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Verfahren zur Herstellung von 2, 5, 5, 9-Tetramethyloktahydronaphthalinderivaten
Es ist noch gänzlich unbekannt, welches die riechenden Bestandteile des grauen Ambra
sind. Sein Hauptbestandteil, der Triterpenalkohol Ambrein, ist in reinem Zustand
geruchlos und ergibt beim Abbau ein einziges riechendes Produkt, das Dihydro-y-jonon,
welches aber keinen wirklichen Ambrageruch besitzt, sowie einige andere geruchlose
Produkte.
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Andererseits weiß man, daß das Sclareol, ein Diterpenglykol, Hauptbestandteil
des absoluten Muskatellersalb3iöls und des Muskatellsrsalbeiextrakts, immer von
einem schwachen Ambrageruch begleitet ist, obwohl es in reinem Zustand geruchlos
ist. Die Ozon-Spaltung eines seiner neutralen Abbauprodukte, des Anhydrides des
i-Butylon-2-oxy=2, 5, 5, 9-tetramethyldekahydronaphthalins, welches auch als Sclarcoloxyd
(Formel I) bezeichnet wird, mit anschließender Hydrolyse oder Reduktion des gebildeten
Ozonides ergibt ein Gemisch aus mindestens vier Produkten, welche in reinem Zustand
alle geruchlos sind: i. 2-Acetoxy-z, 5, 5, 9-tetramethyldekahydronaphthalinessigsäure-(i)
(Formel Il); 2. ein monoacetyliertes y-Glykol: 2-Acetoxy-2, 5, 5, 9-tetramethyldekahydronaphthalinäthylol
(Formel III) ;
3. ein acetylierter Oxyaldehyd: 2-Acetoxy-2, 5, 5,
9-tetramethyldekahydronaphthalinäthanal (Formel IV) ; q.. ein neutrales Produkt
unbekannter Konstitution von der Bruttoformel C1$ Hso 02.
Man hat nun die unerwartete Feststellung gemacht, daß durch Überführung der Säure
von Formel (II) oder des Glykols der Formel (III) oder des Aldehyds der Formel (IV)
unter Essigsäureabspaltung in einen ungesättigten Aldehyd, nämlich den d i' 2-a,
5, 5, 9-Tetramethyloktahydronaphthalinacetaldehyd (Formel V), dieser Aldehyd einen
ausgesprochenen, intensiven und haftenden Ambrageruch besitzt. Man hat auch festgestellt,
daß der entsprechende Alkohol, das dl' 2-2,:5, 5, 9-Tetramethyloktahydronaphthalinäthanol
(Formel VI) ebenfalls einen sehr haftenden, an Ambra erinnernden Geruch aufweist.
Diese beiden ungesättigten Stoffe, welche bisher noch nicht synthetisch hergestellt
worden sind, können die unbekannten, riechenden Substanzen des grauen Ambra vorteilhaft
ersetzen. Sie stellen demnach wertvolle neue Verbindungen dar, die in der Parfümerie
und Kosmetik überall dort verwendet werden können, wo eine Geruchsnote nach Ambra
gewünscht wird.
Man hat weiterhin festgestellt, daß außer den beiden Verbindungen gemäß den Formeln
(V). und (VI) auch ihre Isomeren, bei denen die Doppelbindung sich zwischen dem
Kohlenstoffatom 2 und einem seiner ihm benachbarten Kohlenstoffatome (abgesehen
vom Kohlenstoffatom z) befindet, ebenfalls einen an Ambra erinnernden Geruch besitzen.
In allgemeiner Weise kann man also sagen, daß ungesättigte Verbindungen mit der
Gruppierung 2, 5, 5, 9-Tetramethyloktahydronaphthalin, welche am Kohlenstoffatom
2 eine Doppelbindung tragen und ferner in ihrer am Kohlenstoffatom r sich befindlichen
Seitenkette einen Aldehyd-oder einen Alkoholrest tragen, sich als neue, für die
Parfümerie interessante Riechstoffe erwiesen haben.
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Die vorliegende Erfindung, welche auf den obigen Feststellungen gegründet
ist, hat somit ein Verfahren zur Herstellung einer neuen Verbindung mit Ambrageruch
zum Gegenstand, welche der nachstehenden allgemeinen Formel (VIII) entspricht.
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Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man eine die Gruppierung
2, 5, 5, 9-Tetramethyldekahydronaphthalin aufweisende Verbindung, welche in der
2-Stellung einen abspaltbaren Rest und in der z-Stellung eine -CH.- COOH- oder -CH,CH20H-oder
-CH,CH0- oder -CH,CH,CH20H- oder -CH.CH.CH0- oder -CH = CHOR- oder -CH,CH = CHOH-Gruppe
trägt, in an sich bekannter Weise durch Abspalten des abspaltbaren Restes unter
Bildung einerDoppelbindungzum Kohlenstoffatom in der 2-Stellung in einen Aldehyd
oder Alkohol oder ein Epoxyd mit 16 bis 17 -Kohlenstoffatomen des 2, 5, 5, 9-Tetramethyloktahydronaphthalins
überführt, wobei vorhandene Carboxyl- bzw. Estergruppen zu den entsprechenden Alkoholen
vor oder nach der Abspaltung reduziert werden.
Die obige Umwandlung
kann in allgemeiner Weise folgendermaßen dargestellt werden:
In der Formel (VII) bezeichnet X einen abspaltbaren Rest, z. B. eine acylierte Hydroxylgruppe
(z. B. die Gruppe -0 C O C H3) oder einen Hydroxylrest oder ein Halogenatom, und
R einen funktionellen Rest, wie Alkohol, Aldehyd, Säure, Ester. In der Formel (VIII)
ist der ungesättigte Charakter der neuen Verbindung durch die Doppelbindung zwischen
dem Kohlenstoffatom in der Stellung 2 und einem der diesem benachbarten Kohlenstoffatome
bedingt, und R' bezeichnet einen Alkohol- oder Aldehydrest.
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Wenn R in der Formel (VII) ein Alkohol- oder Aldehydrest ist, ist
es nicht notwendig, diesen Rest umzuwandeln, um die neue Verbindung gemäß Formel
(VIII) zu erhalten.' Demgegenüber aber muß der Rest R in einen Alkohol- oder Aldehydrest
umgewandelt werden, wenn R ein Säure- oder Esterrest ist; diese Umwandlung kann
vor oder nach der Abspaltung des Restes X stattfinden; wenn sie vor der Abspaltung
durchgeführt wird, hat man den Fall, in welchem R in der Formel (VII) ein Alkohol-
oder Aldehydrest ist.
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Es ist auch festgestellt worden, daß dann, wenn der in Stellung i
im Ausgangsstoff sich befindliche Kohlenwasserstoffrest eine Hydroxylgruppe trägt,
die Abspaltung des abspaltbaren Restes X nicht nur zur Bildung eines ungesättigten
Produktes wie demjenigen der Formel (VIII) Anlaß gibt, sondern auch die Bildung
eines Epoxydes, Formel (X), durch Ausbildung eines dritten Ringes zur Folge hat.
Diese Umwandlung kann folgendermaßen dargestellt werden
Wenn der abspaltbare Rest X eine Hydroxylgruppe ist, so überwiegt' die obige Umwandlung
gegenüber der durch die Formeln (VII) und (VIII) veranschaulichten sogar dann, wenn
R" eine Kette mit 3 Kohlenstoffatomen ist. Es kann in der obigen Formel (IX) der
die Hydroxylgruppe tragende, durch -R"-OH bezeichnete Rest zum Beispiel eine der
folgenden Gruppierungen sein: -CH,CH20H, -CH,CH,CH20H, -CH=C H O H (Enolform desAldehydrestes-C
Ha C H O), -CH2CH = CHOR.
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In gleicher Weise wie die ungesättigten, durch die Formel (VIII) dargestellten
Alkohole und Aldehyde sind auch die Epoxyde gemäß Formel (X) durch einen sehr feinen
und ausgesprochenen Ambrageruch ausgezeichnet.DieseEpoxydestellen neue Substanzen
darund sind selbstverständlich für die Parfümerie von Interesse.
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Als Ausgangsstoff für die Herstellung der Substanzen gemäß Formel
(VIII) kann man vorteilhaft den acetylierten Oxyaldehyd, Formel (IV), oder die oben
angegebene Acetoxysäure, Formel (II), verwenden. Diese Ausgangsstoffe werden vorteilhaft
durch Ozonspaltung des Anhydrides des i-Butylon-2-oxy-2, 5, 5, 9-tetramethyldekahydronaphthalins
der Formel (I) erhalten (Ruzicka, Seidel und Engel, Helvetica chimica Acta, Band
25, S. 621 [19q.2]), was gleichzeitig zum Aldehyd der Formel (IV) und zur Säure
der Formel (II) führt.
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Man kann als Ausgangsstoff auch den Alkohol der Formel (III) oder
einen Ester der Formel (VII) verwenden, in welcher R ein Esterrest ist. Ein solcher
Ester kann z. B. erhalten werden durch Verseifung der Säure der Formel (II) allein
oder in Mischung mit dem Aldehyd der Formel (IV), in diesem Fall in Gegenwart von
Luft, was zu dem Lakton der 2-Oxy-2, 5, 5, 9-tetramethyldekahydronaphthaiinessigsäure
führt. Dieses Lakton wird hierauf durch Umesterung in einen Ester übergeführt. Der
Ester kann auch durch Umesterung der Säure der Formel (II) erhalten werden. Man
kann auch das y-Glykol der Formel (VII) als Ausgangsstoff verwenden, in welcher
Formel X gleich -OH und R gleich -C H2 0 H ist.
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Als Ausgangsstoff für die Herstellung des Epoxydes der Formel (X)
kann mit Vorteil der Oxyaldehyd der Formel (XI) (Enolform) oder das entsprechende
Glykol der Formel (XII) verwendet werden:
Diese Körper können durch Ozonspaltung des Anhydrides des i-Butylon-2-oxy-2, 5,
5, 9-tetramethyldekahydronaphthaas, Formel (I), hergestellt werden, wobei man durch
eine nachfolgende geeignete Behandlung unter anderem ein monoacetyliertes y-Glykol,
nämlich das 2-Acetoxy-2, 5, 5, 9-tetramethyldekahydronaphthalinäthanol, Formel (III),
und einen acetylierten Oxyaldehyd, das 2-Acetoxy-2, 5, 5, 9-tetramethyldekahydronaphthalinäthanal,
Formel (IV), erhält. Durch Acetalisierung dieser Verbindung und anschließender Verseifung
des erhaltenen Acetals bekommt man den Oxyaldehyd der Formel (XI).
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Die Abspaltung des Restes X, Formeln (VII) und (IX), kann durch Destillation
des betreffenden Körpers unter vermindertem Druck vrwirldicht w.-rden, und zwar
gleichgültig, ob der Rest X eine acylierte Hydroxylgruppe, ein Hydroxylrest oder
ein Halogenatom ist; die Abspaltung des genannten Restes kann je nach Fall in Gegenwart
eines Katalysators durchgeführt werden, wie Kupferbronze in Pulverform, Aluminiumoxyd,
Sebacinsäure, ß-Naphthalinsulfonsäure, alkoholische Schwefelsäure u. dgl. Die genannte
Abspaltung kann gleichzeitig mit und im gleichen Reaktionsmilieu wie die oben angegebene
Umesterung des Laktons oder des Esters stattfinden, da für jeden dieser Arbeitsgänge
das gleiche Mittel verwendet wird.
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Da alle bei der Abspaltung des in Stellung 2 befindlichen Restes X
entstehenden Produkte einen Ambrageruch besitzen, gleichgültig ob es sich um ungesättigte
Alkohole, ungesättigte Aldehyde oder um gesättigte oder ungesättigte Epoxyde handelt,
kann man sie roh und in Mischung miteinander verwenden.- Auf diese Weise erspart
man sich eine kostspielige Reinigung.
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Im nachfolgenden sind einige Beispiele für das erfindungsgemäße Verfahren
angegeben: Beispiel x 15,59 der neutralen Fraktion der aus der Ozonspaltung des
Sclareoloxyds, Formel (I), vom F. = 45° (Semicarbazon 145°) entstandenen Produkte,
welche also den Aldehyd der Formel (IV) enthält, wird in Gegenwart von ein wenig
Kupferbronze oder Sebacinsäure unter einem Vakuum von 15 mm destilliert. Das Destillat
(14,6x g) wird unter 15 mm Vakuum fraktioniert, und die oberhalb 18o° übergehenden
Anteile (etwa 7 g) werden von neuem einer Behandlung mit Kupfer unterworfen, bis
zur praktisch vollständigen Abspaltung der Essigsäure. Nach Abtrennung der sauren
Anteile besitzt die hergestellte neue Verbindung mit Ambrageruch, welche den Aldehyd
der Formel (V) darstellt, die folgenden physikalischen Konstanten: Kpo,ol = xoo
bis 1o5°; d4 = 0,993 bis o995, nö = 1,512 bis 1,51q.. Diese Verbindung gibt
ein Semicarbazon vom Schmelzpunkt 223 bis 225°. Gewichtsausbeute etwa 6o °/o des
Sclareoloxyds.
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Anstatt die Essigsäureabspaltung mit den neutralen und sauren Anteilen
aus der Ozonspaltung getrennt durchzuführen, kann man sie auch mit der Mischung
vornehmen und hierauf die neutralen von den sauren Anteilen trennen.
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Beispiel n -
Die saure Fraktion der von der Ozonspaltung des
Sclareoloxyds, Formel (I), herrührenden Produkte oder das bei der Permanganatoxydation
der neutralen Fraktion der genannten Ozonspaltung erhaltene Produkt (4,6 g, F. =
156°), diese Fraktion oder dieses Produkt enthält die Säure der Formel (II), wird
-in einem schwachen Vakuum in Gegenwart von Kupferbronze auf 16o bis 2oo° erhitzt.
Nach 40 Minuten ist die Essigsäureabspaltung fast vollständig. Die erhaltene ungesättigte
Säure destilliert unter o,ox mm bei 135 bis 145°. Ausbeute 3,6 g = 97 °/o der Theorie.
Sie wird hierauf in ätherischer Lösung mit UAIH4 reduziert und man erhält direkt
den ungesättigten Alkohol mit Ambrageruch, Formel (VI). Ausbeute 3,4 g = 95 °/o
(Gewicht). Kpo,oi = 116 bis 117°. Dieser Alkohol gibt ein bei 133 bis 135° schmelzendes
3,5-Dinitrobenzoat.
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Beispiel 3 Die gleiche Fraktion oder das gleiche Ausgangsprodukt (3,6
g) wie im Beispiel 2 wird während mehrerer Tage mit 7o ccm Methanol, welchem 5 Gewichtsprozent
konzentrierte Schwefelsäure zugesetzt wurden, zum Sieden erhitzt. Durch diese Behandlung
erleidet die Säure der Formel (II) eine Umesterung. Aus dem erhaltenen Ester der
Formel (VII), in welcherX=-OH und R = C 0 0 C H3, wird durch Erhitzen auf 12o bis
13o° in Gegenwart von ein wenig Jod Wasser abgespalten. Der aus dieser Wasserabspaltung
entstehende ungesättigte Ester (z,8 g) wird in ätherischer Lösung mit UAIH4 zum
Alkohol der Formel (V1) reduziert. Man erhält 2,4 g (Ausbeute = 88 °/o der Theorie).
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Wenn das verwendete Methanol mehr als 5 °/o Schwefelsäure enthält,
vollzieht sich eine Wasserabspaltung mit der Säure der Formel (II), was direkt zum
ungesättigten Ester führt; die Behandlung mit Jod ist dann also überflüssig.
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Beispiel 4 Die saure Fraktion der aus der Ozonspaltung des Sclareoloxyds,
Formel (I), entstandenen Produkte, welche also die Säure der Formel (II) enthält,
wird mit alkoholischer Kalilauge verseift. Das bei dieser Verseifung entstehende
Lakton wird hierauf zu einem gesättigten Ester der Formel (VII) umgeestert, in welcher
X = -OH und R ein Esterrest ist. Dieser Ester wird hierauf wie im Beispiel 3 durch
Wasserabspaltung und anschließende Reduktion in den Alkohol der Formel (VI) übergeführt.
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Beispiel 5 4,2 g des durch die Verseifung der sauren Fraktion der
Ozonspaltung des Sclareoloxyds oder des Permanganatoxydationsproduktes
der
neutralen Fraktion der Ozonspaltung erhaltenen Laktons werden in ätherischer Lösung
mit 2,5 g LiAIH4 oder in alkoholischer Lösung mittels 5 g Natrium in ein gesättigtes
primärtertiäres Glykol (4,3 g = 96 °/o der Theorie) der Formel (VII) reduziert,
in welcher X = 0 H und R = -C H2 0 H ist. F. = z31°. Durch Destillation dieses Glykols
über Aluminiumoxyd in einem guten Vakuum bei einer Temperatur von ungefähr 2oo°
wird es in o,9 g des ungesättigten Alkohols der Formel (VI) übergeführt. Ausbeute
ungefähr 2o °/o (s. auch Beispiel 8).
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Beispiel 6 Das am Anfang des Beispiels 5 erwähnte Lakton wird bei
2o° mit an trockener Salzsäure gesättigtem Alkohol behandelt. Nach Filtration des
Reaktionsgemisches wird das Filtrat in Wasser gegossen; man extrahiert den restlichen
gebildeten chlorierten Ester, Formel (VII), in welcher X = Cl und R ein Esterrest
ist, mit einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel. Dieser kristallisierte
Ester (Schmelzpunkt 78 bis 79°) wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vakuum
destilliert: Man erhält dabei in einer Ausbeute von 9o °/o den ungesättigten Ester,
welcher hierauf zu dem ungesättigten Alkohol, Formel (VI), nach einer bekannten
Methode reduziert wird, z. B. mit Hilfe von UAIH4. .
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. Beispiel 7 11,2 g Glykol der Formel (XII) vom F. = 131° werden in
Gegenwart eines elektrophilen Katalysators, z. B. 40 mg ß-Naphthalinsulfonsäure,
im Vakuum zwecks Abspaltung eines Moleküls Wasser auf 135° erhitzt, hierauf wird
das Reaktionsgemisch destilliert und die bei 1o mm Hg zwischen 168 und 173° über-.gehende
- Fraktion aufgefangen. Durch Behandlung dieser Fraktion mit Petroläther kann man
8 g Epoxyd der Formel (X) abtrennen, welches bei 75 bis 76° schmilzt; in der genannten
Formel ist R" der Rest -CH,CH2 . Dieses Epoxyd besitzt einen guten Ambrageruch,
besonders in Lösung und nach einer gewissen Verweilzeit an der Luft.
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Beispiel 8 7 g Glykol der Formel (XII) (F. = 131°) werden in einem
Vakuum von o,1 mm Hg über auf Zoo bis 225° erhitztem Aluminiumoxyd destilliert.
Man erhält 5,5 g Destillat und 0,85 g Wasser, welches in einem auf - 8o°
abgekühlten Gefäß aufgefangen wird.
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Durch Chromatographieren über Aluminiumoxyd wird das Destillat in
3,2 g gesättigtes Epoxyd der Formel (X) (R" = -CHZCHZ) vom Schmelzpunkt 76°, in
ungesättigten Alkohol und in ungesättigten Kohlenwasserstoff aufgetrennt. Die Ausbeute
'an Epoxyd beträgt etwa 5o %.
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Beispiel 9 12,7 g Sclareoloxyd C13H3o0 (F. = 45°) (Helvetica chimica
Acta, Band 25, S. 625 [1942]) werden, gelöst in 25o cm3 reinem trockenem Hexan,
bei - 3o° einer Ozonspaltung unterworfen. Nach Sättigung wird das Ozonid in der
Weise reduziert, indem man ihm allmählich 310 g einer filtrierten ätherischen
Lösung von 2,5 °/o UAIH4 zusetzt. Man kann auch umgekehrt die kalte Ozonidlösung
allmählich zu 14o g 2°/oiger nicht filtrierter LiAIH,- Lösung geben und erhält dann
78 % Glykol. Zum Schluß wird noch zum Sieden erhitzt. Nach der gewöhnlichen Aufarbeitung
erhält man 8o % Glykol .der Formel (XII) und eine kleine Menge EpoxydderFormel (X)
(R"=-CH,CH2 ), welches man durch Behandlung mit Petroläther abtrennt. Um die Ausbeute
an Epoxyd zu erhöhen, kann das rohe Reduktionsprodukt gemäß den Beispielen 7 oder
8 behandelt werden.
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Beispiel 10 17,4g des Acetoxyaldehyds der Förmel (IX), in welcher
X = 0 C O C H3 und R" = -CH = CH- und welcher von der Ozonspaltung
des Sclareoloxyds herrührt (s. Beispiel 9), werden in einem absolut sauerstofffreien
Milieu verseift. Um die Anwesenheit von Sauerstoff nicht ausschließen zu müssen,
kann man den Aldehyd auch nach einer bekannten Methode in ein Acetal umwandeln und
ihn hierauf verseifen. Die beiden Verfahren führen schließlich zum Oxyaldehyd der
Formel (XI). Durch Wasserdampfdestillation des mit Phthalsäureanhydrid vermengten
unreinen Oxyaldehydsemicarbazons (245 mg), F. =136° (rein 2o4°), wird der Oxyaldehyd
wahrscheinlich in das ungesättigte Epoxyd der Formel (X) übergeführt, in welcher
R" = -CH = CH- ist. Gleichzeitig scheint sich der mit dem Epoxyd isomere ungesättigte
Aldehyd der Formel (VIII) (in welcher R'=-CHO) zu bilden. Das erhaltene Gemisch
(2oo mg) hat folgende Konstanten: KPo,oos mm = Zoo bis 11o°; C18H"0: berechnet C
82,10/0; H 11,10/"
gefunden C 82,3 °/o; H 11,4 %. Durch alkalische Oximierung
lassen sich 28 °/o ungesättigter Aldehyd bestimmen und durch saure Oximierung 65
°/o Epoxyd. Das Öl besitzt einen sehr guten Ambrageruch.
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Beispiel 11 1,9 g Glykol der Formel (XI) (F. =131 bis 132°), in welcher
X = -Ölund R" _ -C HZ C HZ C H2 ist, welches durch Reduktion von Ambreinolid hergestellt
wurde; werden in 8o cm3 Methylalkohol, welcher 7,2 cm3 konzentrierte Schwefelsäure
enthält, gelöst und das Ganze während 3 Tagen unter Rückfluß erhitzt. Nach der gewöhnlichen
Aufarbeitung erhält man 1,75 g neutrale Anteile. Nach Umkristallisieren aus Alkohol
oder Petroläther schmilzt das erhaltene Epoxyd bei 83°. Ausbeute 70 °%.
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Beispiel 12 Man behandelt in der Kälte 7 g Glykol der Formel (IX)
(F. = 131°), in welcher X = -OH und R" = -C H2 C H2 ist, mit Zoo ccm einer
kalt gesättigten Lösung von Salzsäure in absolutem Äther. Nach einigen Tagen bildet
sich bei Zimmertemperatur ein Gemisch von 2,2 g Epoxyd der Formel (X) (in welcher
R" = -C H,CH2 ), 1,75 g chloriertem Alkohol der Formel (IX) (F. = 124°), in welcher
X = -Cl und R" =-CH,CH2 ist, 0,74 9 ungesättigtem Alkohol
der
Formel (VI) und 2,i g seines Chlorids. Die gegenseitigen Verhältnisse dieser vier
Produkte sind je nach Reaktionsdauer, Temperatur, Konzentration und Salzsäureüberschuß
verschieden. Durch einfaches Erhitzen des chlorierten Alkohols der Formel (IX) im
Vakuum auf ioo° wird er zu 8o % in den ungesättigten Alkohol der Formel (VI) und
zu 2o °/o in das Epoxyd der Formel (X) übergeführt. Dieses ist teilweise ein sterisches
Isomeres des in den Beispielen 6 und 8 beschriebenen Epoxydes und schmilzt bei 6o°.
Alle diese Produkte besitzen Ambrageruch und können rein oder in Mischung untereinander
verwendet werden. Dieses Gemisch kann durch Destillation und anschließende Verseifung
mit KOH in ein Gemisch von Epoxyd und Alkohol übergeführt werden. Diese beiden Substanzen
können durch Chromatographieren über Aluminiumoxyd sehr leicht voneinander getrennt
werden.