Le composé carbonylé tricyclique de formule:
EMI1.1
est un composé d'origine naturelle. La 7,7-diméthyl-6-méthylène- tricyclo[6.2.1.01-5]undécane-2-one a été en effet identifiée dans l'huile essentielle de vétiver, s'y trouvant à raison de 0,1 à 0,5%, selon la provenance de ladite huile essentielle [voir à ce sujet: The Flavour Industry , 1, 623 (1970) et Perfume and Essential
Oil Records , 60, 307 (1969)).
On a récemment découvert que la 7,7-diméthyl-6-méthylenetri- cyclo[6.2.1.0l-5]undécane-2-one possède, à l'état pur, une odeur à caractère boisé originale, très franche et très intense. Cette odeur est en outre très stable et parfaitement reproductible, alors que celle de l'huile essentielle naturelle, résultant de la combinaison des notes olfactives d'un très grand nombre de constituants odoriférants, varie selon la provenance, les méthodes d'extraction ou la pureté de ladite huile essentielle.
Grâce à ses qualités olfactives originales, la cétone tricyclique susmentionnée possède en parfumerie un champ d'application très vaste, nettement plus diversifié que celui de l'huile essentielle de vétiver, permettant notamment de créer des notes olfactives à caractère boisé totalement inédites. Ladite cétone tricyclique possède également un effet olfactif renforçateur et fixateur particulièrement apprécié (voir à ce sujet le brevet suisse N" 576238).
Isolée au moyen d'un procédé fort coûteux et extrêmement complexe. comprenant notamment plusieurs distillations successives sur colonne à pouvoir séparateur élevé, ainsi que de nombreuses chromatographies sur colonne, ladite cétone est actuellement hors de prix pour l'industrie des parfums, comme pour celle des arômes.
La présente invention apporte précisément une solution au problème posé par l'obtention rationnelle de la cétone tricyclique mentionnée ci-dessus.
Au moyen du procédé objet de la présente invention, procédé de synthèse original, industriellement et économiquement plus avantageux que l'isolation de la cétone susmentionnée à partir de l'huile essentielle de vétiver, il est désormais possible de mettre à la disposition de l'industrie des parfums ou des arômes, une 7,7diméthyl-6-méthylènetricyclo[6.2. 1.0 1 5]undécane-2-one pratiquement pure, supprimant ainsi les difficultés d'approvisionnement, de stockage et de purification inhérentes à l'huile essentielle d'origine naturelle.
La présente invention a en effet pour objet un procédé pour la préparation d'un composé carbonylé tricyclique de formule:
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caractérisé en ce qu'on effectue la réduction d'un composé de formule:
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dans laquelle l'un des symboles X représente un groupe COOH et l'autre un atome d'hydrogène, pour obtenir un composé de formule:
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dans laquelle l'un des symboles X' représente un groupe CH2OH et l'autre un atome d'hydrogène, on effectue ensuite l'acylation dudit alcool IIa, on pyrolyse l'ester ainsi préparé pour obtenir un composé de formule:
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dans laquelle les symboles X", pris conjointement, représentent un groupe méthylène, et finalement on oxyde le composé IIb ainsi obtenu.
Le procédé de l'invention consiste en fait à préparer la cétone tricyclique susmentionnée à partir d'un produit de départ relativement bon marché, I'acide 7,7-diméthyl-6-méthylènetricyclo- [6.2.1.0l 5]undéc-2-yl carboxylique, également connu sous le nom d'acide vétivénique ou zizanolque. Ce composé peut être en effet obtenu en très grandes quantités et à un prix de revient extrêmement bas, en tant que sous-produit résultant de la purification de l'huile essentielle de vétiver.
La transformation d'acide vétivénique en composé hydroxylé de formule IIa peut s'effectuer à l'aide des agents réducteurs communément utilisés à cet effet, tel un aluminohydrure de métal alcalin. On utilise de préférence l'aluminohydrure de lithium.
La pyrolyse de l'ester résultant de l'acylation du composé IIa peut s'effectuer à une température comprise entre 400 et 550' C.
On a cependant remarqué que les meilleurs rendements en dioléfine tricyclique IIb étaient obtenus lorsque ladite pyrolyse était effectuée à une température voisine de la limite supérieure du domaine de température cité auparavant.
La dioléfine ci-après
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est finalement transformée en cétone tricyclique I par scission oxydative de la double liaison exocyclique en position 2. Ladite scission oxydative peut s'effectuer par exemple par ozonolyse (voir L.F. Fieser & M. Fieser, Reagents for Organic Chemistry , vol. I. p. 773, John Wiley & Sons. New York 1967), ou par oxydation au moyen d'un métaperiodate de métal alcalin, en présence de quantités catalytiques de tétroxyde d'osmium (voir op. cit., p. 812).
L'exemple ci-après illustre la présente invention de façon plus détaillée. Dans ledit exemple, les températures sont indiquées en degrés centigrades.
Exemple:
Préparation de la 7. 7.7-diméthyl-6-méthylcGnetric rc lo-
[6.2. 1.01.5ftuzdécane-2-one
a) 7.7-Di édIyl-6- 2éll1yh"fleflicych)[6.2.1.O15]- undéc-2-ylméthanol: 5.0 g (21 mmoles) d'acide vétivénique dissous dans 50 ml d'éther anhydre, ont été ajoutés goutte à goutte à 1,6 g de LiAIH4 en suspension dans 100 ml d'éther anhydre. Après avoir été maintenu à 20 C durant l'addition des réactifs, le mélange réactionnel a été chauffé durant 2 h à reflux, traité ensuite par un égal volume d'eau. La phase organique obtenue a été finalement lavée, séchée et concentrée selon les techniques usuelles. On a ainsi recueilli 4,6 g d'une huile incolore contenant 95% de l'alcool désiré.
Un échantillon pour analyse a été purifié par distillation sous pression réduite.
[x]D20 = +35,9 (c = 2% dans CHCl3)
IR (film): 3350, 3100, 1635, 1465, 1380, 1362, 1025, 890 cm-l RMN (CC4): 1,06 (6H, s); 3,53 (2H, m); 4,57 et 4,71 (2 x 1H,
large s); 4,96 (1H, s) 6 ppm SU: MU = 220;m/e= 119,91,44,41.
b) Acétate de 7,7-diméthyl-6-méthylenetricyclo- [6.2.1.01.5]undéc-2-yle: 5,2 g (24 mmoles) de l'alcool préparé sous lettre a ont été traités durant 1 nuit à 20' C au moyen de 100 ml d'un mélange 1:1 de pyridine et d'anhydride acétique. Après évaporation des fractions volatiles sous pression réduite, le résidu obtenu a été repris par 200 ml d'éther. La phase organique a été ensuite lavée au moyen d'une solution de HCI 2N, NaHCO3 à 10% dans l'eau et finalement séchée sur MgSO4. Après évaporation à sec et distillation fractionnée (0,01 torr) du résidu ainsi obtenu, on a isolé 5,68 g (92%) d'ester désiré.
[du20 = + 32,8 (c = 4,6% dans CHCl3)
IR (film): 3095, 1740, 1638, 1460, 1378, 1240, 1035, 890 cm-l
RMN (CC4): 1,03 et 1,05 (6H, 2s); 1,93 (3H, s); 3,90 (2H, m);
4,48 (1H, s); 4,63 (1H, s) 6 ppm
SM: m/e = 261, 202, 187, 159. 43.
c) 7,7-Diméthyl-2,6-diméthylènetricyclo[6.2.1.015] undécane: 19,5 g (74 mmoles) de l'ester préparé sous lettre b, dissous dans 10 ml de n-pentane, ont été pyrolysés en faisant passer ladite solution dans une tube chauffé à 540' C et préalablement rempli de fragments de quartz. Le pyrolysat ainsi obtenu a été repris dans 200 ml d'éther, lavé au moyen de Na2CO3 2N et finalement distillé sous pression réduite (0.01 torr) pour donner 13,8 g (92%) de dioléfine désirée.
[du20 = -34,4 (c = 1% dans CHCI3)
IR (film): 3095, 3085, 1645, 1635, 1460, 1378, 1360, 890 cm-l
RMN (CC4): 1,07 (6H. s); 4,53(1H,s large). 4.70(1H. m) 6 ppm SM:M+ = 202; m/e = 132.131.91.
d) Oxydation du 7,7-diméthyl-6-méthylènetricyclo- [6.2.1.01.5/undécane au moyen de OsOviNalOv: 5,0 g (25 mmoles) du composé préparé sous lettre c, dissous dans 200 ml de dioxanne, ont été ajoutés à une solution de 980 mg (3,9 mmoles) de tètroxyde d'osmium dans 20 ml de dioxanne. Le mélange obtenu a été agité durant 30 mn, puis additionné de 150 ml d'une solution d'acide acétique à 50% dans l'eau. l'agitation se poursuivant pour une nouvelle période de 30 mn. Après l'addition d'une solution aqueuse concentrée de 15,9 g (74 mmoles) de NalO4. le mélange réactionnel a été finalement maintenu sous agitation durant 5 h à température ambiante.
Après dilution au moyen de 500 ml d'eau, extraction à l'éther, lavage et séchage selon les techniques usuelles, on a obtenu un produit brut qui, après purification par chromatographie sur colonne (gel de silice n-pentanejacé- tate d'éthyle), a donné 1.6 g (32%) de cétone tricyclique désirée.
Les données spectrales du produit ainsi obtenu étaient identiques à celles d'un échantillon obtenu selon une méthode connue.
e) O¯onoly.ve du 7.7-diméthyl-2,6-diméthylènetricyclo- [6.2.1.01.5]undécane: Une solution méthanolique contenant 5.0 g
(25 mmoles) du produit obtenu sous lettre c. refroidie à 78 C, a été parcourue par un courant d'ozone jusqu'à disparition du produit de départ. Après l'addition d'ozone. le mélange réactionnel a
été ramené à température ambiante. dilué avec de l'eau et finale
ment chauffé 3 h à reflux. Après addition de 10 g de NaHSO3 et
extraction à l'éther selon les techniques usuelles, on a isolé 4.7 g
d'un produit brut contenant 50 > 1" de la cétone tricyclique désirée (analyse par chromatographie en phase gazeuse: Carbowax 20M/200@). Ladite cétone a été obtenue à l'état pur, avec un rendement de 30%, après purification selon la méthode décrite sous lettre d.
L'acide vétivénique utilisé comme produit de départ dans le procédé ci-dessus peut être utilisé tel qu'obtenu dans le commerce (pureté environ 90%) ou après avoir été purifié comme suit:
50,0 g d'acide vétivénique brut (Bonga I - commercialisé par
K. von Ahlefeldt, Angola), dissous dans 250 ml d'acétone, ont été mélangés à 25 g de cyclohexylamine. Le produit solide ainsi obtenu a ensuite été recristallisé 3 fois dans un mélange acé tonelméthanol 10 :1 et finalement hydrolysé au moyen d'acide chlorhydrique 2N. On a ainsi obtenu 41,5 g d'acide vétivénique (83% - rendement basé sur le produit brut).
F. 76-78 C Ca,20 = + 25,9 (e = 1,5% dans CHCI3)
IR (CCl4): 3100, 2800-2400, 1700; 1640, 1462, 1420, 1380, 1365,
1230, 895 em-1
RMN (CCl4): 1,08 et 1,11 (6H, 2s); 4,66 (1H, m); 4,82 (1H, m);
11,03 (1H, s) 6 ppm
SM:M+ = 234; m/e = 219, 164,119.
The tricyclic carbonyl compound of formula:
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is a compound of natural origin. The 7,7-dimethyl-6-methylene-tricyclo [6.2.1.01-5] undecan-2-one has indeed been identified in the essential oil of vetiver, being there in a proportion of 0.1 to 0, 5%, depending on the origin of the said essential oil [see on this subject: The Flavor Industry, 1, 623 (1970) and Perfume and Essential
Oil Records, 60, 307 (1969)).
It has recently been discovered that 7,7-dimethyl-6-methylenetri-cyclo [6.2.1.0l-5] undecan-2-one has, in its pure state, an original, very frank and very intense woody odor. . This odor is also very stable and perfectly reproducible, whereas that of natural essential oil, resulting from the combination of the olfactory notes of a very large number of odoriferous constituents, varies according to the origin, the extraction methods or the purity of said essential oil.
Thanks to its original olfactory qualities, the aforementioned tricyclic ketone has in perfumery a very wide field of application, clearly more diversified than that of the essential oil of vetiver, making it possible in particular to create completely new olfactory notes with a woody character. Said tricyclic ketone also has a particularly appreciated strengthening and fixing olfactory effect (see on this subject Swiss Patent No. 576238).
Isolated by a very expensive and extremely complex process. comprising in particular several successive distillations on a column with a high separating power, as well as numerous column chromatographies, said ketone is currently out of price for the perfume industry, as for that of aromas.
The present invention precisely provides a solution to the problem posed by rationally obtaining the tricyclic ketone mentioned above.
By means of the process which is the subject of the present invention, an original synthetic process, industrially and economically more advantageous than the isolation of the aforementioned ketone from the essential oil of vetiver, it is now possible to make available to the perfume or aroma industry, a 7,7dimethyl-6-methylènetricyclo [6.2. 1.0 1 5] practically pure undecan-2-one, thus eliminating the difficulties of supply, storage and purification inherent in essential oil of natural origin.
A subject of the present invention is in fact a process for the preparation of a tricyclic carbonyl compound of formula:
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characterized in that one carries out the reduction of a compound of formula:
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in which one of the symbols X represents a COOH group and the other a hydrogen atom, to obtain a compound of formula:
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in which one of the symbols X 'represents a CH2OH group and the other a hydrogen atom, the acylation of said alcohol IIa is then carried out, the ester thus prepared is pyrolyzed to obtain a compound of formula:
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wherein the symbols X ", taken together, represent a methylene group, and finally the compound IIb thus obtained is oxidized.
The process of the invention consists in fact of preparing the above-mentioned tricyclic ketone from a relatively inexpensive starting material, 7,7-dimethyl-6-methylenetricyclo- [6.2.1.0l 5] undec-2 acid. -yl carboxylic acid, also known as vetivenic acid or zizanolque. This compound can in fact be obtained in very large quantities and at an extremely low cost price, as a by-product resulting from the purification of the essential oil of vetiver.
The conversion of vetivenic acid into the hydroxyl compound of formula IIa can be carried out using reducing agents commonly used for this purpose, such as an alkali metal aluminum hydride. Lithium aluminohydride is preferably used.
Pyrolysis of the ester resulting from the acylation of compound IIa can be carried out at a temperature of between 400 and 550 ° C.
It has however been observed that the best yields of tricyclic diolefin IIb were obtained when said pyrolysis was carried out at a temperature close to the upper limit of the temperature range mentioned above.
The diolefin below
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is finally transformed into a tricyclic ketone I by oxidative cleavage of the exocyclic double bond in position 2. Said oxidative cleavage can be carried out for example by ozonolysis (see LF Fieser & M. Fieser, Reagents for Organic Chemistry, vol. I. p. 773, John Wiley & Sons. New York 1967), or by oxidation using an alkali metal metaperiodate, in the presence of catalytic amounts of osmium tetroxide (see op. Cit., P. 812).
The following example illustrates the present invention in more detail. In said example, temperatures are given in degrees centigrade.
Example:
Preparation of 7. 7.7-dimethyl-6-methylcGnetric rc lo-
[6.2. 1.01.5ftuzdecan-2-one
a) 7.7-Di edIyl-6- 2éll1yh "fleflicych) [6.2.1.O15] - undec-2-ylmethanol: 5.0 g (21 mmol) of vetivenic acid dissolved in 50 ml of anhydrous ether, were added dropwise drop to 1.6 g of LiAIH4 suspended in 100 ml of anhydrous ether After being maintained at 20 ° C. during the addition of the reagents, the reaction mixture was heated for 2 h at reflux, then treated with an equalizer. volume of water The organic phase obtained was finally washed, dried and concentrated according to the usual techniques to obtain 4.6 g of a colorless oil containing 95% of the desired alcohol.
A sample for analysis was purified by distillation under reduced pressure.
[x] D20 = +35.9 (c = 2% in CHCl3)
IR (film): 3350, 3100, 1635, 1465, 1380, 1362, 1025, 890 cm-1 NMR (CC4): 1.06 (6H, s); 3.53 (2H, m); 4.57 and 4.71 (2 x 1H,
large s); 4.96 (1H, s) 6 ppm SU: MU = 220; m / e = 119.91.44.41.
b) 7,7-dimethyl-6-methylenetricyclo- [6.2.1.01.5] undec-2-yl acetate: 5.2 g (24 mmoles) of the alcohol prepared under letter a were treated overnight at 20 ° C using 100 ml of a 1: 1 mixture of pyridine and acetic anhydride. After evaporation of the volatile fractions under reduced pressure, the residue obtained was taken up in 200 ml of ether. The organic phase was then washed with a solution of 2N HCl, 10% NaHCO3 in water and finally dried over MgSO4. After evaporation to dryness and fractional distillation (0.01 torr) of the residue thus obtained, 5.68 g (92%) of the desired ester was isolated.
[du20 = + 32.8 (c = 4.6% in CHCl3)
IR (film): 3095, 1740, 1638, 1460, 1378, 1240, 1035, 890 cm-l
NMR (CC4): 1.03 and 1.05 (6H, 2s); 1.93 (3H, s); 3.90 (2H, m);
4.48 (1H, s); 4.63 (1H, s) 6 ppm
MS: m / e = 261, 202, 187, 159. 43.
c) 7,7-Dimethyl-2,6-dimethylenetricyclo [6.2.1.015] undecane: 19.5 g (74 mmoles) of the ester prepared under letter b, dissolved in 10 ml of n-pentane, were pyrolyzed in passing said solution through a tube heated to 540 ° C. and previously filled with quartz fragments. The pyrolysate thus obtained was taken up in 200 ml of ether, washed with 2N Na2CO3 and finally distilled under reduced pressure (0.01 torr) to give 13.8 g (92%) of the desired diolefin.
[du20 = -34.4 (c = 1% in CHCl3)
IR (film): 3095, 3085, 1645, 1635, 1460, 1378, 1360, 890 cm-l
NMR (CC4): 1.07 (6H · s); 4.53 (1H, br s). 4.70 (1H. M) 6 ppm MS: M + = 202; m / e = 132,131.91.
d) Oxidation of 7,7-dimethyl-6-methylenetricyclo- [6.2.1.01.5 / undecane by means of OsOviNalOv: 5.0 g (25 mmoles) of the compound prepared under letter c, dissolved in 200 ml of dioxane, have was added to a solution of 980 mg (3.9 mmol) of osmium tetroxide in 20 ml of dioxane. The mixture obtained was stirred for 30 min, then added with 150 ml of a 50% solution of acetic acid in water. agitation continuing for a further period of 30 minutes. After the addition of a concentrated aqueous solution of 15.9 g (74 mmol) of NalO4. the reaction mixture was finally kept under stirring for 5 h at room temperature.
After dilution with 500 ml of water, extraction with ether, washing and drying according to the usual techniques, a crude product was obtained which, after purification by column chromatography (silica gel n-pentanejacetate). ethyl), gave 1.6 g (32%) of the desired tricyclic ketone.
The spectral data of the product thus obtained were identical to those of a sample obtained according to a known method.
e) O¯onoly.ve of 7.7-dimethyl-2,6-dimethylenetricyclo- [6.2.1.01.5] undecane: A methanolic solution containing 5.0 g
(25 mmoles) of the product obtained under letter c. cooled to 78 C, was traversed by a current of ozone until disappearance of the starting material. After the addition of ozone. the reaction mixture has
brought back to room temperature. diluted with water and final
ment heated 3 h at reflux. After addition of 10 g of NaHSO3 and
extraction with ether according to the usual techniques, 4.7 g were isolated
of a crude product containing 50> 1 "of the desired tricyclic ketone (analysis by gas chromatography: Carbowax 20M / 200 @). Said ketone was obtained in the pure state, with a yield of 30%, after purification according to the method described under letter d.
The vetivenic acid used as the starting material in the above process can be used as obtained commercially (purity about 90%) or after having been purified as follows:
50.0 g of crude vetivenic acid (Bonga I - marketed by
K. von Ahlefeldt, Angola), dissolved in 250 ml of acetone, were mixed with 25 g of cyclohexylamine. The solid product thus obtained was then recrystallized 3 times from a 10: 1 aceton and methanol mixture and finally hydrolyzed with 2N hydrochloric acid. There was thus obtained 41.5 g of vetivenic acid (83% - yield based on the crude product).
Mp 76-78 C Ca, 20 = + 25.9 (e = 1.5% in CHCl3)
IR (CCl4): 3100, 2800-2400, 1700; 1640, 1462, 1420, 1380, 1365,
1230, 895 em-1
NMR (CCl4): 1.08 and 1.11 (6H, 2s); 4.66 (1H, m); 4.82 (1H, m);
11.03 (1H, s) 6 ppm
MS: M + = 234; m / e = 219,164,119.