DK151796B

DK151796B - Fremgangsmaade til fremstilling af cyclopentenoloner

Info

Publication number: DK151796B
Application number: DK190981A
Authority: DK
Inventors: Kenji Saito; Hiroshi Yamachika; Masayoshi Minai
Original assignee: Sumitomo Chemical Co
Priority date: 1980-04-30
Filing date: 1981-04-29
Publication date: 1988-01-04
Also published as: DK151796C; EP0039089A2; HU188043B; DK190981A; DE3161108D1; EP0039089A3; EP0039089B1

Description

i

DK 151796B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af cyclopentenoloner. Den angår nærmere angivet en særlig og forbedret fremgangsmåde til fremstilling af 2-R.j-3-R2-4-hydroxy-2-cyclopente-noner med formlen I

0 I 9

If*1 HO—J--R2 5 hvor R^ betegner alkyl eller cycloalkyl med højst 6 carbonatomer, alkenyl eller cycloalkenyl med højst 6 carbonatomer, alkynyl eller cycloalkynyl med højst 6 carbonatomer eller en gruppe med formlen hvor Rg betegner hydrogen, methyl eller halogen, og Rg betegner hydrogen eller methyl, forudsat at når Rg betegner hydrogen, beteg-10 ner R^ hverken a-methylallyl eller a-methylpropargyl.

I de ovennævnte definitioner skal udtrykkene "alkyl", "alkenyl", og "alkynyl" betegne både ligekædede og forgrenede grupper. Specifikke eksempler på sådanne grupper er methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sek.butyl, n-pentyl, n-hexyl, allyl, a-methylallyl, 15 α-ethylallyl, 4-pentenyl, propargyl og α-methylpropargyl. Eksempler på cycliske grupper er cyclopentyl, cyclohexyl, 2-cyclopentenyl og 2-cyclohexenyl. Udtrykket "halogen" skal betegne chlor, brom eller fluor.

2-R^-3-R2"4-hydroxy-2-cyclopentenoner I er nyttige som de alko-20 holiske bestanddele af landbrugsmæssige kemikalier såsom allethriner.

Til fremstilling deraf kendes forskellige fremgangsmåder, blandt hvilke nogle anvendes industrielt. De er imidlertid endnu ikke til , i

DK 151796B

2 fredsstillende med hensyn til udbyttet, operationernes komplexitet og problemer med miljøforurening osv.

Til fremstilling af 2-R.j-3-R2-4-hydroxy-2-cyclopentenonerne I kendes to fremgangsmåder, der går ud fra de tilsvarende 4-hydroxy-4-R2~

5 5-R.j-2-cyclopentenoner med formlen II

O

i_p R2

OH

hvor R.j og R2 hver har den ovenfor angivne betydning, blandt hvilke den ene omfatter behandling af 4-hydroxy-4-R2"5-R^-2-cyclo-pentenonerne II med basisk aluminiumoxid i en opløsningsmiddelblanding af benzen og ether (G. Piancatelli et al.: Tetrahedron, 34, 10 2775 (1978)), og den anden omfatter behandling af 4-hydroxy-4-R2“ 5-R^-2-cyclopentenonerne II med 5%'ig natriumhydrogencarbonat i vand, et organisk opløsningsmiddel eller en blanding deraf (japansk patentpublikation (ikke-undersøgt) nr. 21146/78). Den førstnævnte fremgangsmåde er imidlertid økonomisk ufordelagtig, idet der kræves 15 store mængder dyrt aluminiumoxid. Den sidstnævnte fremgangsmåde kræver kraftig omrøring for at give en ensartet dispersion af 4-hy-droxy-4-R2~5-R.j-2-cyclopentenonerne II i natriumhydrogencarbonatop-løsningen og er ikke tilfredsstillende med hensyn til udbyttet af de ønskede 2-R1-3-R2~4-hydroxy-2-cyclopentenoner I. Endelig beskriver 20 EP offentliggørelsesskrift nr. 22.162 fremstilling af pentenoloner af typen med formlen I ved behandling af pentenoloner af typen med formlen II med forskellige baser, deriblandt aluminiumoxid og natrium- 1 hydrogencarbonat, i f.eks. vandige medier. Fælles for de kendte fremgangsmåder er imidlertid, at fremgangsmåden ifølge den forelig-25 gende opfindelse giver signifikant højere udbytter end de kendte metoder.

DK 151796 B

3 På den anden side er det kendt, at behandling af et prostaglandin-mellemprodukt med formlen

O

-OH

med IN svovlsyre i en opløsningsmiddelblanding af vand og dioxan giver et andet prostaglandinmellemprodukt med formlen

O

HO-I-- 5 (M.B. Floyd, J.Org.Chem., 43, 1641 (1978)). Når reaktionsbetingel serne ved denne behandling anvendes til omdannelse af 4-hydroxy- 4-R2“5-R.j-2-cyclopentenonerne II til 2-R^-3-R2-4-hydroxy-2-cyclopen-tenonerne I, dannes der forskellige uønskede stoffer som biprodukter, og udbyttet af de ønskede 2-R.j-3-R2-4-hydroxy-2-cyclopentenoner I 10 reduceres kraftigt.

Som et resultat af omfattende undersøgelser har det nu vist sig, at behandlingen af 4-hydroxy-4-R2_5-R^-2-cyclopentenonerne II i et næsten neutralt vandigt medium let giver de tilsvarende 2-R.j-3^2" 4-hydroxy-2-cyclopentenoner I i godt udbytte.

15 Ifølge den foreliggende opfindelse tilvejebringes således en fremgangsmåde til fremstilling af 2-R^-3-R2“4-hydroxy-2-cyclopentenoner I i godt udbytte i løbet af kort tid, hvorved de tilsvarende 4-hydroxy-4-R2~5-R.j-2-cyclopentenoner II behandles i et vandigt medium, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, at behandlingen udføres 20 under næsten neutrale betingelser.

DK 151796B

4

Det vandige medium kan udgøres af vand alene eller indeholde en lille mængde af et hvilket som helst med vand blandbart eller ikke-bland-bart organisk opløsningsmiddel, f.eks. acetone, tetrahyd rof uran, dioxan, toluen, xylen, diisopropylether eller benzen. Vægten af det 5 vandige medium i forhold til 4-hydroxy-4-R2~5-R^-2-cyclopentenonen II kan sædvanligvis ligge fra 0,5 til 100 gange, fortrinsvis fra 5 til 40 gange.

Behandlingen udføres sædvanligvis ved en temperatur i området fra ca. 20 til 200°C. For at accelerere reaktionshastigheden foretrækkes 10 imidlertid tilstedeværelsen af et metalsalt i det vandige medium eller forøgelse af temperaturen til fra ca. 120 til 200°C. Omdannelsen kan, med andre ord, fuldføres på kort tid enten i nærværelse af et metalsalt, selv hvis temperaturen er relativt lav, f.eks. fra 20 til 120°C, eller ved en temperatur på fra ca. 120 til 200°C, selv om et metalsalt 15 ikke er til stede. Det vandige mediums ρΗ-værdi skal være næsten neutral, og når der iagttages en bevægelse af pH-værdien til den sure side ved tilsætning af metalsaltet, holdes pH-værdien omkring 7 ved tilsætning af en passende mængde af et basisk stof til reaktionssystemet.

i i 20 Eksempler på metalsalte er magnesiumchlorid, magnesiumbromid, mag- j nesiumnitrat, magnesiumsulfat, manganOl)chlorid, zinkchlorid, kob-ber(ll)chlorid, kobberClDsulfat, cobaltClQacetat og cobalt(ll)chlorid.

Mængden af metalsaltet kan sædvanligvis ligge fra 0,001 til 10 mol, fortrinsvis fra 0,01 til 1 mol, pr. mol af 2-R^-3-R2_4-hydroxy-2-cyc-25 lopentenonen I.

Reaktionsmekanismen ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse er endnu uvis. Det kan imidlertid formodes, at mekanismen i det væsentlige er den samme som ved anvendelsen af en syrekatalysator til omdannelsen af et prostaglandinmellemprodukt til et andet, 30 men, i modsætning til tilfældet med anvendelse af en syrekatalysator, er produktionen af uønskede stoffer som biprodukter, der formodentlig resulterer af aldolkondensationen af den først fremstillede 2-R^- 3-R2"4-hydroxy-2-cyclopentenon I, tydelig inhiberet.

DK 151796B

5

Udgangs-4-hydroxy-4-R2-5-Ri"2-cyclopentenonen II kan f.eks. fremstilles ved at omsætte en furfural med formlen

R2——CHO

hvor R2 har den ovenfor angivne betydning, med et organisk metalha-. logenid med formlen

5 R^MX

hvor M betegner Mg, Zn eller Al(2/3), X betegner chlor, brom eller iod, og R.j har den ovenfor angivne betydning, idet det organiske metalhalogenid kan fremstilles ved at omsætte et halogenid med formlen R^X med Mg, Zn eller Al og opvarme den resulterende furanforbindel-10 se med formlen R2 —V JJ—CH-R, | 1 OH * hvor Rj og R2 hver har den ovenfor angivne betydning, sammen med vand i nærværelse af et metalsalt.

4-Hydroxy-4-R2-5-R^-2-cyclopentenonen II, hvor R2 betegner methyl, kan alternativt fremstilles ved nedenstående fremgangsmåde som be-15 skrevet i japansk patentpublikation (ikke undersøgt) nr. 21146/78:

DK 151796B

6 Π Π BuLi Π Π elektrolytisk Η3(Λο^ R-CH2Br h3CX'O^CH2-R oxidation ->

CHgOH

H,CR CHp-R Θ 0IB

r3co^oJ<och3 ch3coch=chcoch2r aH - > (LfS·,

OH

5 eller ved nedenstående fremgangsmåde som beskrevet i G. Piancatelli et al.: Tetrahedron Letters, 3555 (1976) og Tetrahedron, 34, 2775 (1978):

Uk« H® v r^V— R

i -* lHoh i

eller 0H

O

W Λ Acetone fjN— R

H3C 0 p-R vam, znCl2 ^ i!__CH

OH OH

DK 151796B

7

Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse belyses nærmere i nedenstående eksempler:

Eksempel 1.

I en reaktionsbeholder fyldes en opløsning af 3 g 4-hydroxy-4-meth-5 yl-5-allyl-2-cyclopentenon og 4,0 g MgCI2.6H20 i 120 ml vand, og temperaturen hæves til 100°C. Indholdets pH-værdi indstilles til 7,3 med 0,1N natriumhydroxidopløsning, og omrøringen fortsættes ved 100°C i 4 timer, hvorunder pH-værdien holdes ved 7,0 - 7,3. Efter afkøling sættes .40 g natriumchlorid til reaktionsblandingen, og den 10 resulterende blanding ekstraheres fire gange med 120 ml ether. Ekstrakterne forenes, tørres over vandfrit magnesiumsulfat og inddampes ved 40°C under reduceret tryk, hvorved fås 2,7 g af et olieagtigt stof. Det olieagtige stof chromatograferes på 30 g silicagel efterfulgt af udvikling med en opløsningsmiddelblanding af ethylacetat og hexan 15 (1:2, v/v), hvorved fås 2,6 g 2-allyl-3-methyl-4-hydroxy-2-cyclopen- tenon, udbytte 87% af det teoretiske.

NMR-Spektrum (CDCI^): δ (ppm) = 5,71 (complex m, IH, -CH2-CW=CHaHb), 5,06 (m, 1H, -CH2-CH=CtfaHb), 4,93 (m, IH, -CH2-CH=CHaT/b), 4,74 (bred d, 1H, 4-H), 3,94 (bred s, IH, 4-0H), 20 2,96 (d, 2H, -Ctf2-CHCHaHb), 2,85 (dd, IH, 5-H), 2,27 (dd, IH, 5-H), 2,11 (s, 3H, 3-CH^), (målt ved 90 MHz med TMS som intern standard).

Eksempel 2.

I en reaktionsbeholder fyldes en opløsning af 3 g 4-hydroxy-4-meth-25 y!-5-propargyl-2-cyclopentenon og 4,0 g MgCI2.6H20 i 120 ml vand, og temperaturen hæves til 100°C. Indholdets pH-værdi indstilles til 6,8 med 0,1N natriumhydroxidopløsning, og omrøringen fortsættes ved 100°C i 4 timer, hvor pH-værdien holdes ved 6,8 - 7,0. Efter afkøling tilsættes reaktionsblandingen 40 g natriumchlorid og ekstraheres 30 derefter fire gange med 120 ml ether. Ekstrakterne forenes, tørres

DK 151796B

8 over vandfrit magnesiumsulfat og inddampes ved 40°C under reduceret tryk, hvorved fås 2,5 g af et olieagtigt stof. Det olieagtige stof chromatograferes på 30 g silicagel efterfulgt af udvikling med en opløsningsmiddelblanding af ethylacetat og hexan (1:2, v/v), hvorved 5 fås 2,3 g (77% af det teoretiske) 2-propargyl-3-methyl-4-hydroxy-2-cyclopentenon.

NMR-Spektrum (CDCIg): δ (ppm) = 4,60 (bred d, IH, 4-H), 3,95 (bred s, IH, 4-OH), 3,04 (d, 2H, 2,65 (dd, IH, 5-H), 2,38 (dd, IH, 5-H), 2,20 (s, 3H, 3-CW3), 1,98 (s, IH, C=CH), (målt 10 ved 90 MHz med TMS som intern standard).

Eksempel 3 - 18.

På samme måde som beskrevet i eksempel 1 behandles 3 g 4-hydroxy-4-R2-5-Ri_2-cyclopentenon II til dannelse af den tilsvarende 2-R^-3-R2-4-hydroxy-2-cyclopentenon l. Reaktionsbetingelserne, udbytterne 15 og produkternes kogepunkter er anført i nedenstående tabel I: i j i i i

DK 151796 B

9

Tabel I

4- Hydroxy-4-R2" Anvendt pH- Udbytte af Kogepunkt 5- R^-2-cyclopen- mængde værdi af 2-R^-3- (°C (mm Hg)) 5 Eks. tenon (II) MgCl2-6H20 R2~4-hydr- nr. R^ R2 (g) oxy-2-cydo- pentenon (I) (%) 10 3 methyl CH3 4,8 6,8-7,1 88 105-116 (3) 4 propyl CH3 4,0 6,5-7,1 83 125-132 (3) 5 pentyl CHg 3,0 7,0-7,2 83 125-130 (1) 6 cyclohexyl CH3 3,1 7,0-7,1 86 140-145 (1) 7 2-cis-pentenyl CH3 3,2 7,0-7,4 90 123-135 (1) 15 8 benzyl CHg 3,0 6,8-7,1 85 142-150 (0,15) 9 p-methylbenzyl CH3 2,8 6,7-7,0 79 140-155 (0,15) 10 p-chlorbenzyl CH3 2,6 6,8-7,4 81 160-170 (0,3) 11 methyl H 4,5 6,9-7,2 87 102-105 (3) 12 pentyl H 3,5 6,8-7,3 85 123-126 (3) 20 13 hexyl H 3,5 7,0-7,2 88 128-130 (1) 14 cyclohexyl H 3,5 6,7-7,1 91 132-138 (1) 15 2-cis-pentenyl H 3,5 6,8-7,2 92 115-120 (1) 16 benzyl H 3,0 6,8-7,2 90 137-141 (0,15) 17 p-methylbenzyl H 3,0 7,0-7,3 78 135-139 (0,15) 25 18 p-chlorbenzyl H 3,0 6,6-7,0 83 155-162 (0,15) 10 DK 151796 B i i

Eksempel 19.

I en reaktionsbeholder anbringes en opløsning af 3 g 4-hydroxy-4-methyl-5-allyl-2-cyclopentenon og 5 g ZnC^ i 120 ml vand, og temperaturen hæves til 100°C. Indholdet opvarmes under tilbagesvaling i 15 5 timer under omrøring. Efter afkøling sættes 40 g natriumchlorid til reaktionsblandingen, og den resulterende blanding ekstraheres fire gange med 120 ml toluen. Ekstrakterne forenes og inddampes ved 50°C under reduceret tryk, hvorved fås 2,5 g af et olieagtigt stof.

Det olieagtige stof chromatograferes på 30 g silicagel efterfulgt af 10 udvikling med en opløsningsmiddelblanding af ethylacetat og hexan (1:2, v/v), hvorved fås 2,4 g (80% af det teoretiske) 2-allyl-3-meth-yl-4-hydroxy-2-cyclopentenon.

Eksempel 20 - 23.

På samme måde som beskrevet i eksempel 19 behandles 3 g 4-hydro-15 xy-4-methyl-5-a!lyl-2-cyclopentenon til dannelse af 2-allyl-3-methyl-4-hydroxy-2-cyclopentenon. Reaktionsbetingelserne og udbytterne er vist i nedenstående tabel II.

Tabel II.

Eksempel Anvendt metal- Anvendt mæng- Reaktions- Udbytte, % 20 nr. salt de metalsalt tid, timer (g) 20 MgCI2.6H20 10 50 70 21 CoCI2.6H20 5 40 72 25 22 CuCI2.2H20 10 24 69 23 CuS04 ’ 10 24 65

DK 151796B

11

Eksempel 24.

I en autoklav anbringes 20 g 4-hydroxy-4-methyl-5-allyl-2-cyclopen-tenon og 400 ml vand, og den resulterende blanding omrøres ved 180°C i 6 timer i en nitrogenatmosfære. Efter afkøling sættes 50 g 5 natriumchlorid til reaktionsblandingen, og den resulterende blanding ekstraheres med methylisobutylketon. Ekstrakten inddampes under reduceret tryk, hvorved fås 19 g (95% af det teoretiske) 2-allyl-3-methyl-4-hydroxy-2-cyclopentenon, kogepunkt 130 - 132°C/1,2 mm Hg.

10 Eksempel 25.

I en autoklav anbringes 3 g 4-hydroxy-4-methyl-5-propargyl-2-cyclo- pentenon og 400 ml vand, og den resulterende blanding omrøres ved 150°C i 6 timer i en nitrogenatmosfære. Efter afkøling sættes 50 g natriumchlorid til reaktionsblandingen, og den resulterende blanding 15 ekstraheres med ethylacetat. Ekstrakten inddampes under reduceret tryk og renses ved søjlechromatografi, hvorved fås 2,7 g (90% af det 21 teoretiske) 2-propargyl-3-methyl-4-hydroxy-2-cyclopentenon, n^ = 1,5148.

Eksempel 26 - 41.

20 På samme måde som beskrevet i eksempel 25 behandles 3 g af 4-hy-droxy-4-R2"5-R.j-2-cyclopentenonen II til dannelse af den tilsvarende 2-R.|-3-R2-4-hydroxy-2-cyclopentenon I. Reaktionsbetingelserne, udbytterne og produkternes kogepunkter er anført i nedenstående tabel III: 12

DK 151796B

Tabel III

4- Hydroxy-4-1*2“ Udbytte af Kogepunkt 5- R^-2-cyclopen- Reaktions- af 2-R^-3-R2_ (°C (mm Hg)) 5 Eks. tenon (II) temperatur 4-hydroxy-2- nr. R.j R2 °C cyclopentenon (I) (%) 26 methyl CH3 180 90 105-116 (3) 10 27 propyl CH3 180 85 125-132 (3) 28 hexyl CH3 180 85 132-140 (3) 29 cyclohexyl CH3 180 87 140-145 (0,15) 30 2-cyclopentyl CH3 180 85 138-146 (0,15) 31 2-cyclohexenyl CH3 180 85 142-148 (0,15) 15 32 a-methylallyl CH3 180 90 120-125 (1,5) 33 α-ethylallyl CH3 180 89 123-130 (1,5) 34 2-cis-pentenyl CH3 180 88 123-135 (1) 35 α-methylpro- CH3 150 89 142-148 (3) pargyl 20 36 benzyl CH3 180 86 142-155 (0,15) 37 p-methylbenzyl CH3 180 80 150-157 (0,15) 38 p-chlorbenzyl CH3 180 82 165-171 (0,15) 39 methyl H 170 92 102-108 (3) 40 hexyl H 170 88 128-133 (3) 25 41 benzyl H 170 90 140-145 (0,15)

Claims

1. Fremgangsmåde til fremstilling af cyclopentenoloner med den almene formel I I .* HO—--R2 hvor R. betegner alkyl eller cycloalkyl med højst 6 carbonatomer, 5 alkenyl eller cycloalkenyl med højst 6 carbonatomer, alkynyl eller cycloalkynyl med højst 6 carbonatomer eller en gruppe med formlen hvor Rg betegner hydrogen, methyl eller halogen, og R2 betegner hydrogen eller methyl, forudsat at når R2 betegner hydrogen, betegner R.j hverken a-methylallyl eller a-methylpropargyl, hvorved en 10 4-hydroxy-4-R2“5-R.j-2-cyclopentenon med formlen II 0 jv II I--r2 OH hvor R.| og R2 har de ovenfor angivne betydninger, behandles i et vandigt medium, DK 151796B kendetegnet ved, at behandlingen udføres under næsten neutrale betingelser.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at behandlingen udføres ved en pH-vær-5 di mellem 6,5 og 7,4.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2 kendetegnet ved, at behandlingen udføres ved en temperatur i området fra 20 til 200°C.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, 10 kendetegnet ved, at behandlingen udføres ved en temperatur på fra 120 til 200°C.

5. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1-4, kendetegnet ved, at behandlingen udføres i nærværelse af et metalsalt.