DE933149C - Verfahren zur Herstellung von 6-Methyl-ª‡-jononen und 6-Methyl-ª‰-jonon - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von 6-Methyl-a-jononen und 6 -Methyl-ß -j onon Das Problem der synthetischen Herstellung des Geruchstoffes der Iriswurzel hat zu zahlreichen Untersuchungen Anlaß gegeben, die bis heute erfolglos verlaufen sind.
• Man hat dem natürlichen Iron zuerst eine Struktur mit einem Cycloheptenring zugeschrieben [Helvetica chimica Acta Bd. 25, I942, S. I88} (siehe Formel I).
• Es wurde jedoch später gefunden, daß das Iron aus einem Isomerengemisch besteht, das zum größeren Teil aus einem Isomeren des 6-Methyl-yjonons (Formel II), das eine seiner Doppelbindungen in semicyclischer Lage trägt, und zum kleineren Teil aus veränderlichen Mengen von 6-Methyl-ajonon (Formel III) zusammengesetzt ist. Die Synthese einer Verbindung von der Formel II ist sehr schwierig und kostspielig, so daß das Problem der synthetischen Herstellung des Irongeruchstoffs auf große Schwierigkeiten zu stoßen scheint, und dies um so mehr, als die Anwesenheit von zwei asymmetrischen Kohlenstoffatomen und die cistrans-Isomerie in der Seitenkette des Methyl-y-jonons nicht weniger als 8 Isomere der Formel II voraussehen läßt, wovon dann nur eines oder eine Mischung von einigen dieser Isomeren den Geruch der verschiedenen Abarten des natürlichen Irons erzeugen kann.
• Der erste fruchtlose Versuch zur Herstellung eines 6-Methyljonons wurde von Kilby und Kipping unternommen (Journal of the chemical Society of London, Bd. I939, S. 435). Hierauf haben Ruzicka und Schinz [Helvetica chimica Acta Bd. 23, I940, S. 959] ein Verfahren zur Herstellung eines für ein Gemisch von 6-Methyl-ajonon (Formel III) und 6-Methyl-ß-jonon (Formel IV) gehaltenen Produktes beschrieben; der Geruch dieses Produktes glich aber in keiner Weise dem typischen Geruch des natürlichen Irons. Diese Tatsache wurde damals mit dem Unterschied in der Struktur zwischen den genannten Methyljononen und dem natürlichen Iron erklärt, welchem, wie oben dargelegt, eine Struktur mit einem Cycloheptenring zugeschrieben wurde (Formel 1).
• Als später die Cycloheptenstruktur sich als unrichtig herausstellte, konnte man den Unterschied im Geruch zwischen dem von Ruzicka und Schinz hergestellten Gemisch der a- und p-6-Methyljonone und dem natürlichen Iron trotzdem durch die neue semicyclische Lage der Doppelbindung im Molekül des natürlichen Irons erklären.
• Bei Übertragung der Verfahren zur Herstellung der Jonone auf die Herstellung der Methyljonone wurde die überraschende Feststellung gemacht, daß ein neues Gemisch von isomeren 6-Methyl-a-jononen und 6-Methyl->8-jonon erhalten wird, welches den typischen Irongeruch aufweist, trotz der praktisch vollständigen Abwesenheit des Isomeren mit seiner semicyclischen Doppelbindung und obwohl das in der Mischung enthaltene a-Isomere zum Teil von dem durch Isomerislerung des natürlichen Irons mit Hilfe von Schwefelsäure erhaltenen Isomeren sterisch verschieden ist.
• Der festgestellte Unterschied im Geruch zwischen diesem neuen und dem von Ruzicka und Schinz erhaltenen Gemisch mußte dem Umstand zugeschrieben werden; daß in beiden Fällen die Konstitution der Isomeren und das Verhältnis der Stereoisomeren nicht die gleichen sind, und daß das von Ruzicka erhaltene Gemisch wahrscheinlich keine a-Isomeren enthielt.
• Es wurde ferner festgestellt, daß die Gemische, welche viel 6-Methyl-a-jonon und wenig 6-Methylpjonon enthalten, ob sie nun nach dem erwähnten Verfahren oder anders hergestellt wurden, allgemein den typischen Irongeruch besitzen.
• Die vorliegende Erfindung, die auf den obenerwähnten Feststellungen basiert, hat ein Verfahren zur Herstellung von 6-Methyl-a-jononen und 6-Methyl-Bjonon zum Gegenstand, also von zum Teil neuen isomeren Verbindungen, die in Wirklichkeit bis jetzt tatsächlich noch nicht erhalten wurden, obwohl das Vorliegen dieser Isomeren schon vermutet worden war.
• Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man x7-Methyl-pseudojonon mit sauren Mitteln, wie Säuren oder sauren Salzen, zu einem Gemisch von 6-Methyl-a-jononen und 6-Methyifl-jonon cyclisiert und das erhaltene Isomerengemisch von 6-Methyljononen in an sich bekannter Weise in seine Komponenten trennt. Man erhält bei der Cyclisation gleichzeitig ein Gemisch von stereoisomeren (cis- und trans-) 6-Methyl-a-jononen und 6-Methyl-ß-jonon. Je nach der bei der Cyclisierung angewandten Temperatur oder insbesondere der Art und Konzentration des Cyclisierungsmittels entsteht dabei ein Gemisch mit wechselnden Mengen an Isomeren im Vergleich zum ,B-Isomeren. Um ein Gemisch zu erhalten, in welchem die a-Isomeren vorwiegen, kann man die Cyclisierung mit Hilfe von verdünnter Schwefelsäure, z. B. eines Gewichtsteiles Schwefelsäure, in 4 Gewichtsteilen Eisessig auf ein Gewichtsteil r-Met6ylpseudojonon vornehmen.
• Bei Verwendung von konzentrierter Schwefelsäure, z. B. von 3,5 Teilen 980/0aber Schwefelsäure, gemischt mit I,5 Teilen Eisessig, entsteht bei der Cyclisierung ein Isomerengemisch, in welchem das ,B-Isomere vorwiegt.
• Wenn man Phosphorsäure als Cyclisierungsmittel verwendet, so erhält man ein Isomerengemisch von 6-Methyljononen, in welchem die a-Isomeren stark vorwiegen.
• Das erhaltene Isomerengemisch von 6-Methyljononen wird in an sich bekannter Weise, z. B. durch physikalische Methoden, wie fraktionierte Destillation, oder durch chemische Methoden in seine Komponenten getrennt; so kann man z. B. die Carbonylverbindung in ein kristallisierbares Derivat überführen und dieses dann in seine Komponenten zerlegen.
• Die a-Isomeren weisen einen feineren Geruch auf als das p-Isomere, aber der Geruch von diesem scheint stärker zu sein. Wie der Geruch der Jonone, so hängt auch der Geruch der a- und jB-6-Methyljonone stark von ihrem Reinheitsgrad ab.
• .Der Geruch des neuen Isomerengemisches ähnelt am deutlichsten dem des natürlichen Irons, wenn das Verhältnis der in ihm enthaltenen Isomeren etwa 65 bis 95 Gewichtsteile 6-Methyl-ajonon auf 35 bis 5 Gewichtsteile 6-Methyl-fl-jonon beträgt.
• Die Herstellung des für das erfindungsgemäße Verfahren als Ausgangsstoff dienenden 27-Methylpseudojonons sowie der daraus durch Ringschluß gewonnenen 6-Methyljonone läßt sich aus dem nachstehenden Formelschema ersehen, in welchem Formel V y-Methyl-linalool, Formel VI s-Methyl-geraniol, Formel VII s-Methyl-citral, Formel VIII x7-Methyl-pseudojonon und die Formeln IX bzw. X die a- und ß-isomeren 6-Methyljonone darstellten, die sich gemeinsam bei der Cyclisierung bilden.
• Das zur Herstellung des r-Methylpseudojonons verwendete y-Methyllinalool (Formel V) wurde von Kilby und Kipping beschrieben. Seine Allylumlagerung zu s-Methylgeraniol, welche diese Autoren nicht durchführen konnten, kann nach bekannten Methoden durchgeführt werden, z. B. mittels eines Gemisches von Eisessigsäureanhydrid und Eisessig.
• Die Oxydation des s-Methylgeraniols kann z. B. leicht nach der Methode von Oppenauer bzw. Lauchenauer durchgeführt werden und liefert s-Methylcitral (Formel VII), das dann mit Aceton zu 17-Methylpseudojonon kondensiert wird.
• Es ist nicht unbedingt nötig, das s-Methylcitral vor seiner Kondensation mit Aceton zu isolieren, sondern Oxydation und Kondensation können in einer einzigen Operation durchgeführt werden, welche dann direkt das #-Methylpseudojonon liefert (Formel VIII). Es ist selbstverständlich, daß die Art der Herstellung der zuletzt genannten Verbindung weder die nachfolgende erfindungsgemäße Cyclisierung noch den Geruch der daraus resultierenden Produkte beeinflußt, wenn der sterische Bau der gleiche ist.
• Im folgenden wird gezeigt, wie das als Ausgangsstoff für das erfindungsgemäße Verfahren dienende #-Methylpseudojonon beispielsweise hergestellt werden kann: 10 kg y-Methyllinalool (Formel V) werden mit 7 kg Essigsäureanhydrid und 7 kg Eisessig gemischt und 6 Stunden auf I50 bis 155° erhitzt. Durch Destillation unter o,2 mm Druck werden 5,6 kg einer zwischen 7I und 71° destillierenden Fraktion abgetrennt. Nach 3stündiger Verseifung mit 3 kg Kaliumhydroxyd in 15 1 Methanol erhält man 4,5 kg Reaktionsprodukt, wovon 2,7 kg bei 0,2 mm Druck als s-Methylgeraniol zwischen 73 und 74° überdestillieren (Formel VI). Das Allophanat dieses #-Methylgeraniols schmilzt bei 108 bis 109°. 2,7 kg methylgeraniol werden hierauf mit 6,o kg destilliertem Aluminiumisopropylat und go 1 absolutem Aceton vermischt und 60 Stunden unter Rückfluß erhitzt. Man destilliert hierauf Aceton und Benzol im Wasserbad ab; kühlt auf 0° und verseift mit einem Überschuß an ätherischer Salzsäure. Nachdem man das Produkt neutral gewaschen hat, wird es der fraktionierten Destillation unterworfen. Man erhält dabei 1,08 kg 21-Methylpseudojonon (Formel VIII) mit einem Kp0,01 = gI bis 92°; nD20 = 1,5338; D420 = 0,9044; das 2, 4-Dinitrophenylhydrazon schmilzt bei I48 bis 1500.
• Im folgenden werden drei Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße- Verfahren angegeben.
• Beispiel I 1 kg diese #-Methylpseudojonons wird in 4 kg auf -4° gekühlter Phosphorsäure (D420 = 1,65) so eingetragen, daß die Temperatur nicht über 0° ansteigt, wobei gutes Rühren zweckmäßig sein kann. Die Lösung wird noch 20 Minuten auf 0° gehalten und hierauf I5 Minuten auf 50 bis 55° erhitzt. Nach dieser BehandLung gießt man auf Eis-und trennt das Gemisch der 6-Methyljonone in üblicher Weise ab. Man erhält 66o g eines Isomerengemisches, welches nach dem Absorptionsspektrum nur 15% des ß-Isomeren enthält.
• Das erhaltene Isomerengemisch hat folgende physikalischen Konstanten: Kp0,01 = 68 bis 73°; nD19 = 1,5001; D419 = 0,9345.
• Ungefähr ein Drittel des Gemisches gibt einPhenylsemicarbazon, das nach Umkristallisieren bei I66 bis 167° schmilzt. Es ist dies das Derivat eines 6-Methyla-jonons, das sich im Licht nicht färbt. Dieses Phenylsemicarbazon ist von dem des natürlichen Irons und von dem, welches aus einem mittels Schwefelsäure isomerisiertqn natürlichen Iron erhalten wird, verschieden. Wird jedoch mit Ameisensäure isomerisiert, so sind die Derivate identisch. Dieses Phenylsemicarbazon kann durch Verseifung wieder in ein 6-Methyl-a-jonon übergeführt werden, welches den angenehmen typischen Geruch des natürlichen Irons aufweist.
• Die physikalischen Konstanten des erhaltenen 6-Methyl-a-jonons sind: Kp0,01 = 70 bis 71°; nD19 = 1,5001; D419 = 0,9337.
• Beispiel 2 1 kg auf - 10° abgekühltes #-Methylpseudojonon wird in ein gleichfalls auf - 10° abgekühltes Gemisch von 3,5 kg 98%iger Schwefelsäure und I,5 kg Eisessig derart eingetragen, daß die Temperatur nicht zu schnell auf 20 bis 25° ansteigt. Nachdem die Mischung 20 Minuten auf dieser Temperatur gehalten wurde, wird sie auf Eis gegossen. Während der ganzen Operation wird gut gerührt. Nach der üblichdn:Aufarbeitung der Reaktionsprodukte erhält man 720 g eines Gemisches aus a-und fl-6-Methyljonon mit folgenden physikalischen Konstanten: Kp0,01 = 69 bis 75°; nD19 = 1,5182; D419 = 0,9501. Durch fraktionierte Destillation unter 0,1 mm in einer sogenannten »Heligrid«-Kolonne (Industrial and Engineering Chemistry Bd. 33, I94I, 5. 639, Analytical Edition) entfernt man ungefähr 50 % zwischen 70 und 750 über gehende Vorläufe, welche aus einem Gemisch der beiden a- und Isomeren bestehen. Die nächste, zwischen 75 und 78° übergehende Fraktion besteht fast ausschließlich aus 6-Methyl-8-jonon. Diese Fraktion weist folgende physikalischen Konstanten auf: Kp0,01 = 75 bis 76; nD6 = I,5I97; D416 = 0,9551.
• Die Gemische von a- und S-Jononen sowie die einzelnen Komponenten des Gemisches, die durch Cyclisierung des #-Methylpseudojonons erhalten werden, finden unabhängig von der Art ihrer Herstellung wegen ihres Irongeruchs bei der Riechstoffherstellung Verwendung.
• B-eispiel 3 1 kg #-Methylpseudojonon, hergestellt wie oben angegeben, wird in 4 kg Toluol gelöst und auf - 5° gekühlt. Darauf wird ein kräftiger Strom von BF3 eingeleitet und gut gerührt. Sobald die Temperatur etwa auf 150 angestiegen ist, wird das Einleiten von BF3 unterbrochen und so lange weiter gerührt, bis die Temperatur wieder 50 erreicht hat. Hierauf wird in überschüssige mit Eis versetzte 10%ige Natronlauge gegossen, gut durchgerührt und dann neutral gewaschen. Das Toluol wird im Vakuum abdestilliert. Der Rückstand wird im Vakuum destilliert. Man erhält 760 bis 820 g Rohdestillat, welches nach der Methode von Girard, d. h. durch Umsetzen des Gemisches mit Betainhydrazinchlorhydrat und nachfolgender Wiederzersetzung des entstandenen Betainhydrazons gereinigt wird, worauf noch 700 g Produkt verbleiben, welche unter 0,3 mm bei 90 bis 94° sieden. nD20 = I,5040; D240 = 0,936. Dieses Iron enthält, wie spektralanalytisch festgestellt wurde, etwa 20% ß-Iron. Das daraus hergestellte Phenylsemicarbazon schmilzt roh bei I50 bis 160° und ist schwerer zu reinigen als das Produkt im Beispiel 1.
• Es kann daraus in geringer Menge ein 2, 4-Dinitrophenylhydrazon erhalten werden, welches bei I48 bis I49° schmilzt.

Claims (5)

1. P A T E N T A N S P R Ü C H E : I. Verfahren zur Herstellung von 6-Methyla-jononen und 6-Methyl-p-jonon, dadurch gekennzeichnet, daß man #-Methylpseudojonon mit sauren Mitteln, wie Säuren oder sauren Salzen, zu einem Gemisch von 6-Methyl-a-jononen und 6-Methyl-ß-jonon cyclisiert und das erhaltene Isomerengemisch von 6-Methyljononen in an sich bekannter Weise in seine Komponenten trennt.
2. 2. Verfahren gemäß Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man die Cyclisation des #-Methylpseudojonons mit Phosphorsäure vornimmt, wodurch ein Isomerengemisch erhalten wird, in welchem die a-Isomeren der 6-Methyljonone stark überwiegen.
3. 3. Verfahren gemäß Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man die Cyclisation des #-Methylpseudojonons mit konzentrierter Schwefelsäure vornimmt, wodurch ein Isomerengemisch erhalten wird, in welchem das p-Isomere der 6-Methyljonone stark überwiegt.
4. 4. Verfahren gemäß Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man aus dem Isomerengemisch der 6-Methyljonone in an sich bekannter Weise mindestens eines der Isomeren in reinem Zustand abtrennt.
5. 5. Verfahren gemäß Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man das erhaltene Isomerengemisch nach der Methode von »Girard« durch Umsetzen des Gemisches mit Betainhydrazinchlorhydrat und nachheriger Wiederzersetzung des entstandenen Betainhydrazons reinigt.

   Angezogene Druckschriften: Helv. Chim. Acta, Bd. 3I, I948, S. IIo3 ff., Helv.

   Chim. Acta, Bd. 23, 1940, 5. 959-963, Helv. Chim.

   Acta, Bd. 27, I944, 5. 645; J. Chem. Soc. (London), 1939, 5. 435; deutsche Patentschriften Nr. 73 o89, 75 I20, I27424, o27, I33 563, I38 100, I50 827, 622 508; Industrial and Engineering Chemistry, Bd. 38, 1946, S. 546-548; Cohn, Die Riechstoffe 1924, S. I66-I69; Ullmann, Enzyklopädie der technischen Chemie, Bd. 9, 1921, S. 609-610.