WO2014060345A1 - Verfahren zur integrierten herstellung von 2-substituierten 4-hydroxy-4-methyl-tetrahydropyranen und von 2-substituierten 4-methyl-tetrahydropyranen - Google Patents

Verfahren zur integrierten herstellung von 2-substituierten 4-hydroxy-4-methyl-tetrahydropyranen und von 2-substituierten 4-methyl-tetrahydropyranen Download PDF

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methyl
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Timon STORK
Oskar RÖDER
Klaus Ebel
Ralf Pelzer
Wolfgang Krause
Karl Beck
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Basf Se
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    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
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    • C07D309/02—Heterocyclic compounds containing six-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom, not condensed with other rings having no double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D309/04—Heterocyclic compounds containing six-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom, not condensed with other rings having no double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with only hydrogen atoms, hydrocarbon or substituted hydrocarbon radicals, directly attached to ring carbon atoms
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    • C07D309/02—Heterocyclic compounds containing six-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom, not condensed with other rings having no double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D309/08—Heterocyclic compounds containing six-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom, not condensed with other rings having no double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
    • C07D309/10—Oxygen atoms

Definitions

  • the present invention relates to a process for the integrated preparation of 2-substituted 4-hydroxy-4-methyl-tetrahydropyrans and of 2-substituted 4-methyl-tetrahydropyrans.
  • 2-Substituted 4-hydroxy-4-methyl-tetrahydropyrans are valuable compounds for use as aroma chemicals.
  • the cis / trans diastereomeric mixture of 2- (2-methylpropyl) -4-hydroxy-4-methyltetrahydropyran is characterized
  • EP 1 493 737 A1 discloses a process for preparing mixtures of ethylenically unsaturated 4-methyl- or 4-methylene-pyrans and the corresponding 4-hydroxypyrans by reacting the corresponding aldehydes with isoprenol, the reaction being initiated in a reaction system in which the molar ratio of aldehyde to isoprenol is greater than 1, i. H. the aldehyde is used in excess.
  • the document discloses the subsequent dehydration of said mixtures to the desired ethylenically unsaturated pyramines.
  • Suitable catalysts for the first reaction step are mineral acids such as hydrochloric acid or sulfuric acid, but preferably methanesulfonic acid or p-toluenesulfonic acid.
  • EP 1 516 879 A1 discloses a process for the preparation of ethylenically unsaturated 4-methyl- or 4-methylene-pyrans by reacting a corresponding aldehyde with isoprenol under dehydrating conditions, wherein the amount of water in the reactor is up to 0.25 wt .-%, while the conversion of the starting compound used in the deficiency is less than 50%.
  • Suitable catalysts for this purpose are also mineral acids such as hydrochloric acid or sulfuric acid, but preferably methanesulfonic acid or p-toluenesulfonic acid.
  • WO 2010/133473 describes a process for the preparation of 2-substituted 4-hydroxy-4-methyltetrahydropyrans of the formula (I)
  • radical R 1 is a straight-chain or branched alkyl or alkenyl radical having 1 to 12 carbon atoms, an optionally alkyl-substituted cycloalkyl radical having a total of 3 to 12 carbon atoms or an optionally alkyl- and / or alkoxy-substituted aryl radical having in total 6 to 12 carbon atoms, in which reacting isoprenol (3-methylbut-3-en-1-ol) with an aldehyde of the formula R 1 -CHO, wherein the reaction is carried out in the presence of water and in the presence of a strongly acidic cation exchanger.
  • WO 201 1/154330 describes a process comparable to WO 2010/133473, in which the reaction mixture obtained is subjected to a work-up by distillation in a dividing wall column or in two thermally coupled distillation columns.
  • WO 201 1/147919 describes a process for the preparation of 2-substituted 4-hydroxy-4-methyl-tetrahydropyranolen and especially of 2-isobutyl-4-hydroxy-4-methyl-tetrahydropyran by reacting isoprenol with prenal and subsequent hydrogenation.
  • Another valuable aromachemic is 2- (2-methylpropyl) -4-methyl-tetrahydro-2H-pyran, also referred to as dihydrorose oxide.
  • Dihydrorose oxide was first isolated from Bulgarian rose oil and then synthesized by Julia and Jacquet (Julia, M., Jacquet, B., Bulletin de la Societe Chimique de France 1963, 8-9, 1983). Starting from but-2-en-1-al, a cyclic acetal was obtained by a Diels-Alder reaction with ethyl vinyl ether followed by hydrogenation. After elimination of ethanol, hydrobromination of obtained double bond and subsequent Grignard reaction with isopropyl magnesiumsbromid the mixture of cis and trans dihydrorosenoxid could be synthesized for the first time. JHP Tyman and BJ Willis, in Tetrahedron Letters No.
  • the isomeric dihydropyranols (A), (B) and (C) can be converted into 2-substituted 4-methyltetrahydropyrans, which are then converted from the non-utilizable dioxane (E. ) can be separated by distillation.
  • an integrated process for the simultaneous preparation of 2-substituted-4-hydroxy-4-methyl-tetrahydropyrans and of 2-substituted-4-methyl-tetrahydropyrans is provided.
  • a large part of the previous side stream can also be used as an aroma chemical and especially as a fragrance.
  • a first subject of the invention is a process for the preparation of 2-substituted 4-hydroxy-4-methyltetrahydropyrans of the general formula (I) and of 2-substituted 4-methyltetrahydropyrans of the general formula (II) in which straight-chain or branched C 1 -C 12 -alkyl, straight-chain or branched C 2 -C 12 -alkenyl, unsubstituted or C 1 -C 12 -alkyl and / or C 1 -C 12 -alkoxy-substituted cycloalkyl having in total 3 to 20 carbon atoms or unsubstituted or with Ci2-alkyl and / or Ci-Ci2-alkoxy substituted aryl having a total of 6 to 20 carbon atoms which is a) 3-methylbut-3-en-1-ol of the formula (III)
  • the inventively provided hydrogenation is an access to
  • the non-utilizable dioxanes contained in the reaction mixture of the preparation of 2-substituted 4-hydroxy-4-methyl-tetrahydropyrans can be effectively separated from the desired product after the hydrogenation.
  • straight-chain or branched alkyl is preferably C 1 -C 6 -alkyl and particularly preferably C 1 -C 4 -alkyl.
  • Alkyl is especially methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl
  • alkyl is methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, or isobutyl.
  • alkoxy is preferably C 1 -C 6 -alkoxy and particularly preferably C 1 -C 4 -alkoxy.
  • Alkoxy is in particular methoxy, ethoxy, n-propyloxy, isopropyloxy, n-butyloxy, isobutyloxy, sec-butyloxy, tert-butyloxy, n-pentyloxy or n-hexyloxy.
  • alkoxy is methoxy, ethoxy, n-propyloxy, isopropyloxy, or isobutyloxy.
  • straight-chain or branched alkenyl is preferably C2-C6-alkenyl and particularly preferably C2-C4-alkenyl.
  • the alkenyl radical also has one or more, preferably 1 to 3, more preferably 1 or 2 and most preferably one ethylenic double bond.
  • Alkenyl is in particular ethenyl, 1-propenyl, 2-propenyl, 1-methylethenyl, 1-butenyl, 2-butenyl, 3-butenyl, 1-methyl-1-propenyl,
  • cycloalkyl denotes a cycloaliphatic radical having preferably 3 to 10, particularly preferably 5 to 8, carbon atoms.
  • Examples of cycloalkyl groups are in particular cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl or cyclooctyl.
  • cycloalkyl is cyclohexyl.
  • Substituted cycloalkyl groups may have one or more (eg 1, 2, 3, 4 or 5) substituents depending on the ring size.
  • the cycloalkyl groups preferably carry one or more, for example one, two, three, four or five C 1 -C 6 -alkyl groups.
  • substituted cycloalkyl groups are in particular 2- and 3-methylcyclopentyl, 2- and 3-methylcyclopentyl
  • aryl in the context of the present invention comprises mononuclear or polynuclear aromatic hydrocarbon radicals having usually 6 to 18, preferably 6 to 14, particularly preferably 6 to 10, carbon atoms.
  • aryl examples include phenyl, naphthyl, indenyl, fluorenyl, anthracenyl, phenanthrenyl, naphthacenyl, chrysenyl, pyrenyl, etc., and especially phenyl or naphthyl.
  • Substituted aryls may have one or more (eg 1, 2, 3, 4 or 5) substituents depending on the number and size of their ring systems. These are preferably selected independently of one another from C 1 -C 6 -alkyl and C 1 -C 6 -alkoxy.
  • substituted aryl radicals are 2-, 3- and 4-methylphenyl, 2,4-, 2,5-, 3,5- and 2,6-dimethylphenyl, 2,4,6-trimethylphenyl, 2-, 3- and 4-ethylphenyl, 2,4-, 2,5-, 3,5- and 2,6-diethylphenyl, 2,4,6-triethylphenyl, 2-, 3- and 4-propylphenyl, 2,4-, 2, 5-, 3,5- and 2,6-dipropylphenyl, 2,4,6-tripropylphenyl, 2-, 3- and 4-isopropylphenyl, 2,4-, 2,5-, 3,5- and 2,6 Diisopropylphenyl, 2,4,6-triisopropylphenyl, 2-, 3- and
  • Isoprenol is readily available and commercially available from isobutene and formaldehyde by known methods on any scale. There are no special requirements for the purity, quality or production process of the isoprenol to be used according to the invention. It can be used in commercial quality and purity in step a) of the process according to the invention. Preference is given to using isoprenol which has a purity of 90% by weight or more, particularly preferably those having a purity of 95 to 100% by weight and very particularly preferably those having a purity of 97 to 99.9% by weight. % or even more preferably 98 to 99.8% by weight.
  • R 1 preferably represents straight-chain or branched C 1 -C 12 -cycloalkyl Alkyl or straight-chain or branched C 2 -C 12 -alkenyl.
  • R 1 particularly preferably represents straight-chain or branched C 1 -C 6 -alkyl or straight-chain or branched C 2 -C 6 -alkenyl.
  • R 1 is phenyl.
  • radical R 1 are, for example, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, n-pentyl, n-hexyl or n-heptyl, preferably methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, most preferably isobutyl (2-methylpropyl).
  • aldehydes of the formula (IV) to be used are: acetaldehyde, valeraldehyde, isovaleraldehyde, pentanal, hexanal, heptanal, benzaldehyde, citral, citronellal.
  • Aldehydes of the formula (IV) which are very particularly preferably employed according to the invention are isovaleraldehyde and benzaldehyde, in particular isovaleraldehyde.
  • the present invention thus relates in a preferred embodiment to a process for the preparation and isolation of 2- (2-methylpropyl) -4-hydroxy-4-methyl-tetrahydropyran of the formula (Ia) and of 2- (2-methylpropyl) -4 methyltetrahydropyran of the formula (IIa) (dihydrorosenoxide)
  • step a) the 3-methylbut-3-en-ol (III) and the aldehyde (IV) in a molar ratio of about 1 to 2 to 2 to 1, more preferably from 0.7 to 1 to 2 to 1, in particular from 1 to 1 to 2 to 1, used.
  • step a) the 3-methylbut-3-en-ol (III) and the aldehyde (IV) are used in a molar ratio of 1: 1 to 1.5: 1.
  • the reaction in step a) takes place in the presence of an acidic catalyst.
  • any acidic catalyst can be used for the reaction in step a), ie. h., any substance that has Brönstedt or Lewis acidity.
  • suitable catalysts are protic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, methanesulfonic acid and p-toluenesulfonic acid, acidic molecular element compounds such as aluminum chloride, boron trifluoride, zinc chloride, phosphorus pentafluoride, arsenic trifluoride, tin tetrachloride, titanium tetrachloride and antimony pentafluoride; oxidic acidic solids such as zeolites, silicates, aluminates, aluminosilicates, clays and acid ion exchangers.
  • the acid catalyst used in step a) is selected from hydrochloric acid, sulfuric acid, methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid and strongly acidic cation exchangers.
  • the reaction in step a) takes place in the presence of a
  • Brönstedt acid which is preferably selected from hydrochloric acid, sulfuric acid, methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid.
  • a solvent which is preferably selected from hydrocarbons and hydrocarbon mixtures. Suitable solvents are, for example, hexane, heptane, ligroin, petroleum ether, cyclohexane, decalin, toluene, xylene and mixtures thereof.
  • the water content of the reaction mixture is at most 0.25 wt .-%, more preferably at most 2 wt .-%, based on the total weight of the reaction mixture.
  • water can be formed, for. B. by the dehydration of the process product of formula (I) as a possible side reaction. Nevertheless, in order to keep the water content low, the water formed can be distilled off together with the solvent used, the water can be at least partially separated off from the solvent by customary processes, and then the solvent can be recycled to the reaction step a).
  • the catalyst is preferred in this first
  • Variant in an amount of 0.05 to 5 mol%, particularly preferably from 0.1 to 4 mol%, based on the aldehyde (IV) used.
  • the reaction in step a) according to this first variant preferably takes place at a temperature in the range from 20 to 120 ° C., particularly preferably from 40 to 110 ° C.
  • the reaction in step a) takes place in the presence of a strongly acidic cation exchanger.
  • the term strongly acidic cation exchanger is understood to mean a cation exchanger in the H + form which has strongly acidic groups.
  • the strongly acidic groups are usually sulfonic acid groups.
  • the acidic groups are usually attached to a polymer matrix, the z. B. may be gel or macroporous.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is accordingly characterized in that one uses a strongly acidic, sulfonic acid-containing cation exchanger. Suitable strong acid cation exchangers are in the
  • ion exchangers such as Amberlyst, Amberlite, Dowex, Lewatit, Purolite, Serdolite
  • the ion exchangers differ in the structure of their polymer skeletons, and a distinction gel-like and macroporous resins.
  • a perfluorinated polymeric ion exchange resin is incorporated in step a). puts. Such resins are z. B.
  • Suitable commercially available strong acid cation exchangers suitable for the reaction in step a) are, for example, under the trade names Lewatit® (Lanxess), Purolite® (The Purolite Company), Dowex® (Dow Chemical Company), Amberlite® (Rohm and Haas Company), Amberlyst (TM) (Rohm and Haas Company).
  • Preferred strongly acidic cation exchangers are: Lewatit® K 1221, Lewatit® K 1461, Lewatit® K 2431, Lewatit® K 2620, Lewatit® K 2621, Lewatit® K 2629, Lewatit® K 2649, Amberlite® FPC 22, Amberlite® FPC 23 , Amberlite® IR 120, Amberlyst (TM) 131, Amberlyst (TM) 15, Amberlyst (TM) 31, Amberlyst (TM) 35, Amberlyst (TM) 36, Amberlyst (TM) 39, Amberlyst (TM) 46, Amberlyst ( TM) 70, Purolite®
  • the strongly acidic ion exchange resins are usually regenerated with hydrochloric acid and / or sulfuric acid.
  • step a) the 3-methylbut-3-en-ol (III) and the aldehyde (IV) are reacted in the presence of a strongly acidic cation exchanger and in the presence of water.
  • the reaction mixture in step a) already contain small amounts of water which can be released by the dehydration of the process product of the formula (I) as a possible side reaction.
  • water is additionally added to the reaction mixture in addition to isoprenol (III) and the aldehyde of the formula (IV) and any water from the reaction.
  • the reaction of isoprenol (III) with the aldehyde of formula (IV) is usually carried out in the presence of at least 10 mol% of added water, the amount of water being dependent on the amount of the starting material isoprenol ( III) or aldehyde (IV), or, in the case of the equimolar reaction of the two starting materials (III) and (IV), refers to the molar amount of one of the two.
  • the amount of water can be chosen freely and is limited, if at all, only by procedural or economic aspects and can certainly be used in large, for example in 10 to 100-fold excess or even more.
  • a mixture is prepared from isoprenol (III) and the aldehyde of the formula (IV), preferably isovaleraldehyde, with the amount of water to be added, so that the added water remains dissolved in the mixture of isoprenol and the aldehyde, ie no two-phase system is present.
  • the starting materials isoprenol (III) and the aldehyde of the formula (IV) are usually used in the presence of at least 25 mol%, preferably of at least 50 mol%, more preferably of at least 75 and even more preferably of at least 90 mol% of added water, the amount of water being dependent on the amount of the starting material isoprenol (III) or aldehyde (IV) used in each case in the deficit, or, in the case of the equimolar reaction of the two starting materials (III) and (IV), refers to the amount of substance of one of the two.
  • the reaction to be carried out according to the invention is carried out by carrying out in the presence of an at least equimolar amount of added water, the amount of water being dependent on the amount of starting material isoprenol (III) or aldehyde ( IV), or, in the case of the equimolar reaction of the two starting materials (III) and (IV), refers to the molar amount of one of the two.
  • the inventive reaction of isoprenol with the selected aldehyde of the formula (IV) is preferably carried out in the presence of 90 to 250 mol%, more preferably 90 to 230 mol%, even more preferably 90 to 200 mol%, and most preferably in the presence of 90 to 180 mol% of water, wherein the amount of water to the amount of the starting material used in each case in isoprenol (III) or aldehyde (IV), or, in the case of the equimolar reaction of the two starting materials (III ) and (IV), refers to the amount of substance of one of the two.
  • isoprenol (III) For reacting isoprenol (III) with the aldehyde (IV) in step a), it is possible to bring the abovementioned starting materials and optionally the added water into contact with the acidic cation exchanger.
  • Isoprenol (III), aldehyde (IV) and optionally the added water are preferably used in the form of a mixture in step a).
  • the stated starting materials, ie isoprenol (III) and the aldehyde (IV) and the water to be used in the above amount may be contacted with each other in any order.
  • the amount of strongly acidic cation exchanger in step a) is not critical and can be chosen freely within wide limits, taking into account the economic and procedural aspect. Accordingly, the reaction can be carried out both in the presence of catalytic amounts and in the presence of large excesses of the strongly acidic cation exchanger.
  • the strongly acidic cation exchanger is usually employed in an amount of about 5 to about 40% by weight, preferably in an amount of about 20 to about 40% by weight and more preferably in an amount of about 20 to about 30% by weight. %, in each case based on the sum of used isoprenol (III) and aldehyde of the formula (IV), a.
  • the data relate to the ready-to-use cation exchanger, which is usually pretreated with water and accordingly amounts of up to about 70% by weight, preferably from about 30 to about 65% by weight and more preferably about 40 may comprise up to about 65% by weight of water.
  • the said strongly acidic cation exchangers can be used in step a) both individually or in the form of mixtures.
  • the reaction in step a) in the presence of a strongly acidic cation exchanger can optionally also be carried out in the presence of a solvent which is inert under the reaction conditions.
  • Suitable solvents are, for example, tert-butyl methyl ether, cyclohexane, decalin, hexane, heptane, ligroin, petroleum ether, toluene or xylene.
  • the solvents mentioned can be used alone or in the form of mixtures with one another.
  • the reaction in step a) is preferably carried out in the presence of a strongly acidic cation exchanger without addition of an organic solvent.
  • the reaction in step a) can be carried out batchwise or continuously. In this case, for example, in the discontinuous case, the reaction so Make that you present a mixture of isoprenol (III), the aldehyde (IV), optionally water and optionally an organic solvent in a suitable reaction vessel and adding the acidic catalyst. After completion of the reaction, the catalyst can then be separated by suitable separation processes from the resulting reaction mixture. If in step a) a Brönstedt acid, which is preferably selected from hydrochloric acid, sulfuric acid, methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, used as the catalyst, the separation of the catalyst z. B. be carried out by distillation after aqueous workup or carried out directly by distillation. If a strongly acidic cation exchanger is used as the catalyst in step a), the separation of the catalyst can be carried out, for example. B. by filtration or by centrifugation on.
  • the reaction of isoprenol (III) with the aldehyde (IV) in step a) is carried out continuously.
  • a mixture of the starting materials isoprenol and aldehyde of the formula (III) to be reacted with water can be prepared and this mixture can be continuously brought into contact with a strongly acidic cation exchanger.
  • the selected cation exchanger can be introduced, for example, into a suitable flow-through reactor, for example a stirred reactor with inlet and outlet or a tube reactor, and the starting materials and the water are continuously discharged thereinto and the reaction mixture is discharged continuously.
  • the starting materials and the water can optionally be added as individual components or in the form of a mixture as described above in the flow reactor.
  • reaction mixture obtained in step a) of the process according to the invention contains, in addition to the 2-substituted 4-hydroxy-4-methyltetrahydropyrans of the formula (I),
  • R 1 in the formulas (I), (V.1), (V.2), (V.3) and (VI) has the meaning given above.
  • R 1 is isobutyl.
  • the reaction mixture contains a mixture of compounds (V.1), (V.2) and (V.3).
  • reaction mixture obtained in step a) of the process according to the invention may contain at least one further by-product, e.g. An acetal (VII)
  • R 1 has the meaning given above.
  • R 1 is isobutyl.
  • reaction mixture obtained in step a) of the process according to the invention may comprise further components, such as unreacted 3-methylbut-3-en-1-ol (III), unreacted aldehyde (IV), water, organic solvent, etc.
  • the reaction mixture obtained in step a) preferably contains the 2-substituted 4-hydroxy-4-methyltetrahydropyran of the formula (I) in an amount of 50 to 90% by weight, particularly preferably 60 to about 80% by weight. , based on the total weight of the reaction mixture.
  • the reaction mixture obtained in step a) contains the compounds of the formulas (V.1), (V.2) and (V.3) in a total amount of 5 to 20 wt .-%, particularly preferably 5 to about 15 wt .-%, based on the total weight of the reaction mixture.
  • the reaction mixture obtained in step a) contains the dioxane compound of the formula (VI) in a total amount of 5 to 20 wt .-%, particularly preferably 5 to about 15 wt .-%, based on the total weight of the reaction mixture ,
  • the reaction mixture obtained in step a) contains the following compounds, in each case based on the total weight of the reaction mixture:
  • Isovaleraldehyde 0 to 5% by weight
  • Isoprenol 0-10% by weight
  • the reaction mixture obtained in step a) preferably comprises the 2-substituted 4-hydroxy-4-methyltetrahydropyrans of the formula (I) in the form of mixtures of the cis diastereomers of the formula cis- (I) and the trans diastereomers of the formula - (l)
  • the reaction mixture obtained in step a) preferably comprises 2-isobutyl-4-hydroxy-4-methyltetrahydropyran in the form of mixtures of the cis-diastereomer of the formula cis- (Ia) and the trans-diastereomer of the formula trans- (Ia)
  • Such mixtures are particularly suitable for use as aroma chemicals because of their particular odor properties, for example as a component with lily-of-the-valley fragrance for the preparation of fragrance compositions.
  • the reaction product from step a) used for the separation in step b) typically contains from 45 to 65% by weight, based on the total weight, of the cis-diastereomers cis (I), 15 to 22% by weight of the trans- Diastereomers trans- (l), 10 to 30 wt .-% lower than the compounds (I) boiling compounds, 1 to 3 wt .-% higher than the compounds (I) boiling compounds.
  • the reaction product from step a) is preferably substantially free of compounds which have a boiling point close to that of the stereoisomeric compounds (I).
  • reaction product from step a) contains at most 1% by weight, particularly preferably at most 0.5% by weight. %, in particular at most 0.1% by weight of compounds which have a boiling point close to that of the stereoisomeric compounds (I).
  • the reaction product from step a) used for the separation in step b) contains 45 to 65% by weight of the cis-diastereomer of 2-isobutyl-4-hydroxy-4-methyltetrahydropyran of the formula cis (Ia), 15 to 20% by weight of the trans diastereomer of the formula trans- (Ia), 10 to 25% by weight lower than the compounds (I) boiling compounds, 1 to 3% by weight higher than the compounds (I) boiling compounds.
  • the reaction mixture from step a) is preferably subjected to a distillative separation.
  • Suitable apparatus for distillative separation include distillation columns, such as tray columns, which may be equipped with bells, sieve plates, sieve trays, packings, packing, valves, side draws, etc., evaporators, such as thin film evaporators, falling film evaporators, forced circulation evaporators, Sambay evaporators, etc., and combinations from that.
  • the distillation columns may have separation-active internals, which are preferably selected from separating trays, ordered packings, z.
  • separation-active internals are preferably selected from separating trays, ordered packings, z.
  • sheet or tissue packs such as Sulzer Mellapak®, Sulzer BX, Montz B1 or Montz A3 or Kühni Rombopak, or random beds of packing, such.
  • a device is used for the separation in step b), the
  • step b) The separation is preferably carried out in step b) by introducing i) the reaction product from step a) into an inflow column with a reinforcing part located above the inflow point and an ejection section located below the inflow point, ii) an upper softening column communicating with the upper end of the reinforcing part with condenser at the upper end of the column and one with the lower one
  • the withdrawn from the withdrawal column at the top or in the upper area deduction contains: at least a portion or the total amount of contained in the reaction product from step a) compounds (V.1), (V.2) and (V.3 )
  • 3-methylbut-3-en-1-ol of the formula (III) and isovaleraldehyde (IV) are used for the reaction in step a).
  • the withdrawn from the withdrawal column at the top or in the upper area deduction contains: at least a portion or the total amount of the contained in the reaction product from step a) compounds (V.1), (V.2) and (V.3), wherein R 1 is isobutyl,
  • the overhead product thus obtained may be subjected to phase separation to separate the bulk of the water. Apart from such a phase separation, the overhead product thus obtained can generally be used without further workup for the hydrogenation in step c). If desired, the overhead product may be subjected to a further workup to separate at least part of the components other than the compounds (V.1), (V.2), (V.3) and (VI). For this purpose, the top product z. B. be subjected to a further distillative separation. In a preferred embodiment, a side stream is withdrawn from the withdrawal column or two side streams are withdrawn from the withdrawal column. In a special version, only one side stream is withdrawn from the withdrawal column.
  • step b) Two different side prints or a side takeoff and a bottom takeoff, they usually differ in terms of the composition of the stereoisomers.
  • the feed column, withdrawal column, upper assembly column and lower assembly column may be discrete components or formed as a section or chamber of a distillation column which combines several functions.
  • the term "communicating columns” means that there is an exchange between both rising vapors and outgoing condensate between them.
  • the distillative separation in step b) is carried out in an arrangement of distillation columns comprising a dividing wall column or an interconnection of at least two thermally coupled conventional distillation columns.
  • Dividing wall columns are special distillation columns with at least one feed point and at least three removal points, in which the so-called rectification region is located between the evaporator and condenser, in which part of the condensate formed in the condenser is liquid as reflux in countercurrent to the vapors rising from the evaporation device moved and which in a section of the column below and / or above the feed point at least least a longitudinally acting separator (partition wall) to prevent cross-mixing of liquid and / or vapor stream (vapor stream) contains and which thus allow a separation by distillation of mixtures.
  • the basic principle of the dividing wall columns has long been known and disclosed, for example, in US 2,471,134, in EP-A-0 122 367 or in G. Kaibel, Chem. Eng. Technol. Vol. 10, 1987, pages 92 to 98.
  • the general basic structure of a dividing wall column comprises at least one lateral inflow point on one side of the dividing wall and at least three withdrawal points, at least one of which is beyond the dividing wall. Since in this type of construction transverse mixing of liquid and / or vapor stream is prevented in the region of the dividing wall, it is possible to obtain the side products in pure form. As a result, the number of total distillation columns required in the separation of multicomponent mixtures is generally reduced. In addition, when using dividing wall columns over a simple series connection of two conventional distillation columns investment costs and energy can be saved (see M. Knott, Process Engineering, Vol. 2, 1993, February, pages 33 to 34).
  • a distillation column with a thermally coupled precolumn is used for the distillation, ie the withdrawal column, the upper combining column and the lower combining column are formed as a one-piece distillation column, and the feed column is formed as a precolumn to the distillation column.
  • a distillation column having a thermally coupled postcolumn ie the feed column, the upper combining column and the lower combining column are formed as a one-piece distillation column and the withdrawal column is designed as a postcolumn to the distillation column.
  • Distillation columns with additional auxiliary columns are known and z. In Chem. Eng. Res. Des., Part A: Trans IChemE, 1, No. 18-132, "The Design and Optimization of Fully Thermally Coupled Distillation Columns".
  • an arrangement of distillation columns is used for distillative separation of the reaction product from step a), which comprises an upstream conventional distillation column and a downstream dividing wall column or a downstream interconnection of two thermally coupled conventional distillation columns.
  • the reaction mixture from step a) is preferably first subjected to separation in a conventional distillation column to give a first top product which is obtained from the compounds (V.1), (V.2) and (V.3) and the dioxane compound (VI) is enriched and contains substantially no compounds of the general formula (I), and a first bottom product is obtained, which is present on the compounds (V.1), (V.2) and (V.3) and the dioxane compound (VI) and contains the majority of the compounds of general formula (I), b2) the first bottom product from step b1) a separation in a dividing wall column or in an interconnection of two thermally coupled conventional distillation columns, wherein a second top product is obtained, that the compounds not contained in the first top product (V.1), (V.2), (V.3) and (VI) and optionally small amounts the compounds of the general formula (I), a side stream is obtained, which consists essentially of compound of general formula (I) and
  • the expression according to which the first top product essentially contains no compounds of the general formula (I) means that the proportion of compounds of the general formula at least 5% by weight, particularly preferably at most 2% by weight, in particular at most 1% by weight, especially at most 0.1% by weight, based on the total weight of the first end product, of formula (I) is. In a specific embodiment, the first top product does not contain compounds of the general formula (I).
  • the second top product may, for example, 0.1 to 25 wt .-%, more preferably 0.2 to 20 wt .-%, in particular 0.3 to 15 wt .-%, especially 0.5 to 10 wt .-%, compounds of the general formula (I), based on the total weight of the second overhead product.
  • the side stream consists only of compounds of general formula (I).
  • the second bottoms product consists only of compounds of general formula (I).
  • the second bottoms product may contain compounds boiling higher than the compounds of general formula (I).
  • the first overhead product in particular the water-depleted organic phase of the first overhead product
  • the second overhead product for hydrogenation in step c) are used. It is not critical if the second top product still small amounts of the compounds of the general formula (I), since they undergo the hydrogenation in step c) usually unchanged and then, if desired, can be separated and recycled.
  • the side product and the second bottom product will differ with respect to the proportion of stereoisomers of the compounds of the formula (I).
  • the hydrogenation can be carried out catalytically either in the gas or liquid phase.
  • the hydrogenation in step c) of the process according to the invention is preferably carried out in the liquid phase in the presence of a heterogeneous hydrogenation catalyst and a hydrogen-containing gas.
  • Suitable hydrogenation catalysts are in principle all suitable for the hydrogenation of unsaturated organic compounds homogeneous and heterogeneous catalysts into consideration. These include z. For example, metals, metal oxides, metal compounds or mixtures thereof.
  • Suitable hydrogenation catalysts preferably contain at least one transition metal, preferably from subgroups I and VI. to VIII. of the Periodic Table of the Elements. These preferably include Cu, Cr, Mo, Mn, Re, W, Fe, Rh, Co, Ni, Pd, Pt, Ru, Zn or mixtures thereof.
  • the catalysts can consist solely of the active components, or the active components can be applied to carriers.
  • As support materials are z. B. Al2O3, S1O2, ZrÜ2, T1O2, activated carbon, ZnO, BaO and MgO or mixtures thereof.
  • Fe, Co and preferably Ni also in the form of the Raney catalysts, or as a metal sponge with a very large surface area.
  • step c) of the process according to the invention Preferably, palladium on carbon or platinum on carbon is used for the hydrogenation in step c) of the process according to the invention.
  • Raney nickel or Raney cobalt can be used to advantage.
  • Suitable catalysts include z. B. 80 to 100 wt .-% nickel and / or cobalt and up to 20 wt .-% activating metals such as copper and / or chromium. Such catalysts are particularly advantageously used as supported catalysts.
  • the content of catalytically active metals of such supported catalysts is generally from 5 to 80 wt .-%, based on the sum of catalytically active metals and carriers.
  • the catalysts can be used for the hydrogenation in step c) as a shaped body.
  • Examples include catalyst extrudates, such as strands of strands and other extrudate shapes, coated catalysts, tablets, rings, spheres, chippings, etc.
  • the hydrogenation in step c) is preferably carried out at a temperature of 20 to 200 ° C, preferably 40 to 150 ° C, in particular 50 to 120 ° C.
  • pressures of 1 to 100 bar, preferably 1, 1 to 50 bar have proven.
  • the pressure is preferably in a range from 2 to 500 bar, more preferably from 3 to 300 bar, in particular from 4 to 250 bar, especially from 5 to 200 bar.
  • the hydrogenation in step c) can be carried out in one or more reactors connected in series. The hydrogenation can be carried out batchwise or continuously.
  • a pressure vessel can be used. Suitable pressure vessels are z. B. Autoclaves equipped with a device for heating and stirring the contents of the reactor.
  • the hydrogenation is carried out in the liquid phase over a fixed bed, preferably in bottom or trickle mode or in the form of a suspension catalysis.
  • the hydrogenation can be carried out without or with the addition of a solvent.
  • Suitable solvents include alcohols, ethers, hydrocarbons, such as methanol, ethanol, isopropanol, dioxane, tetrahydrofuran, n-pentane, hexane, cyclohexane, toluene, etc. in question.
  • the hydrogenation in step c) preferably takes place without addition of a solvent.
  • Suitable hydrogen-containing gases are selected from hydrogen and mixtures of hydrogen with at least one inert gas. Suitable inert gases are for. As nitrogen or argon. Hydrogen in undiluted form, usually in a purity of about 99.9% by volume, is preferably used for the hydrogenation in step c).
  • the hydrogenation in step c) converts the compounds (V.1), (V.2) and (V.3) present in the starting mixture into 2-substituted 4-methyltetrahydropyrans (II).
  • the starting mixture used for the hydrogenation preferably contains compounds of the formula (V.1), (V.2) and (V.3), where the radical R 1 is isobutyl.
  • the compounds (V.1), (V.2) and (V.3) contained in the starting mixture are then converted into 2-isobutyl-4-methyltetrahydropyran (II) (dihydrorose oxide) by the hydrogenation in step c) ,
  • a hydrogenation product is preferably obtained in step c), the diastereomer ratio of the cis-diastereomer of the 2-substituted 4-methyltetrahydropyran (II) to the trans diastereomer being in a range from 60:40 to 95: 5, preferably 65 to 35 to 90 to 10, lies.
  • a hydrogenation product is obtained in step c), wherein the diastereomeric ratio of the cis-diastereomer of 2-isobutyl-4-methyl-tetrahydropyrane (II) to the trans-diastereomer in a range of 60:40 to 95: 5, preferably 65 to 35 to 90 to 10, lies. Due to their particular odor properties, mixtures of this type are particularly suitable for use as aroma chemicals, for example as a component with a rosy scent-like character for the preparation of fragrance substance compositions.
  • a fraction enriched in 2-substituted 4-methyltetrahydropyrans (II) and a fraction enriched in the at least one dioxane compound (VI) can in principle be isolated by conventional purification methods known to the person skilled in the art.
  • the hydrogenation product obtained in step c) is subjected to a distillative separation.
  • Suitable apparatus for distillative separation include distillation columns, such as tray columns, which may be equipped with bells, sieve plates, sieve trays, packings, packing, valves, side draws, etc., evaporators, such as thin film evaporators, falling film evaporators, forced circulation evaporators, Sambay evaporators, etc., and combinations from that.
  • the hydrogenation product obtained in step c) is subjected in step d) to a distillative separation in at least one distillation column, which is provided with separation-effective internals.
  • a fraction enriched in 2-substituted 4-methyltetrahydropyrans (II) is preferably isolated in step d) from the hydrogenation product obtained in step c), wherein the diastereomeric ratio of the cis-diastereomer to the trans-diastereomer in a range of 60 to 40 to 100 to 0, preferably from 65 to 35 to 90 to 10.
  • step d) from the hydrogenation product obtained in step c) a fraction enriched in 2-isobutyl-4-methyl-tetrahydropyran (II) isolated, wherein the diastereomer ratio of the cis diastereomer to the trans diastereomer in a range of 60 to 40 to 100 to 0, preferably from 65 to 35 to 90 to 10, is located.
  • a fraction enriched in 2-isobutyl-4-methyl-tetrahydropyran (II) isolated wherein the diastereomer ratio of the cis diastereomer to the trans diastereomer in a range of 60 to 40 to 100 to 0, preferably from 65 to 35 to 90 to 10, is located.
  • step d a fraction enriched in 2-substituted 4-methyltetrahydropyrans (II) is isolated from the hydrogenation product obtained in step c), which fraction contains a content of dioxane compounds of the general formula (VI)
  • R 1 has the meanings given above and in particular is isobutyl, of at most 2 wt .-%, particularly preferably of at most 1 wt .-%, most preferably of at most 0.1 wt% having.
  • compositions according to the invention and the compositions obtainable by the process according to the invention are particularly advantageously suitable as fragrance or to provide a fragrance.
  • compositions according to the invention can be diluted as desired for use as a fragrance with at least one solvent customary in this field of application.
  • suitable solvents ethanol, dipropylene glycol or its ethers, phthalates, propylene glycols, or carbonates of diols, preferably ethanol.
  • Water is also suitable as a solvent for diluting the perfume compositions according to the invention and can advantageously be used together with suitable emulsifiers.
  • the fragrances obtained by the process according to the invention have a high stability and durability due to the structural and chemical similarity of the components.
  • the obtainable by the novel isomer mixtures of 2- (2-methylpropyl) -4-hydroxy-4-methyl-tetrahydropyran of the formula (Ia) are characterized by a pleasant lily of the valley odor.
  • the obtainable by the novel isomer mixtures of 2- (2-methylpropyl) - 4-methyl-tetrahydropyran of the formula (IIa) are characterized by a pleasant rose-like character.
  • fragrances obtained by the process according to the invention are suitable for incorporation into cosmetic compositions as well as consumer and consumer goods or agents as described in more detail below, wherein the fragrances can be incorporated in the mentioned goods or even applied to such.
  • an organoleptically effective amount as in the context of the entire present invention, is to be understood in particular as meaning an amount which, in the case of appropriate sufficient application, the user or consumer to cause a fragrance impression.
  • cosmetic compositions all customary cosmetic compositions are suitable. These are preferably perfume, Eau de Toilette, deodorants, soap, shower gel, bath gel, creams, lotions, sunscreens, compositions for cleaning and care of hair such as hair shampoo, conditioner, hair gel, hair fixative in the form of liquids or foams and other cleaning or hair care compositions, compositions for decorative use on the human body, such as cosmetic sticks, for example lipsticks, lip care pens, concealers, cheek blushers, eyeshadow pencils, lip pencils, eye contour pencils, eyebrow pencils, correction pencils, sun protection pencils, anti Acne pens and similar products as well as nail polishes and other nail care products.
  • perfume Eau de Toilette, deodorants, soap, shower gel, bath gel, creams, lotions, sunscreens
  • compositions for cleaning and care of hair such as hair shampoo, conditioner, hair gel, hair fixative in the form of liquids or foams and other cleaning or hair care compositions
  • compositions for decorative use on the human body such as cosmetic sticks, for example
  • the fragrances obtained by the process according to the invention are particularly suitable for use in perfumes, for.
  • perfumes for.
  • Eau de Toilette, shower gels, bath gels and body deodorants They are also suitable for flavoring consumer goods or household goods, into which they are incorporated or applied, thereby giving them a pleasant fresh green accent.
  • consumer goods or consumer goods are: air-deodorants (air care), cleaning agents or care products for textiles (especially detergents, fabric softeners), textile treatment agents such as ironing aids, cleaning agents, cleaning agents, care products for the treatment of surfaces, such as furniture, floors, kitchen equipment , Glass panes and windows as well as screens, bleaching, toilet blocks, descaling agents, fertilizers, building materials, mold removers, disinfectants, products for car care and the like.
  • a mixture of the isomeric dihydropyrans V.1 a to V.1 c (100 g, 0.65 mol) was initially charged at room temperature in an autoclave (maximum capacity 180 ml) and treated with palladium on carbon (5.8% Pd, 50 % water-moist). After closing the autoclave, it was purged three times with nitrogen (20 bar), pressurized to 100 bar with hydrogen, the stirrer was switched on (700 rpm) and the autoclave was heated to 120 ° C. At 120 ° C, 200 bar hydrogen were pressed and stirred at this pressure for a further 15 h.
  • a mixture (total 150 g, representative top hatch of the dividing wall column) of isovaleraldehyde (0.4%), isoprenol (0.8%), the isomeric dihydropyranes V.1 a to V.1 c (43.2%), 4 , 4-dimethyl-2-isobutyl-1,3-dioxane (42.0%), isoprenyl ether of pyranol (1, 9%) and the isomeric pyranols cis- (la) and trans- (la) (7.5%). ) was initially charged in an autoclave (maximum filling 180 ml) and treated with palladium on carbon (5.8% Pd, 50% moist with water).
  • the autoclave After closing the autoclave, it was purged three times with nitrogen (20 bar), the stirrer was switched on (700 rpm), pressurized with hydrogen to 5 bar, and the autoclave was heated to 150.degree. At 150 ° C, 10 bar hydrogen were pressed and stirred at this pressure for a further 20 h. After cooling to room temperature and depressurizing to 0 bar, the discharge was filtered through a filter chute (nominal diameter of the pores 10-16 ⁇ m).
  • the distillative workup of the crude product can be carried out as in Example 1 or 2.
  • the distillative workup of the crude product can be carried out as in Example 1 or 2.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur integrierten Herstellung von 2-substituierten 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyranen und von 2-substituierten 4-Methyl-tetrahydropyranen, bei dem man 3-Methylbut-3-en-1-ol mit einem Aldehyd in Gegenwart eines sauren Katalysators umsetzt.

Description

Verfahren zur integrierten Herstellung von 2-substituierten 4-Hydroxy-4-methyl- tetrahydropyranen und von 2-substituierten 4-Methyl-tetrahydropyranen
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur integrierten Herstellung von 2-substituierten 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyranen und von 2-substituierten 4-Methyl-tetrahydropyranen. STAND DER TECHNIK
2-substituierte 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyrane sind wertvolle Verbindungen für den Einsatz als Aromachemikalien. So zeichnet sich beispielsweise das cis/trans- Diastereomerengemisch des 2-(2-Methylpropyl)-4-hydroxy-4-methyl-tetrahydropyrans
Figure imgf000002_0001
durch einen angenehmen Maiglöckchenduft aus und ist in besonderem Maße zur Verwendung als Aromachemikalie, z. B. zur Herstellung von Riechstoffkompositionen, geeignet.
Die EP 1 493 737 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Gemischen von ethylenisch ungesättigten 4-Methyl- bzw. 4-Methylenpyranen und den entsprechenden 4-Hydroxypyranen durch Umsetzung der entsprechenden Aldehyde mit Isoprenol, wobei die Umsetzung in einem Reaktionssystem initiiert wird, in dem das molare Verhält- nis von Aldehyd zu Isoprenol größer als 1 ist, d. h. der Aldehyd im Überschuss eingesetzt wird. Darüber hinaus offenbart das Dokument die anschließende Dehydratisie- rung der genannten Gemische zu den gewünschten ethylenisch ungesättigten Pyra- nen. Als geeignete Katalysatoren für den ersten Reaktionsschritt werden Mineralsäuren wie Salzsäure oder Schwefelsäure, bevorzugt jedoch Methansulfonsäure oder p-Toluolsulfonsäure genannt.
EP 1 516 879 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von ethylenisch ungesättigten 4-Methyl- bzw. 4-Methylenpyranen durch Umsetzung eines entsprechenden Aldehyds mit Isoprenol unter dehydratisierenden Bedingungen, wobei die Wassermenge im Reaktor bis zu 0,25 Gew.-% beträgt, während der Umsatz der im Unterschuss eingesetzten Ausgangsverbindung weniger als 50 % beträgt. Als hierfür geeignete Katalysatoren werden ebenfalls Mineralsäuren wie Salzsäure oder Schwefelsäure, bevorzugt jedoch Methansulfonsäure oder p-Toluolsulfonsäure genannt.
Die WO 2010/133473 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von 2-substituierten 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyranen der Formel (I)
Figure imgf000003_0001
(I) wobei der Rest R1 für einen geradkettigen oder verzweigten Alkyl- oder Alkenylrest mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, einen gegebenenfalls Alkyl-substituierten Cycloalkylrest mit insgesamt 3 bis 12 Kohlenstoffatomen oder einen gegebenenfalls Alkyl- und/oder Alkoxy-substituierten Arylrest mit insgesamt 6 bis 12 Kohlenstoffatomen steht, bei dem man Isoprenol (3-Methylbut-3-en-1 -ol) mit einem Aldehyd der Formel R1-CHO umsetzt, wobei man die Umsetzung in Gegenwart von Wasser und in Gegenwart eines stark sauren Kationenaustauschers durchführt.
Die WO 201 1/154330 beschreibt ein zur WO 2010/133473 vergleichbares Verfahren, wobei das erhaltene Reaktionsgemisch einer destillativen Aufarbeitung in einer Trennwandkolonne oder in zwei thermisch gekoppelten Destillationskolonnen durchgeführt wird.
Wie in der WO 2010/133473 und WO 201 1/154330 beschrieben ist, fällt bei der sauer katalysierten Umsetzung von Isoprenol (3-Methylbut-3-en-1 -ol) mit einem Aldehyd der Formel R1-CHO ein komplexes Reaktionsgemisch an, das neben 2-substituierten 4-Hydroxy-4-methyltetrahydropyranen noch dehydratisierte Nebenprodukte der Formeln (A), (B) und/oder (C)
Figure imgf000004_0001
(A) (B) (C) sowie als weitere Nebenprodukte Acetale (D) und 1 ,3-Dioxane (E)
Figure imgf000004_0002
enthält. Diese Nebenprodukte können bislang nicht zur Bereitstellung weiterer Wertstoffe genutzt werden, sondern werden entweder ausgeschleust oder gemeinsam mit den im Überschuss eingesetzten Ausgangsverbindungen wieder in die Umsetzung von Isoprenol mit dem Aldehyd zurückgeführt. Letzteres ist aufgrund einer möglichen Auf- pegelung dieser Komponenten im Reaktionsgemisch nicht unproblematisch.
Die WO 201 1/147919 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von 2-substituierten 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyranolen und speziell von 2-lsobutyl-4-hydroxy-4- methyl-tetrahydropyran durch Umsetzung von Isoprenol mit Prenal und anschließender Hydrierung.
Eine weitere wertvolle Aromachemikalie ist 2-(2-Methylpropyl)-4-methyl-tetrahydro-2H- pyran, das auch als Dihydrorosenoxid bezeichnet wird.
Dihydrorosenoxid wurde das erste Mal aus bulgarischem Rosenöl isoliert und daraufhin durch Julia und Jacquet synthetisch dargestellt (Julia, M.; Jacquet, B., Bulletin de la Societe Chimique de France 1963, 8-9, 1983). Ausgehend von But-2-en-1 -al wurde durch eine Diels-Alder-Reaktion mit Ethyl-Vinyl-Ether und anschließender Hydrierung ein cyclisches Acetal erhalten. Nach Abspaltung von Ethanol, Hydrobromierung der erhaltenen Doppelbindung und abschließender Grignard-Reaktion mit Isopropylmag- nesiumbromid konnte die Mischung aus eis- und trans-Dihydrorosenoxid das erste Mal synthetisch dargestellt werden. J. H. P. Tyman und B. J. Willis beschreiben in Tetrahedron Letters Nr. 51 , 4507 - 4508, 1970, die säurekatalysierte Umsetzung von 3-Alken-1 -olen mit Aldehyden, speziell die Umsetzung von 3-Methyl-2-buten-1 -al mit 2-Methyl-1 -buten-4-ol und anschließende Dehydratisierung. Das so erhaltene, eine exoeyclische Methylengruppe aufweisende Zwischenprodukt wurde homogenkatalytisch in Gegenwart von SnC /H PtCle zum racemischen cis-2-(2-Methyl-prop-1 -en-yl)-4-methyl-tetrahydropyran hydriert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung 2-substituierter 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyrane zur Verfügung zu stellen, das auch eine möglichst effektive Nutzung der bisher nicht verwertbaren Ne- benprodukte ermöglicht.
Überraschenderweise wurde jetzt gefunden, dass sich der bei der sauer katalysierten Herstellung von 2-substituierten 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyranen durch Umsetzung von Isoprenol (3-Methylbut-3-en-1 -ol) mit einem geeigneten Aldehyd anfallende Nebenprodukt-haltige Seitenstrom (= Abfallstrom) zur Herstellung von 2-substituierten 4-Methyl-tetrahydropyranen und speziell zur Herstellung von Dihydrorosenoxid eignet. Dabei ist insbesondere problematisch, dass die Hauptkomponenten des Seitenstroms, die drei isomeren Dihydropyranole (A), (B) und (C) einerseits und das Dioxan (E) andererseits nicht mit vertretbarem Aufwand destillativ getrennt werden können. Überra- schenderweise wurde jedoch gefunden, dass durch Hydrierung des gesamten Seitenstroms die isomeren Dihydropyranole (A), (B) und (C) in 2-substituierte 4-Methyl- tetrahydropyrane überführt werden können, welche sich dann von dem nicht verwertbaren Dioxan (E) destillativ abtrennen lassen. Somit wird ein integriertes Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von 2-substituierten 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyranen und von 2-substituierten 4-Methyl-tetrahydropyranen bereitgestellt. Somit kann ein Großteil des bisherigen Seitenstroms auch der Verwendung als Aromachemikalie und speziell als Duftstoff zugeführt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein erster Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von 2-substituierten 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyranen der allgemeinen Formel (I) und von 2-substituierten 4-Methyl-tetrahydropyranen der allgemeinen Formel (II)
Figure imgf000006_0001
worin für geradkettiges oder verzweigtes Ci-Ci2-Alkyl, geradkettiges oder verzweigtes C2-Ci2-Alkenyl, unsubstituiertes oder mit Ci-Ci2-Alkyl und/oder Ci-Ci2-Alkoxy substituiertes Cycloalkyl mit insgesamt 3 bis 20 Kohlenstoffatomen oder unsubstituiertes oder mit Ci-Ci2-Alkyl und/oder Ci-Ci2-Alkoxy substituiertes Aryl mit insgesamt 6 bis 20 Kohlenstoffatomen steht, dem man a) 3-Methylbut-3-en-1 -ol der Formel (III)
Figure imgf000006_0002
(III) mit einem Aldehyd der Formel (IV)
R -CHO (IV) wobei R1 in der Formel (IV) die zuvor angegebene Bedeutung hat, in Gegenwart eines sauren Katalysators umsetzt, wobei ein Reaktionsgemisch erhalten wird, das wenigstens ein 2-substituiertes 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydro- pyran der allgemeinen Formel (I), wenigstens eine der Verbindungen (V.1 ), (V.2) oder (V.3) und wenigstens eine Dioxanverbindung (VI) enthält
Figure imgf000007_0001
(V.1 ) (V.2) (V.3) (VI) wobei R1 in der Formel (VI) die zuvor angegebene Bedeutung hat, b) das Reaktionsprodukt aus Schritt a) einer Auftrennung unter Erhalt einer an
2-substituierten 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyranen der allgemeinen Formel (I) angereicherten Fraktion und einer Fraktion, die wenigstens eine der Verbindungen (V.1 ), (V.2) oder (V.3) und wenigstens eine Dioxanverbindung (VI) enthält, unterzieht, c) die Fraktion, die wenigstens eine der Verbindungen V.1 ), (V.2) oder (V.3) und wenigstens eine Dioxanverbindung (VI) enthält, einer Hydrierung unterzieht, d) aus dem in Schritt c) erhaltenen Hydrierprodukt eine an 2-substituierten 4-Methyl tetrahydropyranen (II) angereicherte Fraktion und eine an der wenigstens einen Dioxanverbindung (VI) angereicherte Fraktion isoliert.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Vorteile auf:
Ein Großteil des bisherigen Seitenstroms (Abfallstroms) bei der sauer katalysierten Herstellung von 2-substituierten 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyranen kann als Wertstoff verwendet werden.
Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Hydrierung wird ein Zugang zu
2-substituierten 4-Methyl-tetrahydropyranen und speziell zu Dihydrorosenoxid ermöglicht, der nur eine Reaktionsstufe, ausgehend vom Seitenstrom, erfordert.
Die im Reaktionsgemisch der Herstellung von 2-substituierten 4-Hydroxy-4- methyl-tetrahydropyranen enthaltenen nicht verwertbaren Dioxane können nach der Hydrierung wirkungsvoll vom Wertprodukt abgetrennt werden. Zur Herstellung der 2-substituierten 4-Methyl-tetrahydropyrane, speziell des Dihydrorosenoxids, müssen keine weiteren teuren und/oder potentiell gefährlichen Reagenzien, wie etwa Grignard-Reagenzien oder komplexe Hydride, wie Lithiumaluminiumhydrid, eingesetzt werden.
Sofern im Folgenden nicht genauer angegeben, bezeichnen die Begriffe
"2-substituiertes 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyran",
"2-substituiertes 4-Methyl-tetrahydropyran",
"2-(2-Methylpropyl)-4-hydroxy-4-methyl-tetrahydropyran",
"2-(2-Methylpropyl)-4-methyl-tetrahydropyran" (= "Dihydrorosenoxid"),
im Rahmen der Erfindung cis/trans-Gemische jedweder Zusammensetzung sowie die reinen Konformations-Isomere. Die zuvor genannten Begriffe bezeichnen weiterhin alle Enantiomere in Reinform sowie racemische und optisch aktive Gemische der Enantio- meren dieser Verbindungen.
Sofern im Folgenden von eis- und trans-Diastereomeren der Verbindungen (I) oder (II) die Rede ist, wird jeweils nur eine der enantiomeren Formen abgebildet. Lediglich zur Veranschaulichung werden im Folgenden die Isomeren des 2-(2-Methylpropyl)-4- methyl-tetrahydropyrans (II) (Dihydrorosenoxid) wiedergegeben:
Figure imgf000008_0001
(4R)-cis-(ll) (4S)-cis-(ll) (4R)-trans-(ll) (4S)-trans-(ll)
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung steht der Ausdruck geradkettiges oder verzweigtes Alkyl vorzugsweise für Ci-C6-Alkyl und besonders bevorzugt für Ci-C4-Alkyl. Alkyl steht insbesondere für Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, Isobutyl
(2-Methylpropyl), sec.-Butyl (1 -Methylpropyl), tert.-Butyl (1 ,1 -Dimethylethyl), n-Pentyl oder n-Hexyl. Speziell steht Alkyl für Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, oder Isobutyl.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung steht der Ausdruck geradkettiges oder ver- zweigtes Alkoxy vorzugsweise für Ci-C6-Alkoxy und besonders bevorzugt für C1-C4- Alkoxy. Alkoxy steht insbesondere für Methoxy, Ethoxy, n-Propyloxy, Isopropyloxy, n-Butyloxy, Isobutyloxy, sec.-Butyloxy, tert.-Butyloxy, n-Pentyloxy oder n-Hexyloxy. Speziell steht Alkoxy für Methoxy, Ethoxy, n-Propyloxy, Isopropyloxy, oder Isobutyloxy. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung steht der Ausdruck geradkettiges oder verzweigtes Alkenyl vorzugsweise für C2-C6-Alkenyl und besonders bevorzugt für C2-C4- Alkenyl. Der Alkenylrest weist neben Einfachbindungen noch eine oder mehrere, be- vorzugt 1 bis 3, besonders bevorzugt 1 oder 2 und ganz besonders bevorzugt eine ethylenische Doppelbindung auf. Alkenyl steht insbesondere für 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 oder 2-Methyl-2-propenyl. Im Rahmen der Erfindung bezeichnet Cycloalkyl einen cycloaliphatischen Rest mit vorzugsweise 3 bis 10, besonders bevorzugt 5 bis 8, Kohlenstoffatomen. Beispiele für Cycloalkylgruppen sind insbesondere Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cydohexyl, Cycloheptyl oder Cyclooctyl. Speziell steht Cycloalkyl für Cydohexyl. Substituierte Cycloalkylgruppen können in Abhängigkeit von der Ringgröße einen oder mehrere (z. B. 1 , 2, 3, 4 oder 5) Substituenten aufweisen. Diese sind vorzugsweise unabhängig voneinander ausgewählt unter Ci-C6-Alkyl und Ci-C6-Alkoxy. Die Cycloalkylgruppen tragen im Falle einer Substitution vorzugsweise eine oder mehrere, beispielsweise eine, zwei, drei, vier oder fünf Ci-C6-Alkylgruppen. Beispiele für substituier- te Cycloalkylgruppen sind insbesondere 2- und 3-Methylcyclopentyl, 2- und
3- Ethylcyclopentyl, 2-, 3- und 4-Methylcyclohexyl, 2-, 3- und 4-Ethylcyclohexyl, 2-, 3- und 4-Propylcyclohexyl, 2-, 3- und 4-lsopropylcyclohexyl, 2-, 3- und 4-Butylcyclohexyl und 2-, 3- und 4-lsobutylcyclohexyl. Der Ausdruck "Aryl" umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein- oder mehrkernige aromatische Kohlenwasserstoffreste mit üblicherweise 6 bis 18, vorzugsweise 6 bis 14, besonders bevorzugt 6 bis 10 Kohlenstoffatomen. Beispiele für Aryl sind insbesondere Phenyl, Naphthyl, Indenyl, Fluorenyl, Anthracenyl, Phenanthrenyl, Naph- thacenyl, Chrysenyl, Pyrenyl, etc., und speziell Phenyl oder Naphthyl.
Substituierte Aryle können in Abhängigkeit von der Anzahl und Größe ihrer Ringsysteme einen oder mehrere (z. B. 1 , 2, 3, 4 oder 5) Substituenten aufweisen. Diese sind vorzugsweise unabhängig voneinander ausgewählt unter Ci-C6-Alkyl und C1-C6- Alkoxy. Beispiele für substituierte Arylreste sind 2-, 3- und 4-Methylphenyl, 2,4-, 2,5-, 3,5- und 2,6-Dimethylphenyl, 2,4,6-Trimethylphenyl, 2-, 3- und 4-Ethylphenyl, 2,4-, 2,5-, 3,5- und 2,6-Diethylphenyl, 2,4,6-Triethylphenyl, 2-, 3- und 4-Propylphenyl, 2,4-, 2,5-, 3,5- und 2,6-Dipropylphenyl, 2,4,6-Tripropylphenyl, 2-, 3- und 4-lsopropylphenyl, 2,4-, 2,5-, 3,5- und 2,6-Diisopropylphenyl, 2,4,6-Triisopropylphenyl, 2-, 3- und
4- Butylphenyl, 2,4-, 2,5-, 3,5- und 2,6-Dibutylphenyl, 2,4,6-Tributylphenyl, 2-, 3- und 4-lsobutylphenyl, 2,4-, 2,5-, 3,5- und 2,6-Diisobutylphenyl, 2,4,6-Triisobutylphenyl, 2-,
3- und 4-sec-Butylphenyl, 2,4-, 2,5-, 3,5- und 2,6-Di-sec-butylphenyl, 2,4,6-Tri-sec- butylphenyl, 2-, 3- und 4-tert.-Butylphenyl, 2,4-, 2,5-, 3,5- und 2,6-Di-tert.-butylphenyl und 2, 4, 6-Tri-tert. -butylphenyl.
Schritt a)
Einer der Ausgangsstoffe für Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
3-Methylbut-3-en-1 -ol (Isoprenol) der Formel (III),
Figure imgf000010_0001
Isoprenol ist nach bekannten Verfahren aus Isobuten und Formaldehyd in jedem Maßstab gut zugänglich und kommerziell verfügbar. An die Reinheit, Qualität oder Herstellverfahren des erfindungsgemäß einzusetzenden Isoprenols sind keine besonderen Anforderungen zu stellen. Es kann in handelsüblicher Qualität und Reinheit in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden. Bevorzugt setzt man Isoprenol ein, das eine Reinheit von 90 Gew.-% oder darüber hat, besonders bevorzugt solches mit einer Reinheit von 95 bis 100 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt solches mit einer Reinheit von 97 bis 99,9 Gew.-% oder noch mehr bevorzugt 98 bis 99,8 Gew.-%.
Ein weiterer Ausgangsstoff für Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Aldehyd der Formel (IV) R1-CHO, wobei R1 in der Formel (IV) die zuvor angegebene Bedeutung hat. Bevorzugt steht R1 in den Verbindungen der Formel (I), (II), (IV), (V.1 ), (V.2), (V.3) und (VI) für geradkettiges oder verzweigtes Ci-Ci2-Alkyl oder geradkettiges oder verzweigtes C2-Ci2-Alkenyl. Besonders bevorzugt steht R1 für geradkettiges oder verzweigtes Ci-C6-Alkyl oder geradkettiges oder verzweigtes C2-C6-Alkenyl. In einer weiteren bevorzugten Ausführung steht R1 für Phenyl.
Erfindungsgemäß bevorzugte Bedeutungen für den Rest R1 sind somit beispielsweise Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, Isobutyl, n-Pentyl, n-Hexyl oder n-Heptyl, bevorzugt Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, Isobutyl, ganz besonders bevorzugt Isobutyl (2-Methylpropyl). Bevorzugt einzusetzende Aldehyde der Formel (IV) sind: Acetaldehyd, Valeraldehyd, Isovaleraldehyd, Pentanal, Hexanal, Heptanal, Benzaldehyd, Citral, Citronellal. Erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugt einzusetzende Aldehyde der Formel (IV) sind Isovaleraldehyd und Benzaldehyd, insbesondere Isovaleraldehyd.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform ein Verfahren zur Herstellung und Isolierung von 2-(2-Methylpropyl)-4-hydroxy-4- methyl-tetrahydropyran der Formel (la) und von 2-(2-Methylpropyl)-4-methyl- tetrahydropyran der Formel (IIa) (Dihydrorosenoxid)
Figure imgf000011_0001
(La) (ll.a)
Bevorzugt werden in Schritt a) das 3-Methylbut-3-en-ol (III) und der Aldehyd (IV) in einem molaren Verhältnis von etwa 1 zu 2 bis 2 zu 1 , besonders bevorzugt von 0,7 zu 1 bis 2 zu 1 , insbesondere von 1 zu 1 bis 2 zu 1 , eingesetzt. In einer speziellen Ausführung werden in Schritt a) das 3-Methylbut-3-en-ol (III) und der Aldehyd (IV) in einem molaren Verhältnis von 1 zu 1 bis 1 ,5 zu 1 eingesetzt.
Erfindungsgemäß erfolgt die Umsetzung in Schritt a) in Gegenwart eines sauren Kata- lysators. Prinzipiell kann für die Umsetzung in Schritt a) jeder saure Katalysator verwendet werden, d. h., jede Substanz, die Brönstedt- oder Lewis-Acidität aufweist. Beispiele für geeignete Katalysatoren sind Protonensäuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Methansulfonsäure und p-Toluolsulfonsäure, saure molekulare Elementverbindungen, wie Aluminiumchlorid, Bortrifluorid, Zinkchlorid, Phosphorpen- tafluorid, Arsentrifluorid, Zinntetrachlorid, Titantetrachlorid und Antimonpentafluorid; oxidische saure Festkörper wie Zeolithe, Silikate, Aluminate, Alumosilikate, Tone und saure lonentauscher.
Bevorzugt ist der in Schritt a) eingesetzte saure Katalysator ausgewählt unter Salzsäu- re, Schwefelsäure, Methansulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure und stark sauren Kationenaustauschern. In einer ersten Variante erfolgt die Umsetzung in Schritt a) in Gegenwart einer
Brönstedt-Säure, die vorzugsweise ausgewählt ist unter Salzsäure, Schwefelsäure, Methansulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure. Bevorzugt wird in dieser ersten Variante in Schritt a) ein Lösungsmittel eingesetzt, das vorzugsweise ausgewählt ist unter Koh- lenwasserstoffen und Kohlenwasserstoffgemischen. Geeignete Lösungsmittel sind beispielsweise Hexan, Heptan, Ligroin, Petrolether, Cyclohexan, Dekalin, Toluol, Xylol und Mischungen davon. In dieser ersten Variante beträgt der Wassergehalt des Reaktionsgemisches höchstens 0,25 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Reaktionsgemisches. Im Verlauf der Umsetzung in Schritt a) kann Wasser gebildet werden, z. B. durch die Dehydratisierung des Verfahrensproduktes der Formel (I) als mögliche Nebenreaktion. Um dennoch den Wassergehalt gering zu halten, kann das gebildete Wasser gemeinsam mit dem eingesetzten Lösungsmittel abdestilliert, das Wasser vom Lösungsmittel nach üblichen Verfahren zumindest teilweise abgetrennt und anschließend das Lösungsmittel in den Reakti- onsschritt a) zurückgeführt werden. Bevorzugt wird der Katalysator in dieser ersten
Variante in einer Menge von 0,05 bis 5 Mol-%, besonders bevorzugt von 0,1 bis 4 Mol- %, bezogen auf den Aldehyd (IV) eingesetzt. Bevorzugt erfolgt die Umsetzung in Schritt a) nach dieser ersten Variante bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 120 °C, besonders bevorzugt 40 bis 1 10 °C.
In einer zweiten Variante erfolgt die Umsetzung in Schritt a) in Gegenwart eines stark sauren Kationenaustauschers. Unter dem Begriff stark saurer Kationenaustauscher wird dabei ein Kationenaustauscher in der H+-Form verstanden, der stark saure Gruppen aufweist. Bei den stark sauren Gruppen handelt es sich in der Regel um Sulfon- säuregruppen. Die sauren Gruppen sind in der Regel angebunden an eine Polymermatrix, die z. B. gelförmig bzw. makroporös sein kann. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dementsprechend dadurch gekennzeichnet, dass man einen stark sauren, Sulfonsäuregruppen aufweisenden Kationenaustauscher einsetzt. Geeignete stark saure Kationenaustauscher sind in der
WO 2010/133473 und WO 201 1/154330 beschrieben, worauf hier in vollem Umfang Bezug genommen wird.
Geeignet für den Einsatz in Schritt a) sind stark saure Ionenaustauscher (wie z. B. Am- berlyst, Amberlite, Dowex, Lewatit, Purolite, Serdolit), die auf Polystyrol basieren und die Copolymere aus Styrol und Divinylbenzol als Trägermatrix mit Sulfonsäuregruppen in H+-Form enthalten sowie mit Sulfonsäuregruppen (-SO3H) funktionalisierte lonenaus- tauschergruppen. Die Ionenaustauscher unterscheiden sich im Aufbau ihrer Polymergerüste, und man unterscheidet gelformige und makroporöse Harze. In einer speziellen Ausführung wird in Schritt a) ein perfluoriertes polymeres lonenaustauscherharz einge- setzt. Derartige Harze werden z. B. unter der Bezeichnung Nation ® von der Firma DuPont vertrieben. Als Beispiel für ein solches perfluoriertes polymeres lonenaustau- scherharz sein Nafion ® NR-50 genannt. Für die Umsetzung in Schritt a) geeignete kommerziell verfügbare stark saure Kationenaustauscher sind beispielsweise unter den Handelsnamen Lewatit ® (Lanxess), Purolite ® (The Purolite Company), Dowex ® (Dow Chemical Company), Amberlite ® (Rohm and Haas Company), Amberlyst (TM) (Rohm and Haas Company) bekannt. Bevorzugte stark saure Kationenaustauscher sind: Lewatit ® K 1221 , Lewatit ® K 1461 , Lewatit ® K 2431 , Lewatit ® K 2620 , Lewatit ® K 2621 , Lewatit ® K 2629 , Lewatit ® K 2649, Amberlite ® FPC 22, Amberlite ® FPC 23, Amberlite ® IR 120, Amberlyst (TM) 131 , Amberlyst (TM) 15, Amberlyst (TM) 31 , Amberlyst (TM) 35, Amberlyst (TM) 36, Amberlyst (TM) 39, Amberlyst (TM) 46, Amberlyst (TM) 70, Purolite ®
SGC650, Purolite ® C100H, Purolite ® C150H, Dowex © 50X8, Serdolit ® rot und Na- tion ® NR-50.
Die stark sauren lonentauscherharze werden in der Regel mit Salzsäure und/oder Schwefelsäure regeneriert. In einer speziellen Ausführung werden in Schritt a) das 3-Methylbut-3-en-ol (III) und der Aldehyd (IV) in Gegenwart eines stark sauren Kationenaustauschers und in Gegenwart von Wasser umgesetzt. Prinzipiell kann das Reaktionsgemisch in Schritt a) bereits geringe Mengen Wasser enthalten, das durch die Dehydratisierung des Verfahrensproduktes der Formel (I) als mögliche Nebenreaktion freigesetzt werden kann. Nach einer speziellen Ausführung wird dem Reaktionsgemisch neben Isoprenol (III) und dem Aldehyd der Formel (IV) sowie etwaigem Wasser aus der Reaktion zusätzlich noch Wasser zugesetzt.
Üblicherweise führt man die Umsetzung des Isoprenols (III) mit dem Aldehyd der For- mel (IV) in Gegenwart von etwa mindestens 10 mol-% zugesetztem Wasser durch, wobei sich die Menge an Wasser auf die Menge des jeweils im Unterschuss eingesetzten Ausgangsstoffes Isoprenol (III) oder Aldehyd (IV), oder, in dem Fall der äquimola- ren Umsetzung der beiden Ausgangsstoffe (III) und (IV), auf die Stoffmenge eines der beiden bezieht.
Oberhalb des angegebenen Wertes kann die Menge an Wasser frei gewählt werden und ist, wenn überhaupt, nur durch verfahrenstechnische oder ökonomische Aspekte begrenzt und kann durchaus in großem, beispielsweise in 10- bis 100-fachem Über- schuss oder auch darüber eingesetzt werden. Vorzugsweise bereitet man ein Gemisch aus Isoprenol (III) und dem Aldehyd der Formel (IV), vorzugsweise Isovaleraldehyd, mit der zuzusetzenden Menge Wasser, so dass das zugegebene Wasser in dem Gemisch aus Isoprenol und dem Aldehyd gelöst bleibt d. h. kein zweiphasiges System vorliegt. Üblicherweise setzt man im Rahmen dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Ausgangsstoffe Isoprenol (III) und den Aldehyd der Formel (IV) in Gegenwart von mindestens 25 mol-%, bevorzugt von mindestens 50 mol-%, noch mehr bevorzugt von mindestens 75 und noch mehr bevorzugt von mindestens 90 mol-% zugesetztem Wasser um, wobei sich die Menge an Wasser auf die Menge des jeweils im Unterschuss eingesetzten Ausgangsstoffes Isoprenol (III) oder Aldehyd (IV), oder, in dem Fall der äquimolaren Umsetzung der beiden Ausgangsstoffe (III) und (IV), auf die Stoffmenge eines der beiden bezieht.
Vorzugsweise setzt man im Rahmen dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Ausgangsstoffe Isoprenol (III) und den Aldehyd der Formel (IV) in Gegenwart von bis etwa 1000 mol-% Wasser um, wobei sich die Menge an Wasser auf die Menge des jeweils im Unterschuss eingesetzten Ausgangsstoffes Isoprenol (III) oder Aldehyd (IV), oder, in dem Fall der äquimolaren Umsetzung der beiden Ausgangsstoffe (III) und (IV), auf die Stoffmenge eines der beiden bezieht.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform führt man die erfindungsgemäß durchzuführende Umsetzung so durch, dass man sie in Gegenwart einer mindestens äquimolaren Menge an zugesetztem Wasser durchführt, wobei sich die Menge an Wasser auf die Menge des jeweils im Unterschuss eingesetzten Ausgangsstoffes Isoprenol (III) oder Aldehyd (IV), oder, in dem Fall der äquimolaren Umsetzung der beiden Ausgangsstoffe (III) und (IV), auf die Stoffmenge eines der beiden bezieht. Demzufolge führt man die erfindungsgemäße Umsetzung von Isoprenol mit dem gewählten Aldehyd der Formel (IV) bevorzugt in Gegenwart von 90 bis 250 mol-%, besonders bevorzugt 90 bis 230 mol-%, noch mehr bevorzugt 90 bis 200 mol-% und am meisten bevorzugt in Gegenwart von 90 bis 180 mol-% Wasser durch, wobei sich die Menge an Wasser auf die Menge des jeweils im Unterschuss eingesetzten Ausgangsstoffes Isoprenol (III) oder Aldehyd (IV), oder, in dem Fall der äquimolaren Umsetzung der beiden Ausgangsstoffe (III) und (IV), auf die Stoffmenge eines der beiden bezieht. Zur Umsetzung von Isoprenol (III) mit dem Aldehyd (IV) in Schritt a) kann man die genannten Ausgangsstoffe und gegebenenfalls das zugesetzte Wasser mit dem sauren Kationenaustauscher in Kontakt bringen. Vorzugsweise werden Isoprenol (III), Aldehyd (IV) und gegebenenfalls das zugesetzte Wasser in Form eines Gemisches in Schritt a) eingesetzt. Die genannten Ausgangsstoffe, d. h. Isoprenol (III) und der Aldehyd (IV) und das in der vorstehenden Menge einzusetzende Wasser können in beliebiger Reihenfolge miteinander in Kontakt gebracht bzw. gemischt werden.
Die Menge an stark saurem Kationenaustauscher in Schritt a) ist nicht kritisch und kann unter Berücksichtigung des wirtschaftlichen und verfahrenstechnischen Aspektes in breiten Grenzen frei gewählt werden. Die Umsetzung kann dementsprechend sowohl in Gegenwart katalytischer Mengen als auch in Gegenwart großer Überschüsse des stark sauren Kationenaustauschers durchgeführt werden. Üblicherweise setzt man den stark sauren Kationentauscher in einer Menge von etwa 5 bis etwa 40 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge von etwa 20 bis etwa 40 Gew.- % und besonders bevorzugt in einer Menge von etwa 20 bis etwa 30 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Summe an eingesetztem Isoprenol (III) und Aldehyd der Formel (IV), ein. Dabei beziehen sich die Angaben auf den gebrauchsfertigen Kationenaustauscher, der in der Regel mit Wasser vorbehandelt wird und dementsprechend Mengen von bis zu etwa 70 Gew.-%, bevor- zugt von etwa 30 bis etwa 65 Gew.-% und besonders bevorzugt von etwa 40 bis etwa 65 Gew.-% Wasser umfassen kann. Insbesondere bei diskontinuierlicher Verfahrensführung kann sich daher ein darüber hinausgehender Wasserzusatz bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erübrigen. Die genannten stark sauren Kationenaustauscher können in Schritt a) sowohl einzeln oder auch in Form von Gemi- sehen eingesetzt werden.
Die Umsetzung in Schritt a) in Gegenwart eines stark sauren Kationenaustauschers kann wahlweise auch zusätzlich in Gegenwart eines unter den Reaktionsbedingungen inerten Lösungsmittels durchgeführt werden. Geeignete Lösungsmittel sind beispiels- weise tert-Butylmethylether, Cyclohexan, Dekalin, Hexan, Heptan, Ligroin, Petrolether, Toluol oder Xylol. Die genannten Lösungsmittel können alleine oder in Form von Gemischen untereinander eingesetzt werden. Bevorzugt führt man die Umsetzung in Schritt a) in Gegenwart eines stark sauren Kationenaustauschers ohne Zusatz eines organischen Lösungsmittels durch.
Bevorzugt wird die Umsetzung von Isoprenol (III) mit dem gewählten Aldehyd (IV) in Schritt a) in Gegenwart von Wasser und in Gegenwart eines stark sauren Kationentau- schers bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 70 °C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 10 bis 60 °C und insbesondere bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 50 °C durchgeführt. Dabei handelt es sich um die Temperatur des Reaktionsgemisches.
Die Umsetzung in Schritt a) kann diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden. Dabei kann man beispielsweise im diskontinuierlichen Fall die Umsetzung so vornehmen, dass man ein Gemisch von Isoprenol (III), dem Aldehyd (IV), gegebenenfalls Wasser und gegebenenfalls einem organischen Lösungsmittel in einem geeigneten Reaktionsgefäß vorlegt und den sauren Katalysator zugibt. Nach Abschluss der Reaktion kann dann der Katalysator durch geeignete Trennverfahren vom erhaltenen Reaktionsgemisch abgetrennt werden. Wird in Schritt a) eine Brönstedt-Säure, die vorzugsweise ausgewählt ist unter Salzsäure, Schwefelsäure, Methansulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure, als Katalysator eingesetzt, so kann die Abtrennung des Katalysators z. B. nach wässriger Aufarbeitung destillativ erfolgen oder direkt destillativ erfolgen. Wird in Schritt a) ein stark saurer Kationenaustauscher als Katalysator eingesetzt, so kann die Abtrennung des Katalysators z. B. durch Filtration oder durch Zentrifugati- on erfolgen.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform führt man die Umsetzung von Isoprenol (III) mit dem Aldehyd (IV) in Schritt a) kontinuierlich durch. Dazu kann beispiels- weise eine Mischung der umzusetzenden Ausgangsstoffe Isoprenol und Aldehyd der Formel (III) mit Wasser bereitet werden und diese Mischung kontinuierlich mit einem stark sauren Kationentauscher in Kontakt gebracht werden. Dazu kann der gewählte Kationenaustauscher beispielsweise in einen geeigneten Durchflussreaktor, beispielsweise einen Rührreaktor mit Zu- und Ablauf oder einen Rohrreaktor eingebracht wer- den und die Ausgangsstoffe und das Wasser in diesen kontinuierlich ausgetragen werden und das Reaktionsgemisch kontinuierlich ausgetragen werden. Dabei können die Ausgangsstoffe und das Wasser wahlweise als Einzelkomponenten oder auch in Form eines wie vorstehend beschriebenen Gemisches in den Durchflussreaktor eingetragen werden.
Das in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene Reaktionsgemisch enthält neben den 2-substituierten 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyranen der Formel (I),
Figure imgf000016_0001
(I) wenigstens eine der Verbindungen (V.1 ), (V.2) oder (V.3) und wenigstens eine Dioxan- verbindung (VI)
Figure imgf000017_0001
wobei R1 in den Formeln (I), (V.1 ), (V.2), (V.3) und (VI) die zuvor angegebene Bedeutung hat. Bevorzugt steht R1 für Isobutyl. In der Regel enthält das Reaktionsgemisch ein Gemisch der Verbindungen (V.1 ), (V.2) und (V.3).
Das in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene Reaktionsgemisch kann wenigstens ein weiteres Nebenprodukt erhalten, z. B. ein Acetal (VII)
Figure imgf000017_0002
(VII) wobei R1 die zuvor angegebene Bedeutung hat. Bevorzugt steht R1 für Isobutyl.
Das in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene Reaktionsgemisch kann weitere Komponenten enthalten, wie nicht umgesetztes 3-Methylbut-3-en-1 -ol (III), nicht umgesetzten Aldehyd (IV), Wasser, organisches Lösungsmittel, etc.
Vorzugsweise enthält das in Schritt a) erhaltene Reaktionsgemisch das 2-substituierte 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyran der Formel (I) in einer Menge von 50 bis 90 Gew.- %, besonders bevorzugt 60 bis zu etwa 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Reaktionsgemischs.
Vorzugsweise enthält das in Schritt a) erhaltene Reaktionsgemisch die Verbindungen der Formeln (V.1 ), (V.2) und (V.3) in einer Gesamtmenge von 5 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis zu etwa 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Reaktionsgemischs. Vorzugsweise enthält das in Schritt a) erhaltene Reaktionsgemisch die Dioxan- Verbindung der Formel (VI) in einer Gesamtmenge von 5 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis zu etwa 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Reaktions- gemischs.
In einer typischen Zusammensetzung enthält das in Schritt a) erhaltene Reaktionsgemisch die folgenden Verbindungen, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Reak- tionsgemischs:
Isovaleraldehyd: 0 - 5 Gew.%,
Isoprenol: 0 - 10 Gew.%,
Dihydropyran-Isomere (V.a - c): 5 - 15 Gew.-%,
1 ,3-Dioxan (VI): 5 - 15 Gew.-%,
Acetal (VII): 0 - 5 Gew.-%,
trans-(l): 15 - 22 Gew.-%,
cis-(l): 45 - 65 Gew.-%,
Wasser: 2 - 10 Gew.-%. Bevorzugt enthält das in Schritt a) erhaltene Reaktionsgemisch die 2-substituierten 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyrane der Formel (I) in Form von Gemischen der cis- Diastereomeren der Formel cis-(l) und der trans-Diastereomeren der Formel trans-(l)
Figure imgf000018_0001
cis-(l) trans-(l) wobei das Diastereomerenverhältnis des cis-Diasteromeren cis-(l) zum trans- Diastereomeren trans-(l) bevorzugt 65 zu 35 bis 95 zu 5, besonders bevorzugt 70 zu 30 bis 85 zu 15 beträgt und R1 die weiter oben angegebenen Bedeutungen hat.
Bevorzugt enthält das in Schritt a) erhaltene Reaktionsgemisch 2-lsobutyl-4-hydroxy-4- methyl-tetrahydropyran in Form von Gemischen des cis-Diastereomeren der Formel cis-(l.a) und des trans-Diastereomeren der Formel trans-(l.a)
Figure imgf000019_0001
cis-(l.a) trans-(l.a) wobei das Diastereomerenverhältnis des cis-Diasteromeren cis-(l.a) zum trans- Diastereomeren trans-(l.a) bevorzugt 65 zu 35 bis 95 zu 5, besonders bevorzugt 70 zu 30 bis 85 zu 15 beträgt.
Derartige Gemische eignen sich aufgrund ihrer besonderen geruchlichen Eigenschaften in besonderem Masse zur Verwendung als Aromachemikalien, beispielsweise als Komponente mit Maiglöckchenduft zur Herstellung von Riechstoffkompositionen.
Schritt b)
Das zur Auftrennung in Schritt b) eingesetzte Reaktionsprodukt aus Schritt a) enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht, typischerweise 45 bis 65 Gew.-% der cis-Diastereo- meren cis-(l), 15 bis 22 Gew.-% der trans-Diastereomeren trans-(l), 10 bis 30 Gew.-% niedriger als die Verbindungen (I) siedende Verbindungen, 1 bis 3 Gew.-% höher als die Verbindungen (I) siedende Verbindungen. Das Reaktionsprodukt aus Schritt a) ist vorzugsweise im Wesentlichen frei von Verbindungen, die einen Siedepunkt nahe dem der stereoisomeren Verbindungen (I) aufweisen. Im Wesentlichen frei von Verbindun- gen, die einen Siedepunkt nahe dem der stereoisomeren Verbindungen (I) aufweist, bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass das Reaktionsprodukt aus Schritt a) höchstens 1 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-%, insbesondere höchstens 0,1 Gew.-% an Verbindungen enthält, die einen Siedepunkt nahe dem der stereoisomeren Verbindungen (I) aufweisen.
Bevorzugt enthält das zur Auftrennung in Schritt b) eingesetzte Reaktionsprodukt aus Schritt a) 45 bis 65 Gew.-% des cis-Diastereomeren von 2-lsobutyl-4-hydroxy-4- methyl-tetrahydropyran der Formel cis-(l.a), 15 bis 20 Gew.-% des trans-Diastereomeren der Formel trans-(l.a), 10 bis 25 Gew.-% niedriger als die Verbindungen (I) sieden- de Verbindungen, 1 bis 3 Gew.-% höher als die Verbindungen (I) siedende Verbindungen. Bevorzugt wird in Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Reaktionsgemisch aus Schritt a) einer destillativen Auftrennung unterzogen. Geeignete Vorrichtungen zur destillativen Auftrennung umfassen Destillationskolonnen, wie Bodenkolonnen, die mit Glocken, Siebplatten, Siebböden, Packungen, Füllkörpern, Ventilen, Seitenabzügen, etc. ausgerüstet sein können, Verdampfer, wie Dünnschichtverdampfer, Fallfilmverdampfer, Zwangsumlaufverdampfer, Sambay-Verdampfer, etc. und Kombinationen davon.
Die Destillationskolonnen können trennwirksame Einbauten aufweisen, die vorzugsweise ausgewählt sind unter Trennböden, geordnete Packungen, z. B. Blech- oder Gewebepackungen, wie Sulzer Mellapak®, Sulzer BX, Montz B1 oder Montz A3 oder Kühni Rombopak, oder regellose Schüttungen von Füllkörpern, wie z. B. Dixon-Ringen, Raschig-Ringen, High-Flow-Ringen oder Raschig-Super-Ringen. Besonders bewährt haben sich geordnete Packungen, vorzugsweise Blech- oder Gewebepackungen, mit einer spezifischen Oberfläche von 100 bis 750 m2/m3, insbesondere 250 bis
500 m2/m3. Sie gestalten hohe Trennleistungen bei niedrigen Druckverlusten.
Vorzugsweise wird zur Auftrennung in Schritt b) eine Vorrichtung eingesetzt, die
eine Zulaufsäule mit oberhalb der Zulaufstelle gelegenem Verstärkungsteil und unterhalb der Zulaufstelle gelegenem Abtriebsteil,
eine mit dem oberen Ende des Verstärkungsteils kommunizierende obere Vereinigungssäule und eine mit dem unteren Ende des Abtriebsteils kommunizierende untere Vereinigungssäule, und
eine mit der oberen Vereinigungssäule und der unteren Vereinigungssäule kommunizierende Abzugssäule
umfasst.
Vorzugsweise erfolgt die Auftrennung in Schritt b), indem man i) das Reaktionsprodukt aus Schritt a) in eine Zulaufsäule mit oberhalb der Zulaufstelle gelegenem Verstärkungsteil und unterhalb der Zulaufstelle gelegenem Abtriebsteil einführt, ii) eine mit dem oberen Ende des Verstärkungsteils kommunizierende obere Verei- nigungssäule mit Kondensator am oberen Säulenende und eine mit dem unteren
Ende des Abtriebsteils kommunizierende untere Vereinigungssäule mit Aufheizer am unteren Säulenende vorsieht, iii) eine mit der oberen Vereinigungssäule und der unteren Vereinigungssäule kommunizierende Abzugssäule vorsieht, die wenigstens einen Seitenabzug aufweist, iv) aus der Abzugssäule am Kopf oder im oberen Bereich leichter als die 2-substi- tuierten 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyrane (I) siedende Verbindungen abzieht, als wenigstens ein Seitenabzug zumindest einen Teil der 2-substituierten
4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyrane (I) abzieht und im Sumpf oder im unteren Bereich der unteren Vereinigungssäule die 2-substituierten 4-Hydroxy-4-methyl- tetrahydropyrane (I) abzieht, die nicht als Seitenabzug abgezogen werden und die höher als die 2-substituierten 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyrane (I) siedenden Verbindungen abzieht.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der aus der Abzugssäule am Kopf oder im oberen Bereich entnommene Abzug: zumindest einen Teil oder die Gesamtmenge der in dem Reaktionsprodukt aus Schritt a) enthaltenen Verbindungen (V.1 ), (V.2) und (V.3),
zumindest einen Teil oder die Gesamtmenge der in dem Reaktionsprodukt aus Schritt a) enthaltenen Dioxanverbindung (VI),
- falls vorhanden, nicht umgesetztes 3-Methylbut-3-en-1 -ol der Formel (III),
falls vorhanden, nicht umgesetzten Aldehyd (IV),
geringe Mengen oder keine 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyrane (I),
Wasser. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden zur Umsetzung in Schritt a) 3-Methylbut-3-en-1 -ol der Formel (III) und Isovaleraldehyd (IV) eingesetzt. Dann enthält der aus der Abzugssäule am Kopf oder im oberen Bereich entnommene Abzug: zumindest einen Teil oder die Gesamtmenge der in dem Reaktionsprodukt aus Schritt a) enthaltenen Verbindungen (V.1 ), (V.2) und (V.3), worin R1 für Isobutyl steht,
zumindest einen Teil oder die Gesamtmenge der in dem Reaktionsprodukt aus Schritt a) enthaltenen Dioxanverbindung (VI), worin R1 für Isobutyl steht, falls vorhanden, nicht umgesetztes 3-Methylbut-3-en-1 -ol der Formel
- falls vorhanden, nicht umgesetzten Isovaleraldehyd (IV),
geringe Mengen oder kein 2-(2-Methylpropyl)-4-hydroxy-4-methyl- tetrahydropyran der Formel (la),
Wasser. Das so erhaltene Kopfprodukt kann einer Phasentrennung zur Abtrennung der Hauptmenge des Wassers unterzogen werden. Abgesehen von einer solchen Phasentrennung kann das so erhaltene Kopfprodukt in der Regel ohne weitere Aufarbeitung zur Hydrierung in Schritt c) eingesetzt werden. Gewünschtenfalls kann das Kopfprodukt einer weiteren Aufarbeitung zur Abtrennung wenigstens eines Teils der von den Verbindungen (V.1 ), (V.2), (V.3) und (VI) verschiedenen Komponenten unterzogen werden. Dazu kann das Kopfprodukt z. B. einer weiteren destillativen Auftrennung unterzogen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird aus der Abzugssäule ein Seitenstrom oder werden aus der Abzugssäule zwei Seitenströme abgezogen. In einer speziellen Ausführung wird aus der Abzugssäule nur ein Seitenstrom abgezogen.
Werden in Schritt b) mehrere Abzüge entnommen, die 2-substituierte 4-Hydroxy-4- methyl-tetrahydropyrane (I) enthalten, z. B. zwei verschiedene Seitenabzüge oder ein Seitenabzug und ein Sumpfabzug, so unterscheiden sich diese in der Regel hinsichtlich der Zusammensetzung der Stereoisomeren. Somit gelingt die Isolierung einer gegenüber dem Reaktionsprodukt aus Schritt a) an cis-Diastereomeren angereicherten Fraktion und einer an trans-Diastereomeren angereicherten Fraktion. Bei ausreichen- der Trennleistung der eingesetzten Destillationsvorrichtung kann gewünschtenfalls zumindest eines der Diastereomeren in reiner Form erhalten werden.
Die Zulaufsäule, Abzugssäule, obere Vereinigungssäule und untere Vereinigungssäule können diskrete Bauelemente sein oder als Abschnitt oder Kammer einer Destillations- kolonne ausgebildet sein, die mehrere Funktionen vereint. Der Ausdruck "kommunizierende Kolonnen" bedeutet, dass zwischen ihnen ein Austausch sowohl von aufsteigenden Brüden als auch von ablaufendem Kondensat erfolgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die destillative Auftrennung in Schritt b) in einer Anordnung von Destillationskolonnen, die eine Trennwandkolonne oder eine Zusammenschaltung von mindestens zwei thermisch gekoppelten konventionellen Destillationskolonnen umfasst.
Trennwandkolonnen sind spezielle Destillationskolonnen mit mindestens einer Zulauf- stelle und mindestens drei Entnahmestellen, bei denen sich zwischen Verdampfer und Kondensator der sogenannte Rektifizierbereich befindet, in dem ein Teil des im Kondensator gebildeten Kondensats sich flüssig als Rücklauf im Gegenstrom zu den aus der Verdampfungseinrichtung aufsteigenden Dämpfen abwärts bewegt und welche in einem Teilbereich der Kolonne unterhalb und/oder oberhalb der Zulaufstelle mindes- tens eine in Längsrichtung wirkende Trenneinrichtung (Trennwand) zur Verhinderung einer Quervermischung von Flüssigkeits- und/oder Brüdenstrom (Dampfstrom) enthält und welche somit eine destillative Trennung von Stoffgemischen ermöglichen. Das Grundprinzip der Trennwandkolonnen ist seit langem bekannt und beispielsweise in der US 2,471 ,134, in der EP-A-0 122 367 oder in G. Kaibel, Chem. Eng. Technol. Vol. 10, 1987, Seite 92 bis 98 beschrieben.
Der allgemeine Grundaufbau einer Trennwandkolonne umfasst mindestens eine seitliche Zulaufstelle auf einer Seite der Trennwand und mindestens drei Entnahmestellen, von denen sich mindestens eine jenseits der Trennwand befindet. Da bei dieser Bauart im Bereich der Trennwand eine Quervermischung von Flüssigkeits- und/oder Brüdenstrom verhindert wird, ist es möglich, die Seitenprodukte in reiner Form zu erhalten. Hierdurch verringert sich bei der Auftrennung von Vielstoffgemischen im Allgemeinen die Zahl der insgesamt benötigten Destillationskolonnen. Zudem können beim Einsatz von Trennwandkolonnen gegenüber einer einfachen Hintereinanderschaltung zweier konventioneller Destillationskolonnen Investitionskosten sowie Energie eingespart werden (siehe M. Knott, Process Engineering, Vol. 2, 1993, February, Seite 33 bis 34).
Als konventionelle Destillationskolonnen werden im Sinne der Erfindung alle Destillati- onskolonnen bezeichnet, welche keine Trennwand enthalten. Bei thermisch gekoppelten konventionellen Destillationskolonnen werden Massen- und Energieströme wechselseitig ausgetauscht. Somit ist gegenüber einer einfachen Hintereinanderschaltung konventioneller Destillationskolonnen eine deutliche Einsparung von Energie möglich. Bevorzugt als Alternative zur Trennwandkolonne ist eine Verschaltung zweier ther- misch gekoppelter Destillationskolonnen. Eine Übersicht verschiedener Anordnungen ist beispielsweise in G. Kaibel et al., Chem. -Ing. -Tech., Vol. 61 , 1989, Seite 16 bis 25 und G. Kaibel et al., Gas Separation & Purification, Vol. 4, 1990, June, Seiten 109 bis 1 14, gegeben. In einer ersten bevorzugten Ausführungsformen verwendet man zur Destillation eine Destillationskolonne mit einer thermisch gekoppelten Vorkolonne, d. h. die Abzugssäule, die obere Vereinigungssäule und die untere Vereinigungssäule sind als einstückige Destillationskolonne ausgebildet, und die Zulaufsäule ist als Vorkolonne zur Destillationskolonne ausgebildet. In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform verwendet man eine Destillationskolonne mit einer thermisch gekoppelten Nachkolonne, d. h. die Zulaufsäule, die obere Vereinigungssäule und die untere Vereinigungssäule sind als einstückige Destillationskolonne ausgebildet und die Abzugssäule ist als Nachkolonne zu der Destillationskolonne ausgebildet. Destillationskolonnen mit beigeschalteten Hilfskolonnen sind bekannt und z. B. in Chem. Eng. Res. Des., Part A: Trans IChemE, März 1992, S. 1 18-132, "The design and optimisation of fully thermally coupled distilla- tion columns", beschrieben.
Es hat sich als günstig erwiesen, aus dem Reaktionsprodukt aus Schritt a) vor dem Einführen in die Zulaufsäule zumindest einen Teil der leichter als die 2-substituierten 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyrane (I) siedenden Verbindungen zu entfernen. In einer speziellen Ausführungsform wird daher zur destillativen Auftrennung des Reaktionsprodukts aus Schritt a) eine Anordnung von Destillationskolonnen eingesetzt, die eine vorgeschaltete konventionelle Destillationskolonne und eine nachgeschaltete Trennwandkolonne oder eine nachgeschaltete Zusammenschaltung von zwei thermisch gekoppelten konventionellen Destillationskolonnen umfasst.
Bevorzugt wird zur destillativen Auftrennung in Schritt b) b1 ) das Reaktionsgemisch aus Schritt a) zunächst einer Auftrennung in einer konventionellen Destillationskolonne unterzogen wird, wobei ein erstes Kopfprodukt erhalten wird, das an den Verbindungen (V.1 ), (V.2) und (V.3) und der Dioxan- verbindung (VI) angereichert ist und im Wesentlichen keine Verbindungen der allgemeinen Formel (I) enthält, und ein erstes Sumpfprodukt erhalten wird, das an den Verbindungen (V.1 ), (V.2) und (V.3) und der Dioxanverbindung (VI) abge- reichert ist und die Hauptmenge der Verbindungen der allgemeinen Formel (I) enthält, b2) das erste Sumpfprodukt aus Schritt b1 ) einer Auftrennung in einer Trennwandkolonne oder in einer Zusammenschaltung von zwei thermisch gekoppelten konventionellen Destillationskolonnen unterzogen wird, wobei ein zweites Kopfprodukt erhalten wird, dass die nicht im ersten Kopfprodukt enthaltenen Verbindungen (V.1 ), (V.2), (V.3) und (VI) sowie gegebenenfalls geringe Mengen der Verbindungen der allgemeinen Formel (I) enthält, ein Seitenstrom erhalten wird, der im Wesentlichen aus Verbindung der allgemeinen Formel (I) besteht und ein zweites Sumpfprodukt erhalten wird, das die Verbindungen der allgemeinen Formel (I) enthält, die nicht im Kopfprodukt und nicht im Seitenstrom enthalten sind. Bevorzugt steht auch in der zuvor genannten Ausführungsform in den Verbindungen der Formeln (I), (V.1 ), (V.2), (V.3) und (VI) R für Isobutyl.
Der Ausdruck, wonach das erste Kopfprodukt im Wesentlichen keine Verbindungen der allgemeinen Formel (I) enthält, bedeutet, dass der Anteil Verbindungen der allgemei- nen Formel (I) am ersten Kopfprodukt höchstens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 2 Gew.-%, insbesondere höchstens 1 Gew.-%, speziell höchstens 0,1 Gew.- %, bezogen auf das Gesamtgewicht des ersten Kopfprodukts, beträgt. In einer speziellen Ausführung enthält das erste Kopfprodukt keine Verbindungen der allgemeinen Formel (I).
Das zweite Kopfprodukt kann beispielsweise 0,1 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,2 bis 20 Gew.-%, insbesondere 0,3 bis 15 Gew.-%, speziell 0,5 bis 10 Gew.-%, Verbindungen der allgemeinen Formel (I), bezogen auf das Gesamtgewicht des zweiten Kopfprodukts, enthalten.
In einer speziellen Ausführung besteht der Seitenstrom nur aus Verbindungen der allgemeinen Formel (I). In einer speziellen Ausführung besteht das zweite Sumpfprodukt nur aus Verbindungen der allgemeinen Formel (I). Alternativ kann das zweite Sumpfprodukt Verbindungen enthalten, die höher sieden als die Verbindungen der allgemeinen Formel (I).
Vorzugsweise wird nach dieser Ausführungsform das erste Kopfprodukt (insbesondere die an Wasser abgereicherte organische Phase des ersten Kopfprodukts) und/oder das zweite Kopfprodukt zur Hydrierung in Schritt c) eingesetzt. Dabei ist es unkritisch, wenn das zweite Kopfprodukt noch geringe Mengen der Verbindungen der allgemeinen Formel (I) enthält, da diese die Hydrierung in Schritt c) in der Regel unverändert durchlaufen und anschließend gewünschtenfalls abgetrennt und verwertet werden können.
In der Regel werden sich bei dieser Ausführungsform das Seitenprodukt und das zweite Sumpfprodukt bezüglich des Anteils der Stereoisomeren der Verbindungen der Formel (I) unterscheiden. Schritt c)
Die Hydrierung der Verbindungen (V.1 ), (V.2) und (V.3) zu den entsprechenden 2-substituierten 4-Methyl-tetrahydropyranen (II) kann auf an sich herkömmliche Weise mit Hydrierkatalysatoren des Standes der Technik ausgeführt werden.
Die Hydrierung kann katalytisch entweder in der Gas- oder Flüssigphase erfolgen. Vorzugsweise wird die Hydrierung in Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens in flüssiger Phase in Gegenwart eines heterogenen Hydrierkatalysators und eines wasser- stoffhaltigen Gases durchgeführt. Als Hydrierkatalysatoren kommen prinzipiell alle zur Hydrierung von ungesättigten organischen Verbindungen geeigneten homogenen und heterogenen Katalysatoren in Betracht. Dazu zählen z. B. Metalle, Metalloxide, Metallverbindungen oder Gemische davon. Geeignete Hydrierkatalysatoren enthalten vorzugsweise wenigstens ein Über- gangsmetall, bevorzugt aus den Nebengruppen I. und VI. bis VIII. des Periodensystems der Elemente. Dazu zählen vorzugsweise Cu, Cr, Mo, Mn, Re, W, Fe, Rh, Co, Ni, Pd, Pt, Ru, Zn oder deren Mischungen.
Die Katalysatoren können allein aus den Aktivkomponenten bestehen, oder die Aktiv- komponenten können auf Trägern aufgebracht sein. Als Trägermaterialien eignen sich z. B. AI2O3, S1O2, ZrÜ2, T1O2, Aktivkohle, ZnO, BaO und MgO oder Mischungen daraus.
Zur Erhöhung der katalytischen Aktivität können Fe, Co und bevorzugt Ni, auch in Form der Raney-Katalysatoren oder als Metallschwamm mit einer sehr großen Ober- fläche verwendet werden.
Bevorzugt wird für die Hydrierung im Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens Palladium auf Kohlenstoff oder Platin auf Kohlenstoff eingesetzt. Des Weiteren kann man Raney-Nickel oder Raney-Cobalt vorteilhaft verwenden.
Andere geeignete Katalysatoren enthalten z. B. 80 bis 100 Gew.-% Nickel und/oder Cobalt und bis zu 20 Gew.-% aktivierende Metalle wie Kupfer und/oder Chrom. Besonders vorteilhaft werden solche Katalysatoren als Trägerkatalysatoren verwendet. Der Gehalt an katalytisch aktiven Metallen solcher Trägerkatalysatoren beträgt in der Regel 5 bis 80 Gew.-%, bezogen auf die Summe von katalytisch aktiven Metallen und Träger.
Die Katalysatoren können zur Hydrierung in Schritt c) als Formkörper eingesetzt werden. Beispiele umfassen Katalysatorextrudate, wie Stränge Rippstränge und andere Extrudatformen, Schalenkatalysatoren, Tabletten, Ringe, Kugeln, Splitt, etc.
Bevorzugt wird die Hydrierung in Schritt c) bei einer Temperatur von 20 bis 200 °C, vorzugsweise 40 bis 150 °C, insbesondere 50 bis 120 °C durchgeführt.
Sofern man die Umsetzung in der Gasphase durchführt, haben sich Drücke von 1 bis 100 bar, vorzugsweise 1 ,1 bis 50 bar, bewährt.
Sofern man die Umsetzung in der Flüssigphase durchführt, liegt der Druck vorzugsweise in einem Bereich von 2 bis 500 bar, besonders bevorzugt von 3 bis 300 bar, insbesondere von 4 bis 250 bar, speziell von 5 bis 200 bar. Die Hydrierung in Schritt c) kann in einem Reaktor oder mehreren hintereinander geschalteten Reaktoren durchgeführt werden. Die Hydrierung kann diskontinuierlich oder kontinuierlich erfolgen. Zur diskontinuierlichen Hydrierung kann z. B. ein Druckgefäß eingesetzt werden. Geeignete Druckgefäße sind z. B. Autoklaven, die mit einer Vorrichtung zum Beheizen und zum Rühren des Reaktorinhalts ausgestattet sind. Bevorzugt erfolgt die Hydrierung in der Flüssigphase über einem Festbett, vorzugsweise in Sumpf- oder Rieselfahrweise oder in Form einer Suspensionskatalyse. Die Hydrierung kann ohne oder mit Zusatz eines Lösungsmittels erfolgen. Als Lösungsmittel kommen Alkohole, Ether, Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Methanol, Ethanol, Isopropanol, Dioxan, Tetrahydrofuran, n-Pentan, Hexan, Cyclohexan, Toluol, etc. in Frage. Bevorzugt erfolgt die Hydrierung in Schritt c) ohne Zusatz eines Lösungsmittels.
Zur Hydrierung in Schritt c) kann man die Fraktion, die wenigstens eine der Verbindungen (V.1 ), (V.2) oder (V.3) und wenigstens eine Dioxanverbindung (VI) enthält, mit einem wasserstoffhaltigen Gas und einem Hydrierkatalysator in Kontakt bringen. Geeignete wasserstoffhaltige Gase sind ausgewählt unter Wasserstoff und Gemischen von Wasserstoff mit wenigstens einem inerten Gas. Geeignete inerte Gase sind z. B. Stickstoff oder Argon. Bevorzugt wird zur Hydrierung in Schritt c) Wasserstoff in unverdünnter Form, üblicherweise in einer Reinheit von etwa 99,9 Vol.-%, eingesetzt.
Durch die Hydrierung in Schritt c) werden die im Ausgangsgemisch enthaltenen Ver- bindungen (V.1 ), (V.2) und (V.3) in 2-substituierte 4-Methyl-tetrahydropyrane (II) überführt. Bevorzugt enthält das zur Hydrierung eingesetzte Ausgangsgemisch Verbindungen der Formel (V.1 ), (V.2) und (V.3), wobei der Rest R1 für Isobutyl steht. Dann werden durch die Hydrierung in Schritt c) die im Ausgangsgemisch enthaltenen Verbindungen (V.1 ), (V.2) und (V.3) in 2-lsobutyl-4-methyl-tetrahydropyran (II) (Dihydroro- senoxid) überführt.
Bevorzugt wird in Schritt c) ein Hydrierprodukt erhalten, wobei das Diastereomerenver- hältnis des cis-Diastereomeren des 2-substituierten 4-Methyl-tetrahydropyrans (II) zum trans-Diastereomeren in einem Bereich von 60 zu 40 bis 95 zu 5, bevorzugt von 65 zu 35 bis 90 zu 10, liegt. Besonders bevorzugt wird in Schritt c) ein Hydrierprodukt erhalten, wobei das Diastereomerenverhältnis des cis-Diastereomeren des 2-lsobutyl-4- methyl-tetrahydropyrans (II) zum trans-Diastereomeren in einem Bereich von 60 zu 40 bis 95 zu 5, bevorzugt von 65 zu 35 bis 90 zu 10, liegt. Derartige Gemische eignen sich aufgrund ihrer besonderen Geruchseigenschaften in besonderem Maße zur Verwendung als Aromachemikalien, beispielsweise als Komponente mit rosenduftartigem Charakter zur Herstellung von Riechstoffkompositionen. Schritt d)
Aus dem in Schritt c) erhaltenen Hydrierprodukt kann prinzipiell nach üblichen, dem Fachmann bekannten Reinigungsverfahren eine an 2-substituierten 4-Methyl- tetrahydropyranen (II) angereicherte Fraktion und eine an der wenigstens einen Dio- xanverbindung (VI) angereicherte Fraktion isoliert werden.
Bevorzugt wird das in Schritt c) erhaltene Hydrierprodukt einer destillativen Auftrennung unterzogen. Geeignete Vorrichtungen zur destillativen Auftrennung umfassen Destillationskolonnen, wie Bodenkolonnen, die mit Glocken, Siebplatten, Siebböden, Packungen, Füllkörpern, Ventilen, Seitenabzügen, etc. ausgerüstet sein können, Verdampfer, wie Dünnschichtverdampfer, Fallfilmverdampfer, Zwangsumlaufverdampfer, Sambay-Verdampfer, etc. und Kombinationen davon.
Bevorzugt wird das in Schritt c) erhaltene Hydrierprodukt in Schritt d) einer destillativen Auftrennung in wenigstens einer Destillationskolonnen unterzogen, die mit trennwirksamen Einbauten versehen ist.
Bevorzugt wird in Schritt d) aus dem in Schritt c) erhaltenen Hydrierprodukt eine an 2-substituierten 4-Methyl-tetrahydropyranen (II) angereicherte Fraktion isoliert, wobei das Diastereomerenverhältnis des cis-Diastereomeren zum trans-Diastereomeren in einem Bereich von 60 zu 40 bis 100 zu 0, bevorzugt von 65 zu 35 bis 90 zu 10, liegt.
Besonders bevorzugt wird in Schritt d) aus dem in Schritt c) erhaltenen Hydrierprodukt eine an 2-lsobutyl-4-methyl-tetrahydropyran (II) angereicherte Fraktion isoliert, wobei das Diastereomerenverhältnis des cis-Diastereomeren zum trans-Diastereomeren in einem Bereich von 60 zu 40 bis 100 zu 0, bevorzugt von 65 zu 35 bis 90 zu 10, liegt.
Bevorzugt wird in Schritt d) aus dem in Schritt c) erhaltenen Hydrierprodukt eine an 2-substituierten 4-Methyl-tetrahydropyranen (II) angereicherte Fraktion isoliert, die ei- nen Gehalt an Dioxanverbindungen der allgemeinen Formel (VI)
Figure imgf000029_0001
worin R1 die zuvor angegebenen Bedeutungen hat und insbesondere für Isobutyl steht, von höchstens 2 Gew.-%, besonders bevorzugt von höchstens 1 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von höchstens 0,1 Gew%, aufweist.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Zusammensetzungen eignen sich besonders vorteilhaft als Riechstoff oder zur Bereitstellung eines Riechstoffs.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können für den Einsatz als Riechstoff mit wenigstens einem auf diesem Anwendungsgebiet üblichen Lösemittel beliebig verdünnt werden. Beispielhaft seien als geeignete Lösemittel genannt: Ethanol, Dipropy- lenglycol oder dessen Ether, Phthalate, Propylenglykole, oder Carbonate von Diolen, bevorzugt Ethanol. Auch Wasser ist als Lösemittel zur Verdünnung der erfindungsgemäßen Duftstoffkompositionen geeignet und kann vorteilhaft zusammen mit geeigneten Emulgatoren eingesetzt werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Riechstoffe weisen auf Grund der strukturellen und chemischen Ähnlichkeit der Komponenten eine hohe Stabilität und Haltbarkeit auf. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Isomerengemische von 2-(2-Methylpropyl)-4-hydroxy-4-methyl-tetrahydropyran der Formel (la) zeichnen sich durch einen angenehmen Maiglöckchengeruch aus. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Isomerengemische von 2-(2-Methylpropyl)- 4-methyl-tetrahydropyran der Formel (IIa) (Dihydrorosenoxid) zeichnen sich durch einen angenehmen rosenartigem Charakter aus.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Riechstoffe eigenen sich zur Einarbeitung in kosmetische Zusammensetzungen sowie Gebrauchs- und Verbrauchsgüter bzw. Mittel wie sie im Folgenden näher beschrieben sind, wobei die Riechstoffe in die genannten Güter eingearbeitet oder auch auf solche aufgebracht sein können. Unter einer organoleptisch wirksamen Menge ist dabei wie im Rahmen der gesamten vorliegenden Erfindung insbesondere eine solche Menge zu verstehen, die bei sach- gemäßer Anwendung ausreicht, beim Anwender bzw. Verbraucher einen Dufteindruck hervorzurufen.
Als kosmetische Zusammensetzungen sind alle üblichen kosmetischen Zusammenset- zungen geeignet. Dabei handelt es sich bevorzugt um Parfüm, Eau de Toilette, Deodorants, Seife, Duschgel, Badegel, Cremes, Lotions, Sonnenschutzmittel, Zusammensetzungen zur Reinigung und Pflege der Haare wie Haarshampoo, Spülung, Haargel, Haarfestiger in Form von Flüssigkeiten oder Schäumen und weitere Reinigungs- oder Pflegemittel für die Haare, Zusammensetzungen zur dekorativen Anwendung am menschlichen Körper, wie kosmetische Stifte, zum Beispiel Lippenstifte, Lippenpflege- stifte, Abdeckstifte (Concealer), Wangenrouge (Blusher), Lidschattenstifte, Lippenkonturenstifte, Augenkonturenstifte, Augenbrauenstifte, Korrekturstifte, Sonnenschutzstifte, Anti-Akne-Stifte und vergleichbare Produkte sowie Nagellacke und weitere Produkte zur Nagelpflege.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Riechstoffe eignen sich speziell für einen Einsatz in Parfüms, z. B. als Eau de Toilette, Duschgele, Badegele und Körperdeodorants. Sie eignen sich weiterhin zur Aromatisierung von Verbrauchs- oder Gebrauchsgütern, in die sie eingearbeitet bzw. auf die sie aufgebracht werden und ihnen dadurch einen angenehmen frischen grünen Akzent verleihen. Beispiele für Verbrauchs- oder Gebrauchsgüter sind: Raumluftdeodorants (Air Care), Reinigungsmitteln oder Pflegemitteln für Textilien (speziell Waschmittel, Weichspüler), Textilbehandlungsmittel wie bei- spielsweise Bügelhilfsmittel, Putzmittel, Reinigungsmittel, Pflegemittel zur Behandlung von Oberflächen, beispielsweise von Möbeln, Fußböden, Kücheneinrichtungen, Glasscheiben und Fenstern sowie Bildschirmen, Bleichen, Toilettensteine, Entkalkungsmit- tel, Düngemittel, Baustoffe, Schimmelentferner, Desinfektionsmittel, Produkte für die Auto- bzw. Fahrzeugpflege und dergleichen mehr.
Die folgenden Beispiele dienen der Verdeutlichung der Erfindung, ohne sie in irgendeiner Weise zu beschränken.
BEISPI ELE
Gaschromatographische Analysen wurden nach der folgenden Methode durchgeführt:
Säule: DB WAX 30 m x 0,32 mm;
FD 0,25 \ m; Injektortemperatur: 200 °C; Detektortemperatur 280 °C;
Temperaturprogramm: Anfangstemp.: 50 °C, mit 3 °C/min auf 170 °C,
mit 20 °C/min auf 230 °C, 7 Min isotherm;
Retentionszeiten: Isovaleraldehyd tR = 3,7 min
cis-Dihydrorosenoxid tR = 8,4 min
trans-Dihydrorosenoxid tR = 9,6 min
4,4-Dimethyl-2-isobutyl-1 ,3-dioxan tR = 1 1 ,9 min
Konzentrationen der erhaltenen Rohprodukte (Gew.-%) wurden GC-analytisch mit in- ternem Standard ermittelt.
Beispiel 1 : (Hydrierung der isomeren Dihydropyrane V.1 a
Figure imgf000031_0001
(V.1 a) (V.1 b) (v.i c)
Eine Mischung der isomeren Dihydropyrane V.1 a bis V.1 c (100 g, 0,65 mol) wurde bei Raumtemperatur in einem Autoklaven (max. Füllmenge 180 ml) vorgelegt und mit Palladium auf Kohle (5,8 % Pd, 50 % wasserfeucht) versetzt. Nach dem Schließen des Autoklaven wurde dieser drei Mal mit Stickstoff (20 bar) gespült, mit Wasserstoff ein Druck von 100 bar aufgepresst, der Rührer eingeschaltet (700 U/min) und der Autoklav auf 120 °C aufgeheizt. Bei 120 °C wurden 200 bar Wasserstoff aufgepresst und bei diesem Druck für weitere 15 h gerührt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur und Entspannen wurde der Austrag über einer Filternutsche (Por4 = Nennweite der Poren 10 - 16 μηη ) filtriert. Man erhielt das Rohprodukt (92 g) mit folgender Zusammensetzung: cis-Dihydrorosenoxid: 73,4 GC-FI% (tR = 8,7 min); trans-Dihydrorosenoxid: 24,1 GC- Fl% (tR = 9,9 min). Nach anschließender destillativer Aufreinigung über einer 40 cm langen Füllkörperkolonne (Metallraschigringe) und einem Druck von 31 mbar wurde das Produkt bei einer Übergangstemperatur von 73 bis 74 °C mit einer Reinheit von 99,7 GC-FI% und einem Isomerenverhältnis von cis-Dihydrorosenoxid: trans- Dihydrorosenoxid = 3 / 1 erhalten. Beispiel 2:
Ein Gemisch aus Isovaleraldehyd (1 12,5 g, 1 ,31 mol), Isoprenol (125 g, 1 ,45 mol) und 12,5 g Wasser wurde in Gegenwart von 50 g des stark sauren Kationenaustauschers Amberlyst ® 131 umgesetzt, wie in Beispiel 1 der WO 201 1/154330 beschrieben. Das erhaltene Reaktionsgemisch wurde einer destillativen Auftrennung in einer Anordnung aus einer konventionellen Destillationskolonne und einer Trennwandkolonne unterzogen. Eine Mischung (gesamt = 150 g, repräsentativer Kopfabzug der Trennwandkolonne) aus Isovaleraldehyd (0,4 %), Isoprenol (0,8 %), den isomeren Dihydropyranen V.1 a bis V.1 c (43,2 %), 4,4-Dimethyl-2-isobutyl-1 ,3-dioxan (42,0 %), Isoprenylether aus Pyranol (1 ,9 %) und den isomeren Pyranolen cis-(l.a) und trans-(l.a) (7,5 %) wurde in einem Autoklaven (max. Befüllung 180 ml) vorgelegt und mit Palladium auf Kohle (5,8 % Pd, 50 % wasserfeucht) versetzt. Nach dem Schließen des Autoklaven wurde dieser drei Mal mit Stickstoff (20 bar) gespült, mit Wasserstoff ein Druck von 150 bar aufgepresst, der Rührer eingeschaltet (700 U/min) und der Autoklav auf 120 °C aufgeheizt. Bei 120 °C wurden 200 bar Wasserstoff aufgepresst und bei diesem Druck für weitere 15 h gerührt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur und Entspannen auf 0 bar wurde der Austrag über einer Filternutsche (Por4 = Nennweite der Poren 10 - 16 μηη) filtriert. Man erhielt das Rohprodukt (140 g) mit folgender Zusammensetzung: Isovaleraldehyd: 0,4 GC-FI% (tR = 3,7 min); cis-Dihydrorosenoxid: 37,6 GC-FI% (tR = 8,4 min); trans- Dihydrorosenoxid: 10,3 GC-FI% (tR = 9,6 min); Dioxan: 36,9 GC-FI% (tR = 1 1 ,9 min); IMTP: 3,1 GC-FI% (tR = 27,0 min); Pyranol: 7,1 GC-FI% (tR = 28,2 min). Nach an- schließender destillativer Aufreinigung über eine 85 cm lange Füllkörperkolonne (Me- tallraschigringe) und einem Druck von 20 mbar wurde das Kopfprodukt bei einer Übergangstemperatur von 48 °C mit folgender Zusammensetzung erhalten: cis-Dihydrorosenoxid 1 : 91 ,0 GC-FI% (tR = 8,4 min); trans-Dihydrorosenoxid 2: 7,1 GC-FI% (tR = 9,6 min); Dioxan: 0,6 GC-FI% (tR = 1 1 ,9 min); 2-Methyl-2,4-butandiol 0,5 GC-FI% (tR = 26,8 min).
Beispiel 3:
Ein Gemisch aus Isovaleraldehyd (1 12,5 g, 1 ,31 mol), Isoprenol (125 g, 1 ,45 mol) und 12,5 g Wasser wurde in Gegenwart von 50 g des stark sauren Kationenaustauschers Amberlyst ® 131 umgesetzt, wie in Beispiel 1 der WO 201 1/154330 beschrieben. Das erhaltene Reaktionsgemisch wurde einer destillativen Auftrennung in einer Anordnung aus einer konventionellen Destillationskolonne und einer Trennwandkolonne unterzogen. Eine Mischung der Kopfabzüge der oben genannten Kolonnen (Gesamtmenge der Mischung: 100 g) aus Isovaleraldehyd (12,1 %), Isoprenol (10,7 %), den isomeren Dihydropyranen V.1 a - V.1 c (50,3 %), 4,4-Dimethyl-2-isobutyl-1 ,3-dioxan (20,8 %) und den isomeren Pyranolen cis-(l.a) und trans-(l.a) (6 %) wurde in einem Autoklaven (max. Befüllung 180 ml) vorgelegt und mit Raney-Nickel-Katalysator (wasserfeucht; 1 g) versetzt. Nach dem Schließen des Autoklaven wurde dieser drei Mal mit Stickstoff (20 bar) gespült, der Rührer eingeschaltet (700 U/min), mit Wasserstoff ein Druck von 5 bar aufgepresst, und der Autoklav auf 150 °C aufgeheizt. Bei 150 °C wurden 10 bar Wasserstoff aufgepresst und bei diesem Druck für weitere 20 h gerührt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur und Entspannen auf 0 bar wurde der Austrag über einer Fil- ternutsche (Nennweite der Poren 10 - 16 μηη) filtriert. Man erhielt das Rohprodukt mit folgender Zusammensetzung: Isovaleraldehyd: 0,6 GC-Gew.-% (tR = 3,7 min); cis- Dihydrorosenoxid: 22,1 GC-Gew.-% (tR = 8,0 min); Isoamylalkohol: 22,5 GC-FI% (tR = 8,8 min); trans-Dihydrorosenoxid: 21 ,6 GC-Gew.-% (tR = 9.2 min); Dihydropyranen V.1 a - V.1 c: 0,3 GC-Gew.-% (tR = 9,4, 1 1 ,1 , 1 1 ,8 min); Dioxan: 19,8 GC-Gew.-% (tR = 1 1 ,5 min); Pyranol cis-(l.a) und trans-(l.a): 5,9 GC-Gew.-% (tR = 27,3, 28,7 min).
Die destillative Aufarbeitung des Rohprodukts kann wie in Beispiel 1 oder 2 erfolgen.
Beispiel 4:
Ein Gemisch aus Isovaleraldehyd (1 12,5 g, 1 ,31 mol), Isoprenol (125 g, 1 ,45 mol) und 12,5 g Wasser wurde in Gegenwart von 50 g des stark sauren Kationenaustauschers Amberlyst ® 131 umgesetzt, wie in Beispiel 1 der WO 201 1/154330 beschrieben. Das erhaltene Reaktionsgemisch wurde einer destillativen Auftrennung in einer Anordnung aus einer konventionellen Destillationskolonne und einer Trennwandkolonne unterzogen. Eine Mischung der Kopfabzüge der oben genannten Kolonnen (Gesamtmenge der
Mischung: 50 g) aus Isovaleraldehyd (4,5 %), Isoprenol (1 1 ,3 %), den isomeren Dihydropyranen V.1 a - V.1 c (35,3 %), 4,4-Dimethyl-2-isobutyl-1 ,3-dioxan (39,8 %) und den isomeren Pyranolen cis-(l.a) und trans-(l.a) (2,5 %) wurde in einem Autoklaven (max. Befüllung 180 ml) vorgelegt und mit Palladium auf Kohle (5 % Pd auf C, 50 % wasser- feucht; 2 g) sowie mit Methanol (100 ml) versetzt. Nach dem Schließen des Autoklaven wurde dieser drei Mal mit Stickstoff (20 bar) gespült, der Rührer eingeschaltet
(700 U/min), mit Wasserstoff ein Druck von 5 bar aufgepresst, und der Autoklav auf 85 °C aufgeheizt. Bei 85 °C wurden 10 bar Wasserstoff aufgepresst und bei diesem Druck für weitere 15 h gerührt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur und Entspannen auf 0 bar wurde der Austrag über einer Filternutsche (Nennweite der Poren 10 - 16 μηι) filtriert. Man erhielt das Rohprodukt mit folgender Zusammensetzung: Methanol:
42,0 GC-FI% (tR = 3,4 min); 1 ,1 -Dimethoxy-3-methyl-butan: 10,4 GC-FI% (4,6 min); Isovaleraldehyd: 0,5 GC-Gew.-% (tR = 3,7 min); cis-Dihydrorosenoxid: 9,8 GC-Gew.-% (tR = 8,0 min); Isoamylalkohol: 2,1 GC-FI% (tR = 8.7 min); trans-Dihydrorosenoxid: 2,7 GC-Gew.-% (tR = 9,1 min); Dioxan: 8,.0 GC-Gew.-% (tR = 1 1 ,4 min); Pyranol cis- (l.a) und trans-(l.a): 1 ,0 GC-Gew.-% (tR = 27,.3, 28,9 min).
Die destillative Aufarbeitung des Rohprodukts kann wie in Beispiel 1 oder 2 erfolgen.

Claims

PF 72692
2014/060345 PCT/EP2013/071409
34
Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung von 2-substituierten 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahyd pyranen der allgemeinen Formel (I) und von 2-substituierten 4-Methyl- tetrahydropyranen der allgemeinen Formel (II)
Figure imgf000035_0001
für geradkettiges oder verzweigtes Ci-Ci2-Alkyl, geradkettiges oder verzweigtes C2-Ci2-Alkenyl, unsubstituiertes oder mit Ci-Ci2-Alkyl und/oder Ci-Ci2-Alkoxy substituiertes Cycloalkyl mit insgesamt 3 bis 20 Kohlenstoffatomen oder unsubstituiertes oder mit Ci-Ci2-Alkyl und/oder Ci-Ci2-Alkoxy substituiertes Aryl mit insgesamt 6 bis 20 Kohlenstoffatomen steht, dem man a) 3-Methylbut-3-en-1 -ol der Formel (III)
Figure imgf000035_0002
(III) mit einem Aldehyd der Formel (IV)
R -CHO (IV) wobei R1 in der Formel (IV) die zuvor angegebene Bedeutung hat, in Gegenwart eines sauren Katalysators umsetzt, wobei ein Reaktionsgemisch erhalten wird, das wenigstens ein 2-substituiertes 4-Hydroxy-4- methyl-tetrahydropyran der allgemeinen Formel (I), wenigstens eine der PF 72692
2014/060345 PCT/EP2013/071409
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Verbindungen (V.1 ), (V.2) oder (V.3) und wenigstens eine Dioxanverbin- dung (VI) enthält
Figure imgf000036_0001
(V.1 ) (V.2) (V.3) (VI) wobei R1 in der Formel (VI) die zuvor angegebene Bedeutung hat, b) das Reaktionsprodukt aus Schritt a) einer Auftrennung unter Erhalt einer an 2-substituierten 4-Hydroxy-4-methyl-tetrahydropyranen der allgemeinen Formel (I) angereicherten Fraktion und einer Fraktion, die wenigstens eine der Verbindungen (V.1 ), (V.2) oder (V.3) und wenigstens eine Dioxanver- bindung (VI) enthält, unterzieht, c) die Fraktion, die wenigstens eine der Verbindungen (V.1 ), (V.2) oder (V.3) und wenigstens eine Dioxanverbindung (VI) enthält, einer Hydrierung unterzieht, d) aus dem in Schritt c) erhaltenen Hydrierprodukt eine an 2-substituierten 4-Methyl-tetrahydropyranen (II) angereicherte Fraktion und eine an der wenigstens einen Dioxanverbindung (VI) angereicherte Fraktion isoliert.
2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rest R1 für Isobutyl oder Phenyl steht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Umsetzung in Schritt a) in Gegenwart eines sauren Katalysators erfolgt, der ausgewählt ist unter Salzsäure, Schwefelsäure, Methansulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure und stark sauren Kationenaustauschern. 4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Umsetzung in Schritt a) in Gegenwart eines stark sauren Kationenaustauschers durchgeführt wird. PF 72692
2014/060345 PCT/EP2013/071409
36
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Umsetzung in Schritt a) in Gegenwart eines stark sauren Kationenaustauschers und in Gegenwart von zugesetztem Wasser durchgeführt wird. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei man in Schritt b) das Reaktionsprodukt aus Schritt a) einer destillativen Auftrennung unterzieht.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei zur Auftrennung in Schritt b) eine Vorrichtung eingesetzt wird, die
- eine Zulaufsäule mit oberhalb der Zulaufstelle gelegenem Verstärkungsteil und unterhalb der Zulaufstelle gelegenem Abtriebsteil,
eine mit dem oberen Ende des Verstärkungsteils kommunizierende obere Vereinigungssäule und eine mit dem unteren Ende des Abtriebsteils kommunizierende untere Vereinigungssäule, und
- eine mit der oberen Vereinigungssäule und der unteren Vereinigungssäule kommunizierende Abzugssäule
umfasst.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die destillative Auftrennung in einer Anordnung von Destillationskolonnen erfolgt, die eine Trennwandkolonne oder eine Zusammenschaltung von mindestens zwei thermisch gekoppelten konventionellen Destillationskolonnen umfasst.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei zur destillativen Auftrennung des Reaktionsprodukts aus Schritt a) eine Anordnung von Destillationskolonnen eingesetzt wird, die eine vorgeschaltete konventionelle Destillationskolonne und eine nachgeschaltete Trennwandkolonne oder eine nachgeschaltete Zusammenschaltung von zwei thermisch gekoppelten konventionellen Destillationskolonnen umfasst.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei zur destillativen Auftrennung in Schritt b) b1 ) das Reaktionsgemisch aus Schritt a) zunächst einer Auftrennung in einer konventionellen Destillationskolonne unterzogen wird, wobei ein erstes Kopfprodukt erhalten wird, das an den Verbindungen (V.1 ), (V.2) und (V.3) und der Dioxanverbindung (VI) angereichert ist und im Wesentlichen keine Verbindungen der allgemeinen Formel (I) enthält, und ein erstes Sumpfprodukt erhalten wird, das an den Verbindungen (V.1 ), (V.2) und (V.3) und PF 72692
2014/060345 PCT/EP2013/071409
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der Dioxanverbindung (VI) abgereichert ist und die Hauptmenge der Verbindungen der allgemeinen Formel (I) enthält, das erste Sumpfprodukt aus Schritt b1 ) einer Auftrennung in einer Trennwandkolonne oder in einer Zusammenschaltung von zwei thermisch gekoppelten konventionellen Destillationskolonnen unterzogen wird, wobei ein zweites Kopfprodukt erhalten wird, das die nicht im ersten Kopfprodukt enthaltenen Verbindungen (V.1 ), (V.2), (V.3) und (VI) sowie gegebenenfalls geringe Mengen der Verbindungen der allgemeinen Formel (I) enthält, ein Seitenstrom erhalten wird, der im Wesentlichen aus Verbindung der allgemeinen Formel (I) besteht und ein zweites Sumpfprodukt erhalten wird, das die Verbindungen der allgemeinen Formel (I) enthält, die nicht im Kopfprodukt und nicht im Seitenstrom enthalten sind. 1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, wobei in den Verbindungen der Formeln (I), (V.1 ), (V.2), (V.3) und (VI) R für Isobutyl steht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 1 1 , wobei das erste Kopfprodukt, vorzugsweise nach einer Phasentrennung zur Abtrennung der Hauptmenge des Wassers, und/oder das zweite Kopfprodukt zur Hydrierung in Schritt c) eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Seitenprodukt und das zweite Sumpfprodukt sich bezüglich des Anteils der Stereoisomeren der Verbindungen der Formel (I) unterscheiden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hydrierung in Schritt c) in Gegenwart eines Hydrierkatalysators erfolgt, der ausgewählt ist unter homogenen und heterogenen Katalysatoren, die wenigstens eine Metal Komponente, ausgewählt unter Metallen, Metalloxiden, Metallverbindungen oder Gemische davon enthalten, insbesondere Palladium auf Kohlenstoff, Platin auf Kohlenstoff, Raney-Nickel oder Raney-Cobalt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt d) das in Schritt c) erhaltene Hydrierprodukt einer destillativen Auftrennung unterzogen wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt d) aus dem in Schritt c) erhaltenen Hydrierprodukt eine an 2-substituierten 4-Methyl- PF 72692
2014/060345 PCT/EP2013/071409
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tetrahydropyranen (II) angereicherte Fraktion isoliert wird, wobei das Diastereo- merenverhältnis des cis-Diastereomeren zum trans-Diastereomeren in einem Bereich von 60 zu 40 bis 100 zu 0, bevorzugt von 65 zu 35 bis 95 zu 10, liegt. 17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt d) aus dem in Schritt c) erhaltenen Hydrierprodukt eine an 2-substituierten 4-Methyl- tetrahydropyranen (II) angereicherte Fraktion isoliert wird, die einen Gehalt an Di- oxanverbindungen der allgemeinen Formel (VI)
Figure imgf000039_0001
worin R1 die zuvor angegebenen Bedeutungen hat und insbesondere für Isobutyl steht, von höchstens 2 Gew.-%, besonders bevorzugt von höchstens 1 Gew.-%, aufweist.
Verfahren nach einem Anspruch 16 oder 17, wobei in Schritt d) eine an
2-lsopropyl-4-methyl-tetrahydropyran (II) angereicherte Fraktion isoliert wird.
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