DE3237620C2

DE3237620C2 -

Info

Publication number: DE3237620C2
Application number: DE19823237620
Authority: DE
Inventors: Josef Dr. 4000 Erkrath De Penninger
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1982-10-11
Filing date: 1982-10-11
Publication date: 1991-06-06
Also published as: DE3237620A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 1-Triacontanol aus niederen linearen Alkoholen oder niederen linearen 1-Carbonsäuren, die man mit ω-Formylestern in einer Wittig-Reaktion zu linearen Encarbonsäureestern reagieren läßt, die sich katalytisch zu 1-Triacontanol hydrieren lassen.

Langkettige lineare Alkohole mit endständiger OH-Gruppe, insbesondere 1-Triacontanol, haben in den letzten Jahren als Pflanzenwachstums-Regulatoren an Bedeutung gewonnen. 1-Triacontanol hat sich als wachstumsstimulierender Wirkstoff für Mais, Zuckerrohr, Tomaten, Gurken, Bohnen, Reis und Zierpflanzen sowie zur Aktivierung der Zellvermehrung in Kläranlagen bestens bewährt. Einer breiten Anwendung stand bisher vor allem der sehr hohe Preis dieses Alkohols entgegen.

Die bisher in der Literatur beschriebenen Verfahren gehen jeweils über eine Vielzahl von Reaktionsschritten. So benutzten W. Bleyberg und H. Ulrich (Chem. Ber. 64b, 2504 [1931]) zur Darstellung von n-Triacontansäure, die durch Reduktion mit LiAlH₄ oder durch katalytische Hydrierung der Säurefunktion in 1-Triacontanol überführt werden kann, das Malonesterverfahren, bei dem in einer 6stufigen Reaktionssequenz eine lineare C-Kette um 2 C-Atome verlängert werden kann. Ausgehend vom Methylester der 22 C-Atome enthaltenden linearen gesättigten Behensäure erhielten sie nach 4maliger Anwendung der Malonester-Reaktionssequenz (24 Reaktionsschritte) erstmals synthetische n-Triacontansäure. Angaben zur Gesamtausbeute wurden von den Autoren nicht gemacht.

Die aus technischer Sicht bisher interessanteste Synthese von N. R. Hunter et al. (N. R. Hunter, I. K. Charlton, N. A. Green, W. J. Fritz und B. M. Addison in Org. Prep. and Proc. Int. 13, 19 [1981]) führt in guter Ausbeute zur 13-Ketotriacontansäure, deren anschließende Reduktion nach bekannten Methoden dann 1-Triacontanol liefert. Im Zuge dieser Reaktion wird das Enamin von Cyclodedecanon hergestellt, dieses mit Stearinsäurechlorid unter Ringerweiterung umgesetzt, das erhaltene 2-Hexadecyl-1,3-cyclotetradecandion zur 13-Ketotriacontansäure gespalten, die Ketogruppe nach Clemmensen reduziert und anschließend die Säuregruppe mit LiAlH₄ reduziert.

Dieser sog. Enaminsynthese zum Aufbau langkettiger Kohlenstoffverbindungen bedient sich auch die DE-OS 29 35 252. Aus Morpholin und Cyclohexanon wird das entsprechende Enamin hergestellt, dieses dem Chlorid der Lignocerinsäure umgesetzt, woraus man nach Hydrolyse die 7-Ketotriacontansäure erhält. Reduktion der Ketogruppe und der Säurefunktion führt ebenfalls zum 1-Triacontanol.

Die genannten wie auch andere bekannte Verfahren zur Herstellung endständig funktionalisierter langkettiger Kohlenstoffverbindungen mit mehr als 22 Kohlenstoffatomen in der Kette sind im großen Maßstab nicht einsetzbar, da sie immer über eine Vielzahl teilweise technisch problematischer Zwischenstufen verlaufen. Die angewandten Reagenzien sind ebenfalls oft technisch nicht anwendbar oder unwirtschaftlich. Zudem liegen die Gesamtausbeuten in allen bekannten Verfahren unter 40%.

Demgegenüber hat die vorliegende Erfindung zum Ziel, 1-Triacontanol aus einfacheren, leicht zugänglichen Chemikalien aufzubauen. Dabei sollten wenige Reaktionsschritte unter Vermeidung der Bildung größerer Mengen an Nebenprodukten zu reinen Wachsalkoholen der gewünschten C-Zahl führen.

Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung von 1-Triacontanol gemäß Anspruch 1.

Es wurde nun gefunden, daß 1-Triacontanol aus niederen linearen Alkoholen der allgemeinen Formel C_nH_2n+1OH oder niederen linearen Carbonsäuren der allgenmeinen Formel C_nH_2n+1COOH, wobei n eine ganze Zahl von 17 bis 21 sein kann, sowie ω-Formylestern der allgemeinen Formel OHC(CH₂)_mCOOR, wobei m eine ganze Zahl von 7 bis 11 sein kann, durch Wittig-Reaktion in überraschend hoher Ausbeute und Reinheit erhalten werden können.

Das 1-Bromalkan (1) kann dabei entweder aus dem entsprechenden Alkohol durch Substitution der Hydroxyfunktion durch Bromid mit gasförmigem oder wäßrigem Bromwasserstoff bei 130 bis 160°C oder aus der nächsthöheren homologen Carbonsäure im Zuge einer decarboxylierenden Bromierung nach Hunsdiecker hergestellt werden. Die Herstellung der Phosphoniumsalze (2) erfolgt mit Triphenylphosphin in einem polaren Lösungsmittel, vorzugsweise Acetonitril. Die Phosphoniumsalze (2) werden anschließend mit einer Base, vorzugsweise Natriummethylat oder Kalium-tert.-butylat, in einem polaren Lösungsmittel, vorzugsweise Methyl-tert.-butylether, zum Ylid umgesetzt. Dieses Ylid reagiert mit den entsprechenden ω-Formylestern in einer Wittig-Reaktion zu Encarbonsäurealkylestern (3). Die Hydrierung der Doppelbindung und der Estergruppe erfolgt in einem Schritt im Autoklaven bei 250°C und 250 bar Wasserstoffdruck in 20 Stunden.

1-Triacontanol sind so in hoher Reinheit und guten Ausbeuten zugänglich. So läßt sich beispielsweise 1-Triacontanol aus Stearinsäure und ω-Formyllaurinsäuremethylester in einer Ausbeute von 65% und 97%iger Reinheit oder aus 1-Eicosanol und ω-Formylpelargonsäuremethylester in einer Ausbeute von 76% und 100%iger Reinheit herstellen. Die beiden ω-Formylester können durch reduktive Ozonolyse von Undecylensäuremethylester bzw. Erucasäuremethylester erhalten werden.

In bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens werden mehrere aufeinanderfolgende Reaktionen in einem Verfahrensschritt durchgeführt. So ist es nicht notwendig, bei der Herstellung des Phosphoniumsalzes (2) aus dem linearen Alkohol das 1-Bromalkan zu isolieren; die Herstellung des Phosphoniumsalzes kann auch im Eintopfverfahren durchgeführt werden.

Auch die Herstellung der ungesättigten Ester (3) aus den 1-Bromalkanen (1) ist in einem Verfahrensschritt möglich.

Es ist sogar möglich, den Encarbonsäurealkylester (3) direkt aus dem Alkohol im Eintopfverfahren herzustellen.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß 1-Triacontanol in einem bisher nicht bekannten kurzen Reaktionsweg herstellbar sind. Die einzelnen Reaktionsschritte sind technisch problemlos durchzuführen. Alle eingesetzten Chemikalien können in großen Mengen preiswert zur Verfügung gestellt werden und sind in technischem Maßstab ebenso problemlos anwendbar. Das erfindungsgemäße Verfahren ist vor allem auch dadurch vorteilhaft, daß während der Synthese keine Ketosäureester als Zwischenstufe erhalten werden, die nur durch chemisch aufwendige Methoden zu gesättigten Carbonsäureestern reduziert werden können. Im Gegensatz dazu kann der nach dem beanspruchten Verfahren erhaltene Triacontensäuremethylester sehr einfach durch Hydrierung direkt in das 1-Triacontanol überführt werden.

Die Erfindung wird weiter durch die folgenden Beispiele erläutert.

Beispiel 1

A) Herstellung von 1-Bromeicosan
- a) mit HBr-Gas:
- In 0,5 mol 1-Eicosanol wurde bei 130°C gasförmiges HBr eingeleitet. Nach 2,5 h war die Umsetzung beendet. Das Produkt wurde in Ether gelöst, mit gesättigter NaHCO₃-Lösung neutral gewaschen, die etherische Phase getrocknet, eingeengt und der Rückstand destilliert oder aus Isopropanol umkristallisiert.
  Ausbeute: 90% d. Th.
  Fp. 37°C; Sdp. 175°C/1 Torr.
- b) mit 48%iger wäßriger HBr:
- 0,1 mol 1-Eicosanol und 0,2 mol 48%iger HBr wurden unter kräftigem Rühren 3 h am Rückfluß gekocht. Anschließend wurde wie unter a) aufgearbeitet.
  Ausbeute: 81% d. Th.
B) Herstellung des Phosphoniumsalzes
0,3 mol Ph₃P und 0,3 mol 1-Bromeicosan in 300 ml CH₃CN wurden 40 h am Rückfluß gekocht. Anschließend wurde auf die Hälfte des Volumens eingeengt, das Phosphoniumsalz mit Ether ausgefällt und abgesaugt.
Ausbeute: 95% d. Th.
Fp. 104°C.
C) Herstellung des Triacontensäuremethylesters
zu 0,1 mol 30%iger NaOCH₃-Lösung in 100 ml CH₃OC(CH₃)₃ wurde bei 5°C 0,1 Mol Phosphoniumsalz aus Schritt B) spatelweise zugegeben. Anschließend wurde 1 h bei 20°C gerührt, dann auf 40°C erwärmt, wieder abgekühlt auf 10°C und 0,1 Mol ω-Formylpelargonsäuremethylester, gelöst in 100 ml CH₃OC(CH₃)₃, in 30 min zugetropft. Anschließend wurde 20 h bei 20°C gerührt. Die Lösung wurde dann auf 400 ml H₂O gegossen, ausgeethert, die etherische Phase getrocknet, eingeengt und der Rückstand aus Ethanol umkristallisiert.
Ausbeute: 94% d. Th.
IR (cm^-1): 1745 (COOCH₃); 1645 (C=C)
¹H-NMR (CDCl₃): 0,80-2,45 (m, 55 H); 3,60 (s, COOCH₃); 5,17-5,42 (m, CH=CH).
D) Hydrierung des Triacontensäuremethylesters
25 g Triacontensäuremethylester und 5 g Kupferchromit wurden im Autoklaven 2 h bei 50°C und 50 bar und anschließend 20 h bei 250°C und 250 bar hydriert. Das Reaktionsgemisch wurde in heißem Toluol aufgenommen, mit A-Kohle versetzt, heiß filtriert, abgekühlt und das 1-Triacontanol abgesaugt.
Ausbeute: 95% d. Th., Reinheit: 99,9%.
¹H-NMR (CDCl₃): 0,88 (t, CH₃; J=7 Hz); 1,10-1,70 (m, 56 H); 3,64 (t, CH₂OH; J=7 Hz)

Beispiel 2

A) Herstellung von 1-Bromheptadecan aus Stearinsäure
Zu 0,75 Mol Stearinsäure und 0,47 Mol Quecksilber-II-oxid in 700 ml 1,1,2,2-Tetrachlorethan wurden bei 80 bis 85°C im Verlauf von 1 Stunde 0,94 Mol Brom zugetropft.
Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurden die festen Anteile des Reaktionsgemisches durch Filtration abgetrennt. Das Filtrat wurde mit 500 ml 5gew.-%iger Natriumhydroxidlösung versetzt und erneut filtriert. Die abgetrennte organische Phase wurde mit gesättigter Natriumchloridlösung gewaschen und mit Magnesiumsulfat getrocknet.
Nach dem Abdestillieren des Lösungsmittels ging das 1-Bromheptadecan im Ölpumpenvakuum bei 110°C/0,7 mbar über.
Ausbeute: 95% d. Th.
B) Herstellung des Phosphoniumsalzes
0,3 mol Ph₃P und 0,3 mol 1-Bromheptacontan in 300 ml CH₃CN wurden 40 h am Rückfluß gekocht. Anschließend wurde auf die Hälfte des Volumens eingeengt, das Phosphoniumsalz mit Ether ausgefällt und abgesaugt.
Ausbeute: 95% d. Th.
Fp. 95°C.
C) Herstellung des Triacontensäuremethylesters
Zu 0,1 mol 30%iger NaOCH₃-Lösung in 100 ml (CH₃OC(CH₃)₃ wurde bei 5°C das Phosphoniumsalz aus Schritt B) spatelweise zugegeben. Anschließend wurde 1 h bei 20°C gerührt, dann auf 40°C erwärmt, wieder abgekühlt auf 10°C und eine äquivalente Menge ω-Formyllaurinsäuremehtylester, gelöst in 100 ml CH₃OC(CH₃)₃ in 30 min zugetropft. Anschließend wurde 20 h bei 20°C gerührt. Die Lösung wurde dann auf 400 ml H₂O gegossen, ausgeethert, die etherischen Phasen getrocknet, eingeengt und der Rückstand aus Ethanol umkristallisiert.
Ausbeute: 80% d. Th.
Fp. 29°C.
IR (cm^-1): 1745 (COOCH₃); 1640 (C=C)
¹H-NMR (CDCl₃): 0,80-2,40 (m, 55 H); 3,64 (s, COOCH₃); 5,20-5,40 (m, CH=CH).
D) Hydrierung des Triacontensäuremethylesters
25 g Triacontensäuremethylester und 5 g Kupferchromit wurden im Autoklaven 2 h bei 50°C und 50 bar und anschließend 20 h bei 250°C und 250 bar hydriert. Das Reaktionsgemisch wurde in heißem Toluol aufgenommen, mit A-Kohle versetzt, heiß filtriert, abgekühlt und das 1-Triacontanol abgesaugt.
Ausbeute: 95% d. Th., Reinheit 98,5%.

Beispiel 3

A) Herstellung des Phosphoniumsalzes aus dem Alkohol in einem Verfahrensschritt
- a) mit HBr-Gas
  In 0,1 mol 1-Eicosanol wurde bei 130°C gasförmiges HBr eingeleitet. Nach 2,5 h wurden 100 ml Toluol zugegeben, mit 10%iger Na₂CO₃-Lösung neutralisiert und das Wasser azeotrop abdestilliert. Nun wurden 0,1 mol Ph₃P zugegeben und 40 h am Rückfluß gekocht. Es wurde filtriert, auf die Hälfte des Volumens eingeengt, das Phosphoniumsalz mit Ether ausgefällt und abgesaugt.
  Ausbeute: 75% d. Th.
- b) mit 48%iger wäßriger HBr
  0,1 mol 1-Eicosanol und 0,2 mol 48%iger HBr wurden 3 h am Rückfluß gekocht, anschließend mit 0,07 mol Na₂CO₃ neutralisiert, 100 ml Toluol zugegeben und das Wasser azeotrop abdestilliert. Im folgenden wurde wie unter a) verfahren.
  Ausbeute: 52% d. Th.
B) Die Herstellung des Triacontensäuremethylesters und dessen anschließende Hydrierung zum 1-Triacontanol erfolgte wie in Beispiel 1 C) und D).

Beispiel 4

A) Herstellung des Triacontensäuremethylesters aus 1-Eicosanol in einem Verfahrensschritt
In 0,1 mol 1-Eicosanol wurde bei 130°C gasförmiges HBr eingeleitet. Nach 2,5 h wurden 100 ml Toluol zugegeben, mit 10%iger Na₂CO₃-Lösung neutralisiert und das Wasser azeotrop abdestilliert. Nun wurden 0,1 mol Ph₃P zugegeben und 40 h am Rückfluß gekocht. Das Toluol wurde abdestilliert, 100 ml CH₃OC(CH₃)₃ zugesetzt und bei 5°C 0,1 mol 30%ige NaOCH₃-Lösung schnell zugetropft, 1 h bei 20°C gerührt, 5 min auf 40°C erwärmt, auf 10°C abgekühlt und bei dieser Temperatur eine äquivalente Menge ω-Formylpelargonsäuremethylester zugetropft. Nach 20 h Rühren bei 20°C wurde aufgearbeitet wie in Beispiel 1 C) beschrieben.
Ausbeute: 52% d. Th.
B) Die Hydrierung des Triacontensäuremethylesters wurde, wie in Beispiel 1 D) beschrieben, durchgeführt.

Beispiel 5

A) 1-Bromeicosan wurde, wie in Beispiel 1 A) beschrieben, synthetisiert.
B) Herstellung des Triacontensäuremethylesters aus 1-Bromeicosan in einem Verfahrensschritt
0,1 mol Ph₃P und 0,1 mol 1-Bromeicosan wurden in 100 ml CH₃CN 40 h am Rückfluß gekocht. Das CH₃CN wurde anschließend abdestilliert, 100 ml CH₃OC(CH₃)₃ zugesetzt und bei 5°C 0,1 mol 30%ige NaOCH₃-Lösung schnell zugetropft, 1 h bei 20°C gerührt, 5 min auf 40°C erwärmt, auf 10°C abgekühlt und bei dieser Temperatur eine äquivalente Menge ω-Formylpelargonsäuremethylester zugetropft. Nach 20 h Rühren bei 20°C wurde aufgearbeitet wie in Beispiel 1 C) beschrieben.
Ausbeute: 75% d. Th.
C) Die Hydrierung des Triacontensäuremethylesters erfolgte wie in Beispiel 1 D) beschrieben.

Beispiel 6

A) 1-Bromheptadecan wurde, wie in Beispiel 2 A) beschrieben, hergestellt.
B) Herstellung des Triacontensäuremethylesters aus 1-Bromheptadecan in einem Verfahrensschritt
0,1 mol Ph₃P und 0,1 mol 1-Bromheptadecan wurden in 100 ml CH₃CN 40 h am Rückfluß gekocht. Das CH₃CN wurde anschließend abdestilliert, 100 ml CH₃OC(CH₃)₃ zugesetzt und bei 5°C 0,1 mol 30%ige NaOCH₃-Lösung schnell zugetropft, 1 h bei 20°C gerührt, 5 min auf 40°C erwärmt, auf 10°C abgekühlt und bei dieser Temperatur eine äquivalente Menge ω-Formyllaurinsäuremethylester zugetropft. Nach 20 h Rühren bei 20°C wurde aufgearbeitet wie in Beispiel 2 C) beschrieben.
Ausbeute: 70% d. Th.
C) Die Hydrierung des Triacontensäuremethylesters erfolgte wie in Beispiel 2 D) beschrieben.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von 1-Triacontanol, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) niedere lineare Alkohole der allgemeinen Formel C_nH_2n+1OH mit HBr oder lineare 1-Carbonsäuren der allgemeinen Formel C_nH_2n+1COOH mit Br₂ in Gegenwart von Quecksilber-II-oxid zu linearen 1-Bromalkanen der allgemeinen Formel C_nH_2n+1Br umsetzt,
b) die erhaltenen linearen 1-Bromalkane mit Triphenylphosphin zu den entsprechenden Phosphoniumsalzen der Formel (C₆H₅)₃P⁺C_nH_2n+1Br⁻ umsetzt,
c) die erhaltenen Phosphoniumsalze in Gegenwart einer starken Base in die Ylide (C₆H₅)₃P=C_nH_2n überführt,
d) die erhaltenen Ylide mit ω-Formylestern der Formel OHC-(CH₂)_m-COOR zu linearen Encarbonsäureestern der Formel H₃C-(CH₂)_n-2-CH=CH-(CH₂)_m-COOR reagieren läßt und
e) die erhaltenen Verbindungen katalytisch unter erhöhtem Druck und bei erhöhter Temperatur zu 1-Triacontanol hydriert,

mit der Maßgabe, daß n eine ganze Zahl von 17 bis 21, m eine ganze Zahl von 7 bis 11 und n+m=28 sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die niederen linearen Alkohole in Gegenwart von Bromwasserstoff und Triphenylphosphin in einem Verfahrensschritt zu den Phosphoniumsalzen umsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die niederen linearen Alkohole in Gegenwart von Bromwasserstoff, Triphenylphosphin und ω-Formylestern in einem Verfahrensschritt zu den linearen Encarbonsäureestern umsetzt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion von den linearen 1-Bromalkanen zu den linearen Encarbonsäureestern in einem Verfahrensschritt durchführt.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Herstellung der Phosphoniumsalze vorzugsweise in Acetonitril durchführt.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß man als starke Base bevorzugt Natriummethylat oder Kalium-tert.-butylat verwendet.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung zum Ylid in Methyl-tert.-butylether durchführt.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß man die katalytische Hydrierung der Encarbonsäureester mit Kupferchromit (CuCrO₂) als Katalysator durchführt.

9. Verfahren nach Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß man die katalytische Hydrierung der Doppelbindung und der Estergruppe der Encarbonsäuren in einem Schritt bei 250°C und 250 bar durchführt.