DE2357752A1

DE2357752A1 - Verfahren zur herstellung von cyclischen trans-3-methyl-2-buten-1,4-dial-1- acetalen

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Publication number: DE2357752A1
Application number: DE2357752A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Chem Dr Paust; Ludwig Dipl Chem Dr Schuster
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1973-11-20
Filing date: 1973-11-20
Publication date: 1975-05-28

Description

BASF Aktiengesellschaft

Unser Zeichen: O. Z. "30 220 Rr/Ri 6700 Ludwigshafen, 19.II.1973

Verfahren zur Herstellung von cyclischen trans-3~Methyl-2-buten-

-1,4-dial-l-acetalen

Die-Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der als Zwischenprodukte für die Herstellung von Carotinoide*! äußerst interessanten 1-Acetale von 3-Methyl-2-buten-l,4-dial mit aliphatischen 1,3-Diolen durch Oxydation der entsprechenden 3-Methyl 2-buten-l-al-l-acetale mit Selendioxid in bestimmten Lösungsmitteln.

Durch Makin et al (J. allg. Chem. (UdSSR) 32. (1962), Seite IO9I (engl.)) ist es bekannt, daß man das Diäthylacetal von ^-Brom-ß-. methyl-crotonaldehyd durch Umsetzen mit dem Kaliumsalz von Nitrocyclohexan in das 3-Methyl-2-buten-l,4-dial-'l-diäthylacetal (dort genannt 4,4-Diäthoxy-2-methyl-2-buten-l-al) überführen kann. Die Ausbeuten an 3-Methyl-2-buten-l,ⁱJ-dial-l-diäthylacetal bei diesem. Verfahren betragen jedoch nur 29 % der Theorie.

Trans-3-Methyl-2-buten-l,4-dial-l-acetale sind als Zwischenprodukte für die Herstellung von Carotinoiden von außerordentlichem Interesse. Es war daher die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu entwickeln, nach dem 3-Methyl-2-buten-l,4-dial-l-acetale in guten Ausbeuten hergestellt werden können.

Es wurde nun gefunden, daß man trans-3-Methyl-2-buten-l,4-dial-lacetale der allgemeinen Formel I

C-O

\ Ϊ^Η3

in der R¹ bis R für Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis C-Atomen, vorzugsweise eine Methylgruppe, stehen, auf einfache Weise und mit guten' Ausbeuten herstellen kann, indem man ein

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3-Methyl-2-buten-l-al-acetal der allgemeinen Formel II

2 1

it n

ν/ ν/

R³ / \ CH,
^κ^ / \ , 3

C ' CH - CH = C - CH, (II), ■

R⁴ C - O
»Ο

in der R bis R die oben angegebene Bedeutung haben, in einem Äther mit einem Siedepunkt zwischen 70 und 170 C, Benzol, einem alkyl-substituierten oder halogenieren monocyclischen aromatischen Kohlenwasserstoff oder einem mehrfach chlorierten aliphatischen Kohlenwasserstoff mit einem Siedepunkt zwischen 70 und 170 C als Lösungsmittel mit Selenoxid oxydiert.

Es war sehr überraschend, daß trans-3-Methyl-2-buten-l,4~dial-lacetale der Formel I durch Selendioxidoxy.dation der entsprechenden 3-Methyl-2-buten-l-al-acetale hergestellt werden können, da bei dieser Oxydation Wasser entsteht, das sich teilweise mit Selendioxid zu der stark sauren selenigen Säure umsetzt und es jedem Fachmann bekannt ist, daß Acetale in wäßrig-saurem Medium leicht in die entsprechenden Aldehyde und Alkohole gespalten werden (vgl. z.B. Houben-Weyl "Methoden der organischen Chemie", Band 7/1, Seite 423) und ferner mit einer säurekatalysierten Umacetalisierung zu rechnen war.

Weiterhin ist bekannt, daß Acetale o^jß-ungesättigter Aldehyde besonders schnell diese säurekatalysierte Hydrolyse erleiden. Beispielsweise geht aus Patai "The Chemistry of functional groups", Interscience Publishers 1967, Seite 333, Tabelle 3 hervor, daß die Hydrolysekonstante von dem oC,ß-ungesättigten Crotonaldehyd um etwa 3 Zehnerpotenzen größer ist als die des gesättigten Acetaldehyd. Selenoxidoxydationen von Verbindungen, die Acetale O(jß-ungesättigter Aldehyde als Strukturelement enthalten, sind bisher nicht beschrieben worden.

Die analoge Herstellung von 1-Acetalen des trans-3~Methyl-2-buten- -1,4-dials mit Alkanolen oder Äthylenglykol durch Selendioxid-

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qxydation der entsprechenden 3-Methyl-2-buten-l-al-acetale oder aber die Herstellung von 1-Acetalen der isomeren 2-Methyl-2- -buten-1-al-acetale durch Selendioxydation gelingt nicht.

Als 3-Methyl-2-buten-l-al-acetale der Formel II, die sich auf diese Weise zu den entsprechenden trans-3-Methyl.-2-buten-l,4- -dial-1-acetalen oxydieren lassen, seien beispielsweise genannt:

3-Methyl-2-buten-l-al-(1',3'-propylen)-acetal 3-Methyl-2-buten-l-al-(2^!,2^f-dimethyl-1',3'-propylen)-acetal 3-Methyl-2-buten-l-al-(2',4'-pentylen)-acetal

Sie können auf einfache Weise aus 3-Methyl-2-butenal und den betreffenden 1,3-Diolen durch Kochen in Lösungsmitteln wie Benzol, Chloroform oder Toluol unter Auskreisen von Wasser hergestellt werden. Als Katalysator für diese Acetalisierung eignen sich beispielsweise p-Toluolsulfonsäure oder Phosphorsäure.

Als Lösungsmittel für die erfindungsgemäße Selendioxidoxydation kommen in Betracht:

a) Höhersiedende Äther, d.h. cyclische oder acyclische Äther mit einem Siedepunkt zwischen 70 und 170⁰C. Genannt seien beispielsweise cyclische Äther wie 1,4-Dioxan, 1,3-Dioxan und Tetrahydrofuran, sowie acyclische Äther wie Diglykoldimethyläther und Glykoldimethyläther.

b) Benzol und alkylsubstituierte monocyclische aromatische Kohlenwasserstoffe wie Toluol und Xylol.

c) Halogenierte monoayclische aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Chlorbenzol, Brombenzol und m-Dichlorbenzol.

d) Mehrfach chlorierte aliphatische Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt zwischen 70 und 170 C,
chloräthylen und Trichloräthylen.

Siedepunkt zwischen 70 und 170⁰C, wie Tetrachloräthan, Tetra-

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In anderen für Selendioxidoxydationen sonst üblichen Lösungsmitteln wie Äthanol, tertiär-Butanol oder Eisessig wurden die Verbindungen der Formel I nur in Ausbeuten von unter 10 % erhalten.

Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Oxydation erhitzt man die 3-Methyl-2-buten-l-al-acetale der Formel II mit Selendioxid in den oben genannten Lösungsmitteln für eine bestimmte Reaktionszeit auf Reaktionstemperatur.

Selendioxid verwendet man mit Vorteil in etwa molaren Mengen. Man kann aber auch mit einem Überschuß oder Unterschuß von bis zu 15 % der Theorie arbeiten ohne die Ausbeuten nennenswert zu beeinflussen.

Die Reaktionszeit beträgt im allgemeinen 2 bis 20, vorzugsweise 5 bis 15 Minuten.

Die Reaktionstemperatur liegt im allgemeinen bei 70 bis 170⁰C, vorzugsweise bei 80 bis 120⁰C.

Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches erfolgt auf übliche Weise z.B. durch Versetzen des abgekühlten Reaktionsgemisches mit etwa der 3-fachen Menge Wasser und mehrfaches Extrahieren mit einem mit Wasser nicht oder nur wenig mischbaren inerten Lösungsmittel, Waschen, Trocknen und Destillieren der vereinigten organischen Phasen unter vermindertem Druck. Da die gewünschten trans-3- -Methyl-2-buten-l,4-dial-l-acetale der Formel I die einzigen flüchtigen Substanzen sind_s die bei diesen Oxydationsreaktionen entstehen, gelingt ihre Isolierung auf sehr einfache Weise durch Abdestillieren von dem undestillierbaren polymeren selenhaltigen Material in einem Dünnschichtverdampfer.

Nach NMR-spektroskopischer und gas chromatographischer Analyse werden bei diesem Herstellungsverfahren praktisch nur die transVerbindungen erhalten, was für die Verwendung für Carotinoidsynthesen sehr wichtig ist. Das von Makin et al (I.e.) hergestellte 3-Methyl-2-buten-l,ⁱi-dial-l-diäthylacetal ist dagegen stereochemisch nicht definiert.

KfIQR? 9 / 1 Π 1 fi "5-

- 5 - 0.Z-. 30 220

Die erfindungsgemäß hergestellten trans-3-Methyl-2-buten-l,4- -dial-1-acetale I sind bisher in der Literatur noch nicht beschrieben worden. Sie sind als Bausteine bei der Synthese von Carotinoiden von außerordentlichem Interesse, da man mit ihnen auf einfache Weise durch sukzessive Wittigsynthesen zahllose Stoffe mit großer biologischer und pharmakologischer Bedeutung herstellen kann. Die Möglichkeit zu einem sukzessiven Aufbau von Carotinoiden liegt darin, daß diese Verbindungen I 2 funktioneile Gruppen an der für Carotinoidsynthesen richtigen Stelle haben, an denen eine Wittigreaktion ansetzen kann, von denen jedoch immer eine blockiert ist und diese erst nach erfolgter 1. Wittigreaktion auf einfache Weise durch Hydrolyse aktiviert werden kann. So kann man beispielsweise aus einem bekannten Zwischenprodukt einer der tech.-"·' nischen Vitamin-Α-Synthesen, dem ß-Jonylidenäthyl-triphenylphosphoniumchlorid und den erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen durch Wittigsynthese und anschließende saure Hydrolyseauf direktem Weg mit außerordentlich guten Ausbeuten das begehrte Retinal herstellen. Retinal selbst hat große wirtschaftliche, biologische und pharmakologische Bedeutung.. In seiner Vitaminwirkung entspricht das Retinal der Wirkung von Retinol (Vitamin A) (vgl. J. Amer. Chem. Soc. 7j? (1950), Seite 239).

Die Herstellung von Retinal war bisher nur auf umständliche Weise möglich, beispielsweise durch Oxidation von Vitamin A mit Braunstein oder Nickelperoxid. Diese Oxidation verläuft nur mit Ausbeuten von 60 - 70 %.und bereitet erhebliche Entsorgungsprobleme.

Weiterhin hat Retinal große Bedeutung als Baustein für eine ' äußerst wirtschaftliche Synthese von ß-Carotin: Retinal kann nämlich auf einfache Weise und in extrem guten Ausbeuten mit·dem aus Retinol (Vitamin A) herstellbaren Retinylphosphoniumchlorid zu ß-Carotin umgesetzt werden. Dieses Verfahren ist seit 1959 bekannt (vgl. DT-PS 1 068 709), konnte jedoch bisher keine technische Bedeutung erlangen, weil noch kein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung des hierfür benötigten Retinais vorhanden war.

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Beispiel 1

Eine Lösung von 2,84 g (20 mMol) 3-Methyl-2-buten-l-al-(l»,3'- -propylen)-acetal in 20 ml Diox-an wird mit 2,2 g (20 mMol) Selendioxid versetzt und 10 Minuten unter Rückfluß gekocht. Die Mischung nimmt dabei eine graubraune Färbung an.

Nach dem Abkühlen setzt man 60 ml Wasser zu und extrahiert dreimal mit je 40 ml Benzol. Die Benzolextrakte werden vereinigt, mit wäßriger NaHCO,-Lösung und anschließend mit Wasser gewaschen und über Natriumsulfat getrocknet. Das Lösungsmittel wird anschließend am Rotationsverdampfer abdestilliert. Der braune Rückstand (3,8 g) liefert bei Destillation unter stark vermindertem Druck im Kugelrohr (Badtemperatur 7O⁰C bei 0,1 mm Hg) 1,84 g 3-Methyl-2-buten- -l,4-dial-l-(l^r,3'-propylen)-acetal, das nach gaschromatographiseher Analyse mit innerem Standard einen Gehalt von 93 % hatte. Dies entspricht einer Gesamtausbeute von 55 % der Theorie, bezogen auf eingesetztes 3-Methyl-2-buten-l-al- (I¹,3'-propylen)-acetal..

Beispiel 2

Eine Mischung von 3,4 g (20 mMol) 3-Methyl-2-buten-l-al-(2',2'- -dimethyl-1¹,3'-propylen)-acetal und 2,2 g (20 mMol) Selendioxid in 25 ml Dioxan wird 10 Minuten lang unter Rückfluß gekocht. Nach dem Abkühlen gibt man zu der dunkelbraunen Lösung 60 ml Wasser und extrahiert die Mischung dreimal mit je 40 ml Benzol. Die Aufarbeitung der Benzolphase wird wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt. Man erhält als Rohprodukt 4,1 g eines dunkelbraunen Öls, das bei Destillation unter stark vermindertem Druck im Kugelrohr (Badtemperatur 8O⁰C bei 0,1 mm Hg) 2,27 g 3-Methyl-2- -buten,l,4-dial-l-(2^f,2»-dimethyl-1',3'-propylen)-acetal liefert. Nach gaschromatographiseher Analyse zeigte die Fraktion einen Gehalt von 94 %, was einer Ausbeute von 58 % der Theorie entspricht.

Beispiel 3

3,4 g (2OmTtol) 3-Methyl-2-buten-l-al-(2»,2'-dimethyl-1',3'- -propylen)-acetal und 2,2 g (20 mMol) Selendioxid werden unter Rühren in 30 ml Chlorbenzol 15 Minuten auf 110⁰C erhitzt.

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Λ*

Nach Abkühlen wird die braune Lösung je zweimal mit wäßriger Natriumhydrogencarbonatlösung und Wasser gewaschen und anschließend mit Magnesiumsulfat getrocknet. Nach Abziehen des Lösungsmittels bleiben 4,3 g eines braunen Öls zurück, das bei Destillation unter stark vermindertem Druck im Kugelrohr (ca. 80°C bei 0,1 mm Hg) 1,97 g einer schwach gelben Fraktion ergibt. Der Gehalt dieser Probe an 3-Methyl-2-buten-l,4-dial-l-(2',2^!- -dimethyl-1¹,3'-propylen)-acetal wurde gas chromatographisch zu 88 % bestimmt, was einer Ausbeute von 47 % der Theorie entspricht.

Beispiel 4

Eine Suspension von 60 g (0,55 Mol) Selendioxid in 500 ml Dioxan wurde auf 80°C erwärmt. Man läßt darauf 85 g (0,5 Mol) 3~Methyl-2- -buten-l-al-(2',2'-dimethyl-l',3'-propylen)-acetal zufließen und hält die Mischung 10 Minuten unter Rückfluß am Sieden. Anschließend wird das Reaktionsgemisch im Eisbad abgekühlt.

Aufarbeitung: Nach Zusatz von 1 Liter Wasser extrahiert man dreiimal mit je 300 ml Benzol, vereinigt die Extrakte und reinigt sie durch Filtrieren über eine 10 cm starke Silikagelschicht. Die Benzollösung wird unter vermindertem Druck eingeengt und das braune zurückbleibende öl einer Destillation unter stark vermindertem Druck im Dünnschichtverdampfer unterworfen. Das Destillat läßt sich durch fraktionierte Destillation weiter reinigen; man erhält 59 g einer farblosen Flüssigkeit vom Siedepunkt Kp_Q ^ = bis 69°C, deren Gehalt an 3-Methyl~2-buten-l,4-dial-i-(2',2'- -dimethyl-1¹,3'-propylen)-acetal gaschromatographisch zu 97 % bestimmt wurde. Dies entspricht einer Gesamtausbeute von 62 % der Theorie.

Der Selengehalt dieser Fraktion liegt bei 0,1 %. Beweisend für die Struktur des Produktes ist u.a. das NMR-Spektrum:

^HALD	9	,27	ppm	J 5,5 Hz	mit	den
^HACET	5	,04	ppm	Fernkopplung
^HVINYL	6	,20	ppm

Protonen der CH,~Gruppe

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Das nach Beispiel 4 hergestellte 3-Methyl-2-buten-l,4-dial-l-(2', 2'-dimethy1-1',3^?-propylen)-acetal zeigt ein cis-trans-Verhältnis von 8 : 92; die angegebenen NMR-Daten beziehen sich auf die trans-Form.

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Claims

- ψ - " O. Z. 30 220 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von t"rans-3-Methyl-2-buten-l,^ -dial-1-acetalen der allgemeinen Formel I

R^J R^u H ·■

1 ß
in der R bis R für Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen, vorzugsweise eine Methylgruppe stehen, dadurch gekennzeichnet, daß man ein 3-Methyl-2-buten-l-al-acetal der allgemeinen Formel II

R² R¹ · "

^C . CH - CH = C - CH₃ (II),

C -- 0

Iß'
in der R bis R die oben angegebene Bedeutung haben, in einem Äther mit einem Siedepunkt zwischen 70 und 170⁰C, Benzol, einem inerten alkyl-substituierten oder halogenierten monocyclischen aromatischen Kohlenwasserstoff oder.einem mehr-¹ fachchlorierten aliphatischen Kohlenwasserstoff mit einem Siedepunkt zwischen 70 und 170⁰C als Lösungsmittel mit Selendioxid oxydiert.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das 3-Methyl-2-buten-l-al-acetal der Formel II bei Temperaturen von 80⁰C bis 120⁰C mit Selendioxid oxydiert.

- 10 -

- 10 - 0.1. ^O 220

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Oxydation des 3-Methyl-2-buten-l-al-acetals der Formel II eine Reaktionszeit von 5 Minuten bis 15 Minuten einhält.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ₃ daß man für die Oxydation des 3-Methyl-2-buten-l-al-acetals der
Formel II etwa molare Mengen an Selendioxid verwendet.

BASF Aktiengesellschaft

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