DE602004010135T2

DE602004010135T2 - Verfahren zur Herstellung von Lactonen und deren Verwendung als Geruchsstoffe

Info

Publication number: DE602004010135T2
Application number: DE200460010135
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Markert; Volker Porrmann; Theo Ten Pierik
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2004-09-20
Filing date: 2004-09-20
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2024-09-21
Also published as: EP1652845A2; JP4786267B2; EP1652845A3; JP2006089477A; ES2295751T3; DE602004010135D1; EP1652845B1

Description

Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lactonen als Geruchsmaterialien ebenso wie Duftzusammensetzungen.
Die Herstellung von einigen Lacton-Derivaten ebenso wie deren Verwendung als Geruchsmaterial oder als Duftstoff ist bereits aus der Literatur bekannt. Obwohl einige der bekannten Lacton-Derivate gute Dufteigenschaften aufweisen, gibt es noch ein Bedürfnis für Verbindungen mit charakteristischen Duftprofilen unterschiedlicher Qualität.
In bezug auf Verfahren von verschiedenen Arten von Lactonen ist die Bayer-Villiger-Oxidation bekannt, gemäß der cyclische Ketone mit einer Peroxysäure wie CH₃COOOH reagiert werden. Die Addition des Sauerstoffes an ein solches Peroxid kann in der Gegenwart einer Lewis-Säure verbessert werden.
Die Herstellung von Lactonen, umfassend eine ungesättigte Alkylester-Gruppe, ausgehend von beispielsweise Bismalonat ist ebenfalls bekannt (siehe B. Trost et al., in J. Am. Chem. Soc. 20001, 123, 3687–3696). Diese Reaktion wird unter Verwendung von Tetrabutylammoniumfluorid in THF unter Rückfluß durchgeführt. Diese Reaktion führt zu einer Mischung von α-Lactonen, und eine weitere Dialkylierung von Lithiumiodid unter Rückflußbedingungen führt zum entsprechenden Lactonmethylester.
Ebenso bekannt ist die Claisen-Umlagerung und die anschließende Derivatisierung, unter Erhalt von Lactonen, umfassend eine ungesättigte Alkyl-Gruppe als Seitenkette.
Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Lactonen haben die folgenden Nachteile.
Zur Durchführung der Reaktion sind einige spezifische Reaktionsmittel wie Fluorwasserstoffsäure, Methylcyanid oder Kaliumhexamethyldisilazan notwendig. Demzufolge ist es notwendig, spezifische Reagentien oder Reduktionsmittel herzustellen. Obwohl die oben beschriebenen Reaktionen die gewünschten Lactone in guten Ausbeuten ergeben, ist es insbesondere nachteilig, daß diese Reaktionen nur im Labormaßstab, nicht jedoch im technischen Maßstab durchgeführt werden können. Darüber hinaus sind die für die bekannten Verfahren verwendeten Reaktionsmittel toxisch, entzündbar oder schwierig herzustellen. Häufig muß eine niedrige Temperatur wie weniger als –20°C angewandt werden.
Demzufolge gibt es ein starkes Bedürfnis für ein einfaches Verfahren zur Herstellung von Lactonen, das im großen Umfang angewandt werden kann, wobei dieses Verfahren zu einer guten Ausbeute der gewünschten Lactone führt.
Demgemäß betrifft diese Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Lactonen aus den entsprechenden Aldehyden in der Gegenwart von Reduktionsmitteln, die nicht toxisch und sicher zu handhaben sind.
Mehr spezifisch betrifft diese Patentanmeldung ein Verfahren zur Herstellung von Lactonen mit der folgenden allgemeinen Formel (I)
worin R₁ und R₂ oder R₃ und R₄ miteinander kombinieren, unter Bildung eines Cyclohexenylen-Rings, der ein oder zwei C_1-4-Alkyl-Gruppen als Substituenten haben kann, und worin die anderen beiden dieser Radikale jeweils ein Wasserstoffatom bedeuten, wobei das Verfahren die Reaktion eines Anhydrids der Formel (II):
worin die Radikale R₁ bis R₄ die gleichen Bedeutungen wie oben aufweisen, mit einem Reduktionsmittel in einem organischen Lösungsmittel umfaßt.
Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Reduktionsmittel Lithium- oder Natriumborhydrid. Als Lösungsmittel kann irgendein Lösungsmittel verwendet werden, das eine Art von Hydridkomplex mit dem Reduktionsmittel bilden kann, und insbesondere bevorzugt sind Alkohole, die einwertige oder mehrwertige Alkohole sein können. Ein besonders geeigneter Alkohol ist ein niedriger Alkohol mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen wie Methanol, Ethanol, Propanol (einschließlich n-Propanol und Isopropanol) oder Butanol (einschließlich n-Butanol, i-Butanol und t-Butanol). C_1-4-Alkylenglykole wie Ethylenglykol oder Propylenglykol sind ebenfalls geeignet. Ein besonderer Vorzug wird Methanol gegeben. Ebenso kann eine Mischung aus den Lösungsmitteln verwendet werden.
Die Reaktion kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden, aber der Temperaturbereich kann ebenfalls den Bereich von 0 bis 40°C umfassen. Bevorzugt wird die Reaktion unter atmosphärischem Druck durchgeführt, aber ein verminderter Druck kann ebenfalls verwendet werden.
Die Reaktion des Anhydrides mit dem Reduktionsmittel und dem Lösungsmittel wird für eine angemessene Reaktionszeit, die ungefähr 0,5 bis ungefähr 5 Stunden, bevorzugt 1 bis 3 Stunden unter Rühren durchgeführt wird. während der Reaktion erhöht sich die Temperatur wegen der exothermen Reaktion. Falls erforderlich kann die Reaktionsmischung durch Rühren über einem Eisbad gekühlt werden. Nach der Reaktion der Komponenten kann die Mischung über Nacht bei Raumtemperatur gerührt werden.
Nach der Reaktion wird eine Mischung aus unterschiedlichen Lactontypen erhalten, weil die Anhydride zwei Stellen enthalten, die mit dem Reduktionsmittel reagieren können. Die Lactone können dann weiter durch Extraktion und/oder Waschen ebenso wie Trocknen oder Konzentration verarbeitet werden. Weiterhin kann ein Destillationsschritt durchgeführt werden. Die letztgenannten Verfahren sind dem Fachmann gut bekannt.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung können die Lactone einfach ohne Notwendigkeit der Verwendung von gefährlichen oder toxischen Reaktionsmittel hergestellt werden.
Die durch das Verfahren dieser Anmeldung erhaltenen Lactone sind insbesondere geeignet als Duftmaterialien oder in Riechzusammensetzungen. Die Verbindungen gemäß dieser Erfindung sind Duftstoffe mit unterschiedlich ausgebildetem intensivem Geruchsprofil mit deutlich unterschiedlichen Qualitäten. Sie sind gekennzeichnet durch eine beachtliche große Geruchsintensität und Ausfließungsleistung. Der Nachgeruch (Bewertung nach 24 Stunden) der erfindungsgemäß erzeugten Lactone ist sehr intensiv.
Die mit dem Verfahren dieser Erfindung erzeugten Verbindungen können vorteilhaft als Strukturelemente für neue Duftzusammensetzungen verwendet werden. Duftzusammensetzungen umfassen beispielsweise natürliche, synthetische oder teilweise synthetisches Duftstoffe, essentielle Öle und Pflanzenextrakte. Der Prozentsatz, in dem die Verbindungen, erhalten durch das erfindungsgemäße Verfahren oder die Mischungen davon in Duftzusammensetzungen verwendet werden können, ist zwischen 1 und 50 Gew.-%, bezogen auf die Mischung insgesamt.
Zusammensetzungen dieser Art können zur Parfümierung von Kosmetikpräparaten wie Cremes, Lotionen, Toilettwassern, Aerosolen und Toilettenseifen und in der Parfümerie auf Alkoholbasis eingesetzt werden. Sie können ebenfalls zum Parfümieren von Industrieprodukten wie Reinigungsmitteln, Textilweichmacher, Textilbehandlungspräparaten ebenso wie beispielsweise Kerzen wie Stearinkerzen verwendet werden. Zum Parfümieren dieser verschiedenen Produkte werden die Zusammensetzungen in Konzentrationen von 0,05 bis 2 Gew.%, bezogen auf das Produkt insgesamt, zugegeben.
Die jeweiligen Anhydride können durch bekannte Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch die En-Reaktion von Alkenen mit Maleinsäureanhydrid oder durch die bekannte Diels-Alder-Reaktion (1,4-Addition) von Itaconsäureanhydrid mit geeigneten Dienen wie Piperylen, 2-Methyl-l,3-pentadien oder Isopren. Das resultierende Anhydrid wird dann mit dem geeigneten Reduktionsmittel in einem Lösungsmittel zur Herstellung der gewünschten Lactone reagiert.
Die folgenden Beispiele sollen diese Erfindung erläutern, ohne sie auf irgendeine Art und Weise zu beschränken.
Beispiel 1
Reaktion von Isopren mit Itaconsäureanhydrid:

Ausgangsmaterialien: 34 g (0,5 mol) Isopren, 56 g (0,6 mol) Itaconsäureanhydrid, 250 ml Cyclohexan.

Die Komponenten wurden zusammen in einen Autoklaven gegeben und bei 150°C unter 50 bar 3 Stunden in einer Stickstoffatmosphäre erwärmt. Die Analyse unter Verwendung der Gaschromatographie ergab 2,4% Reaktionsmittel, 9,3 und 86,1% Produkte.
Die Reaktionsmischung wurde konzentriert und 60 g des Ausgangsmaterials wurden in einer Kugelrohrdestille destilliert. 40 g des Destillats wurden erhalten, das weiße Kristalle erzeugte.

Analyse: Das IR-Spektrum (DAT-Technik) zeigt charakteristische Peaks bei Wellenlängen von 894, 943, 989, 1054, 1120, 1164, 1230, 1778, 1840 und 2898 cm^–1.

Das 1H-NMR-Spektrum (in CDCl₃, 400 MHz) zeigte eine Methyl-Gruppe als breites Singulett bei 1,7 ppm (3H). Die 3 CH₂-Gruppen innerhalb des 5-gliedrigen Rings zeigen 3 Signalgruppen bei 1,8 (Multiplett, 1H), 2,1 (Signalanhäufung, 4H) und 2,6 ppm (breites Dublett, 1H). Die CH₂-Gruppe des Anhydrids zeigt eine Signal-Gruppe bei 2,8 ppm (Dublett vom Dublett, 2H). Das olefinische Proton zeigt ein breites Signal bei 5,4 ppm (breites Multiplett, 1H).

Geruch: sehr schwach.

Beispiel 2
Herstellung von 8-Methyl-1-oxaspiro[4.5]dec-7-en-2-on
38 g (0,17 mol) eines Additionsproduktes von Isopren und Itaconsäureanhydrid (siehe Beispiel 1); 7,6 g (0,2 mol) Natriumborhydrid und 100 ml Isopropanol.
Das Natriumborhydrid wurde in 100 ml Isopropanol suspendiert und das Anhydridgemisch wurde in Portionen bei Raumtemperatur für 2 Stunden unter starken Rühren zugegeben. Es gab eine starke exotherme Reaktion zwischen diesen beiden Komponenten und die Temperatur der Reaktionsmischung erhöhte sich auf 33°C. Eine milchige Lösung wurde erhalten, die über Nacht bei Raumtemperatur gerührt wurde. Das Gaschromatogramm zeigte die Bildung von 2 Hauptkomponenten und 2 Nebenkomponenten.
Die Reaktionsmischung wurde in 500 ml einer Eis/Salzsäure-Mischung gegossen und mit Ether extrahiert. Die organischen Phasen wurden gewaschen, bis sie neutral wurden, getrocknet, verdampft und unter Verwendung eines Kugelrohrs destilliert.
17,2 g 8-Methyl-1-oxaspiro[4,5]dec-7-en-2-on (Mischung aus 4 Isomeren) wurden erhalten.

Analyse: Das IR-Spektrum (DAT-Technik) zeigt charakteristische Banden bei 961, 1011, 1177, 1199, 1376, 1440, 1439, 1771 (Lacton-C=O-Schwingungen) und 2915 cm^–1.

Das 1H-NMR-Spektrum (in CDCl₃, 400 MHz) zeigt eine Methyl-Gruppe als 2 breite Singuletts bei 1,6 ppm. Die CH₂-Gruppe neben dem Ringsauerstoff zeigt 2 Signalgruppen bei 4,0 (Singulett) und 4,25 ppm (Dublett vom Triplett). Die C=O-Gruppe neben dem CH₂ zeigt eine Signalgruppe bei 2,3 ppm (Dublett vom Dublett, Intensität 1,8 H). 2 Signalgruppen bei 2,0 und 2,1 ppm entsprechen den 3 CH₂-Gruppe des Cyclohexen-Rings. Das olefinische Proton zeigt 2 Signale bei 5,3 (verbreitertes Dublett, 0,8 H) und 5,4 ppm (breites Dublett, 0,2 H).

Geruchscharakteristiken: Am Anfang trocken, grün, Lacton, Heunote, nach 24 Stunden am Riechstreifen war der Geruch warm, grün, Kokosnuß.

Beispiel 3
6,8-Dimethyl-1-oxaspiro[4,5]dec-7-en-2,4-dion
41 g (0,5 mol) trans-2-Methyl-1,3-pentadien, 56 g (0,6 mol) Itanconsäureanhydrid und 200 ml Cyclohexan
Die Komponenten wurden zusammen in einen Autoklaven gegeben und bei 50 bar und unter Stickstoffatmosphäre 3 Stunden bei 150°C erwärmt. Das Gaschromatogramm zeigte 8% Edukt und zusätzlich 87% der Produkte. Das Reaktionsprodukt wurde durch ein Kugelrohr destilliert und 41 g weiße Kristalle wurden erhalten.

Analyse: Das IR-Spektrum (DAT-Technik) zeigt charakteristische Banden bei 888, 912, 936, 964, 1078, 1119, 1228, 1414, 1451, 1770, 1830 und 2967 cm^–1.

Das 1H-NMR-Spektrum (in CDCl₃), 400 MHz zeigt eine Methyl-Gruppe in der Form von 2 Dubletts bei 0,95 (1,1 H) und 1,1 ppm (1,9 H). Die Methyl-Gruppe an der Doppelbindung zeigt zwei breite Singuletts bei 1,7 ppm (3H). Die CH₂-Gruppe innerhalb des 5-gliedrigen Rings zeigt 2 Signalgruppen bei 2,8 (Singulett, 1,4 H) und 2,65 ppm (Dublett vom Dublett, 0,6 H). Die zwei CH₂-Gruppen innerhalb des Cyclohexen-Rings zeigen 6 Signalgruppen zwischen 1,9 und 2,3 ppm. Eine Signalgruppe bei 1,8 ppm entspricht dem CH innerhalb des Cyclohexen-Rings an dem die Methyl-Gruppe sitzt (2 Quadrupletts). Das olefinische Proton zeigt 2 Signale bei 5,1 (breites Singulett, 0,3 H) und 5,4 ppm (breites Singulett, 0,7 H).

Geruchscharakteristik: geruchlos

Beispiel 4
Herstellung von 6,8-Dimethyl-1-oxaspiro[4,5]dec-7-en-2-on
31,4 g (0,14 mol) 6,8-Dimethyl-1-oxaspiro[4,5]dec-7-en-2,4-dion (Beispiel 3), 6,3 g (0,16 mol) Natriumborhydrid, 180 ml Isopropanol.
Das 6,8-Dimethyl-1-oxaspiro[4,5]dec-7-en-2,4-dion wurde in 180 ml Isopropanol aufgelöst und Natriumborhydrid wurde in Portionen bei Raumtemperatur unter starkem Rühren innerhalb von 30 Minuten zugegeben. Eine exotherme Reaktion erfolgte mit den beiden Komponenten, und die Temperatur der Reaktionsmischung erhöhte sich auf 55°C. Eine milchige Lösung wurde erhalten, die über Nacht bei Raumtemperatur gerührt wurde. Das Gaschromatogramm zeigte die Bildung von 4 Hauptkomponenten und 2 Nebenkomponenten.
Die Reaktionsmischung wurde zu 200 ml der Mischung aus Eis und Salzsäure gegeben und mit Ether extrahiert. Die organischen Phasen wurden gewaschen, bis sie neutral wurden, getrocknet, verdampft und 39 g Ausgangsmaterial wurden unter Verwendung eines Kugelrohrs destilliert.

Analyse: Das IR-Spektrum (DAT-Technik) zeigt charakteristische Banden bei 987, 1031, 1151, 1171, 1451, 1771 (Lacton-C=O-Vibrationen) und 2917 cm^–1.

Das 1H-NMR-Spektrum (in CDCl₃, 400 MHz) zeigt 4 Dubletts (3H) bei 1 ppm für eine Methyl-Gruppe innerhalb des Cyclohexen-Rings und zumindest 2 breite Singuletts bei 1,6 ppm für die andere Methyl-Gruppe. Die CH₂-Gruppe neben dem Ringsauerstoffatom zeigt Signalgruppen zwischen 3,9 und 4,3 ppm (Multipletts und Dubletts). Die CH₂-Gruppe neben der C=O-Gruppe zeigt Signalgruppen zwischen 2,1 ppm (Multiplett) und 2,4 ppm (Dublett vom Dublett). 2 Signalgruppen bei 1,5 und 1,7 ppm und 2 ppm (starke Multipletts) entsprechend den 3 CH₂-Gruppen des Cyclohexen-Rings. Das olefinische Proton zeigt 4 Signale zwischen 5,1 und 5,4 ppm (breite Singuletts, 1H).
Geruchscharakteristiken: Am Anfang süßlicher und fruchtiger Geruch, Cumarin-Note, nach 24 Stunden auf einem Riechstreifen war der Geruch warm, Heunote.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Lactonen mit der Formel (I):
worin R₁ und R₂ oder R₃ und R₄ miteinander kombinieren, unter Bildung eines Cyclohexenylenrings, der ein oder zwei C_1-4-Alkylgruppen als Substituenten haben kann, und worin die anderen beiden dieser Radikale jeweils ein Wasserstoffatom bedeuten, wobei das Verfahren die Reaktion eines Anhydrids der Formel (II):
worin die Radikale R₁, R₂, R₃ und R₄ die gleichen Bedeutungen wie oben aufweisen, mit einem Reduktionsmittel in einem organischen Lösungsmittel umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Reduktionsmittel Lithium- oder Natriumborhydrid ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin das Lösungsmittel ein einwertiger oder mehrwertiger Alkohol ist.
Verfahren nach Anspruch 3, worin der Alkohol ein C_1-6-Alkohol oder C_1-4-Alkylenglycol ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Reaktion bei einer Temperatur zwischen 0 und 40°C, bevorzugt bei Raumtemperatur, durchgeführt wird.
Verwendung der Lactone, erhältlich durch das Verfahren wie in einem der Ansprüche bis 5 definiert, als Duftmaterialien.
Verwendung nach Anspruch 6, zur Parfümierung von Kosmetikpräparaten und technischen Produkten oder in der Parfümerie auf Alkoholbasis.
Duftzusammensetzungen, gekennzeichnet durch einen Gehalt eines Lactonderivats, erzeugt entsprechend dem Verfahren wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert, oder eine Mischung dieser in einer Menge von 1 bis 50 Gew.%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung.