DE681961C

DE681961C - Process for the production of high-membered lactones with more than 10 carbon atoms in the lactone ring

Info

Publication number: DE681961C
Application number: DES113945D
Authority: DE
Original assignee: Firmenich SA
Current assignee: Firmenich SA
Priority date: 1933-07-17
Filing date: 1934-05-12
Publication date: 1939-10-05

Description

Verfahren zur Herstellung von hochgliedrigen Lactonen mit mehr aas 10 Kohlenstoffatomen im Lactonring Es ist bekannt, daß man durch geeignete Oxydation von hochgliedrigen carbocyclischen Ketonen zu hochgliedrigen Lactonen kommen kann. Es ist- ferner bekannt, daß man hochgliedrige Lactone erhält, wenn man die co-Halogenfettsäuren mit Metalloxyden oder die Salze der co-Halogenfettsäuren in indifferenten Lösungsmitteln erhitzt (Patentschrift 449 2I7, R1.. 12 0). Wie aus den Beisp@.elen!dieser Patentschrift hervorgeht, handelt es sich dabei stetsumLactonisierungen inheterogener Phase, also mit ungelösten Salzen, wie z. B. Kupfer- und Silbersalze. Die Ausheuten an Lacton sind daher sehr gering und übersteigen im besten Fall nicht 4°/o der Theorie.Process for the production of high-link lactones with more aas 10 carbon atoms in the lactone ring It is known that by suitable oxidation from high-membered carbocyclic ketones to high-membered lactones. It is also known that high-linked lactones are obtained if the co-halogenated fatty acids are used with metal oxides or the salts of the co-halogen fatty acids in inert solvents heated (patent specification 449 2I7, R1 .. 12 0). As from the examples of this patent specification is evident, it is always a lactonization in a heterogeneous phase, so with undissolved salts, such as B. Copper and silver salts. The days of lactone are therefore very small and in the best case do not exceed 4% of theory.

Demgegenüber wurde gefunden, daß man die hochgliedrigen Lactone auch ohne von den schwerzugänglichen hochgliedrigen carbocyclischen Ketonen auszugehen, mit Ausbeuten von 3o bis 9o % der Theorie erhält, wenn man die Lactonisierung (innere Veresterung) der entsprechenden Oxysäuren oder ihrer funktionellen Derivate in homogener Lösung in organischen Lösungsmitteln in Gegenwart reaktionsfördernder Stoffe, wie Thionylchlorid oder aromatische Sulfonsäuren, gegebenenfalls unter Zusatz tertiärer Basen, wie Di-Znethylanilin, oder in der Dampfphase ausführt. Für die Erreichung hoher Lactonausbeuten ist es dabei zweckmäßig, in Verdünnung zu arbeiten, damit die sich abspielenden Reaktionen in monomolekularer Form vor sich gehen können. Es ist bekannt, daß der Eintritt solcher intramolekularer Reaktionen durch Verdünnung begünstigt wird.In contrast, it has been found that the high-link lactones can also be used without starting from the difficult-to-access, high-membered carbocyclic ketones, with yields of 3o to 9o% of theory if the lactonization (inner Esterification) of the corresponding oxyacids or their functional derivatives in homogeneous Solution in organic solvents in the presence of reactive substances such as Thionyl chloride or aromatic sulfonic acids, optionally with the addition of tertiary acids Bases, such as dimethylaniline, or in the vapor phase. For the achievement high lactone yields, it is advisable to work in dilution with it the reactions taking place can take place in monomolecular form. It is known that such intramolecular reactions occur through dilution is favored.

Unter diesen neuen Bedingungen führen entgegen den Angaben in der Patentschrift 449,217 auch die Lactonisierungen der freien co-Oxycarbonsäuren zum Ziel. An Stelle der freien Oxycarbonsäuren können natürlich entsprechend den für die Lactonisierung gewählten Veresterungsreaktionen auch deren Derivate verwendet werden, wie z. B. deren Salze, Ester, co-Halogensäuren, Säurechloride usw.Under these new conditions, contrary to the information in the Patent 449,217 also the lactonizations of the free co-oxycarboxylic acids for Target. Instead of the free oxycarboxylic acids, of course, according to the for the esterification reactions chosen for lactonization also use their derivatives become, such as B. their salts, esters, co-halogen acids, acid chlorides, etc.

Für die Lactonisierung der co-Oxycarbonsäuren kommen prinzipiell alle diejenigen Veresterungsmethoden in Betracht, welche ein Arbeiten in verdünnter homogener Lösung oder in, Dampfform erlauben. Als besonders günstig erwies sich die Veresterung mit Hilfe eines Lösungsmittels, welches mit dem durch wasserabspaltende Katalysatoren oder höhere Temperaturen gebildeten Wasser ein :azeotropes Gemisch bildet und beim Abdestillieren dessen kontinuierliche Entfernung aus der Reaktionslösung ermöglicht.In principle, all of them are used for the lactonization of the co-oxycarboxylic acids those esterification methods into consideration, which work in dilute homogeneous Allow solution or in, vapor form. The esterification proved to be particularly favorable with the help of a solvent, which with the by dehydrating catalysts or higher Temperatures formed water: azeotropic mixture forms and its continuous removal from the reaction solution when it is distilled off enables.

Als wasserabspaltende Katalysatoren kommen hauptsächlich solche in Betracht, die in den verwendeten Lösungsmitteln wenigstens spurenweise löslich sind. Als besonders günstig erwiesen sich die Schwefelsäure und aromatische Sulfosäurenbzw..deren Säurechloride.The main dehydrating catalysts are those Consider at least trace amounts of soluble in the solvents used. Sulfuric acid and aromatic sulfonic acids or theirs proved to be particularly favorable Acid chlorides.

Die vorliegende Lactonisierungsmethode beschränkt sich auf diejenigen Oxycarbonsäuren, welche zwischen ihren funktionellen Gruppen eine Kette von io oder mehr Kohlenstoffatomen besitzen. Dabei ist es gleichgültig, ob die Kette verzweigt ist oder normal, ob, sie gesättigt ist oder ungesättigt, oder ob sie nochandere Gruppen @substituiertmithält.The present lactonization method is limited to those Oxycarboxylic acids which have a chain of io or have more carbon atoms. It does not matter whether the chain branches is or normal, whether it is saturated or unsaturated, or whether it is still others Groups @ substituted with holds.

Arbeitet man in der Dampfphase in Gegenwart veresternd wirkender Katalysatoren, so können nur solche Derivate der co-Oxyaäuren verwendet werden, welche bei etwa Zoo' eine gewisse Beständigkeit aufweisen, wie z. B. die F.ormiate oder die Carbonate der Oxycarbonsäuren. Damit die Verdampfung bei möglichst tiefer Temperatur vor sich geht, arbeitet man in .einem möglichst guten Vakuum. Dabei ist es zweckmäßig, die Dämpfe mit anderen inerten Gasen oder Dämpfen zu verdünnen.If you work in the vapor phase in the presence of esterifying catalysts, so only those derivatives of the co-oxyacids can be used, which at about Zoo 'have a certain persistence, such as B. the F.ormiate or the carbonates of the oxycarboxylic acids. So that the evaporation occurs at the lowest possible temperature one works in the best possible vacuum. It is useful to use the Dilute vapors with other inert gases or vapors.

Durch die vorliegende Erfindung wird die direkte Herstellung der hochgliedrigen Lactone aus den entsprechendeiz Oxysäuren in technisch sehr einfacher Weise und mit ausgezeichneten Ausbeuten ermöglicht. Sie bildet daher in bezug auf die früher bekannten Methoden, die entweder den Umweg über die Oxydation der schwer zugänglichen hochgliedrigen Ketone nehmen mußten oder aber im Falle der direkten Lactonisierung der co-Oxycarbonsäuren sehr kleineAusbeuten lieferten, einen wichtigen Fortschritt. Außerdem erlaubt die neue Lactonisierungsmethode im Gegen satze .zu der vorstehend angegebenen Oxydationsmethode auch die Herstellung von substituierten sowie von ungesättigten Lactonen.The present invention enables the direct production of the high-link Lactones from the corresponding oxy acids in a technically very simple manner and made possible with excellent yields. It therefore forms in relation to the earlier well-known methods that either take the detour via the oxidation of the inaccessible had to take high-membered ketones or in the case of direct lactonization of the co-oxycarboxylic acids provided very low yields, an important advance. In addition, the new lactonization method, in contrast to the above indicated oxidation method also the production of substituted as well as of unsaturated lactones.

Die nach diesem Verfahren hergestellten Lactone sollen in der Riechstoffindustrie Verwendung finden.The lactones produced by this process are said to be used in the fragrance industry Find use.

Beispiel i Eine i gfoo.ige Lösung einer co-Oxycarbonsäure, z. B. i4-Oxytetradekan-i-carbonsäure in Petroläther oder in einem aromatischen Kohlenwasserstoff, wird durch Sieden von geringen Wassermengen befreit. Hierauf wird eine Lösung von Thionylchloxid in absolutem Benzol oder einem anderen Kohlenwasserstoff zugegeben. Und zwar verwendet man ungefähr die theoretisch notwendige Menge oder einen leichten Überschuß. An Hand des abgespaltenen Chlorwasserstoffs kann die Real tion verfolgt werden. Wenn ungefähr 6o bis 70"/, des theoretisch zu erwartenden Chlorwasserstoffs abgespalten sind, wird der Versach abgebrochen. Die Lösung wird eingedampft, mit Carbonat von unverbrauchten Säuren und von Säurechlorid befreit und mit Wasser gewaschen. Das resultierende öl wird in Pentan oder leichtem Petroläther gelöst und so von Harzen befreit und schließlich im Hochvakuum destilliert. Das Lacton der 14-Oxytetradekan-i-carbonsäure geht dabei unter 0,35 mm Druck bei 125 bis 13o° als ein farbloses 01 über, welches bei gewöhnlicher Temperatur campherartig erstarrt. Die Ausbeute an Lacton der i4-Oxytetradekan-i-carbonsäure beträgt mindestens 50 °/o.Example i An i gfoo.ige solution of a co-oxycarboxylic acid, e.g. B. i4-Oxytetradecane-i-carboxylic acid in petroleum ether or in an aromatic hydrocarbon is freed from small amounts of water by boiling. A solution of thionyl chloride in absolute benzene or another hydrocarbon is then added. You use approximately the theoretically necessary amount or a slight excess. The realization can be followed on the basis of the split off hydrogen chloride. When about 60 to 70 "/, of the theoretically expected hydrogen chloride have been split off, the test is stopped. The solution is evaporated, freed from unused acids and acid chloride with carbonate and washed with water. The resulting oil is dissolved in pentane or light petroleum ether and so freed from resins and finally distilled under high vacuum. the lactone of the 14-Oxytetradekan-i-carboxylic acid is while under 0.35 mm pressure at 125 to 13o ° as a colorless 01 on which camphor solidified at ordinary temperature. the yield of Lactone of the 14-oxytetradecane-i-carboxylic acid is at least 50%.

Die Reaktion kann aber auch so geleitet werden, daß man die Oxysäure zu einer verdünnten Lösung von Thionylchlorid gibt. in diesem Falle spielt jedoch die Geschwindigkeit, mit der man die Oxysäure zugibt, eine wichtige Rolle. Sie muß an Hand der Chlarwasserstoffentwicklung so geregelt werden, daß die Konzentration der Oxycarbonsäure bzw. ihres Chlorids nie größer als 10/", wird. Diese Arbeitsweise kommt hauptsächlich dann in Betracht, wenn man größere Mengen Oxycarbonsäuren in kleineren Mengen Lösungsmittel umsetzen will. An Stelle von Thionylchlorid können natürlich auch andere analog wirkende Substanzen, wie z. B. Phosphoroxychlorid usw., verwendet werden. Beispiel a Man läßt eine verdünnte benzolische Lösung von i5-Oxypentadelcan-i-carbonsäure zu einer verdünnten, etwas mehr als äquimolekularen Lösung von Thionylchlorid in Benzol zulaufen und führt dieses Gemisch dem heißen Rückfluß einer i°%igen benzolischen Lösung von Dimethylanilin zu. Die Zulaufgeschwindigkeit muß .auch hier so geregelt werden, daß die Oxysäurekonzentration i°joo nicht überschreitet. Im übrigen können die Bedingungen weitgehend variiert werden, und zwar sowohl in bezug auf die Reaktionstemperatur, Lösungsmittel als auch .auf die Art der Base. Zur Aufarbeitung wird die Reaküouslös#mg mit verdünnter Salzsäure gewaschen und hierauf, wie im Beispiel i angegeben, aufgearbeitet. Die Ausbeute an Lacton beträgt mindestens 5o°/, der angewandten 0-xycarbonsäure. Das entstehende Lacton der 15-Oxypentadekan-i-carbonsäure siedet unter 15 mm Druck bei 185 bis 19o°.The reaction can also be conducted so that the oxyacid to a dilute solution of thionyl chloride. in this case, however, plays the rate at which the oxyacid is added plays an important role. She must can be regulated on the basis of the evolution of hydrogen chloride so that the concentration of the oxycarboxylic acid or its chloride is never greater than 10 / ". This procedure comes mainly into consideration when you have larger amounts of oxycarboxylic acids in wants to implement smaller amounts of solvent. Instead of thionyl chloride you can of course, other substances with an analogous effect, such as. B. phosphorus oxychloride, etc., be used. Example a A dilute benzene solution of 15-oxypentadelcan-i-carboxylic acid is left to a dilute, slightly more than equimolecular solution of thionyl chloride in Run in benzene and this mixture leads to the hot reflux of a 1% strength benzene Solution of dimethylaniline too. The feed rate must also be regulated in this way here be that the oxyacid concentration does not exceed i ° joo. By the way, you can the conditions can be varied widely, both with regard to the reaction temperature, Solvent as well as the type of base. For work-up, the reacüouslös # mg Washed with dilute hydrochloric acid and then, as indicated in Example i, worked up. The lactone yield is at least 50% of the oxycarboxylic acid used. The resulting lactone of 15-oxypentadecane-i-carboxylic acid boils under 15 mm pressure at 185 to 19o °.

Beispiel 3' Eine i°fooige Lösung bzw. Suspension von konzentrierter Schwefelsäure.in Benzol wird so lange erhitzt, bis kein Wasser mehr abgeschieden wird. Zum Rückfluß dieser Lösung wird hierauf sehr langsam .innerhalb mehrerer Tage eine verdünnte Lösung einer Oxycarbons.äure, z. B. der 1 q.-Oxytetradekani-ca.rbons,äure, in Benzol gegeben. Die Zulaufgeschwindigkeit soll so geregelt werden, daß die Konzentration der Oxycarbonsäure nicht viel mehr als o,ooi molar wird. Bessere Ausbeuten erhält man, wenn die Konzentration stark unter o,ooi molar gehalten wird. An Hand des abdestillierenden Wassers kann die fortschreitende totale Veresterung (Lactonisation und lineare Veresterung) bequem verfolgt werden (nicht aber der Anteil der Veresterung, welcher zur Bildung des Lactons führt). Die Aufarbeitung geschieht, wie im Beispiel i angegeben. Die Ausbeute an Lacton der 14-Oxytetradekan-i-carbonsäure beträgt mindestens 70'1,.Example 3 'An i ° fooige solution or suspension of concentrated Sulfuric acid. In benzene will heated until there is no more water is deposited. This solution is then very slowly refluxed within several days a dilute solution of an oxycarboxylic acid, e.g. B. the 1 q.-oxytetradecane carbons, acid, given in benzene. The feed rate should be regulated so that the concentration the oxycarboxylic acid is not much more than o, ooi molar. Get better yields if the concentration is kept well below o, ooi molar. On the basis of the distilling Water can cause the progressive total esterification (lactonization and linear esterification) can be easily tracked (but not the portion of the esterification which leads to the formation of the lactone). The work-up takes place as indicated in Example i. the Yield of lactone of 14-oxytetradecane-i-carboxylic acid is at least 70'1.

Beispiel 4 15-Oxypentadekan-i-carbonsäure wird allmählich, z. B. mit einer Geschwindigkeit von 2 g j e 24 Stunden, zum Rückfluß einer siedenden Lösung von 2 g trockener Benzolsulfonsäure oder Toluolsulfonsäure in 121 Benzol gegeben und das dabei sich bildende Wasser mit Benzol abdestilliert. Die Reaktionslösung wird mit Wasser gut gewaschen und in leichtem Vakuum eingedampft. Der Rückstand wird in Pentan gelöst und so von Spuren Harzen und unveränderter Säure befreit. Das Filtrat wird von Pentan befreit und im Hochvakuum rektifiziert.Example 4 15-Oxypentadecane-i-carboxylic acid is gradually, e.g. B. with a rate of 2 g every 24 hours, to the reflux of a boiling solution of 2 g of dry benzenesulfonic acid or toluenesulfonic acid in 121 benzene and the water that forms is distilled off with benzene. The reaction solution is washed well with water and evaporated in a slight vacuum. The residue is dissolved in pentane and freed from traces of resins and unchanged acid. The filtrate is freed from pentane and rectified in a high vacuum.

Man erhält das reine Lacton in einer Ausbeute von go %. Die Reaktionsbedingungen können in ziemlich weiten Grenzen verändert werden, ohne daß die Ausbeuten stark darunter zu leiden hätten. Wird z. B. die Eintragungszeit der Oxycarbonsäure bei gleichbleibender Katalysatorkonzentration auf 11o der ursprünglichen verkürzt, so beträgt die Ausbeute an Lacton immer noch 70 0/-. An Stelle von Benzol können andere Kohlenwasserstoffe verwendet werden. Auch die Menge und die Art des Katalysators kann variiert werden. Ferner kann die Temperatur mit Hilfe von höher siedenden Lösungsmitteln oder durch Arbeiten unter Druck erhöht werden.The pure lactone is obtained in a yield of about%. The reaction conditions can be changed within fairly wide limits without affecting the yields greatly would have to suffer from it. Is z. B. the entry time of the oxycarboxylic acid constant catalyst concentration reduced to 11o of the original, see above the lactone yield is still 70%. Instead of benzene, others can Hydrocarbons are used. Also the amount and type of catalyst can be varied. Furthermore, the temperature can be adjusted with the aid of higher-boiling solvents or increased by working under pressure.

Für alle Reaktionskombinationen ist es dagegen wesentlich, daß die unter den jeweiligen Bedingungen in bezug auf die Ausbeute zulässige Höchstkonzentration nicht überschritten wird.For all reaction combinations, however, it is essential that the maximum concentration permissible under the respective conditions with regard to the yield is not exceeded.

Beispiel 5 Der Ameisensäureester der i4-Oxytetradelcan-i-carbonsäure, erhalten durch Veresterung der entsprechenden Oxysäure mit 501, Salzsäure enthaltender Ameisensäure, wird im Väkuum sehr langsam über einen auf Zoo bis 3o6° erhitzten Ti 02 Katalysator geleitet. Das in der gekühlten Vorlage aufgefangene Destillat wird durch Waschen mit Södalösung von beigemengter Säure befreit und durch Destillation im Vakuum gereinigt. Die Ausbeute an Lacton der i4-Oxytetradekan-i-carbonsäure beträgt 30% der Theorie.Example 5 The formic acid ester of 14-oxytetradelcan-i-carboxylic acid, obtained by esterification of the corresponding oxy acid with 501 formic acid containing hydrochloric acid, is passed very slowly in vacuo over a Ti 2 O catalyst heated to 306 °. The distillate collected in the cooled receiver is freed from added acid by washing with sodium carbonate solution and purified by distillation in vacuo. The yield of 14-oxytetradecane-i-carboxylic acid lactone is 30% of theory.

Beispiel 6 Hexadecen-(7)-ol(16)-säure(i) wird unter den in Beispiel ¢ beschriebenen Bedingungen lactonisiert. Das in fast quantitativer Ausbeute entstehende Lacton (Ambrettolid) siedet unter 1 5 mm Druck bei 186 bis igo°; D24° = 0,g58.Example 6 Hexadecen- (7) -ol (16) -ic acid (i) is under the in Example ¢ conditions described lactonized. The resulting in almost quantitative yield Lactone (ambrettolide) boils under 15 mm pressure at 186 to igo °; D24 ° = 0, g58.

Beispiel 7 co-Oxyundekansäure wird unter den in Beispiel i gegebenen Bedingungen lactonisiert. Man erhält das co-Undekalacton als farbloses, dumpfriechendes Öl in mindestens iooloiger Ausbeute. Es siedet unter 0,3 mm Druck bei 73 bis 74° ünd liefert beim Verseifen die bei 7o° schmelzende co-Oxyundekansäure.Example 7 co-oxyundecanoic acid is lactonized under the conditions given in example i. The co-undecalactone is obtained as a colorless, dull-smelling oil in at least iooloiger yield. It boils under 0.3 mm pressure at 73 to 74 ° and when saponified produces the co-oxyundecanoic acid which melts at 70 °.

Beispiel 8 15 - Oxy-2-methylpentadekan-i-carbonsäure wird, wie im Beispie14 angegeben, in fast quantitativer Ausbeute in ihr Lacton verwandelt. Dasselbe siedet unter 0,3 mm Druck bei i20 bis 122' und besitzt eine Dichte Dä° = 0,948.Example 8 15 - Oxy-2-methylpentadecan-i-carboxylic acid is converted into its lactone, as indicated in Example 14, in almost quantitative yield. The same boils under 0.3 mm pressure at 20 to 122 'and has a density Dä ° = 0.948.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for the production of high-membered lactones with more than 10 carbon atoms in the lactone ring from oxycarboxylic acids of the formula H. O-R-C O O H or from their functional derivatives, where R is any aliphatic Rest means which but at least 10 carbon atoms bonded in chain form contains, characterized in that these acids or their functional derivatives are used either in a dilution corresponding to the desired lactone yield in homogeneous Solution in an organic solvent in the presence of reactive substances, such as thiomyl chloride or aromatic sulfonic acids, optionally with the addition of tertiary Bases, such as dimethylaniline, are subjected to lactonization in the heat or else the derivatives obtained by esterification of the hydroxyl group, which are stable up to 20o ° passes in a good vacuum in the vapor phase over esterifying catalysts.

2. The method according to claim i, characterized marked, 'that one the lactonization in solvents which form azeotropic mixtures with water Performs with the help of dehydrating catalysts.

3. The method according to claim i, characterized in that the concentration of the oxycarboxylic acids or their functional derivatives according to the desired lactone yields.