DE2715080C2 - Verfahren zur Herstellung von Cyclopent-2-enon-Derivaten - Google Patents

Description

R₃O

TV

^CH₂OR₂
OR₃

in welcher Ri und R₂ die oben genannten Bedeutungen besitzen und R3 für eine Methyl- oder Äthylgruppe steht, in Anwesenheit eines Säurekatalysators bei etwa -15° C bis etwa 10O⁰C erhalten und gegebenenfalls aus dem Reaktionsgemisch nicht abgetrennt worden sind.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Cyclopentenon-Derivaten.

Die erfindungsgemäß hergestellten Cyclopent-2-enon-Derivate können durch die folgende Formel dargestellt werden:

OR₂

65

In dieser Formel steht Ri für eine Methyl- oder Äthylgruppe und R₂ für Wasserstoff, eine Methyl- oder Acetylgruppe. Derartige Cyclopent-2-enonderivate sind bereits bekannt und eignen sich zur Geschmacksverbesserung von Lebensmitteln, Getränken, Futtermitteln oder dgL

Die bisher bekannten Verfahren zur Herstellung dieser Verbindungen umfaßten im allgemeinen viele und komplizierte Verfabrensstufen, lieferten Isomere, die sich nur schwer trennen ließen oder arbeiteten mit schädlichen Chemikalien, die Umweltschutzprobleme aufwarfea

In J. Org. Chem. 35, 3203 (1970) wird z.B. ein Verfahren beschrieben, bei dem die Reaktion in folgender Weise verläuft:

20

in der Ri für eine Methyl- oder Äthylgruppe und R₂ für Wasserstoff oder eine Methyl- oder Acetylgruppe steht, dadurch gekennzeichnet, daß man ein 1,4-Diketoderivat der Formel:

R₁COCH₂CH₂COCH₂Or₂

in welcher Ri und R₂ die oben genannten Bedeutungen besitzen, in Anwesenheit eines basischen Katalysators bei einer Temperatur zwischen Zimmertemperatur und etwa 130° C cyclisiert

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als basischer Katalysator Natriumoder Kaliumcarbonat, Natriumhydroxid, Triethylamin oder ein basisches Ionenaustauscher-Harz verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- jo zeichnet, daß man als Ausgangsmaterial der vorstehenden Formel

RICOCH₂CH₂COCh₂OR₂

Verbindungen verwendet die durch Ringspaltung eines Tetrahydrofuranderivates der Formel:

50

55 /^CO₂CH₃
\/CO₂CH₃ W

Dieses Verfahren besitzt jedoch viele Nachteile: Ausbeuten von nur 50 bis 60%, die Verwendung kostspieliger Ausgangsmaterialien sowie gefährlicher oder schädlicher Verbindungen, z. B. Natriummetall oder ähnliche stark basische Substanzen, wie Chlorgas.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines vereinfachten Verfahrens zur Herstellung von Cyclopent-2-enonderivaten in guten Ausbeuten.

Auch soll dabei die Anwendung schädlicher Chemikalien und eine Umweltverschmutzung vermieden werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Cyclopent-2-enonderivaten der Formel:

OR,

in der Ri für eine Methyl- oder Äthylgruppe und R₂ für Wasserstoff oder eine Methyl- oder Acetylgruppe steht, ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein 1,4-Diketoderivat der Formel:

R₁COCH₂CH₂COCh₂OR₂

(2)

in der Ri und R₂ die oben genannten Bedeutungen besitzen, in Anwesenheit eines basischen Katalysators bei einer Temperatur zwischen Zimmertemperatur und etwa 130° C cyclisiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung lassen sich die

gewünschten CycIopent-2-enonderivate also mittels eines einfachen Verfahrens in hohen Ausbeuten von etwa 90% herstellen, ohne daß Isomere erhalten werden, die sich nur schwer trennen lassen, und ohne daß die Verwendung schädlicher Verbindungen zur

(a) R R₃O

(3)

CH₂OR₂ OR₃

Hydrolyse

Umweltverschmutzung beiträgt

Das erfindungsgemäß als Ausgangsmaterial verwendete 1,4-Diketoderivat ist bekannt und wird z. B. durch nachstehende Verfahren hergestellt:

Säurekatalysator RjCOCH₂CH₂COCH₂OR₂

(2)

(b) Ri

CH₂OR₂

Hydrolyse

R₁COCh₂CH₂COCH₂OR₂

(4)

(2)

I I CH₃SOCHr Γ I

(c) O O » O

X X

R, CH₂CH₂CO₂CH₃ R₁ CH₂CH₂COCh₂SOCH₃

(5)

Säure

(6)

-♦ R₁COCh₂CH₂COCHSCH₃ OH

Reduktion

R₂OH

-> R₁COCH₂CH₂COCh₂OR₂

In den oben aufgeführten Verfahren (a) bis (c) besitzen R₁ und R₂ die obengenannten Bedeutungen, und R₃ steht für eine Methyl- oder Äthylgruppe.

Bei dem Verfahren (a) wird das 1,4-Diketoderivat (2) leicht erhalten, indem man ein Tetrahydrofuran-Derivat (3), eine neue Verbindung, in Anwesenheit eines Säurekatalysators hydrolysiert. Diese neue Verbindung (3) liefert das als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren benötigte 1,4-Diketoderivat (2) und über dieses Zwischenprodukt (2) auch die erfindungsgemäß herzustellende Verbindung (1) in hohen Ausbeuten.

Mit Hilfe des Verfahrens (b) wird die Verbindung (2) durch Hydrolyse des 2,5-disubstituierten Furanderivats

(4) erhalten. Gemäß Verfahren (c) wird ein y-Keto-säureester (5), dessen Carbonylgruppe in Form eines Ketals geschützt ist, mit Dimethylsulfoxidanion (CH₃SOCH₂-) zu einem Sulfoxidderivat (6) umgesetzt das dann mit einer Säure behandelt und anschließend zu der Verbindung (2) reduziert und aikyliert wird.

Wie weiter unten ausgeführt kann das neue Tetrahydrofuranderivat (3) leicht hergestellt werden, indem man z. B. ein 5-Alkyl-2-furfurylalkohoI-Derivat

(7) elektrolytisch oxidiert und das so erhaltene 2,5-Dihydrofuranderivat (8) reduziert Dieses Verfahren verläuft gemäß folgender Gleichung:

R,

CH₂OR₂

R₃OH

(7)

elektrolytisch^ Oxydation

Reduktion

* Rl R₃O

(3) UCH₂OR₂

In dieser Gleichung besitzen Ri, R₂ und R3 die bereits genannten Bedeutungen. Beispiele für solche Tetrahydrofuran-Derivate (3) sind

^-Dimethoxy-S-methyltetrahydrofurfurylalkohol,
24-Dimethoxy-5-äthyltetrahydrofurfu rylalkohol, ^-Diäthoxy-S-methyltetrahydrofurfurylalkohol,
Methyläther von ^-Dimethoxy-S-methyltetrahydro-

furfurylalkohol oder
das Acetat von ^-Dimethoxy-S-methyltetrahydro-

furfurylalkohoL

Geeignete I,4-Diketoderivate (2) sind z. B. 2,5-Diketohexan-1-ol, 2^-Diketoheptan-l-ol, 2,5-Diketohexylmethyläther, 2^-Diketoheptylmethyläther, 2^-Diketohexylacetat oder 2^-Diketoheptylacetat

Wie bereits ausgeführt, wird die gewünschte Verbindung (1) erfindungsgemäß hergestellt, indem man das 1,4-Diketoderivat in Anwesenheit eines basischen Katalysators bei einer Temperatur zwischen Zimmertemperatur und etwa 130⁰C cyclisiert Vorzugsweise wird die Reaktion unter Mitverwendu^g eines Lösungsmittels durchgeführt Bevorzugt werden Lösungsmittel, die die Reaktion nicht stören, z. B. Wasser, Methanol, Äthanol und ähnliche Alkohole; Diäthyläther, Tetrahydrofuran, Dimethoxyäthan, Dioxan oder ähnliche Äther; Methylenchlorid, Chloroform und ähnliche Halogenkohlenwasserstoffe; Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Hexamethylphosphorylamid und andere nichtprotonische, polare Lösungsmittel. Beispiele für geeignete basische Katalysatoren sind die Hydroxide, Carbonate, Bicarbonate und Acetate von Alkali- oder jo Erdalkalimetallen; Amine, wie Trimethylamin, Triäthylamin oder Pyridin und basische Ionenaustauscher-Harze. Bevorzugt werden z. B. Alkali- oder Erdalkalicarbonate, Triethylamin sowie basische Ionenaustauscher-Harze. Die Menge des eingesetzten Katalysators kann ji stark variieren. Pro Mol des 1,4-Diketoderivats (2) werden im allgemeinen etwa 500 ecm bis etwa 2000 ecm, vorzugsweise etwa 800 ecm bis 1200 ecm einer Lösung verwendet, die etwa 0,5 bis etwa 5 Gew7Vol.-% des Katalysators enthält. Reaktionstemperatur und Reaktionsdruck werden entsprechend bestimmt. Vorzugsweise erfolgt die Reaktion bei Zimmertemperatur bis etwa 130° C und unter atmosphärischem Druck.

Wie oben erwähnt, können die gewünschten Verbindungen (1) auch hergestellt werden, indem man das Tetrahydrofuran-Derivat (3) in Anwesenheit eines Säurekatalysators zu dem 1,4-Diketoderivat (2) als Zwischenprodukt hydrolysiert und dieses Zwischenprodukt dann in Anwesenheit eines basischen Katalysators cyclisiert. Es war bisher noch nicht bekannt, daß durch Hydrolyse des Tetrahydrofuran-Derivats (3) das 1,4-Diketoderivat (2) hergestellt werden kann. Bei diesem Verfahren kann das durch Ringspaltung des Tetrahydrofuran-Derivats (3) erhaltene 1,4-Diketoderivat (2) entweder vor der Cyclisierung aus der Reaktionsmischung isoliert oder ohne vorherige Isolierung cyclisiert werden.

Als Säurekatalysatoren für die Hydrolyse eignen sich z. B. anorganische Säuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und Perchlorsäure; organische Säuren, t>o wie Ameisensäure, Essigsäure und Propionsäure; Sulfonsäuren, wie Methansulfonsäure, Benzolsulfonsäure und p-Toluolsulfonsäure; Lewis-Säuren, wie Bortrifluorid, Aluminiumchlorid, Zinkchlorid und Titantetrachlorid und saure Ionenaustauscher-Harze. Bevor- w, zugt werden Salzsäure, Schwefelsäure, Perchlorsäure und saure Ionenaustauscher-Harze. Die Katalysatormenge kann ebenfalls stark variieren; im allgemeinen wird jedoch, pro Mol des Tetrahydrofuran-Derivats (3), mit etwa 300 ecm bis etwa 1500 ecm, vorzugsweise etwa 500 ecm bis etwa 700 ecm einer Lösung gearbeitet, die etwa 0,1 bis etwa 5 Gew-/VoL-% Katalysator enthält Die Hydrolyse wird in Wasser oder in einem wäßrigen Medium, wie Wasser-Äthanol, durchgeführt, und das \Vasser ist wenigstens in der theoretisch zur Hydrolyse benötigten Menge anwesend. Die Reaktion schreitet bei niedrigen Temperaturen gut fort; vorzugsweise wird sie bei erhöhten Temperaturen zwischen etwa —15° C und etwa 100° C durchgeführt Durch die Hydrolyse werden hohe Ausbeuten an 1,4-Diketoderivat (2) erhalten.

Das so gewonnene 1,4-Diketoderivat (2) kann dann auf die oben beschriebene Weise erfindungsgemäß zu der gewünschten Verbindung (1) cyclisiert werden.

Die erfindungsgemäß hergestellten Cyclopentenon-Derivate (1) können mittels bekannter Verfahren gereinigt werden, z. B. durch Filtrieren, Extrahieren oder Destillieren des Reaktionsproduktes. Da bei der erfindungsgemäßen Herstellung des gewünschten Produktes keine komplizierten Isomere anfallen, läßt sich das Reaktionsprodukt sehr leicht reinigen.

Beispiele für erfindungsgemäß herstellbare Verbindungen (1) sind: 2-Hydroxy-3-methylcyclopent-2-eπon, 2-Hydroxy-3-äthylcyclopent-2-enon, 2-Methoxy-3-methyIcyclopent-2-enon, 2-Methoxy-3-äthylcyciopent-2-enon, 2-Acetoxy-3-methylcyclopent-2-enon und 2-Acetoxy-3-äihylcyclopent-2-enon.

Die nachstehenden Beispiele erläutern das erfindungsgemäße Verfahren. Die Konzentration der Katalysatorlösung ist jeweils in Gew/Vol.-% angegeben.

Beispiel 1
a) Ausgangsmaterial

Es wurden 30 ecm destilliertes Wasser und 1 g (Naßgewicht) eines starken, sauren Ionenaustauscher-Harzes zu 8,8 g (0,05 MoI) 2,5-Dimethoxy-5-methyltetrahydrofurfurylalkohol gegeben. Die Mischung wurde 15 Minuten bei Zimmertemperatur gerührt, dreimal mit Methylenchlorid extrahiert und getrocknet Das Lösungsmittel wurde aus der getrockneten Mischung ausdestilliert, und es wurde ein öliges Produkt erhalten.

b) Erfindung

Dieses ölige Produkt wurde sofort mit 100 ecm einer l°/oigen wäßrigen Lösung von Natriumcarbonat ver setzt und 3 Stunden unter Rückfluß erhitzt Dann wurde die Reaktionsmischung abgekühlt, fünfmal mit Chloroform extrahiert und die kombinierte Chloroformlösung über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet. Das getrocknete Produkt wurde von dem Trocknungsmittel getrennt und zur Entfernung des Lösungsmittels destilliert. Als Produkt wurden 2-Hydroxy-3-methylcyclopent-2-enon-Kristalle in einer Ausbeute von 80%, bezogen auf den eingesetzten 2,5-Dimethoxy-5-methyltetrahydrofurfurylalkohol, erhalten; F. = 105 -106° C.

Beispiel 2

Auf die in Beispiel la) beschriebene Weise wurde ein weiteres öliges Produkt hergestellt und unier reduziertem Druck destilliert; es wurde 2,5-Diketohexan-1-Ql in einer Ausbeute von 90% erhalten. Kp.0.2 = 80 - 83° C; F. = 25 - 26° C.
b) Eine Mischung aus 13 g (0,1 Mol) 2,5-Diketohexanl-ol und 100 ecm einer l%igen wäßrigen Kaliumcarbonat-Lösung wurde 3 Stunden unter Rückfluß erhitzt und dann abgekühlt Die Reaktionsmi-

schung wurde dreimal mit Chloroform extrahiert und die kombinierte Chloroformlösung auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise behandelt. Das b) gewünschte Produkt bestand aus 2-Hydroxy-3-methylcyclopent-2-enon-Kristallen in einer Aus- "> beute von 90%; R= 105- 106⁰C.

Beispiel 3

b) Eine Mischung aus 14,4 g (0,1 Mol) 2,5-Diketoheptan-l-ol und 100 ecm einer l%igen Natriumhydro- ι» xid-Lösung in Methanol wurde 3 Stunden unter Rückfluß erhitzt und dann abgekühlt. Die Reaktionsmischung wurde anschließend sorgfältig mit b) Essigsäure neutralisiert und bei Zimmertemperatur und unter reduziertem Druck destilliert, um das i"> Methanol zu entfernen. Der so erhaltene Rückstand wurde mit Äthylacetat extrahiert. Das gewünschte 2-Hydroxy-3-äthylcyclopent-2-enon wurde gewonnen, indem man das Äthylacetal unter reduziertem Druck aus dem Extrakt ausdestillierte. -'» Ausbeute = 92%; F. -40 - 42°C.

Beispiel 4

Es wurden 3,06 g (0,0212 Mol) Methyläther von 2,5-Diketohexan-l-ol in 15 ecm Dioxan, das 5% Triäthylamin enthielt, gegeben und 2 Stunden auf 100⁰C erhitzt. Das Reaktionsprodukt wurde sorgfältig mit Essigsäure neutralisiert und anschließend unter reduziertem Druck destilliert. Es wurde 2-Methoxy-3-methylcyclopent-2-enon in einer Ausbeute von 88% erhalten; K.p.,₈ = 84 -85⁰C.

Beispiel 5

Es wurden 17,2 g (0,1 Mol) des Acetats von 2,5-Diketohexan-l-ol in 100 ecm Dimethylformamid gelöst, mit 2 g (Naßgewicht) eines basischen Ionenaustauscher-Harzes vermischt und 3 Stunden auf 130°C erhitzt. Dann wurde das Ionenaustauscher-Harz abfiltriert. Durch Destillation des Filtrats wurde 2-Acetoxy-3-methylcyclopent-2-enon in einer Ausbeute von 75% erhalten; Kp.,j=120-122°C.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von CycIopent-2-enonderivaten der Formel:

OR₂

IO

R.