DE1909409A1

DE1909409A1 - Verfahren zur Herstellung von 6,7-Epoxycitronellal

Info

Publication number: DE1909409A1
Application number: DE19691909409
Authority: DE
Inventors: Pilarz Alfred Alfonse; Chase George Oswald
Original assignee: F Hoffmann La Roche AG
Current assignee: F Hoffmann La Roche AG
Priority date: 1968-03-11
Filing date: 1969-02-25
Publication date: 1969-11-06
Also published as: CH514568A; GB1237973A; GB1237972A; FR2003643A1; ES364546A1; BR6906936D0; BE729617A; US3590053A; NL6903657A

Description

Dr. Franz Lsöeier

2S.FEB.19B9¹

RAN 6003/94

F. HofFmann-La Roche &.Go. Aktiengesellschaft, Basel/Schweiz

Verfahren zur Herstellung von 6,7-Epoxy-citronellal

3,7-Dimethyl-6,7-epoxy-octan--l-al (6,7-Epoxy-citronellal; die Verbindung I des ReaktionsSchemas auf Seite 3) ist eine bekannte Verbindung, welche wegen ihres weichen blumigen Geruchs mit grüner Note sehr nützlich als Riechstoff für die Herstellung von Parfüms und anderen Riechstoffkompositionen ist.

Bis anhin wurde 6,7-Epoxy-citronellal durch Epoxydierung von 3,7-Dimethyl-6-octen-l-al (Citronellal) hergestellt. Nach dieser Methode fällt das 6,7-Epoxy-citronellal unrein an, bei den Verunreinigungen handelt es sich um unerwünschte Nebenprodukte der Epoxydierungsreaktion,. die die Ausbeute am gewünschten 6,7-Epoxy-citronellal beträchtlich herabsetzen. Ausser-

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dem erweist sich die Entfernung dieser Nebenprodukte als schwierig und aufwendig. Dies stellt einen beachtlichen Nachteil dar, dam nur ein reines 6,7-Epoxy-citronellal kann in Parfüms oder Riechstoff kompositionen Verwendung finden.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus der Tatsache, dass das kommerziell erhältliche Citronellal zur Herstellung von 6,7-Epoxy-citronellal natürlichen Ursprungs und deshalb mit anderen Terpenen verunreinigt ist. Als Quelle für natürliches Citronellal wird nämlich Java eitronella-öl verwendet, das ausser Citronellal noch andere terpenische Verbindungen enthält. Wird andererseits Citronellal 'durch die selektive Hydrierung einer C=C-Bindung einer natürlich vorkommenden Polyolefin-Verbindung, wie des Citrals hergestellt, entstehen ausser dem gewünschten Citronellal noch Nebenprodukte der Hydrierung. Die zusätzlichen Reaktionsstufen, die nötig sind, um Citronellal oder Citral für die Gewinnung von 6,7-Epoxycitronellal zu reinigen, drücken natürlich in der Folge die Ausbeute an letzterem Produkt.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung von 6,7-Epoxy—citronellal durch Hydrierung von 3*7-Dimethyl-6,7-epoxy-2-oeten-l-al (IV). (Siehe den Reaktionsschritt (c) des folgenden Reaktionsschemas):

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χ.·

CH(CR).

U-A

Iu₁)

HOR

H-B

CH(OR)

IH-A

CKOR

IH-B

CHO

IV

(c)

R bedeutet nieder-Alkanoyl.

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- if -

Für die Hydrierungsstufe (c) kann jede übliche Methode der Hydrierung einer olefinischen Doppelbindung angewandt werden. Eine typische Methode besteht z.B. darin, dass Wasserstoffgas , · durch das einen Katalysator enthaltende Reaktionsgemisch geleitet wird. Als ,Katalysator geeignet sind z.B. Palladium, oder Palladium auf Aktivkohle, etc. Diese Reaktion wird allgemein in Anwesenheit eines inerten organischen Lösungsmittels ausgeführt. In Frage kommt dabei Jedes konventionelle, inerte organische Lösungsmittel. Im allgemeinen wird diese Reaktion bei Atmosphärendruck und Raumtemperatur durchgeführt. Erwünschtenfall kann die Reaktion aber auch bei erhöhten Temperaturen und Drucken durchgeführt werden, wobei Drucke, die leicht über dem , Atmosphärendruck liegen, bevorzugt sind.

Der Epoxy-aldehyd der Formel IV kann aus einem Epoxyalkanoylderivat der Formel IH-A oder IH-B oder aus einem Gemisch solcher Epoxy-alkanoylderivate erhalten werden, indem eine Verbindung IH-A oder IH-B oder ein Gemisch dieser Verbindungen mit einem Verseifungsreagens, bevorzugt einem Alkalimetallbicarbonat behandelt (Reaktionsstufen (b ")

und (b₂) des Reaktionsschemas). Jedes übliche Alkalimetallbicarbonat, wie a.B. Natrium- oder Kaliumbicarbonat kommt dabei in Betracht. Normalerwelse wird diese Reaktion in Anwesenheit eines inerten polaren Lösungsmittels durchgeführt. Typische inerte polare Lösungsmittel, welche dabei in Betracht kommen,, sind Wasser, ein niederes Alkanol, wie z.B. Methanol oder ein

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Gemisch eines niederen Alkanols, wie Methanol, mit einem inerten Lösungsmittel, wie z.B. Petrolnaptha oder Toluol. Obschon diese Reaktion bei Zimmertemperatur durchgeführt werden kann, sind doch Temperaturen zwischen 50 C und 80 C bevorzugt, um den Reaktionsablauf zu beschleunigen.

Die Epoxy-alkanoylderivate III-A und HI-B können aus den Alkanoylderivaten II-A und H-B oder Gemischen derselben (Reaktionsstufen a, und a„) durch Epoxydierung mittels einer organischen Persäure erhalten werden. Bevorzugte Epoxydierungsreagenzien sind die Persäuren von niederen Alkansäuren, die 1 bis 6 Kohlenstoffatome enthalten, wie z.B. Ameisensäure oder Essigsäure, als auch die Persäuren von aromatischen Säuren, die 7 bis 17 Kohlenstoffatome enthalten, wie z.B. Benzoesäure, Phthalsäure etc. Die Epoxydierungsreaktion wird bevorzugt in einem Temperaturbereich von 0°C bis 35°^c und i*¹ Anwesenheit eines inerten organischen Lösungsmittels durchgeführt. Dabei kommt jedes übliche inerte organische Lösungsmittel in Betracht. Beispiele sind Toluol, Benzol, Hexan, Dichloräthan, Chloroform, Methylenchlorid, etc. Die Ausbeute für die Epoxydierung der Verbindungen der Formel II-A oder H-B mittels Persäuren kann bis 90$ betragen, da der Angriff selektiv an der Doppelbindung in 6-Stellung des Moleküls erfolgt, und die Doppelbindungen in 1- oder 2-Stellung intakt bleiben.

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Die Verbindungen der Formeln H-A und ΊΪ-Β können als Gemisch durch Esterifizierung und Umlagerung von Dehydrolinalool erhalten werden. Demzufolge stellt das im Reaktionsschema dargestellte Dreistufenverfahren eine Methode dar, um die Gemische, die durch Esterifizierung und Umlagerung von Dehydrolinalool entstehen, in 6,7-Epoxy-citronellal von hoher Reinheit überzuführen, und dies mit hoher Ausbeute.

Mit "niederes Alkanoyl" sind im vorliegenden Zusammenhang AIkanoy!gruppen mit 2 bis 6 C-Atomen bezeichnet, wie Acetyl, Propionyl, Butyryl, etc.

In den folgenden Beispielen sind die Temperaturen in Celsiusgraden angegeben.

Beispiel 1

152,6 g 98$iges l,l-Diacetoxy-3,7-dimethyl-2,6-octadien werden in 9OO ml Methylenchlorid gelöst. Man· kühlt unter Rühren auf 10 C ab. Ueber einen Zeitraum von 30 Minuten gibt man Jetzt 10 g Natriumacetattrihydrat in 130 ml eines Gemisches von ca. hO Gewichtsprozent Essigsäure, ca. 13 Gewichtsprozent Wasser und ca. kl Gewichtsprozent Peressigsäure zu. Während der Zugabe wird das Reakti ons gemisch gekühlt, um die Temperatur nicht über 20 C ansteigen zu lassen. Nach der Zugabe xctfd 1100h 2 Stunden bei Raumtemperatur weiter gerührt, dann übe? Nacht

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stehen gelassen. Unter Rühren wird alsdann das Reaktiorigemisch zu einem Liter Leitungswasser gegeben. Nach Trennenlassen in 2 Phasen wird die Essigsäure-Phase abgetrennt und verworfen, die Methylenchloridphase hingegen mit wässriger Natriumbicarbonatlösung neutral gewaschen. Aus dem neutral gewaschenen Extrakt wird das Lösungsmittel durch Destillation abgetrennt. Der Rückstand wird bei vermindertem Druck destilliert. Man erhält l,l-Diacetoxy-3*7-öiiaethyl-6,7-epoxy-2~oGten mit einem Siedepunkt von 103 his IQU C (0,03 mm.Hg). Ausbeute? 139 g eines 98$ig reinen Produktesp.C·) {86$,auf das eingesetzte Octadien berechnet).

Beispiel 2

Man löst 116,6 g l-Aeetoxy-3,7-dimethyl-l,2,6-octatrien in 900 ^ml Methylenchlorid und epoxidiert wie in Beispiel 1. Man erhält l-Acetoxy-3,7-diia8fchyl-6,7-epoxy-l,2-oatadienj Siedepunkt 82-84°C (O.O7 ma Hg).

Beispiel 3

Man hält ein Gemisch von 99,9 g l,l-Diacetoxy-3,7-dimethyl-6,7-epoxy-2-octen (Beispiel 1), I85 ml Methanol, 5^ g Natriumbiearbonat und 3© ^ml Wasser unter Rühren 2 Stunden am Rückfluss. Darauf entfernt man Methanol und Wasser bei vermindertem Brsie-ic auf üem Dampfbad und nimmt den verbleibenden.

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Rückstand in Toluol auf. Man wäscht mit Wasser neutral und trocknet durch azeotrope Entfernung des Toluols am Vakuum und 'in Stickstoffatmosphäre. Das erhaltene rohe 3>7-Dimethyl-6,7-epoxy-2-oeten-l-al wird mittels Vakuumdestillation gereinigt. " Das reine Produkt siedet bei 83-84⁰C (0,08 mm Hg).

Beispiel 4

Man bringt ein Gemisch von 52,6 g l-Acetoxy-^^-dimethyl 6,7-epoxy-l,2-octadien (Beispiel 2), 120 ml Methanol und 35 g Natriumbicarbonat wie in Beispiel 3 zur Reaktion. Man erhält 3,7-Dimethyl-6,7-epoxy-2-octen-l-alo

Beispiel 5

270,3 g reines !,l
2-octen (Beispiel 1) werden unter Rühren mit 500 ml Methanol, * 146 g Natriumbicarbonat und 83,4 ml Wasser gemischt. Das Reaktionsgemisch wirdzura Sieden erhitzt und während 2 Stunden am Rückfluss gehalten. Es wird anschliessend auf Raumtemperatur abgekühlt und 5*4 g ^igeB Palladium auf Aktivkohle zugefügt. Dann leitet man bei 20 bis 25 C unter einem Druck von 38 cm Wassersäule Wasserstoffgas durch das Reaktionsgemisch. Nachdem keine Wasserstoffaufnahme mehr festgestellt werden kann, filtriert man den Katalysator ab. Das Piltrat wird durch Destillation unter leicht vermindertem Druck (3OO bis 400 mm Hg) zu einem OeI konzentriert. Man löst dieses OeI in ca. 500 ml

Toluol und wäscht die Lösung mit Wasser neutral. Man entfernt das Lösungsmittel durch Destillation und fraktioniert den Rückstand bei vermindertem Druck. Man gewinnt so 3,7-Dimethyl-6,7-epoxy-octan-l-al vom Siedepunkt 65-66 C (Oil mm Hg).

Beispiel 6

210,3 S l-Acetoxy-3,7-climethyl-6,7-epoxy-l,2-octadien werden mit 5OO ml Methanol, 146 g Natriumbicarbonat und 83,4 ml Wasser gemischt. Man hält das Reaktionsgemisch 2 Stunden unter Rühren bei Rückflusstemperatur. Alsdann wird das Gemisch der Hydrierung unterworfen und das so gewonnene 3»7-Dimethy1-6,7-epoxy-octan-1-al nach dem Verfahren des Beispiels 5 aufgearbeitet. Die Produkte von Beispiel 5 und 6 sind identisch.

Beispiel 7

Ein rohes Gemisch (Reinheit: 77*8%) von 1,1-Diacetoxy-3,7-dimethyl-2,6-octadien und l-Acetoxy-3*7"-dimethyl-l,2,6-octatrien, das nach gaschromatographischem Befund zu ungefähr 60$ aus der Diacetoxyverbindung und zu 40$ aus der Monoacetoxyverbindung besteht, wird folgendermassen epoxydiert: 1,872 kg des Gemisches werden in 9,33 Litern Toluol gelöst. Unter Rühren wird die Lösung auf 10 C abgekühlt. Zu dieser Lösung gibt man über einen Zeitraum von 1 1/2 Stunden eine Lösung von 122 ,.7 g Natriumacetattrihydrat in 1,6 Litern der if>ffSigen

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Peressigsäurelösung, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde. Man kühlt während dieses Vorgangs, um die Temperatur nicht über 20 C ansteigen zu lassen. Nachher wird noch 2 Stunden weitergerührt und das Gemisch über Nacht bei Zimmertemperatur stehengelassen. Die das Reaktionsprodukt enthaltende Toluollösung wird mit V/asser gerührt und dann durch Waschen mit wässriger Bicarbonatlösung die Essigsäure entfernt. Durch Destillation unter leicht vermindertem Druck entfernt man das Lösungsmittel. Man erhält ungefähr 1,7 kg eines rohen Gemisches von l,l-Diacetoxy-3,7-climethyl-6,7-epoxy"-2--octen und 1-Acetoxy-3,7-climethyl-6,7-epoxy-l,2-octadien. Zu diesem Produkt gibt man 3j285 Liter Methanol, 0,959 kg Natriumbicarbonat und 545 ml Wasser. Unter Rühren hält man das Reaktionsgemisch 2 Stunden bei Rückflusstemperatur, kühlt auf Raumtemperatur ab und gibt 35*5 g 5$iges Palladium auf Aktivkohle als Katalysator zu. Man hydriert nun bis zum Aufhören von Wasserstoffaufnähme bei leicht erhöhtem Druck und bei 20 bis 25 C, dann filtriert man den Katalysator ab und entfernt das Lösungsmittel durch Destillation bei leicht vermindertem Druck» Das zurückbleibende OeI wird wieder in Toluol gelöst und diese Toluollösung mit Wasser neutralgewaschen. Man entfernt das Lösungsmittel durch Destillation bei leicht vermindertem Druck und fraktioniert den Rückstand. In einem Siedebereich von 65-66 C (0,1mm Hg) destAlüsrtman 7^0,9 g 3,7-Dimethyl-6,7-epoxy-octan-l~al (6,7-Epoxy-citronellal). Dieses Produkt weist eine Reinheit von 100$ auf, was mittels Gas Chromatographie nachgeprüft xverden

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kann. Die Ausbeute für die Kombination der 3 Reaktionsstufen beträgt demnach 68% der Theorie, berechnet auf das 2,6-Octadien und das 1,2,6-Octatrien.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von 6,7-Epoxy-citronellal, dadurch gekennzeichnet, dass man 3i7-Bimethyl-6,7-epoxy-2-octen-1-al hydriert. ■ .'

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrierung in Anwesenheit eines Katalysators W durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das als Ausgangsstoff verwendete 3*7-01-

methyl-6,7-epoxy-2-octen-l~al durch Verseifung eines Epoxyalkanoylderivates der allgemeinen Formel IH-A oder IH-B

X^ CH(OR) V^ CHOR

. Cc ic

IH-A IH-B

worin R nieder-Alkanoyl bedeutet, herstellt.

4. Verfahren nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, dass man das Epoxy-alkanoylderivat der allgemeinen Formel IH-A" oder IIJ-B mittels eines Alkalimetallbicarbonats verseift.

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5· "Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Verbindung der allgemeinen Formel III-A oder III-B, worin R Acetyl bedeutete verseift.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3-5* dadurch gekennzeichnet, dass das 3>7-Dimethyl-6,7-epoxy-2-octen-l-al durch Verseifung eines Gemisches von Epoxy-alkanoylderivaten der allgemeinen Formeln III-A und III-B erhalten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, dass man die Epoxy-alkanoylderivate der allgemeinen Formeln III-A und III-B durch Epoxidierung eines Alkanoylderivates der allgemeinen Formeln H-A oder H-B

CH(OR).

HOR

H-A

worin R nieder-Alkanoyl bedeutet, mit einer organischen Persäure herstellt.

H-B

8. Verfahren nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, dass man die Epoxydierung mit einer nieder-Alkan-persäure oder einer aromatischen Persäure mit 7 bis 17 Kohlenstoffatomen durchführt.

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9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man die Epoxidierung mit Peressigsäure durchführt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3-9j dadurch gekennzeichnet, dass man 3i7-Dimethyl-6,7-©poxy~2-octen-l-al durch Epoxydierung eines Gemisches von Alkanoyl derivaten der allgemeinen Formeln U-A und H-B mit einer organischen Persäure und Verseifung des so erhaltenen Gemisches der Epoxyalkanoyl derivate der allgemeinen Formeln UI-A und IH-B herstellt.

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