DE1145179B

DE1145179B - Verfahren zur Herstellung von bicyclischen Laktonen

Info

Publication number: DE1145179B
Application number: DED29248A
Authority: DE
Original assignee: SHELL INT RESEARCH; Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: SHELL INT RESEARCH; Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1958-06-18
Filing date: 1958-10-29
Publication date: 1963-03-14
Also published as: GB906019A; GB864925A; US3089877A; BE579766A; DE1194423B; CH394700A; DE1193512B; GB864926A; DE1180759B; NL240332A; NL109180C

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND KL.12q 24

INTERNAT. KL. C 07 d

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT 1145 179

D29248IVb/12q

ANMELDETAG: 29. OKTOBER 1958

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 14. MÄRZ 1963

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von bicyclischen Laktonen.

Es ist bekannt, daß Iridomyrmecin, das nach den Angaben in La Chimica e l'Industria, Bd. 37, Nr. 4 (April 1955), S. 251 bis 258, ein bicyclisches Lakton darstellt, stark insektizide Eigenschaften besitzt. Das Iridomyrmecin konnte bisher lediglich nach dem in der deutschen Patentschrift 1 007 554 beschriebenen Verfahren durch Extraktion aus dem Kampfstoff der Ameise Iridomyrmex humilis Mayr hergestellt werden. Dieses Extraktionsverfahren hat jedoch keine praktische Bedeutung erlangt, da der Kampfstoff in Iridomyrmex humilis nur in sehr geringer Menge enthalten ist und das Einsammeln oder Züchten der Insekten erhebliche Schwierigkeiten bereitet.

Ferner ist es bekannt, α,/8-ungesättigte carbocyclische Ketone mit Malonsäureestern in einer Additionsreaktion umzusetzen und die erhaltenen Additionsprodukte über weitere Reaktionsstufen in bicyclische Laktone überzuführen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden bicyclische Laktone der allgemeinen Formel

H₂
C_x

C = O

/\r

Ri

in der A eine gegebenenfalls durch ein oder mehrere Alkylreste mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen substituierte drei- oder viergliedrige Methylenbrücke und Ri ein Wasserstoffatom oder einen niedrigmolekularen Alkylrest mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen bedeutet, dadurch hergestellt, daß man einen α,/3-ungesättigten carbocyclischen Aldehyd der allgemeinen Formel

Verfahren zur Herstellung
von bicyclischen Laktonen

Anmelder:

Shell Internationale Research
Maatschappij N. V., Den Haag

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff,

Dipl.-Ing. G. Puls

und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte, München, Schweigerstr. 2

ao einem Malonester der allgemeinen Formel
Ri COOR

COOR

in der Ri die oben angegebene Bedeutung hat und R eine niedrigmolekulare Alkylgruppe darstellt, in alkoholisch-alkalischem Medium in einer Additionsreaktion in eine Verbindung der allgemeinen Formel

I c —

C = O
COOR

■?<

Ri

COOR

überführt, diese in an sich bekannter Weise bei Gegenwart von Raneynickel zur entsprechenden-

C = O a-Oxymethylverbindung reduziert, das erhaltene Re-

^/ 45 aktionsprodukt in an sich bekannter Weise zur

Dicarbonsäure verseift und diese in an sich bekannter Weise unter sauren Bedingungen gleichzeitig decarboxyliert und cyclisiert. Die als AusgangsmateriaT \ verwendeten a,/?-ungesättigten carbocyclischen Alde-

H 50 hyde besitzen eine andere Aktivität als die bei den

bekannten Verfahren verwendeten α,/3-ungesättigten in der A die oben angegebene Bedeutung hat, mit carbocyclischen Ketone, so daß die verwendeten

309 539/420

Aldehyde gegenüber den entsprechenden Ketonen keine gleichwertigen Stoffe darstellen. So ist es bekannt, daß die Aldehyde im alkalischen Medium leicht Kondensationsreaktionen unterliegen. Es war daher nicht vorauszusehen, daß auch die α,/9-ungesättigten carbocyclischen Aldehyde mit Malonsäureestern mit Erfolg in der angegebenen Weise eine Additionsreaktion eingehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird unter Verwendung von S-Methylcyclopenten-l-aldehyd und Methylmalonsäurediäthylester durch folgendes Formelschema veranschaulicht:

H₃C

H₂C⁷	C C ^/ \/\ C H Il	H \ / C / \	COOC₂H₅
ι	Il Γ"¹ ι	CH₃
H₂C	L, -\|- I
	I H	COOC₂H₅

C C

H₂C CH H

H₂C C COOC₂H₅

H C

H₂

Verseifen

COOC₂H₅

CH₃

C H CH₂OH

/³W/

H2C4 2C

H₂C⁵

Decarboxylierung (-CO₂) CH₃
H

' H₂
CHC

H₂C C O

-¹C COOH und Ringschluß (-H₂O) H₂C-

H C

/ \
CH₃ COOH

C=O

l\

H C

CH₃

Als Ausgangsmaterial eignen sich α,β-ungesättigte carbocyclische Aldehyde mit 5 oder 6 Ringkohlenstoffatomen, die auch gegebenenfalls durch eine oder mehrere Alkylgruppen mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen, wie Metnyl-, Äthyl-, Isopropyl-, Isobutyl-, Isovalerylgruppen, substituiert sein können. Als bevorzugte Aldehyde seien genannt: Cyclohexen-1-aldehyd, Cyclopenten-1-aldehyd und 3- sowie ^Methylcyclopenten-l-aldehyd-l.

Geeignete Malonsäureester sind beispielsweise Malonsäurediäthylester und Methylmalonsäurediäthylester.

Die erste Verfahrensstufe wird meistens bei niedrigen Temperaturen, z.B. etwa bei 0°C, ausgeführt. Der α,/3-ungesättigte carbocyclische Aldehyd wird hierbei tropfenweise zu einer Lösung des Malonsäuredialkyiesters in einem Alkohol, dem etwas Medium zugegeben wurde, zugetropft.

Die Reduktion des in der ersten Stufe erhaltenen a-^-formyl-cyclopentyl- bzw. -hexyl-1-malonsäuredialkyle,sters wird in üblicher Weise in alkoholischem Medium mittels Wasserstoff in Gegenwart von Raneynickel als Katalysator im Autoklav bei erhöhter Temperatur und Druck durchgeführt. 65

Die Decarboxylierung wird bequem durch 1- bis Beispiel 1 4stündiges Erhitzen bei 100 bis 150°C in saurem Beispiel 2 Medium dprchgeführt. Beispiels

Die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen besitzen überraschende insektizide Eigenschaften. Sie unterscheiden sich von den bekannten chlorhaltigen Insektiziden wesentlich dadurch, daß sie eine schnelle abtötende Wirkung haben. Ein anderer wichtiger Vorteil der Verfahrensprodukte besteht darin, daß sie gegenüber Warmblüter verhältnismäßig ungiftig sind.

Die insektizide Wirkung der Verfahrensprodukte wurde an je fünf Individuen verschiedener Insekten geprüft. Hierbei wurde 1 ecm einer 2 η-Lösung der zu prüfenden Substanz (als Lösungsmittel wurde Aceton verwendet) auf einen Filter von 9 cm Durchmesser aufgebracht, die Insekten wurden der Wirkung der betreffenden Substanz in einem Behälter ausgesetzt, und die Mortalität der Insekten wurde nach 24 Stunden bestimmt. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:

Bicyclisches Lakton Mortalität in % bei

Schistocorca

Gregaria
(Heuschrecke)

100

Tribolium

Cenfusum

(Mehlkäfer)

60

Blattella
Germanica (Kakerlak)

100

80

100

Beispiel 1

Lakton der a-(2-Oxymethyl-cyclopentyl-l)-propionsäure

H₂ H₂
CHC

H₂C C O

H₂C-

-C C = O

H C

\
H

CH₃

Zu 200 ecm mit 0,04 g Natrium versetztem absolutem Alkohol werden 63 g frisch destillierter Methylmalonsäurediäthylester zugetropft. Das Gemisch wird dann mittels Eis auf 0⁰C abgekühlt, und unter Rühren werden 37 g Cyclopenten-1-aldehyd zugegeben. Anschließend wird die Reaktionsmischung noch 2 Stunden gerührt und über Nacht im Kühlschrank stehengelassen. Dann wird das erhaltene Gemisch mit Eisessig neutralisiert, der Alkohol im Vakuum auf dem Wasserbad abdestilliert, der Rückstand mit 200 ecm Benzol aufgenommen, die benzolische Lösung zweimal mit 50 ecm Wasser gewaschen und über Natriumsulfat getrocknet. Hierauf wird das Benzol sowie ein großer Teil des nicht umgesetzten Esters und Aldehyds im Vakuum abdestilliert. Durch fraktionierte Destillation des zurückbleibenden Produkts im Hochvakuum wird a-Methyl-a-(2-formylcyclopentyl-l)-malonsäurediäthylester vom Kp.o,₂ 102⁰C in einer Ausbeute von 24% der Theorie erhalten.

66 g des erhaltenen a-Methyl-a-(2-formyl-cyclopentyl-l)-malonsäurediäthylesters werden in 300 ecm absolutem Alkohol mit 15 g Raneynickel in einem 1-1-Autoklav bei 150⁰C unter einem Wasserstoffdruck

ίο von 125 Atmosphären 6 Stunden hydriert, und das Reaktionsprodukt wird dann im Hochvakuum fraktioniert destilliert, wobei der <z-Methyl-a-(2-oxymethyl-cyclopentyl- l)-malonsäurediäthylester vom Kp.o,4 125°C in einer Ausbeute von 54% der Theorie erhalten wird.

25 g dieses Esters werden mit einem Gemisch von 30 g Kaliumhydroxyd und 105 ecm Methanol versetzt, und das Ganze wird 7 Stunden unter Rückfluß erhitzt und das erhaltene Gemisch anschließend noch

ao 10 Stunden bei Zimmertemperatur gerührt. Dann wird das Reaktionsgemisch mit Wasser versetzt, der nicht verseifte Ester durch Ausschütteln mit Äther entfernt, das Gemisch unter Kühlung mit Salzsäure angesäuert und erneut mit Äther ausgeschüttelt. Dann

wird aus der ätherischen Lösung der Äther abdestilliert, das zurückbleibende Öl mit 2 n-Schwefelsäure in einem ölbad von 115° C 3 Stunden erhitzt, das Reaktionsgemisch ausgeäthert, die ätherische Lösung getrocknet und anschließend fraktioniert destilliert. Man erhält das Lakton der a-(2-Oxymethyl-cyclopentyl-l)-propionsäure vom Kp.o,₂ 70 bis 71°C in einer Ausbeute von 35% der Theorie.

Beispiel 2
Isomerengemisch des Laktons der a-(2-Oxymethyl-3- und -4-methyl-cyclopentyl-l)-propionsäure

H₃C H

/ H₈
C C

/³\H/ \
H₂C4 ac O

H₂ H₂
H CHC

H₃C-C C O

H₂C¹

-¹C

l\ /

H C

l\

C = O und

H
CH₃

Ein Gemisch von 3-Methyl-cyclopenten-1 -aldehyd-2 und 4-Methyl-cyclopenten-l-aldehyd-2 vom Kp.i₂ 49 bis 51⁰C, das in einer Ausbeute von 60% der Theorie dadurch erhalten worden ist, daß man in 1,81 Wasser 150 g Natriumperjodat unter Rühren suspendiert, 35 ecm konzentrierte Salpetersäure zufügt, das Gemisch rührt, bis alles in Lösung gegangen ist, die erhaltene Lösung mit wäßriger Natronlauge auf einen PH-Wert von 4 einstellt, dann 80 g 1-Methyl-cyclohexan-3,4-diol zugibt, wobei die Temperatur von 18 auf 30° C ansteigt, das Reaktionsgemisch anschließend 20 Minuten rührt, auf 25°C abkühlt, mit 250 ecm Äther und 210 ecm einer 20%igen Kaliumhydroxydlösung versetzt, die erhaltene Reaktionsmischung noch 30 Minuten stark rührt, dann die Ätherschicht abtrennt, die wäßrige Phase fünfmal mit 200 ecm Äther ausschüttelt, die vereinigten ätherischen Auszüge über Natriumsulfat trocknet und nach dem

H₂C C C = O

H C

/ \
H CH₃

Abdestillieren des Äthers den erhaltenen Rückstand im Vakuum fraktioniert destilliert, wird gemäß Beispiel 1 mit 55 g Methylmalonsäurediäthylester umgesetzt, wobei ein Gemisch der <z-Methyl-a-(2-formyl-3- und ^-methyl-cyclopentyl-l^malonsäurediäthylester vom Kp.o,₃ 106⁰C in einer Ausbeute von 24% der Theorie erhalten wird. Dieses Gemisch wird, wie im Beispiel 1 beschrieben, in absolut alkoholischer Lösung katalytisch hydriert und aufgearbeitet, wobei ein Isomerengemisch der a-Methyla-(2-oxymethyl-3- und -4-methyl-cyclopentyl-l)-malonsäurediäthylester vom Kp.o,₂ 114⁰C in einer Ausbeute von 50% der Theorie erhalten wird. Das erhaltene Isomerengemisch wird dann entsprechend Beispiel 1 in methylalkoholischer Kaliumhydroxydlösung verseift und das hierbei erhaltene Reaktionsgemisch nach der im Beispiel 1 beschriebenen Methode weiter behandelt. Man erhält das Isomeren-

gemisch des Laktons der a-(2-Oxymethyl-3- und -4-methyl-cyclopentyl-l)-propionsäure vom Kp.0,1 71 bis 73°C in einer Ausbeute von 42% der Theorie.

Beispiel 3

Lakton der a-(2-Oxymethyl-cyclohexyl-l)-propionsäure

H2 H2
CHC

H₂U—~ C O

H2C

¹⁵

CHC

H₂ |\

H CH₃

20

Nach der im Beispiel 1 beschriebenen Methode wird bei Verwendung von 63 g Methylmalonsäurediäthylester und 40 g Cyclohexen-1-aldehyd der α - Methyl - α - (2 -formyl - cyclohexyl -1) - malonsäure diäthylester vom Kp,o,2 117°C in einer Ausbeute von 20% der Theorie erhalten.

50 g des erhaltenen a-Methyl-a-(2-formyl-cyclohexyl-l)-malonsäurediäthylesters werden gemäß Beispiel 1 in einem 1-1-Autoklav bei 15O⁰C und unter einem Wasserstoffdruck von 125 Atmosphären hydriert und aufgearbeitet. Hierbei wird der a-Methyl- <z-(2-oxymethyl-cyclohexyl-1 )-malonsäurediäthylester vom Kp.0,4 140° C in einer Ausbeute von 50% der Theorie erhalten.

18 g dieses Esters werden auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise unter Verwendung von Kaliumhydroxyd und Methanol verseift und das erhaltene Reaktionsgemisch gemäß Beispiel 1 weiter behandelt. Man erhält das Lakton der a-(2-Oxymethyl-cyclohexyl-l)-propionsäure vom Kp.0,001 82⁰C mit einer Ausbeute von 36% der Theorie.

Claims

PATENTANSPRUCH:

Verfahren zur Herstellung von bicyclischen Laktonen der allgemeinen Formel

H₂
C

C = O

50

mehrere Alkylreste mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen substituierte drei- oder viergliedrige Methylenbrücke und Ri ein Wasserstoffatom oder einen niedrigmolekularen Alkylrest mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß man einen a,/?-ungesättigten carbocyclischen Aldehyd der allgemeinen Formel

H
C=O

in der A die oben angegebene Bedeutung hat, mit einem Malonester der allgemeinen Formel

Ri

COOR

COOR

in der Ri die oben angegebene Bedeutung hat und R eine niedrigmolekulare Alkylgruppe darstellt, in alkoholisch-alkalischem Medium in einer Additionsreaktion in eine Verbindung der allgemeinen Formel

H H

I I c — c=o

/COOR

-C-

COOR

Ri

überführt, diese in an sich bekannter Weise bei Gegenwart von Raneynickel zur entsprechenden a-Oxymethylverbindung reduziert, das erhaltene Reaktionsprodukt in an sich bekannter Weise zur Diearbonsäure verseift und diese in an sich bekannter Weise unter sauren Bedingungen gleichzeitig decarboxyliert und cyclisiert.

Ri

55

in der A eine gegebenenfalls durch eine oder (1954), S. 3625 bis 3628.

In Betracht gezogene Druckschriften: Journal of the Indian Chemical Society, 33 (1956), S. 167 bis 170;
Journal of the American Chemical Society, 76

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