-
Verfahren zur Herstellung von cyclischen Lactonen Die vorliegende
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Darstellung von cyclischen Lactonen mit großer
Ringgliederzahl.
-
Es ist bekannt,- daß solche Lactone nicht nach den üblichen Veresterungsmethoden
hergestellt werden kÜnnen, da sie zur Bildung von polymeren Estern von hohem Molekulargewicht
führen. Dementsprechend wird .eine Oxysäure der allgemeinen Formel HO-R-
CO-OH, worin R eine Kette von mehr als 5 Kohlenstoffatomen darstellt, ;durch
Erhitzen in einen polymeren Ester der allgemeinen Formel H (O # R # C
0)., # O H verwandelt.
-
Es wurden trotzdem verschiedene Verfahren vorgeschlagen, welche die
Darstellung monomerer Lactone mit mehr als 7 Ringgliedern zum Ziele haben. In der
Tat können Lactone mit großer Ringghederzahl durch passende Oxydation von carboc@clischen
Ketonen, s. Helv. Chim. Acta i i, i 159 (i928), erhalten werden. Dieselben Lactone
lassen sich auch durch Einwirkung von Metalloxyden guf co-halogenierte Fettsäuren
in der Hitze oder durch Erhitzen von Salzen dieser Säuren in einem indifferenten
Lösungsmittel gemäß den Angaben dpr deutschen Patentschrift 449 217 gewinnen.
-
Zwei weitere Verfahren sind in nachfolgend angeführten Patentsghriften
beschrieben: i: Das Verfahren der französischen Patenfschrift 773 65i_ betrifft
die Herstellung von Lactonen mit großer Ringgliederzahl - worin mindestens i i Kohlenstoffatome
an der Bildung des Heteroringes beteiligt sind - aus Oxycarbonsäuren der Formel
H O # R # C O # O H. R entspricht irgendeinem aliphatischen Radikal, in welchem
mindestens I i Kohlenstoffatome zu einer offenen Kette vereinigt- sind. Statt der
freien Säuren können auch ihre Derivate zur Anwendung gelangen. Das Verfahren besteht
hauptsächlich darin, daß diese Säuren oder ihre Derivate in stark verdünnter'homogener
Lösung oder in Dampfform unter niedrigem Partialdruck der Lactonisierung in der
Hitze unterworfen werden. Die französische Zusatzpatentschrift 46623 dehnt
die Anwendung dieses Verfahrens auf den Fall eines Radikals aus, welches mindestens
noch ein Sauerstoffatom in ätherischer Bindung enthält. Das Prinzip dieses Verfahrens,
welches somit in der Vermeidung oder Herabsetzung der Bildung von Polymeren durch
die Anwendung weitgehender Verdünnung besteht, ist auch, in der britischen Patentschrift
448 7o8 enthalten, welche ein Verfahren zur Herstellung von cyclischen Estern und
Lactonen mit mehr als 7 Kohlenstoffatomen schützt. Dieses Verfalh ren ist dadurch
,gekennzeichnet, daß die Reaktionen
in Anwesenheit eines indifferenten
Lösungsmittels ausgeführt werden. Dasselbe ist ein Lösungsmittel für die Reaktionspro-.-.
dukte und wird nicht unter der zwa,nzigt###`' fachen, vorteilhafter nicht unter
der hundeh-@@1 fachen Menge im Verhältnis zum Reaktions-<:' material angewendet.
In den angeführten? ` Beispielen wird die Anwendung von Verdünnungen, die einem
tausendfachen Verhältnis zur Menge der verwendeten Reaktionsprodukte entsprechen,
bekanntgegeben.
-
a. Die französischen Patentschriften 7688o7 und 79641o beziehen sich
auf die Darstellung von cyclischen Estern und Lactpnen mit großer Ringgliederzahl
durch Depolymerisierung der entsprechenden Polyester. Diese Entpolymerisierung wird
durch Erhitzen unter vermindertem Druck in Anwesenheit verschiedener Katalysatoren
bewerkstelligt.
-
Es wurde nun gefunden, was nach all dem eben Erwähnten nicht vorauszusehen
war, daß Lactone mit großer Ringgliederzahl auf einfache Weise und in ausgezeichneter
Ausbeute erhalten werden können, ohne jedoch in hoher Verdünnung arbeiten und über
die Zwischenstufe der Polymeren vorgehen zu müssen. Wie allgemein bekannt, können
durch Hitzeeinwirkung in Gegenwart gewisser Alkoholate (z. B. Alkalimetallalkoholate)
Ester, welche durch Kondensation eine Alkohols R'- OH mit einer Oxysäure H O - R
- C O - O H entstanden sind, infolge Abspaltung des Alkohols R' - O H in polymere
Ester dieser Oxysäure H O - R - C O - O H übergeführt werden. Diese Reaktion wird
durch folgendes Schema erläutert: ,
| xHO.R.CO#OR'->'xR'#OH+(0-R.CO),. |
Wenn der Alkohol R' O H leicht flüchtig ist, so kann er durch Destillation im Ausmaß
seiner Bildung fortlaufend entfernt werden. Es hinterbleibt alsdann zum Schlusse
eine Mischung der polymeren Ester.
-
Es wurde nuri gefunden, daß man sehr leicht ein cyclisches Lacton
an Stelle dieser Mischung von :Polymeren erhalten kann. Zu diesem Zwecke ist es
nur notwendig, dafür zu sorgen, daß dieses Lacton mit dem flüchtigsten der vorhandenen
Bestandteile oder durch die Dämpfe des abdestillierenden Alkohols R'- O H mitgeführt
wird. Es wird deshalb für die Veresterung der Oxysäure H O - R - C O - O H ein Alkohol
R' - O H angewendet, der einer dieser beiden Bedingungen entspricht. Das Lacton
wird vorzugsweise im Ausmaß seiner Bildung aus dem System entfernt.
-
Es wurde somit allgemein gefunden, daß es möglich ist, cyclische Lactone
mit großer Ringgliederzahl durch Reaktionen, welche die Auswechslung funktioneller
Gruppen innerhalb des Moleküls eines Oxysäureesters bewirken, zu bereiten. Vorausgesetzt
ist, daß Blas gesuchte Lacton den flüchtigsten Bestandteil, des Systems darstellt
oder durch irgend-2- der Nebenprodukte der Reaktion weggeführt wird. Es wird so
vorzugsweise aus dem System durch Destillation oder Mitführen im Ausmaß seiner Bildung
entfernt. Es kann auch im Bedarfsfalle ein indifferenter Bestandteil dem System
zugefügt werden, wenn derselbe eine raschere :Abtrennung des Lactons ermöglicht.
-
Der schwerflüchtige Alkohol R'- OH wird vorteilhaft im Überschuß verwendet.
Er kann ein- oder mehrwertig sein. Es genügt, daß er den obenerwähnten Flüchtigkeitsbedingungen
entspricht und bei der Temperatur, bei welcher die Reaktion ausgeführt wird, beständig
ist. Innere Ester mehrwertiger Alkohole, z. B. der Polyäthylenglykole, sind ebenfalls
anwendbar.
-
Die Katalysatoren, welche die Reaktion in Gang zu setzen vermögen,
sind die bekannten Katalysatoren, die den Austausch funktioneller Gruppen zwischenEstern
oderEstern und Alkoholen bewirken. Insbesondere sind alkalische Katalysatoren dazu
geeignet. Das Natriumderivat des Alkohols R'-OH läßt sich natürlich besondersgut
zu diesemZwecke verwenden. Die Ausführung des Verfahrens ist indessen nicht an die
Verwendung dieser besonderen Katalysatoren gebunden.
-
Im Falle, daß das Lacton den leichtflüchtigsten Bestandteil des Systems
darstellt, wird die Reaktion in einem Destillationsapparat ausgeführt, der die fortlaufende
Entfernung des cyclisierten Derivates sofort-nach seiner Bildung gestattet. Der
gebildete Alkohol R'- O H bleibt im Apparat zurück. Wird dieser Alkohol jedoch zum
Abtreiben des cyclischen Lactons verwendet, so muß eine Vorrichtung angewendet werden,
die die Trennung der beiden Produkte durch Abscheiden oder Extrahieren unterRückführung
des Alkohols R'- OH in den Destillationsapparat 'ermöglicht.
-
Es ist vorteilhaft, die Reaktion unter vermindertem Druck auszuführen-.
Der Druck ändert sich mit der Natur des Alkohols R' - O H und der Temperatur, bei
welcher die Reaktion zur Ausführung gelangt. In bezug auf die .Temperatur ist es
nicht nötig, i 5o bis zoo ° zu überschreiten. Sie wird so gewählt, daß die Reaktion
rasch, aber ohne von Zersetzung begleitet zu sein, vonstatten geht.
-
Entsprechend diesen Ausführungen betrifft die vorliegende Erfindung
ein Verfahren zur Darstellung von cyclischen Lactonen mit großer. Ringgliederzahl,
bei welchem der Verlauf über die polymeren Zwischenstufen und die Anwendung großer
Verdünnungen vermieden
wird. Das Verfahren besteht in irgendeinem
Austausch 'von funktionellen Gruppen, die zur Bildung eines solchen Lactons führen-können,
wobei Bedingungen eingehalten. werden, unter-denen dieses Lacton den leichtflüchtigsten
Bestandteil desSystems darstellt oder durch ein Nebenprodukt der. Reaktion oder
einen zu diesem Zwecke beigefügten indifferenten Körper abgeführt wird. ' Die folgenden
Beispiele mögen die Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergänzen:
Beispiel i Durch Kondensation des Natriumsalzes der i6-Oxy-iz-oxahexadecan-i-säure
HO#(CH2)4. O # (C H2) 1, # C O # O H mit i - Chlorpropana, 3-diol erhält
man den Monoglyceribester dieser Säure. 174g (0,-5-mol) dieses mit Wasser gewaschenen
und alsdann getrockneten Esters werden in einen mit Kühler und Abscheidevorrichtung
versehenen Destillationsapparat eingeführt. Die Abscheidevorrichtung gestattet die
Trennung des Destillates in Lacton und Glycerin, welch letzteres durch eine entsprechende
Vorrichtung in die Destillationsblase zurückgeführt wird. Dem Ester . werden 30o
ccm Glycerin, in welchem 3 g. Natrium aufgelöst wurden, beigefügt. 23o ccm Glycerin
werden alsdann unter 3 mm Druck in die Abscheidevorrichtung abdestilliert. Die Destillation
wird alsdann unter Beibehaltung eines lcönstanten Glycerinnive.aus in der Abscheidevorrichtung
fortgesetzt: Die in der Destillationsblase gemessene Temperatur beträgt etwa 19o
°. Die Operation wird nach 5 Stunden unterbrochen. Aus dem abgetrennten und mit
Wasser gewaschenen Destillat gewinnt man durchDestillation 103 (9,4m01) reinen
monomeren Lactons von der Formel
Die Destillationsrückstände sind vollkommen wasserlöslich und enthalten somit keine
Polymeren. Durch Verseifung werden daraus 149 16-Oxy-12-oxahexadecan-i-säure zurückgewonnen.
-
Die Gesamtausbeute an Lacton beträgt 9o % der Th. . aus der
i5-Oxy-2-methylpentadecan-i-säure und Oleinalkohol bereitet, mit einer Lösung von
i g Natrium in 30 ccm Oleinalkohol versetzt. Das Gemisch wird der Vakuum-Beispiel
.2 Der Monoglycerinester .der 15=Oxypentade-<can-i-säure, der durch Kondensation
des Naiumsälzes dieser Säure mit i-Chlorpropan-:2, f-diol hergestellt wird, kann
mit guterAusbeute in das entsprechende Lacton der Formel
überführt werden. Die Ausführung der Reaktion entspricht derjenigen des Beispiels
i. In diesem Falle bildet jedoch das vom Glycerin mitgeführte Lacton kleine Kristalle.
Die Abtrennung kann durch Hinzufügen einer kleinen Menge eines wenig flüchtigen
Lösungsmittels zum Inhalt der Abscheidevorrichtung erleichtert werden. Beispiel
3 iob g, des Monoglycerinesters der 14-Oxy-13-methyltetradecan-i-säure, entstanden
durch Kondensation von i-Chlorpropan-2, 3-diol mit dem Natriumsälz dieser Säure,
wird mit 0,3 g, Natriummethylat vermischt und unter einem Druck von 3 mm destilliert.
Während der Destillation wird wasserfreies Glycerin derart in den Destillationsapparat
eingeführt, daß die Temperatur- seines flüssigen Inhaltes zwischen Zio ° und 22o'
stehenbleibt. Nach 5 Stunden wird das Destillat (Zoo ccm) mit Wasser verdünnt und
mit Äther extrahiert. Die ätherische Lösung wird mit einer verdünnten Natriumcarbonatlösung
gewaschen. Der durch Abdestillieren des Äthers gewonnene Rückstand wird durch fraktionierte
Destillation gereinigt. Man erhält auf diese Weise 5o g des Lactons der folgenden
Formel
Dieses Lacton ist ein farbloses Öl von starkem Moschusgeruch. Es siedet bei
137 ° unter 3 mm. Seine Dichte bei 2,o ° ist o,955 und der Brechungskoeffizient
nD2o = 1,4711. Beispiel 4 In einem Destillierkolben werden 52,2g
des
Esters folgender Zusammensetzung:
destillation unterworfen, wobei die Siedetemperatur durch entsprechende Zuführung
von Oleinalkohol auf 230' und 3 mm Druck gehalten wird. Das Destillat besteht
aus Oleinalkohol
und dem Lacton der i 5-Oxy-z-methylpentadecan-z-säure
der Formel:
welches in mehr als 8o%iger Ausbeute erhalten wird. Es wird durch fraktionierte
Destillation gereinigt. Dieses Lacton ist ein farbloses 01, welches bei 142
° unter 3 min siedet.