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Verfahren zur Herstellung von Pinocarveol
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Pinocarveol ist ein in Eucalyptusölen vorkommender Terpenalkohol,
den man jedoch schon seit geraumer Zeit auch auf synthetischem Wege erhalten kann.
Von den zu seiner Herstellung bekannten Methoden besitzt als wirtschaftliches Verfahren
nur die katalytische Umlagerung des gut zugänglichen a-Pinenepoxids entsprechend
dem Schema
Bedeutung.
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In der Litsratur werden für diese Reaktion als Umlagerungskatalysatoren
u. a. Lithiumdiethylamid, Natriummethylat, Kalium-tert.-butylat, Titan- und Zirkonoxid,
Aluminiumoxid, Triiaobutylsluminium und Aluminium-tri-isopropylat beschrieben [I.K.
Crandall et al., J. org. Chemistry 32, S. 435 (1967); B.A. Arbuzov et al., Izv.
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Acad. SSSR 1967, S. 1299 = Chemical Abstracts Vol. 67, 116 954 b;
Z. Rykowsky et al., Roczniki Chemii, Ann. Soc. Cham. Pol. 48 (1974), S. 1619; K.
Arata et al., Chemistry Letters 1979, S. 1017, Chemical Society of Japan; U. S.
Doshi et al., Tetrahedron 33 (1977), S. 2955; P. Teisseire et al., Recherches 16
(1967), S. 59, und DE-OS 27 25 247].
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Nachteilig bei allen diesen Verfahren ist, relativ hohe Katalysstormengen
einsetzen zu müssen, die teilweise schwierige Handhabbarkoit der Katalysatoren und
die meist geringe Salektivität und damit unbefriedigende Ausbeute. Beispielsweise
entsteht bei Vsrwendung von Natriummethylat oder Aluminium-tri-isopropylat unter
den in der obigen Literatur angegebenen Bedingungen neben Pinocarveol als unerwünschtes,
schwierig abtrennbares Nebenprodukt
stets eine größere Menge Pinanon-3.
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Nach der Arbeitsweise des Beispiels 2 der DE-OS 27 25 247 erhält man
so z. 8. das Pinocarveol in nur etwa 58 zeiger Ausbeute, während Pinanon-3 mit ca.
16 %iger Ausbeute anfällt.
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Der vorliegenden Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zu entwickeln, das es ermöglicht, aus a-Pinenepoxid Pinocarveol besserer Qualität
und mit höheren Ausbeuten herzustellen.
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Es wurde gefunden, daß dies unerwarteterweise möglich ist, wenn man
nach der an sich bekannten Methode in Gegenwart von Aluminiumalkoholaten, allerdings
mit erheblich geringeren Mellgen als bisher üblich, in einem bestimmten Temperaturbereich
arbeitet.
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Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung von Pinocarveol
durch katalytische Umlagerung von a-Pinenepoxid mit Hilfe von Aluminiumalkoholaten
bei erhöhten Temperaturen und gegebenenfalls in Gegenwart von Lösungsmitteln, welches
dadurch gekennzeichnet ist, daß man des Aluminiumalkoholat in einer Menge von 0,002
bis 0,025 Mol pro Mol a-Pinenepoxid einsetzt und bei 40 bis 130 s arbeitet.
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Nach der erfindungegemäßen Arbeitsweise gelingt es unter Einsatz unerwartet
geringer Mengen gut handhebbarer und preiswerter Katalysatoren, a-Pinenepoxid mit
sehr guten Ausbeuten bei hoher Selektivität praktisch quantitativ in Pinocarveol
mit einem Reinheitsgrad von über 90 %, das nur wenig Pinanon-3 enthält, umzulagern.
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Dies war überraschend und nicht vorhersehbar, nachdem die DE-OS 27
25 247 lehrt, daß zur Umlagerung relativ hohe Aluminiumisopropylatmengen benötigt
werden, um so mehr, als auch von S. Terao et al. in "Synthesis" 1979, Seite 467,
festgestellt wird, daß für die Umlagerung von Epoxiden mit Al-isopropylat zu Allylalkoholen
ein Molverhältnis von Katalysator : Epoxid = 1 : 1 erforderlich ist.
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Wie horeits erwähnt, weist das erfindungsgemäß erhaltene Pinocarvanl
einen hohen fleinhoitsgrad auf. Ein solches Produkt ist in den meisten Fällen ohne
weitere Reinigung einsetzbar - z. 8.
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bei der Riechstoffsynthose -, was einen großen Vorteil bedeutet, nachdem
eine destillative Trennung des Pinocarveois von dem verunreinigenden Pinanon-3 aufgrund
der praktisch identischen Siedepunkte nur unter aufwendigen Bedingungen durchgeführt
werden kann und auch die Abtrennung des Ketons mit Hilfe von NaHS03 gemäß Beispiel
2 b der DE-OS 27 25 247 unwirtschaftlich ist.
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Als Katalysatoren verwendet man Aluminium-tri-alkoholate, deren Alkohol-Reste
1 bis 10, vorzugsweise 2 bis 6 C-Atome besitzen, in Mengen von 0,002 bis 0,025,
vorzugsweise 0,003 bis 0,02 und insbesondere 0,005 bis 0,02 Mol/Mol a-Pinenepoxid.
Als Alkoholreste kommen verzweigte oder unverzweigte wie Methylat, Ethylat, Propylate,
Butylate, Pentylate, Hexylate, Cyclohexylat u.s.f.
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in Frage; bevorzugt sind das håndelsübliche, wohlfeile Aluminiumtri-isopropylat
und das Aluminium-tri-sek.-butylat.
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Die Umlagerung kann ohne zusätzliches Lösungsmittel durchgeführt werden,
da die Reaktion exotherm abläuft, ist es jedoch vorteilhaft, in Lösung zu arbeiten,
wobei man dann im allgemeinen die halbe bis doppelte Gewichtsmenge, bezogen auf
das eingesetzte a-Pinenepoxid, verwendet. Als Lösungsmittel kommen in Frage: Aromaten
wie Benzol, Chlorbenzol, Toluol, Xylol, gesättigte oder ungesättigte Aliphaten wie
Hexan, Heptan, Octan, Isooctan, Decan, Hexen, Octen usf., Cycloaliphaten wie Cyclohexan,
a-Pinen usw., chlorhaltige Kohlenwasserstoffe wie Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff
oder Trichlorothylen.
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Das Verfahren wird im einzelnen und bevorzugt so durchgeführt, daß
man den Katalysator und das Lösemittel vorlegt und unter Rühren das Epoxid hinzudosiert,
wobei die Temporatur zwischen 40 und 130, vorzugsweise 50 und 120 und insbesondere
60 und 110 Cc liegen sollen. Arbeitet man lösungsmittelfrei, so legt man einen kleinen
Teil des Epoxids und die Gesamtmenge des Katalysators vor und tropft den Rest des
Epoxids ein. Die Reaktionszeiten betragen in Abhängigkeit von der gewählten Temperstur
etwa 15 Minuten bis ca. 15 Stunden.
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Pinocarveol stellt aufgrund ssiner Reaktivität ein wertvolles Zwischenprodukt
für Synthesen, insbesondere auf dem Riechstoffgebiet, dar. Beispielsweise werden
dessen Ester sowie auch a-substituierte Pinoacetaldehyde, die man durch Umsetzung
von Pinocarveol mit Alkylvinylethern erhielt (US-PS 37 16 498), ols Riechstoffe
verwendet. Pinocarveol selbst kann schließlich gemäß der schon erwähnten DE-OS 27
25 247 als Wirkstoff in pharmazeutischen Zubereitungen Anwendung finden.
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Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
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8beispiel 1 In einem 2-Liter-Glaskolben, ausgestattet mit Rührer,
Thermometer, Kühler und Tropftrichter, legt man 800 g Toluol und 8,2 g (0,04 Mol
= 0,01 Mol/Mol Epoxid) Aluminium-tri-isopropylat vor. Bei 100 s werden sodann innerhalb
einer Stunde 640 g 95 %iges a-Pinenepoxid (= 608 g 100 %iges Epoxid = 4 Mol) zugetropft.
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Man rührt 45 Minuten bei 100 s nach, verrührt die Lösung bei Raumtemperatur
15 Minuten lang mit 500 ml 5 %iger Schwefelsäurs und trennt die Toluolphase eb.
Über eine 50 cm lange Füllkörperkolonne wird hierauf bei 63 mber das Toluol ebdestilliert
(815,8 g Toluoldestillat 2,5 ffi Pinocarveol- und 0,15 % Pinanon-3-Gehalt) und schließlich
bei 13 mbar fraktioniert.
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Man orhiolt: 4,5 g Vorlauf bei 61-81 α °C: GC 88,9 % Pinocarveol,
5,0 % Pinanon-3, 3,2 % Toluol, Rest unbekannt 540,0 g Hauptleuf bei 81-84 Cc, GC:
95,5 % Pinocarveol, 3,4 % Pinanon-3, Rest unbekannt 8,7 g Nachlauf bei 84-90 Cc;
GC: 87,6 g Pinocarveol, O,G % inanon-3, Rest unbekannt 56,9 g harziger Rückstand
Pinocarveol-Ausbeute: 547,7 g (90,1 % d. Th.) Pinanon-3-Ausbeute: 19,9 g (3,3 %
d. Th.) Wird anstelle von Toluol als Lösungsmittel Isooctan, Chlorbenzol, a-Pinen
oder Tetrachlorethylen verwendet, so erhält man ähnliche Ergebnisse.
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Ersetzt man des Al-tri-ioopropylat durch die gleichen Mengen enderer
Katalysatoren, nämlich Aluminium-tri-tert.-butylat, -sek.-butylat oder -ethylet,
hat dies auf die Ausbeuten an Pinocarveol und Pinanon-3 ebenfalls praktisch keinen
Einfluß.
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Beispiel 2 Es wurde wie in Beispiel 1 gearbeitet, jedoch das Epoxid
bei 60 Cc zugetropft und 7 Stunden bei 60 °C nachgerührt.
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Man erhielt: 550,3 9 (90,5 % d. Th.) Pinocarveol neben 21,9 9 (3,6
% d. Th.) Pinanon-3, Beispiel 3 Es wurde wie in Beispiel 1 gearbeitet, jedoch kamen
nur 0,02 Mol Aluminium-tri-isopropylet (= 0,005 Mol/Mol Epoxid) zum Cinontz, Die
Ausbeute betrug 549,6 9 (90,4 % d. Th.) Pinocarveol und 18,2 9 (3,0 % d. Th.) Pinanon-3
Beispiel 4 Die Umlagerung des Epoxids wurde wie in Beispiel 1 angegeben, jedoch
unter Verwendung von 0,08 Mol Aluminium-tri-isopropylat (= 0,02 Mol/Mol Epoxid),
vorgenommen. Man erhielt 534,1 9 (87,8 % d. Th.) Pinocarveol und 27,9 9 (4,6 % d.
Th.) Pinanon-3.
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Beispiel 5 (Vergleichsbeispiel) Entsprechend den Angaben des Beispiels
2 a der DE-OS 27 25 247 bezüglich der Molverhältnisse wurden nach der Arbeitsweise
des Beispiels 1 640 g 95 %idee a-Pinenepoxid (4 Mol) in Gegenwart von 142,9 9 (0,7
Mol) Aluminium-tri-isopropylat (Molverhältnis Epoxid : Katalysator = 1 : 0,175)
in 800 9 Toluol umgelagert, jedoch betrug die NachrUhrzeit nach der Epoxid-Zugabe
nur 10 Minuten bei 100 Cc. Die Aufarbeitung wurde entsprechend Beispiel 2 a der
DE-OS 27 25 247 bei 0 Cc mit 500 mol 5 einer Schwofelsäure durchgeführt. Man erhielt
351,0 9 (57,7 % d. Th.) Pinocarveol und 95,8 9 (15,8 % d. Th.) Pinanon-3 neben 151,5
9 eines harzigon Rückstandes.
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Wio ersichtlich, wird somit nach dem Stand der Technik, d. h.
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unter den in der DE-OS 27 25 247 angegebenen Bedingungen, vergleichen
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich mehr des unerwünschten Pinanon-3
und eine große Menge Harz unter starker Pinecarveol-Ausbeute-Minderung gebildet.