WO2004092099A1 - Method for producing cyclic enols - Google Patents

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WO2004092099A1
WO2004092099A1 PCT/EP2004/003957 EP2004003957W WO2004092099A1 WO 2004092099 A1 WO2004092099 A1 WO 2004092099A1 EP 2004003957 W EP2004003957 W EP 2004003957W WO 2004092099 A1 WO2004092099 A1 WO 2004092099A1
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WO
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isopulegol
cyclization
catalyst
weight
process according
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PCT/EP2004/003957
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Inventor
Marko Friedrich
Klaus Ebel
Norbert Götz
Ulrich Müller
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Basf Aktiengesellschaft
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/56Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by isomerisation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07BGENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B2200/00Indexing scheme relating to specific properties of organic compounds
    • C07B2200/07Optical isomers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2601/00Systems containing only non-condensed rings
    • C07C2601/12Systems containing only non-condensed rings with a six-membered ring
    • C07C2601/14The ring being saturated

Definitions

  • the present invention describes an improved process for carrying out cyclizing en-real ions of unsaturated aldehydes to cyclic enols, in particular from the class of the terpenes.
  • the isopulegol is generally obtained in the form of mixtures of the four isomers isopulegol, neo-isopulegol, neoiso-isopulegol and iso-isopuiegol.
  • Menthol is obtained from the main isomer, isopulegol, for example, by further process steps. To increase the economy, there has always been a desire to maximize the isopulegol content of the mixture of isomers produced.
  • N. Ravasio et al. Hetereogenous Catalysi and Fine Chemicals IV, HU Blaser, A. Baiker, R. Prins (editors), Elsevier Science BV (1997), 625-632, describe by mixed SiO 2 / TiO 2 -, SiO 2 / ZrO 2 and SiO 2 / AI 2 O 3 kogels induced intramolecular ene reactions.
  • As a model reaction the conversion of citronellal to isopulegol was investigated with various calcined catalyst systems at a reaction temperature of 90 ° C and with variation of the solvent.
  • PJ Kropp describes the same reaction under atmospheric pressure in J. Org. Chem. 1995, 60, 4146-4152.
  • the above-mentioned cyclization was achieved by silica gel catalysis in dichloromethane as solvent.
  • a method for producing isopulegol from citronellal is already claimed in US Pat. No. 2,117,414, in which citronellal is heated in substance with commercially available silica gel.
  • GB-A 2332 156 describes heterogeneous microporous catalysts based on sulfated metal oxides and their use for the production of isopulegol from citronellal.
  • the object of the present invention was to find a process for the cyclization of unsaturated aldehydes to cyclic or heterocyclic enols which is particularly suitable for cyclizing citronellal in such a way that isomer mixtures of isopulegol are obtained which, in addition to the four stereoisomers of isopulegol, have as few other components as possible or contain impurities and thus directly, ie without further purification or separation steps, e.g. Recycle for the synthesis of menthol.
  • a process for converting unsaturated aldehydes to cyclic or heterocyclic enols by cyclizing ene reaction is found, which is characterized in that the cyclization in the presence of small amounts of solvent, based on the amount of aldehyde used, up to 10% by weight and in the presence of at least one mixed oxide catalyst consisting of SiO 2 and Al 2 O 3 .
  • the reaction can be represented, for example, by the following reaction scheme:
  • the radicals R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are, for example, each independently hydrogen C to C ⁇ -alkyl, C 2 - to C 6 -alkenyl, C 6 - to C 10 -aryl and C 7 - to G ⁇ 2 - Aralkyl in question.
  • the hydrocarbon radicals can still carry substituents which are inert under the reaction conditions, for example halogen such as fluorine, chlorine, bromine, iodine, OR 5 or NR 6 R 7 , where R 5 , R 6 and R 7 independently of one another are d- to C 6 -alkyl, C 6 to C 10 aryl and C 6 to C 12 aralkyl.
  • the bridge between the reacting ene and the aldehyde function is generally chosen so that cyclic or heterocyclic systems with a total of 5 to 10, in particular 5 to 6, ring members are obtained.
  • These cycles can also contain 1 or 2 heteroatoms such as oxygen or nitrogen, the nitrogen carrying either hydrogen or a hydrocarbon radical which is inert under the reaction conditions, and / or include 1 or 2 double bonds.
  • cyclic systems having 5, in particular 6, carbon atoms and optionally 1 to 2 double bonds in the ring are preferably prepared.
  • the process according to the invention is carried out in the presence of as little solvent as possible, i.e. below about 10% by weight, in particular less than about 2% by weight, of solvent (in each case based on the amount of aldehyde to be reacted), preferably carried out without solvent.
  • Solvents are to be understood here and in the following as all organic or inorganic solvents, regardless of their boiling point.
  • Organic solvents are understood in particular to mean both aliphatic solvents, such as heptane, isooctane or dichloromethane, and aromatic solvents, such as toiuol or chlorobenzene, in each case halogen-free or halogenated.
  • Inorganic solvents are also to be understood in particular as water.
  • Suitable catalysts for carrying out the process according to the invention are mixed oxide catalysts which consist of SiO 2 and Al 2 O 3 (so-called SiO 2 / Al 2 O 3 kogels). The composition of these mixed oxide catalysts can in principle be varied over the entire possible range.
  • mixed OCid catalysts which consist of more than 50% by weight of SiO 2 .
  • Mixed oxide catalysts which contain about 85 to about 99.5% by weight of SiO 2 are particularly preferred in the production process according to the invention.
  • the catalysts can be used in pure form or as a mixture of mixed oxide catalysts of various compositions.
  • Such ischemic oxide catalysts are usually easily and economically accessible and are usually also commercially available. They are widely used as support materials for so-called supported catalysts, on the surface of which a catalytically active substance is normally applied. In the case of the process according to the invention, it is possible to dispense with the application of such a catalytically active substance, since the mixed oxides according to the invention as such are already catalytically active.
  • the mixed oxide catalysts according to the invention can be produced in a variety of ways. Manufacturing methods for SiO 2 / A! 2 O 3 -Kogele are described for example in detail in:. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Ed, Vol A23, pages 583-660; Kirk-Othmer: Ecyclopedia of Chemical Technology, 3 " 1 Ed .., Vol. 20, pp. 748-780 and also in RK Her: The Chemistry of Silica, Wiley Interscience, 1979, pp. 462 - 621.
  • Mixed oxide catalysts with a BET surface area of about 50 to about 800 m 2 / g, particularly preferably from about 100 to about 600 m 2 / g, and an average particle size of about 5 to about 500 ⁇ m are preferably used in the process according to the invention. particularly preferably from about 10 to about 250 ⁇ m.
  • the mixed oxide catalyst or mixture of mixed oxide catalysts is used. Up to about 20% by weight, particularly preferably up to about 10% by weight, of the catalyst is preferably used. The use of about 0.5 to about 5% by weight of the selected catalyst system is very particularly preferred for carrying out the process according to the invention.
  • the cyclization reaction is advantageously carried out at temperatures from about 0 ° C. to about 150 ° C. It is then usually after about 5 minutes to about 3 days completed. It is particularly advantageous to work at elevated temperatures of about 50 ° C to about 130 ° C. Within this temperature range, the reaction is particularly preferably carried out at about 70 ° C. to about 100 ° C. The reaction time is then usually about 10 minutes to about 10 hours.
  • the reaction can be carried out both in air and under an inert gas atmosphere.
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 each independently represent hydrogen or a C to C 6 alkyl or C to C 6 alkenyl radical which is optionally substituted by halogen, OR 5 or NR 6 R 7 and
  • R 5 , R 6 , R 7 each independently represent hydrogen, d- to C 6 -alkyl, C 6 - to Cio-aryl or C 6 - to C 12 -aralkyl, where
  • R 6 and R 7 together can also be - (CH 2 ) m -, where m is an integer from 2 to 7, and
  • radicals R 2 , R 3 and R 4 can be varied widely, but usually represent hydrogen or a C to C 6 alkyl or C r bis which is optionally substituted by halogen, OR 5 and / or NR 6 R 7 C 6 alkenyl group.
  • Halogen is to be understood as fluorine, chlorine, bromine or iodine.
  • Examples of d- to C 6 -alkyl radicals are: methyl, ethyl, propyl, 1-methylethyl, butyl, 1-methylpropyl, 2-methylpropyl, 1,1-dimethylethyl, pentyl, 1-methylbutyl, 2- Methylbutyl, 3-methylbutyl, 2,2-dimethylpropyl, 1-ethylpropyl, hexyl, 1, 1-dimethylpropyl, 1, 2-dimethylpropyl, 1-methylpentyl, 2-methylpentyl, 3-methylpentyl, 4-methyl pentyl, 1,1-dimethylbutyl, 1, 2-dimethylbutyl, 1, 3-dimethylbutyl, 2,2-dimethylbutyl, 2,3-dimethylbutyl, 3,3-dimethylbutyl, 1-ethylbutyl, 2-ethylbutyl, 1, 1, 2-trimethyl propyl, 1,2,2-trimethyl propyl, 1-
  • Examples of its d- to C 6 -alkenyl radicals include: ethenyl, 1-propenyl, 2-propenyl, 1-methylethenyl, 1-butenyl, 2-butenyl, 3-butenyl, 1-methyl-1-propenyl, 2-methyl 1-propenyl, 1-methyl-2-propenyl, 2-methyl-2-propenyl, 1-pentenyl, and 2-pentenyl.
  • R 5 , R 6 and R 7 are usually hydrogen, d- to C 6 -alkyl, C 6 - to C 10 -aryl or C 7 - to C 12 -aryalkyl, where d- to C 6 -alkyl are the above has the meaning given,
  • C 6 - to C 10 -aryl is, for example, phenyl or naphthyl and C 7 - to C 12 -aryl, for example phenylmethyl, 1-phenylethyl, 2-phenylethyl, 1-phenylpropyl, 2-phenylpropyl or 3-phenylpropyl, is preferably phenylmethyl or 1-phenylethyl.
  • the radicals R 6 and R 7 together can also mean - (CH 2 ) m -, where m is an integer from 2 to 7.
  • M is preferably 4 or 5, so that R 6 and R 7 together with the enclosed heteroatom form a 5- or 6-membered ring.
  • A stands for a branched or unbranched chain of 2 to 6 carbon atoms, which are linked to one another by single or double bonds.
  • the chain can optionally be interrupted by one or more nitrogen and / or oxygen atoms and optionally carry one or more different halogen, OR 8 and / or NR 9 R 10 substituents, R 8 or R 9 and R 10 being the can have the same meanings as R 5 or R 6 and R 7 .
  • A preferably represents an unsubstituted, branched chain of 5 carbon atoms, which are each linked to one another by single bonds.
  • the process according to the invention is also preferably suitable for the preparation of mixtures of the four stereoisomers of isopulegol, that is to say isopulegol, neo-isopulegol, neoiso-isopulegol and iso-isopulegol, in each case in racemic or in optically active form by catalytic cyclization of racemic or optically active Citronellal.
  • the process is particularly suitable for the preparation of isomer mixtures of isopulegol which are suitable, without further purification or separation, as starting materials or intermediates in chemical transformations, e.g. as part of a synthesis of the menthol to be further implemented.
  • Another feature of the process according to the invention is that it is suitable for producing isomer mixtures of isopulegol, which predominantly consist of isopulegol itself.
  • the process allows particularly economical reaction control under solvent-free conditions and moderate temperatures as well as the reuse of the inexpensive catalyst systems.
  • Citronellal with a purity of at least 90% is preferred as the starting material. Citronellal with a purity of at least 95%, very particularly preferably at least 98%, in each case in racemic or optically active form, is particularly preferably used.
  • optically active form of citronellal here is understood to mean mixtures of the two enantiomeric forms of citronellal, in which these are not contained in equal parts.
  • optically active citronellal which consists of at least 90%, particularly preferably at least 95% and very particularly preferably at least 98%, of the R-enantiomer D-citronellal, implement accordingly. This can be of natural as well as synthetic origin.
  • Citronellal which contains up to about 10% by weight of a solvent or a mixture of different solvents, is suitable for the implementation in the process according to the invention. However, preference is given to using citronellal which contains up to about 5% by weight, particularly preferably up to about 2% by weight, of solvent. Citronellal, which is essentially solvent-free, is very particularly preferably used.
  • the citronellal to be reacted and containing up to about 10% by weight of solvent is admixed with the catalyst used according to the invention without further addition of solvents or solvent mixtures.
  • the citronellal to be reacted is mixed with about 5% by weight of a SiO 2 / Al 2 O 3 mixed oxide catalyst, which consists of about 85 to 99.5% by weight of SiO 2 and about 15 to 0.5 wt .-% of Al 2 O 3 , added and heated to about 85 to 95 ° C for about 4 h.
  • the reaction mixture is then freed from the heterogeneous catalyst system, if appropriate after cooling to room temperature or partial cooling, by means of separation methods which are known per se to the person skilled in the art. Filtration is advantageously carried out for this purpose.
  • the catalysts separated off in this way can generally be reused.
  • the reuse in the context of a further implementation according to the invention is particularly advantageous.
  • the catalysts or catalyst mixtures intended for reuse can either be used immediately, without further treatment or purification, for a further reaction or, after separation, can first be washed or dried in a suitable manner.
  • they can be calcined by methods familiar to a person skilled in the art before further use.
  • continuous calcination e.g. in the form of a fluidized bed calcination or in a rotary kiln.
  • the product mixture obtained after the removal of the catalyst is notable for high purity and usually contains about 80 to about 98% by weight of a mixture of the four isomers of isopulegol.
  • the reaction conditions are preferably chosen so that a reaction product is obtained which consists of at least 90% by weight of a mixture of the isopulegol isomers.
  • the above-described, particularly preferred embodiment of the process according to the invention gives products which are at least 95% by weight from a mixture of isopulegol isomers. These mixtures generally consist of at least 50%, preferably at least 60%, of the main isomer isopulegol itself.
  • a suitable choice of the reaction temperature can, above all, reduce the formation of undesired by-products in accordance with the requirements placed on the product.
  • An increase in the reaction temperature tends to lead to an increase in the formation of high molecular weight by-products, which can sometimes interfere with further processing of the product mixture of stereoisomeric isopulegols and thus necessitate further purification of the crude product.
  • mixtures of isomers of isopulegol which are essentially free of high molecular weight by-products and thus, when using the desired purity criteria of the product, corresponding citronellal are obtained as immediate reaction product for immediate further use , e.g. in a large-scale synthesis of menthol.
  • a mixture consisting of 370.6 kg of a hydrogel containing 32.8 kg of SiO 2 and 4.6 kg of the pseudoboehmite Pural (corresponding to 3.24 kg of Al 2 O 3 ) and 4 kg of water is sprayed in a spray tower and the spray tower is discharged at 120 ° C dried.
  • the mixed oxide catalyst obtainable in this way consists of 91% by weight of SiO 2 and 9% by weight of Al 2 O 3 . It has a density of 491 g / l, a BET surface area of 428 m 2 / g and an average particle size of 0.048 mm.
  • a mixture of 1000 g of citronellal and 50 g of the mixed oxide catalyst prepared as described in Example 1 is stirred at 90 ° C. for 4 h. After cooling, the catalyst is filtered off and a product mixture is obtained in quantitative yield, which consists of 96% of a mixture of the four diastereomers of isopulegol.
  • the diastereomer mixture thus obtained consists of 64.6% of the main isomer isopulegol.

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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

The invention relates to an improved method for carrying out cyclising ene reactions of unsaturated aldehydes to form cyclic enols, whereby the cyclisation is carried out in the presence of small quantities of solvent of up to 10 wt. %, in relation to the quantity of aldehyde used, and in the presence of at least one mixed oxide catalyst consisting of SiO2 and Al2O3.

Description

Verfahren zur Herstellung von cyclischen EnolenProcess for the preparation of cyclic enols
Beschreibung:Description:
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein verbessertes Verfahren zur Durchführung von cyclisierenden En-Real -ionen ungesättigter Aldehyde zu cyclischen Enolen insbesondere aus der Klasse der Terpene.The present invention describes an improved process for carrying out cyclizing en-real ions of unsaturated aldehydes to cyclic enols, in particular from the class of the terpenes.
Den zentralen Schlüsselschritt der etablierten synthetischen Zugänge zum Menthol, einer wichtigen Aromachemikalie, stellt die säure- bzw. Lewissäure-katalysierteThe central key step of the established synthetic approaches to menthol, an important aroma chemical, is the acid or Lewis acid catalyzed
Cyclisierung von Citronellal zu Isopulegol dar. Das Isopulegol fällt dabei in der Regel in Form von Gemischen der vier Isomere Isopulegol, neo-lsopulegol, neoiso-lsopulegol und iso-lsopuiegol an.Cyclization of citronellal to isopulegol. The isopulegol is generally obtained in the form of mixtures of the four isomers isopulegol, neo-isopulegol, neoiso-isopulegol and iso-isopuiegol.
Aus dem Hauptisomeren, Isopulegol, wird beispielsweise durch weitere Verfahrensschritte Menthol erhalten. Zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit bestand daher stets der Wunsch, den Isopulegolgehalt des erzeugten Isomerengemisches zu maximieren.Menthol is obtained from the main isomer, isopulegol, for example, by further process steps. To increase the economy, there has always been a desire to maximize the isopulegol content of the mixture of isomers produced.
In jüngerer Zeit wurden Verfahren entwickelt, die es erlauben, auch Isomerengemische des Isopulegols in wirtschaftlicher Weise zum Menthol zu veredeln. Vor diesemMore recently, processes have been developed which allow isomeric mixtures of isopulegol to be refined economically to menthol. Before this
Hintergrund erscheinen Verfahren, die geeignet sind, Gemische des Isopulegols und seiner Stereoisomeren in besonders einfacher und wirtschaftlicher Weise, vorzugsweise unter Anwendung heterogener Katalysatorsysteme, zugänglich zu machen, zunehmend interessant.Processes which are suitable for making mixtures of isopulegol and its stereoisomers accessible in a particularly simple and economical manner, preferably using heterogeneous catalyst systems, appear increasingly interesting in the background.
So beschreiben N. Ravasio et al., Hetereogenous Catalysi and Fine Chemicals IV, H.U. Blaser, A. Baiker, R. Prins (editors), Elsevier Science B. V. (1997), 625 - 632, durch gemischte SiO2/TiO2-, SiO2/ZrO2- und SiO2/AI2O3-Kogele induzierte intramolekulare En-Reaktionen. Als Musterreaktion wurde die Umsetzung von Citronellal zu Isopulegol mit verschiedenen calcinierten Katalysatorsystemen bei einer Reaktionstemperatur von 90°C und unter Variation des Lösemittels untersucht.For example, N. Ravasio et al., Hetereogenous Catalysi and Fine Chemicals IV, HU Blaser, A. Baiker, R. Prins (editors), Elsevier Science BV (1997), 625-632, describe by mixed SiO 2 / TiO 2 -, SiO 2 / ZrO 2 and SiO 2 / AI 2 O 3 kogels induced intramolecular ene reactions. As a model reaction, the conversion of citronellal to isopulegol was investigated with various calcined catalyst systems at a reaction temperature of 90 ° C and with variation of the solvent.
W.G. Dauben et al., Tetrahedron Letters, Vol. 33, No. 5, 603 - 606, beschreiben die Kieselgel-katalysierte Cyclisierung ungesättigter Carbonylverbindungen, darunter die Cyclisierung von Citronellal zu Isopulegol in Dichlormethan unter hohem Druck.W. G. Dauben et al., Tetrahedron Letters, vol. 33, no. 5, 603-606 describe the silica gel-catalyzed cyclization of unsaturated carbonyl compounds, including the cyclization of citronellal to isopulegol in dichloromethane under high pressure.
Die gleiche Reaktion unter Atmosphärendruck beschreiben P.J. Kropp in J. Org. Chem. 1995, 60, 4146 - 4152. Auch hier wurde die o.g. Cyclisierung durch Kieselgel-Katalyse in Dichlormethan als Lösemittel erreicht. Bereits in der US 2,117,414 wird ein Verfahren zur Herstellung von Isopulegol aus Citronellal beansprucht, bei dem Citronellal mit handelsüblichem Kieselgel in Substanz erhitzt wird.PJ Kropp describes the same reaction under atmospheric pressure in J. Org. Chem. 1995, 60, 4146-4152. Here too, the above-mentioned cyclization was achieved by silica gel catalysis in dichloromethane as solvent. A method for producing isopulegol from citronellal is already claimed in US Pat. No. 2,117,414, in which citronellal is heated in substance with commercially available silica gel.
Neben einer Reaktionsführung in Hexan beschreiben L. N. Misra et al. in Revista Italiana E.P.P.O.S. LXII, n.7, 365 -366, 1980 die Umsetzung von Citronellal zu Isopulegol durch Erhitzen von mit Kieselgel versetztem Citronellal auf 210°C. In Abhängigkeit von der Reaktionszeit werden dabei bis zu 73,9% an Isopulegoliso eren erhalten, die jedoch mit nennenswerten Verunreinigungen anfallen.In addition to carrying out a reaction in hexane, L. N. Misra et al. in Revista Italiana E.P.P.O.S. LXII, n.7, 365 -366, 1980 the conversion of citronellal to isopulegol by heating citronellal mixed with silica gel to 210 ° C. Depending on the reaction time, up to 73.9% of isopulegoliso are obtained, which, however, occur with significant impurities.
In Chemistry Letters, 1797 - 1798, 1089 beschreiben K. Arata et al. die Cyclisierung von Citronellal zu Isopulegol in Gegenwart von SiO2/AI2O3-Katalysatoren mit einem AI2O3-Gehalt von 13 bzw. 15%. Die Katalysatoren werden dabei vor der jeweils in Toluol durchgeführten Cyclisierungsreaktion bei 500°C calciniert.In Chemistry Letters, 1797-1798, 1089, K. Arata et al. the cyclization of citronellal to isopulegol in the presence of SiO 2 / Al 2 O 3 catalysts with an Al 2 O 3 content of 13 or 15%. The catalysts are calcined at 500 ° C. in each case before the cyclization reaction carried out in toluene.
J. Ipaktschi et al. (Chemische Berichte, 123 (1990) 1591 - 1593) beschreiben Mikro- wellen-induzierte Reaktionen organischer Substrate im Hohlraum von Zeolithen. Dabei wird u. a. Citronellal an zuvor aktivierten Y-Zeolith adsorbiert und entweder mit einem Mikrowellengerät bestrahlt oder auf 140°C erhitzt. In beiden Fällen werden Gemische der vier stereoisomeren Isopulegole erhalten.J. Ipaktschi et al. (Chemical reports, 123 (1990) 1591-1593) describe microwave-induced reactions of organic substrates in the zeolite cavity. Here u. a. Citronellal adsorbed on previously activated Y zeolite and either irradiated with a microwave oven or heated to 140 ° C. In both cases, mixtures of the four stereoisomeric isopulegols are obtained.
Darüber hinaus beschreibt die GB-A 2332 156 heterogen mikroporöse Katalysatoren auf der Basis sulfatierter Metailoxide und deren Verwendung zur Herstellung von Isopulegol aus Citronellal.In addition, GB-A 2332 156 describes heterogeneous microporous catalysts based on sulfated metal oxides and their use for the production of isopulegol from citronellal.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Verfahren zur Cyclisierung ungesättigter Aldehyde zu cyclischen oder heterocyclischen Enolen zu finden, das insbesondere geeignet ist, Citronellal in der Weise zu cyclisieren, dass Isomerengemische des Isopulegols anfallen, die neben den vier Stereoisomeren des Isopulegols möglichst wenige weitere Komponenten bzw. Verunreinigungen enthalten und sich somit direkt, d.h. ohne weitere Aufreinigungs- oder Trennungsschritte, z.B. zur Synthese von Menthol weiterverwerten lassen.The object of the present invention was to find a process for the cyclization of unsaturated aldehydes to cyclic or heterocyclic enols which is particularly suitable for cyclizing citronellal in such a way that isomer mixtures of isopulegol are obtained which, in addition to the four stereoisomers of isopulegol, have as few other components as possible or contain impurities and thus directly, ie without further purification or separation steps, e.g. Recycle for the synthesis of menthol.
Erfindungsgemäß wurde ein Verfahren zur Umsetzung ungesättigter Aldehyde zu cyclischen oder heterocyclischen Enolen durch cyclisierende En-Reaktion gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man die Cyclisierung in Gegenwart geringer Lösungsmittelmengen von, bezogen auf die eingesetzte Menge Aldehyd, bis zu 10 Gew.-% und in Gegenwart mindestens eines aus SiO2 und AI2O3 bestehenden Mischoxidkatalysators vornimmt. Die Umsetzung kann beispielsweise durch folgendes Reaktionsschema wiedergegeben werden:According to the invention, a process for converting unsaturated aldehydes to cyclic or heterocyclic enols by cyclizing ene reaction was found, which is characterized in that the cyclization in the presence of small amounts of solvent, based on the amount of aldehyde used, up to 10% by weight and in the presence of at least one mixed oxide catalyst consisting of SiO 2 and Al 2 O 3 . The reaction can be represented, for example, by the following reaction scheme:
Figure imgf000004_0001
Figure imgf000004_0001
Als Reste R1, R2, R3 und R4 kommen z.B. jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff C bis Cβ-Alkyl, C2- bis C6-Alkenyl, C6- bis C10-Aryl und C7- bis Gι2-Aralkyl in Frage. Die Kohlenwasserstoffreste können noch unter den Reaktionsbedingungen inerte Substituenten tragen, beispielsweise Halogen wie Fluor, Chlor, Brom, Jod, OR5 oder NR6R7, wobei R5, R6 und R7 unabhängig voneinander für d- bis C6-Alkyl, C6- bis C10- Aryl und C6- bis C12-Aralkyl stehen.The radicals R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are, for example, each independently hydrogen C to Cβ-alkyl, C 2 - to C 6 -alkenyl, C 6 - to C 10 -aryl and C 7 - to Gι 2 - Aralkyl in question. The hydrocarbon radicals can still carry substituents which are inert under the reaction conditions, for example halogen such as fluorine, chlorine, bromine, iodine, OR 5 or NR 6 R 7 , where R 5 , R 6 and R 7 independently of one another are d- to C 6 -alkyl, C 6 to C 10 aryl and C 6 to C 12 aralkyl.
Die Brücke zwischen dem reagierenden En und der Aldehydfunktion wird im Regelfall so gewählt, dass cyclische oder heterocyclische Systeme mit insgesamt 5 bis 10, insbesondere 5 bis 6 Ringgliedern erhalten werden. Diese Cyclen können auch 1 oder 2 Heteroatome wie Sauerstoff oder Stickstoff enthalten, wobei der Stickstoff entweder Wasserstoff oder einen unter den Reaktionsbedingungen inerten Kohlenwasserstoffrest trägt, und/oder 1 bis 2 Doppelbindungen einschließen.The bridge between the reacting ene and the aldehyde function is generally chosen so that cyclic or heterocyclic systems with a total of 5 to 10, in particular 5 to 6, ring members are obtained. These cycles can also contain 1 or 2 heteroatoms such as oxygen or nitrogen, the nitrogen carrying either hydrogen or a hydrocarbon radical which is inert under the reaction conditions, and / or include 1 or 2 double bonds.
Bevorzugt werden gegebenenfalls substituierte, cyclische Systeme mit 5, insbesondere mit 6 Kohlenstoffatomen und gegebenenfalls 1 bis 2 Doppelbindungen im Ring hergestellt.Optionally substituted, cyclic systems having 5, in particular 6, carbon atoms and optionally 1 to 2 double bonds in the ring are preferably prepared.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in Gegenwart von möglichst wenig Lösemittel, d.h. unter etwa 10 Gew.-%, insbesondere weniger als etwa 2 Gew.-% Lösemittel (jeweils bezogen auf die Menge an umzusetzendem Aldehyd), vorzugsweise lösemittelfrei durchgeführt.The process according to the invention is carried out in the presence of as little solvent as possible, i.e. below about 10% by weight, in particular less than about 2% by weight, of solvent (in each case based on the amount of aldehyde to be reacted), preferably carried out without solvent.
Unter Lösemittel sind dabei und im Folgenden alle organischen oder auch anorgani- sehen Lösemittel zu verstehen, unabhängig von deren Siedepunkt. Unter organischen Lösungsmitteln verstehen sich insbesondere sowohl aliphatische, wie etwa Heptan, Isooctan oder auch Dichlormethan, als auch aromatische Lösungsmittel wie etwa Toiuol oder Chlorbenzol, jeweils halogenfrei oder halogeniert. Unter anorganischen Lösemitteln ist insbesondere auch Wasser zu verstehen. Geeignete Katalysatoren zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Mischoxidkatalysatoren, die aus SiO2 und AI2O3 bestehen (sog. SiO2/AI2O3-Kogele). Die Zusammensetzung dieser Mischoxidkatalysatoren kann prinzipiell über den gesamten möglichen Bereich variiert werden. Bevorzugt setzt man jedoch solche MischOKidkatalysatoren ein, die zu mehr als 50 Gew.-% aus SiO2 bestehen. Besonders bevorzugt im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens sind Mischoxid- katalysatoren, die etwa 85 bis etwa 99,5 Gew.-% SiO2 enthalten. Die Katalysatoren können in reiner Form oder als Gemisch von Mischoxidkatalysatoren verschiedener Zusammensetzung eingesetzt werden.Solvents are to be understood here and in the following as all organic or inorganic solvents, regardless of their boiling point. Organic solvents are understood in particular to mean both aliphatic solvents, such as heptane, isooctane or dichloromethane, and aromatic solvents, such as toiuol or chlorobenzene, in each case halogen-free or halogenated. Inorganic solvents are also to be understood in particular as water. Suitable catalysts for carrying out the process according to the invention are mixed oxide catalysts which consist of SiO 2 and Al 2 O 3 (so-called SiO 2 / Al 2 O 3 kogels). The composition of these mixed oxide catalysts can in principle be varied over the entire possible range. However, preference is given to using mixed OCid catalysts which consist of more than 50% by weight of SiO 2 . Mixed oxide catalysts which contain about 85 to about 99.5% by weight of SiO 2 are particularly preferred in the production process according to the invention. The catalysts can be used in pure form or as a mixture of mixed oxide catalysts of various compositions.
Derartige ischoxidkatalysatoren sind üblicherweise leicht und auf ökonomische Weise zugänglich und in der Regel auch kommerziell erhältlich. Sie finden verbreitet Anwendung als Trägermaterialen für sog. Trägerkatalysatoren, auf deren Oberfläche normalerweise eine katalytisch aktive Substanz aufgebracht wird. Im Falle des erfindungsgemäßen Verfahren kann man auf das Aufbringen einer solchen katalytisch aktiven Substanz, da die erfindungsgemäßen Mischoxide als solche bereits katalytisch wirksam sind, verzichten.Such ischemic oxide catalysts are usually easily and economically accessible and are usually also commercially available. They are widely used as support materials for so-called supported catalysts, on the surface of which a catalytically active substance is normally applied. In the case of the process according to the invention, it is possible to dispense with the application of such a catalytically active substance, since the mixed oxides according to the invention as such are already catalytically active.
Die erfindungsgemäßen Mischoxidkatalysatoren lassen sich auf vielfältige Weise herstellen. Herstellmethoden für SiO2/A!2O3-Kogele sind beispielsweise ausführlich beschrieben in: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Ed., Vol A23, S. 583 - 660; Kirk-Othmer: Ecyclopedia of Chemical Technology, 3"1 Ed.., Vol. 20, S. 748 - 780 und auch in R.K. Her: The Chemistry of Silica, Wiley Interscience, 1979, S.462 - 621.The mixed oxide catalysts according to the invention can be produced in a variety of ways. Manufacturing methods for SiO 2 / A! 2 O 3 -Kogele are described for example in detail in:. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Ed, Vol A23, pages 583-660; Kirk-Othmer: Ecyclopedia of Chemical Technology, 3 " 1 Ed .., Vol. 20, pp. 748-780 and also in RK Her: The Chemistry of Silica, Wiley Interscience, 1979, pp. 462 - 621.
Vorzugsweise verwendet man im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Mischoxidkatalysatoren mit einer BET-Oberfläche von etwa 50 bis etwa 800 m2/g, besonders bevorzugt von etwa 100 bis etwa 600 m2/g, und einer mittleren Partikelgröße von etwa 5 bis etwa 500 μm, besonders bevorzugt von etwa 10 bis etwa 250 μm.Mixed oxide catalysts with a BET surface area of about 50 to about 800 m 2 / g, particularly preferably from about 100 to about 600 m 2 / g, and an average particle size of about 5 to about 500 μm are preferably used in the process according to the invention. particularly preferably from about 10 to about 250 μm.
Üblicherweise verwendet man, bezogen auf die Menge an umzusetzendem ungesättigtem Aldehyd, etwa 0,1 bis etwa 30 Gew. % des Mischoxidkatalysators bzw. Gemisches von Mischoxidkatalysatoren. Bevorzugt verwendet man bis zu etwa 20 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu etwa 10 Gew.-% des Katalysators. Ganz besonders bevorzugt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Verwendung von etwa 0,5 bis etwa 5 Gew.-% des gewählten Katalysatorsystems.Usually, based on the amount of unsaturated aldehyde to be reacted, about 0.1 to about 30% by weight of the mixed oxide catalyst or mixture of mixed oxide catalysts is used. Up to about 20% by weight, particularly preferably up to about 10% by weight, of the catalyst is preferably used. The use of about 0.5 to about 5% by weight of the selected catalyst system is very particularly preferred for carrying out the process according to the invention.
Die Cyclisierungsreaktion führt man vorteilhafterweise bei Temperaturen von etwa 0°C bis etwa 150°C durch. Sie ist dann üblicherweise nach etwa 5 min bis etwa 3 Tagen abgeschlossen. Mit besonderem Vorteil arbeitet man unter erhöhten Temperaturen von etwa 50°C bis etwa 130°C. Innerhalb dieses Temperaturbereichs besonders bevorzugt ist die Reaktionsführung bei etwa 70°C bis etwa 100°C. Die Reaktionsdauer beträgt dann in der Regel etwa 10 min bis etwa 10 h.The cyclization reaction is advantageously carried out at temperatures from about 0 ° C. to about 150 ° C. It is then usually after about 5 minutes to about 3 days completed. It is particularly advantageous to work at elevated temperatures of about 50 ° C to about 130 ° C. Within this temperature range, the reaction is particularly preferably carried out at about 70 ° C. to about 100 ° C. The reaction time is then usually about 10 minutes to about 10 hours.
Die Reaktion kann sowohl an der Luft als auch unter einer Inertgasatmosphäre durchgeführt werden.The reaction can be carried out both in air and under an inert gas atmosphere.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich beispielsweise cyclische Enole der Formel lThe process according to the invention can be used, for example, to use cyclic enols of the formula I
wobei in which
R1, R2, R3, R4 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff oder einen, gegebenenfalls durch Halogen, OR5 oder NR6R7 subsituierten C bis C6-Alkyl- oder C bis C6- Alkenylrest steht undR 1 , R 2 , R 3 , R 4 each independently represent hydrogen or a C to C 6 alkyl or C to C 6 alkenyl radical which is optionally substituted by halogen, OR 5 or NR 6 R 7 and
R5, R6, R7 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff, d- bis C6-Alkyl, C6- bis Cio-Aryl oder C6- bis C12-Aralkyl steht, wobeiR 5 , R 6 , R 7 each independently represent hydrogen, d- to C 6 -alkyl, C 6 - to Cio-aryl or C 6 - to C 12 -aralkyl, where
R6 und R7 gemeinsam auch -(CH2)m-, wobei m eine ganze Zahl von 2 bis 7 bedeutet, stehen können undR 6 and R 7 together can also be - (CH 2 ) m -, where m is an integer from 2 to 7, and
A für eine verzweigte oder unverzweigte Kette von 2 bis 6 Kohlenstoff atomen, die durch Einfach- oder Doppelbindungen miteinander verknüpft sind und die gegebenenfalls durch eines oder mehrere Stickstoff- und/oder Sauerstoffatome unterbrochen sein kann und die gegebenenfalls durch Halogen, OR5 und/oder NR6R7 substituiert sein kann steht, durch Cyclisierung ungesättigter Aldehyde der Formel IIA for a branched or unbranched chain of 2 to 6 carbon atoms, which are linked to one another by single or double bonds and which may optionally be interrupted by one or more nitrogen and / or oxygen atoms and which may be interrupted by halogen, OR 5 and / or NR 6 R 7 can be substituted, by cyclization of unsaturated aldehydes of the formula II
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wobei die Substituenten R1 bis R7 sowie A die oben angegebene Bedeutung besitzen, herstellen.where the substituents R 1 to R 7 and A have the meaning given above.
Die Reste R\ R2, R3 und R4 können breit variiert werden, stehen üblicherweise jedoch für Wasserstoff oder einen, gegebenenfalls durch Halogen, OR5 und/oder NR6R7 substituierten C bis C6-Alkyl- oder Cr bis C6-Alkenylrest. Unter Halogen ist dabei Fluor, Chlor, Brom oder lod zu verstehen.The radicals R 2 , R 3 and R 4 can be varied widely, but usually represent hydrogen or a C to C 6 alkyl or C r bis which is optionally substituted by halogen, OR 5 and / or NR 6 R 7 C 6 alkenyl group. Halogen is to be understood as fluorine, chlorine, bromine or iodine.
Beispielhaft seien als d- bis C6-Alkylreste genannt: Methyl, Ethyl, Propyl, 1-Methyi- ethyl, Butyl, 1-Methyl-propyl, 2-Methylpropyl, 1,1-Dimethylethyl, Pentyl, 1-Methylbutyl, 2-Methylbutyl, 3-Methylbutyl, 2,2-Di-methylpropyl, 1 -Ethylpropyl, Hexyl, 1 ,1 -Dimethyl- propyl, 1 ,2-Dimethylpropyl, 1-Methylpentyl, 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, 4-Methyl- pentyl, 1,1-Dimethylbutyl, 1 ,2-Dimethylbutyl, 1 ,3-Dimethylbutyl, 2,2-Dimethylbutyl, 2,3-Dimethylbutyl, 3,3-Dimethylbutyl, 1-Ethylbutyl, 2-Ethylbutyl, 1 ,1 ,2-Trimethyipropyl, 1,2,2-Trimethylpropyl, 1 -Ethyl- 1-methylpropyl und 1-Ethyl-2-methylpropyl. Bevorzugt sind darunter die Reste Methyl, Ethyl, Propyl, 1-Methylethyl, Butyl, Pentyl, Hexyl und 1,1-Dimethylethyl.Examples of d- to C 6 -alkyl radicals are: methyl, ethyl, propyl, 1-methylethyl, butyl, 1-methylpropyl, 2-methylpropyl, 1,1-dimethylethyl, pentyl, 1-methylbutyl, 2- Methylbutyl, 3-methylbutyl, 2,2-dimethylpropyl, 1-ethylpropyl, hexyl, 1, 1-dimethylpropyl, 1, 2-dimethylpropyl, 1-methylpentyl, 2-methylpentyl, 3-methylpentyl, 4-methyl pentyl, 1,1-dimethylbutyl, 1, 2-dimethylbutyl, 1, 3-dimethylbutyl, 2,2-dimethylbutyl, 2,3-dimethylbutyl, 3,3-dimethylbutyl, 1-ethylbutyl, 2-ethylbutyl, 1, 1, 2-trimethyl propyl, 1,2,2-trimethyl propyl, 1-ethyl-1-methyl propyl and 1-ethyl-2-methyl propyl. Among them, the radicals methyl, ethyl, propyl, 1-methylethyl, butyl, pentyl, hexyl and 1,1-dimethylethyl are preferred.
Als d- bis C6-Alkenylreste seinen beispielhaft genannt: Ethenyl, 1-Propenyl, 2-Propenyl, 1-Methylethenyl, 1-Butenyl, 2-Butenyl, 3-Butenyl, 1-Methyl-1-propenyl, 2-Methyl-1-propenyl, 1-Methyl-2-propenyl, 2-Methyl-2-propenyl, 1-Pentenyl, und 2-Pentenyl.Examples of its d- to C 6 -alkenyl radicals include: ethenyl, 1-propenyl, 2-propenyl, 1-methylethenyl, 1-butenyl, 2-butenyl, 3-butenyl, 1-methyl-1-propenyl, 2-methyl 1-propenyl, 1-methyl-2-propenyl, 2-methyl-2-propenyl, 1-pentenyl, and 2-pentenyl.
Die genannten Reste können einen oder mehrere verschiedene Halogen-, OR5 und/oder NR6R7-Substituenten tragen. Dabei steht R5, R6 und R7 üblicherweise für Wasserstoff, d- bis C6-Alkyl, C6- bis C10-Aryl oder C7- bis C12-Aralkyl, wobei d- bis C6-Alkyl die oben angegebene Bedeutung besitzt, C6- bis C10-Aryl beispielsweise für Phenyl oder Naphthyl steht und C7- bis C12-Aralkyl beispielsweise Phenylmethyl, 1-Phenylethyl, 2-Phenylethyl, 1-Phenylpropyl, 2-Phenylpropyl oder 3-Phenylpropyl, bevorzugt Phenylmethyl oder 1-Phenylethyl bedeutet. Die Reste R6 und R7 können gemeinsam auch -(CH2)m- bedeuten, wobei m für eine ganze Zahl von 2 bis 7 steht. Bevorzugt steht m für 4 oder 5, so dass R6 und R7 gemeinsam mit dem eingeschlossenen Heteroatom einen 5- bzw. 6-gliedrigen Ring bildet.The radicals mentioned can carry one or more different halogen, OR 5 and / or NR 6 R 7 substituents. R 5 , R 6 and R 7 are usually hydrogen, d- to C 6 -alkyl, C 6 - to C 10 -aryl or C 7 - to C 12 -aryalkyl, where d- to C 6 -alkyl are the above has the meaning given, C 6 - to C 10 -aryl is, for example, phenyl or naphthyl and C 7 - to C 12 -aryl, for example phenylmethyl, 1-phenylethyl, 2-phenylethyl, 1-phenylpropyl, 2-phenylpropyl or 3-phenylpropyl, is preferably phenylmethyl or 1-phenylethyl. The radicals R 6 and R 7 together can also mean - (CH 2 ) m -, where m is an integer from 2 to 7. M is preferably 4 or 5, so that R 6 and R 7 together with the enclosed heteroatom form a 5- or 6-membered ring.
A steht für eine verzweigte oder unverzweigte Kette von 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, die durch Einfach- oder Doppelbindungen miteinander verknüpft sind. Die Kette kann gegebenenfalls durch eines oder mehrere Stickstoff- und/oder Sauerstoffatome unterbrochen sein und gegebenenfalls einen oder mehrere verschiedene Halogen-, OR8-und/oder NR9R10-Substituenten tragen, wobei R8 bzw. R9 und R10 die gleichen Bedeutungen haben können wie R5 bzw. R6 und R7. Bevorzugt steht A für eine unsubstituierte, verzweigte Kette von 5 Kohlenstoffatomen, die jeweils durch Einfachbindungen miteinander verknüpft sind.A stands for a branched or unbranched chain of 2 to 6 carbon atoms, which are linked to one another by single or double bonds. The chain can optionally be interrupted by one or more nitrogen and / or oxygen atoms and optionally carry one or more different halogen, OR 8 and / or NR 9 R 10 substituents, R 8 or R 9 and R 10 being the can have the same meanings as R 5 or R 6 and R 7 . A preferably represents an unsubstituted, branched chain of 5 carbon atoms, which are each linked to one another by single bonds.
Das erfindungsgemäße Ve ä ren eignet sich demge äss auch bevorzugt zur Herstellung von Gemischen der vier Stereoisomere des Isopulegols, also Isopulegol, neo-lsopulegol, neoiso-lsopulegol und iso-lsopulegol, jeweils in racemischer oder in optisch aktiver Form durch katalytische Cyclisierung von racemischem oder optisch aktivem Citronellal.Accordingly, the process according to the invention is also preferably suitable for the preparation of mixtures of the four stereoisomers of isopulegol, that is to say isopulegol, neo-isopulegol, neoiso-isopulegol and iso-isopulegol, in each case in racemic or in optically active form by catalytic cyclization of racemic or optically active Citronellal.
Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Isomerengemischen des Isopulegols, die geeignet sind, ohne weitere Reinigung oder Trennung als Ausgangsstoffe bzw. Zwischenprodukte in chemischen Transformationen, z.B. im Rahmen einer Synthese des Menthols, weiter umgesetzt zu werden. Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es sich dazu eignet, Isomerengemische des Isopulegols herzustellen, die zum überwiegenden Teil aus Isopulegol selbst bestehen. Dabei erlaubt das Verfahren die besonders wirtschaftliche Reaktionsführung unter lösemittelfreien Bedingungen und moderaten Temperaturen sowie die Wiederverwendung der wohlfeilen Katalysatorsysteme.The process is particularly suitable for the preparation of isomer mixtures of isopulegol which are suitable, without further purification or separation, as starting materials or intermediates in chemical transformations, e.g. as part of a synthesis of the menthol to be further implemented. Another feature of the process according to the invention is that it is suitable for producing isomer mixtures of isopulegol, which predominantly consist of isopulegol itself. The process allows particularly economical reaction control under solvent-free conditions and moderate temperatures as well as the reuse of the inexpensive catalyst systems.
Als Ausgangsstoff bevorzugt ist dabei Citronellal mit einer Reinheit von mindestens 90%. Besonders bevorzugt verwendet man Citronellal mit einer Reinheit von mindestens 95%, ganz besonders bevorzugt von mindestens 98%, jeweils in racemischer oder optisch aktiver Form.Citronellal with a purity of at least 90% is preferred as the starting material. Citronellal with a purity of at least 95%, very particularly preferably at least 98%, in each case in racemic or optically active form, is particularly preferably used.
Unter optisch aktiver Form des Citronellals sind hier Gemische der beiden enantiome- ren Formen des Citronellals zu verstehen, in denen diese nicht zu gleichen Teilen enthalten sind. Neben dem als Ausgangsstoff besonders bevorzugten racemischen Citronellal lässt sich bevorzugt auch optisch aktives Citronellal, das zu mindestens 90%, besonders bevorzugt zu mindestens 95% und ganz besonders bevorzugt zu mindestens 98% aus dem R-Enantiomeren D-Citronellal besteht, in erfindungs- gemäßer Weise umsetzen. Dieses kann sowohl natürlichen wie auch synthetischen Ursprungs sein.The optically active form of citronellal here is understood to mean mixtures of the two enantiomeric forms of citronellal, in which these are not contained in equal parts. In addition to the racemic citronellal which is particularly preferred as the starting material, optically active citronellal, which consists of at least 90%, particularly preferably at least 95% and very particularly preferably at least 98%, of the R-enantiomer D-citronellal, implement accordingly. This can be of natural as well as synthetic origin.
Zur Umsetzung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich Citronellal, das bis zu etwa 10 Gew.-% eines Lösemittels oder eines Gemisches verschiedener Lösemittel enthält. Bevorzugt verwendet man jedoch Citronellal, das bis zu etwa 5 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu etwa 2 Gew.-% Lösemittel enthält. Ganz besonders bevorzugt setzt man Citronellal ein, das im wesentlichen lösemittelfrei ist.Citronellal, which contains up to about 10% by weight of a solvent or a mixture of different solvents, is suitable for the implementation in the process according to the invention. However, preference is given to using citronellal which contains up to about 5% by weight, particularly preferably up to about 2% by weight, of solvent. Citronellal, which is essentially solvent-free, is very particularly preferably used.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das umzusetzende und bis zu etwa 10 Gew.-% Lösemittel enthaltende Citronellal ohne weiteren Zusatz von Lösemitteln oder Lösemittelgemischen mit dem erfindungsgemäß eingesetzten Katalysator versetzt.In order to carry out the process according to the invention, the citronellal to be reacted and containing up to about 10% by weight of solvent is admixed with the catalyst used according to the invention without further addition of solvents or solvent mixtures.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das umzusetzende Citronellal mit etwa 5 Gew.-% eines SiO2/AI2O3-Mischoxid- katalysators, der zu etwa 85 bis 99,5 Gew.-% aus SiO2 und zu etwa 15 bis 0,5 Gew.-% aus AI2O3 besteht, versetzt und für etwa 4 h auf etwa 85 bis 95°C erhitzt. Im Anschluss wird das Reaktionsgemisch, gegebenenfalls nach Abkühlung auf Raumtemperatur oder teilweiser Abkühlung durch dem Fachmann an sich geläufige Trennmethoden vom heterogenen Katalysatorsystem befreit. Vorteilhafterweise führt man zu diesem Zweck eine Filtration durch.In a particularly preferred embodiment of the process according to the invention, the citronellal to be reacted is mixed with about 5% by weight of a SiO 2 / Al 2 O 3 mixed oxide catalyst, which consists of about 85 to 99.5% by weight of SiO 2 and about 15 to 0.5 wt .-% of Al 2 O 3 , added and heated to about 85 to 95 ° C for about 4 h. The reaction mixture is then freed from the heterogeneous catalyst system, if appropriate after cooling to room temperature or partial cooling, by means of separation methods which are known per se to the person skilled in the art. Filtration is advantageously carried out for this purpose.
Die so abgetrennten Katalysatoren können in der Regel wiederverwendet werden. Von besonderem Vorteil ist die Wiederverwendung im Rahmen einer weiteren erfindungsgemäßen Umsetzung. Die zur Wiederverwendung bestimmten Katalysatoren oder Katalysatorgemische können entweder unmittelbar, ohne weitere Behandlung oder Reinigung für eine weitere Umsetzung verwendet werden oder nach der Abtrennung zunächst in geeigneter Weise gewaschen oder getrocknet werden. Darüber hinaus können sie vor der Weiterverwendung durch dem Fachmann geläufige Methoden kalziniert werden. Vorteilhafterweise führt man dazu eine kontinuierliche Kalzinierung, z.B. in Form einer Wirbelschichtkalzinierung oder in einem Drehrohrofen durch.The catalysts separated off in this way can generally be reused. The reuse in the context of a further implementation according to the invention is particularly advantageous. The catalysts or catalyst mixtures intended for reuse can either be used immediately, without further treatment or purification, for a further reaction or, after separation, can first be washed or dried in a suitable manner. In addition, they can be calcined by methods familiar to a person skilled in the art before further use. Advantageously, continuous calcination, e.g. in the form of a fluidized bed calcination or in a rotary kiln.
Das nach der Abtrennung des Katalysators erhaltene Produktgemisch zeichnet sich durch eine hohe Reinheit aus und enthält üblicherweise etwa 80 bis etwa 98 Gew.-% eines Gemisches der vier Isomeren des Isopulegols. Bevorzugt wählt man die Reaktionsbedingungen so, dass man ein Reaktionsprodukt erhält, dass zu mindestens 90 Gew.-% aus einem Gemisch der Isopulegolisomeren besteht. Durch die vorstehend beschriebene, besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erhält man Produkte, die zu mindestens 95 Gew.-% aus einem Gemisch der Isopulegolisomeren besteht. Diese Gemische bestehen in der Regel zu mindestens 50%, bevorzugt zu mindestens 60% aus dem Hauptisomeren Isopulegol selbst.The product mixture obtained after the removal of the catalyst is notable for high purity and usually contains about 80 to about 98% by weight of a mixture of the four isomers of isopulegol. The reaction conditions are preferably chosen so that a reaction product is obtained which consists of at least 90% by weight of a mixture of the isopulegol isomers. The above-described, particularly preferred embodiment of the process according to the invention gives products which are at least 95% by weight from a mixture of isopulegol isomers. These mixtures generally consist of at least 50%, preferably at least 60%, of the main isomer isopulegol itself.
Durch geeignete Wahl der Reaktionstemperatur lässt sich vor allem die Bildung unerwünschter Nebenprodukte, nach Maßgabe der an das Produkt gestellten Anforderungen, reduzieren. So führt eine Erhöhung der Rβaktionstemperatur tendenziell zur vermehrten Bildung höhermolekularer Nebenprodukte, die eine unmittelbare Weiterverarbeitung des Produktgemisches an stereoisomeren Isopulegolen mitunter stören können und somit eine weitere Aufreinigung des Rohproduktes erforderlich machen.A suitable choice of the reaction temperature can, above all, reduce the formation of undesired by-products in accordance with the requirements placed on the product. An increase in the reaction temperature tends to lead to an increase in the formation of high molecular weight by-products, which can sometimes interfere with further processing of the product mixture of stereoisomeric isopulegols and thus necessitate further purification of the crude product.
Durch die als besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschriebene Vorgehensweise erhält man als unmittelbares Reaktionsprodukt Gemische von Isomeren des Isopulegols, die im wesentlichen frei von höhermolekularen Nebenprodukten sind und sich somit, bei Einsatz von den ge- wünschten Reinheitskriterien des Produktes entsprechendem Citronellal, zur unmittelbaren Weiterverwendung, z.B. im Rahmen einer großtechnischen Synthese von Menthol, eignen.Through the procedure described as a particularly preferred embodiment of the process according to the invention, mixtures of isomers of isopulegol which are essentially free of high molecular weight by-products and thus, when using the desired purity criteria of the product, corresponding citronellal are obtained as immediate reaction product for immediate further use , e.g. in a large-scale synthesis of menthol.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen sich bei Umsetzungen jeden Maßstabs, kommen vor allem jedoch bei großtechnischer Anwendung, wofür sich das Verfahren in besonderem Maß eignet, voll zum Tragen.The advantages of the method according to the invention are evident in implementations of any scale, but above all come to full use in industrial applications, for which the method is particularly suitable.
Die folgenden Beispiele dienen der Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens, ohne es jedoch in irgend einer Weise zu beschränken: The following examples serve to illustrate the method according to the invention, but without restricting it in any way:
BeispieleExamples
Beispiel 1example 1
Herstellung eines erfindungsgemäß eingesetzten MischoxidkatalysatorsProduction of a mixed oxide catalyst used according to the invention
Ein Gemisch bestehend aus 370,6 kg eines 32,8 kg Si02 enthaltenden Hydrogels sowie 4,6 kg des Pseudoböhmits Pural (entsprechend 3,24 kg Al203) und 4 kg Wasser wird in einem Sprühturm versprüht und der Sprühturmaustrag bei 120°C getrocknet. Der so erhältliche Mischoxidkatalysator besteht zu 91 Gew.-% aus SiO2 und zu 9 Gew.-% aus AI2O3. Er weist eine Dichte von 491 g/l, eine BET-Oberfläche von 428 m2/g und eine mittlere Partikeigröße von 0,048 mm auf.A mixture consisting of 370.6 kg of a hydrogel containing 32.8 kg of SiO 2 and 4.6 kg of the pseudoboehmite Pural (corresponding to 3.24 kg of Al 2 O 3 ) and 4 kg of water is sprayed in a spray tower and the spray tower is discharged at 120 ° C dried. The mixed oxide catalyst obtainable in this way consists of 91% by weight of SiO 2 and 9% by weight of Al 2 O 3 . It has a density of 491 g / l, a BET surface area of 428 m 2 / g and an average particle size of 0.048 mm.
Beispiel 2Example 2
Herstellung eines Isomerengemisches des Isopulegols durch katalytische Cyclisierung von Citronellal unter lösemittelfreien BedingungenPreparation of a mixture of isomers of isopulegol by catalytic cyclization of citronellal under solvent-free conditions
Ein Gemisch aus 1000 g Citronellal und 50 g des wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellten Mischoxidkatalysators wird 4 h bei 90°C gerührt. Nach dem Abkühlen filtriert man den Katalysator ab und erhält in quantitativer Ausbeute ein Produktgemisch, das zu 96 % aus einem Gemisch der vier Diastereomere des Isopulegols besteht. Das so erhaltene Diastereomerengemisch besteht zu 64,6 % aus dem Hauptisomeren Isopulegol. A mixture of 1000 g of citronellal and 50 g of the mixed oxide catalyst prepared as described in Example 1 is stirred at 90 ° C. for 4 h. After cooling, the catalyst is filtered off and a product mixture is obtained in quantitative yield, which consists of 96% of a mixture of the four diastereomers of isopulegol. The diastereomer mixture thus obtained consists of 64.6% of the main isomer isopulegol.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Umsetzung ungesättigter Aldehyde zu cyclischen oder heterocyclischen Enolen durch cyclisierende En-Reaktion, dadurch gekennzeichnet, dass man die Cyclisierung in Gegenwart geringer Lösungsmittelmengen von, bezogen auf die eingesetzte Menge Aldehyd, bis zu 10 Gew.-% und in Gegenwart mindestens eines aus Si02 und Al203 bestehenden Mischoxidkatalysators vornimmt.1. A process for converting unsaturated aldehydes to cyclic or heterocyclic enols by cyclizing ene reaction, characterized in that the cyclization in the presence of small amounts of solvent, based on the amount of aldehyde used, up to 10% by weight and in the presence of at least one from Si0 2 and Al 2 0 3 existing mixed oxide catalyst.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von 5- bis 6-gliedrigen cyclischen Enolen.2. The method according to claim 1 for the preparation of 5- to 6-membered cyclic enols.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man Citronellal umsetzt.3. Process according to claims 1 and 2, characterized in that Citronellal is implemented.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der eingesetzte Mischoxidkatalysator bzw. die eingesetzten Mischoxidkatalysatoren 85 bis 99,5 Gew.-% SiO2 enthält bzw. enthalten.4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the mixed oxide catalyst or the mixed oxide catalysts used contains or contain 85 to 99.5% by weight of SiO 2 .
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Cyclisierung in Gegenwart von, bezogen auf die eingesetzte Menge Aldehyd, bis zu 2 Gew.-% eines Lösemittels durchführt.5. Process according to claims 1 to 4, characterized in that one carries out the cyclization in the presence of, based on the amount of aldehyde used, up to 2% by weight of a solvent.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Cyclisierung unter im wesentlichen lösemittelfreien Bedingungen durchführt.6. Process according to claims 1 to 5, characterized in that the cyclization is carried out under essentially solvent-free conditions.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man, bezogen auf die eingesetzte Menge Aldehyd, 0,1 bis 20 Gew.-% des Katalysators oder Katalysatorgemisches einsetzt.7. Process according to claims 1 to 6, characterized in that, based on the amount of aldehyde used, 0.1 to 20 wt .-% of the catalyst or catalyst mixture is used.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man, bezogen auf die eingesetzte Menge Aldehyd, 0,5 bis 10 Gew.-% des Katalysators oder Katalysatorgemisches einsetzt.8. Process according to claims 1 to 7, characterized in that, based on the amount of aldehyde used, 0.5 to 10 wt .-% of the catalyst or catalyst mixture is used.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man die Cyclisierung bei Temperaturen von 0 bis 150°C durchführt.9. The method according to claims 1 to 8, characterized in that one carries out the cyclization at temperatures from 0 to 150 ° C.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man die Cyclisierung bei Temperaturen von 70 bis 100°C durchführt. 10. The method according to claims 1 to 9, characterized in that one carries out the cyclization at temperatures of 70 to 100 ° C.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10 zur Herstellung eines Gemisches von cyclischen Enolen enthaltend Isopulegol, neo-lsopulegol, neoiso-lsopulegol und iso-lsopulegol.11. The method according to claims 1 to 10 for the preparation of a mixture of cyclic enols containing isopulegol, neo-isopulegol, neoiso-isopulegol and iso-isopulegol.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsprodukt mindestens 80 Gew.-% des Isomerengemisches aus Isopulegol, neo-lsopulegol, neoiso-lsopulegol und iso-lsopulegol enthält.12. The method according to claims 1 to 11, characterized in that the reaction product contains at least 80 wt .-% of the isomer mixture of isopulegol, neo-isopulegol, neoiso-isopulegol and iso-isopulegol.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsprodukt mindestens 90 Gew.-% des Isomerengemisches aus Isopulegol, neo-lsopulegol, neoiso-lsopulegol und iso-lsopulegol enthält.13. The method according to claims 1 to 12, characterized in that the reaction product contains at least 90 wt .-% of the isomer mixture of isopulegol, neo-isopulegol, neoiso-isopulegol and iso-isopulegol.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das als Reaktionsprodukt erhaltene Isomerengemisch zu mindestens 50% aus Iso- pulegol besteht. 14. The method according to claims 1 to 13, characterized in that the isomer mixture obtained as the reaction product consists of at least 50% of isopulegol.
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