DK163577B - Fremgangsmaade til fremstilling af polyalkylindaner samt fremgangsmaade til fremstilling af isochromaner og indan-precursorforbindelser til anvendelse ved fremgangsmaaden - Google Patents

Description

DK 163577 B

Den foreliggende opfindelse angår en ny fremgangsmåde til fremstilling af polyalkylindaner, der er nyttige mellemprodukter ved syntesen af en række forskellige værdifulde organiske kemikalier. De anvendes især som mellemprodukter 5 ved fremstillingen af forskellige polycycliske forbindelser, der er anvendelige som bestanddele i blandede parfumerisammensætninger.

I US patentskrift nr. 2.851.501 beskrives anvendelsen af polyalkylindaner med den almene formel 10 R P

15 *A \ 4 5 hvor Ri_6 er hydrogenatomer eller alkylgrupper med 1-3 car-bonatomer, som mellemprodukter ved kemisk syntese.

En egnet fremgangsmåde til fremstilling af disse 20 indaner er omsætningen mellem en styren og en alken i nærvær af en syrekatalysator som beskrevet i US patentskrift nr. 2.851.501 og GB patentskrift nr. 991.146. I det førstnævnte patentskrift anføres, at reaktionen skal udføres i nærværelse af en katalysator, der er en surt virkende katalysator.

25 Specifikke katalysatorer, der foreslås som anvendelige, er svovlsyre og phosphorsyre (som vandige opløsninger med en koncentration på 70-85% syre eller i nærværelse af monovalente organiske syrer med 1-3 carbonatomer såsom myresyre, propionsyre eller chlorsubstitueret eddikesyre etc.), bor-30 trifluorid, zinkchlorid og disses komplekser såsom deres etherater eller blandinger af en hvilken som helst af disse med monovalente organiske syrer med 1-3 carbonatomer og monovalente organiske syrer med en dissociationskonstant på 1,76 x 10"4 eller mere, såsom myresyre og halogenerede eddi-35 kesyrer. De fremgangsmåder, der er eksemplificeret i dette patentskrift, indebærer anvendelse af en blanding af svovl- 2

DK 163577 B

syre med eddikesyre som katalysator i alle eksemplerne med undtagelse af ét, hvori der anvendes et kompleks af bortri-fluorid og methylether. Anvendelsen af en organisk syre med svovlsyren fremmer gensidig opløselighed mellem syren og 5 organiske faser i et tofasesystem. Denne gensidige opløselighed fører til, at nogen organisk syre er opløst i den organiske fase ved afslutningen af reaktionen. Dette er uheldigt, fordi denne opløste syre skal udvaskes af det organiske produkt, og indholdet af organisk syre i katalysatorsystemet 10 skal suppleres op.

I japansk offentliggjort patentansøgning nr. 76-59846 er der beskrevet polyalkylindan-fremstillingsmetoder, ved hvilke katalysatoren er enten svovlsyre eller phosphorsyre med forskellige additiver. Ved de fremgangsmåder, der er 15 eksemplificeret i denne patentansøgning, anvendes der en blanding af svovlsyre og forskellige additiver i alle eksempler med undtagelse af ét, i hvilket der anvendes en blanding af phosphorsyre og bortrifluorid. Det pågældende eksempel giver kun et udbytte på 40% af indan-produktet, og 20 der findes ingen angivelse om eller antydning af, at det er fordelagtigt eller blot muligt at recirkulere katalysatoren.

Det organiske reaktionsprodukt ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse er en blanding indeholdende de ønskede indaner og dimere produkter stammende fra 25 alkenen og styrenen i varierende mængdeforhold. Dannelsen af de dimere produkter stammende fra alkenen og styrenen samt andre biprodukter reducerer udbyttet af de ønskede indaner og er derfor uheldig.

Det har nu vist sig, at udbyttet af indaner og nyttige 30 biprodukter opnået ved omsætningen af bestemte styrener med bestemte alkener kan forøges ved anvendelse af phosphorsyre som reaktionskatalysator. Phosphorsyren udskilles let praktisk taget fuldstændigt fra den organiske fase ved afslutningen af reaktionen og kan udvindes og recirkuleres med 35 høj effektivitetsgrad.

3

DK 163577 B

Den foreliggende opfindelse angår således en fremgangsmåde til fremstilling af en indan med den almene formel R4 R5 10 hvor R3 er et hydrogenatom eller en methylgruppe, mindst et af symbolerne R^ og R2 er en methylgruppe, og det andet er et hydrogenatom eller en methylgruppe, og R4 og R5, der kan være ens eller forskellige, er alkylgrupper med 1-3 car-bonatomer, ved hvilken en styren med den almene formel 15 //—\ \-C=CH2 (1) hvor Ri er et hydrogenatom eller en methylgruppe, omsættes med en alken valgt blandt propylen, 2-methyl-but-l-en, 2-20 -methyl-but-2-en, 2-methyl-pent-1-en, 2-methyl-pent-2-en, 3-methyl-but-l-en, isobutylen og diisobutylen i nærværelse af en katalysator indeholdende phosphorsyre, og denne fremgangsmåde er ejendommelig ved, at der som katalysator anvendes en vandig phosphorsyreopløsning, der består af mere end 25 85% (vægt/vægt) phosphorsyre.

Diisobutylen kan eksistere på forskellige former, men kan hensigtsmæssigt gengives ved formlen (CH3)2 C=CH-C(CH3)3.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan også udføres 30 ved anvendelse af en alkohol som reaktant i stedet for alke-nen, idet alkoholen er af den art, der kan dehydratiseres til dannelse af alkener under de betingelser, der anvendes ved reaktionen. Eksempler på alkoholer, der kan anvendes, er tertiær amylalkohol (som virker som precursor for 2-me-35 thyl-but-2-en og 2-methyl-but-l-en) og 2-methyl-propan-1- 4

DK 163577 B

-ol, 2-methyl-propan-2-ol, sek.amylalkohol, tert.methylpen-tanol og 2-methyl-pentan-3-ol.

Phosphorsyrekatalysatoren anvendes i form af en vandig opløsning deraf bestående af mere end 85 vægtprocent phos-5 phorsyre. Der anvendes fortrinsvis en opløsning bestående af fra 88 til 95%, især fra 88 til 92 vægtprocent phosphor-syre. Den anvendte mængde phosphorsyre kan variere over et bredt område, men der anvendes fortrinsvis fra 1,0 til 3,0 og især fra 1,25 til 2,0 mol syre pr. mol alken-reaktant.

10 Reaktionen kan bekvemt udføres ved at omsætte i det væsentlige ækvimolære mængder styren og alken. Fortrinsvis er mængden af styren i det mindste lig med mængden af alken, eller den kan anvendes i overskudsmængder, f.eks. op til 3,0 mol styren pr. mol alken.

15 Reaktionen kan hensigtsmæssigt udføres ved gradvis tilsætning af en blanding af styren- og alkenreaktanterne til katalysatoren i en passende reaktionsbeholder. Reaktionsmediets temperatur holdes fortrinsvis inden for intervallet 0-50'C, især i intervallet 25-35°C, navnlig 25-30°C.

20 Phosphorsyren kan være en flydende fase, en underafkølet væske eller en opslæmning af phosphorsyrekrystaller i flydende fase, afhængigt af den syrekoncentration, der anvendes, og den anvendte temperatur. Reaktionsmediet omrøres i reglen for at sikre omhyggelig blanding og fortrinsvis tilstrækkelig 25 kraftigt til, at der opnås dannelse af en metastabil emulsion. Det kan være en fordel at tilsætte en lille smule, f.eks. 1-2%, emulgeringsmiddel eller -midler (i reglen et kationisk eller et ikke-ionisk emulgeringsmiddel) til reaktionsmediet for at fremme dannelsen af en sådan emulsion.

30 Mængden af et eventuelt sådant additiv skal reguleres omhyggeligt, så at man undgår dannelse af en stabil emulsion ved afslutningen af reaktionen, så at syren og de organiske faser adskilles. Tilstedeværelsen af urenheder i reaktanterne, især styrenen, kan hindre dannelsen af en metastabil 35 emulsion under reaktionen, og det kan være at foretrække at 5

DK 163577 B

rense reaktanterne, f.eks. ved fraktioneret destillation før reaktionen.

Den hastighed, hvormed reaktanterne tilsættes, afpasses således, at den medvirker til at holde reaktionsmediets 5 temperatur inden for det ønskede interval. I reglen vil tilsætningen være afsluttet i løbet af 2-6 timer. Derefter omrøres reaktionsmediet i et tidsrum på op til 2 timer for at sikre fuldstændig reaktion.

Reaktionen udføres fortrinsvis uden tilstedeværelse 10 af et opløsningsmiddel, omend der om ønsket kan tilsættes et indifferent opløsningsmiddel. Aliphatiske carbonhydrider og chlorerede carbonhydrider kan anvendes som opløsningsmid ler.

Reaktionsproduktet afsætter sig hurtigt i et syrelag 15 og et organisk lag, der kan adskilles. Syrelaget omfatter katalysatoren og kan recirkuleres til brug i en anden reak-tionsbatch. En yderligere fordel ved den foreliggende opfindelse beror på, at den fraskilte syre gentagne gange kan recirkuleres uden at miste sin effektivitet eller forurene 20 produktet på nogen måde. Syren udvindes ligeledes i næsten kvantitative mængder (99%), selv efter gentagen recirkulering, hvorimod betydelige mængder (5%) af syren, når der anvendes svovlsyre og en organisk syre, udskilles i den organiske fase og går tabt under dennes rensning.

25 Den fraskilte organiske fase oparbejdes bekvemt f.eks.

ved vask med fortyndet alkali og vand. Komponenterne deri kan fraskilles ved fraktioneret destillation. I reglen kan der identificeres tre hovedproduktfraktioner. Den lavest kogende omfatter de dimere materialer, der dannes af alkenen, 30 den anden (der koger ved 70-110® C/6 mm Hg) indanerne og disses precursorer, og den højst kogende de dimere materia-.ler, der dannes af styrenen.

Den mest værdifulde fraktion er den anden. Den omfatter i reglen en blanding af mindst to indaner, selv når 35 fremgangsmåden udføres ved anvendelse af en enkelt styren og en enkelt alken. Anvendelse af blandinger af alkener 6

DK 163577 B

eller styrener som udgangsmateriale(r) fører i reglen til dannelsen af et produkt, der indeholder en mere kompleks blanding af indaner.

Produkterne i den mellemste (anden) fraktion kan 5 adskilles i deres kemiske bestanddele, men i reglen anvendes produktet direkte uden adskillelse, når indanerne skal anvendes som kemiske mellemprodukter.

Produkterne dannet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen finder især anvendelse som mellemprodukter ved syntesen 10 af visse isochromaner som beskrevet i GB patentskrift nr. 991.146, og som finder anvendelse som bestanddele af sammenblandede parfumesammensætninger. De kan derfor omsættes med et alkylenoxid i nærvær af en elektrophil katalysator og derpå med formaldehyd til opnåelse af sådanne isochromaner 15 ved anvendelse af de metoder, der er beskrevet i det ovennævnte GB patentskrift nr. 991.146 eller som beskrevet i GB patentskrifterne nr. 1.219.046, 1.452.049 og 1.524.076 samt europæisk patentansøgning nr. 0.004.914. Anvendelse af blandingen af opnåede forbindelser fører til fremstilling af en 20 blanding af isochromaner, hvilken blanding har en attraktiv duft og kan anvendes som bestanddel i blandede parfumesammensætninger. Det har vist sig, at under denne syntese af isochromaner ud fra de indaner, der udgør en del af den anden produktfraktion, omdannes visse af de andre bestanddele i 25 den pågældende produktfraktion til de ønskede isochromaner. Følgelig udgør fremgangsmåder, ved hvilke der anvendes den ikke-adskilte anden produktfraktion, der fås ved fraktioneret destillation, et foretrukket aspekt af den foreliggende opfindelse.

30 De foretrukne indanprodukter ifølge opfindelsen er sådanne med ovenfor viste formel, hvor både og R2 er methylgrupper, idet de mest foretrukne er sådanne, hvor både R4 og R5 også er methylgrupper. Den mest foretrukne ' indan er den forbindelse med ovenfor viste formel, hvor R3 35 er en methylgruppe.

DK 163577 B

7

Den mest foretrukne styren til den foreliggende anvendelse er α-methylstyren, dvs. den forbindelse med ovenfor viste formel, hvori R^ er en methylgruppe. De foretrukne alkener til den foreliggende anvendelse er 2-methyl-but-l-5 -en, 2-methyl-but-2-en og isobutylen.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan især anvendes ved reaktionen mellem α-methyIstyren og en 2-methyl-buten, især 2-methyl-2-buten (eller tertiær amylalkohol). En sådan fremgangsmåde udføres fortrinsvis ved at sætte ækvimolære 10 mængder af reaktanterne til 1,0-5,0 mol, fortrinsvis 1,5-2,0 mol 90%'s (vægt/vægt) phosphorsyre pr. mol styren og holde reaktionsmediet på en temperatur på fra 0 til 50* C og især fra 25 til 30*C. Produktet af denne reaktion har vist sig at indbefatte en blanding af indanen med formlen 20 hvor R-^, r2, R3, R4 og R5 alle er methylgrupper, hvilken forbindelse almindeligvis kaldes pentamethylindan, og en 25 indan med formlen h3c ch3 3 4h3 35

DK 163577 B

δ dvs. hvor Rlf R2 og R4 er methylgrupper, og R5 er en ethyl-gruppe, og R3 er et hydrogenatom, hvilken forbindelse er (1,1,3-trimethyl-3-ethyl)-indan.

Produktet af denne reaktion har vist sig at indbefatte 5 mindst to kemikalier, der er addukter af butenerne, og styren, der er anvendelige som mellemprodukter ved syntesen af isochromaner, fordi de synes at cyclisere til dannelse af indaner og derpå at blive omdannet til isochromaner. De pågældende forbindelser er 2,3,4-trimethyl-4-phenyl-pent-l-10 -en og 2,4-dimethyl-2-phenyl-hex-4-en (cis- og trans-isomere deraf), dvs. forbindelserne med formlerne

Ch ' / CH.

h3\/CH3 yrHj h3cnS 3 f 20 Disse forbindelser menes at være hidtil ukendte og udgør endnu et aspekt ved opfindelsen.

Opfindelsen vil i det følgende blive nærmere belyst ved hjælp af eksempler.

25 Eksempel 1

En blanding af 345 g (3 mol) a-methylstyren og 2) en i handelen værende kvalitet 2-methylbut-2-en indeholdende 85% 2-methylbut-2-en, 8% 2-metylbut-1-en og 7% C5 alkaner (210 g, 3 mol) tilsættes i løbet af 3,75 timer til 30 3) 519 g 90%'s vægt/vægt orthophosphorsyre (4,8 mol som 100% phosphorsyre) ved 25-27*C. Omrøring fortsættes i yderligere 2 timer. Blandingen får lov at adskilles, hvorved der udvindes 511 g af syren. Det organiske lag vaskes først med 75 g vand, derefter 205 g 5%*s natriumhydroxidopløsning 35 og 75 g vand. Den fremkomne olie (547 g) destilleres under vakuum, hvilket giver 3 hovedfraktioner: 9

DK 163577 B

væat/vægt udbytte

Butendimere, kogep. 38-40*C/ll mm Hg 10%

Indaner og precursorer, kogep. 70-100*C/6 mm Hg 63% 5 a-methylstyrendimere, kogep1 114-140*C/2 mm Hg 19% G.L.C.-analyse (9-10% SP 2100 ved 180*C) af anden fraktion giver følgende individuelle udbytter af komponenter: 10 1,1,2,3,3-pentamethylindan 55,5% 1,1,3-trimethyl-3-ethylindan 4,0% indanprecursorer 3,5% 1) 99% ren ved GLC fra Koch-Light Company 15 2) leveres af Shell (Holland) 3) SLR-kvalitet (S.G. 1,75) fra Fisons Company Ltd.

Eksempel 2

En blanding af 349 g a-methylstyren og i handelen 20 værende 2-methylbut-2-en som anvendt i eksempel 1 (207 g) tilsættes i løbet af 3,75 timer til syren, der udvindes fra eksempel 1 (511 g) ved 25-27*C. Omrøringen fortsættes i yderligere 2 timer. Det organiske lag skilles fra, vaskes og destilleres om i eksempel 1, hvilket giver et udbytte på 25 63,5% vægt/vægt indaner og precursorer.

Eksempel 3

Eksempel på gentagen recirkulering af phosphorsvre

En blanding af 236 g a-methylstyren og 140 g i hande-30 len værende 2-methylbuten-2 som anvendt i eksempel tilsættes i løbet af 4 timer til 346 g 90%'s vægt/vægt orthophosphor-syre ved 25-30'C. Omrøringen fortsættes i yderligere 2 timer.

Efter at de to faser er adskilt, suges 95 volumenprocent af den øverste (organiske) fase fra og vaskes for sig (som i 35 eksempel 1) . En frisk blanding af 236 g a-methyl styren og 140 g 2-methylbuten-2 tilsættes derefter til den samme phos- 10

DK 163577 B

phorsyre under identiske betingelser, der anvendes til den første charge. Denne olie suges fra og vaskes, og der tilsættes yderligere 6 charger blandet reagenstilførsel til phos-phorsyren. Ved slutningen af den 8. charge udvindes 345 g 5 orthophosphorsyre (99,7% udvinding).

De vaskede oliefaser kombineres, hvilket giver 2948 g råprodukt, der destilleres som i eksempel 1. Der udvindes 1950 g indaner og precursorer (kogep. 70-110*c/6 mm Hg) eller et udbytte på 64% vægt/vægt.

Claims (15)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af en indan med den almene formel

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der anvendes en styren med formlen I, hvor Rl er en methylgruppe.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kende tegnet ved, at alkenen er 2-methyl-but-l-en, 2-methyl--but-2-en eller isobutylen.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at katalysatoren er en vandig opløsning af phos-35 phorsyre, der indeholder mindst 88% (vægt/vægt) phosphorsyre. DK 163577 B

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at katalysatoren er en vandig opløsning af phos-phorsyre, der består af 88-95% (vægt/vægt) phosphorsyre.

5 Rl R2 R„ Rc 4 5 10 hvor R3 er et hydrogenatom eller en methylgruppe, mindst ét af symbolerne og R2 er en methylgruppe, og det andet er et hydrogenatom eller en methylgruppe, og R4 og R5, der kan være ens eller forskellige, er alkylgrupper med 1-3 car-15 bonatomer, ved hvilken en styren med den almene formel ?l @-i=CH2 (i) hvor Ri er et hydrogenatom eller en methylgruppe, omsættes 20 med en alken valgt blandt propylen, 2-methyl-but-l-en, 2--methyl-but-2-en, 2-methyl-pent-l-en, 2-methyl-pent-2-en, 3-methyl-but-l-en, isobutylen og diisobutylen i nærværelse af en katalysator indeholdende phosphorsyre, kendetegnet ved, at der som katalysator anvendes en phos-25 phorsyreopløsning, der består af mere end 85% (vægt/vægt) phosphorsyre.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendete g-5 net ved, at katalysatoren er en vandig opløsning af phosphorsyre, der består af 88-92% (vægt/vægt) phosphorsyre.

7. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at der anvendes fra 1,0 til 5,0 mol phosphorsyre pr. mol styren.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendeteg net ved, at der anvendes fra 1,25 til 2 mol phosphorsyre pr. mol styren.

9. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at omsætningen udføres 15 ved en temperatur i området fra 0 til 50°c.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 9, kendetegnet ved, at reaktionen udføres ved en temperatur i området fra 25 til 35°C.

11. Fremgangsmåde til fremstilling af en indan ifølge 20 ethvert af kravene 1-10, kendetegnet ved, at reaktionsproduktblandingen adskilles i et organisk lag indeholdende indanen og et syrelag indeholdende phosphorsyreka-talysatoren, lagene adskilles, og syrelaget genanvendes som syrekatalysatoren ved en påfølgende omsætning mellem styren 25 og alken.

12. Fremgangsmåde til fremstilling af en isochroman med den almene formel R1 R2 ” fVA-·. °^7\ •4 R5 35 hvor R^, R2, R3, R4 og R5 er som angivet i krav 1, kendetegnet ved, at der udføres en fremgangsmåde ifølge DK 163577 B ethvert af de foregående krav, den organiske fase skilles fra produktblandingen, og indanproduktet omsættes med et alkylenoxid i nærværelse af en elektrofil katalysator og derefter med formaldehyd.

13. Fremgangsmåde ifølge krav 12, kendeteg net ved, at indanproduktet omfatter indan-precursors og fås ved fraktioneret destillation af den organiske fase af produktblandingen fra en fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-11.

14. Fremgangsmåde ifølge krav 13, kendeteg net ved, at indan-precursorforbindelserne er 2,3,4-tri-methyl-4-phenyl-pent-l-en og 2,4-dimethyl-2-phenyl-hex-4-en.

15. 2,3,4-Trimethyl-4-phenyl-pent-l-en til anvendelse ved fremgangsmåden ifølge krav 13. 15 16. 2,4-Dimethyl-2-phenyl-hex-4-en til anvendelse ved fremgangsmåden ifølge krav 13.