-
Verfahren zur Herstellung von Glyoxalmonoacetalen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Glyoxalmonoacetalen durch Ozonisieren von Crotonaldehydacetalen
und anschließende reduktive Aufspaltung.
-
In den Chemischen Berichten 36 (1903), Seite 1935, ist angegeben,
daß bei Einwirkung von Ozon auf Acroleindiäthylacetal in wäßriger Emulsion Glyoxalmonoacetal
entsteht. Es werden Jedoch keine Ausbeuten angegeben und die erhaltene Substanz
wurde nicht identifiziert. Die Nacharbeitung des beschriebenen Versuchs ergab außerdem,
daß das Reaktionsgemisch ohne erkennbare Ursache brisant explodieren kann. Ferner
ist aus JUngerer Literatur bekannt, daß Acetale gegen Ozon unbeständig sind (vgl.
Advances in Org. Chemistry, Vol. 3 (1963), Seite 263). Diese Tatsache wird noch
bestätigt durch eine Arbeit, die die Einwirkung von Ozon bei tiefen Temperaturen
auf cyclische Acetale von gesättigten Aldehyden zum Gegenstand hat (vgl. Can. J.
Chem. 49 (1972) 14, 2465-67). Gemäß dieser Arbeit werden aus der. Acetalen die entsprechenden
Carbonsäureester erhalten.
-
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man Glyoxalmonoacetale
in sehr hohen Ausbeuten erhält, wenn man Acetale des Crotonaldehyds bei Temperaturen
von -78 bis OOC in organischen Idsungsmitteln ozonisiert und anschließend das Ozonisierungs
produkt reduktiv aufspaltet.
-
Bei Versuchen, Acetale des Crotonaldehyds in wäßriger Emulsion mit
Ozon umzusetzen, traten dagegen plötzliche explosionsartige Zersetzungen auf.
-
Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Herstellung
von Glyoxalmonoacetalen der Formel I
in der Rlund R2 für einen aliphatischen Kohlenwasserstoff mit 1 bis 4 C-Atomen stehen
oder aber R1 und R2 zusammen einen Athylenrest oder einen Propylenrest bedeuten,
die mit Alkyl gruppen mit 1 bis 4 C-Atomen, vorzugsweise Methylgruppen, substituiert
sein können, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Acetale des Crotonaldehyds
der Formel II
in der R1 und R2 die oben angegebene Bedeutung haben, bei Temperaturen von -78 bis
OoC, vorzugsweise -40 bis =20°C, in einem organischen Lösungsmittel mit Ozon umsetzt
und anschließend das Ozonisierungsprodukt reduktiv auSspaltetO Die als Ausgangsstoffe
benötigten Crotonaldehydacetale sind bekannte Verbindungen, die beispielsweise aus
Crotonaldehyd und Alkoholen oder Diolen durch Auskreisen von Wasser mit geeigneten
Lösungsmitteln, wie Benzol oder Chloroform, hergestellt werden können.
-
Die Umsetzung des Crotonaldehydacetals mit Ozon erfolgt in organischen
Lösungsmitteln. Als organische Lösungsmittel können inerte Lösungsmittel wie reine
oder chlorierte Kohlenwasserstoffe, z. B. Pentan, Hexan, Tetrachlorkohlenstoff,
Trichloräthan, Methylenchlorid oder Essigsäureester, aber auch protonenaktive Lösungsmittel,
wie Methanol und äthanol, oder Gemische dieser Lösungsmittel, verwendet werdene
Mit besonderem Vorteil verwendet man für die Reaktion mit Ozon ein Losungsmittel,
das die anschließende reduktive Aufspaltung nicht stört, so daß ein Lösungsmittelaustausch,
der wegen der labilen Natur der Ozon sierungsprodukte problematisch wären unterbleiben
kann0 Störungen der anschließenden reduktiven Aufspaltung können beispielsweise
bei Verwendung von chlorierten Kohlenwasserstoffen auftreten. Mit besonderem Vorteil
verwendet man Methanol, Methanol, Essigsäuremethylester und Essigsäureäthylester,
insbesondere
Methanol, als Lösungsmittel, Die Lösungsmittel verwendet
man im allgemeinen in Mengen von 200 bis 1500 g, vorzugsweise 400 bis 600 g pro
Mol Crotonaldehydacetal.
-
Zur Durchführung der Reaktion löst man im allgemeinen das Crotonaldehydacetal
in dem Lösungsmittel und leitet in diese Lösung bei der Reaktionstemperatur einen
aus 02 und 03 bestehenden Gasstrom so lange ein, bis kein Ozon mehr aufgenommen
wird, was beispielsweise durch Braunfärbung einer sauren KaliumJodidlösung in einer
nachgeschalteten Waschflasche angezeigt werden kann.
-
Die Reaktionstemperatur bei der Ozonolyse liegt im allgemeinen bei
Temperaturen von -78 bis OOC, vorzugsweise -40 bis -200C, Die Reaktionszeit ist
abhängig von der O-Menge, die der zur Verfügung stehende Ozonisierungsapparat 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 reduktive Spaltung.
-
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;
Zink/5o%ige Essigsäure, mit H2S, HJ, Metallhydriden, Triphenylphosphin, Natriumdithionit,
Na2S03 oder aber durch katalytische Hydrierung.
-
Mit besonderem Vorteil bezüglich der Ausbeuten und der Reinheit der
Produkte sowie des Arbeitsaufwandes erfolgt die reduktive Aufspaltung durch katalytische
Hydrierung. Wir beschreiben daher die Aufarbeitung des erhaltenen Ozonolysierungsproduktes
durch katalytische Hydrierung als Beispiel für eine reduktive - Aufspaltung.
-
Für die katalytische Hydrierung sind neben Nickel besonders die Metalle
der Platingruppes insbesondere das Palladium als Hydrierungskatalysatoren geeignet
Das aktive Metall 1 kann entweder in feinverteiltem Zustand allein, oder auch auf
einem inerten Trägermaterial, wie Aluminiumoxid9 Kieselsäure, Calciumoarbonat oder
Aktivkohle, niedergeschlagen verwendet werden0 Die Hydrierung erfolgt im allgemeinen
bei Temperaturen von -20 bis +600C, vorzugsweise 10 bis 400C.
-
Zur Durchführung der reduktiven Spaltung fügt man im allgemeinen zu
dem bei der Ozonolyse erhaltenen Reaktionsgemisch den Hydrierkontakt, etwa 1 bis
3 g/100 mlReaktionslösungw zu und leitet bei der Reaktionstemperatur so lange H2
ein, bis vom Reaktionsgemisch kein H2 mehr aufgenommen wird0 Bei einer kontinuierlichen
Ausgestaltung des Verfahrens benützt man in der Hydrierungsstufe am besten eine
Kontakt säule mit katalytisch aktiven Füllkörpern.
-
Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches erfolgt im allgemeinen durch
fraktionierte Destillation Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich,
Glyoxalmonoacetale auf einfache Weise in sehr guten Ausbeuten herzustellen. Die
Verfahrensprodukte sind wertvolle Zwischenprodukte für Synthesen in der Terpenoidchemiee
Beispielsweise kann man aus den Glyoxalmonoacetalen durch Vinylierung gnd Hydroformylierung
D-Methyl-fumardialdehyd 1-acetale herstellen.
-
Die Bedeutung der 3-Methyl-fumardialdehyd-1-acetale liegt darin, daß
man mit ihnen durch sukzessive Wittig-Synthesen zahllose Stoffe mit großer biologischer
und pharmakologischer Bedeutung herstellen kann0 So kann man beispielsweise aus
ß-Jonylidenthyl-triphenylphosphoniumchlorid, einem bekannten Zwischenprodukt einer
technischen Vitamin-A-Synthese, und 3-Methylfumardialdehyd-1-acetalen durch Wittig-Synthese
und anschließende saure Hydrolyse auf direktem Wege mit außerordentlich guten Ausbeuten
das begehrte Retinal herstellen.
-
Beispiel 1 In einer Blasensäule, do h. einer Säule, die mit Flüssigkeit
gefüllt ist und in die das Gas von unten durch eine Fritte eingeleitet wird, wird
die Lösung von 34,3 g Crotonaldehydneopentylglykolacetal in 290 g Methanol auf -300C
abgekühlt0 Durch diese Lösung leitet man einen Strom von 90 1 Sauerstoff je Stunde,
der 2,5 % (0,1 Mol/Stunde) Ozon enthält. Das Einleiten wird so lange fortgesetzt,
bis Ozon in merklicher Menge das Reaktionsgemisch wieder verläßt (dies wird durch
Dunkel färbung einer sauren KaliumJodidlösung in einer nachgeschalteten Waschflasche
angezeigt), was nach etwa 2 1/2 Stunden der Fall ist.
-
Die Reaktionslösung wird anschließend in ein Reaktionsgefäß mit einem
Begasungsrührer gebracht, mit N2 gespült und mit 5 g eines Kontakt es versetzt,
der aus Calciumcarbonat mit 5 ffi Palladium besteht. Die Hydrierung mit Wasserstoff
beginnt bei -150C und ist bei etwa OOC beendet. Es werden 6,9 Normalliter Wasserstoff
aufgenommen. Nach beendeter Hydrierung filtriert man vom Kontakt ab und isoliert
das Glyoxalmonoacetal durch fraktionierte Destillation. Bei einem Siedepunkt von
96°C unter einem Druck von 35 torr erhält man 25 g Glyoxalneopentylglykolmonoacetal;
dies entspricht einer Ausbeute von 82% der Theorie.
-
Beispiel 2 In einem Rührkolben, der mit einem Schnellrührer ausgestattet
ist, werden 45 g Crotonaldehydneopentylglykolacetal in 500 g Essigsäuremethylester
bei -700C mit einem Sauerstoff- Ozon- Gasgemisch, welches 2,5 % Ozon enthält, ozonisiert.
Nach vollständiger Umsetzung, die sich durch eine durch nichtumgesetztes Ozon hervorgerufene
Braunfärbung einer sauren KJ-Lösung in einer nachgeschalteten Waschflasche bemerkbar
macht, werden 5 g eines Kontaktes, der 5 % Pd auf einem Calciumcarbonatträger enthält,
zugegeben. Die Hydrierung wird bei Temperaturen von 0° bis +12°C durchgeführt. Es
werden 3,57 Normalliter Wasserstoff aufgenommen. Durch destillative Aufarbeitung
werden 32 g Glyoxalneopentylglykolmonoacetal erhalten. Dies entspricht einer Ausbeute
von 78 % der Theorie.
-
Beispiel 3 In einer Blasensäule wird die Lösung von 110 g Crotonaldehydpropylenglykolacetal
in 600 g Methanol wie in Beispiel 1 beschrieben bei -450C ozonisiert. Die dabei
entstehende Lösung wird in Gegenwart von 8 g eines Kontaktes, der 5 % Pd auf 0 einem
CaCO3-Träger enthält, bei einer Temperatur von -10 bis hydriert. Bei der anschließenden
fraktionierten Destillation erhält man 82 g Glyoxalpropylenglykolmonoacetal vom
Siedepunkt Kpl5 = 400C. Das entspricht einer Ausbeute von 82 % der Theorie.
-
Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel) In einem l-L-Kolben wurden 50 ml
Acroleindimethylacetal, 400 ml destilliertes Wasser und 5 g NaHCO) vorgelegt. Bei
einer Temperatur von 0°C wurde unter kräftigem Rühren mit einem 02-Ozon-Gemisch
begast (5,75 g 03/Stunde). Nach 4 1/2 Stunden gab man weitere 50 ml Acroleindimethylacetal
zu und leitete weiter das 02/0)-Gemisch ein. Nach 50 Minuten explodierte die Mischung
brisant unter völliger Zerstörung der Apparatur.