DE3619136C2

DE3619136C2 -

Info

Publication number: DE3619136C2
Application number: DE19863619136
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. 2056 Glinde De Reith; Karl-Heinz Dr. 4234 Alpen De Gluzek
Original assignee: Deutsche Texaco AG
Current assignee: Sasol Germany GmbH
Priority date: 1986-06-06
Filing date: 1986-06-06
Publication date: 1989-03-02
Also published as: DE3619136A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von gegebenenfalls substituierten 6,8-Dioxabicyclo[3.2.1]octanen durch Reduktion von in 2-Stellung acylierten 2,3-Dihydro-4H-pyran-Derivaten gemäß der Gleichung

worin R¹ bis R⁶ Wasserstoff oder Alkyl-Gruppen mit 1 bis 8, vorzugsweise mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, darstellen.

Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von 6,8-Dioxabicyclo[3.2.1]octanen bekannt; siehe B. P. Mundy et al., Heterocycles 6, 51-76 (1977). Ein Herstellungsverfahren geht aus von 2-Aryl-2,3-dihydro-4H-pyranen, die durch Grignardreagentien, Organolithiumverbindungen oder Reduktionen mit komplexen Hydriden in sekundäre Alkohole überführt werden, wobei in einigen Fällen Ringschluß zum cyclischen Acetal auftritt. Üblicherweise wird nach der Reduktion die Cyclisierung durchgeführt. Es ist beispielsweise bekannt, 2-Aryl-2,3-dihydro-4H-pyrane mit Lithiumaluminiumhydrid zum 2-Hydroxyethyl-2,3-dihydro-4H-pyran-Derivat zu reduzieren und dieses mittels p-Toluolsulfonsäure zum 6,8-Dioxabicyclo[3.2.1]octan-System zu cyclisieren, siehe J. Cologne et al., Bull. Soc. Chim. Fr. 1969 (3), 956-962; Gesamtausgabe: 61%.

Es ist außerdem bekannt, die Reduktion mit Kaliumborhydrid und die Cyclisierung durch Kochen mit Quecksilberacetat vorzunehmen, siehe P. Chaquin et al., Recl. Trav. Chim. Pays. Bas 98, 346-352; Gesamtausbeute: 80%.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß die Reduktionsmittel teuer und die Ausbeuten nicht optimal sind. Darüberhinaus steht einer technischen Durchführung des zuletzt genannten bekannten Verfahrens die Verwendung des toxischen Quecksilberacetats entgegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach zu handhabendes Verfahren bereitzustellen, das hohe Ausbeuten liefert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man das 2,3-Dihydro-4H-pyran-Derivat mit sekundärem Alkohol mit 3 bis 5 Kohlenstoffatomen in Gegenwart von Aluminiumalkoholat, dessen Alkoholkomponente ein Alkohol mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist, in einer Konzentration von 1 bis 10 Mol%, bezogen auf das eingesetzte 2,3-Dihydro-4H-pyran-Derivat, reduziert und das Reaktionsgemisch entweder alkalisch hydrolysiert und im Vakuum destilliert oder direkt im Vakuum destillativ aufarbeitet.

Die Reduktion mit Isopropylalkohol wird in Gegenwart geringer Mengen Aluminiumalkoholat wie insbesondere Aluminium-tri-isopropylat oder Aluminium-tri-sec-butylat durchgeführt. Es ist ausreichend, den als Reduktionsmittel benutzten Isopropylalkohol in drei- bis viermolarem Überschuß zu verwenden.

Zur alkalischen Hydrolyse können beliebige, alkalisch wirkende Reagenzien verwendet werden. Bevorzugt wird Natronlauge eingesetzt, insbesondere in einer Konzentration von 20 bis 50%.

Als Katalysator sind Alkoholatmengen von weniger als 10 Mol% ausreichend. Bevorzugt werden Alkoholate sekundärer Alkolole mit 3 bis 5 Kohlenstoffatomen verwendet. Insbesondere werden Aluminium-tri-isopropylat als auch Aluminium-tri-sec-butylat verwendet.

Für die Aufarbeitung des abdestillierten Alkohol/Keton-Gemisches ist es jedoch sehr vorteilhaft, Aluminium-tri-isopropylat zu verwenden, da hierbei als Überkopfprodukt ein Gemisch aus Isopropylalkohol/Aceton anfällt, das destillativ aufgearbeitet werden kann.

Aus Houben/Weyl, Band 6/4, S. 366 und 368, ist bekannt, daß sich Tetrahydropyrane mit Acetalstruktur aus 2,3-Dihydro-4H-pyranen nur in Gegenwart saurer Katalysatoren bilden. Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß die Hydrolyse des Aluminiumalkoholats unter Ausbildung des 6,8-Dioxabicyclo[3.2.1]octan-Systems auch mit Laugen gelingt. Darüberhinaus war es überraschend, daß auf die Hydrolyse verzichtet werden kann. Wird das Reduktionsgemisch der bevorzugten Ausführungsform direkt der Destillation unterworfen, so werden in guten Ausbeuten gegebenenfalls substituierte 6,8-Dioxabicyclo[3.2.1]octane erhalten. Das neue Verfahren ist besonders vorteilhaft, weil bei technischen Ansätzen in Stahl- bzw. Edelstahlapparaturen gearbeitet werden kann, ohne daß Korrosionsprobleme auftreten, und eine Waschung entfällt.

Zur Abtrennung des Aluminiums kann eine alkalische Hydrolyse zwischen 20 und 110°C, vorzugsweise bei 80°C, durchgeführt werden. Das unter intensivem Rühren intermediär ausgefällte Aluminiumhydroxidgel wird jedoch bald als Aluminat gelöst und mit der Wasserphase ausgeschleust.

Je nach Art der Substituenten treten die 6,8-Dioxabicyclo[3.2.1]octan-Verbindungen als Gemische stereoisomerer Formen auf. Die destillative Trennung der Isomeren ist jedoch nicht möglich und im Hinblick auf den Einsatz derartiger Verbindungen z. B. als Riechstoffe auch nicht nötig. Die isomeren Formen können jedoch mit Hilfe kapillarchromatographischer Standard-Analysen nachgewiesen werden.

Als Ausgangsverbindungen zur Herstellung von 6,8-Dioxabicyclo[3.2.1]octan-Derivaten kommen alle Verbindungen in Betracht, die durch Diels-Alder-Reaktion von zwei gleichen oder verschiedenen α,β-Carbonylverbindungen gebildet werden:

Besondere Bedeutung als Ausgangsstoffe kommt jedoch den 2-Acyl-2,3-dihydro-4H-pyranen zu, die durch Homodimerisierung entstanden sind und bei denen R¹ = R⁶, R² = R⁵ und R³ = R⁴. Die Reduktion verläuft mit hoher Selektivität. In der Praxis können 90 bis 95% der theoretischen Menge an 6,8-Dioxabicyclo[3.2.1]octan gewonnen werden. Die Verbindungen sind durch einen angenehmen Geruch gekennzeichnet. Das 5,7-Dimethyl- und 1,4,5,7-Tetramethyl-6,8-dioxabicyclo[3.2.1]octan weisen einen an Minze erinnernden Geruch auf.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

In einem 2 l Destillationskolben mit Kolonne und Destillationsaufsatz sowie Innenthermometer wurden 756 g 2-Acetyl-2,5,6-trimethyl-2,3-dihydro-4H-pyran, 1000 g Propanol-2 und 78 g Aluminium-tri-sec-butylat unter Feuchtigkeitsausschuß zum Sieden erhitzt. Sobald am Kolonnenkopf eine Temperatur von 75°C erreicht war, wurde mit der Abnahme des Keton/Alkohol-Gemisches begonnen. Die Abnahmegeschwindigkeit wurde so eingestellt, daß am Kolonnenkopf eine Temperatur von 79 bis 80°C nicht überschritten wurde. Nach dem Abdestillieren von etwa 1000 g Kopfprodukt wurde der Blasenrückstand bei 80°C mit 127 g 30%iger Natronlauge hydrolysiert. Nach Schichtentrennung und Vakuumdestillation der organischen Phase wurden 695 g Hauptlauf mit einem Siedepunkt von 63 bis 64°C/17 mbar gewonnen. Gaschromatographisch ließen sich 97,5 Flächenprozent 1,4,5,7-Tetramethyl-6,8-dioxabicyclo[3.2.1]octan nachweisen, entsprechend einer Ausbeute von 89% der Theorie.

Das Produkt besitzt einen minzigen Geruch.

Beispiel 2

1135 g 2-Acetyl-2,5,6-trimethyl-2,3-dihydro-4H-pyran und 1470 g Propanol-2 wurden gemischt. Die Hälfte dieser Lösung und 48 g Aluminium-tri-isopropylat wurden in der Blase der im Beispiel 1 beschriebenen Apparatur, die zusätzlich mit einem Tropftrichter ausgerüstet war, vorgelegt und zum Sieden erhitzt. In dem Maße wie Kopfprodukt abgenommen wurde, wurde die zweite Hälfte der Einsatzmischung zugetropft.

Nach einer Laufzeit von 8,5 Stunden waren 1430 g Destillat angefallen, und die Kopftemperatur war auf 82°C gestiegen. Der in der Blase verbliebene Rückstand wurde nach Abkühlen auf 80°C unter kräftigem Rühren mit 80 g 30%iger Natronlauge hydrolysiert. Nach der Schichtentrennung wurde die organische Phase im Vakuum destilliert. Man erhielt 1062 g Hauptlauf, der bei 63 bis 64°C/17 mbar siedete und gaschromatographisch einen Reinheitsgrad von 97,2 Flächenprozent aufwies. Dies entspricht einer Ausbeute von 90% der Theorie.

Beispiel 3

Es wurde gemäß Beispiel 2 verfahren, jedoch mit dem Unterschied, daß 24 g Aluminium-tri-isopropylat mit der Hälfte der Einsatzlösung vorgelegt wurde. Nach Abnahme von 1448 g Destillat sank die Kopftemperatur. Der Blaseninhalt wurde nach Abkühlen auf etwa 80°C direkt einer Vakuumdestillation unterworfen, bei der 1066 g Hauptlauf mit einem Siedepunkt von 77°C/27 mbar gewonnen wurden. Gaschromatographisch wurden 98,8 Flächenprozent 1,4,5,7-Tetramethyl-6,8-dioxabicyclo[3.2.1]octan nachgewiesen.

Dies entspricht einer Ausbeute von 92% der Theorie.

Beispiel 4

In einem 250 ml fassenden Destillationskolben, der wie im Beispiel 2 beschrieben ausgerüstet war, wurden 35 g 2-Acetyl-6-methyl-2,3-dihydro-4H-pyran, 1 g Aluminium-tri-isopropylat und 60 g Propanol-2 vorgelegt. Nach einer Laufzeit von vier Stunden waren etwa 240 g Destillat angefallen. Das Reaktionsgemisch wurde einer Vakuumdestillation unterworfen. Als Hauptlauf wurden 19 g 5,7-Dimethyl-6,8-Dioxabicyclo[3.2.1]octan mit einer gaschromatographisch bestimmten Reinheit von 95,2 Flächenprozent, entsprechend einer 54%igen Ausbeute, erhalten. Das nach Minze riechende Produkt siedet bei 50 bis 51°C/20 mbar.

Beispiel 5

In einem 1 l fassenden Destillationskolben wurden 208 g 2-Propionyl-2,5-dimethyl-6-ethyl-2,3-dihydro-4H-pyran mit einer gaschromatographisch bestimmten Reinheit von 87 Flächenprozent, 19 g Aluminium-tri-isopropylat und 220 g Propanol-2 vorgelegt. Die Durchführung erfolgte gemäß Beispiel 1.

Nach Abnahme von 210 g Destillat wurde der Blasenrückstand bei 80°C mit 32 g 30%iger Natronlauge hydrolysiert. Nach der Schichtentrennung wurde die organische Phase im Vakuum destilliert. Bei einem Siedepunkt von 66 bis 69°C/4,7 mbar wurden 150 g Hauptlauf erhalten. Gaschromatographisch ließen sich mehr als 99 Flächenprozent 1,4-Dimethyl-5,7-diethyl-6,8-dioxabicyclo[3.2.1]octan nachweisen, was einer Ausbeute von 81% der Theorie entspricht.

Das Produkt besitzt einen angenehmen Geruch.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von gegebenenfalls substituierten 6,8-Dioxabicyclo-[3.2.1]-octanen der allgemeinen Formel worin R¹ bis R⁶ Wasserstoff oder Alkyl-Gruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeuten, durch Reduktion von 2,3- Dihydro-4H-pyran-Derivaten der allgemeinen Formel worin R¹ und R⁶ die angegebenen Bedeutungen besitzen, und Ringschluß, dadurch gekennzeichnet, daß man das 2,3-Dihydro-4H-pyran-Derivat mit sekundärem Alkohol mit 3 bis 5 Kohlenstoffatomen in Gegenwart von Aluminiumalkoholat, dessen Alkoholkomponente ein Alkohol mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist, in einer Konzentration von 1 bis 10 Mol%, bezogen auf das eingesetzte 2,3-Dihydro-4H-pyran-Derivat, reduziert und das Reaktionsgemisch entweder alkalisch hydrolysiert und im Vakuum destilliert oder direkt im Vakuum destillativ aufarbeitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Aluminiumalkoholat in einer Konzentration von 1 bis 4 Mol%, bezogen auf das eingesetzte 2,3-Dihydro-4H-pyran-Derivat, eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der sekundäre Alkohol in bis zu zehnmolarem Überschuß, insbesondere in drei- bis viermolarem Überschuß, bezogen auf das eingesetzte 2,3-Dihydro-4H-pyran-Derivat, eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als sekundärer Alkohol Isopropylalkohol und als Aluminiumalkoholat Aluminiumisopropylat eingesetzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Reaktionsgemisch mit Natronlauge hydrolysiert und sodann im Vakuum destilliert.