DE2511410A1 - Ketolactone und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
Ketolactone und verfahren zu ihrer herstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft neue gegebenenfalls alkyl- oder vinylsubstituierte
12-Keto-CJ-hydroxycarbonsäurelactone mit 14 bis
l6 C-Atomen im Ring.
Bei den neuen Verbindungen handelt es sich um Ketolactone der allgemeinen Formel I
(D
1 4 in der η für die Zahlen 0 oder 2 steht, wenn R bis R=H
bedeuten, oder aber η für die Zahlen 0, 1 oder 2 steht, wenn R1 bis R^ -H, -CH3, -C2H5 oder -CH=CHp, insbesondere H oder
-CH-Z bedeuten, wobei die Anzahl der C-Atome in allen vier
Resten zusammen mindestens 1 aber maximal 3 beträgt.
Die neuen Ketolactone besitzen einen intensiven und feinen holzigen Moschusduft mit ausgezeichneter Haftung und sind
daher als hochwertige Riechstoffe und Fixateure einsetzbar. Sie lassen sich auf einfache und wirtschaftliche Weise aus
dem gut zugänglichen Cyclododecanon herstellen.
Es wurde ein Verfahren zur Herstellung der neuen Ketolactone der aligemeinen Formel I gefunden, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß man Verbindungen der allgemeinen Formel II
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(ID
ι 4
in der η und R bis R die oben angegebene Bedeutung haben, einer Ozonolyse mit anschließender reduktiver Spaltung der Ozonisierungsprodukte unterwirft.
in der η und R bis R die oben angegebene Bedeutung haben, einer Ozonolyse mit anschließender reduktiver Spaltung der Ozonisierungsprodukte unterwirft.
Die als Ausgangsstoffe benötigten Verbindungen der Formel II können auf einfache Weise, z.B. aus Cyclododecanon-oc-carbonsäureestern
hergestellt werden. Die folgende Tabelle soll im Zusammenhang mit den folgenden Erläuterungen einen Überblick
über verschiedene Möglichkeiten zur Herstellung der Verbindungen der Formel II aus Cyclododecanon- -carbonsäureestern
geben.
Beispielsweise können die Cyclododecanoncarbonsaureester unter
Alkalikatalyse mit den Epoxiden III zu den Alkoholen IX umgesetzt und diese sauer cyclisiert werden (gilt insbesondere für
R1 = H oder -CH3 und R2 = -CH3).
Weiterhin können die Cyclododecanoncarbonsaureester mit den
Allylhalogeniden IV oder durch Carrolreaktion mit den Alkoholen V in die Verbindungen der Formel X überführt werden. Die
Verbindungen X können entweder direkt oder nach vorangegangener Hydratisierung der Doppelbindung zu den Enoläthern der
allgemeinen Formel II cyclisiert werden. Die Ringgröße ergibt sich in Abhängigkeit von den Substituenten aufgrund der Regeln
3 4 1 von Markownikow (für R-^=R = H und R = H oder -CH, wird
η = 0; für R1 = Hj R^ = H oder -CH, und R^ = -CH, wird η = 1).
Weiter können die Cyclododecanoncarbonsaureester mit den Homoallylhalogeniden
VI zu den Verbindungen XI alkyliert werden.
Die Verbindungen XI können entweder direkt (gilt Insbesondere für Verbindungen der Formel II, in der R=H oder -CH, und
3 4
R-^=R = -CHt, bedeutet) oder nach vorangegangener Hydratij
sierung der Doppelbindung (gilt insbesondere für Verbindungen
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der Formel II, in der R1 = H; Y? = H oder -CH, und R = -CH,
steht).
Weiterhin können die Cyclododecanonsaureester gemäß dem Verfahren
der DOS 2 O65 551 mit den ungesättigten Carbonylverbindungen
VII zu den Verbindungen VIII umgesetzt werden, die nach Reduktion und Cyclisierung Enoläther der allgemeinen
Formel II ergeben (gilt insbesondere für Verbindungen der
Formel II, in der R und Έ? gleich oder verschieden sind und H oder -CH-, bedeuten).
Formel II ergeben (gilt insbesondere für Verbindungen der
Formel II, in der R und Έ? gleich oder verschieden sind und H oder -CH-, bedeuten).
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Zur Durchführung der Ozonolyse löst man im allgemeinen die Verbindung der allgemeinen Formel II in einem für Ozonolysen
üblichen Lösungsmittel und leitet in diese Lösung bei der Reaktionstemperatur soviel von einem aus O2 und 0, bestehenden
und in seinem O^-Gehalt bekannten Gasstrom ein, daß pro Mol
der Verbindung der Formel II etwa 1 bis 3 Mol, vorzugsweise 1,5 bis 2 Mol Ozon in das Reaktionsgemisch gelangen.
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 etwa 50 Mol pro Mol der Verbindung der Formel
Die Reaktionstemperatur bei der Ozonolyse liegt im allgemeinen zwischen -50 und +500C, vorzugsweise im Bereich von -j50 bis
00C.
Bei Verwendung von brennbaren Lösungsmitteln sollte auf die Explosionsgrenze des Lösungsmittel/Op-Gemischs geachtet werden.
Diese liegt für das Gemisch Op/Methanol beispielsweise bei +1,80C.
Die Reaktionszeit ist abhängig von der O,-Menge, die der zur
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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 Reaktionsgemische
erfolgt in an sich bekannter W$ise durch hydrolytische oder reduktive Spaltung, vorzugsweise durch reduktive
Spaltung.
Die hydrolytische Spaltung kann mit Wasser bei Raumtemperatur oder aber besser mit Wasserdampf erfolgen.
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/Eisessig oder Zink/50 #ige Essigsäure, durch katalytische Hydrierung, z.B.
an Pd auf Calciumcarbonat, durch Metallhydride, Triphenylphosphin, Natriumdithionit oder Na3SO,.
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 Verbindungen der Formel II erhaltenen Gemischs mit Zink und Essigsäure als Beispiel für eine reduktive Spaltung:
Zu dem bei der Ozonolyse erhaltenen Reaktionsgemisch addiert man - nach mehrminUtigem Spülen mit einem Inertgas (z.B.
Stickstoff) zur Vertreibung von restlichem 0, - bei Temperaturen
zwischen -50 und 00G 1 bis 5 Mol, vorzugsweise etwa
3 Mol pro Mol der Verbindung der Formel II an Zink in Form
von Grieß oder Staub und addiert anschließend unter fortdauernder starker Kühlung mit Sole oder Aceton/Trockeneis
tropfenweise etwa 3 bis 4 Mol pro Mol Zink an Essigsäure, vorzugsweise in Form von etwa 50 $iger Essigsäure. Die Reduktion
macht sich an einer starken Wärmeentwicklung bemerkbar
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(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 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.
Durch Fraktionierung des Rohprodukts unter vermindertem Druck kann man die Verbindung der Formel I reinigen. Man kann die
Reinigung des Rohprodukts auch durch präparative Schichtchromatographie
durchführen, wie sie beispielsweise in Beispiel 2 c beschrieben wird.
Bezüglich weiterer Aufarbeitungsmöglichkeiten von Ozonoiysierungsansätzen
verweisen wir auf Augustine "Oxidation", Vol. 1, Seiten 298-^06, Marcel Dekker, Inc., New York, 1969.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahremist es möglich, die
neuen 12-Keto-w-hydroxycarbonsäurelactone der Formel I auf
einfache Weise und mit guten Ausbeuten herzustellen. Die neuen Ketolactone besitzen einen intensiven und feinen
Moschusgeruch und sind daher als hochwertige Riechstoffe und Fixateure verwendbar.
Beispiel 1
a) Herstellung von 2-[j5-Methyl-but-2-en-l-yl] -cyclododecanon
a) Herstellung von 2-[j5-Methyl-but-2-en-l-yl] -cyclododecanon
Zu 208 g (0,82 Mol) Cyclododecanon-2-carbonsäureäthylester
wird bei l60°C solange ^-Methyl-but-l-en-J-ol getropft,
bis der Siedepunkt am Kopf einer kleinen Kolonne nicht mehr unter 85°C/75O Torr fällt. Anschließend wird die Temperatur des Ansatzes langsam auf 2000C gesteigert und bei
dieser Temperatur gehalten, bis kein COp mehr entweicht. Fraktionierte Destillation des Reaktionsgemischs ergibt
2-[J-Methyi-but-2-en-l-yl]-cyclododecanon vom Siedepunkt-Kp0 01
= 132 bis 1J55°C. Das entspricht einer Ausbeute von
74 % der Theorie.
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b) Herstellung von l4,l4-Dimethyl-13-oxa-l,12-didehydrobicyclo-[l0.4.0]-hexadecan
Zu 300 ml 2-Nitropropan und. 300 g Schwefelsäure werden bei
-40°C in 5 Minuten 112 g 2-[3-Methyl-but-2-en-l-ylJ -cyclododecanon
getropft und das Reaktionsgemisch 5 Minuten bei -40°C gerührt. Nach Zugabe von 500 ml Eiswasser werden die
Phasen getrennt. Die Wasserphase&lpft1^· dreimal mit 100 ml
Toluol ausgeschüttelt. Die vereinigten organischen Phasen werden mit 5 $iger Sodalösung neutral gewaschen und eingeengt.
Das Rohprodukt wird über eine kleine Kolonne fraktioniert. Man erhält 90 g l4.l4-Dimethyl-13-oxa-l.12-didehydro-bicyclo[l0.4.o]hexadecan
vom Siedepunkt Kp0 . = 139 bis l42°C. Das entspricht einer Ausbeute von 80 % der
Theorie.
c) Herstellung von I5. lS-Dimethyl-^-oxo-^-hydroxy-tetradecancarbonsäurelacton
Zu einer Lösung von 25 g (0,1 Mol) 14.l4-Dimethyl-13-oxa-1.12-didehydro-bicyclo[lO.4.θ]hexadecan
in 300 ml Methanol werden unter starkem Rühren bei 00C in 2,5 Stunden 0,2 Mol
Ozon im Gemisch mit Sauerstoff eingegast. (Die vom Ozonisator pro Zeiteinheit gelieferte Ozonmenge wurde in einer
Parallelschaltung durch Jp-Ausscheidung einer mit HOAc gepufferten KJ-Lösung bestimmt).
Nach Abkühlen der Reaktionslösung auf -5O0C Wird 20 g
(0,3 Mol) Zink zugefügt und l40 ml einer 50 #igen wäßrigen
Essigsäure zugetropft. Innerhalb einer Stunde läßt man die-Temperatur auf 250C ansteigen. Das Reaktionsgemisch wird
in 1 1 Wasser filtriert, fünfmal mit 200 ml CH2Cl2 extrahiert,
mit 200 ml NaHCO^-Lösung neutral gewaschen, mit NapSOh getrocknet und das Lösungsmittel unter vermindertem
Druck eingeengt.
Der Rückstand besteht aus 28 g eines hellgelben Öls. Die Ausbeute an 15.15-Dimethyl-12-oxo-15-hydroxy~tetradecancarbonsäurelacton
beträgt 57 %, bezogen auf umgesetztes l4.l4-Dimethyl-13-oxa-l,12-didehydro-bicyclo[l0.4o03hexade
can.
S 0 9 8 4 0 / 1 0 4 k
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Durch Fraktionierung einer kleinen Menge bei Kpn ni = 130 bis
ο '
C kann kein reines Produkt erhalten werden. Reines Ketolacton erhält man durch präparative SchichtChromatographie
analog Beispiel 2 c.
IR-, NMR-Spektren und Analyse bestätigen die Struktur.
S = 1,32 ppm (12 H,S) S= Singulett
S= 1,43 ppm ( 6 H,S) T= Triplett
S= 1,64 ppm ( 4 H,M) M = Multiplett
«Γ= 1,99 ppm ( 2 H,T)
S= 2,22 ppm ( 2 H,T)
«f= 2,38 ppm %^$k&)-
(T= 2,53 ppm ( 2 H,T)
Duftnote: feiner Moschusgeruch mit holziger Beinote und großer Ausstrahlung.
a) Herstellung von 2-[j5-Methyl-pent-2-en-l-yl] -cyclododecanon
Zu 127 g (0,5 Mol) Cyclododecanon-2-carbonsäureäthylester
werden bei l60°C unter Rühren 100 g (1,0 Mol) 3-Methylpent-l-en-3-ol
so zugetropft, daß am Kopf einer kleinen Kolonne die Siedetemperatur unterhalb 90OC/7ö0 Torr bleibt.
Danach wird die Reaktionstemperatur allmählich auf 2000C
gesteigert und der Ansatz bei dieser Temperatur gehalten, bis kein Kohlendioxid mehr entweicht. Der Rückstand wird
fraktioniert und ergibt 112 g 2-[3-Methyl-pent-2-en-l-yl] ~
cyclododecanon vom Siedepunkt Kpn q. = 128 bis 1320C. Das
entspricht einer Ausbeute von 85 % der Theorie.
b) Herstellung von l4-Methyl-l4-äthyl-13-oxa-l.12-didehydrobicyclo[l0.4.0]hexadecan
Zu 60 ml 2-Nitropropan und 60 g Schwefelsäure werden bei
-40°C in 5 Minuten 13Ο g 2-b-Methyl-pent-2-en-l-yl]-cyclododecanon
getropft und das Reaktionsgemisch 5 Minuten bei -40 bis -35°C gerührt. Aufarbeitung analog Beispiel 1 b und
anschließende Destillation ergibt 10,8 g l4-Methyl-l4-äthyl-
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13-oxa-1.12-didehydro-bicyclo[l0.4.0]hexadecan. Das entspricht
einer Ausbeute von 83 % der Theorie.
c) Herstellung von ^ tetradecancarbonsäurelacton
Zu einer Lösung von 7 g (0,027 Mol) l4-Methyl-l4-äthyl-l>oxa-1.12-didehydro-bicyclo[l0.4.0]hexadecan
in 100 ml Methanol werden bei Raumtemperatur in 54 Minuten 0,04 Mol
Ozon eingeleitet. Bei Reduktion analog Beispiel 1 c mit 3 g Zink und 20 g 50 #iger Essigsäure und anschließender
Aufarbeitung analog Beispiel 1 c erhält man 7 g Rohprodukt. Es werden 3 g über 3 SiOp-Platten (Beschichtung 100 cm χ
20 cm χ 0,1 cm), die zweimal in einem Gemisch von Cyclohexan/Essigester
lO/l entwickelt werden, gereinigt. :
1>3 g 15-Methyl-15-äthyl-12-oxo-15-hydroxy-tetradecancarbonsäurelacton
werden erhalten.
IR- und NMR-Spektren bestätigen die Struktur.
<f= 0,88 ppm ( 3 Η,Τ) S = Singulett
<r= 1,32 ppm (12 H,S) T = Triplett <r= 1,38 ppm ( 3 H,S) Q = Quadruplett
M = Multiplett
| 1,64 | ppm ( | 4 H,M) | |
| «r= | 1,92 | ppm ( | 1 Η,Τ) |
| S = | 1,95 | PPm ( | 1 Η,Τ) |
| (T= | 2,11 | ppm ( | 2 H,Q) |
| (T= | 2,26 | ppm ( | 2 Η,Τ) |
| (T= | 2,38 | ppm ( | 2 Η,Τ) |
| <r= | 2,50 | ppm ( | 2|H,T) |
| Duftnote: | feine | Moschusnote. | |
| Beispiel 3 | |||
Herstellung von ^-Methyl-^-oxo-^-hydroxy-tetradecancarbonsäurelacton
Zu einer Lösung von 47,2 g (0,2 Mol) 15-Methyl-13-oxa-l.12-didehydro-bicyclo[l0.4.0]hexadecan
in 500 ml Methanol werden
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bei O bis 5°C in 1 Stunde und 50 Minuten 0,3 Mol 0, eingeleitet.
Bei Reduktion analog Beispiel 1 c mit 20 g Zn und l40 ml 50 i&Lger Essigsäure und anschließender Aufarbeitung mit Wasser
und CH2Cl2 Analog Beispiel 1 c erhält man 47 g Rohprodukt vom
Siedepunkt KpQ Qg = 145 bis 1500C. Gemäß gaschromatographischer
Analyse beträgt die Ausbeute an l4-Methyl-12-oxo-15-hydroxy-tetradecancarbonsäurelacton
54,4 % der Theorie.
IR- und NMR-Spektren einer analog Beispiel 2 c mittels SchichtChromatographie gereinigten Probe bestätigen die
Struktur.
«Τ= 0,92 ppm ( 3 H,D)
(T= 1,25 ppm (12 H,S)
S = 2,14· ppm ( 6 H,M)
S = 3,85 ppm ( 1 H,D)
S= 4,00 ppm ( 1 H,D)
Duftnote: feiner Moschusgeruch mit holziger Beinote.
-12-609840/1 GU
Claims (4)
- - 12 - O.Zo 31 221251U10Patentansprüche
Ii Ketolactone der allgemeinen Formelι 4 in der η für die Zahlen 0 oder 2 steht, wenn R bis R=H bedeuten, oder aber η für die Zahlen 0, 1 oder 2 steht,1 4
wenn R bis R -H, -CH-,, -CpHi- oder -CH=CHp bedeuten, wobeidie Anzahl der C-Atome in allen vier Resten zusammen mindestens 1, aber maximal 3 beträgt„" - 2. ^.^-Dimethyl-^-oxo-lS-hydroxy-tetradecancarbonsäurelacton.
- 3. 15-Me thyl-15-StIIyI-^-OXo-15-hydr oxy-te tr adecancarbonsäurelacton.
- 4. Verfahren zur Herstellung von Ketolactonen der allgemeinen Formel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Verbindungen der allgemeinen Formel1 4
in der η und R bis R die oben angegebene Bedeutung haben, einer Ozonolyse mit anschließender reduktiver Spaltung der Ozonisierungsprodukte unterwirft.BASF Aktiengesellschaft609840/1044
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