DE2925176C2

DE2925176C2 -

Info

Publication number: DE2925176C2
Application number: DE2925176A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Chem. Dr. 6701 Neuhofen De Hoffmann; Manfred Dipl.-Chem. Dr. 6800 Mannheim De Baumann
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1979-06-22
Filing date: 1979-06-22
Publication date: 1987-05-21
Also published as: DE2925176A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von β-Damascon (Ia; 2,6,6-Trimethyl-1-crotonylcyclohex-1-en) und β-Damascenon (Ib; 2,6,6-Trimethyl-1-crotonyl-cyclohexa-1,3-dien).

Aus Helv. Chim. Acta 56 (1973), S. 1503 f. ist es bekannt, diese als Duft- und Aromastoffe wertvollen Verbindungen herzustellen, indem man 2,6,6-Trimethylcyclohex-2-en-1-on (IIb) in Gegenwart einer starken Base wie Kalium-tert.-butylat mit Butin-3-ol (III′) zu den Verbindungen IVa′ bzw. IVb′ umsetzt und letztere mit einer starken Säure in die Verbindungen Ia bzw. Ib überführt. Hierbei erhält man jedoch beim Einsatz der Verbindung IIb überwiegende Mengen der unerwünschten Spiroverbindungen Vb.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von β-Damascon Ia und Damascenon Ib, ausgehend von den Verbindungen IIa bzw. IIb zu verbessern und hierbei insbesondere die Bildung der Spiroverbindungen zu unterdrücken.

Es wurde nun gefunden, daß man β-Damascon und β-Damascenon auf sehr wirtschaftliche Weise und in hohen Ausbeuten erhält, wenn man 2,2,6-Trimethyl-cyclohexanon bzw. 2,6,6-Trimethyl-cyclohex-2-en-1-on in Gegenwart einer starken Base mit 3-tert.-Butyloxy-1-butin umsetzt, und die erhaltenen Verbindungen bei Temperaturen von 45 bis 100°C mit einem sauren Katalysator behandelt, dessen Säurestärke gleich oder größer ist als die von Ameisensäure.

Im obigen Verfahrensschema treten an die Stelle der Verbindungen III′, IVa′ und IVb′ somit die Verbindungen III, IVa und IVb

Die Ausgangsverbindungen IIa und IIb sind bekannt. Die Verbindung IIb ist beispielsweise nach dem Verfahren der DE-OS 25 47 223 aus Äthylisopropylketon und Acrolein herstellbar; die Verbindung IIa erhält man durch Hydrieren der Verbindung IIb.

Die Verbindung III ist in an sich bekannter Weise in hohen Ausbeuten durch Umsetzen von Butin-3-ol mit Isobutylen in Gegenwart saurer Katalysatoren zugänglich.

Zur Herstellung der Verbindungen IV läßt man auf 1 Mol der Verbindung II zweckmäßigerweise 1 bis 1,2 Mol der Verbindung III in Gegenwart von 1 bis 3 Mol einer wasserfreien starken Base einwirken, wobei es vorteilhaft ist, die in einem Verdünnungsmittel gelöste oder suspendierte Base vorzulegen und hierzu das Gemisch aus den Verbindungen II und III oder im Falle der Verwendung einer metallorganischen Verbindung als starke Base zuerst Verbindung III und dann Verbindung II allmählich unter Rühren zuzugeben. Zweckmäßigerweise nimmt man diese Reaktion bei Temperaturen von -10° bis 25°C vor. Bei tieferen Temperaturen verlangsamt sich die Reaktionsgeschwindigkeit zu sehr, und bei höheren Temperaturen ist die Gleichgewichtslage ungünstiger, und es kann zu Nebenreaktionen durch die starke Base kommen.

Es ist ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß die Reaktion - insbesondere bei der Herstellung von β-Damascon - bereits mit gewöhnlichen Alkalihydroxiden gelingt, so daß man nicht auf die wesentlich teureren und schwieriger zu handhabenden Alkalialkoholate angewiesen ist. Dementsprechend verwendet man als starke Basen bei der Herstellung von b-Damascon Kaliumhydroxid, jedoch können beispielsweise auch Kalium-tert.-butylat, Grignard-Verbindungen und Lithium-Verbindungen verwendet werden. Im Gegensatz zu dem Verfahren gemäß Helv. Chim. Acta 56 (loc. cit.) werden von den genannten metallorganischen Verbindungen nur jeweils etwa 1 Mol pro Mol Keton benötigt.

Das bevorzugt verwendete KOH verwendet man im allgemeinen in Mengen von 2 bis 5 Mol, vorzugsweise etwa 3 Mol, pro Mol Keton.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß man bei der Herstellung von β-Damascon nicht unbedingt auf so aufwendig zurückzugewinnende Verdünnungsmittel, wie Tetrahydrofuran, angewiesen ist, sondern mit Vorteil leicht zugängliche und dadurch billige Kohlenwasserstoffe und Äther als Lösungsmittel verwenden kann. Dementsprechend verwendet man als Lösungsmittel vorzugsweise Cyclohexan, Diäthyläther, Xylol und insbesondere Toluol. Bei Verwendung von Alkylmagnesiumhalogeniden als starker Base allerdings bringt die Verwendung von Tetrahydrofuran erhebliche Vorteile.

Bei der erfindungsgemäßen Umsetzung ist es nicht erforderlich, daß sich auch die Base in dem Verdünnungsmittel löst, vielmehr genügt es, die Base in feiner Verteilung hierin zu suspensieren. Die Menge des Verdünnungsmittels ist nicht kritisch, beträgt jedoch zweckmäßigerweise 3 bis 10 Liter pro kg der Verbindung II.

Die Umsetzung von 2,6,6-Trimethyl-cyclohex-2-en-1-ons mit 3-tert.-Butyloxy-1-butin zum 2,6,6-Trimethyl-1-hydroxy-1-(3-tert.-butyloxy-1 butin-1-yl)-cyclohex-2-en gelingt am besten in Gegenwart eines Alkylmagnesiumhalogenids, wie CH₃-Mg-Cl, als starker Base und in Tetrahydrofuran als Lösungsmittel. Der Vorteil gegenüber dem aus Helv. Chim. Acta 56 (loc. cit.) bekannten Verfahren liegt hierbei darin, daß einerseits nur jeweils 1 Mol der teuren metallorganischen Verbindungen pro Mol Keton benötigt wird und andererseits darin, daß das β-Damascenon in Ausbeuten von etwa 50% erhalten wird, während bei der entsprechenden Umsetzung mit Butinol nur 6% β-Damascenon neben 54% der Spirolverbindung erhalten werden.

Das Ende der Reaktion läßt sich durch Verfolgung der Umsetzung mittels Dünnschichtchromatographie leicht bestimmen. Man erkennt es daran, daß keine oder praktisch keine Ausgangsverbindungen mehr im Gemisch nachweisbar ist.

Bei der Umsetzung fallen die Alkohole der Formel IV zum Teil in Form ihrer Alkoholate aus, weshalb man das Gemisch zweckmäßigerweise mit Wasser versetzt, die organische Phase mehrfach wäscht, trocknet und vom Verdünnungsmittel befreit.

Man erhält die Verbindungen IV normalerweise in Rohausbeuten von 90 bis 100% bei Verbindung IVa und von 60 bis 70% bei Verbindung IVb, bezogen auf eingesetztes Keton. Das erhaltene Roh-IVa bzw. Roh-IVb enthält im wesentlichen nur noch nicht umgesetztes Ausgangsketon.

Als Katalysatoren für die säurekatalysierte Umlagerung der Diole IV kommen im allgemeinen alle Säuren oder sauren Systeme in Betracht, die eine Säurestärke haben, die gleich oder größer ist als die von Ameisensäure, d. h. also, einem pK_S-Wert gleich oder kleiner als etwa 3,77 und die die Verbindung IV nicht anderweitig angreifen. Genannt seien beispielsweise: wäßrige Ameisensäure in Konzentrationen von 70 bis 97%, wäßrige Schwefelsäure verschiedener Konzentration, Schwefelsäure verdünnt mit organischen Lösungsmitteln, wie Äthanol, Propanol, n-Butyläther und Essigsäure, Chloressigsäuren, Benzolsulfonsäuren, stark saure Kationenaustauscher in Ameisensäure oder Essigsäure, p-Toluolsulfonsäure, insbesondere HCOOH, H₂SO₄ und H₃PO₄ als solche, in Mischungen untereinander oder verdünnt mit Wasser oder organischen Lösungsmitteln, wie C₁- bis C₄-Alkoholen oder Äthern. Den sauren Katalysator verwendet man im allgemeinen in mehrfach molaren Mengen, d. h. gleichzeitig als Lösungsmittel.

Besonders geeignet ist 5- bis 30gew.-%ige wäßrige Schwefelsäure. Halogenwasserstoffsäuren, wie HCl sind weniger geeignet, da sie Anlaß zu Nebenreaktionen geben.

Bezüglich weiterer Einzelheiten über diese sogenannte Rupe-Umlagerung verweisen wir auf S. Swaminathan et al., Chem. Reviews 71 (1971) 5, Seiten 429 bis 434.

Zur Durchführung der säurekatalysierten Umlagerung gibt man die erhaltene Verbindung IV zweckmäßigerweise zu der 5- bis 20fachen Menge der auf Temperaturen von etwa 45 bis 100°C gehaltenen Säure oder Säuremischung.

Nach Beendigung der Umlagerungsreaktion läßt man das Reaktionsgemisch abkühlen, neutralisiert und extrahiert die wäßrige Phase wie üblich mit einem organischen Lösungsmittel, wie Äther oder Petroläther und arbeitet die so erhaltene organische Phase auf die Verfahrensprodukte auf. Man erhält die Verbindungen Ia in Ausbeuten von etwa 45 bis 55% und die Spirolverbindungen Va in Ausbeuten von 10 bis 30%, bezogen auf eingesetztes Rohdiol, während nach dem in Helv. Chim. Acta 56 (loc. cit.) beschriebenen Verfahren die von der Verbindung Va etwa 40 bis 45% betragen. Hierdurch verringert sich der Destillationsaufwand bei der Trennung der Verbindungen Ia und Va beim erfindungsgemäßen Verfahren. Im Falle der Umsetzung von 2,6,6-Trimethyl-cyclohex-2-en-1-on zum β-Damascenon ist der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wesentlich stärker ausgeprägt. Man erhält das β-Damascenon bei der erfindungsgemäßen säurekatalysierten Umlagerung bei Verwendung von verdünnter wäßriger Schwefelsäure als saurem Katalysator in Ausbeuten von etwa 50% der Theorie, bezogen auf Roh-IVb, während gemäß dem in Helv. Chim. Acta 56 (loc. cit.) beschriebenen Verfahren mit Butinol nur 6% β-Damascenon neben 54% der Spiroverbindung Vb erhalten werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit einen beachtlichen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik dar, wobei das gute Gelingen im Hinblick auf die Umlagerungsreaktion von den Verbindungen IV′ bzw. IV zu der Verbindung I als bemerkenswert zu bezeichnen ist.

Die Verfahrensprodukte sind bekanntermaßen wertvolle Duft- und Aromastoffe für kosmetische Zubereitungen bzw. Lebensmittel.

Beispiel 1 Herstellung von β-Damascon (Ia) a) Herstellung von 3-tert.-Butyloxy-1-butin

1050 g (15 Mol) Butinol wurden mit 250 ml eines sauren Ionenaustauschers (Amberlyst® A 15) versetzt und in die erhaltene Mischung bei 40°C innerhalb von 6 Stunden 1120 g (20 Mol) Isobutylen eingeleitet. Anschließend wurde abgesaugt, 8mal mit je 250 ml Wasser gewaschen, die Lösung mit etwas NaOCH₃-Lösung neutralisiert, getrocknet und eingeengt. Die Destillation ergab 1777 g 3-tert.-Butyloxy-1-butin vom Siedepunkt Kp. 63 bis 67°C bei 150 mbar. Das entspricht einer Ausbeute von 93% d. Th.

b) Herstellung von 2,6,6-Trimethyl-1-hydroxy-1-(3-tert.-butyloxy-1-butin-1-yl)-cyclohex-an

Zu einer Suspension aus 342 g (6,1 Mol) Kaliumhydroxid und 1000 ml Toluol wurden bei 0 bis 5°C eine Mischung aus 284,5 g (2,03 Mol) 2,2,6-Trimethyl-cyclohexanon (IIa) und 264,5 g (2,09 Mol) 3-tert.-Butyloxy-1-butin gegeben, wonach das Reaktionsgemisch noch 16 Stunden bei Raumtemperatur gerührt wurde. Danach wurde das Reaktionsgemisch mit 1000 ml Wasser versetzt.
Nach Entfernung des Lösungsmittels von der abgetrennten organischen Phase blieb das Verfahrensprodukt in einer Rohausbeute von 383 g, zurück. Bei der Destillation erhält man 43,5 g nicht umgesetztes IIa und 370 g 2,6,6-Trimethyl-1-hydroxy-1-(3-tert.-butyloxy-1-butin-1-yl)-cyclohex-an vom Siedepunkt Kp 84°C bei 0,01 mbar. Die Ausbeute betrug somit 81% d. Th.

c) Herstellung von β-Damascon (Ia)

350 g gemäß Ib erhaltenen Hydroxy-cyclohexans der Formel IVa wurden im Laufe von 1 Stunde bei Siedetemperatur zu 2 Litern einer 10gew.-%igen Schwefelsäure gegeben und das Reaktionsgemisch noch 6 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, wobei die Gasabspaltung gemessen wurde. Nach Extraktion des abgekühlten Reaktionsgemisches mit Petroläther (50°C) wurde die organische Phase neutralisiert, getrocknet und der Petroläther abdestilliert. Es verblieb ein Rückstand von 195 g. Die Destillation ergab 142 g eines Gemisches vom Siedepunkt Kp = 60 bis 70°C bei 0,3 mbar, das nach NMR- und gaschromatographischer Analyse 86,5 g β-Damascon und 55,5 g der entsprechenden Spiroverbindung Va enthielt. Die Ausbeute an β-Damascon betrug demnach 45% und die der Spiroverbindung Va 28,9%, bezogen auf eingesetztes reines 2,2,6-Trimethyl1-hydroxy-1-(3-tert.-butyloxy-1-butin-1-yl)-cyclohexa-n.

Beispiel 2 Herstellung von β-Damascenon (Ib) a) Herstellung von 2,2,6-Trimethyl-1-hydroxy-1-(3-tert.-butyloxy-1-butin-1-yl)-cyclohex--2-en (IVb)

Zu einer Lösung von 1,4 Mol CH₃MgCl in 1 Liter Tetrahydrofuran wurden 170 g (1,3 Mol) 3-tert.-Butyloxy-1-butin getropft. Zu dieser Lösung wurden dann innerhalb von 2 Stunden 165,0 g (1,2 Mol) 2,2,6-Trimethyl-cyclohex-2-en-1-on zugefügt und das Reaktionsgemisch über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch vorsichtig mit 150 ml Wasser versetzt, das ausgefallene Magnesiumsalz abgesaugt, die organische Phase mit Wasser gewaschen, getrocknet und eingeengt. Es hinterblieben 283 g Rohprodukt. Bei der Destillation dieses Rohprodukts wurden 19 g nichtumgesetztes 2,6,6-Trimethyl-cyclohex-2-en-1-on und 248 g des gewünschten Produkts IVb vom Siedepunkt Kp = 90 bis 91°C bei 0,3 mbar erhalten. Die Ausbeute betrug demnach 85%, bezogen auf umgesetztes Keton.

Herstellung von β-Damascenon (Ib)

18,5 g (0,7 Mol) des gemäß 1a erhaltenen Produkts der Formel IVb wurden im Laufe von 1 Stunde bei Siedetemperatur zu 1400 ml einer 10gew.-%igen Schwefelsäure gegeben und das Reaktionsgemisch noch 5 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, wobei Gas abgespalten wurde. Nach Extraktion des abgekühlten Reaktionsgemisches mit Petroläther wurde analog Beispiel 1c aufgearbeitet. Man erhielt 148 g eines Produktgemisches vom Siedepunkt 57 bis 70°C bei 0,1 mbar, das nach Kernresonanzspektrum und Gaschromatogramm 66 g Damascenon und 24 g der Spiroverbindung Vb enthält. Die Ausbeute an β-Damascenon betrug dementsprechend 49,6%, bezogen auf eingesetzten Alkohol IVb.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von β-Damascon und β-Damascenon, dadurch gekennzeichnet, daß man 2,2,6-Trimethyl-cyclohexanon bzw. 2,6,6-Trimethyl-cyclohex-2-en-1-on in Gegenwart einer starken Base mit 3-tert.-Butyloxy-1-butin umsetzt und die erhaltenen Verbindungen bei Temperaturen von 45 bis 100°C mit einem sauren Katalysator behandelt, dessen Säurestärke gleich oder größer ist als die von Ameisensäure.

2. Verfahren zur Herstellung von β-Damascon gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man 2,2,6-Trimethyl-cyclohexanon in Gegenwart von Kaliumhydroxid als starker Base mit 3-tert.-Butyloxy-1-butin umsetzt.

3. Verfahren zur Herstellung von β-Damascenon gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man 2,6,6-Trimethyl-cyclohex-2-en-1-on in Gegenwart eines Alkylmagnesiumhalogenids als starker Base mit 3-tert.-Butyloxy-1-butin umsetzt.

4. Verfahren zur Herstellung von β-Damascon und β-Damascenon gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die bei der Umsetzung von 2,2,6-Trimethyl-cyclohexanon bzw. 2,6,6-Trimethyl-cyclohex-2-en-1-on mit 3-tert.-Butyloxy-1-butin erhaltene Verbindung mit einer 5- bis 30gew.-%igen wäßrigen Schwefelsäure behandelt.