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Verfahren zur Darstellung von ß-Oxy-Carbonylverbindungen und a, ß-ungesättigten
Carbonylv erbindungen Es wurde gefunden, daß man ß-Oxy-carbonylverbindungen und
a, ß-ungesättigte Carbonylverbindungen aus Carbonylverbindungen, die mindestens
2 C-Atome weniger enthalten als die gewünschten Stoffe, erhalten kann, indem man
die Carbonylverbindungen mit einer metallorganischen Allylverbindung umsetzt, die
entstandene Oxy-carbonylverbindung an der Allyldoppelbindung aufspaltet und gegebenenfalls
die durch die Umsetzung mit der metallorganischen Verbindung entstandene Hydroxylgruppe
oder daraus gebildete funktionelle Gruppen mit einem benachbarten Wasserstoffatom
in Form von Wasser, Säure, Alkohol od. dgl. abspaltet. Zweckmäßig führt man das
erfindungsgemäße Verfahren so durch, daß man zunächst auf eine Carbonylverbindung
eine metallorganische Allylverbindung einwirken läßt. Dabei entsteht ein ungesättigtes
Carbinol. Um dieses in möglichst hoher Ausbeute zu erhalten und die als Nebenreaktion
auftretende Bildung von Diallyl zu vermindern, ist es zweckmäßig, bei Verwendung
von magnesiumorganischen Verbindungen das Magnesium im ÜberaUSSChuß zur Anwendung
zu bringen und die Zersetzung der erhaltenen Grignardverbindungen zweckmäßig durch
Eis, nicht aber durch Säuren, zu bewirken. Außer Magnesium-Halogenid-Verbindungen
lassen sich Allylverbindungen des Zink, Lithiums u. dgl. verwenden. Diese Reaktionsstufe
verläuft nach dem Schema
R_bedeutet einen Kohlenwasserstoffrest, während R', X und X' Wasserstoff und/oder
gleiche oder verschiedene Kohlenwasserstoffreste darstellen. Die so erhältlichen
ungesättigten Carbinole entstehen in Ausbeuten von bis zu 95()/,; sie können, falls
gewünscht, nach üblichen Verfahren, beispielsweise durch Vakuumdestillation, gereinigt
werden.
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Diese ungesättigten Carbinole lassen sich nun an der Stelle der Doppelbindung
nach bekannten Methoden oxydativ aufspalten. Zu diesem Zwecke verwendet man zweckmäßig
Ozon und spaltet das gebildete Ozonid, zweckmäßig durch reduktive Behandlung auf.
Man kann sich auch anderer, an sich bekannter Methoden zur Aufspaltung der Allyldoppelbindung
bedienen, wie sie z. B. in Weygang: »Organisch-chemische Experimentierkunst 1938«,
S. 543 ff #, beschrieben sind. Auf diese Weise erhält man eine Oxycarbonylverbindung,
deren Kohlenstoffkette um ein Kohlenstoffatom kürzer ist als die des eingesetzten
Carbinols. Dabei ist es nicht notwendig, das als Zwischenprodukt gebildete Peroxyd
bzw. Ozonid zu isolieren. Arbeitet man mit Ozon, so führt man die Umsetzung zweckmäßig
bei tiefen Temperaturen, beispielsweise unter Kühlung mit festem Kohlendioxyd und
Aceton, durch: Es ist stets vorteilhaft, einen überSChuß des Oxydationsmittels zu
vermeiden. An Stelle der Oxydation mit Ozon kann man beispielsweise auch Chromsäureanhydrid
oder Äthylnitrit mit Salzsäure als Oxydationsmittel verwenden.
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Die Spaltung der Ozonide führt man ebenfalls nach an sich bekannten
Methoden durch, beispielsweise durch naszierenden Wasserstoff, den man aus Zink
und Essigsäure gewinnt, oder auch durch katalytische Reduktion.
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Diese zweite Verfahrensstufe verläuft beispielsweise bei Anwendung
von Ozon nach dem Schema
Man erhält also eine ß-Oxy-Carbonylverbindung. Dabei verläuft die Oxydation fast
quantitativ, die z. B. reduktive Spaltung des Oxydationsproduktes liefert Ausbeuten
an ß-Oxy-Carbonylverbindungen von bis zu 85 °/o. Die Isolierung und Reinigung der
ß-Oxy-Carbonylverbindungen erfolgt in an sich bekannter Weise durch chemische Mittel,
wie über die Umsetzungsprodukte mit Carbonylreagenzien, oder auf physikalischen
Wegen, wie durch fraktionierte Destillation, Sublimation, gegebenenfalls im Hoch-Vakuum
u. dgl.
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Aus diesen ß-Oxy-Carbonylverbindungen kann man, falls gewünscht, Wasser,
Säure, Alkohol od. dgl. abspalten. Häufig genügt es schon, die Oxy-CarÜonylverbindungen
bei höheren Temperaturen zu destillieren, um die Wasserabspaltung zu bewirken. Man
kann jedoch die Wasserabspaltung beschleunigen und vervollständigen, indem man den
Oxy-Carbonylverbindungen vor der Wärmebehandlung wasserabspaltende Stoffe, beispielsweise
Kaliumbisulfat, Jod Aluminiumphosphat oder dgl. zusetzt. In einigen Fällen hat sich
auch der Zusatz von Weinsäure bewährt. Durch die Wasserabspaltung gehen die ß-Oxy-Carbonylverbindungen
in a, ß-ungesättigte Carbonylverbindungen über. Diese Verfahrensstufe sei durch
folgendes Schema erläutert:
Die Darstellung der a, ß-ungesättigten Carbonylverbindungen verläuft nach diesem
Verfahren mit Ausbeuten von 7o bis 8o °/o. Es ist zuweilen zweckmäßig, während der
Wasserabspaltung die Carbonylverbindungen durch Überführung in geeignete, wieder
zu den Carbonylverbindungen aufspaltbare Derivate zu schützen.
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Die Verfahrensprodukte sollen als solche und als Ausgangsstoffe für
weitere Synthesen Verwendung finden. -Das Verfahren sei durch folgende Beispiele
erläutert, ohne auf diese beschränkt zu sein.
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Beispiel i 509 Magnesiumpulver werden in 25o ccm Äther mit
etwas Allylbromid angeätzt, dann unter Kühlung mit Eiswasser und unter schnellem
Rühren im Laufe von i1/2 Std. mit einer Lösung von 153 g Allylchlorid und 116 g
Aceton in 2,50 ccxn Äther tropfenweise versetzt. - Bei der lebhaften, unter
Rückflußkühlung vorgenommenen Umsetzung wird das Magnesium bis auf 3 bis 4 g verbraucht.
Die dickflüssig gewordene Mischung wird nun durch Zusatz von Eisstückchen zersetzt,
die Ätherschicht abgetrennt, die wäßrige Schicht mit Schwefelsäure angesäuert, erneut.
ausgeäthert, die Ätherauszüge vereint, mit Kaliumcarbonat getrocknet, und durch
eine Kolonne fraktioniert. Man erhält so etwa 150 g Dimethyl-allyl-carbinol vom.
Sdp. 117 bis 11g° . Dy = o,8335 nö = 1.430i7.
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In eine Lösung von 2o g Dimethyl-allyl-carbinol in 8o ccm Essigester
leitet man unter Kühlung mit festem Kohlendioxyd in Aceton Ozon ein. Geht
Ozon
unverbraucht durch die Lösung hindurch und zeigt diese keinen Bromverbrauch mehr,
wird die Ozonierung unterbrochen. Man verdünnt die Lösung mit dem doppelten Volumen
Äther, gibt unter Kühlung mit Eiswasser 2o g Zinkstaub hinzu und versetzt dann anteilsweise
mit 7o ccm 5o°/oiger Essigsäure, wobei die Temperatur der Flüssigkeit nicht über
io bis 2o° steigen soll. Ist die Reduktion beendet, wird die Flüssigkeit von den
festen Bestandteilen abgeschleudert und diese mit Äther ausgewaschen. Destilliert
man die vereinigten Ätherlösungen durch eine Widmer-Kolonne, zuletzt unter vermindertem
Druck, so gehen unter 13 mm bei 66 bis 67° 15 g ß-Methylacetaldol (3-Methyl-butanol-3-al-i)
über (Sdp. bei 1$ mm 72 bis 73°). Es bildet zunächst ein dünnflüssiges Öl,
dessen Zähigkeit jedoch rasch zunimmt und bei 2o° in 2 bis 3 Stunden etwa die des
wasserfreien Glycerins erreicht. Dabei steigt die Refraktion von nD - 1,429 auf
14,0 = 1,45o an. Nach einiger Zeit bilden sich in dem zähflüssigen Öl Kristalle,
die bald die ganze Masse erfüllen. Nach Umkristallisation aus Äther bilden sie farblose,
trikline Prismen oder Tafeln, die unscharf bei 9i bis 92° schmelzen. Das feste Methylaldol
ist in Wasser, Methanol und Äthanol spielend leicht löslich, in Chloroform leicht,
in Petroläther ziemlich schwer löslich.
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Destilliert man das Methylaldol bei normalem Druck, so erhält man
neben dem Ausgangsmaterial im Destillat Methylcroton-aldehyd, der sich aus dem Methylaldol
durch Wasserabspaltung bildet. Beispiel 2 In eine vom Magnesiumüberschuß abgetrennte
Grignardlösung, bereitet aus 152 g Magnesiumpulver, 248 g Allylbromid und 16oo ccm
Äther, läßt man unter lebhaftem Rühren 8o g reines Butanol-i-on-3, gelöst in
300 ccm Äther, langsam einfließen. Im Laufe der Umsetzung scheidet sich an
den Gefäßwandungen ein zähes Öl ab. Die Mischung wird durch vorsichtiges Eintragen
von Eisstückchen zersetzt, die Hauptmenge des Äthers abgetrennt. Die wäßrige Mischung
wird zur Lösung der Magnesiumhydroxydgallerte mit 2o°/oiger Schwefelsäure versetzt,
wobei ein Säureüberschuß zu vermeiden ist. Dann trennt man den Rest der Ätherlösung
ab, trocknet die vereinigten Ätherauszüge mit Natriumsulfat und destilliert den
Äther und das mitentstandene Diallyl ab. Man erhält so als Rückstand 95 bis ioo
g eines halogenfreien Öles, welches hauptsächlich aus 3-Allyl-butandiol-i, 3 besteht
und durch fraktionierte Destillation im Vakuum gereinigt werden kann. Unter 1,5
bzw. 2 mm Druck siedet es bei 89 bis 9z° bzw. 96 bis 97°. Ausbeute 9o bis 95 g.
Es stellt ein farbloses Öl von der Zähigkeit des Glykols dar, ist mit niederen Alkoholen,
Äther, Essigester und Aceton in jedem Verhältnis mischbar, in niedrigsiedendem Petroläther
ziemlich schwer, in Wasser bei Zimmertemperatur zu etwa 5 °/o löslich. Dyy = o,9603,
14 = 1,4640.
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Zur Weiterverarbeitung kann man das rohe 3-Allylbutandiol-i, 3 benutzen.
26 g dieses Produktes werden gemäß Beispiel i der Ozonbehandlung und der Reduktion
des Ozonides unterworfen. Da jedoch der entstehende Dioxyaldehyd mit Äther nicht
mischbar ist, wird vor der Reduktion des Ozonides Essigester zugegeben und auch
der Zinkschlamm mit diesem Lösungsmittel ausgewaschen. Nach dem Eindampfen der Lösung
im Wasserstrahlvakuum erhält man einen öligen Rückstand, den man zur Abtrennung
von darin enthaltenem Zinkacetat in Äther aufnimmt. Durch Verdampfen der Ätherlösung
erhält man das 3-Methylpentandiol-3, 5-al-i
Beispiel 3 Eine Mischung von 1 Mol des nach Beispiel 2 erhaltenen Allyl-butandiols
mit i, i Mol Essigsäureanhydrid und etwas gepulvertem Natriumacetat wird 24 Stunden
bei Raumtemperatur aufbewahrt, dann i Stunde auf 6o° erwärmt. Dann verdünnt man
das Gemisch mit dem doppelten Volumen an Essigester und ozonisiert bei -6o°. Nach
Beendigung der Ozonnidbildung wird das Gemisch nach Zusatz von Palladiumkatalysator
auf Bariumsulfat hydriert, wobei man die Temperatur unterhalb von 25° hält. Nach
Stillstand der Wasserstoffaufnahme und Entfernung des Katalysators dampft man das
Lösungsmittel ab und destilliert den Rückstand im Vacuum einer Ölpumpe. Unter Wasserabspaltung
entsteht der ß-Acetoxyäthylcrotonaldehyd, der bei 118 bis 122° unter 2,5 bis 3 mm
als farbloses Öl übergeht. se,' = 1,457 Ausbeute 6o °/o.
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Beispiel 4 Läßt man auf 64 g 2-Methyl-heptanon-(6) eine aus 8o g Allybromid
bereitete Grignardlösung einwirken, so erhält man bei Aufarbeitung gemäß Beispiel
1 75 g rohes Allylcarbinol. 34 g dieses Rohproduktes werden der Behandlung mit Ozon
und der reduktiven Spaltung des gebildeten Ozonides unterworfen und das erhaltene
Produkt fraktioniert destilliert. Man erhält unter 13 mm Druck 1. 5 g eines hellen
Öles vom Sdp. 98 bis 1o5°, saD = 1,46o5, 2. 22 g eines hellen Öles vom Sdp. 115
bis 119°, 4D = 1,4470.
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Die Fraktion i stellt das 2, 6-Dimethyl-octen-(6)-al-(2, 3-Dihydrocitral)
dar, welches ein Semicarbazon vom Schmelzpunkt 14o bis 143° liefert.
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Die Fraktion :2 liefert bei nochmaliger Fraktionierung ein leicht
bewegliches, farbloses Öl vom Sdp.2""93bis95°,yiD =1,4475,dasbeim Aufbewahren schnell
zähflüssig wird. Es ist das 2, 6-Dimethyloctanol-(6)-al-(8), dessen Semicarbazon
nach Umkristallisieren aus Methanol bei 137 bis i38° schmilzt. Durch Destillation,
besonders nach Zusatz von Aluminiumphosphat, unter 15o bis Zoo mm, geht es unter
Wasserabspaltung in das 2, 3-Dihydrocitral über, dessen Sdp. 12 mm bei 97 bis 98°
liegt, n 'D' = 1,4641. Das daraus erhaltene Semicarbazon schmilzt nach zweimaliger
Umkristallisation aus wäßrigem Methanol bei 143 bis 145°. In völlig analoger Weise
läßt sich aus Hexahydro-pseudoionon bzw. 2, 6, io-Trimethylpentadecanon
-(14)
das Teirakydro-farnesal bzw. das Phytenal erkalten.
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.Beispiel 5 Bei Einwirkung einer aus 12o g Allylbromid bereiteten
Grignardlösung auf 1ö0 g d-Campher erhält man das Allylcarbinol, das bei 8o bis
go° unter 2 mm als dünnflüssiges Öl von nD = 1420 in einer Ausbeute von go
°/o destilliert.
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24 g dieses Carbinols werden ozonisiert, das Ozonid mit Zinkstaub
in Essigsäure reduziert und das Spaltprodukt fraktioniert destilliert. Man erhält
unter?, nun Druck 1. 3 g eines Verlaufs zwiscken 95 bis 1o5°, 2. 15
g eines hellen Öles zwischen 105 bis 115°, nD = 1,4934, 3. einen zähflüssigen Destillationsrückstand.
Die Fraktion 2 erwies sich als 2-Oxycamphanyl-acetaldekyd, der ein Semicarbazon
vom Schmelzpunkt 215 bis 2i7° liefert.
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Unterwirft man ihn der Destillation nach Zusatz von Aluminiumphosphat,
so geht er unter Wasserabspaltung in den Camphanylen-acetaldehyd über, der unter
2 mm bei Zoo bis r05° siedet. Beispiel 6 Setzt man 3,6 g Butyraldehyd mit einer
Grignardlösung aus 5o g Allylbromid um, so erhält man nach Aufarbeitung des Reaktionsgemisches
und fraktionierte Destillation das Propylallyl-cärbinol als dünnflüssiges 01 vom
Sdp. 13., 68-72°, nD = 1,431o, Ausbeute: 43 g.
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23 g dieses Carbinols werden ozonisiert, das Ozonid -mit Zinkstaub-Eisessig
aufgespalten, die erhaltene Lösung mit Natriumbicärbonat entsäuert und das Lösungsmittel
durch eine Kolonne abdestilliert. Der Rückstand wird einer fraktionierten Destillation
im Vakuum unterworfen.
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1. 6,5 g Sdp.12m, 40 bis 45°, nD 1,4236, 2. 11,o g Sdp.12.
83 bis 85° KD = 1,4569 Die Fraktion 1 enthält das Hexen-2-al-1, welches ein Semicarbazon
vom Schmelzpunkt z73° liefert. Die Fraktion 2 ist das Hexanol-(3)-al(-1), ein farbloses
Öl, das nach einigen Stunden sehr dickflüssig wird. In. dieser Form zeigt es nD
= 1,458o.
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Erhitzt man den Oxaldehyd nach Zusatz von Aluminiumphosphat, so tritt
von 11o° an Wasserabspaltung ein. Zwischen 145 bis 15o° destilliert das Hexenal
über. Nach Trocknen siedet es bei nochmaliger Destillation bei 145 bis 147°, unter
12 mm bei 43 bis 45°, nD = 1,4466, Ausbeute 65 °/ö. Das daraus gebildete Semicarbazon
zeigt einen Schmelzpunkt von 172 - bis z73° nach Umkristallisation aus Methanol.
Beispiel ? Setzt man 38 g Oenanthol mit einer aus 6o g Allylbrornid bereiteten Grignardlösung
um, so erhält man bei der Aufarbeitung 50 g Hexyl-allylcarbinol vom
Siedepunkt 95 bis g7°, nD =1,443o: Unterwirft man 32 g des rohen Cärbinols
in 15°/oiger Lösung in Essigester bei - 2o° der Einwirkung von Ozon, spaltet das
Ozonid auf und fraktioniert das Reaktionsgemisch unter 15 mm Druck, so erhält man
1. b g eines dünnflüssigen Öles bei 95 -bis 100°, n2 =1,425o, 2.18 g eines
dickflüssigen Öles bei 125 bis 130°, 40 = 1,4601.
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Wiederholt man die Destillation unter 3 mm Druck, so ergibt die Fraktion
das Nonen-(2)-al-(1). Sdp.3mm 73 bis 75°, 4D = 1,4455. Sein Semicarbazon bildet
perlmutterartig glänzende, fettartige Schuppen vom Schmelzpunkt 166 bis 167°.
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Die Fraktion 2 liefert das Nonanol-(3)-al-(1). Sdp.i,5",. 115 bis
117°, nD = 1,4612, gemessen unmittelbar nach der Destillation. Dieser Stoff erstarrt
alsbald zu einer wachsartigen Masse, die sich aus Äther zu seifenartig riechenden,
farblosen Blättchen umkristallisieren läßt. Diese schmelzen bei 71 bis 72°. Der
feste Stoff ist ein Duneres des Nonanolals. Das aus diesem Oxaldehyd darstellbare
Semicarbazon schmilzt nach Umkristallisation aus Essigester bei 123 bis 124°.
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Erhitzt man diesen Oxaldehyd, so tritt ab 16o° Wasserabspaltung ein,
die durch Zusatz saurer Salze beschleunigt werden kann. Das dabei entstehende Nonenal
siedet bei 200 bis 2o5°, nD = 1,4540. Man erhält aus 1o g Oxaldehyd nachZusatz vonAluniniumphosphat
bei 20o° unter Zoo mm 6,5 g reines Nonenal.