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Verfahren zur Herstellung langkettiger Carbonsäuren Es ist bekannt,
daB Dihydroresorcin, das durch katalytische Hydrierung von Resorcin in alkalischem
Mittel leicht zugänglich ist, als ß-Diketon (I) am C-Atom 2 alkylierbar ist. Durch
Kondensation von 2 Mol Dihydroresorcin mit r Mol.eines Aldehyds erhält man weiterhin
Verbindungen vom Typ des Methylen-bis-dihydroresorcins (II). (D. Vorländer, Liebigs
Annalen der Chemie, Bd. 3o9, S. 379 [18991; F. E. King und D. F e 1 t e n , Journal
of the American Chemical Society, Bd. 70, S. 1372 [r948]).
Die Einführung von Alkylresten in Dihydroresorcin über seine Metallverbindungen
mit organischen Halogenverbindungen ist nur in wenigen Fällen bis heute bekanntgeworden.
C. L. H e w e t t (Journal of
the Chemical Society, London, Bd.
1936, S. 5o) erhielt bei der Umsetzung der Natriumverbindung des Dihydroresorcins
mit Benzylchlorid in alkoholischer Lösung in i8°/Qiger Ausbeute a-Benzyldihydroresorcin.
M. Klingenfuß (Festschrift Emil Barell, Basel 1936, S. 218 bis 228) erwähnt die
Bildung von Monoallyl- und Diallyldihydroresorcin aus Dihydroresorcin und Allylbromid
in Gegenwart von Kupferpulver, ohne daß die experimentellen Bedingungen und die
erhaltenen Verbindungen beschrieben werden. Is 1 i n g e n f u ß erwähnt ausdrücklich,
daß die C-Alkylierung nur im Falle des Allylbromids gelingt.
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Untersuchungen über die AlkyIierung des Dihydroresorcins (H. Stetter
und W.Dierichs, Chemische Berichte, Bd. 85, S. 61 bis 72 [i952]) haben ergeben,
daß die Darstellung der C-alkylierten Dihydroresorcine fast in allen Fällen möglich
ist, wenn das Halogen in den zur Alkylierung benutzten organischen Halogenverbindungen
genügend reaktionsfähig ist. Besonders hohe Ausbeuten bei der Alkylierung werden
erhalten, wenn man das Kaliumsalz des Dihydroresorcins in hoher Konzentration in
Alkoholen oder besser in Wasser (bzw. in Alkohol-Wasser-Gemischen) mit solchen Halogenverbindungen
umsetzt, die besonders reaktionsfähiges Halogen enthalten. Es lassen sich sowohl
i als auch 2 Wasserstoffatome des Dihydroresorcins durch organische Reste ersetzen.
Im letzteren Falle können die beiden eingeführten Reste auch verschieden sein. Die
C-alkylierten Dihydroresorcine sind in den meisten Fällen wenig haltbar und müssen
deshalb alsbald «eiterverarbeitet werden. Nach D. Vorländer (Liebigs Annalen der
Chemie, Bd. 194, S. 153 [z897]) läßt sich Dihydroresorcin durch Säurespaltung mittels
Alkali in d-Ketocapronsäure überführen. Der Versuch, auch das Methylenbis-dihydroresorcin
durch Säurespaltung in 4, 8-Dioxoundekandicarbonsäure-(i, ii) überzuführen, gelang
Vorländer jedoch nicht. Er erhielt bei der Säurespaltung eine Dicarbonsäure, bei
der unter Wasserabspaltung Ringschluß zu einem Cyciohexenon-Derivat eingetreten
war.
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Nach A. Jahn (Dissertation, Göttingen 1948) können alkylierte Dihydroresorcine
auch ausgehend von Resorcindimethyläther auf folgendem Wege erhalten werden: i.
Umsetzung von Resorcindimethyläther mit Phenyllithium, 2. Alkylierung des metallierten
Äthers mit a, w-Dibromiden, 3. Verseifung des alkylierten Äthers mit jodwasserstoffsäure,
4. Hydrierung der alkylierten Resorcine mit Natriumamalgam. Nach diesem Verfahren
können die C-alkylierten Dihydroresorcine allerdings nicht in Substanz gefaßt werden.
Erhalten werden statt dessen als Reaktionsprodukte der gleichzeitigen Säurespaltung
Diketodicarbonsäuren in geringer Ausbeute.
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Eswurde nun gefunden, daß in der nachstehenden Reaktionsfolge: i.
Einführung von organischen Resten in 2-Stellung des Dihydroresorcins, 2. Säurespaltung
der am C-Atom 2 substituierten Dihydroresorcine zu B-Ketocarbonsäuren, 3. Reduktion
der C = O-Gruppe der d-Ketocarbonsäuren zur CH,-Gruppe eine allgemein anwendbare
Methode zur Herstellung von Carbonsäuren mit mindestens 7 Ketten-C-Atomen gegeben
ist.
Zu i : Die Substitution kann durch Umsetzung der Salze des Dihydroresorcins mit
organischen Halogenverbindungen oder durch Kondensation mit Aldehyden erfolgen.
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Zu 2: Die Säurespaltung der am C-Atom 2 alkylierten Dihydroresorcine
führt unter Verwendung von wäßrigem Alkali und Erdalkali zu a-Ketocarbonsäuren,
die eine um 6 C-Atome längere Kohlenstoffkette besitzen als der durch Alkylierung
in das Dihydroresorcin eingeführte organische Rest. Die Ausbeuten liegen fast in
allen Fällen zwischen 7o bis 8o°/(, der Theorie.
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Zu 3: Die Reduktion der Carbonylgruppe der 8-Ketocarbonsäuren zur
CH,-Gruppe läßt sich sowohl nach Clemmensen als auch nach Wolf f-Kishner durchführen.
Besonders gute Ausbeuten wurden bei der Wolff-Kishner-Reduktion in hochsiedenden
Lösungsmitteln nach dem Verfahren von M. S o f f e r und K. Sherk (Journal of the
American Chemical Society, Bd. 67, S. 1435 [Z945]) erreicht.
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Das Verfahren läßt sich auch in einer Stufe ausführen, wenn man die
C-alkylierten Dihydroresorcine selbst den Bedingungen der Wolff-Kishner-Reduktion
unterwirft. In diesem Falle erfolgt die Säurespaltung in Gegenwart von Hydrazin.
Die intermediär entstehenden ö-Ketocarbonsäurenwerden dabei sofort in die Hydrazone
übergeführt und dadurch allen unerwünschten Nebenreaktionen entzogen. Säurespaltung
und Reduktion können so in einer einzigen Operation durchgeführt werden. Die Ausbeuten
bei diesem Verfahren betragen fast in allen Fällen 9o bis ioo °/o der Theorie. Mit
diesem Verfahren gelingt auch die Säurespaltung und Reduktion der Aldehydkondensationsprodukte
vom Typ des Methylen-bis-dihydroresorcins. So ergibt Methylen-bis-dihydroresorcin
in quantitativer Ausbeute Brassylsäure.
Das Verfahren eignet sich ganz allgemein zur Herstellung langkettiger Carbonsäuren
und besitzt eine ungewöhnlich große Anwendungsbreite. Die universelle Anwendbarkeit
dieses Verfahrens soll in der folgenden Übersicht an einigen Beispielen, die keineswegs
vollständig sind, erläutert «-erden.
| A. Substituierte Dihvdroresorcine mit einem |
| Dihydroresorcinkern |
| Zur Alkylierung Mittels des Verfahrens |
| benutztes Halogenid erhältliche Carbonsäuren |
| (verzweigt und uriverzweigt) |
| Alkylhalogenide Monocarbonsäuren |
| Ungesättigte Halogenide ungesättigte Monocarbon- |
| säuren |
| Halogenierte Alkohole Oxy- und Äthersäuren |
| und Äther |
| Halogenierte Mono- und Di- und Tri-carbonsäuren |
| Dicarbonsäuren und |
| ihre Ester . |
| Halogenderivate der acy- Aminosäuren |
| lierten Amine und |
| Sulfonamide |
| In der Seitenkette haloge- Arylsubstituierte Carbon- |
| nierte aromatische Ver- Säuren |
| bindungen |
| In der Seitenkette haloge- Säuren der heterocycli- |
| nierte heterocyclische schen Reihe |
| Verbindungen |
| Halogenierte alicyclische gesättigte und ungesät- |
| gesättigte und urigesät- tigte Carbonsäuren der |
| tigte Verbindungen alicyclischen Reihe |
| Zur Alkylierung benutzte Mittels des Verfahrens |
| Verbindungen erhältliche Carbonsäuren |
| (verzweigt und uriverzweigt) |
| Dihalogenverbindungen gesättigte und ungesät- |
| der Mono- und Dicar- tigte Tri- und Tetra- |
| bonsäuren und ihre carbonsäuren |
| Ester |
| Aromatische Verbindun- Dicarbonsäuren der aro- |
| gen mit zwei Halogenen matischen Reihe |
| in der Seitenkette |
| Heterocyclische Verbin- Dicarbonsäuren der hete- |
| dungen mit zwei Halo- rocyclischen Reihe |
| genen in der Seitenkette |
| B. Substituierte Dihydroresorcine mit zwei |
| Dihydroresorcinkernen |
| Zur Alkylierung benutzte Mittels des Verfahrens |
| Verbindungen erhältliche Carbonsäuren |
| (verzweigt und uriverzweigt) |
| Aldehyde Dicarbonsäuren |
| Gesättigte und urigesät- gesättigte und ungesät- |
| tigte Dihalogenverbin- tigte Dicarbonsäuren |
| dungen |
Beispiel i 0,5 Mol Dihydroresorcin werden in der äquivalenten Menge einer 2o°/oigen
methanolischen Kalilauge mit
0,55 Mol Methyljodid umgesetzt. Nach dem Abdestillieren
des Methanols kann i-Methylcyclohexandion-(2, 6) in 55%iger Ausbeute isoliert werden.
F. = 2o4°.
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0,5 Mol i-Methylcyclohexandion-(2, 6) werden 30 Stunden mit
1320 ccm einer 3o°/oigen Barytlauge unter Rückfluß erhitzt. Durch Einleiten von
C02 wird Barium gefällt und die entstandene 8-Ketoheptansäure durch Ansäuern in
Freiheit gesetzt. F. = 5o°; Ausbeute 78 % der Theorie.
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0,5 Mol NaOH werden in 750 ccm Diäthylenglykol (in der gleichen
Weise eignen sich andere hochsiedende Alkohole, bei Verwendung der niederen Alkohole
muß die gesamte Reaktion im Druckgefäß durchgeführt werden) gelöst und 62 ccm 85%iges
Hydrazinhydrat zugegeben. Nach einer Rückflußkochung von i bis 11/2 Stunden wird
Wasser und überschüssiges Hydrazinhydrat abdestilliert, bis die Innentemperatur
der Lösung i95° beträgt. Nach 2ostündigem Erhitzen wird Heptansäure durch Ansäuern
erhalten. KP- = 223°; F. _ - io°; Ausbeute 86 °/o der Theorie.
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Beispiel 2 o,5 Mol Dihydroresorcin werden mit 0,55 Mol Cetyljodid
in einer Lösung von 19,5 g Kalium in 25o ccm Methanol unter Rühren umgesetzt. Nach
dem Abdampfen des Methanols kann i-Cetylcyclohexandion-(2,6) in 27%igerAusbeute
erhaltenwerden.
0,i7 MOI i-Cetylcyclohexandion-(2, 6) «erden zu
einem Gemisch aus 360 ccm io%iger Natronlauge und 300 ccm Methanol gegeben.
Nach 30stündigem Kochen wird Methanol abgedampft und die b-Ketodokosansäure durch
Ansäuern und Extraktion mit Chloroform isoliert. F. = 94'; Ausbeute 77,5 % der Theorie.
Die Reduktion erfolgt in der gleichen Weise wie im Beispiel i beschrieben. Ausbeute
an Dokosansäure 87,5 % der Theorie.
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Beispiel 3 o,5Mol Dihydroresorcin werden in der äquivalenten Menge
2o0'oiger Kalilauge, der das gleiche Volumen Alkohol zugesetzt wurde, mit o,55Mo1
n-Butyljodid umgesetzt. Man erhält das i-Butylcyclohexandion-(2, 6) in 50%iger Ausbeute.
F. = i16°.
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0,5 MOI i-Butylcyclohexandion-(2, 6) werden in einer Lösung von 2,5
Mol Na O H in 75o ccm Diäthylenglykol und 62 ccm 85%igem Hydrazinhydrat nach Zugabe
von wenigen ccm Methanol etwa 2o Stunden unter RückfluB erhitzt (Innentemperatur
iio bis i20°). Darauf destilliert man Alkohol, Wasser und überschüssiges Hydrazinhydrat
ab, bis die Innentemperatur der siedenden Lösung i95° erreicht hat. Nach weiterem
iostündigem Kochen erhält man Dekansäure durch Ansäuern und Extraktion mit Äther.
Kp. = 268';
F. --- 3i,5°; Ausbeute 940;o der Theorie.
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Beispiel o,6 M01 Dihydroresorcin werden zu einer Lösung von o,6 Grammatomen
Kalium in 300 ccm absoluten Äthanols gegeben und mit o,66 Mol Bromessigester
durch 1;2stündiges Erhitzen umgesetzt. Nach dem Abdampfen des Alkohols wird der
Rückstand mit 6%iger Natronlauge aufgenommen und nach dem Ausäthern angesäuert.
Man erhält Cyclohexandion-(2, 6) -essigsäureäthylester- (i) vom F. = 93' in 5i°I'oiger
Ausbeute.
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0,5 Mo1 Cyclohexandion-(2, 6)-essigsäureäthylester-(i) werden in einer
Lösung von 2,5 Mol NaOH (oder Natrium) in 750 ccm Diäthylenglykol unter Zugabe
von 62 ccm 85070igem Hydrazinhydrat und etwa 120 ccm Methanol 3o Stunden unter RückfluB
erhitzt. Darauf destilliert man Methanol, Wasser und Hydrazinhydrat ab, bis die
Temperatur der siedenden Lösung 195' beträgt. Bei dieser Temperatur erhitzt man
weitere 1.7 Stunden. Der nach dem Erkalten ausgeschiedene Kristallbrei wird abfiltriert
und nach dem Lösen in Wasser nach Ansäuern Korksäure gefällt. F. = i40'; Ausbeute
94,5 % der Theorie.
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Beispiel 5 o,5 Mol Dihydroresorcin w=erden in o,5 Mol 2o%iger Kalilauge
mit 0,55 Mol Allylbromid umgesetzt und i-Allylcyclohexandion-(2, 6) vom F.
= x26°, Ausbeute 75 0/0 der Theorie, erhalten.
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o,5 Mol i :-#llylcyclohexandion-(2, 6) werden, wie im Beispiel 4 beschrieben,
in einer Lösung von o,5 Mol Na0 H und 62 ccm 85%igem Hydrazinhydrat in
750 ccm Diäthylenglykol gespalten und reduziert. Oliten-(7)-carbonsäure-(i)
vom KP, = T27 bis i28° wird in 67%iger Ausbeute erhalten.
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Beispiel 6 o,5 Mol Dihydroresorcin werden in iio ccm 20%iger KOH mit
0,55 Mol Benzylchlorid unter Zusatz von 5 g N a J umgesetzt. Man erhält i-Benzylcyclohexandion-(2,
6) in 70%iger Ausbeute. F. = 184 bis i85°.
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0,5 14I01 i-Benzylcyclohexandion-(2, 6) werden in einer Lösung von
2,5 Mol Na OH und 62 ccm 84%igem Hydrazinhydrat in der im Beispiel 4 beschriebenen
Weise der Spaltung und Reduktion unterworfen. Man erhält Phenylheptansäure in 980/0iger
Ausbeute. KP2s = 2I2°.
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Beispiel 7 16,8 g Natriumhydroxyd werden in 127 ccm Diäthylenglykol
gelöst. Nach dem Erkalten gibt man 2o g Methylen-bis-dihydroresorcin und 2i,2 ccm
85%iges Hydrazinhydrat hinzu. Nach Zugabe von etwa 16 ccm Methanol erhitzt man 3o
Stunden unter Rückfluß und destilliert dann Methanol, Wasser und Hydrazinhydrat
ab, bis die Temperatur der siedenden Lösung 1950 beträgt. Nach weiterem =o- bis
eistündigem Erhitzen nimmt man mit 60o ccm Wasser auf und fällt durch Ansäuern Brassylsäure
in quantitativer Ausbeute F. = =i2'.
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Beispiel 8 o,5 Mol Dihydroresorcin werden bei Zimmertemperatur in
Gegenwart der äquivalenten Menge 2o%iger K 0 H und einer kleinen Menge Kupferpulver
mit 0,2,5 Mol i, 4-Dibrombuten-(2) umgesetzt und i, i'-Buten-(2)-bis-[cyclohexandion-(2,
6)) in 69%iger Ausbeute erhalten.
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o,5 Mol des Kondensationsproduktes werden in der im Beispiel 7 beschriebenen
Weise in einer Lösung von o,5 Mol Na OH und 125 ccm 85%igen Hydrazinhydrat in 75o
ccm Diäthylenglykol gespalten und reduziert und Tetradecen- (7) - dicarbonsäure
- (i, 14) vom F. = i08° in 75%iger Ausbeute erhalten. Die katalytische Hydrierung
der Säure liefert in quantitativer Ausbeute ihapsiasäure vom F. = i24°.
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Beispiel 9 o,5 Mol Dihydroresorcin werden in iio ccm 2o%iger Kalilauge
gelöst und mit 0,55 Mol i-Bromcyclohexen-(2) unter Zusatz von etwas Kupferpulver
2 Stunden bei Zimmertemperatur gerührt. Man erhält i-(Cyclohexen-(2)-yl)-cyclohexandion-(2,
6) durch Ansäuern der alkalischen Lösung in 540%iger Ausbeute. F. = i40'.
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Durch Säurespaltung und' Reduktion in der im Beispiel 4 angegebenen
Weise erhält man daraus 5-(Cyclohexen-(2)-yl)-pentancarbonsäure-(i) vom KPio = i74
bis z75°. Ausbeute 73 % der Theorie.
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Beispiel =o 0,5 14Z01 Dihydroresorcin werden in iio ccm 2o%iger Kalilauge
gelöst und unter Rühren mit 0,55 Mol p-Chlormethylanisol 2 Stunden umgesetzt.
Aufarbeitung wie im Beispiel 6 beschrieben. F. des so erhaltenen
i
- (p - Methoxybenzyl) - cyclobexandions - (2, 6) = i495°. Ausbeute 52 °!o der Theorie.
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Das Kondensationsprodukt wird in der im Beispiel 6 beschriebenen Weise
der Säurespaltung und Reduktion unterworfen. 6 - (p - Methoxyphenyl) - hexancarbonsäure-(i)
vom F. = 69° wird in 65,5°/oiger Ausbeute erhalten.
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Beispiel ii Durch Kondensation des Kaliumsalzes von i-Benzylcyclohexandion-(2,
6) mit überschüssigem Methyljodid erhält man i, i'-Meth#,Jlbenzylcyclohexandion-
(2, 6) vom F. = 89° in 3o°;'oiger Ausbeute. Durch Säurespaltung und Reduktion in
der im Beispiel 4 angegebenen Weise erhält man 5-Methyl-6-phenylhexancarbonsäure-(i)
vom Kp9 = igo bis igi° in 9o°,loiger Ausbeute.
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Beispiel 12 ii g Dihydroresorcin werden in 22 ccm 2o°/oiger Kalilauge
unter Rühren und Erhitzen auf dem Wasserbad mit 9,6 g c), co'-Dichlor-p-xylol umgesetzt.
Zur Erhöhung der Löslichkeit werden noch 5 ccm Methanol zugesetzt. lach 3 Stunden
trennt man i, i'-p-Xylylen-bis- [cyclohexandion-(2, 6) ] vom F. = 300° (Zersetzung)
ab. Ausbeute 52 % der Theorie. Das Kondensationsprodukt wird in der im Beispiel
8 beschriebenen Weise der Säurespaltung und Reduktion unterworfen. 6, 6' - p - Phenylen
-bis - [hexancarbonsäure-(i) ] wird auf diese Weise in 78°; oiger Ausbeute erhalten.
F. = 155 bis z56°.