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Verfahren zur Herstellung von Cyclohex-2-en-l-onen
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung
von Cyclohex-2-en-1-onen der allgemeinen Formel I
in der die Reste R1 und R2 gesättigte C1 - C20-Kohlenwasserstoffreste, die auch
unter Ausbildung 5- oder 6-gliedriger Cycloalkylgruppen miteinander verbunden sein
können, oder die Phenylgruppe bedeuten, und in der die Reste R3 und R4 für Wasserstoff
oder unverbundene Reste der Art von R1 und R2 stehen Die Verbindungen I haben allgemeine
Bedeutung als Geruchsstoffe mit breit variierenden HolznotenO Darüberhinaus dienen
sie als Zwischenprodukte vorwiegend zur Herstellung von Mono-, Sesqui- und Diterpenen.
Beispielsweise kann aus 4-Isopropylcyclohex-2-en-l-on durch Umsetzung mit Methylmagnesiumchlorid
der technisch schwer zugängliche Geruchsstoff Menth-2-en-l-ol hergestellt werden;
aus 4-(6-Methyl-2-heptyl)-cyclohex-2-en-l-on erhält man ein entsprechendes Produkt
der Bisabolol-Reihe.
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Menth-2-en-1-ol kann wiederum durch Allylumlagerung und Hydrierung
zu dem wertvollen dO1-Menthol umgesetzt werden.
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Die bisher bekannten Methoden zur Herstellung der Verbindungen I sind
nur in einigen Fällen anwendbar sowie darüber hinaus so umständlich, dass sie mit
wirtschaftlich vertretbarem Aufwand nicht realisiert werden können.
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So erhält man das 4-Butylcyclohex-2-en-1-on nach dem Verfahren von
Tetrahedron Letters, 1965, So 129, durch Addition des Methyl-hex-l-enyläthers an
Methylvinylketon, Hydrolyse des entstehenden Dihydropyrans zum 2-Butylhexan-5-on-l-al
und Cyclisierung der letztgenannten Verbindung zum Cyclohexenon. Bezogen auf den
Methylhex-1-enyläther beträgt die Ausbeute in der lo Stufe hierbei nur 47%. Etwas
einfacher ist die Birch-Reduktion von 4-Isopropylanisol zum 4-Isopropylcyclohex-2-en-l-on,
wie sie in J. Am. Chem. Soc., Band 77 (1955)> Seite 1003 beschrieben ist. Diese
Methode erfordert jedoch das Arbeiten mit Natrium oder Lithium in flüssigem Ammoniak,
so dass sie sich weder aus technischen noch aus wirtschaftlichen Gründen empfiehlt,
Weitere Verfahren zur Herstellung von Isopropyl-cyclohex-1-enon, ausgehend von Isopropylacetessigestern
CJ. Chem0 Soc 1963, So 2402) oder über die Bromierung von 4-Isopropyl-cyclohexanon
(Annalen der Chemie Band 674 1964 , S. 28) sind noch weniger für die Anwendung in
der Technik geeignet.
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Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die gesamte definitionsgemässe'
Klasse der Verbindungen I leichter zugänzlich zu machen.
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Es wurde gefunden, dass man Cyclohex-2-en-1-one der allgemeinen Formel
I
in der die Reste R1 und R2 gesättigte C1 - C20-Kohlenwasserstoffreste, die auch
unter Ausbildung 5-oder 6-gliedriger Cycloalkylgruppen miteinander verbunden sein
können, oder die Phenylgruppe bedeuten ,und in der die Reste R3 und R4 für Wasserstoff
oder
unverbundene Reste der Art von R1 und R2 stehen, in glatter
Reaktion erhält, wenn man ein Keton der allgemeinen Formel II
mit Hilfe von Rhodiumkatalysatoren hydroformyliert und die hierbei entstehenden
Formylderivate III von II unter sauren Bedingungen cyclisierend dehydratisiert.
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Die Ketone II sind ihrerseits in bekannter Weise aus Vinylcarbinolen
und Acetessigestern (J. Chem. Soc. 1940s S. 704 1266; 1941, S. 507) oder Enoläthern
(Helv.Chim. Acta, Band 50, 1967 , S. 2091) erhältlich:
R = Alkyl In methodischer Hinsicht ist der Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens
innerhalb der angegebenen Grenzen von der Art der Substituenten R1 bis R4 praktisch
R1 bis R4 praktisch unabhängig Im Hinblick auf die Eigenschaften der Verfahrensprodukte
I werden als Substituenten jedoch solche mit bis zu 6 C-Atomen bevorzugt, und zwar
insbesondere in folgenden Kombinationen:
R1 = Methyl R2 = C1 - C6
-Alkyl oder Phenyl oder R1 + R (verbunden) = Cyclopentyl oder Cyclohexyl R3 und
R4 = H oder Methyl.
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Als Katalysatoren für die Hydroformylierung eignen sich vornehmlich
die carbonylhaltigen Komplexe des Rhodiums.
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Da sich diese Komplexe unter den Reaktionsbedingungen in situ bilden,
geht man zweckmässigerweise von Rhodiumsalzen wie RhC13 oder RhCl3 . 3H20 aus.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, komplexbildende Verbindungen wie Triorganylphosphine
oder -phosphite> darunter vor allem Triphenylphosphin, im bis zu 10 molaren Überschuß
mitzuverwenden, da hierdurch in der Regel eine Senkung der Reaktionstemperatur sowie
eine Stabilisierung der Rhodiumverbindungen ermöglicht wird. Die wirtschaftlich
günstigste Katalysatorkonzentration liegt bei 1 bis 200 mg Rhodium (als Metall gerechnet)
pro Mol II. Geringere Konzentrationen verlangsamen die Reaktion, höherer bringen
im Verhältnis zum Preis des teuren Edelmetalls keine nennenswerten Vorteile.
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Vorzugsweise nimmt man die Hydroformylierung bei 60 bis 1200C und
unter einem Druck von 50 bis 700 bar eines äquimolaren oder annähernd äquimolaren
CO/H2-Gemisches vor. Damit die Hydroformylierung gleichmässiger abläuft, empfiehlt
es sich, sie in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels wie Benzol oder Toluol auszuführen.
Zweckmässigerweise verwendet man das Lösungsmittel in der 2- bis 10-fachen Menge
von II Die Formylgruppe wird fast ausschliesslich an dem C-Atom der -C-C-Doppelbindung
eingeführt, welches noch ein Wasserstoffatom trägt.
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Es ist zweckmassig, das Hydroformylierungsprodukt III destillativ
vom Reaktionsgemisch abzutrennen, damit das Rhodium nicht in die folgende Verfahrensstufe
eingeschleppt wird. Nach der
Abtrennung von III bleibt ein rhodiumhaltiger
höhersiedender Rückstand zurück, der unmittelbar für die nächste Hydroformylierung
verwendet oder, bei kontinuierlicher Arbeitsweise, in die Hydroformylierungsstufe
zurückgeführt werden kann0 Die Cyclisierung von III zu I erfolgt vorzugsweise bei
0 bis 250°C mit Hilfe von 0,01 bis 20 mol einer Säure pro Mol III. Verwendet man
starke Mineralsäuren wie wässrige Schwefelsäure, Phosphorsäure oder Salzsäure, so
arbeitet man vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 20 und 600C sowie mit 0,5 bis
8 mol der Säure pro Mol III. Wird die dehydratisierende Cyclisierung mit organischen
Säuren wie Ameisensäure, Essigsäure, Oxalsäure oder Propionsäure bewirkt, so empfehlen
sich besonders Temperaturen von 60 bis 1500 c und Säurekonzentrationen von 3 bis
15 mol pro Mol III. Heftiges Rühren sowie, im Falle der organischen Säuren, Entfernung
des Reaktionswassers sind zweckmässige Maßnahmen zur Beschleunigung der Reaktion.
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Die Aufarbeitung auf die Verfahrensprodukte I erfolgt in üblicher
Weise, z.B. destillativ. Die Verbindungen haben Bedeutung als Duftstoffe und als
Zwischenprodukte für die Herstellung von insbesondere weiteren Duftstoffen.
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Beispiele Je 0,2 mol eines Ketons II wurden bei 700C und unter einem
Druck von 650 bar eines äquimolaren CO/H2-Gemisches in Gegenwart von 300 g Toluol
und 4 mg Rhodium (als RhCl3) hydroformyliert.
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Die Reaktionszeit betrug 8 Stunden.
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Die destillative Aufarbeitung lieferte das Formylketon III in p-%iger
Ausbeute.
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III wurde sodann im Laufe einer Stunde mit der 5,2-molaren Menge,
bezogen auf die reine Säure, 85%iger Phosphorsäure bei zunächst 200 C und später
600C dehydratisiert und gleichzeitig zu I cyclisiert. Aus den mit 500 ml Wasser
versetzten Reaktionsgemisch wurde das Verfahrensprodukt mit Äther extrahiert und
wie üblich destillativ isoliert. Die Ausbeute, bezogen auf II, betrug q %.
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Im einzelnen wurden auf diese Weise folgende Verbindungen hergestellt:
1. 4-Isopropyl cyclohex-2-en-1-on (Sdp. 45 - 480C / 0,4 Torr; n25 = 1,4776; q nD
über 5-Formyl-6-methyl-heptan-2-on (Sdp. 102 - 1070C / 10 Torr; p = 83%) aus 6-Methyl-hept
-5-en-2-on Geruch: süß würzig-holzig, etwas bittermandelartig.
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Cyclisierung mit 50%iger wässriger Schwefelsäure (Verhältnis Säure
zu III = 2:1) bei 50 0C lieferte das Verfahrensprodukt in 68%iger Ausbeute.
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Bei Verwendung von 5 mol Eisessig pro Mol III, wobei das Wasser bei
120 bis 125 0c laufend aus dem Gemisch entfernt wurde, betrug die Ausbeute 89%.
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2. 4- ( 2-n-Butyl )-cyclohex-2-en-1-on (Sdp. 55°C/0,08 Torr; nD25
= 1,4795, q = 85%) über 5-Formyl-6-methyl-octan-2-on (Sdp. 140 - 1450C / 10 Torr;
p = 79%) aus 6-Methyl-oct-5-en-2-on Geruch: herb-holzig, cedernartig, schwach würzig-zimtig.
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3. 4-(2-n-Butyl )-2-methyl-cyclohex-2-en-1-on (Sdp. 52 - 620C / 0,06
Torr; n25 = 1,4810; q = 75%) D über 6-Formyl-7-methyl-nonan-3-on (Sdp. 144-1480c
/ 10 Torr; p = 78%) aus 7-Methyl-non-6-en-3-on Geruch: weich-holzig, mild-würzig,
krautig.
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4. 4-Isopropyl-6-methyl-cyclohex-2-en-1-on (Sdp. 98-1020C/9 Torr;
nD25 = 1,4700; q = 82%) über 5-Formyl-3,6-dimethyl-heptan-2-on (Sdp. 102 - 110°C
/ 10 Torr; p = 79%) aus 3,6-Dimethyl-hept-5-en-2-on Geruch: stark balsamisch holzig,
lakritzenartig, etwas fruchtig.
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5. 4-(6-Methyl-2-heptyl)-cyclohex-2-en-1-on (Sdp. 93-980C / 0,15 Torr;
nD25 = 1,4740, q = 86%) über 5-Formyl-6,10-dimethyl-undecan-2-on (Sdp. 140 - 1450C
/ 10 Torr; p = 81%) aus 6,10-Dimethyl-undec-5-en-2-on Geruch: sehr würzig holzig,
teerig, schwach blumig.
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6. 4-Cyclohexyl-cyclohex-2-en-1-on 25 (Sdp. 95 - 97°C t 0,01 Torr;
nD = 1,5046; q = 89%) über 5-Formyl-5-cyclohexyl-pentan-2-on (Sdp. 170 - 1720C /
10 Torr; p = 78%) aus 5-Cyclohexylen-pentan-2-on Geruch: balsamisch-holzig, herb-cedernartiger
Untertonß leicht nelkenartig.
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7. 4-(6-Methyl-6-methoxy-2-heptyl)-cyclohex-2-en-1-on (Sdp. 95 - 110°C
/ 0,02 Torr; nD25 = 1,4725; q = 74g) über 5-Formyl-6.10-dimethyl-10-methoxy-undecan-2-on
(Sdp. 126 - 1300C / 0,02 Torr; n25 = 1,4690, p = 71%) D aus 6.10-Dimethyl-10-methoxy-undec-5-en-2-on
Geruch: holzig-blumig.
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8. 4-(3-Phenyl-3-propyl)-cyclohex-2-en-1-on 25 (Sdp. 84-86°C / 0,02
Torr; nD 1,5215; q = 63%) über 5-Formyl-6-Phenyl-octan-2-on (Sdp. 96-1030C / 0,05
Torr; nD25 = 1,5191, p = 65%) aus 6-Phenyl-oct-5-en-2-on.