NO840366L

NO840366L - Ketolakton-mellomprodukt for bruk til fremstilling av lineatin, og fremgangsmaate for dets fremstilling

Info

Publication number: NO840366L
Application number: NO840366A
Authority: NO
Inventors: Benji Mori; Mitsuru Sasaki
Original assignee: Sumitomo Chemical Co
Priority date: 1979-04-06
Filing date: 1984-01-31
Publication date: 1980-10-07
Also published as: SE8002544L; FI801048A7; JPS55136284A; DE3013251A1; US4296036A; JPS6149315B2; CA1142533A; NO800955L

Description

Foreliggende oppfinnelse angår 1,5,5-trimetyl-4-oksa-bicyklo (4.2.0)okta-3,7-dion som er nøkkel-mellomproduktet for fremstilling av lineatin og har formel (II)

Mellomproduktet anvendes således for fremstilling av 3,3,7-trimetyl-2,9-diokatricyklo (3.3.1.0 4 ' 7) nonan (lineatin, et generisk navn, som er benyttet i det følgende) som er et samlingsferomon for en ambrosiabille og har formelen (I)

Videre angår oppfinnelsen også en fremgangsmåte for fremstilling av nevnte mellomprodukt.

På grunn av de kraftige tiltrekkende egenskaper overfor insekter, har insekt-eromoner i den senere tid vært anvendt i jordbruk og skogbruk for bekjempelse av skadeinsekter. Imidlertid er mengden av feromonet som kan oppnås fra den naturlige kilde, meget begrenset, ettersom individuelle insekter bare inneholder nanogram-mengder av feromon. Det er derfor nødvendig å utvikle en praktisk kjemisk syntese for å skaffe tilstrekkelige mengder av feromon og for å bidra til en vellykket skadedyrbekjempelse.

Lineatin er en lokkeforbindelse som isoleres fra boremelet som dannes av hunnbiller fra Trypodendron lineatum (Olivier) som borer i Douglasgran. Dens kjemiske struktur er foreslått av Silverstein et al å være en av de to isomere tricykliske acetaler (I) eller (I<1>). [Journal of the Chemical Ecology, vol. 3, s. 549 (1977)] .

Man har allerede syntetisert begge forbindelser med formlene (I) og (I<1>) via en annen vei enn den nedenfor angitte, og har fastslått at strukturen for lineatin er (I). (Tetrahedron Letters, 1979, nr. 15, side 1.329). For å utvikle en selektiv syntesevei til (I) ble det foretatt ytterligere syntese-undersøkelser med lineatin (I), og det ble funnet en ny metode for fremstilling av lineatin med formel (I) [kfr. norsk patentsøknad 800955] .

Ketolaktonet (II) som er mellomproduktet i henhold til oppfinnelsen, fremstilles på en konvensjonell måte illustrert ved skjema (A). Det første trinn i syntesen er fotocykloaddisjonen av vinylacetat til et cyklopentenon (VIII). Cyklopentenon-forbindelsen (III) er en kjent forbindelse som kan fremstilles enkelt ved oppvarming av isobutyl-metakrylat i poly-fosforsyre. (Journal of the Chemical Society, Perkin II,

1979, s. 294). Fotoadduktet (VII) i benzen behandles med isoamyl-nitritt i nærvær av kalium-tert.amylat for å danne et keto-oksim (VI).

Wolff-K sher-reduksjon av (VI) med kaliumhydroksyd og hydrazin i etylenglykol gir et krystallisk oksim (V).

Oksimet (V) behandles med titantriklorid i vandig oppløsning for å gi et hydrokseketon (IV). Hydroksyketonet (IV) behandles med m-klorperbenzoesyre i nærvær av natriumkarbonat for å frembringe Baeyer-Villiger-oksydasjon for å danne et hydroksylakton (III). Reduksjon av dette lakton (III) med diisobutylaluminiumhydrid ga ikke lineatin (I). Dette betyr at OH-gruppen i III, IV, V og VI er i exo-konfigurasjon. Konfigurasjonen av OH-gruppen inverteres derfor ved at hydroksylaktonet (III) først oksyderes til et keto-lakton (II), og deretter reduseres (II) med diisobutylaluminiumhydrid til den ønskede endo-hydroksy-laktol. For dette formål omdannes hydroksylaktonet (III) til ketolaktonet (II), nøkkel-mellomproduktet ifølge oppfinnelsen, i henhold til fremgangsmåten beskrevet nedenfor. Til en oppløsning av hydroksylakton (III) i et oppløsningsmiddel så som aceton, metylenklorid (eller lignende) settes et oksydasjonsmiddel så som kromsyre-svovelsyre, pyridiniumlerkromat, pyridiniumdikromat eller lignende. Collings reagens (kromsyre-pyridin-kompleks) anvendes også for oksydasjonen av (III). Reaksjonstemperaturområdet er 0°C (isavkjølt) til 20°C (romtemperatur). Reaksjonstiden er fra et øyeblikk opp til 2 timer. Motforholdet av hydroksylakton (III) til oksydasjonsmiddel er 1 : 1-3. Eventuelt kan dessuten en liten mengde isopropylalkohol settes til reaksjonsblandingen for å ødelegge overskudd av oksydasjonsmiddel. Reaksjonsblandingen ekstraheres med et lavtkokende oppløsningsmiddel som metylenklorid eller eter. Ekstrakten vaskes med en vanlig natriumkloridoppløsning, tørres og inndampes. Avdampning av oppløsningsmiddelet gir ketolaktonet (II), nøkkel-mellomproduktet ifølge oppfinnelsen.

Foreliggende ketolakton omdannes til lineatin (I) ved den nedenfor beskrevne fremgangsmåte. Til en oppløsning av keto-lakton (II) i et oppløsningsmiddel tilsettes dråpevis en oppløsning av diisobutylaluminiumhydrid i n-heksan. De anvendte oppløsningsmidler er eter, n-heksan eller lignende. Reaksjonstemperaturområdet er -70 til +20°C, og reaksjonstiden er fra et øyeblikk opptil en time. Molforholdet mellom ketolakton (II) og diisobutylaluminiumhydrid er 1 : 2-3. Etter tilsetning av 5-30%ig saltsyreoppløsning omrøres reaksjonsblandingen i 1 time ved romtemperatur og ekstraheres med et lavtkokende oppløsningsmiddel så som n-pentan. Ekstrakten vaskes med en alkalisk oppløsning og vann, og destilleres for å gi den ønskede forbindelse, lineatin (I) .

Lineatin (I) og ketolaktonet (II) kan syntetiseres selektivt fra temmelig billig vinylacetat og isobutylmetakrylat.

Oppfinnelsen illustreres nedenfor i eksemplene og referanse-eksemplene.

Referanse- eksempel 1

Syntese av (6,7)-acetoksy-1,4,4-trimetyl-bicyklo (3.2.0)-hepan-2-on (VII): En oppløsning av 25 g cyklopentenon (VIII) og 250 g vinylacetat i 90 ml benzen ble bestrålet i 50 timer med en høy-trykk kvikksølv-buelampe (450W). Oppløsningen ble deretter konsentrert og destillert for å gi 11,0 g av en fraksjon som kokte mellom 92 og 98°C/0,5 mm Hg (nD<20>1.4620), (VII).

Elementæranalyse:

f

Referanse- eksempel 2

Syntese av 3-oksimino-6-hydroksy-l,4,4-trimetylbicly-[3.2.0]heptan-2-on (VI):

Til en oppløsning av 1,2 kalium-tert.amylat i 20 ml benzen

som ble holdt under isavkjøling, ble satt en oppløsning av 1,0 g av forbindelsen (VII) i 2 ml benzen. Etter omrøring i 30 minutter ble 0,57 g isoamylnitritt satt til oppløsningen,

hvorved oppløsningen ble rødaktig purpur. Etter å ha vært omrørt i 36 timer ved romtemperatur ble oppløsningen surgjort med IN saltsyre. Det organiske lag ble fraskilt, vasket med mettet vandig natriumbikarbonatoppløsning, deretter med mettet vandig natriumkloridoppløsning, tørret over magnesiumsulfat og konsentrert i vakuum for å gi en brun olje. Denne olje ble renset ved silikagel-kolonnekromatografi for å gi 261 mg krystallinsk forbindelse (VI) med smeltepunkt 115-118°C.

Elementæranalyse:

Referanse- eksempel 3

Syntese av 3-oksimino-l,4,4-trimetyl-6-hydroksybicyklo-[3.2.0] heptan (V): Til en oppløsning av 2.050 mg av ketoksimet (VI) i 25 ml

etylenglykol ble satt 0,7 ml 80%ig hydrazinhydrat. Etter å

ha vært holdt ved 40 til 50°C i 30 minutter ble oppløsningen blandet med 750 mg kaliumhydroksyd og holdt ved 150°C i 4 timer under argonatmosfære. Etter avkjøling og tilsetning av 50 ml vann ble oppløsningen nøytralisert med IN HCL og ekstrahert med metylenklorid. Ekstrakten ble vasket med en vandig natriumbikarbonatoppløsning, deretter med en vandig natriumkloridoppløsning, ble tørret over magnesiumsulfat og konsentrert i vakuum for å gi 970 mg av en krystallinsk forbindelse (V), sm.p. 130-132°C.

MS m/e: 183 (M<+>).

Referanse- eksempel 4

Syntese av 1,4,4-trimetyl-6-hydroksy-bicyklo[3.2.0]heptan-3-on (IV):

Til en oppløsning av 600 mg av oksimet (V) i en blanding av

10 ml dimetoksyetan og 5 ml vann ble satt 6 ml 16%ig titantriklorid, og blandingen ble holdt ved 50 til 60°C i 30 minutter under en argonatmosfære. Etter avkjøling ble blandingen blandet med 20 ml vann og ekstrahert med metylenklorid. Ekstrakten ble vasket med en vandig natriumbikarbonat-oppløsning, deretter med en vandig natriumkloridoppløsning, ble tørret over magnesiumsulfat og konsentrert i vakuum for å gi 425 mg av en olje. Denne olje ble kromatografert over silikagel for å gi 305 mg av en olje (IV): nQ 20 1.4787;

MS: m/e 168 (M<+>).

Referanse- eksempel 5

Syntese av 1,5,5-trimetyl-7-hydroksy-4-oksabicyklo[4.2.0]-oktan-2-on (III): Til en oppløsning av 400 mg a.vhydroksyketonet (IV) i 8 ml metylenklorid ble under isavkjøling satt 770 mg m-klor-perbenzoe-syre og 480 mg natriumhydrogenkarbonat. Blandingen ble omrørt natten over ved romtemperatur og deretter behand-

let med 10 ml 10%ig natriumtiosulfatoppløsning. Det vandige lag ble fraskilt og ekstrahert tre ganger med metylenklorid.

De samlede metylenkloridlag ble vasket med mettet, vandig natriumbikarbonatoppløsning, deretter med en vandig natrium-kloridoppløsning, ble tørret over magnesiumsulfat og konsentrert i vakuum for å gi 415 mg av en farveløs olje (III);

nD<20>1.4845: MS: m/e 169 (M<+>-CHg), 166 (M<+>- H20).

Eksempel 1

Syntese av 1,5,5-trimetyl-4-oksabicyklo[4.2.0)okta-3,7-

dion (II):

(l-a) Til en oppløsning av 410 mg av hydroksylaktonet (III)

i 10 ml aceton, som ble holdt under isavkjøling, ble satt 0,6 ml av en 8N kromsyre-svovelsyreblanding. Etter 10 minutter ble 3 dråper isopropylalkohol tilsatt, og blandingen ble omrørt i ytterligere 30 minutter. Blandingen ble blandet med 10 ml metylenklorid og 10 ml vann og fikk skille seg i to lag. Det vandige lag ble ekstrahert en gang med metylenklorid. Den samlede ekstrakt ble vasket med en vandig natriumklorid-oppløsning, tørret over magnesiumsulfat og inndampet i vakuum for å gi 342 mg av en olje, nD 20 1.4837, MS: m/e 182 (M +).

(1-b) Til en oppløsning av 300 mg av hydroksylaktonet (III)

i 5 ml metylenklorid, som ble holdt under isavkjøling, ble satt 1,0 g pyridiniumklorkromat. Etter omrøring i 10 minutter ved romtemperatur ble 30 ml eter satt til blandingen, og den resulterende blanding ble tilført toppen av en kolonne fylt med "Florisil".Kolonnen ble utviklet med 50 ml eter, og den eluerte væske ble konsentrert for å gi 270 mg av forbindelsen (II) som en fargeløs olje.

(1-c) Til en oppløsning av 550 mg av hydroksylaktonet (III)

i 5 ml metylenklorid som ble holdt under isavkjøling, ble satt 1,0 g pyridiniumkromat. Etter omrøring i 1 time ved romtemperatur ble blandingen blandet med 30 ml eter og deretter opparbeidet som beskrevet i (1-b) for å gi 470 mg av forbindelsen (II).

(1-d) Til en Collins reagens fremstilt fra 5 ml pyridin og 0,5 g kromsyre ble ved romtemperatur satt 200 mg av hydroksylaktonet (III). Etter omrøring i 10 minutter ble blandingen blandet med 30 ml eter, og påfølgende opparbeidelse ga 165 mg av forbindelsen (II).

Eksempel 2

Syntese av 3,3,7-trimetyl-2-9-dioksatricyklo[3.3.1.0 4 ' 7]-nonan, lineatin (I).

(2-a) Diisobutylaluminiumhydrid (25% i n-heksan, 2,1 ml) ble satt til en omrørt og avkjølt (-70°C) oppløsning av 300 mg av (II) 13 ml tørr eter under argonatmosfære. Etter omrøring i 40 minutter ved -70° til -50°C ble 5 ml IN saltsyre satt til blandingen. Blandingen ble gradvis oppvarmet til romtemperatur, fulgt av tilsetning av 0,6 ml 6N saltsyre, og omrøringen ble fortsatt i 1 time ved romtemperatur. Blandingen ble fortynnet med n-pentan. n-pentan-laget ble suksessivt vasket med vandig natriumkloridoppløsning, vandig natrium-bikarbonatoppløsning og natriumkloridoppløsning, ble tørret over magnesiumsulfat og konsentrert under atmosfærisk trykk for å gi en urenset olje (110 mg). Denne oljen ble destillert for å gi 56 mg rent lineatin (I); k.p. 120,130°C (bad-temperatur)/6 0 mm Hg; n<D>2Q1.4625; MS: m/e 168 (M<+>). For-bindelsens infrarøde og kjernemagnetiske resonnansspektra var identiske med dem som er rapportert av Silverstein et al for den naturlige forbindelse.

(2-b) Diisobutylaluminiumhydrid (25% i n-heksan 1,7 ml) ble

til en omrørt og avkjølt (-70°C) oppløsning av 250 ml av (II) i 3 ml n-heksan under argonatmosfære. Blandingen ble gradvis oppvarmet til 20°C over en periode på 1 time, fulgt av tilsetning av 3 ml IN saltsyre, og omrøringen ble fortsatt i 30 minutter ved 20°C. 1 ml 30%ig saltsyre ble satt til blandingen, og omrøringen ble fortsatt i 30 minutter. Blandingen ble fortynnet med n-pentan, og påfølgende opparbeidelse som beskrevet for (2-a), ga 62 mg lineatin (I).

Claims

1. Mellomprodukt for bruk ved fremstilling av 3,3,7-trimetyl-2,9-dioksatricyklo [3.3.1.0 4 ' 7]nonan med formel:

karakterisert ved at det utgjøres av 1,5,5-trimetyl-4-oksabicyklo[4.2.0]okta-3,7-dion med formel:

2. Fremgangsmåte for fremstilling av ketolakton-mellomproduktet ifølge krav 1, karakterisert ved at et hydroksylakton med formel:

oksyderes med en kromsyre.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at det anvendes en reaksjonstemperatur fra 0 til 20°C.

4. Framgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at det anvendes en reaksjonstid opptil 2 timer.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at kromsyren er kromsyre-svovelsyre, kromsyre-pyridin-kompleks, pyridiniumklorkromat eller pyridiniumdikromat.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at det anvendes et molforhold av forbindelsen med formel (III) til kromsyre på 1 : 1-3 på ekvivalentbasis.