DE2404306A1

DE2404306A1 - Optisch aktive pinanderivate

Info

Publication number: DE2404306A1
Application number: DE2404306A
Authority: DE
Inventors: Karl Von Dr Fraunberg; Walter Dr Himmele; Werner Dr Hoffmann; Joachim Dr Paust; Sigberg Dr Pfohl; Hardo Dr Siegel
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1974-01-30
Filing date: 1974-01-30
Publication date: 1975-07-31
Also published as: AT337671B; HU170374B; DE2404306C3; ATA67775A; SU604479A3; ZA75603B; BE824827A; JPS5951227A; JPS5918376B2; DD119573A5; DK162280C; FR2259087B1; CH617651A5; FR2259087A1; US4081477A; GB1487867A; DK665474A; DE2404306B2; CA1058183A; JPS50131958A

Description

BASF Aktiengesellschaft 2404306

Unser Zeichens O. Z. ^O 558 Bk/L 6700 Ludwigshafen, 29-1.1974

Optisch aktive Pinanderivate

Es ist bekannt, daß Enantiomere von Verbindungen, die in chiraler Form vorkommen, oft eine unterschiedliche oder abgestufte biologische Wirkung zeigen. Manche unterscheiden sich auch in ihren toxikologischen Eigenschaften. Dies gilt in gleichem Maße für Naturstoffe wie auch für synthetische Verbindungen. Wirtschaftlich interessante Stoffklassen sind z.B. Aminosäuren und davon abgeleitet Oligopeptide und Peptidhormone, besonders Steroide, Antibiotika und Prostaglandine. Verbindungen, die eine wirtschaftliche Bedeutung erlangt haben und die vorwiegend in optisch aktiver Form gehandelt werden, sind beispielsweise auch Lysin, tf-Methyldopa, 1-Dopa, Calcium-Pantothenat, Vitamin Bp, Menthol, Chloramphenicol oder Ethambutol.

Die bisher bekannteste und in der Technik am häufigsten angewandte Methode, Verbindungen in ihre optisch aktiven Formen zu überführen, ist die Racematspaltung. Leider sind die in der Natur vorhandenen chiralen Verbindungen, die hierfür verwendet , werden können, nicht in ausreichenden Mengen zugänglich und oft auch physiologisch nicht unbedenklich, z.B. Alkaloide, Chinin, Strychnin, Brucin, Cinchonin, Chinidin u.a. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die optisch aktiven Naturstoffe, wie Weinsäure, nur in einer natürlichen optisch aktiven Form vorkommen und somit bei der technisch durchgeführten Racematspaltung nur ein Enantiomeres gewonnen werden kann.

Es wurde daher bereits vielfach versucht, optisch aktive Naturstoffe chemisch abzuwandeln und diese Derivate für die Racematspaltung zu verwenden. Als Beispiele seien genannt: Dibenzoylweinsäure oder Diacetylweinsäure aus Weinsäure, Camphersulfonsäure oder Bromearnphersul fonsäure aus Campher, Pyroglutaminsäure

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aus Glutaminsäure, Menthoxyessigsäure und Menthylamin aus Menthol, Dehydroabietylamiri aus Abietinsäure. Aber auch diese erweiterten Möglichkeiten reichen in vielen Fällen nicht aus, um auf wirtschaftliche Weise eine Racematspaltung durchführen zu können. Dies gilt umso mehr, als auch diese Verbindungen zum Teil nur in beschränktem Maße zugänglich sind und darüber hinaus ihr Anwendungsbereich beschränkt ist.

Es war deshalb die technische Aufgabe gestellt, leichter zugängliche optisch aktive Verbindungen zur Verfügung zu stellen, die durch eine leichte Abwandlungsmöglichkeit der funktioneilen Gruppen einen weiten Anwendungsbereich in der Racematspaltung haben.

Gegenstand der Erfindung sind optisch aktive Pinanderivate der Formel

(D

in der die Kohlenstoff atome 1, 2, 3 und -j> in chiraler Form vorliegen und X

a) eine Formylgruppe oder deren Acetale oder Hemiacetale mit Alkanolen oder Alkandiolen mit bis zu 5 Kohlenstoffatomen,

b) eine Carboxylgruppe,

c) eine Gruppe der Formel -COY, in der Y ein Chloratom, eine Alkoxygruppe mit bis zu K Kohlenstoffatomen oder die Gruppe -NHp bedeutet,

d) eine Hydroxymethylgruppe oder

e) eine Gruppe der Formel -CHp-NR,Rp, in der R, und Rp für Wasserstoffatome oder gleiche oder verschiedene Alkylreste mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylreste mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen, Aralkylreste mit ¹J bis 10 Kohlenstoffatomen oder Phenylreste stehen und R₁ und R₂ zusammen mit dem Stickstoffatom, das sie substituieren, auch einen fünf- oder sechsgliedrigen heterocyclischen Ring bedeuten können,

bezeichnet. .,

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Aus Ind., and Eng. Product Research and Development _4_ (1965)» S. 283 ff. und Chemie et Industrie §2 (1950), No. special, S. 468, ist zwar schon bekannt, daß man o^-Pinen unter Verwendung von Cobaltcarbonyl bei einer Temperatur von 150⁰C hydroformyliert. Hierbei erhält man sehr komplexe Reaktionsprodukte aus einer größeren Anzahl von gesättigten und ungesättigten Alkoholen und Aldehyden Undefinierter Konfiguration.

Es wurde nun gefunden, daß man optisch aktive 3-Formylpinane der Formel

CHO

(II)

in der die Kohlenstoff atome 1, 2, 3 ^ur*d 5 in chiraler Form vorliegen, durch Umsetzen von oC-Pinen mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff bei erhöhter Temperatur unter erhöhtem Druck in Gegenwart von.Carbonylkomplexen von Metallen der VIII. Gruppe des Periodischen Systems als Katalysatoren vorteilhaft erhält, wenn man als Ausgangsstoffe (-)- oder (+)-o£-Pinen und als Katalysatoren Rhodiumcarbonykomplexe verwendet sowie Temperaturen von 65 bis l40°C einhält.

Das neue Verfahren hat den Vorteil, daß man von leicht zugänglichen (-)- oder (+)-<* -Pinen ausgeht j ferner hat das neue Verfahren den Vorteil, daß man optisch aktive 3-Formylpinane in guten Ausbeuten erhält, aus denen ohne Racemisierung weitere optisch aktive" funktionelle Folgeprodukte, wie Carbonsäuren, Alkohole oder Amine, hergestellt werden können,,

Bei der Herstellung von Verbindungen mit chiralen Zentren, insbesondere unter Verwendung von Katalysatoren, erhält man in der Regel Racemate, selbst wenn man ursprünglich von optisch aktiven Verbindungen ausgeht. Das neue Verfahren ist deshalb insofern bemerkenswert, als bei der katalytischen Herstellung von 3-Formylpinan optisch aktive Verbindungen in hohen Ausbeuten erhalten werden, obwohl aufgrund der Verwendung einer katalytischen Reaktion zu erwarten war, daß Racemate anfallen. Obwohl

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im 3-F^cr"-ylOinan in o(-8" ellung zur Forrnylgrupoe noch ein Wasserstoffatom vorhanden ist, tritt sowohl bei thermischer als auch bei saurer oder alkalischer Behandlung keine Racemisierung ein. Darüber hinaus gelingt es ohne Verlust an optischer Ausbeute die Aldehydgruppe in andere funktioneHe Gruppen zu überführen (vgl. Figur 3).

Als Ausgangsstoffe verwendet man (+)- oder (-)- oC-Pinen; vorteilhaft geht man von optisch reinem (+)- oder (-)- o<-Pinen aus. Wie anhand der Reaktionsschemata Figur 1 und 2 gezeigt wird, erhält man aus (-)-o£-Pinen (+)-3~Formylpinan und aus (+)-o(-Pinen (~)-3~Formylpinan,

Kohlenmonoxid und Wasserstoff werden in der Regel im Volumenverhältnis 2 s 1 bis 1 s 2 angewandt. Besonders bewährt hat sich ein Volumenverhältnis von 1 : 0,8 bis 0,8 ι 1. In der Regel wird das genannte Gasgemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff mindestens in stöchiometrischen Mengen, bezogen auf o<.~ Pinen, angewandt, vorteilhaft jedoch im Überschuß, z„B_o bis zu 200 Holprozent»

Bei der Hydroformylierung hält man vorteilhaft Drücke von 50 bis 1 200 Atmosphären, insbesondere 100-bis 700 Atmosphären, ein. Der Druck richtet sich nach der Menge der verwendeten Rhodiumkataiysatoren. Bei niedriger Katalysatcrkonzentration ist es erforderlich, höhere Drücke anzuwenden, während bei hohen Kataiysatorkonzentrationeri niedrige Drücke des angegebenen Bereiches ausreichen,,

Die Umsetzung wird bei Temperaturen von 65 bis l40 C durchgeführt. Besonders gute Ergebnisse erhält man bei Temperaturen von 80 bis 120⁰C, insbesondere 90 bis 110⁰C.

Für die Hydrcformylierung verwendet man Rhodiumcarbonylkomplexe. Obwohl die exakte Natur der katalytisch wirksamen Komplexe nicht bekannt ist, geht man davon aus, daß es sich um Rhodiumcarbonyl oder Rhodiumcarbonylhydrid handelt, in denen auch ein oder mehrere Caz-'bonylliganden durch äquivalente Liganden ersetzt sein können. Es ist deshalb möglich, von vorgebildetem Rhodiumcarbonyl

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auszugehen oder den Katalysator in situ unter Reaktionsbedingungen zu erzeugen, z.B. aus Rhodiumchlorid, Rhodiumoxid, Rhodiumchelaten, Rhodiumsalzen mit Fettsäuren, dimerem Rhodiumcarbonylchlorid. Es können auch Acylkomplexe des Rhodiums angewandt werden oder Rhodiumcarbonylkomplexe, die mit Aminen oder bevorzugt tertiären organischen Phosphinen, vorteilhaft solchen, die Alkylreste mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen oder Phenylreste, die durch Alkyl- oder Alkoxygruppen mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen substituiert sein können, als Substituenten haben, modifiziert sind. Besonders bewährt hat es sich, wenn man von Rhodium-Olefin-Komplexen bzw. Rhodium-Diolefin-Komplexen ausgeht. Besonders geeignet sind Komplexe mit Cyclooctadien-1,5 und Hexadien-1,5.

Vorteilhaft wendet man die Rhodiumcarbonylkomplexe in Mengen von 5 bis 5 000 ppm, insbesondere von 15 bis 400 ppm, berechnet als Metall, bezogen auf 2-Pinen, an. Die Menge der angewandten Rhodiumkomplexe richtet sich nach der Reaktionsgeschwindigkeit, die mit der möglichst geringen Menge an wertvollem Rhodium erreicht werden kann.

Die Umsetzung kann ohne Mitverwendung von Lösungsmitteln durchgeführt werden. In diesem Falle dienen die Erzeugnisse als Lösungsmittel. Vorteilhaft wendet man jedoch Lösungsmittel an, wie gesättigte Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt von z.B. ²KD bis l60°C, z.B. Pentan, Isohexan, n-Heptan, Cyclohexan, Cyclooctan, Benzol, Toluol oder Xylole. Weiter Äther, wie Tetrahydrofuran, Dioxan, ferner Alkanole, wie Äthanol, Methanol oder Diole, wie Glykol oder Propylenglykol_o Bevorzugt wählt man als Lösungsmittel Kohlenwasserstoffe oder Äther, insbesondere gesättigte Kohlenwasserstoffe.,

Optisch aktive 3-F^oPmylpinane erhält man aus dem Reaktionsgemisch vorteilhaft, indem man den destillierbaren Anteil über eine Kurzwegdestillation vom katalysatorhaltigen Rückstand abtrennt, der seinerseits wieder für die Hydroformylierung verwendet werden kann. Das Destillat wird vorteilhaft fraktioniert destilliert, Z₀B₀ in Kolonnen mit 10 bis 30 Böden unter einem RUckflußverhältnis von 1 ι 3 bis 1 % 5. Hierbei wird vorteilhaft unter vermindertem Druck, z.B. 10 bis 100 Torr, gearbeitet.

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Neben optisch aktiven 3-Formylpinanen sind insbesondere bevorzugte Gegenstände der Erfindung Verbindungen der Formel I, in denen X eine Carboxylgruppe, eine Hydroxymethylgruppe oder eine Gruppe der Formel -CH₂NR₁Rp, in der R. und Rp für Wasserstoffatome oder gleiche oder verschiedene Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylresten mit 6 bis 8 Kohlenstoffatomen im Ring, Benzylreste oder Phenylreste stehen und R, und Rp zusammen mit dem stickstoffatom, das sie substituieren, einen fünf- oder sechsgliedrigen heterocyclischen Ring bilden können, insbesondere R₁ und R_p Wasserstoffatome oder Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, R, auch Cycloalkylreste mit 6 bis 8 Kohlenstoffatomen im Ring, einen Benzyl- oder Phenylrest bezeichnen und R, und R_p gemeinsam mit dem Stickstoffatom, das sie substituieren, einen fünf- oder sechsgliedrigen heterocyclischen Ring bilden können, bedeuten.

Optisch aktive 3-Carboxypinane erhält man beispielsweise durch Oxidation von optisch aktiven 3-Formylpinanen mit molekularem Sauerstoff oder solchen enthaltenden Gasen, wie Luft, bei erhöhter Temperatur, vorteilhaft bei Temperaturen von 20 bis 100⁰C, insbesondere von 25 bis 60°C. Die Oxidation kann ohne Mitverwendung von Katalysatoren durchgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, katalytisch^ Verbindungen, die die Oxidation beschleunigen, wie Schwermetallsalze, z.B. Salze von Kupfer, Mangan oder Kobalt, mitzuverwenden.

Nach einer anderen Arbeitsweise erhält man optisch aktive 3-Carboxypinane durch Oxidation von optisch aktiven 3-Formylpinanen mit Salpetersäure, vorteilhaft konzentrierter Salpetersäure, in Gegenwart von katalytisch wirkenden Verbindungen, wie Vanadinpentoxid und Kupferverbindungen, wie Kupfersulfat, Hierbei hält man vorteilhaft Temperaturen von 10 bis ²I-O⁰C, insbesondere 20 bis 30°C, ein. Daneben ist es auch möglich, optisch aktive 3-Formylpinane mit anderen Oxidationsmitteln, wie Kaliumpermanganat oder Peroxiden und Persäuren in optisch aktive 3-Carboxypinane zu überführen.

Optisch aktive 3-Hydroxymethylpinane erhält man durch Reduktion von optisch aktiven 3-Formylpinanen, beispielsweise durch kata-

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lytische Reduktion mit Wasserstoff in Gegenwart von üblichen Hydrierkatalysatoren, insbesondere von Metallen der VIII» Gruppe des Periodischen Systems, beispielsweise Kobalt- oder Nickel-Katalysatoren, die mit aktivierenden Zusätzen, wie Kupfer, Chrom, Mangan, versehen sein können. Solche Katalysatoren können als Voll- oder als Trägerkatalysatoren auf Aluminiumoxid, Bimstein oder Kieselgel angewandt werden, Geeignete Trägerkatalysatoren haben z.B. einen Gehalt an aktiven kataly tischen Metallen von 5 bis 40 Gewichtsprozent. Geeignete Katalysatoren sind auch sogenannte Adkins-Katalysatoren, d_oh„ Kupfer-Chromoxid-Katalysatoren. Geeignete Katalysatoren sind auch Edelmetall-Katalysatoren, insbesondere auf Trägern, wie Aluminiumoxid und Kohle. Besonders bevorzugt werden Platin-, Palladium- oder Ruthenium-Katalysatoren, insbesondere Palladium-Katalysatoren. Die Hydrierung gelingt unter schwach erhöhtem Druck, z„B. bis zu 20 Atmosphären, insbesondere bei der Verwendung von Edelmetall-Katalysatoren» Insbesondere bei der Verwendung von Kobalt- und Nickel-Katalysatoren wendet man erhöhte Drücke von 50 bis 200 Atmosphären an„ Vorteilhaft hält man bei der Hydrierung Temperaturen von 30 bis 200°C ein. Falls man Edelmetall-Katalysatoren verwendet, reichen Temperaturen von 10 bis 40°C aus, während bei der Verwendung von Kobalt- und Nickel-Katalysatoren höhere Temperaturen, Z₀B. von 90 bis l80°C, vorteilhaft sind.

Neben der katalytischen Hydrierung ist es auch möglich, andere Reduktionsmittel anzuwenden, z.B. Natriumborhydrid oder Lithium-Aluminiumhydrid .

Optisch aktive 3-Aminomethylpinane erhält man aus optisch aktiven 3-Formylpinanen vorteilhaft durch aminierende Hydrierung, wobei man 3-Formylpinan mit Ammoniak, primären oder sekundären, die als Substituenten Alkylgruppen mit 1 bis 12, insbesondere 1 bis 6, Kohlenstoffatomen, Cycloalkylgruppen mit 5 bis 8, insbesondere 6 bis 8 Kohlenstoffatomen, Aralkylgruppen mit 7 bis 10, insbesondere einen Benzylrest oder Phenylgruppen haben^ umsetzt, Geeignete Amine sind auch fünf- bis sechsgliedrige heterocyclische Amine, wie Pyrrolidine oder Piperidine. Die Umsetzung wird in der Regel in Gegenwart von Wasserstoff bei Temperaturen von 100 bis 200⁰C und unter Drücken von 50 bis 200 Atmosphären durchgeführt. Als Katalysatoren verwendet man bekannte Hydrierkataly-

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satoren, insbesondere Metalle der VIII. Gruppe des Periodischen Systems, z.B. Kobalt- oder Nickel-Katalysatoren, die aktivierende Zusätze, wie Kupfer, Chrom, Mangan, Zink bis zu 30 Gewichtsprozent enthalten können. Solche Katalysatoren werden entweder als Vollkatalysatoren, z.B. Raney-Nickel oder Raney-Kobalt, oder auf Trägern, wie Aluminiumoxid, Bimstein, Kohle oder Kieselgel niedergeschlagen verwendet. Vorteilhaft enthalten solche Trägerkatalysatoren die katalytisch-aktiven Metalle in Mengen von 5 bis 40 Gewichtsprozent.

Optisch aktive 3-Aminomethylpinane können aus den entsprechenden Formylpinanen auch gewonnen werden durch Umsetzen der letzteren mit Aminen zu Schiff'sehen Basen und nachfolgende Hydrierung. Ferner sind geeignete Methoden die aminierende Hydrierung nach Leuckart-Wallach, bei der Aldehyde in Gegenwart von Ameisensäure mit Aminen umgesetzt werden. Diese Methode wird vor allem bei sekundären Aminen angewandt.

Die besonders für die Racemattrennung vorteilhaften optisch aktiven 3-Carboxypinane und 3-Aminomethylpinane werden vor ihrer Verwendung vorzugsweise gereinigt. Vorteilhaft führt man 3-Carboxypinane in ihre Salze mit Aminen über, z.B. Alkylaminen oder

um

Aralkylamine^ wie Benzylamin, und kristallisiert/p'Aus den Ammoniumsalzen können die freien 3-Carboxypinane in bekannter Weise, z.B. durch Behandeln mit Alkalilaugen, Abtrennen der Amine und nachfolgendes Ansäuren mit Mineralsäuren gewonnen werden,

3-Aminomethylpinane führt man zur Reinigung vorteilhaft in Salze mit starken Mineralsäuren, z.B. Chlorwasserstoff oder Schwefelsäure, über. Bevorzugt verwendet man zur Reinigung Salze mit Chlorwasserstoff, die umkristallisiert werden. Aus den gereinigten Salzen erhält man Aminornethylpinane mit bekannten Methoden, z.B. durch Behandeln mit Alkalilaugen und Abtrennen des so freigesetzten Amins.

Die Verbindungen der Formel I eignen sich zur Trennung von Racematen und deren Enantiomeren. Besonders geeignet sind hierfür optisch aktive 3-Carboxy-, 3-Hydroxymethyl- und 3-Aminomethylpinane. Die optisch aktiven Pinane, die in 3-Stellung

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chiral sind und eine funktioneile Gruppe haben, werden mit den zu trennenden Racematen umgesetzt und die Enantiomeren auf übliche Weise, z.B. fraktionierte Kristallisation, erhalten» Die Verbindungen der Formel I bereichern die Palette der zur Racematspaltung verfügbaren optisch aktiven Verbindungen, da die Verbindungen der Formel I auf einfache Weise in technischem Ausmaß zur Verfügung gestellt werden können. Dies stellt eine nicht unwesentliche Bereicherung der Technik dar.

Das Verfahren nach der Erfindung sei an folgenden Beispielen veranschaulicht s

Beispiel 1

In einem Hochdruckgefäß mit einem Liter Inhalt werden 500 ml (428 g) (-)-2-Pinen mit einer Drehung vonfe/^⁰ = -35,8° (pur

I dm) sowie 250 mg dimeres Rhodiumcyclooctadienyl-l,5-chlorid vorgelegt. Nach Verdrängen der Luft mit einem Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff in äquimolarem Verhältnis wird der Druck auf 100 Atmosphären erhöht und dann das Reaktionsgemisch auf 110⁰C erhitzt, wobei man mit dem genannten Gasgemisch einen Druck von 65O Atmosphären über 6 Stunden durch Nachpressen aufrechterhält» Nach dem Abkühlen und Entspannen erhält man ein Reaktionsgemisch, das nach gaschromatographischer Analyse aus

II Gewichtsprozent (-)-2-Pinen, 6l Gewichtsprozent optisch aktivem 3-Formylpinan und 26 Gewichtsprozent strukturisomeren Aldehyden besteht. Das Reaktionsgemisch wird vom Katalysator durch eine Kurzwegdestillation unter vermindertem Druck abde-. stilliert. Das Destillat wird in einer Kolonne mit 20 praktischen Siebboden und einem Rücklaufverhältnis von 1 : 5 fraktioniert destilliert. Man erhält bei 103 bis 104°C und l8 Torr 285 g (+)-3-Formylpinan/ck/ip = +19,17° (pur). Die Ausbeute an (+)-3-Formylpinan beträgt 52 % der Theorie, bezogen auf (-)-2-Pinen.

Beispiel 2

In einem Rollautoklaven von 3 Liter Inhalt legt man 710 g (-)-2-Pinen und 500 mg dimeres Rhodiumcyclooctadienyl-1,5-chlorid vor. Man führt die Hydroformylierung mit einem äquimolekularem Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff durch, wobei man zu-

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nächst 9O⁰C und 270 Atmosphären für 14 Stunden einhält und danach weitere sechs Stunden bei 100°C und 290 Atmosphären hydroformyliert. Nach dem Erkalten und Entspannen enthält das Reaktionsgemisch laut gaschromatographischer Analyse 6 Gewichtsprozent nichtumgesetztes 2-Pinen, 64 Gewichtsprozent (+)-3-Formylpinan und etwa j50 Gewichtsprozent hähersiedende strukturisomere Aldehyde. Das Reaktionsgemisch wird durch eine Kurzwegdestillation vom katalysatorhaltigen Rückstand abgetrennt. Man erhält 735 g Destillat, das in einer 20-bödigen Kolonne wie in Beispiel 1 beschrieben fraktioniert destilliert wird. Man erhält 503 g (+)>Formylpinan vom Siedepunkt 110 bis 112⁰C bei 19 Torr.

Beispiel 3

In einem Schüttelautoklaven von 220 ml Inhalt werden 50 g (-)-2-Pinen und 50 ml Toluol und 100 mg dimeres Rhodiumcyclooctadienyl-1,5-chlorid vorgelegt und mit einem äquimolekularen Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff hydroformyliert. Bei 70⁰C und 250 atü werden innerhalb von 10 Stunden 10 Atmosphären Gas, bei 90⁰C und 270 atü werden innerhalb von 20 Stunden 20 Atmosphären Gas und bei 100⁰C und 3OO atü werden innerhalb von 14 Stunden 65 Atmosphären Gas aufgenommen. Nach dem Abkühlen und Entspannen erhält man 89 g Reaktionsgemisch, das nach gaschromatographischer Analyse 59 Gewichtsprozent nichtumgesetztes Pinen, 3I Gewichtsprozent (+)-3-Formylpinan und 27 Gewichtsprozent höhersiedende Isomere enthält.

Beispiel 4

Man verfährt wie in Beispiel 1 beschrieben und hydroformyliert 500 ml (-)-2-Pinen unter Zusatz von 125 mg Cyclooctadienyl-1,5-rhodium-chlorid mit einem äquimolekularem Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff unter einem Druck von 65O Atmosphären. Unter Anwendung verschiedener Temperaturen erhält man bei jeweils 6 Stunden Reaktionsdauer die aus nachfolgender Tabelle ersichtlichen Ergebnisses

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ο.ζ.

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Tabelle

Tempera	nichtumgesetztes	(+)-3-Formylpinan	isomere
tur	(_)_2-Plnen	£%J	Aldehyde
	£%J	39,2	£%J
8O°C	54,4	63,3	6,4
9O⁰C	27,4	73,8	9,2
10O⁰C ■	14,3	70,9	11,9
110⁰C	9,7	19,4

Beispiel 5

100 g (-)-2-Pinen und 100 mg Bis-triphenylphosphin-rhodiumcarbonylchlorid werden mit einem äquimolekularen Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff 12 Stunden bei 8o°C und 250 Atmosphären, 12 Stunden bei 90⁰C und 260 Atmosphären, 12 Stunden bei 10Ö°C und 270 Atmosphären und 12 Stunden bei 110°C und 280 Atmosphären hydrofromyliert. Nach Abkühlung und Entspannung erhält man 100 g Reaktionsgemisch, welches nach gaschromatographischer Analyse zu 21,4 % umgesetzt ist. Das entstandene Aldehydgemisch besteht zu 70 % aus (+)-2-Formylpinan und zu 30 % aus strukturisomeren Aldehyden.

Beispiel 6

In einem Hochdruckgefäß von 1 Liter Inhalt werden 250 ml (+)-2-Pinen und 250 ml Benzol und 125 mg dimeres Cyclooctadienyl-1,5-rhodiumchlorid vorgelegt und mit einem äquimolekularen Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff unter einem Druck von 600 Atmosphären und bei einer Temperatur von 110°C 6 Stunden behandelt. Hierbei hält man durch Nachpressen des genannten Gasgemisches den Druck von 600 atü aufrecht. Durch analoge Aufarbeitungsweise wie in Beispiel 1 beschrieben erhält man 123 g (-)-3-Formylpinan vom Siedepunkt 111°C bei 18 Torr_;/%7^² =? 17,6° (pur)".

Beispiel 7 (+)-5-Aminomethylpinan

In einem Hochdruckgefäß von 2,5 Liter Inhalt legt man 300 g Äthanol und 50 g Raney-Kobalt vor und entfernt die Luft durch

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Spülen mit Stickstoff„ Anschließend wird das Reaktionsgemisch auf 80°C erhitzt und ein Druck mit Wasserstoff auf 150 Atmosphären eingestellt. Im Verlauf von 6 Stunden dosiert man 200 g (+)-3-Formylpinan zu. Nach weiteren 2 Stunden wird das Reaktionsgemisch abgekühlt und entspannt. Man erhält 65O g eines Gemisches, aus dem man durch fraktionierte Destillation ΙΟβ g (+)-3-Aminomethylpinan vom Siedepunkt 110 bis 111⁰C bei 20 Torr erhält. 120 g so hergestelltes 3-Aminomethylpinan werden in 1,3 Pentan gelöst und bei einer Temperatur von 0 bis 5⁰C trockener. Chlorwasserstoff unter Rühren eingeleitet. Sobald kein freies Amin mehr feststellbar ist, werden die entstandenen Kristalle abgesaugt und getrocknet. Man erhält 142 g (+)-3-Aminomethylpinan-hydrochlorid mit einem Drehwert von /pj Sp = +35*4 (c = 1* Methanol.

II8 g (+)-3-Aminomethylpinan-hydrochlorid, das einen Drehwert von /W/ Zf - +35,4^a hat, werden aus Butylacetat/Äthanol umkristallisiert. Man erhält 85 g (+)-3-Aminomethylpinan-hydrochlorid vom Drehwert /dC/ Zf = +40,5°. Aus der Mutterlauge werden weitere 29 g mit einem spezifischen Drehwert von £ocj ~f = 17*3° erhalten. Das Salz mit dem Drehwert /öc/ tf = +40,5° wird nochmals aus Butylacetat/Äthanol umkristallisiert. Man erhält 70 g (+)-3-Aminomethylpinan-hydrochlorid vom spezifischen Drehwert /«/ ψ = +44,3°.

Kristallisiert man 30 g (+)-3-Aminomethylpinan-hydrochlorid vom Drehwert /öc/ Zf = +35* ^·^Ο dreimal aus einem Gemisch von Essigester, Methanol um, so erhält man ein (+)-3-Aminomethylpinanhydrochlorid mit einem spezifischen Drehwert von /ö(/ ^ = +44,

Beispiel 8

Man verfährt wie in Beispiel 7 beschrieben, verwendet jedoch (_)_j5_Formylpinan. Man erhält nach analoger Arbeitsweise (-)-3-Aminomethylpinan. Davon werden 30 g durch Umsetzen mit Chlorwasserstoff (analog Beispiel 7) in (-)-3-Aminomethylpinanhydrochlorid übergeführt. Man erhält 34 g (-)-3-Aminomethylpinan-hydrochlorid mit einem spezifischen Drehwert von /öc/ ff = 33,8° (c = 1, CH₃OH).

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Beispiel 9

Man verfährt wie in Beispiel 7 beschrieben, verwendet jedoch anstelle von Ammoniak Methylamin„ Das so erhaltene (+)-3-Methylaminomethylpinan hat einen Siedepunkt von 118 bis 120⁰C bei 18 Torr„ Analog Beispiel 7 stellt man durch Behandeln mit Chlorwasserstoff (+)-3-MethylaminomethyIpinan-hydrochlorid mit einem Drehwert von [kj Z^ = +30,8° her. Nach zweimaligem Umkristallisieren aus einem Gemisch Essigester/Methanol erhält man (+)-3-Methylaminomethylpinan-hydrochlorid vom Drehwert /ö(/ _D = +44,0 und einem Schmelzpunkt von 24O⁰C₀-

Beispiel 10

33 g (+)-3-Formylpinan, 14 g Pyrrolidin und 70 g Ameisensäure werden zusammen 12 Stunden am Rückfluß erhitzt. Anschließend wird überschüssige Ameisensäure abdestilliert, und der Rückstand wird mit 150 g 25 ^iger wäßriger Kalilauge gekocht. Das Amin scheidet sich als obere Phase ab, wird abgetrennt und durch fraktionierte Destillation gereinigt. Man erhält 31,8 g (+)-3-Pyrrolidinomethylpinan vom Siedepunkt 125 bis 127°C bei 5 Torr.

Analog Beispiel 7 führt man (+)-3-Pyrrolidinoaminomethylpinan durch Behandeln mit Chlorwasserstoff in (+)-3-Pyrrolidinomethylpinnn-hydrochlorid über, das einen Drehwert von /ö</ ip = 41,3° (c = 1, Methanol) hat_o Nach dreimaligem Umkristallisieren aus einem Gemisch aus Essigester und Methanol erhält man (+)-3-Pyrrolidinomethylpinan^hydrochlorid mit einem spezifischen Drehwert von /ög- jp = +49,4°.

Beispiel 11

Man verfährt wie in Beispiel 10 beschrieben, verwendet jedoch ' · anstelle von Pyrrolidin Piperidin. Man erhält (+)-3-Piperidinomethylpinan vom Siedepunkt 138 bis l40°C bei 5 Torr. Das analog hergestellte Hydrochlorid hat einen Drehwert von fö(J Zr = +36,4 Nach dreimaliger Umkristallisation aus einem Gemisch aus Essigester und Methanol erhält man (+)-3-Piperidinomethylpinanhydrochlorid mit einem spezifischen Drehwert von /ö</ ^p = +47>8° und einem Schmelzpunkt von 256°C.

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Beispiel 12

Man verfährt wie in Beispiel 7 beschrieben, verwendet jedoch anstatt Ammoniak Dimethylamin. Das nach analoger Arbeitsweise und Aufarbeitung erhaltene 3-Dimethylaminomethylpinan hat einen Siedepunkt von 93 bis 95⁰C bei 5 Torr. Das in analoger Arbeitsweise mit Chlorwasserstoff erhaltene Hydrochlorid hat einen spezifischen Drehwert von ßtf ^² = +42,6° (c = 1, Methanol). Nach dreimaliger Umristallisation aus Essigester/Methanol erhält man (+)-Dimethylaminopinan-hydrochlorid mit einem spezifischen Drehwert von /ö(J 3 - 51,5° und einem Schmelzpunkt von 239°C

Beispiel 13

50 S (+)-3-Formylpinan werden in einem offenen Gefäß (Schale) mit Luf ^Sauerstoff oxidiert. Nach 6 Tagen scheiden sich Kristalle ab; diese werden abgesaugt und aus Ameisensäure umkristallisiert. Man erhält 25 g 3-Carboxypinan mit einem Drehwert von /ex/ jp = +21,8° (c = 1, Methanol) und einem Schmelzpunkt von 50°C.

24 g des (+)-3-Carboxypinan werden in Petroläther gelöst und die stöchiometrische Menge Benzylamin zugegeben. Das ausgefallene Benzylammoniumsalz des 3-Carboxypinan wird abgesaugt. Es hat einen Schmelzpunkt von 128 C und einen Drehwert von /ö(J _D = +13,1°. Nach zweimaliger Umkristallisation aus Essigester hat es einen spezifischen Drehwert von /&J ^ =+17*4°. Das so erhaltene Salz wird anschließend mit wäßriger Salzsäure behandelt, und die salzsaure Lösung wird mit Benzol extrahiert. Die benzolische Lösung wird getrocknet und anschließend das Benzol abdestilliert. Der erhaltene Rückstand wird destilliert. Bei 120 bis 121°C und 0,6 Torr erhält man (+)-3-Carboxypinan mit einem Schmelzpunkt von 54⁰C und einem spezifischen Drehwert von /ctf ~ +23,5° (c = 1, CHy)H).

Beispiel 14

300 g 65-gewichtsprozentige Salpetersäure, 350 mg Vanadinpent- oxid und 350 mg Kupfersulfat werden in einem RUhrkolben vorgelegt und auf 20⁰C eingestellt. Dann läßt man unter intensiver *> Kühlung im Verlauf von 7 Stunden unter Einhaltung einer Tempera-

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tür von 20 bis 24°C l40 g (-)-3-Formylpinan zulaufen. Anschließend wird das Reaktionsgemisch mit Eis versetzt. (-)->■ Carboxypinan scheidet sich als zähflüssiges öl ab. Nach Zugabe von 200 ml Toluol wird die wäßrige Phase abgetrennt und aus der organischen Phase; Toluol im Vakuum abdestilliert. Der Rückstand wird mehrere Tage bei O⁰C aufbewahrt. Man erhält 79 g Kristalle, die aus Ameisensäure umkristallisiert werden. Man erhält so (-)-^-Carboxyformylpinan vom Schmelzpunkt 48 bis 50°C und einem spezifischen Drehwert von /öcj ^ = +16,2°.

Beispiel 15 (+)-^-Hydroxymethylpinan

In einem Hochdruckgefäß von 1 Liter Inhalt legt man 158 g (+)->Formy!pinan, 500 ml Dioxan und 10 g Raney-Kobalt vor.. Das Gemisch wird bei 40°C unter einem Wasserstoffdruck von 100 atü 4 Stunden und bei 6O⁰C unter einem Druck von 120 Atmosphären 4 Stunden hydriert. Nach dem Abkühlen und Entspannen wird der Katalysator abfiltriert und das Filtrat fraktioniert destilliert. Man erhält 101 g (+)-]5-Hydroxymethylpinan vom Siedepunkt 125°C bei 10 Torr und vom Drehwert fej z~ = +29,4 (pur).

Zur Reinigung wird das erhaltene (+)-;5-Hydroxymethylpinan mit 4-Nitrobenzoesäure verestert und umkristallisiert. Der gereinigte Ester wird verseift. Man erhält (+)-3-Hydroxymethylpinan vom Drehwert /kj jp = +34,1° (pur).

Beispiel l6 (+)-Pinan-3-Qarbonsäurechlorid

15 g (+)-3-Carboxypinan /hj ψ =+20,2° (c = 1, CH₃OH) wird mit überschüssigem Thionylchlorid unter Feuchtigkeitsausschluß am Rückfluß gekocht, bis die Gasentwicklung beendet ist. Danach destilliert man zuerst das überschüssige Thionylchlorid ab; an-. schließend erhält man das Säurechlorid vom Siedepunkt 62 bis 64°C bei 0,08 Torr und vom Drehwert /öjj !z ^= +28,1° (pur).

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Beispiel 17 (+)-

2 g (+)-Pinan-3-carbonsäurechlorid werden mit konzentrierter wäßriger Ammoniaklösung versetzt. Das entsprechende Carbonsäureamid fällt aus und wird abgesaugt. Nach dem Trocknen hat es einen Schmelzpunkt von 131°C und einen Drehwert von /UJ _D = +22,²I-⁰ (c = 1, Methanol).

Beispiel 18 (+)-Pinan-3-carbonsäuremethylester

4 g (+)-Pinan-3-carbonsäurechlorid werden mit Methanol versetzt und in Gegenwart von Pyridin am Rückfluß gekocht. Danach wird die Lösung stark eingeengt, mit Wasser versetzt und anschließend mit Äther extrahiert. Aus der getrockneten Ätherlösung erhält man durch fraktionierte DestillationtnPinan-3-carbonsäuremethylester vom Siedepunkt 55 bis 56⁰C bei 0,2 Torr und vom Drehwert /öc/ ^ = +18,9° (pur).

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Claims

Patentansprüche
Optisch aktive Pinanderivate der Formel

CH₃

in der die Kohlenstoff atome 1, 2, ~5 und 5 in chiraler Form vorliegen und X

a) eine Formylgruppe oder deren Acetale oder Hemiacetal-»"mit Alkanolen oder Alkandiolen mit bis zu 5 Kohlenstoffatomen,

b) eine Carboxylgruppe,

c) eine Gruppe der Formel -COY, in der Y ein Chloratom, eine Alkoxygruppe mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen oder die Gruppe -NH bedeutet,

d) eine Hydroxymethylgruppe oder

e) eine Gruppe der Formel -CH_pNHR..R_p, in der R. und R für Wasserstoffatome oder gleiche oder verschiedene Alkylreste mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylreste mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen, Aralkylreste mit 7 bis 10 Kohlenstoffatomen oder Phenylreste stehen und R, und Rp zusammen mit dem Stickstoffatom, das sie substituieren, auch einen fünf- oder sechsgliedrigen heterocyclischen Ring bezeichnen können,

bedeutet.

Verfahren zur Herstellung von optisch aktivem j5-Formylpinan der Formel

in der die Kohlenstoffatome 1, 2, 3 und 5 in chiraler Form vorliegen, durch Umsetzen von o(-Pinen mit Kohlenmonoxid und

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Wasserstoff bei erhöhter Temperatur unter erhöhtem Druck in Gegenwart von Carbonylkomplexen von Metallen der VIII. Gruppe des Periodischen Systems als Katalysatoren, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangsstoffe (-)- oder (+)- oC-Pinen und als Katalysatoren Rhodiumcarbonylkomplexe verwendet sowie Temperaturen von 65 bis l4O°C einhält.

Zeichn.

BASF Aktiengesellschaft

S09831 /0860

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