PL110369B1 - Method of producing derivatives of 3,7-dioxabicyclo/4,1,0/heptanone-5 - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia pochodnych 3,7-dioksabicyklo[4,l,0]heptanonu-5, stanowiacych zwiazki posrednie w procesie otrzy¬ mywania 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-hydrolksy-2-/l-piperydylometylo/-l,4- -pironu znana jest z artykulu Spielmana i Frei- feldera w J. Am. Chem. Soc. 69, 2908 (1947).Schenk i Spielman, J. Am. Chem. So*c. 67, 2276 (1945) otrzymali maltol na drodze alkalicznej hyd¬ rolizy soli streptomycynowych. Chawla i McGoni- gal, J. Org. Chem. 39, 3281 (1974) i Lichtenthal- ter, oraz Heidel, Agnew, Chem. 81, 999 (1969), opisali synteze maltolu z pochodnych, zawieraja¬ cych chroniona grupe weglowodanowa.Syntezy y-pironów takich, jak kwas piromeko- nowy, maltol, etylomaltol i inne 3-hydroksy-y-pi- rony podstawione w pozycji 2 sa znane z opisów patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr nr 3130204, 3133089, 3140239, 3159652, 3365469, 3376317, 3468915, 3440183 i 3446629.Maltol i etylomaltol poprawiaja smak i aromat róznych produktów spozywczych. Ponadto, sub¬ stancje te stosuje sie jako skladniki perfum i e- sencji. Kwasy 2-alkenylopiromekonowe sa znane 20 25 30 z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ame¬ ryki nr 3644635, a kwasy 2-arylometylopiromeko- nowe znane sa z opisu patentowego Stanów Zjed¬ noczonych Ameryki nr 3365469. Zwiazki te ha¬ muja wzrost bakterii i grzybów i sa stosowane jako substancje poprawiajace smak i aromat zyw¬ nosci oraz napojów, a takze po-teguja zapach per¬ fum.Sposobem wedlug wynalazku wytwarza sie po¬ chodne 3,7-dioksabicyklo(4,l,0]heptamonu-5 o ogól¬ nym wzorze 1, w którym X oznacza atom wo¬ doru, grupe alkilowa, grupe arylowa, grupe alke¬ nyIowa, grupe aralkilowa, grupe o wzorze —CH2OH lub CH20-alkil, a R' oznacza grupe alkilowa.Zwiazki o wzorze ogólnym 1, w którym X oz¬ nacza grupe etylowa, a R' oznacza grupe alkilowa o 1—6 atomach wegla sa zwiazkami nowymi.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze zwiazek o ogólnym wzorze 2, w którym R' i X maja wyzej podane znaczenie poddaje sie reak¬ cji z zasada i nadtlenkiem wodoru w srodowisku, zawierajacym wode.Zwiazki o wzorze 2, w którym X oznacza gru¬ pe etylowa, a R' oznacza grupe alkilowa o 1—6 atomach wegla, sa nowe.Sposób wedlug wynalazku umozliwia wytworze¬ nie pochodnych 3,7-dioksabicyklo[4,l,0}heptanonów-5 z furfuralu, który jest tanim surowcem, otrzyirny- 110 3691103 wanym na skale przemyslowa z pentozanów, znaj- - dujacych sie w slomie i otrebach zbozowych.Okreslenie „nizsza grupa alkilowa" oraz nizsza grupa alkilowa wchodzaca w sklad grupy alko- ksylowej obejmuje rodniki alkilowe o lancuchu 5 prostym oraz rozgalezionym, zawierajace 1—6 ato¬ mów wegla. Okreslenie „nizsza grupa alkenylowa" obejmuje rodniki alkenylowe o lancuchu prostym i rozgalezionym,' zawierajace 2—6 atomów wegla.Termin „grupa arylowa" oznacza grupe jedno- 10 pierscieniowego weglowodoru aromatycznego, za¬ wierajacego 6—8 atomów wegla, a okreslenie „grupa aralkilowa" oznacza nizsza grupe alkilowa podstawiona grupa ar^lowa o wyzej podanym zna- czeniu.Proces wytwarzania zwiazków o wzorze 1 z zastosowaniem furfuralu jako zwiazku wyjscio- „ wego jest przedstawiony na zalaczonym schema¬ cie. W zwiazkach wystepujacych na schemacie R' oznacza grupe alkilowa o 1—6 atomach wegla, a 20 X oznacza atom wodoru, grupe alkilowa, aryIowa, * alkenylowa lub aralkilowa.Reakcja furfuralu z odpowiednim zwiazkiem . Grignarda jest opisana w Chemical Abs.tracts 44,- . 1092d (1950).Sposób wytwarzania zwiazku przejsciowego o wzorze 3, w którym X oznacza atom wodoru na drodze elektrolizy w metanolu jest przedstawio¬ ny w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych 30 Ameryki nr 2714576 oraz w Acta. Chem. Scand. 6, 545 (1952). Synteza z zastosowaniem bromu w metanolu jest opisana w Ann. 516, 231 (1935). Zna¬ ne jest takze zastosowanie chloru w rozpuszczal¬ niku alkoholowym (na przyklad z brytyjskiego 35 opisu patentowego nr 595041). Obecnie stwierdzo¬ no, ze w wyniku reakcji zwiazku przejsciowego o wzorze 4 z chlorem, w rozpuszczalniku alkoho¬ lowym w temperaturze od —70° do 50°C naste¬ puje calkowita konwersja z wytworzeniem zada¬ nego zwiazku przejsciowego o wzorze 3, przy czym 40 chlorowodór, bedacy produktem ubocznym w tej reakcji zobojetnia sie za pomoca zasady takiej, jak amoniak, weglan sodu lub innych zasad, me¬ tali alkalicznych. Jakkolwiek we wczesniejszych publikacjach dotyczacych tej reakcji, podawane sa 45 wydajnosci rzedu 50%, to wydajnosc reakcji w procesie wedlug wynalazku wynosi ponad 90%.Zwiazek przejsciowy o wzorze 3, w którym X oznacza grupe CH3 jest opisany w Acta. Chem.Scand. 9, 17 (1955) i w Tetrahedron 27, 1973 (1971). 50 Zwiazek przejsciowy o wzorze 3, w którym X oznacza grupe CH2CH3 jest zwiazkiem nowym, który mozna otrzymac za pomoca juz opisanych sposobów.Reakcja zwiazku przejsciowego o wzorze 3 z 55. silnym kwasem organicznym jest nowa i prowa¬ dzi bezposrednio do otrzymania, z duza wydaj¬ noscia, "pochodnej 6-alkoksylowej o wzorze 2, przy czym unika sie powstawania odpowiedniej, niesta- 60 bilnej pochodnej hydroksylowej. Zwiazek przejs¬ ciowy o wzorze 3 poddaje sie reakcji z zasad¬ niczo bezwodnym kwasem. Korzystna jelst obec- ^ nosc protonowego rozpuszczalnika, takiego jak al¬ kohol lub malych ilosci wody. W wyniku tej re- 65 4 akcji otrzymuje sie czysty produkt, odpowiedni do przeksztalcania w zwiazek o wzorze 2, który wydziela sie z kwasnego srodowiska za pomoca ekstrakcji w znany sposób.Korzystnie stosuje sie kwas mrówkowy lub trój- fluorooctowy, jakkolwiek kazdy kwas o wartosci pKa okolo 4 lub mniejszej, przeksztalca zwiazek przejsciowy o wzorze 3 w zwiazek przejsciowy o wzorze 2. Odpowiednimi kwasami sa równiez takie kwasy organiczne, jak kwas p-toluenosulfonowy, kwas metanosulfonowy, kwas cytrynowy, kwas szczawiowy i kwas chlorooctowy oraz kwasy mi¬ neralne, takie jak kwas siarkowy, kwas chloro¬ wodorowy i kwas fosforowy. Ponadto mozna takze stosowac kwasowe zywice, takie jak Amlerlite GC-120 lub Dowex 50W.Reakcja utleniania zwiazku przejsciowego o wzo¬ rze 2 do epoksyketonu o wzorze 1 jest nowym, dotychczas nie znanym procesem. Zwiazek przejs¬ ciowy o wzorze 2 rozpuszcza sie w odpowiednim rozpuszczalniku, takim jak woda lub alkohol, taki jak alkohol izopropylowy lub metanol. Nastepnie dodaje sie zasade, taka jak kwasny weglan so- dowf lub wodorotlenek sodowy, po czym dodaje - sie 30% nadtlenek wodoru. Zwiazek o wzorze 1 wyodrebnia sie w znany sposób za pomoca eks¬ trakcji. Zwiazek ten mozna poddac przegrupowa¬ niu do y-pironu bez dalszego oczyszczania.Wyjsciowe zwiazki o ogólnym wzorze 2, w któ¬ rym X oznacza grupe o wzorze —CH2OH lub —CH20-alkil mozna otrzymac z weglowodanów, jak to podano w Accounts of Chemical Research 8, 192 (1975)". Sposobem wedlug wynalazku zwiaz¬ ki te przeksztalca sie w odpowiednie pochodne . o wzorze 1.Przyklad I. W suchej kolbie umieszcza sie 1,05 g (0,0074 mola) zwiazku o wzorze 2, w którym X = CH3 a R' = CH3O, rozpuszczonego w 20 ml alkoholu izopropylowego. Kolbe chlodzi sie do temperatury 0°C, a nastepnie dodaje sie 0,5 g (0,0059 mola) kwasnego weglanu sodowego i 2,0 ml (0,023 mola) 30% nadtlenku wodoru, po czym mie¬ szanine reakcyjna miesza sie w temperaturze po¬ kojowej w ciagu okolo 2 godzin.Nastepnie mieszanine reakcyjna wlewa sie do 100 ml wody. Roztwór ekstrahuje sie chlorofor¬ mem, po czym zateza, otrzymujac 0,90 g (77%) zwiazku o wzorze 1, w którym X = CH3 i R' = = CH3, w postaci zóltego oleju, który destyluje sie w temperaturze 70—90°/3 mm. Próbke, która poddano analizie, oczyszczono za pomoca chroma¬ tografii gazowej.Analiza dla C7H10O4: obliczono: C —53,16 H —6,37 znaleziono: C —52,90 H — 6,27 Przyklad II. Postepujac w sposób analogicz¬ ny jak w przykladzie I, lecz stosujac zwiazek przejsciowy o .wzorze 2, w którym X = H, a R' = = CH3 otrzymuje sie zwiazek o wzorze 1, w któ¬ rym X = H, a R' = CH3.Analiza dla C6H804: obliczono: C—50,00 H — 5,59 znaleziono: C —50,00 H — 5,81 Przyklad III. Postepujac w sposób analogicz-110 369 wzorze 1, H —7,02 H —7,04 ny jak w przykladzie I, lecz stosujac zwiazek przejsciowy o wzorze 2, w którym X = CH2CH3, a R' = CH3, otrzymuje sie zwiazek o w którym X = CH2CH3, a R' = CH3.Analiza dla C8H1204: obliczono: C — 55,81 znaleziono: C — 55,95 Przyklad IV. Postepujac w sposób analo¬ giczny jak w przykladzie I, lecz stosujac, odpo¬ wiednio inny zwiazek przejsciowy o wzorze 2, otrzymuje sie zwiazek o- wzorze 1, w którym X oznacza grupe heksylowa, fenylowa, benzylowa, winylowa, allilowa, 1-butenylowa lub 1-hekseny- lowa, a R' oznacza grupe izopropylowa lub heksy¬ lowa.Przyklad V. W 75 ml kolbie umieszcza sie 2,84 g (0,02 mola) zwiazku przejsciowego' o wzo¬ rze 2, w którym X = CH3 i R' = CH3, 10 ml wody i 10 ml izopropanolu. Roztwór chlodzi sie do tem¬ peratury 0—5°C i doprowadza jego pH do war¬ tosci 7,0—9,0 za pomoca 1 n NaOH.Nastepnie wkrapla sie 2,1 ml 30% nadtlenku wodoru, przy czym, jesli jest to konieczne, dodaje sie takze NaOH zeby utrzymac stala wartosc pH. Uprzednie ochlodzenie kolby jest niezbedne w celu utrzymania jej w temperaturze ponizej 10°C.Po dodaniu nadtlenku wodoru, mieszanine re¬ akcyjna miesza sie w temperaturze 8—1Q°C w 15 20 25 ciagu okolo jednej godziny, nastepnie wlewa sie do wody, a roztwór ekstrahuje sie chloroformem.Po usunieciu rozpuszczalnika, otrzymuje sie 2,99 g (94,5%) zwiazku o wzorze 1, w którym X =CH3, a R' = CH3 w postaci czystego oleju. Temperatura reakcji powyzej 15°C i wartosci pH powyzej 9,5 lub ponizej 6,5 powoduja zmniejszenie wydajnos¬ ci zwiazku o wzorze 1.W zasadzie uzyskuje sie takze takie same wy¬ niki, gdy zastapi sie izopropanol woda.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania pochodnych 3,7-dioksa- bicyklo [4,1,0] heptanonu-5 o ogólnym wzorze 1, w którym X oznacza atom wodoru, grupe alkilowa, grupe arylowa, grupe alkenylowa, grupe aralkilo- wa, grupe o wzorze —CH2OH lub —CH20-alkil, a R' oznacza grupe alkilowa, znamienny tym, ze zwiazek o wzorze ogólnym 2, w którym X i R' maja wyzej podane znaczenie poddaje sie reakcji z zasada i nadtlenkiem wodoru w srodowisku, za¬ wierajacym wode. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zwiazek wyjsciowy o wzorze ogólnym 2 rozpusz¬ cza sie w wodzie, alkoholu izopropylowym lub metanolu, a nastepnie kolejno miesza sie z zasada i wodnym roztworem nadtlenku wodoru. cw**- ac5HH*Ljo? Xf CHO kizór S Ue/etfrotetTRO Q^CHOH UZOT W wzór 3 0.R° o\ —RS— RoVx wzor I wzór 2 Schemal PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania pochodnych 3,7-dioksa- bicyklo [4,1,0] heptanonu-5 o ogólnym wzorze 1, w którym X oznacza atom wodoru, grupe alkilowa, grupe arylowa, grupe alkenylowa, grupe aralkilo- wa, grupe o wzorze —CH2OH lub —CH20-alkil, a R' oznacza grupe alkilowa, znamienny tym, ze zwiazek o wzorze ogólnym 2, w którym X i R' maja wyzej podane znaczenie poddaje sie reakcji z zasada i nadtlenkiem wodoru w srodowisku, za¬ wierajacym wode.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zwiazek wyjsciowy o wzorze ogólnym 2 rozpusz¬ cza sie w wodzie, alkoholu izopropylowym lub metanolu, a nastepnie kolejno miesza sie z zasada i wodnym roztworem nadtlenku wodoru. cw**- ac5HH*Ljo? Xf CHO kizór S Ue/etfrotetTRO Q^CHOH UZOT W wzór 3 0. R° o\ —RS— RoVx wzor I wzór 2 Schemal PL