DE2804597C2

DE2804597C2 - Verfahren zur Herstellung von β-Damascon und β-Damascenon

Info

Publication number: DE2804597C2
Application number: DE2804597A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Chem. Dr. 6800 Mannheim Baumann; Werner Dipl.-Chem. Dr. 6701 Neuhofen Hoffmann
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1978-02-03
Filing date: 1978-02-03
Publication date: 1985-11-07
Also published as: DE2804597A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung vonjg-Damascon (I a; 2,6,6-Trimethyl-1-crotonyl-cyclohex-l-en) und „β-Damascenon (Ib; 2,6,6-Trimethyl-l-crotonyl-cyclohexa-IJ-dien) gemäß den vorstehenden Ansprüchen.

Aus HeIv. Chim. Acta 56 (1973), S. 1503 f. ist es bekannt, diese als Duft- und Aromastoff wertvollen Verbindungen herzustellen, indem man 2,6,6-Trimethyl-cyclohexanon (Ha) bzw. 2,6,6-Trimethyl-cyclohex-2-en-on (üb) in Gegenwart einer starken Base wie Kaüum-tert-butylat mit Butin-3-ol (HIO zu den Verbindunen IVa' bzw. IVb' umsetzt und letztere mit einer starken Säure in I a bzw. I b überfuhrt. Hierbei erhält man jedoch beim Einsatz von Ub überwiegende Mengen der unerwünschten Spiroverbindungen Vb.

OH

⁰ vA

EQ"

IVb'

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die Herstellung vonjff-Damascon Ia und Damascenon Ib, ausgehend von (Ha) bzw. (II b) zu verbessern und hierbei insbesondere die Bildung der Spiroverbindungen zu unterdrücken.

Es wurde nun gefunden, daß man^-Damascon und β -Damascenon auf sehr wirtschaftliche Weise und in hohen Ausbeuten erhält, wenn man 2,6,6-Trimethyl-cyclohexanon bzw. 2,6,6-Trimethyl-cyclohex-2-en-on in Gegenwart einer starken Base mit 3,5-Dimethyl-4,6-dioxa-hept-l-in umsetzt und die hierbei entstehenden Verbindungen bei Temperaturen von 45-100⁰C mit einem sauren Katalysator behandelt, dessen Säurestärke gleich oder größer ist als die von Ameisensäure.

Im obigen Verfahrensschema treten an die Stelle der Verbindungen (III¹), (IVaO und (IVbO somit die Verbindungen III, IVa und IVb

OH

,OH

ΙΠ IVa IVb

Die Ausgangsverbindungen (Ha) (lib) sind bekannt. Die Verbindung (lib) ist beispielsweise nach dem Ver-

fahren der DE-OS 25 47 223 aus Äthylisopropylketon und Acrolein herstellbar; Die Verbindung (II a) erhält man durch Hydrieren von II b.

Die Verbindung (III) ist neu. Säe ist in an sich bekannter Weise (vgl. Houben-Weyl, »Methoden der Organischen Chemie, 4. Auflage 1965, Band 6/3, Seite 229 R) in hohen Ausbeuten durch Umsetzen von Butin-3-ol mit äquimolaren ode leicht überschüssigen Mengen Methylvinyläther bei - 10⁰C in Gegenwart eines sauren Katalysators wie Thionylchlorid zugänglich.

Zur Herstellung der Verbindungen IV läßt man auf 1 Mol der Verbindung II zweckmäßigerweise 1 bis 1,2 Mol der Verbindung III in Gegenwart von 1 bis3 Mol einer wasserfreien starken Base einwirken, wobei es vorteilhalt ist, die in einem Verdünnungsmittel gelöste oder suspendierte Base vorzulegen und hierzu das Gemisch aus den Verbindungen II und III oder im Falle der Verwendung einer metallorganischen Verbindung als starker Base zuerst die Verbindung ΙΠ und dann II allmählich unter Rühren zuzugeben. Zweckmäßigerweise nimmt man diese Reaktion bei Temperaturen von —10° bis 25°C vor. Bei tieferen Temperaturen verlangsamt sich die Reaktionsgeschwindigkeit zu sehr und bei höheren Temperaturen ist die Gleichgewichtslage ungünstiger, und es kann zu Nebenreaktionen durch die starke Base kommen. Έζ ist ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß die Reaktion bereits mit gewöhnlichen Alkalihydroxiden gelingt, so daß man nicht auf die wesentlich teureren und schwieriger zu handhabenden Alkalialkoholate angewiesen ist. Dementsprechend verwendet man als starke Basen bevorzugt Kaliumhydroxid, jedoch können beispielsweise auch Kalium-tert.-Butylat, Grignardverbindungen und Lithium-Verbindungen verwendet werden. Im Gegensatz zu dem Verfahren gemäß HeIv. ChÄ.~i. Acta werden von den genannten metallorganischen Verbindungen nur jeweils etwa 1 Mol pro Mol Keton benötigt.

Das bevorzugt verwendete KOH verwendet man im allgemeinen in Mengen von 2 bis 5 MoI, vorzugsweise etwa 3 Mol pro Mol Keton.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß man nicht auf so aufwendig zurückzugewinnende Verdünnungsmittel, wie Tetrahydrofuran, angewiesen ist, sondern mit Vorteil leicht zugängliche und dadurch billige Kohlenwasserstoffe und Äther als Lösungsmittel verwenden kann. Dementsprechend verwendet man als Lösungsmittel vorzugsweise Cyclohexan, Diäthyläther, XyIo! und insbesondere Toluol. Bei Verwendung von Alkylmagnesiumhalogeniden als starker Base allerdings bringt die Verwendung von Tetrahydrofuran erhebliche Vorteile.

Bei der erfindungsgemäßen Umsetzung ist es nicht erforderlich, daß sich auch die Base in dem Verdünnungsmittel löst, vielmehr genügt es, die Base in feiner Verteilung hierin zu suspendieren. Die Menge des Verdünnungsmittels ist nicht kritisch, beträgt jedoch zweckmäßigerweise 3 bis 10 Liter pro kg der Verbindung II.

Das Ende der Reaktion läßt sich durch Verfolgung der Umsetzung mittels Dünnschichtchromatographie leicht bestimmen. Man erken.H es daran, daß keine oder praktisch keine Ausgangsverbindungen mehr im Gemisch nachweisbar ist.

Bei der Umsetzung fallen die Alkohole der Formel IV zum Teil in Form ihrer Alkoholate aus, weshalb man das Gemisch zweckmäßigerweise mit Wasser versetzt, die organische Phase mehrfach wäscht, trocknet und vom Verdünnungsmittel befreit.

Eine unmittelbare Säurebehandlung des Reaktionsansatzes zur Herstellung der Verfahrensprodufcte I ist zwar möglich, empfiehlt sich aber wegen der Gefahr der Acetalspaltung nicht. Hingegen ist es nicht erforderlich, die Verbindungen IV für die weitere Umsetzung in reiner Form zu isolieren. Man erhält die Verbindungen IV normalerweise in Rohausbeuten von 90 bis 100% bei IVa und von 60-70% bei IVb, bezogen auf eingesetztes Keton. Das erhaltene Roh-lVa bzw. Roh-IVb enthält im wesentlichen nur noch nicht umgesetztes Ausgangsketon.

Als Katalysatoren für die säurekatalysierte Umlagerung der Diole IV kommen im allgemeinen alle Säuren oder sauren Systeme in Betracht, die eine Säurestärke haben, die gleich oder größer ist als die von Ameisensäure, d. h. also, einem pK_s-Wert gleich oder kleiner als etwa3,77 entspricht und die Verbindung IVnicht anderweitig angreifen. Genannt seien beispielsweise: wäßrige Ameisensäure in Konzentrationen von 70 bis97%, wäßrige Schwefelsäure verschiedener Konzentration, Schwefelsäure verdünnt mit organischen Lösungsmitteln, wie Äthanol, Propanol, n-Butyläther und Essigsäure, Chloressigsäuren, Benzolsulfonsäuren, handelsübliche stark saure Kationenaustauscher auf der Basis von Polystyrolsulfonsäureharzen oder Phenolsulfonsäureharzen in Ameisensäure oder Essigsäure, p-ToluolsuIfonsäure, insbesondere HCOOH, H₂SO₄ und H₃PO₄ als solche, in Mischungen untereinander oder verdünnt mit Wasser oder organischen Lösungsmitteln, wie Cp bis C₄-Alkanolen oder deren Äthern. Den sauren Katalysator verwendet man im allgemeinen in mehrfach molaren Mengen, d. h. gleichzeitig als Lösungsmittel.

Besonders geeignet ist 5 bis 30 Gew.-%ige wäßrige Schwefelsäure. Halogenwasserstoffsäuren, wie HCl sind weniger geeignet, da sie Anlaß zu Nebenreaktionen geben.

Bezüglich weiterer Einzelheiten über diese sogenannte Rupe-Umlagerung verweisen wir auf S. Swaminathan u. a. Chem. Reviews 71 (1971) 5, Seiten 429 bis 434.

Zur Durchführung der säurekatalysierten Umlagerung gibt man das rohe IV zweckmäßigerweise zu der 5- bis 20fachen Menge der auf Temperaturen von etwa 45 bis 100⁰C gehaltenen Säure oder Säuremischung.

Nach Beendigung der Ufnlagerüngsreaktion läßt man das Reaktionsgemisch abkühlen, neutralisiert und extrahiert die wäßrige Phase wie üblich mit einem organischen Lösungsmittel, wie Äther, und arbeitet die so erhaltene organische Phase auf die Verfahrensprodukte auf. Man erhält die Verbindungen I a in Ausbeuten von etwa 45 bis 55% und die Spiroverbindungen Va in Ausbeuten von 10 bis 15%, bezogen auf eingesetztes Rohdiol, während nach dem in HeIv. Chim. Acta 56 beschriebenen Verfahren unter Verwendung des Butin-3-ols (ΙΙΓ) die Ausbeuten an 1 a etwa 50 bis 55% und die von Va etwa 40 bis 45% betragen. Im Falle der Umsetzung von 2,6,6-Trimethyl-cyclohexanon zum jS-Damascenon ist der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens stärker ausgeprägt. Man erhält bei der Umsetzung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bei Verwendung von KOH etwa 25-30% der Theorie an Damascenon neben 15-20% der Spiroverbindung Vb und bei Verwendung von

Methylmagnesiumchlorid sogar 94% der Theorie an Ib, während gemäß dem in loc. cit. beschriebenen Verfahren mit Butin-3-ol nur 6% Ib neben 54% der Spiroverbindung Vb erhalten werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit einen beachtlichen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik dar, wobei das gute Gelingen im Hinblick auf die Umlagerungsreaktion von IV' bzw. IV zu I ds bemerkenswert zu bezeichnen ist

Die Verfahrensprodukte sind bekanntermaßen wertvolle Duft- und Aromastoffe für kosmetische Zubereitungen bzw. Lebensmittel.

Beispiel 1
Herstellung von jS-Damascon (Ia)

a) Herstellung von 3,5-Dimethyl-4,6-dioxa-hept-l-in (III)

Zu 120 g (2,07 Moi) Methylvinyläther wurden bei -10⁰C bis -5°C im Laufe einer Stunde unter Rühren 140 g (2 Mol) Butin-3-ol gegeben, welches ca. 0,2 g Thionylchlorid als sauren Katalysator enthielt. Nachdem das Reaktionsgemisch noch je eine Stunde bei -10 C und +45⁰C gehalten wurde, wurde es destillativ aufgearbeitet. Die Ausbeute, an dem Verfahrensprodukt betrug 82%, bezogen auf eingesetztes Butinol. Die Verbindung ist eine Flüssigkeit mit einem Siedebereich von 55-60°C/50 mbar; ihre Konstitution wurde durch IR- und NMR-Spektren nachgewiesen.
20

b) Herstellung von 2,6,6-Trimeihy!-l-hydroxy-l-(3^-di!nethyl-4,6-dioxa-hept-l-in-l-y!)-c;:'c!ohexan (IVa)

Zu einer Suspension aus 45 g (0,8 Mol) Kaliumhydroxid und 200 ml Toluol wurden bei 20⁰C eine Mischung aus 42 g (0,3 Mol) 2,6,6-Trimethylcyclohexanon und 42 g (0,328 Mol) 3,5-Dimethyl-4,6-dioxa-hept-l-in gegeben, wonach das Reaktionsgemisch noch 6-8 Stunden bei Raumtemperatur gerührt wurde. Danach wurde das Gemisch mit 100 ml Wasser versetzt.

Nach Entfernung des Lösungsmittels von der organischen Phase blieb das Verfahrensprodukt in einer Rohausbeute von 77,4 g entsprechend 96%, zurück. Hiervon betrug der Anteil an der reinen Verbindung IVa über 95%. Dieses Rohgemisch ist nicht destillierbar, da leicht Zersetzung eintritt. Die Identifizierung der Produkte erfolgte duch IR- und NMR-Spektroskopie.

c) Herstellung vonjS-Damascon (Ia)

35 g des Rohproduktes IVa wurden im Laufe von 15 Minuten bei Siedetemperatur zu 300 ml einer 10 Gew.-%igen Schwefelsäure gegeben und das Reaktionsgemisch noch 1 Stunde oei dieser Temperatur gehalten, wobei die niedrigsiedenden Reaktionsprodukte Methanol und Acetaldehyd abdestilliert wurden. Nach Extraktion des abgekühlten Reaktionsgemisches mit3 x 50 ml Äther wurde die organische Phase neutralisiert, getrocknet und der Äther abdestilliert. Es verblieb ein Rückstand von 26 g. Die Destillation ergab 16 ?, (64%) eines Gemisches vom Siedepunkt Kp = 52-56°C/0,05 mbar, das nach NMR- und gaschromatographischer Analyse zu 78% ausjS-Damascon und zu 21% aus der entsprechenden Spiroverbindung Va besteht. Die Ausbeuten &nß- Damascon beträgt demnach 50,5% und die der Spirovorbindung Va 13,5%, bezogen auf eingesetztes reines Diol IVa.

Beispiel 2

Herstellung von^S-Damascenon (Ib)
a) Herstellung von 2,6,6-Trimethyl-l-hydroxy-l-(3,5-dimethyl-4,6-dioxa-hept-l-in-l-yl)-cyclohex-2-en (IVb)

Zu einer Suspension aus 30 g (0,54 Mol) Kaliumhydroxid und 150 ml Toluol wurde bei 20⁰C eine Mischung aus 27,5 g (0,2 Mol) .!,o.o-Trimethyl-cyclohex^-en-on und 27,5 g (0,214 MoI)3,5-DimethyI-4,6-dioxa-hept-l-in gegeben, wonach das Reaktionsgemisch noch 48 Stunden bei Raumtemptratur gerührt wurde. Anschließend wurde das Gemisch mit 100 ml Wasser versetzt. Nach Entfernung des Lösungsmittels von der organischen Phase blieb das Verfahrensprodukt in einer Rohausbeute vor 71% der Theorie zurück. Das erhaltene Rohprodukt bestand etwa zu 80-85% aus reinem IVb neben nicht umgesetztem Hb.

b) Herstellung von^S-Damascenon (Ib)

54 g des Rohproduktes IVb wurden im Laufe von 15 Minuten^bei Siedetemperatur zu 300 ml einer 10 Gew.-%igen Schwefelsäure gegeben und das Reaktionsgemisch noch 2 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, wobei die niedrigsiedenden Reaktionsproduke Methanol und Acetaldehyd abdestilliert wurden. Nach Extraktion des abgekühlten Reaktionsgemisches mit 3 X 50 ml Äther lieferte die übliche Aufarbeitung 19,5 g (entsprechend 50%) eines Produktgemiches vom Siedepunkt 64-70⁰C bei 0,1 mbar, das nach Kemresonanzspektrum und Gaschromatogramm 46% Damascenon und 37% der Spiroverbindung Vb enthält.

Beispiel 3

Zu einer Lösung von 0,5 Mol Methylmagnesiumchlorid in 300 ml Tetrahydrofuran wurden 64 g (0,5 Mol) 3,5-Dimethyl-4,6-dioxa-hept-l-in getropft und das Reaktionsgemisch noch 60 Minuten gerührt. Anschließend

wurden bei Raumtemperatur unter leichter Kühlung 65 g (0,41 Mol) 2,6,6-Trimethyl-cyclohex-2-en-on zugetropft und über Nacht gerührt. Das erhaltene Reaktionsgemisch wurde mit 90 ml Wasser zersetzt, die organische Phase abdekantiert, getrocknet und eingeengt. Nach Abdestillieren des Tetrahydrofurans hinterblieben 118 g Rückstand, der nach IR- und NMR-spektroskopischer Untersuchung nur noch geringe Mengen des Ausgangsketons enthielt. Die Ausbeute an 2,6,6-Trimethyl-l-hydroxy-l-(3,5-dimethyl-4,6-dioxa-hept-l-in-l-yl)-cyclohex-2-en betrug 94%, bezogen auf eingesetztes Keton.

Arbeitet man wie oben beschrieben, nur erhitzt man das Reaklionsgernisch 2 Stünden unter Rückfluß zum Sieden anstelle es über Nacht bei Raumtemperatur zu rühren, so erhält man etwa die gleichen Ergebnisse.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung vonjS-Damascon und _/8-Damascenon durch Umsetzung von 2,6,6-Trimethylcyclohexanon bzw. -cyclohexenon mit Butin-3-ol in Gegenwart einer starken Base und Behandeln der dabei gebildeten Verbindungen mit einem saurem Katalysator, dessen Säarestärke gleich oder größer ist als die von Ameisensäure, bei Temperaturen von 45—100⁰C, dadurch gekennzeichnet, daß man anstelle des Butin-3-ols dessen 1-Methoxy-l-ethylether 0^-DimethyI-4,6-dioxa-hept-l-in) verwendet

2. Verfahren zur Herstellung von jS-Damascon und jJ-Damascenon gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Kaliumhydroxid als starke Base verwendet