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Publication number: DEF0017289MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 9, April 1955 Bekanntgemacht am 2. August 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

PATENTANMELDUNG

KLASSE 12 ο GRUPPE 25 INTERNAT. KLASSE C 07c

F 17289 IVb/12 ο

Max Stoll und Max Hinder, Petit-Lancy, Genf (Schweiz)

sind als Erfinder genannt worden

Firmenich & Co., successeurs de la societe anonyme M. Naef & Cie.,

Genf (Schweiz)

Vertreter: M. M. Wirth, Dr. W. Schalk und Dipl.-Ing. P. Wirth, Patentanwälte, Frankfurt/M.

Verfahren zur Herstellung von isomeren 1,1,6 -Trimethyl - 6 - oxyoktahy dronaphthalinen

Die Priorität der Anmeldung in den V. St. v. Amerika vom 12. April 1954 ist in Anspruch genommen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von isomeren i, i, o-Trimethyl-ö-oxyoktahydronaphthalinen. Besonders das i, i, 6-Trimethyl-6-oxyi, 2, 3, 5, 6, 7, 8, g-oktahydronaphthalin und das i, i, 6-Trimethyl-6-oxy-i, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8-oktähydronaphthalin besitzen einen völlig neuen und bemerkenswerten Geruch und werden in der Riechstoffindustrie verwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man Dihydro-y-ionon in Gegenwart 10 eines cychsierenden Mittels einem Ringschluß unterwirft.

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Das Verfahren sei durch folgendes Formelschema erläutert:

	C H₃ C H₃ \ /	CH₃ /, CH₂	+ H©	3	Γ	CH₃ \ _	CH₃ /	(H)	j \y Xl₃ \
	\ / C CH₂ /X/X CH2 CH CH2	/¹\_S/⁸\ CH₂ CH 7CH₂ 2 3 CH₂ C 6C-CH₃ X,/ X₅/ X CH CH₂ OH			3 CH₂	\ / C /^N CH₂		J	OH
	CH₂ C C = O \ / X \			CH₂ \	CH₂ x/X ·■ CH CH₂
	\ / \ \ CH₂ CH₂ CH	CH₃ CH X/ C	+C C /l\ /
	(I)	/¹X₉/ CH₂ C 2 3 CH₂ C ■\./\ CH₂	\ / ι \/ CH₂ CHj		CH₃ CH₃ X/ C CH2
				/¹X₃/⁸/ CH₂ CH 7( 2 I 3 I CH₂ C 6( X./ X₅/ CH₂ CH
		_H<£
CH₃ \., C

	'⁸X 7CH₂ 6C-CH₃ ,s/ X : CH₂ OH




I — CH₃ X OH

(ΠΙ) (IV)

Wenn man das Dihydro-y-ionon (I) mit Hilfe eines cyclisierenden Mittels, z. B. Protonen, einem Ring-

Schluß unterwirft, bildet sich ein bicyclisches Carboniumion der Formel (II). Dieses Ion verliert wieder ein Proton und gibt neben einer gewissen Menge nicht alkoholischer Nebenprodukte ein Gemisch ungesättigter tertiärer bicyclischer isomerer Alkohole

der Formeln (III), (IV) und (V).

Diese Alkohole können aus dem rohen Reaktionsgemisch z. B. durch Behandlung mit Borsäuretriäthylester oder Phthalsäureanhydrid abgetrennt werden. Zwei dieser drei isomeren Alkohole bilden zwei stereoisomere Formen infolge ihrer zwei asymmetrischen Kohlenstoffatome. ■

Der wichtigste dieser Alkohole ist derjenige der Formel (III), nämlich das 1, 1, 6-Trimethyl-6-oxyi, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9-oktahydronaphthalin. Dieser Al-

kohol kann auch als 2, 2, S-Trimethyl-S-oxybicyclo-(0,4,4)-decen-(5) bezeichnet werden. Der an Bedeutung zweitwichtigste Alkohol ist derjenige der Formel (IV), nämlich das 1,1,6-Trimethyl-6-oxyi, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8-oktahydronaphthalin.

Diese beiden Alkohole der Formeln (III) und (IV) besitzen einen neuen und bemerkenswerten Geruch und stellen neue, in der Riechstoffindustrie verwendbare Verbindungen dar.
Der Alkohol der Formel (V), nämlich das 1,1, 6-Tri-

methyl - 6 - oxy - ι, 2, 3, \, 6, 7, 8, 9 - oktahydronaph-

,. thalin, bildet sich bei der Cyclisierung des Dihydroy-ionons in nur ganz geringen Mengen. Sein Geruch

ist sehr schwach, so daß seine Gegenwart im Gemisch (V)

der beiden anderen Alkohole der Formern (III) und (IV) oder in den abgetrennten Isomeren den Geruch dieser Produkte nicht beeinträchtigt. Der Alkohol der Formel (V) gibt zwei Allophanate, welche bei 171 bzw. i6i° schmelzen (das zuletzt genannte ist wahrscheinlich unrein).

Das nach dem Ringschluß erhaltene Gemisch der drei Isomeren der Formeln (III), (IV) und (V) besitzt folgende Konstanten: Siedepunkt Kp._0Λ7 = 66bis67°, Kp.₀,₂₅ = 76 bis 8o°, Kp.0,1 = 70 bis 72°; Dichte bei i8° (bezogen auf Wasser von 4°) = 0,964; Brechungsindex w"-⁵ = 1,498; 3, 5-Dinitrobenzoat: Schmelzpunkt 82 bis 83°.

Dieses Produkt gibt Allophanate,; welche bei 184, 183, 172 bzw. 154⁰ schmelzen, sowie ein bei 55 bis 56⁰ schmelzendes Epoxyd (C₁₃H₂₂O₂).

In manchen Fällen enthält das direkt bei der Cyclisierung erhaltene Produkt nur die beiden isomeren Alkohole der Formeln (III) und (IV). Dieses Isomerengemisch besitzt die gleiche Geruchsnote wie ng das zuerst erwähnte.

Wenn man als Ausgangsmaterial ein Gemisch der Dihydro-a, ß- und -y-ionone an Stelle des reinen y-Isomeren verwendet, wird praktisch nur das y-Isomere cyclisiert. Es entsteht dabei ein Gemisch von Dihydrp-a- und gegebenf alls -/?-iononen mit i; i, 6-Trimethyl-6-oxy~i, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9-oktahydronaphthalin, i, i, 6-Trimethyl-6-oxy-i, 2,3,4,5,6,7, 8-oktahydronaphthalin und einer kleinen Menge i, i, 6-Trimethyl-6-oxy-i, 2, 3, 4, 6, 7, 8, g-oktähydronaphthalin; aus diesem Gemisch können die Alkohole

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der Formeln (III) und (IV) durch Überführung in

- die Borsäureester und anschließende fraktionierte Destillation leicht abgetrennt werden.

Das i, i, 6-Trimethyl-6-oxy-i, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9-oktahydronaphthahn (III) besitzt einen starken, neuen Parfümgeruch. Es besitzt folgende physikalische Konstanten: Siedepunkt Kp.₀₎₂₅ = 72⁰; Dichte Df = 0,9647; Brechungsindex n% = 1,498, und bildet Allophanate, welche bei 183 bzw. 184⁰ schmelzen.

Das i, i, 6-Trimethyl-6-oxy-i, 2,3,4,5,6, 7, 8-oktahydronaphthalin (IV) gibt ein einziges, bei 153 bis 154° schmelzendes Allophanat und weist folgende physikalische Konstanten auf: Siedepunkt Kp._0j05 = 60 bis 6i°; Dichte D\^v = 0,970; Brechungsindex ri% = 1,502.

Man kann neue Riechstoffzusammensetzungen mit neuen Geruchsnuahcen bei Verwendung eines oder der beiden Isomeren der Formeln (III) und (IV) herstellen.

Bisher wurde die Cyclisierung einer monocyclischen aliphatischen Verbindung, welche eine Ketogruppe und eine semicyclische Doppelbindung aufweist, zu einem isocyclischen Ring noch nicht beschrieben. Man konnte auch bis jetzt nicht voraussehen, daß ein solcher Ringschluß möglich wäre. Einerseits erschien ein Ringschluß der oben angegebenen Art fast undurchführbar, weil die semicyclische Doppelbindung des Dihydro-y-ionons eine starke, Neigung besitzt, sich bei Anwesenheit von Protonen oder von Hydroxylgruppen innerhalb des Ringes zu verschieben. Andererseits war es sehr unwahrscheinlich, daß die

■· entstehende tertiäre Hydroxylgruppe in Gegenwart von Protonen genügend beständig sein und nicht unter Wasserabspaltung in eine Doppelbindung übergehen würde. Der Ringschluß kann in der Weise durchgeführt werden, daß man Dihydro-y-ionon mit einer oder mehreren mit Wasser verdünnten starken Säuren schüttelt oder indem man das Dihydro-y-ionon mit einer Substanz erhitzt, welche nur schwach protonenbildend ist, z. B. mit Wasser verdünnte, schwache organische Säuren, wie insbesondere Phthalsäure, Salicylsäure, Weinsäure, Carbolsäure, Benzoesäure, Zitronensäure und Oxalsäure. Unter diesen Bedingungen verliert nur ein kleiner Teil des tertiären Alkohols seine Hydroxylgruppe und geht in einen doppelt ungesättigten Kohlenwasserstoff über.
.; Elektrophile Stoffe, wie BF₃, eignen sich zur Durchführung der Ringschlußreaktion des Dihydroy-ionons in gleicher Weise wie protonenbildende Stoffe.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders bedeutungsvoll, wenn es auf ein Gemisch von Dihydro-a-, -ß- und -y-iononen angewendet wird. Es ermöglicht dann die ausschließliche Cyclisierung des y-Isomeren, während die anderen Isomeren praktisch unverändert bleiben. Im Gemisch mit den erfmdungsgemäß herstellbaren neuen Alkoholen bilden sie eine Mischung von angenehmem Geruch.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch auf ein Dihydro-y-ionon, das erst im Reaktionsgemisch gebildet wird, angewandt werden, wenn man z. B. das Acetal, das Semicarbazon oder ein anderes Carbonylderivat dieses Ionons als Ausgangsmaterial Verwendet. Bei der Verwendung dieser Verbindungen an Stelle des Ketons ist lediglich darauf Rücksicht zu nehmen, daß diese Verbindungen sich bei den vorstehend angegebenen Reaktionsbedingungen leicht in das Keton aufspalten müssen. Die Spaltung des Semicarbazone des natürlichen Dihydro-y-ionons in Gegenwart von Phthalsäure ist bereits von Ruzicka und seinen Mitarbeitern in Helvetica Chimica Acta, Bd. 31, 1948, S. 830, beschrieben worden. Im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfahren wurde aber keinerlei Ringschlußbildung erreicht. Es ist jedoch sicher, daß die Verwendung einer warmen Phthalsäurelösung immer zu einer raschen Cyclisierung des Dihydroy-ionons führt, wie zahlreiche Versuche gezeigt haben.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen neuen Produkte sind nicht nur sehr bemerkenswerte Ausgangsstoffe für die Riechstoffindustrie, sondern sie können auch als Ausgangsstoffe für Synthesen verwendet werden; man kann sie sowohl in rohem als auch in gereinigtem Zustand verwenden.

Die nachfolgenden Beispiele zeigen, wie das erfindungsgemäße Verfahren praktisch durchgeführt werden kann.

Beispiel 1

10 g reines synthetisches Dihydro-y-ionon (D.f-^S = 0,9149; wj,⁹ = 1,4771) werden 48 Stunden bei ungefähr 25 ° mit einer Lösung von 20 g konzentrierter Schwefelsäure in 100 cm³ Wasser gerührt. Das Reaktionsprodukt wird mit Äther extrahiert und hierauf mit Natriumcarbonat und Wasser gewaschen. Die ätherische Lösung wird getrocknet und das Lösungsmittel durch Destillation entfernt. Der Rückstand wird ι Stunde langsam mit 10 g B(OC₂Hg)₃ erhitzt. Der gebildete Äthylalkohol wird bei gewöhnlichem Druck zusammen mit dem Überschuß an Borsäuretriäthylester durch Destillation entfernt. Der nicht umgesetzte Anteil des Reaktionsproduktes wird hierauf bei einem Druck von 0,01 mm Hg abdestilliert. Die Temperatur des Ölbades darf 140 ° nicht übersteigen. Eine Molekulardestillation erhöht die Ausbeute. Der Destillationsrückstand wird innerhalb von ι Stunde mit 70 cm³ einer io°/₀igen Lösung von KOH in Methanol und in Gegenwart von 10 cm³ Benzol verseift. Die Lösungsmittel werden durch Destillation entfernt|und der Rückstand mit Benzol ausgezogen. Schließlich wird das Benzol abdestilliert und das zurückbleibende Produkt rektifiziert. Siedepunkt Kp._0;25 = 71 bis 72⁰; D.f = 0,9667; < = 1,4988.

Man erhält 95°/,, dieses Produktes. Der Geruch dieses neuen Stoffes ist verschieden von demjenigen des natürlichen grauen Ambras; der Geruch kommt jedoch dem eines der Bestandteile des grauen Ambras infolge seiner sehr starken Humus- und Schimmelgeruchsnote sehr nahe.

Beispiel 2

77,8 g eines Gemisches von Dihydro-y- und -a-iononen werden 48 Stunden bei einer Temperatur von ungefähr 20, bis 30⁰ mit 800 cm³ einer 20%igen Schwefelsäurelösung gerührt. Das verwendete Dihydroionongemisch weist folgende physikalische Kon-

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stanten auf: Siedepunkt Κρ._Οί1 = 85°; D.f = 0,920; < = 1,475; Carbonylgehalt 95%.

Man extrahiert das Reaktionsprodukt mit Äther

oder Benzol. Auf diese Weise erhält man ungefähr 76g eines Produktes mit einem Ketongehalt von 38% (Bestimmung durch Oximbüdung), entsprechend

■■■. einer 57°/_oigen Ausbeute, bezogen auf die Menge der verwendeten Ausgangsketone. Da die Dihydro-ct- und -jS-ionone sich unter den oben angegebenen Reaktionsbedingungen nicht cyclisieren lassen, betrug die Menge an Dihydro-y-ionon im Ausgangsmaterial also mindestens 44,5 g (57% von 77,8 g). Man erhitzt 74 g des cyclisierten Produktes mit 80 g Borsäuretriäthylester. Die Temperatur wird zunächst auf 128⁰ gehalten und dann allmählich auf 150° erhöht. Gleichzeitig wird der Druck von 720 mm Hg auf 15 mm Hg und schließlich auf 0,1 mm Hg erniedrigt. Nach Entfernung des Äthanols durch Destillation gehen bei einem Druck zwischen 18 mm und 0,1 mm Hg zwischen 128 und ioo° 41 g eines Produktes über, das ungefähr 61% Ketone enthält (bestimmt durch Oximbüdung). 33 g destillieren überhaupt nicht über. Diese werden mit 140 cm³ einer Lösung von 15 g KOH in Methanol in Gegenwart von 10 cm³ Benzol

verseift. Die neutrale' Fraktion wird mit Äther extrahiert, der Auszug mit Wasser gewaschen und

destilliert.
= 64 bis

Es destillieren
68° siedenden

28,6 g eines bei Kp._Oll Stoffes; D.f = 0,9618;

= 1,4985· Die Ausbeute an cyclisiertem Reaktionsprodukt beträgt 64%, bezogen auf die Menge des im Ausgangsmaterial vorhandenen Dihydroy-ionons. Diese Ausbeute kann dadurch erhöht werden, daß man das mit dem Borsäureester nicht umgesetzte Produkt rascher oder bei einer tieferen Temperatur destilliert, z. B. einer kontinuierlichen Molekulardestillation unterwirft, oder indem man dieses Produkt extrahiert. Es wird dann eine Ausbeute von 95% erzielt. Die Schwefelsäure, welche als protonenerzeugender Stoff dient, kann vorteilhaft durch ein Kationenaustauscherharz ersetzt werden, z. B. durch eines der Harze, die von Swistak, Mastagli und Zafiriadis beschrieben worden sind (vgl. Comptes rendus hebdomadaires de l'Academie des sciences, Paris, Bd. 236, 1953, S. 2325).

Es können zur Cyclisierung des Dihydro-y-ionons auch andere Säuren als Schwefelsäure verwendet ' werden. In folgender Tabelle sind einige Säuren hinsichtlich ihres Cyclisierungsvermögens bei verschiedenen Konzentrationen und Temperaturen zusammengestellt. Die letzte Spalte dieser , Tabelle gibt die Ausbeute an tertiären Alkoholen der Formeln (III), (IV) und (V) an.

Säure	Kon zentration %	Temperatur °c	Reaktiöns- dauer Stunden	Lösungs mittel	Cyclisierung 7.	Tertiäre Alkohole %
Salicylsäure Phthalsäure Weinsäure 35 Zitronensäure Oxalsäure Oxalsäure	3D 38 30 30 12 12	99 99 99 99 99 25	1,5 i,3 i,5 1,5 o,5 48,0	Äthanol/H₂O H₂O Äthanol/H₂ O Äthanol/H₂O H₂O H₂O	96 90 25 29 65 5	75 77 . 8 IO 60 4

Das Reaktionsprodukt ist nicht sehr beständig und erleidet leicht eine Wasserabspaltung und eine Verharzung. Es ist demzufolge wesentlich, die Reaktion nur so lange fortzusetzen, wie die Ausbeute steigt.

Beispiel 3

5,75 g in 30 cm³ wasserfreiem Benzol gelöstes Dihydro-y-ionon wird mit einem Gasstrom von 0,6 g BF₈ behandelt. Zu Beginn beträgt die Temperatur + 4°. Das Reaktionsgefäß wird mittels eines Gemisches von Eis und Salz gekühlt; die Außentemperatur beträgt —3⁰ und steigt innerhalb von 3 Minuten auf + 9,5°. 4 Minuten später fällt die Temperatur auf +6°. In diesem Augenblick wird der BF₃-Strom unterbrochen. Man fügt dann langsam 50 cm³ einer io°/₀igen NaOH-Lösung zu, um die Temperatur auf + 3° zu halten. Nach dem Waschen mit einer wäßrigen NaOH-Lösung wird das Reaktionsprodukt über K₂CO₃ getrocknet und dann destilliert. Es destillieren 5,25 g bei Kp._Oil6 = 67 bis 70⁰. Diese 5,25 g werden dann mit 14 g B(OC₂H_B)₃ auf eine Temperatur von höchstens 150⁰ erhitzt. Der Alkohol und das überschüssige B (O C₂ H₅) 3 werden durch Destillation entfernt, und die Destillation wird im Vakuum fortgesetzt, bis sie bei einem Druck von 0,5 mm Hg und bei einer Temperatur von etwa 120⁰ beendet ist. Der Borsäureester wird mit 15 cm³ einer io%igen KOH-Lösung in Methanol und in Gegenwart von 2 cm³ Benzol verseift. Das erhaltene Reaktionsprodukt' wird destilliert. Siedepunkt Kp._0ll2 = 72 bis 73⁰; D.f'⁵ — 0,962; «|° = 1,498; Ausbeute 91%.

Die Allophanate werden gemäß der von Zobrist und Schinz in Helvetica Chimica Acta, Bd. 35, 1952, S. 2385, beschriebenen allgemeinen Methode hergestellt. Die reinen Isomeren der Formeln (III) bzw. (IV) sind infolge der Beweglichkeit ihrer Doppelbindung in Gegenwart von sauren oder alkalisch wirkenden Substanzen schwer zu erhalten. Die beste Methode, dieselben abzutrennen, besteht in der Reduktion ihrer Dinitrobenzoate oder ihrer Allophanate mit Hilfe eines geringen Überschusses an LiAlH₄ in Tetrahydrofuran. Ihre weitere Reinigung kann durch fraktionierte Destillation, noch besser durch Chromatographie erfolgen.

Beispiel 4

Ersetzt man die Schwefelsäure im Beispiel 1 durch Phosphorsäure, so erhält man praktisch das gleiche Ergebnis wie bei der Verwendung von Schwefelsäure.

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Die Abtrennung des Gemisches der beiden Isomeren der Formeln (III) und (IV) vom Isomeren der Formel (V) erfolgt am besten durch eine fraktionierte Destillation unter vermindertem Druck. Das Isomere der Formel (V) ist in den Fraktionen mit dem höchsten Siedepunkt angereichert, die zum Teil kristallisieren. Der kristallisierende Anteil ist eine der beiden Stereoisomeren der Verbindung der Formel (V), die Verbindung schmilzt bei 62⁰.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zur Herstellung von isomeren i, i, ö-Trimethyl-ö-oxyoktahydronaphthalinen, dadurch gekennzeichnet, daß man Dihydro-y-ionon oder eine Dihydro-y-ionon enthaltende Isomerenmischung in Gegenwart einer Protonen abspaltenden oder Elektronen aufnehmenden Verbindung einem Ringschluß unterwirft und die erhaltenen isomeren tertiären Alkohole gegebenenfalls mit Borsäuretriäthylester aus dem Reaktionsprodukt abtrennt und die erhaltenen Borsäureester verseift.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Cyclisierungsmittel Bortrifhiorid, eine wäßrige Lösung von Schwefelsäure oder eine wäßrige Lösung einer organischen Säure verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangsmaterial ein Dihydro-y-ionon verwendet, das erst im Reaktionsgemisch freigesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Bortrifluorid in einem inerten Lösungsmittel anwendet.