DE3003457C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Cyclopent-2-en-2-olonen oder 3-Hydroxyfuranonen der allgemeinen Formel
worin R Methyl oder Äthyl und R′ Wasserstoff, Methyl oder Äthyl bedeuten und X für O, CH₂, CH-CH₃ oder CHC₂H₅ steht.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man eine Verbindung der allgemeinen Formel
worin R, R′ und X obige Bedeutung besitzen, und R′′ Wasserstoff ist, oder im Falle von X≠O auch -COOR′′′, worin R′′′ Wasserstoff oder C1-6-Alkyl bedeutet, sein kann,
einer thermischen, säuren- oder basenkatalysierten Cyanhydrinspaltung unterwirft, und einen allfällig vorhandenen Rest -COOR′′′ abspaltet.
Im Fall der thermischen Durchführung erhitzt man die Verbindung der allgemeinen Formel II zweckmäßigerweise auf Temperaturen von ca. 50 bis 400°C, insbesondere auf ca. 80-250°C.
Im Fall der säurenkatalysierten Cyanhydrinspaltung versetzt man die Verbindung der allgemeinen Formel II, zweckmäßigerweise mit katalytischen Mengen, z. B. mit ¹/₁₀₀₀-¹/₁₀ Äquivalenten, oder aber auch mit größeren, z. B. molaren Mengen einer Säure. Wesentlich ist bloß, daß der pH- Wert des Reaktionsgemischs unter 7 liegt.
Die Natur der Säure ist nicht kritisch. Als Säuren kommen anorganische Säuren, z. B. H₂SO₄, HCl, H₃PO₄ oder organische Säuren, z. B. Ameisensäure, Essigsäure, Zitronensäure, Oxalsäure, oder saure Ionentauscher, z. B. Amberlite JRC 50 in Frage.
Im Fall der basenkatalytischen Cyanhydrinspaltung versetzt man die Verbindung der allgemeinen Formel II zweckmäßigerweise mit katalytischen Mengen, z. B. mit ¹/₁₀₀₀-¹/₁₀ Äquivalenten, oder aber auch mit größeren, z. B. molaren Mengen einer Base. Wesentlich ist bloß, daß der pH- Wert des Reaktionsgemischs über 7 liegt.
Die Natur der Base ist nicht kritisch. Als Basen kommen z. B. in Frage: anorganische Basen wie Alkalimetallhydroxyde, z. B. NaOH, Erdalkalimetallhydroxyde, z. B. Ca(OH)₂, Mg(OH)₂, Alkalimetallcarbonate, z. B. Na₂CO₃, K₂CO₃, Alkalimetallbicarbonate wie NaHCO₃, Ammoniak, andere basische Salze wie Na₃PO₄, K₂HPO₄, Borax, basische Puffersysteme, z. B. NaHCO₃/Na₂CO₃, K₂HPO₄/K₃PO₄, organische Basen wie Amine, z. B. Triäthylamin, Pyridin, Morpholin, Salze organischer Säuren mit starken Basen, z. B. Natriumacetat, -formiat, -oxalat, -citrat-, -lactat, oder basische Ionentauscher, z. B. Amberlite JRA 400 und Dowex 2.
Die Cyanhydrinspaltung kann in der Gasphase oder in flüssiger Phase durchgeführt werden. Anwesenheit eines Lösungsmittels ist nicht erforderlich, jedoch zweckmäßig.
Als Reaktionstemperaturen kommen insbesondere bevorzugt ca. 100°C in Frage.
Die Natur des Lösungsmittels ist nicht kritisch, es können polare Lösungsmittel - wie Wasser, Ammoniak, Alkohole, oder apolare Lösungsmittel, wie Toluol, Benzol, Toluol, Äther und Petroläther, zur Verwendung gelangen.
Bevorzugte Systeme sind basische Ionentauscher in der OH⁻-Form/H₂O, oder organische Säuren bzw. deren Salze, wie CH₃COOH/H₂O, Natriumoxalat/H₂O, oder Pyridin/ Toluol bei Reaktionstemperaturen von rund 100°C.
Im Falle R′′=COOR′′′ (R′′′=Wasserstoff oder C1-6-Alkyl) wird nach der Cyanhydrinspaltung im Prinzip vorerst ein Produkt der allgemeinen Formel VI (bzw. VII) erhalten:
VI kann auch in der Enolform VII vorliegen (X= CH, C-CH₃ oder C-C₂H₅).
Die COOR′′′-Gruppierung kann leicht abgespalten werden, indem man beispielsweise vorerst mittels wäßriger Säure oder Base die Estergruppe COOR′′′ hydrolysiert (falls R′′′=Alkyl) und die gebildete resp. bereits vorher vorhandene Carbonsäure resp. deren Salze (R′′′=H, Alkalimetall oder Erdalkalimetalläquivalent) decarboxyliert, was z. B. durch thermische Behandlung (50-200°C) geschehen kann.
Die Abspaltung der COOR′′′-Gruppe kann aber auch bereits unter den oben angeführten Bedingungen für die Cyanhydrinspaltung erfolgen, was insbesondere dann der Fall sein wird, wenn die Cyanhydrinspaltung unter drastischen Bedingungen durchgeführt wird. Unter "drastischen Bedingungen" wird insbesondere verstanden:
Säurebehandlung: pH3, insbesondere <2
Basenbehandlung: pH10, insbesondere <12
Die Verbindungen der allgemeinen Formel II sind neu. Sie bilden ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Die Verbindungen der allgemeinen Formel II können vorteilhaft durch Oxydation von Verbindungen der Formel
worin R, R¹, R′′ und X obige Bedeutung besitzen, erhalten werden.
Als Oxydationsmittel sind insbesondere Alkalimetallcaroate, z. B. KHSO₅ geeignet. Bevorzugt ist Caroat® (KHSO₅, welches KHSO₄ und K₂SO₄ enthält).
Das Caroat wird zweckmäßigerweise in einer Menge von 1-2,5 Äquivalenten, insbesondere 1,1-1,5 Äquivalenten verwendet.
Die Oxydation wird vorzugsweise in polaren Lösungsmitteln, wie Wasser, Alkoholen, Aceton, Acetonitril, oder Gemischen solcher Lösungsmittel durchgeführt.
Der pH-Wert des Mediums beträgt zweckmäßigerweise ca. 3-11, wie dies durch entsprechende Puffersysteme vom Carbonat-, Phosphat-, Citrat-, Borat-, NH₃/NH₄⁺- oder Oxalattyp in an sich bekannter Weise erzeugt werden kann.
Die Reaktionstemperatur kann beispielsweise zwischen -10 bis 60°C, bevorzugt zwischen 0 bis 20°C liegen.
Verbindungen der allgemeinen Formel II, worin R′′= -COOR′′′ stellen bevorzugte Ausgangsmaterialien dar, insbesondere da sie leicht herstellbar sind.
Die Verbindungen der allgemeinen Formel III, worin X≠O und R′′=H, sind neu. Diese Verbindungen der allgemeinen Formel III′ können insbesondere nach der Thorpe-Ziegler-Methode (siehe z. B. The Merck Index, Encyclopedia of Chemicals and Drugs, 9th ed., 1976, O. N. R. 87, Merck and Co., Rahway, N. J.) aus einem Dinitril der allgemeinen Formel IV, oder durch eine Dieckmann- Zyklisierung (The Merck Index, siehe oben, O. N. R. 23) eines entsprechenden Cyanoesters der allgemeinen Formel V gemäß:
erhalten werden.
Als weitere Methoden kommen die bekannten Methoden zur Einführung der Cyanogruppe in das entsprechende Cyclopentanonderivat in Frage, wie eine Halogenierung, z. B. Bromierung, gefolgt von einer CN⁻-Substitution, H. O. House, Modern Synthetic Reactions, Benjamin Verlag, Menlo Park (1972), 459 ff.; Organikum, organisch- chemisches Grundpraktikum, VEB deutscher Verlag der Wissenschaften 4. Aufl. 1964, 283 oder die Einwirkung von Halogencyan auf das entsprechende Cyclopentanon oder sein Enaminderivat (siehe M. Kühne, J. Amer. Chem. Soc. 81, 5400, 1969) gemäß:
Die Verbindungen der allgemeinen Formel I sind generell bekannt; sie stellen Geschmacksstoffe und/oder Zuckerabbauprodukte dar.
Sato et. al., J. Org. Chem. 32 (1967), 339-41 beschrieben ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung einer bestimmten Verbindung der allgemeinen Formel I, doch wird dabei die Stufe der Verbindungen der allgemeinen Formel II nicht durchlaufen:
Andererseits beschreiben Stetter et al., Liebigs Ann. Chem. (1979), 944-49 2-Cyan-3-oxocyclopentancarbonsäure-ethylester. Ihre Herstellung erfolgt durch Einwirkung von Natriumcyanid auf Acrylsäure-ethylester und Methacrylsäure-ethylester.
Beispiel 1 Herstellung von 3,4-Dimethylcyclopent-2-en-2-olon
a) In einem Reaktionsgefäß legt man 67,1 g (1 Mol) Crotonsäurenitril und 76 g (0,65 Mol) Ammoniumperchlorat vor und versetzt das Gemisch unter Kühlung auf ca. -70°C mit ca. 260 g wasserfreiem Ammoniak. Mittels einer am Gefäßboden liegenden Quecksilberkathode und einer hängenden Graphitanode wird während 15 Stunden bei -75°C eine Gleichstromspannung von 15 Volt (4-5 Ampre) angelegt. Man läßt das Ammoniak verdampfen. Die dunkelbraune Lösung wird mit 700 ml Äther aufgenommen und mit 250 ml Wasser gewaschen. Die eingeengte Ätherlösung ergibt 31 g (46%) 3,4-Dimethyladiponitril, welches bei 107-109°C/0,20 mbar fraktioniert destilliert wird.
b) 5,6 g Kalium-tert.butylat werden mit 6,8 g 3,4- Dimethyladiponitril in 50 ml Toluol während 60 Minuten unter Rückfluß erhitzt. Die erkaltete Lösung wird mit 50 ml Wasser gewaschen und eingeengt. Man erhält 6,4 g (94% der Theorie) 2-Cyano-3,4-dimethyl-cyclopent-1-enylamin, Schmp. 92-100°C.
IR (CHCl₃) 3500 und 3400 (NH), 2180 (CN), 1638 und 1596 (C=C);
MS: 136 (M⁺), 121 (100%), 94.
c) 2 g des obigen Produkts werden 10 Minuten mit 50 ml 2n H₂SO₄ gerührt und anschließend dreimal mit je 30 ml Äther extrahiert. Die getrockneten und eingeengten Ätherphasen enthalten 1,8 g (89%) 2-Cyano-3,4-dimethylcyclopentanon, Sdp. 75-76°C/0,067 mbar.
IR: 2250 (CN), 1750 (stark, C=O);
MS: 137 (M⁺, 100%), 122, 108, 94, 69, 68.
d) 2 g des erhaltenen Produkts werden zusammen mit 1,4 g Borax und 1,17 g NaOH in 20 ml Wasser gelöst und mit 6,4 g Caroat (Degussa) versetzt. Nach 30 Minuten wird filtriert, mit H₂SO₄ auf einen pH-Wert von 1 angesäuert und viermal mit je 30 ml CH₂Cl₂ extrahiert. Nach dem Einengen erhält man 1,57 g (71%) eines Enantiomerengemischs von 2-Cyano-2-hydroxy- 3,4-dimethylcyclopentanon, =1,5490.
IR: 3150 (OH), 2250 (sehr schwach, CN), 1710 (C=O);
MS: 139 (M⁺), 121, 112, 95, 83 (100%).
e) 1 g des oben erhaltenen Produkts wird mit 0,8 g Natriumacetat während 6 Stunden in 15 ml unter Rückfluß erhitzt und darauf viermal mit Essigester extrahiert. Durch Einengen des Essigesters erhält man 0,578 g (70%) braune Kristalle von 3,4-Dimethyl-cyclopent-2-en-2-ol-1-on; Smp. 69-71°C (Wasser).
NMR (CDCl₃): δ = 5,8 ppm Singulett, breit/l Pr (OH); 2,8-2,5 Multiplett/2 Pr (H5); 2,2-1,8 Multiplett/ 1 Pr (H-4); 1,98 Singulett/3 Pr (CH₃ an C-3); 1,18 Dublett (J=7 Hz)/3 Pr (CH₃ an C-4).
Dasselbe Produkt kann man aus dem gemäß Beispiel 1d) erhaltenen 2-Cyano-2-hydroxy-3,4-dimethylcyclopentanon hergestellt werden, indem 2 g des letzteren in 60 ml gesättigter Natriumbicarbonatlösung während 4 Stunden unter Rückfluß erhitzt werden und die erkaltete Lösung viermal mit je 30 ml Methylenchlorid extrahiert wird. Aus der eingeengten organischen Phase erhält man 0,98 g (60% Ausbeute) des reinen (GC und DC) kristallinen Produkts. Smp. 66-68°C. Die Umkristallisation erfolgt aus Wasser.
Beispiel 2 Herstellung von 3-Hydroxy-4,5-dimethyl-2(5H)-furanon
a) 10 g 2-Cyano-3-methyl-valero-γ-lacton (hergestellt gemäß Chem. Abstr. 58, 5508 b (1962)) werden zusammen mit 14 g Borax in 150 ml Wasser mit 24,5 g Caroat versetzt, gleichzeitig werden 65 ml 2-n Natronlauge zugetropft. Nach 30 Minuten wird mit 100 ml Essigester gewaschen, mit 80 ml 2-n H₂SO₄ auf einen pH-Wert von 1 angesäuert und viermal mit 100 ml Essigester extrahiert. Der getrocknete und eingeengte Extrakt ergibt 6,7 g (60%) eines gelben Öls von 2-Cyano-2-hydroxy-3-methyl-valero-γ-lacton (Epimerengemisch). =1,4509.
IR: 3370 (OH); 2250 (schwach, CN); 1782 (C=O)
MS: 155 (2%, M⁺), 128 (M-HCN), 133, 96, 83 (100%).
b) 3,5 g des Lactons werden 2,75 g Natriumacetat während 3 Stunden in 50 ml Wasser unter Rückfluß erhitzt. Die erkaltete Lösung wird viermal mit je 50 ml Essigsäure extrahiert und der Extrakt mit Na₂SO₄ getrocknet und eingeengt. Man erhält 1,43 g (50%) gaschromatographisch reines 3-Hydroxy-4,5-dimethyl-2(5H)-furanon.
NMR (CDCl₃): δ = 7,2 ppm Singulett breit/1 Pr (OH); 4,91 Quartett×Quartett (J₁=6,5 Hz, J₂=1,5 Hz)/ 1 Pr (H5); 1,95 Dublett (J=1,5 Hz)/3 Pr (CH₃ an C-4); 1,44 Dublett (J=6,5 Hz)/3 Pr (CH₃ an C-5);
MS: 128 (M⁺), 113, 85, 83 (100%), 72, 57, 55.
Beispiel 3 Herstellung von 3-Methylcyclopent-2-en-2-olon
a) Eine Lösung von 30,6 g Natriumäthylat in 400 ml Äthanol wird mit 80 g Diäthylphosphono-acetnitril versetzt. Nach 2 Stunden tropft man bei 5°C 71,5 g Lävulinsäureäthylester zu, was 60 Minuten erfordert, und erhitzt hierauf die trübe Emulsion während 30 Minuten unter Rückfluß. Nun werden ca. 300 ml Äthanol abdestilliert und es werden 400 ml 1n HCl zugegeben. Die organische Phase wird abgetrennt, die wäßrige Phase dreimal mit je 200 ml Äther extrahiert und die vereinigten organischen Phasen eingeengt. Man erhält 50,5 g (67%) einer klaren, gelblichen Flüssigkeit des cis-trans-Gemisches von 5-Cyano-4-methyl-4- pentensäure-äthylester, Sdp. 85-86°C/0,067 mbar.
b) 25 g des obigen Esters werden mit 1 g Palladium auf Aktivkohle in 150 ml Methanol während 2 Stunden hydriert, darauf wird filtriert und eingeengt. Man erhält 24,9 g (99%) 2-Methyl-adipomononitril-monoäthylester. Sdp. 76- 81°C/0,053 mbar.
IR: 2250 (CN), 1730 (C=O)
MS: 169 (M⁺), 154, 142, 129, 124 (M⁺-OAe, 100%), 101, 96, 88.
c) 3,3 g des Esters werden zusammen mit 3,3 g Kalium- tert.butylat in 50 ml Toluol während 30 Minuten unter Rückfluß erhitzt. Darauf wird mit 50 ml 1-n Salzsäure versetzt, die Wasserphase abgetrennt und dreimal mit je 40 ml CH₂Cl₂ extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden über Na₂SO₄ getrocknet, eingeengt und am Hochvakuum destilliert und ergeben so 2,22 g (92%) 2-Cyano-3-methyl-cyclopentanon, Sdp. 90°C/0,053 mbar.
IR: 2250 (CN); 1760 (CO)
MS: 123 (M⁺, 100%), 108, 94, 80, 68, 55.
d) 1,45 g des erhaltenen Nitrils werden zusammen mit 2,3 g Borax und 0,96 g NaOH in 15 ml Wasser gegeben und bei 15°C mit 5,4 g Caroat® (Degussa), gelöst in 18 ml Wasser versetzt. Nach 45minütigem Rühren wird mit 25 ml Essigester gewaschen, mit 50 ml 4n H₂SO₄ angesäuert und dreimal mit je 25 ml Essigester extrahiert. Die Essigesterphasen werden über Na₂SO₄ getrocknet und eingeengt, und ergeben 1,35 g (82% Ausbeute) eines braunen Öls von 2-Cyano-2-hydroxy-3-methylcyclopentanon. =1,4708, Sdp. 120-130°C/0,05 mbar.
IR: 3380 (OH), 2250 (schwach, C=N), 1760 und 1712 (C=O);
MS: 153 (M⁺), 135, 126, 83, 69
e) 1,5 g des oben erhaltenen Cyanhydrins werden zusammen mit 1,35 g Natriumacetat in 25 ml Wasser während 5 Stunden unter Rückfluß erhitzt. Die erkaltete Reaktionslösung wird sechsmal mit je 25 ml Essigester extrahiert. Die organischen Phasen werden vereinigt, über Na₂SO₄ getrocknet und eingeengt und ergeben so 554 mg (45% Ausbeute) eines gelben Pulvers von 3-Methylcyclopent-2-en-2-olon. Smp. 92-101°C.
Beispiel 4 Herstellung von 3,5-Dimethylcyclopent-2-en-2-olon
a) 2,9 g (23,5 mMol) 2-Cyano-3-methyl-cyclopentanon (hergestellt gemäß Beispiel 3c) werden in 60 ml trocknem Tetrahydrofuran und 2,8 ml Hexamethylphosphortriamid gelöst und mit 0,62 g (25,9 mMol) Natriumhydrid versetzt. Darauf werden unter Argonatmosphäre bei -8°C 25,9 mMol einer 1,6 molaren Hexanlösung von Butyllithium und anschließend 3,67 g (25,9 mMol) Methyljodid zugegeben. Das Gemisch wird weitere 20 Minuten bei ca. 0°C gehalten (exotherme Reaktion) und darauf auf 75 ml 1n Salzsäure und 100 g Eis geworfen. Die wäßrige Phase wird dreimal mit je 50 ml Äther extrahiert, mit Na₂SO₄ getrocknet und eingeengt. Das erhaltene Öl wird an 140 g Kieselgel mit zwei Teilen Hexan und einem Teil Äther fraktioniert chromatographiert. Man erhält 1,03 g (32% der Theorie) eines gelben Öls eines Diastereomerengemischs von 2-Cyano-3,5-dimethylcylopentanon.
IR: 2250 (CN), 1755 (C=O);
NMR (CDCl₃): δ = 1,6-3,5 ppm komplexes Multiplett/5 Pr (H-2, H-3, H-4, H-5); 1,29 und 1,14 je ein Dublett/ 6 Pr (J=6 Hz, CH₃-3 und CH₃-5);
MS: 137 (M⁺), 122, 108, 94, 81, 68 (100%).
b) 24 g (175 mMol) der obigen Cyanoverbindung werden zusammen mit 33,3 g (87,5 mMol) Borax und 14 g (350 mMol) Natriumhydroxid in 300 ml Wasser gelöst und unter Kühlung mit 87 g (257 mMol) "Caroat"® in 266 ml Wasser versetzt. Nach weiteren 30 Minuten Rühren beträgt der pH-Wert der Lösung 5,6. Mittels 2n Schwefelsäure wird auf einen pH-Wert von 1 angesäuert und es wird dreimal mit je 150 ml Essigester extrahiert. Die organischen Phasen werden über Natriumsulfat getrocknet und eingeengt und ergeben so 26,2 g (98% der Theorie) eines farblosen dickflüssigen Öls von 2-Cyano- 2-hydroxy-3,5-dimethylcyclopentanon. Dieses Öl läßt sich bei 50-60°C/0,047 mbar destillieren. =1,4577.
IR: 3450 (stark, OH), 2250 (schwach, CN), 1760 (stark, C=O);
NMR (CDCl₃): δ = 4,4 ppm, Singulett, breit/1 Pr (OH); 3,1- 1,6 Multiplett/4 Pr (H-3, H-4, H-5); 1,5-1,0 Multiplett/6 Pr (CH₃-3 und CH₃-5);
MS: 153 (M⁺), 135, 126, 120, 109, 96, 83 (100%), 74.
c) 23,2 g (152 mMol) des obigen Cyanhydrins werden mit 18,6 g (227 mMol) Natriumacetat in 380 ml Wasser unter Einleiten eines kräftigen Stickstoffstroms 40 Minuten unter Rückfluß erhitzt. Die erkaltete Reaktionslösung wird dreimal mit je 150 ml Methylenchlorid extrahiert und die vereinigten Extrakte über Natriumsulfat getrocknet und eingeengt. Man erhält 12,0 g (63% der Theorie) 3,5-Dimethylcyclopent- 2-en-2-olon. Smp: 92-95°C (Äther/Hexan).
IR (CHCl₃): 3530 und 3350 (OH), 1710 und 1660 (stark, C=O);
MS: 126 (M⁺, 100%), 111, 98, 97, 83, 69, 56.
Beispiel 5 Herstellung von 3,5-Dimethylcyclopent-2-en-2-olon
a) 29,5 g (77,5 mMol) Borax und 24,8 g (0,62 Mol) Natriumhydroxid werden in 310 ml Wasser gelöst und unter Kühlen (17°C) mit 65 g (310 mMol) 3-Carboäthoxy-2- cyano-3,5-dimethylcyclopentanon (III) (hergestellt aus Äthyl-methacrylat und Natriumcyanid nach H. Stetter et al., Liebigs Annalen d. Chem. (1979) 944-949) versetzt. 132,2 g (403 mMol) Caroat®, gelöst in 428 ml Wasser werden bei 13 bis 19°C innert 25 Minuten zugetropft und es wird 3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Zur Aufarbeitung wird das Reaktionsgemisch mit 30 ml Schwefelsäure (2 : 1) angesäuert und mit Essigester 4× extrahiert. Die organische Phase wird über Na₂SO₄ getrocknet, eingeengt und 2 Stunden am Hochvakuum getrocknet. Ausbeute: 69,8 g (100% d. Th.) 3-Carboäthoxy-2-cyano-2-hydroxy-3,5-dimethylcyclopentanon [II] (Diastereomerengemisch); =1,4658.
IR: 3400 (OH); 2270 (schwach, CN); 1720 (breit, C=O);
NMR (CDCl₃): δ = 4,5-3,9 ppm Multiplett/2 Pr (Ester-CH₂); 3-1,7 komplexes Multiplett/4 Pr (3 Ringprotonen+ OH); 1,7-1,0 Multiplett/9 Pr (3×CH₃);
MS: 225 (M⁺), 198, 180.
b) 66,3 g (0,03 Mol) des obigen 3-Carboäthoxy-2-cyano-2- hydroxy-3,5-dimethylcyclopentanons und 30,2 g (0,4 Mol) Natriumacetat (wasserfrei) werden mit 350 ml Wasser versetzt. Das Gemisch wird 6 Stunden unter Rückfluß erhitzt. Zwecks Aufarbeitung wird das Reaktionsgemisch mit gesättigter Natriumhydrogencarbonatlösung auf einen pH-Wert von 7 gestellt und 4mal mit Methylenchlorid extrahiert. Die organischen Phasen werden über Natriumsulfat getrocknet, eingeengt und 1 Stunde am Hochvakuum getrocknet. (Das Produkt kann aber auch direkt aus dem Reaktionsgemisch auskristallisiert werden.) Ausbeute: 42,6 g (73% d. Th.) an kristallinem 2-Carboäthoxy- 2,4-dimethyl-cyclopent-4-en-5-olon (VII), Smp.: 92- 93°C.
IR (CHCl₃): 3540 und 3360 (OH); 1725 (COOC₂H₅); 1670 (C=O);
NMR (CDCl₃): δ = 6,1 ppm Singlett breit/1 Pr (OH); 4,14 Quartett (J=7,4 Hz)/2 Pr (O-CH₂-Me); 2,95 Dublett×Quartett (J₁=17,6 Hz, J₂=1 Hz)/1 Pr und 2,22 Dublett×Quartett (J₁=17,6 Hz, J₂=1 Hz)/1 Pr (CH₂ an C-3); 2,01 Dublett×Dublett (J₁=J₂=1 Hz)/3 Pr (CH₃ an C-4) 1,39 Singulett/3 Pr (CH₃ an C-2); 1,20 Triplett (J=7,4 Hz)/3 Pr (CH₃ des Äthylesters);
MS: 198 (M⁺), 180, 153, 141, 134, 124 (100%).
c) 4,8 g (24 mMol) des oben erhaltenen 2-Carboäthoxy- 2,4-dimethyl-cyclopent-4-en-5-olons werden mit 48 ml 2n Natriumhydroxidlösung versetzt und 1½ Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Zwecks Aufarbeitung wird das Reaktionsgemisch mit 10%iger Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 3 gestellt und 3mal mit Essigester extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden über Natriumsulfat getrocknet, eingeengt und 2 Stunden am Hochvakuum getrocknet. Ausbeute: 3 g (58,5% d. Th.) 2-Carboxy-2,4-dimethyl-cyclopent- 4-en-5-olon (VII), Smp.: 98-105°C, unter CO₂ Abspaltung.
IR (KBr): 3270 (breit, COOH); 1712 und 1690 (C= O); 1620 (C=C);
NMR (CD₃OD): δ = 5,9 ppm Singlett breit (DOH); 2,92 Dublett×Quartett (J₁=17,2 Hz, J₂= 1 Hz)/1 Pr und 2,25 Dublett×Quartett (J₁=17,2 Hz: J₂=1 Hz)/1 Pr (CH₂ an C-3); 1,97 Dublett×Dublett (J₁= J₂=1 Hz)/3 Pr (CH₃ an C-4); 1,30 Singulett/3 Pr (CH₃ an C-2);
MS: 170 (M⁺), 152, 134, 126, 124, 124 (100%), 111.
d) 85,1 g (0,5 Mol) der oben erhaltenen Säure, also des 2-Carboxy-2,4-dimethyl-cyclopent-4-en-5-olons werden mit 851 ml 10%iger Schwefelsäure versetzt und 45 Minuten unter Rückfluß erhitzt. Zur Aufarbeitung wird das Reaktionsgemisch mit 2n Natronlauge auf einen pH-Wert von 7 gebracht und 3mal mit Methylenchlorid extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden über Natriumsulfat getrocknet und 1 Stunde am Hochvakuum getrocknet. Ausbeute: 57,4 g (91% d. Th.) kristallines 3,5-Dimethyl-cyclopent- 2-en-2-olon (I). Smp.: 93-94°C. Das Produkt ist identisch mit dem unter Beispiel 4c erhaltenen Produkt.
Beispiel 6
Das Produkt des Beispiels 5d wird in 90%iger Ausbeute erhalten, wenn das 2-Carboäthoxy-2,4-dimethyl-cyclopent-4- en-5-olon (VII) (Beispiel 5b) direkt unter den obigen Bedingungen behandelt wird. Smp. 93-94°C.
Beispiel 7
Ebenfalls das Produkt des Beispiels 5d ist aus 3- Carboäthoxy-2-cyano-3,5-dimethylcyclopentanon (III) erhältlich, wenn man dieses Ausgangsmaterial des Beispiels 5a mit Caroat® behandelt und das Reaktionsgemisch auf einen pH-Wert von 1 ansäuert und während 24 Stunden unter Rückfluß erhitzt. Aufarbeitung gemäß Beispiel 5d ergibt eine Ausbeute von 70% reinem, kristallinem 3,5-Dimethyl-cyclopent-2-en-5-olon (I), Smp. 92-93°C (aus Wasser).
Beispiel 8 Herstellung von 3,5-Diäthylcyclopent-2-en-2-olon
a) 3-Carboäthoxy-2-cyano-3,5-diäthylcyclopentanon (III) wird gemäß H. Stetter et. al., Liebigs Annalen d. Chem. (1979), 944 in 80% Ausbeute erhalten, wenn statt Äthylmethacrylat Äthyl-2-äthylacrylat verwendet wird. Sdp.: 95-116°C/13,40 mbar.
IR: 2260 und 2210 (CN), 1755 (C=O); 1728 (COOAet);
NMR (CDCl₃): δ = 4,26 ppm Quartett/2 Pr (Ester- CH₂), 4,0-3,1 verschiedene Singuletts der Diastomeren/1 Pr (H an C₂); 2,8-1,3 Multiplett/7 Pr (3 restliche Ringprotonen und 2 Äthyl-CH₂); 1,3 Triplett/3 Pr (Ester-CH₃); 0,95 Triplett/6 Pr (2 Äthyl- CH₃);
MS: 237 (M⁺), 208, 192, 180, 163, 152, 142, 135 (100%), 126, 106.
Dieses Nitril wird analog Beispiel 5a mit Caroat oxydiert und aufgearbeitet und ergibt in quantitativer Ausbeute 3- Carboäthoxy-2-cyano-2-hydroxy-3,5-diäthyl-cyclopentanon (II) =1,4502.
IR: 3350 (OH), 2250 (schwach, CN), 1730 (breit, Keton+Ester);
MS: 253 (M⁺), 237, 226, 208, 181, 152 (100%), 141, 129, 124, 109.
b) Das oben erhaltene Cyanohydrin wird gemäß Beispiel 5b in wäßriger Lösung unter Rückfluß erhitzt und aufgearbeitet. Man erhält in 80%iger Ausbeute 2-Carboäthoxy- 2,4-diäthyl-cyclopent-4-en-5-olon (VII).
IR: 3360 (OH), 1725 (COOC₂H₅), 1705 (C= O), 1655 (C=C);
NMR (CDCl₃): δ = 6,0 ppm, Singulett, breit/1 Pr (OH); 4,18 Quartett/2 Pr (Ester CH₂); 2,95 Dublett/1 Pr und 2,35 Dublett/1 Pr (CH₂ an C₃); 2,7 bis 1,5 Multiplett/4 Pr (2× CH₂ an Äthyl); 1,4 bis 0,7 Multiplett/ 9 Pr (3×CH₃);
MS: 226 (M⁺), 197, 181, 162, 152 (100%), 137, 124, 109.
c) Durch Behandlung des oben erhaltenen Esters mit Natronlauge analog Beispiel 5c erhält man in 71% Ausbeute das kristalline 2-Carboxy-2,4-diäthyl-cyclopent-4-en-5- olon (VIII).
IR: 3520 (OH), 3200 (breit, COOH), 1705 (breit, C=O Keton, Ester) 1655 (C=C);
NMR (CDCl₃); δ = 7,9 ppm Singulett/2 Pr (OH, COOH); 3,06 Dublett/1 Pr und 2,4 Dublett/1 Pr (CH₂ an C-3); 2,8 bis 1,5 Multiplett/4 Pr (2× CH₂ an Äthyl); 1,17 Triplett/3 Pr und 0,9 Triplett/3 Pr (2×CH₃);
MS: 169, 154, 126 (100%), 111, 108.
Die Säure zersetzt sich beim Erwärmen oder Stehen in 2,5-Diäthylcyclopent-2-en-2-olon (I), Smp. 38,5-39°C.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung von Cyclopent-2-en-2-olonen oder 3-Hydroxyfuranonen der allgemeinen Formel worin R Methyl oder Äthyl, R′ Wasserstoff, Methyl oder Äthyl bedeuten und X für O, CH₂, CH-CH₃ oder CHC₂H₅ steht,
dadurch gekennzeichnet, daß man eine Verbindung der allgemeinen Formel worin R, R′ und X obige Bedeutung besitzen, und R′′ Wasserstoff, oder, für den Fall daß X≠O, auch den Rest -COOR′′′ (R′′′=Wasserstoff oder C1-6-Alkyl) darstellt,
einer thermischen, säuren- oder basenkatalysierten Cyanhydrinspaltung unterwirft und einen allfällig vorhandenen Rest -COOR′′′ abspaltet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der allgemeinen Formel II durch Oxydation einer Verbindung der allgemeinen Formel worin R, R′, R′′ und X obige Bedeutung besitzen, gewonnen worden ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Salz der Caroschen Säure als Oxydationsmittel eingesetzt worden ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß R und R′ Methyl, R′′ Wasserstoff und X CH₂ darstellen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß R und R′ Methyl, R′′ Wasserstoff und X Sauerstoff darstellen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß R Methyl, R′=R′′=Wasserstoff und X CH₂ darstellen.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R Methyl, R′=R′′=Wasserstoff und X CHCH₃ darstellen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangsmaterial der allgemeinen Formel II, Anspruch 1 3-Carboäthoxy-2-cyano-2-hydroxy-3,5-dimethyl- cyclopentanon einsetzt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangsmaterial der allgemeinen Formel II, Anspruch 1 3-Carboäthoxy-2-cyano-2-hydroxy-3,5-diäthyl- cyclopentanon einsetzt.
10. 2-Cyano-2-hydroxycyclopentanone und 2-Cyano-2-hydroxy-valero-γ-lactone der allgemeinen Formel worin X für O, CH₂, CH-CH₃ oder CHC₂H₅ steht, R Methyl oder Äthyl und R′ Wasserstoff, Methyl oder Äthyl bedeuten, R′′ Wasserstoff ist, oder im Falle von X≠O auch -COOR′′′, wobei R′′′ Wasserstoff oder C1-6-Alkyl ist, sein kann.
11. 2-Cyano-2-hydroxy-3,4-dimethylcyclopentanon.
12. 2-Cyano-2-hydroxy-3-methyl-valero-γ-lacton.
13. 2-Cyano-2-hydroxy-3-methylcyclopentanon.
14. 2-Cyano-2-hydroxy-3,5-dimethylcyclopentanon.
15. 3-Carboäthoxy-2-cyano-2-hydroxy-3,5-dimethyl- cyclopentanon.
16. 3-Carboäthoxy-2-cyano-2-hydroxy-3,5-diäthyl-cyclopentanon.
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