DE2432231C2 - Verfahren zur Herstellung von β-Cyclocitral bzw. β-Methylcyclonitral - Google Patents

Description

in der R für H oder -CH₃ steht, dadurch gekennzeichnet, daß man In eine Lösung von ß-Ionon bzw. ß-Iron in einem für Ozonolysen üblichen Lösungsmittel einen aus O₂ und O₃ bestehenden Gasstrom einleitet, der 1 bis 2 Mol O₃ pro Mol ß-Ionon bzw. ß-Iron enthält, und das erhaltene Reaktlonsgemisch In an sich bekannter Weise hydrolytisch oder reduktiv aufarbeitet.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ß-Cyclocltral bzw. einem Methylhomologen durch partielle Ozonolyse von ß-Ionen bzw. ß-Iron.

Cyclocltrale sind wichtige Grundstoffe und Zwischenprodukte für verschiedene natürliche Riech- und Aromastoffe, wie Damascone, sowie für Vitamin A und Carotinoide. Cyclocltral 1st 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 Cyclocltral zu entwickeln, das es gestattet, Cyclocltral auf einfache Welse in guten Ausbeuten herzustellen, und das möglichst auch auf Methylhomologe von Cyclocltral übertragen werden kann.

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

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Ihr Auftreten bei der ozonolytischen Spaltung galt früher als Nachwels für das Vorliegen des Jononrlngs mit konjugierter Doppelbildung In der Seltenketten. War die Konjugation durch eine CH_rGruppe unterbrochen, entstand 3,3-Dlmethyloctandlon-2,7.

Es war nicht zu erwarten, daß sich Reaktlonsbedlngungen finden lassen, unter denen eine selektive Ozonolyse der Doppelblndung der Seltenkette des ß-Ionons bzw. ß-lrons stattfindet.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von ß-Cyclocltral bzw. ß-Methylcyclocltral der Formel I

CH₃ CH₃/
R \/ C

O (I)

CH₃

in der R für H oder CH steht, das dadurch gekennzeichnet 1st, daß man In eine Lösung von ß-Ionon ozw. ß-Iron in einem für Ozonolysen üblichen Lösungsmittel einen aus O₂ und O₃ bestehenden Gasstrom einleitet, der 1 bis 2 Mol, vo.-zugsweise 1,3 bis 1,6 Mol O₃ pro Mol ß-Ionon bzw. ß-lron 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 1st eine handelsübliche Verbindung. Es spielt als Zwischenprodukt bei der technischen Vitamln-A-Synthese eine bedeutende Rolle und kann auf einfache Welse, beispielsweise durch Äthlnylieren von 2-Methyl-2-hepten-6-on, Umsetzen des gebildeten Behydrolinalools mit Methanol zum 2-Methoxydehydrolinalool, anschließende Carollreaktlon mit Acetessigester und saure Cyclisierung erhalten werden. Auch ß-Iron 1st ein handelsübliches Produkt, das analog dem ß-Ionon aus 2,3-Dlmethyl-2-hepten-6-on hergestellt werden kann.

Als für Ozonolysen übliche Lösungsmittel selen beispielsweise genannt: reine oder chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie Pentan, Hexan, Tetrachlorkohlenstoff, TrI-chloräthan, Methylenchlorid und Essigester, d. h. unter den Reaktionsbedingungen Inerte Lösungsmittel; sowie nucleophlle Lösungsmittel, z. B. Methanol.

Bei der Verwendung von inerten Lösungsmitteln entstehen Ozonide als Zwischenprodukte, während bei der Verwendung von nucleophllen Lösungsmitteln durch Reaktion der Lösungsmittel mit dem Prlmärozonid Hydroperoxide als Zwischenprodukt gebildet werden (beispielsweise treten bei Verwendung von Methanol methoxyllerte Hydroperoxide auf)-

Beide Zwischenprodukte können In an sich bekannter Welse hydrolytisch oder reduktiv zu den Reaktionsprodukten der Formel I gespalten werden. Selbstverständlich können auch Gemische von Inerten und nucleophllen Lösungsmitteln, wie Methanol-Methylenchlorldgemlsche, 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 O₂ und O₃ bestehenden und In seinem O₃-Gehalt bekannten Gasstrom ein, daß pro Mol ß-Ionon bzw. ß-Iron etwa 1 bis 2 Mol, vorzugsweise 1,3 bis 1,6 Mol O₃ eingeleitet werden.

Die Reaktionstemperatur bei der Ozonolyse liegt Im allgemeinen zwischen - 100 und + 50° C, vorzugsweise Im Bereich von - 50 bis O⁰C.

Die Reaktionszeit Ist abhängig von der O₃-Menge, die der zur Verfügung stehende Ozonlslerungsapparat liefert.

Ein leistungsfähiger Ozongenerator ist beispielsweise beschrieben von G. Wagner in J. prakt. Chem. [4], 13, 99 (1961).

Die Aufarbeitung des bei der Ozonolyse erhaltenen Reaktionsgemisches erfolgt In an sich bekannter Weise durch hydrolytische 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 3 aufgezeigt.

Die reduktive Spaltung der Ozonolyslerungsprodukte kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise mit Trialkyl- oder Trlarylphosphlten, wie Tiimethyl-, TrI-äthyl- oder Triphenylphosphit, mit den Systemen NaJ/Thlosuifat, Zlnk/Elsessig, oder Zlnk/50%lge Essigsäure, durch katalytlsche Hydrierung, z. B. an Pd auf Calclumcarbonat, durch Metallhydride, Trlphenylphosphin, Nairiumdlthionid oder Na₂SO₃.

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-Ionen erhaltenen Gemlschs mit Zink und Essigsäure als Beispiel für eine reduktive Spaltung:

Zu dem bei der Ozonolyse erhaltenen Reaktionsgemisch addiert man - nach mehrmlnütlgem Spülen mit einem Inertgas (z. B. Stickstoff) nur Vertreibung von restlichem O₃- bei Temperaturen zwischen - 50 und 0° C 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 5O961ger Essigsäure. Die Reduktion macht sich an einer starken Wärmeentwicklung bemerkbar (die Temperatur steigt etwa von - 25 auf + 25° C an) und ist im allgemeinen nach etwa 5 bis 15 Minuten beendet. Danach wird das Reaktionsgemisch noch eine gewisse Zelt, vorzugsweise 1 bis 2 Stunden bei Raumtemperatur gerührt und anschließend in etwa die 4- bis 5fache Menge kalten Wassers hineingegossen bzw. hlneinfiltrlert. Anschließend wird mit einem inerten Lösungsmittel, wie Äther, Chloroform oder Methylenchlorid, extrahiert, die organische Phase mit NaHCO₃-Lösung neutral gewaschen, getrocknet und unter vermindertem Druck eingeengt. Eine Fraktionierung des Rohprodukts liefert die Verbindung der Formel I In reiner Form.

Bezüglich weiterer Aufarbeitungsmöglichkelten von Ozonollslerungsansätzen verweisen wir auf Augustine »Oxidation«, Vol. 1, Selten ?98 bis 306, Marcel Dekker, Inc., New York, 1969.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens Ist es möglich, ß-Cyclocitral und sein Methylhomologes auf einfache Welse und In sehr guten Ausbeuten herzustellen.

Die Verfahrensprcdukte sind wichtige Zwischenprodukte für verschiedene natürliche Riech- und Aromastoffe, wie die Damascene, 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 - 30° C abgekühlt. Unter starkem Rühren wird ein Gasstrom von 50 1 O₂ und O₃

ίο pro Stunde eingeleitet, der 0,052 Mo! O₃ pro Stunde enthält. (Die O₃-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 wetterer Kühlung 150 ml 50%lge Essigsäure zutropfen gelassen. Die Reduktion macht sich an einer Wärmetönung (- 25 bis + 25° C) bemerkbar und ist nach etwa IO Minuten beendet. Nach einstündigem Rühren wird das Reaktionsgemisch In 2 1 kaltes Wasser filtriert und mehrmals mit insgesamt 1 1 CH₂CI₂ extrahiert. Die organische Phase wird mit NaHCO₃-Lösung neutral gewaschen, mit Na₂SO₄ getrocknet und im Vakuum eingeengt.

Die erhaltenen 31 g Rohprodukt werden über eine 10 cm Kolonne fraktioniert. Man erhält 27,5 g ß-Cyclocltral. Das entspricht einer Ausbeute von 90% der Theorie. Die Struktur von ß-Cyclocltral kann durch Analyse, NMR-, JR- und Massenspektren bestätigt werden. K₁₁₀₃₅ = 50 bis 51° C; n_d ^2S = 1,4935.

b) Arbeitet man wie unter a beschrieben, verwendet jedoch anstelle von 1,5 Mol O₃ nur 1 Mol O₃ pro Mol ß-Ionon, so erhält man ß-Cyclocltral In einer Ausbeute von 69% der Theorie.

c) Arbeitet man wie unter a beschrieben, verwendet jedoch anstelle von 1,5 Mol O₃ 2 Mol O₃ pro Mol ß-Ionon, so erhält man ß-Cyclocltral In einer Ausbeute von 50% der Theorie.

Beispiel 2

41,2 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-Methylcyclocltral (7896 der Theorie)

Beispiel 3

38,4 g (0,2 Mol) ß-Ionon werden In 350 ml Methanol bei -30° C Innerhalb von 3,75 Stunden mit 0,24 Mol O₃ ozonisiert. Anschließend wird 1 Stunde lang zunächst bei tiefer Temperatur und dann unter Erwärmung Wasserdampf In die Reaktionslösung geblasen (~ 250 ml H₂O). Die auf diese Welse behandelte Lösung wird In 2 1 Wasser gegossen, mehrmals mit CH₂Cl₂ extrahiert, über Na₂SO₄ getrocknet und das Lösungsmittel unter vermindertem Druck abdestilliert. Man erhält 32 g Rohprodukt.

Durch Fraktionieren werden etwa 20 g ß-Cyclocll:ral erhalten. Das entspricht einer Ausbeute von 67% der Theorie. Als Nebenprodukt werden Isoliert: 2,2,6-TrI-methylcyclohexanon (5% der Theorie) und 2,2,6-TrI-methylcyclohex-1-enolformlat (7% der Theorie).

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von ß-Cyclocitral bzw. ß-Methylcyclocltral ^r)er Formel I

   (D

   10

   CH₃