DE2432231A1

DE2432231A1 - Verfahren zur herstellung von cyclocitral

Info

Publication number: DE2432231A1
Application number: DE19742432231
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Chem Dr Hoffmann; Norbert Dipl Chem Dr Mueller
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1974-07-05
Filing date: 1974-07-05
Publication date: 1976-01-29
Also published as: GB1494804A; FR2277067B1; DE2432231C2; CH596125A5; FR2277067A1

Description

Verfahren zur Herstellung von Cyclocitral

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ß-Cyclocitral bzw. einem Methylhomologen durch partielle Ozonolyse von ß-Ionon bzw» ß-Iron»

Cyclocitrale sind wichtige Grundstoffe und Zwischenprodukte für verschiedene natürliche Riech- und Aromastoffe, wie Damascone, sowie für Vitamin A und Carotinoide, Cyclocitral ist schon vielfach beschrieben worden, und es sind zahlreiche verschiedene Methoden zu seiner Darstellung bekannt.

Alle diese Methoden sind mehrstufig und von der Gesamtausbeute her für eine technische Ausnutzung wenig geeignet.

Es war daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Cyclocitral zu entwickeln, das es gestattet, Cyclocitral auf einfache Weise in guten Ausbeuten herzustellen, und das möglichst auch auf Methylhomologe von Cyclocitral übertragen werden kann.'

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man Cyclocitral in ausgezeichneter Ausbeute erhält, wenn man ß-Ionon einer partiellen Ozonolyse unterwirft, und daß auch ß-Iron mit guter Selektivität partiell ozonolysiert werden kann.

Es ist aus der Literatur (z.B. aus Annalen 570 (1950), 73 ff·) bekannt, daß bei der Ozonolyse von ß-Ionon neben einer Anzahl nicht näher untersuchter Verbindungen Geronsäure (II) entsteht.

CO₂H

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Ihr Auftreten bei der ozonolytischen Spaltung galt früher als Nachweis für das Vorliegen des Jononrings mit konjugierter Doppelbindung in der Seitenketten. War die Konjugation durch eine CH^-Gruppe unterbrochen, entstand 3,35-Dimethyloctandion-2,7.

Es war nicht zu erwarten, daß sich Reaktionsbedingungen finden lassen, unter denen eine selektive Ozonolyse der Doppelbindung der Seitenkette des ß-Ionons bzw. ß-Irons stattfindet.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der Formel I

^Rä?

in der R für H oder CH steht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man in eine Lösung von ß-Ionon bzw. ß-Iron in einem für Ozonolysen üblichen Lösungsmittel einen aus Op und O^ bestehenden Gasstrom einleitet, der 1 bis 2 Mol, vorzugsweise 1,3 bis 1,6 Mol 0, pro Mol ß-Ionon bzw. ß-Iron enthält, und das erhaltene Reaktionsgemisch in an sich bekannter Weise hydrolytisch oder reduktiv aufarbeitet«

Mit besonderem Vorteil verwendet man das erfindungsgemäße Verfahren für die Herstellung von Cyclocitral, da die partielle Ozonolyse bei Verwendung von ß-Ionon als_ Ausgangsverbindung mit besonders guten Ausbeuten verläuft.

Das als Ausgangsverbindung verwendete ß-Ionon ist eine handelsübliche Verbindung. Es spielt als Zwischenprodukt bei der technischen Vitamin A-Synthese eine bedeutende Rolle und kann auf einfache Weise, beispielsweise durch A'thfnylieren von 2-Methyl-2-hepten-6-on, Umsetzen des gebildeten Dehydrolinalools mit Methanol zum 2-Methoxydehydrolinalool, anschließende Carollreaktion mit Acetessigester und saure Cyclisierung erhalten werden. Auch ß-Iron ist ein handelsübliches Produkt, das analog dem ß-Ionon aus 2,3-Dimethyl-2-hepten-6-on hergestellt werden kann.

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Als für Ozonolysen übliche Lösungsmittel seien beispielsweise genannt: reine oder chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie Pentan, Hexan, Tetrachlorkohlenstoff, Trichloräthan, Methylenchlorid und Essigester, d.h. unter den Reaktionsbedingungen inerte Lösungsmittel; sowie nucleophile Lösungsmittel, z.B. Methanol.

Bei der Verwendung von inerten Lösungsmitteln entstehen Ozonide als Zwischenprodukte, während bei der Verwendung von nucleophilen Lösungsmitteln durch Reaktion der Lösungsmittel mit dem Primärozonid Hydroperoxide als Zwischenprodukte gebildet werden (beispielsweise treten bei Verwendung von Methanol methoxylierte Hydroperoxide auf).

Beide Zwischenprodukte können in an sich bekannter Weise hydrolytisch oder reduktiv zu den Reaktionsprodukten der Formel I gespalten werden. Selbstverständlich können auch Gemische von inerten und nucleophilen Lösungsmitteln, wie Methanol-Methylenchloridgemische, verwendet werden. Die Lösungsmittel verwendet man im allgemeinen in Mengen von 10 bis 100 Mol, vorzugsweise 50 Mol pro Mol ß-Ionon bzw. ß-Iron.

Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Umsetzung löst man das ß.-Ionon bzw. das ß-Iron in dem Lösungsmittel und leitet in diese Lösung bei der Reaktionstemperatur soviel von einem aus Op und 0-z bestehenden und in seinem 0-,-Gehalt bekannten Gasstrom ein, daß pro Mol ß-Ionon bzw. ß-Iron etwa 1 bis 2 Mol, vorzugsweise 1,3 bis 2,6 Mol O^ eingeleitet werden.

Die Reaktionstemperatur bei der Ozonolyse liegt im allgemeinen zwischen -100 und +5O⁰C, vorzugsweise im Bereich von -50 bis

Die Reaktionszeit ist abhängig von der 0-,-Menge, die der zur Verfügung stehende Ozonisierungsapparat liefert. Ein leistungsfähiger Ozongenerator ist beispielsweise beschrieben von G. Wagner in J. prakt. Chem. [4·], 13, 99 (196I).

Die Aufarbeitung des bei der Ozonolyse erhaltenen Reaktionsgemisches erfolgt in an sich bekannter Weise durch hydroly-

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tische oder reduktive Spaltung, vorzugsweise durch reduktive Spaltung.

Die hydrolytische"Spaltung kann mit Wasser bei Raumtemperatur oder aber besser mit Wasserdampf erfolgen. Eine praktische Durchführungsmöglichkeit wird in Beispiel j5 aufgezeigt.

Die reduktive Spaltung der Ozonolysierungsprodukte kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise mit Trialkyl- oder Triarylphosphiten, wie Trimethyl-, Triäthyl- oder Triphenylphosphit, mit den Systemen NaJ/Thiosulfat, Zink/Eisessigoder Zink/50 $ige Essigsäure, durch katalytische Hydrierung, z.B. an Pd auf Calciumcarbonat, durch Metallhydride, Triphenylphosphin, Natriumdithionid oder NapSO-,.

Bei Verwendung von Trialkyl- bzw. Triarylphosphiten bestehen allerdings Abtrennungsschwierigkeiten, da sich die Siedepunkte der sich bildenden Phosphate nur geringfügig von denen der Verbindungen der Formel I unterscheiden.

Gute Ausbeuten und gleichzeitig besonders reine Produkte werden erhalten, wenn man die reduktive Spaltung mit Zink und etwa 50 ^iger Essigsäure durchführt.

Wir beschreiben daher die Aufarbeitung eines bei der Ozonolysierung von ß-Ionon erhaltenen Gemische mit Zink und Essigsäure als Beispiel für eine reduktive Spaltung:

Zu dem bei der Ozonolyse erhaltenen Reaktionsgemisch addiert man - nach mehrminütigern Spülen mit einem Inertgas (z.B. Stickstoff) zur Vertreibung von restlichem O^ - bei Temperaturen zwischen -50 und 0⁰C 1" bis 5 Mol, vorzugsweise etwa 1,5 Mol pro Mol ß-Ionon bzw. ß-Iron an Zink in Form von Grieß oder Staub und addiert anschließend unter fortdauernder starker Kühlung mit Sole oder Aceton/Trockeneis tropfenweise etwa 4 bis 5 Mol pro Mol Zink (das sind 5 bis 6 Mol pro Mol ß-Ionon bzw. ß-Iron) an Essigsäure, vorzugsweise in Form von etwa 50 folgev Essigsäure. Die Reduktion macht sich an einer starken Wärmeentwicklung bemerkbar (die Temperatur steigt etwa von

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-25 auf +25 C an) und ist im allgemeinen nach etwa 5 bis 15 Minuten beendet. Danach wird das Reaktionsgemisch noch eine gewisse Zeit, vorzugsweise 1 bis 2 Stunden bei Raumtemperatur gerührt und anschließend in etwa die 4- bis 5-fache Menge kalten Wassers hineingegossen bzw. hineinfiltriert. Anschließend wird mit einem inerten Lösungsmittel, wie Äther, Chloroform oder Methylenchlorid, extrahiert, die organische Phase mit .NaHCO-,-Lösung neutral gewaschen, getrocknet und unter vermindertem Druck eingeengt» Eine Fraktionierung des Rohprodukts liefert die Verbindung der Formel I in reiner Form.

Bezüglich weiterer Aufarbeitungsmöglichkeiten von Ozonolisierungsansätzen verweisen wir auf Augustine "Oxidation", Vol. 1, Seiten 298-306, Marcel Dekker, Inc., New York, I969.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, ß-Cyclocitral und sein Methylhomologes auf einfache Weise und in sehr guten Ausbeuten herzustellen.

Die Verfahrensprodukte sind wichtige Zwischenprodukte für verschiedene natürliche Riech- und Aromastoffe, wie die Damascone, sowie für Vitamin A und Carotinoide.

Beispiel 1

a) 38,4 g (0,2 Mol) ß-Ionon werden mit 350 ml Methanol verdünnt und auf -3O⁰C abgekühlt. Unter starkem Rühren wird ein Gasstrom von 50 1 Op und O* pro Stunde eingeleitet, der 0,052 Mol 0_ pro Stunde enthält. (Die O^-Menge wird vor und während der Reaktion durch Parallelschaltung an dem ausgeschiedenen Jod einer mit Borsäure gepufferten KJ-Lösung geprüft.)

Nach 6 Stunden ist die Reaktion beendet, und es wird 5 Minuten mit N₂ gespült. In der Kälte wird 20 g Zinkstaub hinzugegeben und dann bei weiterer Kühlung 150 ml 50 $ige Essigsäure zutropfen gelassen. Die Reduktion macht sich an einer Wärmetönung (-25 bis +25⁰C) bemerkbar und ist nach etwa 10 Minuten beendet. Nach einstündigem Rühren wird das

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Reaktionsgemisch in 2 1 kaltes Wasser filtriert und mehrmals mit insgesamt 1 1 CHpCl extrahiert. Die organische Phase wird mit NaHCO^-Lösung neutral gewaschen; mit NapSO getrocknet und im Vakuum eingeengt.

Die erhaltenen 31 g Rohprodukt werden über eine 10 cm Kolonne fraktioniert. Man erhält 27,5 S ß-Cyclocitral. Das entspricht einer Ausbeute von 90 % der Theorie. Die Struktur von ß-Cyclocitral kann durch Analyse, NMR-, JR-assenspek

= 1,4935.

und Massenspektren bestätigt werden. K_n -,,- = 50 bis 51°C;

b) Arbeitet man wie unter a beschrieben, verwendet jedoch anstelle vor 1,5 Mol O^ nur 1 Mol 0-, pro Mol ß-Ionon, so erhält man ß-Cyclocitral in einer Ausbeute von 69 % der Theorie.

c) Arbeitet man wie unter a beschrieben, verwendet jedoch anstelle von 1,5 Mol 0^, 2 Mol O^ pro Mol ß-Ionon, so erhält man ß-Cyclocitral in einer Ausbeute von 50 % der Theorie.

Beispiel 2

4l,2 g (0,2 Mol) ß-Iron werden wie im Beispiel 1 beschrieben ozonisiert und aufgearbeitet. Aus 33*5 g Rohprodukt erhält man durch Destillation 25,9 g ß-Methylcyclocitral (78 % der Theorie).

Beispiel 3

38,4 g (0,2 Mol) ß-Ionon werden in 350 ml Methanol bei -30⁰C innerhalb von 3,75 Stunden mit 0,24 Mol O^ ozonisiert. Anschließend wird 1 Stunde lang zunächst bei tiefer Temperatur und dann unter Erwärmung Wasserdampf in die Reaktionslösung geblasen (~250 ml EUü). Die auf diese Weise behandelte Lösung wird in 2 1 Wasser gegossen, mehrmals mit CHpCl₂ extrahiert, über Na₂SOh getrocknet und das Lösungsmittel unter vermindertem Druck abdestilliert. Man erhält 32 g Rohprodukt.

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Durch Fraktionieren werden etwa 20 g ß-Cyclocitral erhalten. Das entspricht einer Ausbeute von 67 % der Theorie. Als Nebenprodukt werden isoliert: 2,2,6-Trimethylcyclohexanon (5 % der Theorie) und 2,2,6-Trimethylcyclohex-l-enolformiat (7 % der Theorie).

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Claims

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Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der Formel I

in der R für H oder -CH-, steht, dadurch gekennzeichnet, daß man in eine Lösung von ß-Ionon bzw. ß-Iron in einem für Ozonolysen üblichen Lösungsmittel einen aus Op und 0^, bestehenden Gasstrom einleitet, der 1 bis 2 Mol O^ pro
Mol ß-Ionon bzw. ß-Iron enthält, und das erhaltene Reaktionsgemisch in an sich bekannter Weise hydrolytisch oder reduktiv aufarbeitet.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen aus O₂ und O^ bestehenden Gasstrom einleitet, der 1,3 bis 1,6 Mol 0-, pro Mol ß-Ionon bzw. ß-Iron enthält,

BASF Aktiengesellschaft

au.

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