CH428765A - Procédé pour la préparation de cétals internes polycycliques - Google Patents

Description

  
 



  Procédé pour la préparation de cétals internes polycycliques
Le   cédal    interne polycyclique de formule
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 est une substance connue qui, grâce à son odeur puissante et tenace, est utilisée dans l'industrie des parfums.



  Ce cétal est préparé soit par oxydation du manool soit par hydroxylation de la   4-(5,5,9-triméthyl-2-méthy-    lène-décalyl-l)-butanone-2 qui est un produit de l'oxydation du manool par le KMnO4 (voir brevet suisse
No 338469). L'oxydation du manool donne lieu à la formation d'une multitude de produits d'oxydation et de dégradation, de sorte que les rendements en cétal polycyclique obtenus à partir du manool ou de la butanone intermédiaire sont très faibles. En outre, la purification du cétal polycyclique brut est assez laborieuse.



   On a trouvé une nouvelle voie synthétique qui permet d'obtenir le cétal polycyclique (sous forme d'isomères) avec des rendements considérablement supérieurs et sous une forme plus pure.



   La présente invention a donc pour objet un procédé amélioré pour la préparation de cétals internes polycyoliques, lequel consiste à soumettre le produit de la mono-époxydation du manool sur sa double liaison semicyclique à une oxydation pour éliminer le groupe vinyle et transformer la fonction hydroxy en fonction cétonique, à provoquer la cétalisation intramoléculaire entre le groupe cétonique et le groupe époxyde de l'époxycétone ainsi formée pour obtenir un mélange de cétals stéréo-isomères et, le cas échéant, à séparer ces stéréoisomères.



   On peut illustrer ce procédé par le schéma réactionnel de la page 2.



   La cétalisation de l'époxy-cétone   II    donne lieu à la formation d'un mélange de cétals internes stéréoisomères (III et IV) que   l'on    peut séparer, par exemple, par chromatographie sur alumine.



   L'oxydation du mono-époxyde de manool (I) peut se faire par l'action d'un méta-periodate, par exemple du méta-periodate de sodium ou de potassium, en présence d'un agent hydroxylant agissant comme promoteur ou catalysateur de la réaction d'oxydation. A titre d'agent hydroxylant, on peut utiliser le tétroxyde d'osmium ou un permanganate alcalin.

   L'agent hydroxylant provoque la formation intermédiaire d'un   époxy-triol    V lequel est immédiatement oxydé en époxy-cétone   II    par le méta-periodate, conformément au schéma suivant:
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 En même temps, l'agent hydroxylant est constamment régénéré par l'action oxydante du méta-periodate.   I1    convient d'effectuer l'oxydation du mono-époxyde I dans un solvant mixte aqueux-organique, par exemple dans un mélange d'eau et de méthanol, d'étanol, de t-butanol, d'acide acétique ou de dioxanne. De préférence,  
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<tb>  on utilise du dioxanne aqueux.

   La réaction d'oxydation étant exothermique, il suffit d'ajouter à la solution du mono-époxyde I l'agent hydroxylant et le periodate à la température ambiante, sans chauffage, la chaleur dégagée par la réaction provoquant une augmentation de la température du mélange réactionnel.   I1    peut toutefois être utile de chauffer le mélange réactionnel, par exemple jusqu'à   400 C,    pour obtenir une réaction complète.



  L'agent hydroxylant peut être utilisé en quantité relativement faible, attendu qu'il se régénère constamment au cours de la réaction. Ainsi, par exemple, il suffit d'utiliser le   OSO4    à raison de 0,025 et 0,035 mole pour 1 mole de mono-époxyde de manool.



   Conformément à un autre mode d'exécution de l'invention, on fait agir du   OSO4    sur le mono-époxyde I pour former un complexe osmique de formule
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 on décompose ce complexe pour obtenir l'époxy-triol V et on oxyde ce dernier par de l'acide périodique ou   l'un    de ses sels, par exemple le periodate sodique. La formation du complexe osmique est effectuée, de préférence, en milieu organique anhydre, par exemple dans l'éther, en présence de pyridine à la température ambiante. La décomposition du complexe osmique, accompagnée de la formation du triol V, peut se faire par trans-estérification avec du mannitol en présence   d un    base telle que la soude caustique par chauffage.

   On peut aussi décomposer le complexe osmique par l'action du sulfite ou du bisulfite de sodium en milieu alcoolique ou encore par traitement du mélange réactionnel contenant le complexe osmique par du sulfure d'hydrogène.



   L'époxy-triol V renferme deux atomes de carbone asymétriques dans sa chaîne latérale et peut, par conséquent, exister sous deux formes stéréo-isomères, abstraction faite de la stéréo-isomérie due au groupe époxyde.



   La transformation de l'époxy-triol V en époxy-cétone   II    peut être effectuée par traitement d'une solution de l'époxy-triol dans un solvant organique tel que le méthanol par une solution aqueuse d'acide périodique ou d'un periodate, par exemple du periodate de sodium, en présence d'une faible quantité de pyridine, à la température ambiante.



   La cétalisation intramoléculaire de l'époxy-cétone   II    peut être effectuée en la chauffant en milieu organique, par exemple dans du dioxanne ou du benzène, en présence d'un catalyseur acide, tel que l'acide sulfurique, le trifluorure de bore, l'acide p-toluène-sulfonique, etc.



  La cétalisation a également lieu lorsqu'on chauffe l'époxy-cétone   II    à sec à une température de 1500 C environ et sous vide   (lOmm    Hg), de préférence en présence de traces   d'un    catalyseur acide. Quille que soit la méthode de cétalisation appliquée, on obtient un mélange des cétals stéréo-isomères m et IV en proportions pouvant varier suivant les conditions de la réaction.



   Dans la préparation de compositions de parfums, on peut utiliser soit le mélange des deux isomères soit   l'un    ou l'autre des stéréo-isomères individuels. La séparation des deux isomères, peut se faire, par exemple, par chromatographie sur de l'oxyde d'aluminium en utilisant de l'éther de pétrole ou un mélange éther de pétrole/ benzène comme éluant. L'isocétal IV présente une adsorbalité sur oxyde d'aluminium moins forte que le cétal isomère III et, par conséquent, est élué en premier. Les deux cétals sont obtenus à l'état pur par recristallisation, par exemple à partir d'hexane.



   Le mono-époxyde de manool (I) peut être préparé par époxydation du manool, de préférence d'origine naturelle, à l'aide de peracides organiques dont les acides carboxyliques correspondants non peroxydés présentent une acidité suffisamment faible pour que le groupe époxyde du produit réactionnel ne soit pas attaqué. A ces fins, on peut utiliser, par exemple, les acides peracétique, perbenzoïque, mono-perphtalique, percamphorique, etc. On peut aussi utiliser l'acide performique, à la condition toutefois d'ajouter de l'alcali au mélange réactionnel afin d'en réduire l'acidité. De préférence, on uti  lise l'acide perbenzoïque.   I1    est avantageux d'utiliser le peracide organique en une quantité légèrement supérieure à la quantité théorique requise pour la monoépoxydation du manool.

   Ainsi, par exemple, on peut faire réagir du   manool    avec le peracide organique dans un rapport moléculaire d'environ 1   :1,2.    Comme milieu pour la   récation    d'époxydation, on peut utiliser par exemple le chloroforme, l'éther diéthylique, le benzène, l'acétone, le dioxanne ou le chlorure d'éthyle.   I1    est recommandable d'effectuer l'époxydation du manool à une température ne dépassant pas   10     C, de préférence à une température comprise entre Oo et   100 C.    Le groupe époxyde peut   oocuper    deux positions stériques différentes de sorte que le mono-époxyde   II    peut exister sous deux formes stéréo-isomères.

     I1    semble toutefois que dans les conditions de réaction mentionnées   ci-dessus,    l'époxydation est stéréospécifique et que le produit de l'époxydation est composé, en majeure partie au moins, de   l'un    seulement des deux isomères.



   Les exemples qui suivent montrent comment la présente invention peut être mise en oeuvre.



   Exemple I
 On dissout 1,01 g de mono-époxyde de manool brut et 25 mg de tétroxyde d'osmium dans 30 cc de dioxanne pur et 10 cc d'eau et agite vigoureusement la solution pendant 10 minutes. On ajoute ensuite à la solution qui a pris une couleur violacée foncée, tout en continuant à l'agiter, 4 g de méta-periodate de sodium dans l'espace de 30 minutes. Un précipité volumineux consistant en iodate de sodium commence bientôt à se séparer.



  Après 2 heures d'agitation, le mélange réactionnel est devenu complètement incolore. Le produit réactionnel se colorant de nouveau, après élaboration du mélange réactionnel, on répète la réaction d'oxydation décrite ci-dessus, en utilisant une quantité supplémentaire de 2 g de méta-periodate de sodium. On épuise le mélange réactionnel avec de l'éther, lave l'extrait éthéré 3 fois avec du bicarbonate de sodium à 5    /o,    puis 3 fois à l'eau et le sèche sur sulfate de sodium anhydre. Après élimination de l'éther, on obtient 821 mg d'une huile jaune foncé présentant une odeur douce.



   Pour obtenir 1'époxy-cétone à l'état pur, on chromatographie l'huile brute sur 30 fois son poids d'oxyde d'aluminium neutre (activité   II).    On élue d'abord avec un mélange éther de pétrole/benzène   3 : 1    et ensuite avec un mélange benzène/acétate d'éthyle 1:1. L'époxy-cétone se trouve dans les fractions du mélange benzène/acétate d'éthyle. Par évaporation des solvants, on obtient l'époxy-cétone   II    à l'état purifié, F. 33-340 C, après recristallisation dans l'éther de pétrole à froid.



   On fait bouillir à reflux pendant 5 heures   19,2 g    (69 millimoles) d'époxy-cétone brute dans 400 cc de benzène anhydre contenant 1,12 g (6,5 millimoles) d'acide p-toluène-sulfonique. On lave la solution réactionnelle trois fois avec du bicarbonate de sodium à 5   O/o,    ensuite 2 fois à l'eau, puis avec une solution aqueuse saturée de   Nazi.    Après séchage et élimination du solvant, on obtient 18,72 g (97,5   O/o)    d'un produit cétalique brut sous forme d'une huile noire cristallisant vers   0O C.   



   On chromatographie 4,9 g du mélange de cétals bruts sur 250 g d'oxyde d'aluminium neutre (activité   II)    en utilisant de l'éther de pétrole comme éluant. Les cétals sont élués dans l'ordre de succession suivant isocétal IV - mélange des deux cétals - cétal III.



  On recristallise les cétals à partir d'hexane en refroidissant à - 200 C. On obtient ainsi l'iso-cétal IV et le cétal III à l'état pur dans les proportions d'environ 70 à 75    /o    et 25 à 30   O/o    respectivement.



   Isocétal   IV:      
 F. = 121-1220 C; [12D0 = - 9o (c = 1,09, CH(-U,).   



   Cétal   111 :   
 F. =   115-1160 C,      ral2D0    = + 310 (c = 1,08,   Chu,).   



   Exemple 2
 On mélange dans un ballon de   2000cc,    muni d'un agitateur mécanique, 28,3 g (92,5 millimoles) de monoépoxyde de manool brut (préparé par exemple comme décrit dans l'exemple 1),   840cc    de dioxanne purifié, 280 cc d'eau et 700 mg (2,75 millimoles) de   OsO4.   



  On agite le mélange à la température ambiante. Après
 15 minutes, le liquide étant devenu foncé, on ajoute 112 g (520 millimoles) de méta-periodate de sodium par portions et en agitant fortement, dans l'espace de 45 minutes. On observe la formation d'un précipité d'iodate de sodium. On continue à agiter le mélange réactionnel pendant 4 heures à la température ambiante, puis pendant 1 heure à 350 C.



   On filtre le mélange réactionnel et rince le précipité d'iode de sodium (78,5 g) à l'éther. On concentre le filtrat à froid sous vide, reprend le résidu dans de l'eau et extrait 2 fois à l'éther. On lave la phase éthérée 3 fois avec du bicarbonate de sodium à 5   O/o,    puis 3 fois à l'eau. Après séchage de l'extrait sur du sulfate de sodium et élimination de l'éther, on obtient 22,8 g (88   O/o)    d'époxy-cétone   II    brute sous forme d'une huile visqueuse noire. On peut utiliser directement ce produit brut pour la réaction de cétalisation.



   On dissout 860 mg d'époxy-cétone brute dans 100 cc de benzène absolu et, après addition de 50 mg d'acide p-toluène-sulfonique, on chauffe la solution à reflux pendant 5 heures. On concentre le mélange réactionnel et épuise le résidu à l'éther. On lave l'extrait éthéré avec du bicarbonate de sodium aqueux et ensuite à l'eau. Après séchage et évaporation de l'éther, on obtient 851 mg d'une huile foncée. On chromatographie cette huile sur 25 g d'oxyde d'aluminium (activité   II)    en utilisant de l'éther de pétrole comme éluant. On obtient par évaporation du solvant 386 mg d'un produit cristallin, F. = 109-1100 C,   [a12t0    = + 6,50.



   Ce produit est un mélange composé d'environ 38   o/o    de cétal III et d'environ 62   o/o    d'isocétal IV.



   Exemple 3
 On dissout   1, 78 g    de mono-époxyde de manool brut   Idans    200 cc d'éther absolu et ajoute à la solution 200 cc de pyridine et ensuite 2,5 g de   Ost4.    On laisse reposer le mélange réactionnel dans l'obscurité pendant 72 heures à la température ambiante. On concentre le mélange réactionnel et libère le complexe osmique formé de la pyridine en ajoutant du benzène et en concentrant de nouveau, cette opération étant répétée plusieurs fois.



  On dissout le complexe osmique séché et 20 g de mannitol dans 500 cc de soude caustique 2N, 360 cc d'éthanol et 200 cc de benzène et chauffe la solution au reflux pendant 4 heures. On sature le mélange réactionnel avec du sel ordinaire et épuise le mélange à l'éther. Après lavage à l'eau de l'extrait éthéré et élimination de l'éther,  on obtient 1,92 g d'une huile jaune qui cristallise lentement lorsqu'on y ajoute de   l'hexane.    Par recristallisation de ce produit à partir d'un mélange chlorure de méthylène/hexane, on obtient   1, 31 g    de   l'époxy4riol    V sous forme de cristaux incolores, F.   113-114     C. Pour l'analyse, on   recristallise    un échantillon de l'époxy-triol plusieurs fois à partir d'un mélange chlorure de méthylène/ hexane.

   Le point de fusion devient constant à 1190 C;   [a]D    =   +    100   (c =      1,13,      CHCl0).   



   On dissout 200 mg de l'époxy-triol (F.   113-1140 C)    dans 65 cc de méthanol et 6 cc de pyridine et y ajoute une solution de 1,1 g d'acide périodique dans 5 cc d'eau. On laisse reposer le mélange réactionnel pendant 45 minutes à la température ambiante. On élimine les solvants et épuise le résidu par de l'éther. Après lavage de l'extrait éthéré et élimination de   l'éther,    on obtient 165 mg d'une huile incolore. On purifie ce produit par chromatographie de la manière décrite dans l'exemple 1 et obtient ainsi l'époxy-cétone II, F. 33-340C.



   La cétalisation de l'époxy-cétone est effectuée de la manière décrite dans l'exemple 1.
  

Claims (1)

1. REVENDICATION Procédé pour la préparation d'un mélange de cétals internes polycycliques, caractérisé en ce qu'on soumet le produit de la mono-époxydation du manool sur sa double liaison semi-cyclique à une oxydation pour éliminer le groupe vinyle et transformer la fonction hydroxy en fonction cétonique et qu'on provoque la cétalisation intramoiléculaire entre le groupe cétonique et le groupe époxyde de l'époxy-cétone ainsi formée.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé suivant la revendication, caractérisé en ce qu'on effectue l'oxydation du mono-époxyde de manool en soumettant celui-ci à l'action d'un méta-periodate alcalin tel que le méta-periodate de sodium, en présence d'un agent hydroxylant tel que le tétroxyde d'osmium ou le permanganate de potassium, dans un milieu mixte organique-aqueux, par exemple dans du dioxanne aqueux.

   2. Procédé suivant la revendication, caractérisé en ce qu'on fait réagir le mono-époxyde de manool avec du tétroxyde d'osmium en milieu organique, par exemple dans la pyridine ou le dioxanne, qu'on décompose le complexe osmique ainsi formé pour obtenir un époxytriol et qu'on oxyde celui-ci par de l'acide periodique ou l'un de ses sels.

   3. Procédé suivant la revendication et la sous-revendication 2, caractérisé en ce qu'on effectue la décomposition du complexe osmique par l'action d'une base telle que l'hydroxyde de sodium en présence de mannitol.

   4. Procédé suivant la revendication, caractérisé en ce qu'on effectue la cétalisation intramoléculaire en faisant agir un acide arylsulfonique tel que l'acide p-tuluène-sulfonique sur l'époxy-cétone.

   5. Procédé suivant la revendication, caractérisé en ce qu'on effectue la cétalisation intramoléculaire en chauffant l'époxy-cétone à sec sous vide.