-
Verfahren zur Herstellung von substituierten Fulvenaldehyden Es wurde
gefunden, daß Cyclopentadiene der allgemeinen Formel
worin mindestens ein X-Rest für Wasserstoff steht und die anderen X-Reste Wasserstoff
oder einwertige Substituenten, wie Alkyl, Cycloalkyl, Aralkyl oder Aryl, bedeuten
und zwei an der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung befindliche X-Reste gegebenenfalls
gemeinsam einen Benzolring bilden können, befähigt sind, in Gegenwart eines halogenhaltigen,
sauren Kondensationsmittels mit Formamidderivaten der allgemeinen Formel
worin R1 und R, für Wasserstoff, Alkyl, Cycloalkyl, Aralkyl, Aryl oder andere einwertige
Substituenten stehen und R1 und R2 auch gemeinsam einen Ring darstellen können,
Immoniumsalze von 6-Aminofulvenen zu bilden und daß die erwähnten Immoniumsalze
sich durch Hydrolyse leicht in Fulvenaldehyde der allgemeinen Formel
worin X, R1 und R2 die vorstehende Bedeutung haben, überführen lassen.
-
Bei der ersten Stufe des Verfahrens gemäß der Erfindung sind auf 1
Mol der Cyclopentadienverbindung 2 Mol des Formamidderivates anzuwenden. Das saure
Kondensationsmittel ist zweckmäßig im gleichen Molv erhältnis wie das Formamidderivat
anzuwenden.
-
Wenn mehr als ein X-Rest der Ausgangsverbindung der allgemeinen Formel
I für Wasserstoff steht und die molaren Verhältnisse der Ausgangsprodukte entsprechend
gewählt werden, lassen sich gemäß dem vorliegenden Verfahren auch mehrere Immoniumgruppen
in das Fulvenmolekül einführen und durch Verseifung dann Fulvenderivate erhalten,
die mehr als eine Aldehydgruppe besitzen. Wenn man Dialdehyde erhalten will, muß
man auf 1 Mol des Cyclopentadienderivates je 3 Mol der Formamidkomponenten und des
sauren Kondensationsmittels anwenden.
-
Als Ausgangskomponenten der allgemeinen Formel I lassen sich beliebige
Cyclopentadiene verwenden, die mindestens eine CH-Gruppe besitzen, d. h. bei denen
mindestens ein X-Rest in der allgemeinen Formel I für Wasserstoff steht. Bevorzugt
sollen die anderen X-Reste in der allgemeinen Formell für Wasserstoff, Alkyl, Cycloalkyl,
Aralkyl oder Aryl stehen. Jedoch können die Substituenten X auch z. B. für Hydroxyl,
Alkoxy, Aldehydgruppen oder Carboxylgruppen stehen. Die Substituenten müssen so
ausgewählt werden, daß sie die Umsetzung der Cyclopentadienkomponenten mit der Formamidkomponenten
und dem sauren Kondensationsmittel nicht stören.
-
Als halogenhaltige, saure Kondensationsmittel werden gemäß der Erfindung
bevorzugt die Halogenide, besonders die Chloride der Phosphorsäure verwendet. Es
können jedoch auch die Halogenide der Schwefelsäure oder der Kohlensäure, z. B.
Thionylchlorid oder Phosgen, eingesetzt werden. Außerdem wirken im gleichen Sinne
auch Verbindungen vom Typ der Friedel-Crafts-Katalysatoren, wie Aluminiumchlorid
oder Bortrifluorid. Da die sauren Kondensationsmittel im Verfahren gemäß der Erfindung
nur die Rolle von Hilfsprodukten spielen, ist es zweckmäßig, möglichst billige saure
Kondensationsmittel anzuwenden.
-
Als Formamidkomponenten werden bevorzugt solche Verbindungen der allgemeinen
Formel II verwendet, in denen R1 und R2 Alkyl-, Cycloalkyl- oder Aralkylreste bedeuten
oder R1 und R2 gemeinsam zu einem Ring zusammengeschlossen sind. Wenn die Formamidkomponente
hauptsächlich
zur Einführung der Aldehydgruppe dient und die Bildung der Fulvengruppe demgegenüber
zurücktritt, ist das Dimethylformamid das bevorzugte, billige Ausgangsmaterial.
-
Die Umsetzung wird zweckmäßig in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt,
das mindestens eine der Reaktionskomponenten zu lösen vermag. Als Lösungsmittel
kann auch ein Lberschuß der einen Reaktionskomponente verwendet werden, soweit diese
bei den Reaktionstemperaturen flüssig ist. Wenn beide Reaktionskomponenten bei der
Reaktionstemperatur flüssig sind, kann gegebenenfalls auf die Anwendung eines zusätzlichen
Lösungsmittels verzichtet werden.
-
Eine einfache Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
darin, daß man zu einer Mischung eines Formamids der allgemeinen Formel II und eines
sauren, halogenhaltigen Kondensationsmittels im Molverhältnis 1:1, gegebenenfalls
in einem indifferenten organischen Lösungsmittel, die berechnete Menge eines Cyclopentadiens
tropft bzw. zugibt, nach erfolgter Umsetzung die Reaktionsmischung direkt der Hydrolyse
unterwirft und dann das Reaktionsprodukt in üblicher Weise durch Extraktion, z.
B. mit einem polaren organischen Lösungsmittel, isoliert. Man kann auch zu einer
Mischung der Cyclopentadienkomponenten und der Formamidkomponenten das saure, halogenhaltige
Kondensationsmittel hinzugeben und das Reaktionsgemisch verarbeiten.
-
Die Umsetzung kann bei verschiedenen Temperaturen, z. B. bei -10°C,
oder auch bei höheren Temperaturen, z. B. 0 bis 80' C, durchgeführt werden. Bei
leichtflüchtigen Reaktionskomponenten wird zweckmäßig bei tiefen Temperaturen gearbeitet.
-
Die Ausbeuten liegen im allgemeinen bei 70 bis 100 °/o der Theorie.
Als Lösungsmittel können, soweit dies erforderlich ist, indifferente organische
Lösungsmittel, wie Benzol, Toluol oder Tetrahydrofuran, verwendet «-erden.
-
Man erhält so aus Cyclopentadien bei der Durchführung der Reaktion
bei etwa -10'C mit einem Molv erhältnis Cyclopentadien zu Formamid zu saurem, halogenhaltigem
Kondensationsmittel wie 1:2:2 den entsprechenden Fulvenmonoaldehyd in einer Ausbeute
bis zu 70 °/o der Theorie und bei 0 bis 80'C, vorzugsweise bei 20 bis 40'C, und
einem Molverhältnis Cyclopentadien zu Formamid zu saurem, halogenhaltigem Kondensationsmittel
wie 1:3:3 den entsprechenden Fulvendialdehyd in einer Ausbeute von 80 bis
1000,' a der Theorie.
-
Die Reaktion verläuft vermutlich so, daß das Formamid mit dem halogenhaltigen,
sauren Kondensationsmittel eine Komplexverbindung der allgemeinen Formel
worin R1 und R2 die vorstehende Bedeutung haben und RHaln das saure Kondensationsmittel
darstellt, bildet, die mit dem Fulven unter Bildung eines Immoniumsalzes reagiert.
Das Immoniumsalz hat, wenn man vom unsubstituierten Cyclopentadien ausgeht und im
Molv erhältnis 1:2:2 arbeitet, wahrscheinlich folgende Formel
Das Immoniumsalz der allgemeinen Formel V kann dann durch Hydrolyse in den Aldehyd
der Formel
übergeführt werden.
-
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren, bisher nicht
zugänglichen Verbindungen stellen wertvolle Ausgangsprodukte für zahlreiche interessante
Produkte dar. Die Erfindung als solche liegt jedoch in dem neuen und überraschenden
Verfahren. Beispiel 1 Zu einer Mischung von 66g Cyclopentadien und 300 ccm Dimethylformamid
tropft man bei -10°C unter Feuchtigkeitsausschluß und intensivem Rühren das Gemisch
von 307g Phosphoroxychlorid und 300 ccm Dimethylforma.mid. Dabei soll die Temperatur
-10°C nicht übersteigen. Nachdem das Reaktionsgemisch 4 Stunden bei -10'C gerührt
wurde, gießt man es in Eiswasser und macht die so erhaltene wäßrige Lösung mit Natronlauge
schwach alkalisch. Diese Lösung wird dann mehrmals mit Chloroform extrahiert, die
vereinigten Chloroformauszüge mit wenig Wasser gewaschen und anschließend das Chloroform
abdestilliert. Der feste Rückstand wird aus Ligroin oder Methylcyclohexan umkristallisiert.
Man erhält den Aldehyd der folgenden Konstitution
in einer Ausbeute von 670/, der Theorie. Schmelzpunkt 82 bis 83°C. Gelbliche
Nadeln. Beispiel 2 Zu einer Mischung von 460 g Phosphoroxychlorid und 800 ccm Dimethylformamid
tropft man langsam eine Lösung von 66 g Cyclopentadien in 100 ccm Dimethylformamid.
Dabei soll die Temperatur des Reaktionsgemisches 40°C nicht übersteigen. Die viskose,
rote Reaktionsmischung wird noch 3 Stunden gerührt, dann in Eiswasser gegossen und
schwach alkalisch gemacht. Die wäßrige Lösung extrahiert man mehrmals mit Chloroform,
wäscht die vereinigten Chloroformauszüge mit wenig Wasser und destilliert dann das
Chloroform ab. Der Rückstand wird dann aus Isopropanol unter Zusatz von Aktivkohle
umkristallisiert. Man erhält den Dialdehyd der Konstitution
in Form schwach gelber Nadeln, die bei 141 bis 142'C schmelzen, in einer Ausbeute
von 96 % der Theorie. Die Verbindung ist schwer löslich in Ligroin, Äther und Benzol,
löslich in Äthanol, Isopropanol, Chloroform und Methvlenchlorid.
Beispiel
3 Zu einer Mischung von 208 g Phosphorpentachlorid und 350 ccm Dimethylformamid
tropft man unter Rühren und Feuchtigkeitsausschluß 22 g Cyclopentadien. Die Temperatur
des Reaktionsgemisches soll dabei 50'C
nicht übersteigen. Die rote, viskose
Reaktionslösung wird noch 2 Stunden gerührt und dann in Eiswasser gegossen. Die
so erhaltene wäßrige Lösung wird mit Natronlauge schwach alkalisch gemacht und mehrmals
mit Chloroform extrahiert. Aus den vereinigten Chloroformauszügen erhält man den
im Beispiel 2 näher beschriebenen Fulvendialdehyd in einer Ausbeute von 83 °/o der
Theorie. Beispiel 4 Zu einer Lösung von 300 g Phosgen in 1,51 Toluol tropft man
unter intensivem Rühren, Eiskühlung und Feuchtigkeitsausschluß 220 g Dimethylformamid.
Zu der so erhaltenen Suspension der Komplexverbindung aus Dimethylformamid und Phosgen
in Toluol tropft man 66 g Cyclopentadien und rührt anschließend die rote Reaktionsmischung
7 Stunden bei Raumtemperatur. Das Reaktionsgemisch wird dann in Eiswasser gegossen,
mit Natronlauge schwach alkalisch gemacht und mit Chloroform mehrmals extrahiert.
Aus den vereinigten Chloroformauszügen erhält man den im Beispiel 2 beschriebenen
Fulvendialdehyd in einer Ausbeute von 87 % der Theorie. Beispiel 5 Zu einer Lösung
von 54g Isopropylcyclopentadien in 100 ccm Dimethylformamid tropft man unter Feuchtigkeitsausschluß
und intensivem Rühren bei -10 bis -20°C eine Mischung von 153 g Phosphoroxychlorid
und 300 ccm Dimethylformamid so ein, daß die Temperatur dabei -10°C nicht übersteigt.
Nach etwa 3 Stunden wird die gelbe Reaktionslösung in Eiswasser eingerührt, mit
verdünnter Natronlauge schwach alkalisch gemacht und dann mehrmals mit Chloroform
extrahiert. Die vereinigten Chloroformauszüge wäscht man mit wenig Wasser und destilliert
dann das Chloroform ab. Der Rückstand wird aus Ligroin umkristallisiert. Man erhält
so den Fulvenaldehyd der folgenden Konstitution
in Form gelber Nadeln, die bei 130 bis 131'C schmelzen, in einer Ausbeute
von 68 °/o der Theorie. Beispiel 6 Zu einer Mischung von 460 g Phosphoroxychlorid
und 600 ccm Dimethylformamid tropft man unter intensivem Rühren und Feuchtigkeitsausschluß
108 g Isopropylcyclopentadien, das in 200 ccm Dimethylformamid gelöst ist. Die Reaktionstemperatur
soll dabei 30 bis 40'C nicht überschreiten. Nach etwa 3 Stunden wird die rote Reaktionslösung
in Eiswasser gegossen und mit verdünnter Natronlauge schwach alkalisch gemacht.
Dabei scheidet sich ein rotes Öl ab. Dieses wird abgetrennt und die wäßrige Phase
mehrmals mit Chloroform extrahiert. Das rote Öl vereinigt man mit den Chloroformauszügen,
wäscht es mit wenig Wasser und destilliert dann das Chloroform ab. Der Rückstand
wird aus Isopropanol umkristallisiert. Man erhält so den Dialdehyd der folgenden
Konstitution
in Form gelber Prismen, die bei 137 bis 138'C schmelzen, in einer Ausbeute von 84°/o
der Theorie. Beispiel 7 In eine Mischung von 460 g Phosphoroxychlorid und 500 ccm
Dimethylformamid tropft man unter intensivem Rühren und Feuchtigkeitsausschluß 80
g Methylcyclopentadien so ein, daß die Reaktionstemperatur 40°C nicht überschreitet.
Die gelbe Reaktionslösung wird noch 3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, dann in
Eiswasser gegossen und mit verdünnter Natronlauge schwach alkalisch gemacht. Nach
der Aufarbeitung, wie im Beispiel 6 beschrieben, erhält man den Fulvendialdehyd
der folgenden Konstitution
in Form gelber Nadeln vom Schmelzpunkt 184 bis 185'C in einer Ausbeute von 95 °/o
der Theorie.
-
Beispiel 8 15,6 g Benzylcyclopentadien, gelöst in 100 ccm Dimethylforxnamid,
tropft man unter Feuchtigkeitsausschluß und intensivem Rühren in eine Mischung von
50 g Phosphoroxychlorid und 100 ccm Dimethylformamid ein. Die Temperatur des Reaktionsgemisches
soll dabei 30 bis 40°C nicht übersteigen. Die gelbe Reaktionslösung wird dann in
Eiswasser eingerührt, diese Mischung zur Entfernung von Neutralteilen mit Benzol
extrahiert und anschließend die wäßrige Lösung mit Natronlauge schwach alkalisch
gemacht. Nach der Aufarbeitung, wie im Beispiel 6 beschrieben, erhält man den Dialdehyd
der folgenden Konstitution
in. farblosen Kristallen vom Schmelzpunkt 186 bis 187'C (aus Äthanol) in einer Ausbeute
von 780/, der Theorie. Beispiel 9 In eine Mischung von 31 g Phosphoroxychlorid
und 100 ccm Dimethylformamid tropft man unter intensivem Rühren und Feuchtigkeitsausschluß
unter Eiskühlung 12,2 g tertiäres Butylcyclopentadien so ein, daß die Temperatur
des Reaktionsgemisches 10°C nicht übersteigt. Nach etwa 2 Stunden wird die gelbrote
Reaktionslösung in Eiswasser gegossen, schwach alkalisch gemacht und mit Chloroform
mehrmals extrahiert. Die vereinigten Chloroformauszüge wäscht man mit wenig Wasser,
destilliert dann das Chloroform ab und kristallisiert den
Rückstand
aus Isopropanol um. Man erhält so den Aldehyd folgender Konstitution
in Form gelber Nadeln vom Schmelzpunkt 155 bis 156° in einer Ausbeute von etwa 71
% der Theorie. Beispiel 10 12,2g tertiäres Butylcyclopentadien tropft man
unter Rühren und Feuchtigkeitsausschluß in eine Mischung von 50 g Phosphoroxy chlorid
und 100 ccm Dimethylformamid. Anschließend wird die gelbe Reaktionslösung 3 bis
4 Stunden auf etwa 60''C erhitzt und nach dem Erkalten in Eiswasser gegossen. Nach
der Aufarbeitung, wie im Beispiel 9 beschrieben, erhält man den Dialdehyd der folgenden
Konstitution
in Form gelber Nadeln vom Schmelzpunkt 192 bis 193°C in einer Ausbeute von 890/'o
der Theorie.
-
Beispiel 11 In eine Mischung von 50g Phosphoroxychlorid und 100 ccm
Dimethylformamid tropft man eine Lösung von 11,6 g Inden in 30 ccm Dimethylformamid
unter Feuchtigkeitsausschluß und intensivem Rühren ein. Die Reaktionslösung wird
dann 4 Stunden auf 90 bis 100'C
erhitzt, anschließend, nach dem Erkalten,
in Eiswasser gegossen und zur Entfernung von N eutralteilen mit Benzol extrahiert.
Die wäßrige Phase wird dann mit verdünnter Natronlauge schwach alkalisch gemacht
und mit Chloroform mehrmals extrahiert. Die vereinigten Chloroformauszüge wäscht
man mit Wasser, destilliert dann das Chloroform ab und kristallisiert den Rückstand
aus Essigsäureäthvlester um. Man erhält den Dialdehyd der folgenden Konstitution
in rotbraunen Blättchen vom Schmelzpunkt 176 bis 177- C in einer Ausbeute von 64
11;"o der Theorie.
-
Beispiel 12 Zu 30 ml Dimethylformamid gibt man bei 20°C langsam 9,2
ml Phosphoroxy chlorid und tropft in diese Mischung unter intensivem Rühren und
Feuchtigkeitsausschluß 6,9 g monomeren Cyclopentadiencarbonsäureäthylester so ein,
daß die Reaktionstemperatur 40C nicht überschreitet. Die gelbe Reaktionslösung wird
noch etwa 3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, dann in Eiswasser gegossen und mit
verdünnter Natronlauge schwach alkalisch gemacht. Die wäßrige Phase wird mehrmals
mit Chloroform extrahiert. Die vereinigten Chloroformauszüge wäscht man mit wenig
Wasser und destilliert dann das Chloroform ab. Der Rückstand wird aus Isopropanol
umkristallisiert. Man erhält so den Dialdehyd der folgenden Konstitution
in Form brauner Kristalle, die bis 200°C nicht schmelzen, in einer Ausbeute von
48 °/o der Theorie.