PL110241B1 - Method of producing derivatives of 2h-pyranone-3 - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia pochodnych 2H-piranonu-3,, •znajdujacych za¬ stosowanie w procesie wytwarzania -y-pironów, na przyklad maltolu.Maltol jest substancja, która w stanie natural¬ nym wystepuje w korze mlodych drzew modrze¬ wiowych, w szpilkach sosnowych oraz w cykorii.Poczatkowo handlowa produkcja maltolu pocho¬ dzila z rozkladowej destylacji drewna. Synteza maltolu z 3-hydroksy-2-/l-piperydylometylo/-l,4- -pironu znana jest z artykulu 'SpieOimainfa i iCTreffel- der'a w J. Am. Chem. Soc. 69, 2908 (1947). Schenk i iSpielman, J. Am. Chem. Soc. 67, 2276 (1945) otrzymali maltol na drodze alkalicznej hydrolizy soli streptomycynowych. Chawla i MoGonigai, J. Orig. Chem. 39,, 3(28.1 01974) ,i Lichtenthaltecr, oraz Heidel, Agnew, Chem. 811, 999 (1969), opisali syn¬ teze maltolu z pochodnych zawierajacych chro¬ niona grupe weglowodanowa.Syntezy Y-,Pi'ro,n(^w takich jak kwas piromeko- nowy, maltol, etyiomaltol i inne S-hyd-roksy-y- -pirony podstawione w pozycji 2 sa znane z opi¬ sów (patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr, nr 3K30204, 31133089, 31140239, 3159652, 3i36'5469, 3i376Qll7, 314689(15, 344W83 i 3446629.Maltol i etylomaltod poprawiaja smak i aromat róznych produktów spozywczych. Ponadto, sub¬ stancje te stosuje sie jako skladniki perfum i esen¬ cji. Kwasy 2i-alkenylopiromekonowe sa znane z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ame-. 19 15 20 30 ryki nr 36446&5i, a kwasy 2-arylometylopiromeko- nowe znane noczonych Ameryki nr 3365469. Zwiazki te hamuja wzrost bakteria i grzybów .i sa stosowane jako substancje poprawiajace smak i aromat zywnosci oraz napojów, a takze poteguja zapach perfum.Sposobem wedlug wynalazku wytwarza sie po¬ chodne 2H-piranonu-3'(6H) o ogólnym wzorze 1, w którym R oznacza atom wodoru, igrupe alkilowa, grupe arylowa, grupe alkenylowa lub arlaikilowa, a R' oznacza grupe alkilowa. Zwiazki o ogól¬ nym wzorze 1, w którym R oznacza ¦ grupe ety¬ lowa, a R' oznacza grupe alkilowa o- 1—6 atomach wegla sa zwiazkami nowymi. Sposób wedlug wy¬ nalazku polega na tym, ze zwiazek o ogólnym wzo¬ rze 2, w którym R i R' maja wyzej podane zna¬ czenie poddaje ,sie reakcji z mocnym kwasem o wartosci pKa 4 lub mniejszej.Sposób wedlug wynalazku umozliwia wytworze¬ nie pochodnych 2iH-piranonu-3 z furfuralu, który jest tanim surowcem, otrzymywanym na skale przemyslowa z pentozanów, znajdujacych sie w slomie i otrebach zbozowych. Okreslenie „nizsza grupa alkilowa" obejimuje rodniki alkilowe o lan¬ cuchu prostym i 'rozgalezionym, zawierajace I-76 atomów wegla. Okreslenie „nizsza grupa alkeny¬ lowa" obejmuje igrupy alkenylowe o lancuchu prostym i rozgalezionym, zawierajace 2—6 ato¬ mów wegla. Termin „grupa arylowa" oznacza gru¬ pe jednopierscieniowego weglowodoru aromatycz- 110 241^ 110 241 3 nego,, zawierajacego 6—8 atomów wegla, a okre¬ slenie „grupa aralkilowa" oznacza nizsza grupe alkilowa podstawiona grupa arylowa o wyzej po¬ danym znaczeniu.Proces wytwarzania zwiazków o wzorze 1 z za¬ stosowaniem furfuralu jako zwiazku wyjsciowego jest przedstawiony na zalaczonym schemacie. W zwiazkach' wystepujacych na schemacie R' ozna¬ cza grupe alkilowa o 1—6 atomach wegla, a R oznacza atom wodoru, grupe alkilowa, arylowa, alkenylowa lub aralkiiowa. Reakcja furfuralu z odpowiednim zwiazkiem Gri-gnarda jest opisana w Chemical Albstracts 44, 1092d (1349).Sposób wytwarzania zwiazku .przejsciowego o wzorze 21, w którym R oznacza atom wodoru na drodze elektrolizy w metanolu jest przedstawiony w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ame¬ ryki nr 27il<4576 oraz w Acta. Chem. Scand. 6, 545 (19152). Synteza z zastosowaniem ibromu w me¬ tanolu jest opisana w Ann. 516, 231 (1935). Znane jest takze zastosowanie chloru w rozpuszczalniku alkoholowym (na przyklad z brytyjskiego opisu patentowego nr 59;5041). Obecnie stwierdzono, ze w wyniku reakcji zwiazku przejsciowego o wzo¬ rze 3 z chlorem* w rozpuszczalniku alkoholowym w temperaturze od1 —70°C do 50°C, nastepuje cal¬ kowita konwersja z wytworzeniem zadanego zwiaz¬ ku przejsciowego o wzorze 2, przy czym chloro¬ wodór, bedacy produktem u'bocznym w tej reakcji zobojetnia sie za pomoca zasady takiej jak amo¬ niak, weglan sodu luto innych zasad metali' alka¬ licznych. Jakkolwiek we wczesniejszych publika¬ cjach dotyczacych tej reakcji, podawane sa wy¬ dajnosci rzedu 50%, to wydajnosc reakcji w pro¬ cesie wedlug wynalazku wynosi ponad 9'0p/0.Zwiazek przejsciowy o wzorze 2\ w którym R oznacza GH8 jest opisany w Acta. Chem. Scand. 9, 17 (1955) i w Tetrahedron 27, 1973 (1971). Zwiazek przejsciowy o wzorze 2, w którym R oznacza —CH2C1HS jest nowym zwiazkiem, który mozna otrzymac za pomoca juz opisanych sposobów.Rekacja zwiazku przejsciowego o wzorze 2 z moc¬ nym kwasem jest nowa i prowadzi bezposrednio do otrzymania, z duza wydajnoscia, pochodnej 6-alkoksyiowej o wzorze 1, przy czym unika sie powstawania odpowiedniej, niestabilnej pochod¬ nej hydroksylowej. W sposobie wedlug wynalaz¬ ku, zwiazek przejsciowy o wzorze 2i poddaje sie reakcji z zasadniczo bezwodnym kwasem. Ko¬ rzystna jest obecnosc protonowego rozpuszczalni¬ ka, takiego jak alkohol luto malych ilosci wody.W wyniku tej reakcji otrzymuje sie czysty pro¬ dukt o wzorze 1, ktÓTy wydziela sie z kwasnego srodowiska za pomoca ekstrakcji w znany sposób.Korzystnie stosuje sie kwas mróiwkawy lulb trój- fiuorooctowy, jakkolwiek kazdy kwas o wartosci pKa okolo 4 luto mniejszej, przeksztalca zwiazek v przejsciowy o wzorze 2 w zadany zwiazek o wzo¬ rze 1. Odpowiednimi kwasami sa równiez takie kwasy orgajniicane, jak kwas p-toluenosuiLfo- nowy, kwas metanosulfonowy, kwas cytrynowy, kwas szczawiowy i kwas ehlorooctowy oraz kwasy mineralne,, takie jak kwas siarkowy, kwas chlo¬ rowodorowy oraz kwas fosforowy. Ponadto mozna 4 takze stosowac kwasowe zywice, takie jak Amler- lite GC-120 lub Dowex 50W.Zwiazek o wzorze 1 mozna przeksztalcac do epoksyketonów, które nastepnie poddaje sie prze- 5 grupowaniu do y-pironów. Z weglowodanów moz¬ na równiez otrzymac zwiazki o ogólnym wzorze 1, w którym R oznacza grupe GH4OH lub CH^O-alkil, sposobem opisanym w „Accounts of Chemical Re-' search" 8, l<9i2 (19715).Przyklad I. W trójszyjnej, okraglodennej kol¬ bie, wyposazonej w mieszadlo magnetyczne, lejek z plaszczem, termometr oraz skraplacz zawieraja¬ cy suchy lód, umieszcza sie 22,4 g <0y2 mola) zwiazku przejsciowego' o wzorze 3, w którym R = OH3, 100 ml metanolu i 21,1 g (0<£ mola) we¬ glanu sodu, po czym mieszanine te chlodzi sie do temperatury 0°C, z zastosowaniem lazni acetono- wo-lodowej. Nastepnie, gwaltownie mieszajac,, wkrapla sie zimny <—30°C) roztwór chloru (11,0 ml, 0,2.4 moLa) w metanolu. Dodawanie chloru kontroluje sie w celu utrzymania temperatury re¬ akcji ponizej 40°C, przy czym. trwa ono okolo 2 godzin. Nastepnie mieszanine reakcyjna miesza sie w temperaturze lazni lodowej w ciagu 30 -mi¬ nut i pozostawia, aiby ogrzala sie do temperatury pokojowej. Otrzymana zawiesine saczy sie*, meta¬ nol odparowuje sie pod zmniejszonym cisnienie^m, a pozostalosc wymywa benzenem i saczy przez filtr z tlenku glinowego. Po usunieciu benzenu, otrzymuje, sie 31,9- g (91%) dwumetoksydwuwo- dorofuranu o wzorze 2, w którym R = CH8, R'= CH8. Produkt ten stosuje sie bez dalszego oczy¬ szczania albo poddaje sie destylacji. Temperatura wrzenia 76—7&°/5 mm/104^107°/10—11' mm, Acta Chem. Scand1. 9|, 17 (19(515).Analiza dla CgH^: obliczono: C — 5(5^22 H — 8,11 znaleziono: C — 55,34 H — 8,04 Przyklad II. Postepujac w sposób analo¬ giczny jak w przykladzie I, lecz stosujac zwiazek o wzorze 3, w którym R = H, otrzymuje sie zwia¬ zek przejsciowy o wzorze 2, w którym R = H, a 45 R' = CH8. Temperatura wrzenia tego zwiazku wy¬ nosi 80—«2°/5 mm/7,1 °/l,0 mm Tetrahedron 27, 1973 (107.1).Przyklad III. Postepujac w sposób analo¬ giczny jak w przykladzie I, lecz stosujac zwiazek 50 przejsciowy o wzorze 3, w którym R = CH^CHs, otrzymuje sie zwiazek przejsciowy o wzorze 2, w którym R = CH2CH8, a R' = CH8, o temperatu¬ rze wrzenia 102°/10 mm. 55 Analiza dla C^idC^: obliczono: C — 57,60 H — 8„i58 znaleziono: C — 57,39 H — 8,59 Przyklad IV. Postepujac w sposób analo- 6o giczny jak w przykladzie I, lecz stosujac zwiazek przejsciowy o wzorze 3, w którym R = CH8 i za¬ stepujac metanol izopropanolem, otrzymuje sie zwiazek o wzorze 2, w którym R = GH8, a R' = CH(CH8)2, o temperaturze wrzenia 62U-64°/0,OI5 mm. 65 Przyklad V. Postepujac w sposób analogicz- 15 20 25 30 35 40 45 505 110 241 6 ny jak w przykladzie I, lecz stosujac brom za¬ miast chloru oraz zwiazek o wzorze 3 otrzymuje sie zwiazek przejsciowy o wozrze 2., w którym' R oznacza atom wodoru, rodnik metylowy, etylo¬ wy, heksylowy, fenyIowy, benzylowy, winylowy, 1-foutenylowy, allilowy, lub 1-heksenylowy, a R' oznacza rodnik metylowy, etylowy, izopropylowy lufo heksylowy.Przy k l a d VI. iW dwulitrowej, trójszyjnej, okraglodennej kolibie, wyposazonej w mieszadlo magnetyczne, wkraplacz i termometr, umieszcza sie 40:0 ml kwasu mrówkowego i &0 ml metanolu. Do roztworu tego wkrapla i&ie roztwór zwiazku przej¬ sciowego o wzorze 2, w którym R = CH8, a R' = CH8, 104,4 g (0,6 mola), w 40 ml metanolu, (przy czym wkraplanie trwa 15 minut. Mieszanine reak¬ cyjna wlewa sie do 1 litra wody i trzykrotnie ekstrahuje 500 ml porcjami chloroformu. Pola¬ czone ekstrakty chloroformowe przemywa sie wod-" nym roztworem kwasnego weglanu sodowego, a nastepnie solanka. Po odparowaniu chloroformo¬ wego roztworu otrzymuje sie 76 g C8©%) surowe¬ go, jasnobrazowego produktu o wzorze 1, w któ¬ rym R = GH8, a R' = OH8. Otrzymany produkt mozna stosowac do dalszych reakcjii bez oczyszcza¬ nia, albo po przedestylowaniu pod cisnieniem 2 mm w temperaturze 901—'52°C/82—®5°/l30 mm, Tetrahedron 27, l£te (119711).Przyklad VII. Postepujac w sposójb analo¬ giczny jak w przykladzie W, lecz stosujac zwia¬ zek przejsciowy o wzorze 2, w którym R = H, a R' = GH8, otrzymuje sie zwiazek o wzorze 1, w którym R = H, a R' = CH8 o temperaturze wrze¬ nia 60^-66 °/14 mm/76—01 °/!23 mm, Tetrahedron 2T7, 1973 (1'971).Przy"klad Will. Postepujac w sposófo analo¬ giczny jak w przykladzie VI, lecz stosujac zwia¬ zek przejsciowy o wzorze 2, w którym R = CH2CH8 i R' = CHa, otrzymuje sie zwiazek o wzorze 1, w którym R = CH^dl8 i R' = OH8 o temperaturze wrzenia 79—80°/il4 mm.Przyklad IX. Postepujac w sposób analo¬ giczny jak w przykladzie VI, lecz stosujac zwia¬ zek przejsciowy o wzorze 2, otrzymuje sie zwia¬ zek o wzorze 1, w którym R oznacza rodnik he¬ ksylowy, fenylowy, benzylowy, winylowy, allilo¬ wy, 1-butenylowy, a R' oznacza rodnik izopropylo¬ wy lufo heksylowy.Przyklad X. Postejpujac w sposób analogicz¬ ny jak w przykladzie VI uzyskuje sie porówny¬ walne wyniki takze i wtedy, gdy stosuje sie za¬ miast kwasu mrówkowego inny kwas organiczny, taki jak kwas cytrynowy, kwas szczawiowy, kwas chlorooctowy, kwas p-toluenosulfonowy, kwas me¬ tanosulfonowy lub kwas trójfluorooctowy.Przyklad XI. W trójszyjnej, okraglodennej kolbie, wyposazonej w lejek, niskotemperaturowy termometr i mieszadlo, sporzadza sie roztwór 5,0 g (0,0«29 mola) zwiazku przejsciowego o wzorze 2, w którym R = OH8 i R' = CH8 w eterze etylowym (10 ml). Otrzymany roztwór chlodzi sie do tem¬ peratury —40°C, a nastepnie wkrapla sie do niego. 1,6 ml stezonego kwasu siarkowego. Czarna mie¬ szanine miesza sie w ciagu 5 minut w temperatu- % rze —40°C, a nastepnie wylewa do wody, po czym wyodrebnia sie zwiazek o wzorze 1, w którym 5 R = GH8 i R' = CH3 sposobem, podanym w przy¬ kladzie VI.W zasadzie takie same wyniki otrzymuje sie za¬ stepujac kwas siarkowy kwasem solnym lub fo¬ sforowym. 10 Przyklad XII. W pojemniku polietylenowym, w atmosferze azotu, miesza sie roztwór 7,2 g zwiazku o wzorze 4, w którym R i R' oznaczaja CH3 w 15 ml' acetonu zanurzony w lazni z lodem o temperaturze —10°C. Nastepnie przez okolo j^ 1—2 minut dodaje sie z polietylenowej tryskawki ochlodzony (—10oC) roztwór 3 ml kwasu fluoro¬ wodorowego w 5 ml acetonu. Wkrótce po doda¬ niu roztwór staje sie brazowy i reakcja jest prak¬ tycznie zakonczona po 20—30 minutach przy tem- 20 peraturze —1'0°C, co stwierdza sie metoda chro¬ matografii cienkowarstwowej. Podczas mieszania przez cale 2 godziny temperatura lazni lodowej wzrasta do 16°C.Mieszanine reakcyjna rozciencza sie 200 ml chlor- 25 ku metylenu, przemywa 100, a nastepnie 50 ml wody. Polaczone wodne ekstrakty przemywa sie 50 ml swiezego chlorku metylenu. Polaczone eks¬ trakty w chlorku metylenu miesza sie energicz¬ nie z 200 ml wody, której pH doprowadza sie do 30 wartosci 7,6 za pomoca 0,5 n roztworu wodoro¬ tlenku sodu. Warstwy rozdziela sie i faze wodna przemywa 50 ml chlorku metylenu. Ekstrakty w chlorku metylenu laczy sie i suszy nad bezwod¬ nym siarczanem sodu, do którego dodaje sie nie- gg wielka ilosc aktywnego wegla. Mieszanine saczy sie i zateza do otrzymania 7,43 g zóltego oleju.Surowy olej destyluje sie w wysokiej prózni w temperaturze 110°C.Destylowana substancje zbiera sie w kolibie, któ- ^ ra chlodzi sie przez owiniecie bawelna, zanurzona w suchym lodzie z acetonem o temperaturze —7B°C. Po destylacji otrzymuje sie 5,34 g zwiazku przejsciowego o wzorze 3, w którym R i R' ozna¬ czaja CH8, w postaci oleju. Produkt krystalizuje 45 po ochlodzeniu suchym lodem z acetonem.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania pochodnych 2H-pirano- ^ nu-3 o ogólnym wzorze 1, w którym R oznacza atom wodoru, grupe alkilowa, grupe aryIowa, gru¬ pe alkenylowa lufo aralkilowa, a R' oznacza grupe alkilowa, znamienny tym, ze zwiazek o wzorze ogólnym 2, w którym R i R' maja wyzej podane 55 znaczenie poddaje sie reakcji z mocnym kwasem, o wartosci pKa 4 lufo mniejszej. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie kwas mrówkowy, trójfluorooctowy, p- -toluenosulfonowy, metanosulfonowy, cytrynowy, szczawiowy lub chlorooctowy. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze reakcje prowadzi sie w bezwodnych warunkach-110 241 fi W4g£_ f\di X,k0H, nnOrmu K - o nzvr 4 wzcr o' Schemat R'0^0 R wzor 1 PZGraf. Koszalin D-3396 105 egz. A-4 Cena 45 zl PL PL PL PL PL PL PL

Claims (1)

1.