefelsäure hergestellt werden.

Als Lösungsmittel für die erfindungsgemäße Selendioxid-Oxydation kommen in Betracht:

a) Eisessig;

b) Äther, d. h. cyclische oder acyclische Äther, mit einem Siedepunkt zwischen 8o und 170⁰C, vorzugsweise 100 bis 120⁰C. Genannt seien beispielsweise cyclische Äther wie Dioxan und· Tetrahydrofuran sowie acyclische Äther, wie Diglykoldimethyläther;

c) inerte monocyclische aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol und Xylol;

d) inerte halogenierte monocyclische aromatische Kohlenwasserstoffe wie Chlorbenzol und Brombenzolj

e) inerte mehrfach chlorierte aliphatische Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt zwischen 80 und 170⁰C, wie Tetrachloräthan, Tetrachloräthylen und Trichloräthan.

In anderen für Selendioxid-Oxydationen sonst üblichen Lösungsmitteln wie Äthanol oder tertiär-Butanol wurden die Verbindungen der Formel I nur in Ausbeuten von unter 10 % der Theorie erhalten.

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Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Oxydation erhitzt man die Acylale von 3-Methyl-2-buten-l-al mit Selendioxid in einem der oben genannten Lösungsmittel oder auch einem Gemisch aus zwei oder mehreren der genannten Lösungsmittel für eine bestimmte Reaktionszeit auf Reaktionstemperatur.

Selendioxid verwendet man mit Vorteil in etwa molaren Mengen. Man kann aber auch mit einem Unterschuß bzw. Überschuß von bis zu 15 # der Theorie arbeiten.

Die Reaktionszeit beträgt im allgemeinen 2 bis 30, vorzugsweise 5 bis 15'Minuten.

Die Reaktionstemperatur liegt im allgemeinen bei 70 bis 17O⁰C, vorzugsweise bei 90 bis 120°C.

Besonders gute Ausbeuten werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten, wenn man die Acylale von 3-Methyl-2-buten-l-al zusätzlich in Gegenwart von 1 bis 10 Gew.% Acetanhydrid, bezogen auf eingesetztes Lösungsmittel, oxydiert.

Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches erfolgt auf übliche Weise, z. B. durch Versetzen des abgekühlten Reaktionsgemisches mit etwa der dreifachen Menge Wasser und mehrfaches Extrahieren mit einem mit Wasser nicht oder nur wenig mischbaren inerten Lösungsmittel, Waschen, Trocknen und Destillieren der vereinten organischen Phasen unter vermindertem Druck. Da die gewünschten trans-3-Metlayl-2-buten-l,4-dial-l-acylale der Formel I die einzigen flüchtigen Substanzen sind, die bei diesen Oxydationsreaktionen entstehen, gelingt ihre Isolierung auf sehr einfache Weise durch Abdestillieren von dem undestillierbaren polymeren selenhaltigen Material in einem Dünnschichtverdampfer.

Nach NMR-spektroskopischer und gasohromatographischer Analyse werden bei diesem Herstellungsverfahren praktisch nur die transVerbindungen erhalten, was für die Verwendung für Carotinoidsynthesen sehr wichtig ist.

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Die erfindungsgemäßen trans-3-Methyl-2-buten-1,4-dial-l-acylale der Formel I sind als Bausteine bei der Synthese von Carotinoiden von außerordentlichem Interesse, da man mit ihnen auf einfache Weise durch sukzessive Wittig-Synthesen zahllose Stoffe mit großer biologischer und pharmakologischer Bedeutung herstellen kann. Die Möglichkeit zu einem sukzessiven Aufbau von Carotinoiden liegt darin, daß diese Verbindungen zwei funktionelle Gruppen an der für CarotinoidSynthesen richtigen Stelle haben, an denen eine Wittig-Reaktion ansetzen kann, von denen jedoch immer eine blockiert ist und diese erst nach erfolgter 1. Wittig-Reaktion auf einfache Weise durch basen- oder säurekatalysierte Hydrolyse aktiviert werden kann. So kann man beispielsweise aus einem bekannten Zwischenprodukt der Vitamin-A-Synthese, dem ß-Jonylidenäthyl-triphenylphosphoniumchlorid und den erfindungsgemäßen Verbindungen durch Wittig-Synthese und anschließende Hydrolyse auf direktem Wege mit außerordentlich guten Ausbeuten das begehrte . Retinal herstellen. '

Beispiel 1

Zu einer Lösung von 50 ml Eisessig und 5 ml Acetanhydrid gibt man 9,3 g (50 mMol) 3-Methyl-2-buten-l-ylidendiacetat und 5*5 g (50 mMol) Selendioxid und erwärmt die Mischung 10 Minuten auf 110°C. Mach Abkühlen auf Raumtemperatur gießt man in das Reaktionsgemisch 100 ml Benzol und setzt 250 ml Eiswasser zu. Die wäßrige Phase wird anschließend noch zweimal mit Je 100 ml Benzol extrahiert. Die vereinigten Benzolextrakte werden mit wäßriger Natriumbicarbonatlösung und Wasser gewaschen und mit Natriumsulfat getrocknet. Nach Einengen der benzolischen Lösung im Rotationsverdampfer erhält man 13*3 g eines braunen Öls, daseiner Destillation im Kugelrohr bei 0,1 Torr und einer Badtemperatur von 85⁰C unterworfen wird. Man erhält 6,08 g eines Produktes, das nach gäschromatographischer Analyse zu 97 % aus trans-3-Methyl-2-buten-l,4-dial-l-ylidendiacetat besteht. Die Ausbeute beträgt somit 59 $ der Theorie.

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Beispiel 2

a) .9*3 g (50 tnMol) 3-Methyl-2-buten-l-ylidendiacetat und 5,5 g (50 mMol) Selendioxid werden in 50 ml Dioxan unter Zusatz von 5 ml Acetanhydrid 10 Minuten auf 100⁰C erhitzt. Die Aufarbeitung geschieht in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise durch Trennen zwischen Benzol und Wasser. Nach Abdestillieren des Lösungsmittels im Rotationsverdampfer wird das zurückbleibende braune öl bei 0,1 Torr und 80 bis 90⁰C Badtemperatur destilliert Es werden 6,54 g eines Produktes erhalten, das nach gaschromatographischer Analyse zu 95 % aus trans-3-Methyl-2-buten-l,4-dial-1-ylidendiacetat besteht. Durch fraktionierte Destillation kann ein völlig reines Präparat vom Siedepunkt Kp_{0 1} = 72 bis 74°C hergestellt werden. Die Ausbeute beträgt 6O % der Theorie.

Zur Strukturbestatigung können insbesondere die NMR-spektroskopischen Daten herangezogen werden (βθ MHz, CHJ)):

^HALD 9,57 ppm

¹¹ACYLAL ⁷'¹⁰ PP^{m J 8 Hz} ¹VlNYL ^' ^°* ^^{m mit Fernk}°PP^lunS zu den Protonen

der Methylgruppe

Die NMR-Daten zeigen,.daß nur das trans-Isomere entstanden ist. Der Selengehalt des rohen Produktes liegt bei 0,2 %, nach der fraktionierten Destillation beträgt er ca. 0,03 %·

b) Arbeitet man wie unter a) angegeben, jedoch ohne Zusatz von Acetanhydrid zum Reaktionsgemisch, so erhält man trans-3-Methyl-2-buten-l,4-dial-l-ylidendiacetat in einer Ausbeute von nur 54 % der Theorie.

Beispiel 3

10,7 g (50 mMol) 3-Methyl-2-buten-l-ylidendipropionat und 5,5 g (50 mMol) Selendioxid werden unter Zusatz von 5 ml Acetanhydrid in Dioxan 10 Minuten auf 100⁰C erwärmt. Danach kühlt man auf Raumtemperatur ab und arbeitet in der in Beispiel 1 beschriebenen

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Weise durch Trennen zwischen Benzol und Wasser auf. Die benzolische Lösung wird im Rotationsverdampfer eingeengt; als Rückstand erhält man 15*3 g eines braunen Öls. Destillation im Kugelrohr bei 0,1 Torr und einer Badtemperatur von 90⁰C liefert 7*35 g eines hellgelben Destillats, das nach gaschromatographischer Analyse zu ca. 93 % aus dem gesuchten trans-3-Methyl-2-buten-1,4-dial-l-ylidendipropionat besteht; Ausbeute 60 % der Theorie.

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Claims

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Patentansprüche

trans-3-Methyl-2-buten-l,4-dial-l-acylale der Formel I

1 ■" . CH R-C-O^ . ,3

tt - t

O H " Ή

ι ρ
in der R und.R gleich sind und für Alkylreste mit 1 bis 4 C-Atomen stehen.
2. Verfahren zur Herstellung von trans-3-Methyl-2-buten-l,4-dial-1-acylalen der Formel I

0
R-^C-O. . CH,

O H ^H

_;in der R¹ und R² gleich sind und für Alkylreste mit 1 bis 4 C-Atomen stehen, dadurch gekennzeichnet, daß man die entsprechenden Acylale von 3-Methyl-2-buten-l-al in Eisessig, einem Äther mit einem Siedepunkt zwischen 80 und 170⁰C, Benzol,- einem

"alkylsubstituierten oder halogenierten monocyclisehen aromatischen Kohlenwasserstoff oder einem inerten mehrfach chlorierten aliphatischen Kohlenwasserstoff mit einem Siedepunkt zwischen 80 und 170⁰C als Lösungsmittel mit Selendioxid oxydiert.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß -man das Acylal von 3-Methyl-2-buten-l-al bei Temperaturen von 90 bis 12O⁰C mit Selendioxid oxydiert.
4. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Oxydation des Acylals von 3-Methyl-2-buten-l-al eine Reaktionszeit von 5 bis 20 Minuten einhält.

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5. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man für die Oxydation des Acylals: von 3-Methyl-2-buten-l-al etwa äquimolare Mengen an Selendioxid verwendet.
6. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aeylale von J-Methyl-2-buten-l-al in Gegenwart von 1 bis 10 Gewichtsprozent Acetanhydrid, bezogen auf eingesetztes Lösungsmittel, oxydiert.

BASF Aktiengesellschaft , ■ ·· fir.

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