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Verfahren zur Herstellung von Tetrahydropyranderivaten Die Erfindung
bezieht sich auf neue Derivate des Tetrahydropyrans. und auf ein Verfahren zu ihrer
Herstellung.
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Die erfindungsgemäßen neuen Verbindungen können durch die allgemeine
Formel
dargestellt werden, in welcher jedes R einen einwertigen aliphatischen Rest und
X ein Sauerstoff-oder Schwefelatom bedeuten, und die durch
dargestellte Gruppe ein Tetrahydropyrankern ist, welcher substituiert sein kann
und in seiner unsubstituierten Form der Formel
entspricht. Die neuen erfindungsgemäßen Produkte haben Eigenschaften, welche sie
für verschiedene wichtige technische Zwecke geeignet machen. Sie sind von Bedeutung
als unlöslichmachende Mittel für wasserlösliche, hochmolekulare, hydroxylgruppenhaltige
Stoffe. Die neuen Verbindungen vermögen auf diese
hydroxylgruppenhaltigen
Stoffe, vorzugsweise in Anwesenheit einer wäßrigen Säure, in dem Sinne einzuwirken,
daß sich Produkte bilden, die eine wesentlich geringere Löslichkeit in Wasser besitzen
und in manchen Fällen einen stark erhöhten Schmelz- oder Erweichungspunkt aufweisen.
Durch Behandlung von wasserlöslichen, hochmolekularen, mehrwertigen Alkoholen, wie
Polyvinylalkohol, Polyallylalkohol, oder wasserlöslichen Cellulosederivaten mit
den neuen Verbindungen können zähe, gut haftende, unlösliche Produkte erhalten werden,
die als Klebstoffe, Überzugsmassen, Imprägniermittel u. dgl. bzw. als deren Bestandteile
für die Herstellung photographischer Filme oder als Gieß- und Preßmassen bzw. deren
Bestandteile geeignet sind.
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Die erfindungsgemäßen Erzeugnisse umfassen auch physiologisch wirksame
Stoffe sowie Verbindungen, die als pharmazeutische Chemikalien und zur Herstellung
pharmazeutischer Chemikalien geeignet sind. Die Acetalstruktur der neuen Verbindungen
macht sie interessant als chemische Zwischenprodukte, aus welchen eine große Vielzahl
von Verbindungen hergestellt werden kann. Wenn die durch R dargestellten Gruppen
Reste darstellen, die sich von olefinisch ungesättigten Alkoholen ableiten, wie
Allylalkohol, Methallylalkohol oder 2-Chlorallylalkohol, können die monomeren Verbindungen
unter Gewinnung wertvoller Polymere polymerisiert werden. Die Verbindungen, bei
welchen die Alkoholreste R sich von langkettigen acyclischen Alkoholen ableiten,
die vorzugsweise von 8 bis 2o Kohlenstoffatome enthalten, können als Weichmachungsmittele.verwendet
werden.
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Erfindungsgemäß können die neuen Verbindungen hergestellt werden,
indem man ein 2-Oxyhexandial, d. h. einen durch eine Hydroxylgruppe substituierten
Dialdehyd, in welchem die Formylgruppen durch eine ununterbrochene acyclische gesättigte
Kette von vier Kohlenstoffatomen getrennt sind und eines der Kohlenstoffatome in
a-Stellung zu einer Formylgruppe durch eine Hydroxylgruppe substituiert ist, mit
einem Alkohol oder Mercaptan in Anwesenheit eines sauren Katalysators umsetzt. Die
Reaktion kann durchgeführt werden, indem man das 2-Oxyhexandial, vorzugsweise in
Form einer wäßrigen Lösung, mit dem Alkohol bzw. Mercaptan vermischt und das Gemisch
in Anwesenheit eines zugesetzten sauren Katalysators erhitzt.
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Obwohl beliebige saure Kondensationskatalysatoren verwendet werden
können, benutzt man vorzugsweise eine starke Säure, insbesondere eine starke Mineralsäure,
als Katalysator. Geeignete starke Säuren sind u. a. H Cl, HZ SO" H3P 01,
H Br, H,Se 0_" H2 S 03, H N 03 und auch starke organische Säuren, wie aromatische
Sulfonsäuren, Trichloressigsäure oder Oxalsäure. Es können auch saure Salze als
Katalysator verwendet werden, wie Aluminiumsulfat, Calciumchlorid, Zinkchlorid,
saures Natriumphosphat, Natriumbisulfat und Eisenchlorid. Gewöhnlich ist nur eine
Spur des sauren Katalysators erforderlich. Wenn eine starke Mineralsäure verwendet
wird, genügen schon geringe Mengen, wie o,ooi °/o, berech= net auf das Gewicht der
Reaktionskomponenten. Es können aber bis zu 5 °/o oder mehr des sauren Katalysators
verwendet werden. Vorzugsweise werden bei starken Mineralsäuren Mengen zwischen
etwa o,o5 °/o und etwa 2 Gewichtsprozent verwendet. Schwach saure Katalysatoren
können in etwas größeren Mengen verwendet werden, je nach ihrer Azidität.
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Der Alkohol bzw. das Mercaptan wird in einem molaren Überschuß gegenüber
dem 2-Oxyhexandial verwendet; vorzugsweise benutzt man von etwa 3 Mol Alkohol oder
Mercaptan aufwärts auf i Mol des 2-Oxyhexandials. Man kann bis zu ioo Mol oder sogar
mehr des Alkohols oder Mercaptans auf i Mol des 2-Oxyhexandials verwenden. Ein bevorzugter
Bereich liegt zwischen etwa 5 und 25 Mol Alkohol oder Mercaptan auf i Mol des Oxydialdehyds.
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Die Reaktion zwischen dem 2-Oxyhexandial und dem Alkohol bzw. Mercaptan
kann innerhalb eines weiten Temperaturbereiches durchgeführt werden. Vorzugsweise
wird die Reaktion. durch Anwendung von Wärme beschleunigt, wobei Temperaturen von
etwa 35 bis etwa i25° besonders geeignet sind. Die gewünschte Umsetzung wird begünstigt,
wenn man kontinuierlich Wasser aus dem Reaktionsgemisch mit der Geschwindigkeit,
wie es darin gebildet wird, abführt. Dies kann erfolgen, indem man die Umsetzung
beim Siedepunkt des Reaktionsgemisches durchführt und kontinuierlich Wasser abdestilliert,
vorzugsweise mit Hilfe eines zugesetzten inerten organischen Lösungsmittels, wie
Benzol oder Toluol, welches mit Wasser ein azeotropes Gemisch bildet, oder indem
man die Reaktion in Anwesenheit eines festen Entwässerungsmittels durchführt oder
durch Anwendung anderer entsprechender Mittel.
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Man kann die erfindungsgemäßen Erzeugnisse auch erhalten durch die
Umsetzung eines 2-Formyld5-dihydropyrans mit einem-Alkohol oder Mercaptan in Anwesenheit
eines sauren Katalysators, vorzugsweise unter praktisch wasserfreien Bedingungen,
wobei die direkte Addition von 3 Molekülen des Alkohols oder Mercaptans an ein Molekül
des 2-Formyl-d s-dihydropyrans erzielt wird. Diese Reaktion kann durchgeführt werden,
indem man das 2-Formyld 5-dihydropyran und einen Überschuß, vorzugsweise von 5 bis
etwa 25 Mol, des Alkohols oder Mercaptans vermischt und die beiden Komponenten in
Anwesenheit eines zugesetzten sauren Katalysators, vorzugsweise bei Temperaturen
im Bereich von etwa o bis etwa 8o°, reagieren läßt. Als Katalysator kann hierbei
jeder der oben angegebenen sauren Katalysatoren verwendet werden. Die Menge des
sauren Katalysators kann innerhalb weiter Grenzen geändert werden, je nach seiner
Azidität und den besonderen an der Reaktion beteiligten Komponenten. Im allgemeinen
sind Katalysatormengen im Bereich von etwa 0,005 °/Q bis etwa 5 Gewichtsprozent
der Reaktionsteilnehmer geeignet.
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Unabhängig davon, ob das gewünschte Produkt durch Umsetzung zwischen
einem Alkohol bzw. Mercaptan und einem 2-Oxyhexandial oder zwischen einem Alkohol
bzw. Mercaptan und einem 2-Formyld 5-dihydropyran hergestellt wird, kann es aus
dem Reaktionsgemisch leicht gewonnen werden, vorzugsweise durch Neutralisieren oder
Entfernen des sauren Katalysators und anschließende fraktionierte Destillation
des
Gemisches. Wenn ein Mercaptan, z. B. ein Alkylmercaptan, bei der Umsetzung verwendet
wird, enthält das Reaktionsprodukt gewöhnlich neben dem gewünschten 6 Aikylthio-2-dialkylthiomethyltetrahydropyran
geringere Mengen der analogen Verbindungen, in welchen eines oder mehrere der Schwefelatome
durch Sauerstoff ersetzt ist bzw. sind. Vorzugsweise werden diese Produkte durch
sorgfältige fraktionierte Destillation abgetrennt, obwohl ihre Abscheidung für manche
Zwecke nicht unbedingt erforderlich ist und also unterbleiben kann. Es ist klar,
daß auch andere Isolierungsverfahren außer der fraktionierten Destillation verwendet
werden können, um die gewünschten Produkte gegebenenfalls zu reinigen, z. B. fraktionierte
Kristallisation oder Behandlung mit inerten Lösungsmitteln.
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Das bei dem Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungen
verwendete 2-Oxyhexandial kann unsubstituiertes 2-Oxyhexandial oder ein substituiertes
2-Oxyhexandial sein, in welchem eines oder mehrere der Kohlenstoffatome zwischen
den Formylgruppen durch eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe oder mehrere solcher
Gruppen substituiert sind. Geeignete 2-Oxyhexandiale umfassen also außer dem unsubstituierten
2-Oxyhexandial die verschiedenen alkylsubstituierten 2-Oxyhexandiale, wie 2-Oxy-4,
5-dimethylhexandial, 2-Oxy-4-methylhexandial, 2-Oxy-5-methylhexandial, 2-Oxy-4.
5-diäthylhexandial und 2-Oxy-4, 5-dipropylhexandial.
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2-Formyl-d 5-dihydropyrane, welche zur Herstellung der Verbindungen
gemäß vorliegender Erfindung verwendet werden können, umfassen außer dem unsubstituierten
2-Formyl-d 5-dihydropyran die verschiedenen substituierten 2-Formyl-d 5-dihydropyrane,
in welchen eines oder mehrere der Wasserstoffatome am Dihydropyranring durch z.
B. Alkylgruppen ersetzt worden sind, z. B. 2, 5-Dimethyl-2-formyl-ä 5-dihydropyran,
2---#Iethyl-2-formyl-4 5-dihydropyran, 2, 5-Diäthyl-2-formyl-d'-dihydropyran, 2,
5-Diisopropyl2-forniyl-45-dihydropyran und 2, 5-Diphenyl-2-formyl-d 5-dihydropyran.
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Eine besonders wertvolle Gruppe der Verbindungen gemäß vorliegender
Erfindung wird durch die Formel
dargestellt, in welcher jedes R ein Wasserstoffatom oder eine niedere Alkylgruppe,
jedes R' einen einwertigen aliphatischen Rest und X Sauerstoff bzw. Schwefel darstellen.
Diese Verbindungen können hergestellt werden, indem man 2-Oxyhexandial, 2-Formyl-d5-dihydropyran
und mono- oder disubstituierte 2-Formyl-d 5-dihydropyrane, in welchen eine oder
beide der 2- und 5-Stellungen des Dihydropyranringes durch eine niedere Alkylgruppe
bzw. Alkylgruppen substituiert sind, mit Alkoholen oder Mercaptanen, die einen einwertigen
aliphatischen Rest besitzen, umsetzt, wobei R' direkt an den Hydroxylsauerstoff
oder an das Schwefelatom der Thiolgruppe gebunden ist. Obwohl die einwertigen aliphatischen
Reste, welche durch R' dargestellt sind, sich von jedem beliebigen aliphatischen
Alkohol oder @lercaptan ableiten können, werden doch solche Verbindungen bevorzugt,
in welchen diese Reste jeweils von z bis 2o Kohlenstofiatome enthalten. Die besonders
bevorzugten Verbindungen dieser Gruppe enthalten Sauerstoffatome in den verschiedenen
mit X bezeichneten Stellungen.
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Eine Untergruppe von Verbindungen, welche durch die vorstehende Formel
umfaßt wird, besteht aus solchen Verbindungen, in welchen der Rest - XR' von einem
unsubstituierten aliphatischen einwertigen Alkohol R'OH abgeleitet ist, welcher
vorzugsweise z bis 8 Kohlenstoffatome enthält. Diese Gruppe, in welche die Verbindungen
fallen, die als vernetzend wirkende oder unlöslichmachende Mittel für hochmolekulare
mehrwertige Alkohole von größtem Interesse sind, enthält u. a. die folgenden Verbindungen:
6 - Methoxy - 2 - dimethoxymethyltetrahv dropyran, 6-Äthoxy-2-diäthoxymethyltetrahydropyran,
6-Isopropoxy - 2 - diisopropöxymethyl - 2, 5 - dimethyltetrahydropyran, 6 - Butoxy
- 2 - dibutoxymethyl-z, 5 -diäthyltetrahydropyran, 6-Hexoxy-2-;_iliexoxymethyl-2,
5-dimethyltetrahydropyran und 6-Isobutoxy-2-diisobutoxymethyl-2-äthyltetrahy dropyran.
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Wenn sich der Alkoholrest - X R' von einem höheren aliphatischen Alkohol
ableitet, umfaßt die entstehende Untergruppe solche Verbindungen, die als Weichmachungsmittel
u. dgl. besonders wertvoll sind. Beispiele für die Verbindungen dieser Untergruppe
sind: 6-Decyloxy-2-didecyloxymethyltetrahydropyran, 6 - Tetradecyloxy - 2 - ditetradecyloxpmethyltetrahydropyran
und 6-Stearoxy-2-distearoxymethyl-2, 5-dimethyltetrahydropyran.
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Eine dritte Untergruppe der erfindungsgemäßen Verbindungen sind solche,
in welchen der Alkoholrest - XR' von einem ungesättigten Alkohol abgeleitet ist.
Beispiele solcher Verbindungen sind: 6-Allyloxy--z -diallyloxymethyltetraliy dropyran,
6 - Methallyloxy-2-dimethallyloxymethyltetrahydropyran, 6-(2-Chlorallyloxy) - 2
-bis (2 - chlorallyloxy) methyltetrahydropyran, 6-Allyloxy-2-diallyloxymethyl-2,
5-dimethyltetrahy dropyran und 6 - (2 - Propylallyloxy) - 2- bis (2-propylallyloxy)methyl-2,
5-3iäthyltetrahydropyran.
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Eine weitere Untergruppe der erfindungsgemäßen Tetrahy dropyranderivate
wird durch die letzterwähnte Formel wiedergegeben, wenn mindestens eines der mit
X bezeichneten Atome ein Schwefelatom ist. Beispiele für diese Verbindungen, welche
durch Umsetzung" von Mercaptanen mit 2-Oxyhexandialen oder mit 2-Formyl-d 5-dihy
dropyranen nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gewonnen werden können,
sind u. a. folgende Verbindungen: 6 - Äthylmercapto - 2 - diäthylmercaptomethyltetrahydropyran,
6 - Ätliylmercapto - 2 - diäthylmercaptornethyl - 2, 5 - dimethyltetrahydropyran,
6 - Amy lmercapto - 2 - diamylmercaptomethyltetrahydropyran,
6-Octylmercapto-2-dioctylmercaptomethyl-2,
5-diäthyltetradihydropyran, 6 - Dodecylmercapto - 2 - didodecyhmercaptomethyl -
2,5 - diisopropyltetrahydropyran, 6 - Allyhnercapto - 2 - diallylmercaptomethyl-2,
5-dimethyltetrahydropyran.
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Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Herstellung der
erfindungsgemäßen Produkte. Beispiel 1 Eine Lösung von etwa 17o g 2-Oxyhexandial
in 25o g Wasser, welche o,02 Äquivalente Schwefelsäure je Liter enthielt, wurde
in einen Glaskolben eingeführt, -der mit einer äußeren Heizung und einer senkrecht
angeordneten Rückflußfraktionierkolonne, die am oberen Ende einen Phasentrenner
enthielt, ausgerüstet war. Zu der Lösung wurden 225 ccm Benzol zugegeben. Das Gemisch
wurde unter Rückfluß erhitzt, während etwa 525 ccm Äthylalkohol in mehreren Anteilen
zugegeben wurden. Während das Gemisch unter Rückfluß kochte, wurde das kondensierte
azeotrope Gemisch im Phasentrenner in zwei Phasen zerlegt, von denen die organische
Phase in den Kolben zurückgeleitet und die wäßrige Phase aus dem System abgezogen
wurden. Das Erhitzen unter Rückfluß wurde fortgesetzt, bis kein Wasser mehr überging.
Dazu waren insgesamt 18 Stunden erforderlich.
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Die Lösung wurde dann durch Zusetzen von Calciumcarbonat neutralisiert,
zwecks Beseitigung der hochsiedenden Rückstände rasch destilliert und dann unter
einem Druck von 1 bis 2 mm Hg fraktioniert destilliert. Nach Entfernen eines Vorlaufs
wurde eine Fraktion von 172 g gewonnen, welche bei 65,8 bis 7o0 siedete. Diese Fraktion
hatte einen Brechungsindex nD von 1,q.32. Analyse: gefunden 61,90/0 C; 10,q. °/o
H. Berechnet für C1zH2, 0a ergeben sich 62 °/o C und 10,4 % H. Das bei diesem Versuch
erhaltene Produkt war 6-Äthoxy-2-diäthoxymethyltetrahydropyran, welches die durch
die folgende Formel wiedergegebene Struktur aufweist:
An Stelle von Äthanol können in dem vorstehend beschriebenen Versuch andere Alkohole,
wie Isopropyl-, Butyl-, Amyl-, Dodecylallkohol, sowie Mercaptane, wie Äthyl-, Amyl-
und Octylmercaptan, verwendet werden, um die entsprechenden Tetrahydropyranderivate
zu gewinnen, in welchen die Äthoxyreste der obigen Formel durch die entsprechenden
Reste der Alkohol- oder Mercaptankomponente ersetzt sind. Wenn die Alkohol- oder
die Mercaptankomponente normalerweise bei einer Temperatur unterhalb der gewünschten
Reaktionstemperatur flüchtig ist, kann die Umsetzung unter Druck durchgeführt werden.
Ebenso können dem Reaktionsgemisch gewünschtenfalls inerte neutrale Lösungsmittel
zugesetzt werden, Beispiel 2 In einem Glaskolben wurden 672g 2-Formyld 5-dihydropyran
und 48o g Methylalkohol unter Kühlen des Gemisches durch Eintauchen des Kolbens
in ein Eisbad vermischt. Nach 1/2 Stunde wurden 25 ccm einer o,16 n-Lösung von Chlorwasserstoff
in Methanol zugegeben. Trotz des Kühlens stieg die Temperatur des Gemisches auf
75°, wodurch eine rasch verlaufende exotherme Reaktion angezeigt wurde. Nach 1 Stunde
wurde der Chlorwasserstoff entfernt, indem man die Lösung mit einem Anionen austauschenden
Harz behandelt; dann wurde das syrupöse Produkt unter Gewinnung von 750 g
eines bei 15 mm Hg zwischen 67 und 109,q.° siedenden Destillates rasch destilliert.
Dieses Destillat wurde in einer Fraktionierkolonne erneut unter 17 bis 2o mm Hg
destilliert. Die zwischen 95,6 und 1o1° bei 17 mm Iig destillierende Fraktion wurde
getrennt aufgefangen und wiederum destilliert, wobei eine unter 15 mm Hg bei 98
bis 1o1° siedende Hauptfraktion erhalten wurde. Der Brechungsindex nD dieser Hauptfraktion
war 1,q.375. Analyse: gefunden 56,3 °/° C und 9,5 °/o H. Berechnet für C9
111,3 04: 56,8 °/o C und 9,5 °/o H. Das nach diesem Beispiel erhaltene
Produkt war 6-Methoxy-2-dimethoxymethyltetrahydropyran, welches die Formel
aufweist. Beispiel 3 In einem Glaskolben wurden 112 g 2-Formyl-45-dihydropyran und
2o2 g Methylalkohol gemischt. Beim Vermischen der beiden Stoffe wurde Wärme frei.
Nach Beendigung der exothermen Reaktion wurden o,5 g p-Toluolsulfonsäure, gelöst
in 2o ccm Methylalkohol, zugegeben. Das Gemisch wurde dann 5 Stunden unter vollständiger
Rückflußkondensation der entwickelten Dämpfe zum Sieden erhitzt. Darauf wurde das
Gemisch gekühlt, ein Überschuß von festem Natriumcarbonat zum Neutralisieren des
sauren Katalysators zugegeben und überschüssiger Methylalkohol im Vakuum abdestilliert.
Der Rückstand wurde filtriert und das Filtrat destilliert. Man erhielt in88°JoigerAusbeuterohes6-Methoxy-2-dimethoxymethyltetrahydropyran,
welches bei der nochmaligen Destillation eine Hauptfraktion ergab, die eine 690%ige
Ausbeute des gereinigten Produktes darstellte.
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An Stelle des in diesem Beispiel verwendeten Methanols können z. B.
Allylalkohol zwecks Erzeugung von 6-Allyloxy-2-diallyloxymethyltetrahydropyran,
Amylalkohol zwecks Gewinnung von 6-Amyloxy - 2 - diamyloxymethyltetrahydropyran,
Stearylalkohol zwecks Herstellung von 6-Stearoxy-2-distearoxymethyltetrahydropyran
oder Butylmercaptan zur
Gewinnung von 6-Butylmercapto-2-dibutylmercaptomethyltetrahydropyran
verwendet werden. Wenn man an Stelle des 2-Formyl-d s-dihydropyrans ein substituiertes
2-Formyl-d 5-diliydropyran, wie 2, 5-Dimethyl-2-formyl-d 5-dihydropyran, verwendet,
kann mit Methanol 6-Methoxy-2-dimethoxymethyl-2, 5-dimethyltetrahydropyran, mit
Amylalkohol 6-Amyloxy-2 - diamyloxymethyl - 2, 5 - dimethyltetrahydropyran, mit
Stearylalkohol 6-Stearoxy-2-distearoxymethyl-2, 5-dimethyltetrahydropyran und mit
Buty1mercaptan 6 - Butylmercapto - 2 - dibutylmercaptomethyl-2, 5-dimethyltetrahydropyran
gewonnen werden.