DE2359891A1 - Verfahren zur herstellung von furanonderivaten - Google Patents
Verfahren zur herstellung von furanonderivatenInfo
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Description
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27. November 1973
Patentanmeldung
der Firma
NAARDM INTERNATIONAL N.7. Huizerstraatweg 28,
Naarden-Bus sum, Niederlande
' "Verfahren zur Herstellung von Furanonderivaten"
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dihydrofuranonverbindungen der allgemeinen
■ - 2 -
■40 98 2 371170
Postscheckkonto Berlin West 174384 Berliner Bank AG., Depositenkasse 1
PATENTANWÄLTE O O Γ Π Ο Π Τ
I ο ο r) ο α I
Formel I
(I), worin
R. ein Wasserstoffatom, eine Hydroxygruppe, eine COOH-Gruppe
oder eine GOO-Alkyl-Gruppe, die geradkettig oder verzweigtkettig
ist und 1-5 Kohlenstoffatome enthält, Rp eine
gerade oder verzweigte Alkylgruppe mit 1-4 Kohlenstoffatomen und R-, ein Wasserstoffatom oder eine gerade oder
verzweigte Alkylgruppe mit 1-7 Kohlenstoffatomen darstellt.
Von den Verbindungen der allgemeinen Formel I, in der R^
eine COO-Alkyl-Gruppe ist, sind bislang erst zwei Verbindungen
in der Literatur beschrieben worden, nämlich diejenigen, in denen E^ eine Methylgruppe, R7, ein V/asserstoffatom
und R ein Wasserstoffatom oder eine Äthylgruppe bedeutet
(HeIv. Chim. Acta 46, 1259 (1963), dgl. 48, 1322 (1965)
und die darin angegebenen Zitate). Die angegebene Synthese ist kompliziert, erfordert teure Reagentien und liefert
unbefriedigende Ausbeuten. Darüberhinaus werden lediglich solche Verbindungen in reiner Form erhalten, in denen der
Rest R2 ein Kohlenstoffatom mehr als der Rest R7 enthält.
Bei der Herstellung anderer Homologer nach diesem Verfahren werden zwangsläufig Mischungen erhalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können Dihydrofuran-Verbindungen
der Formel I hergestellt werden, ohne daß diese Nachteile auftreten.
Es ist bekannt, daß die Umsetzung der ITatriumverbindung
von Estern einer ß-Ketosäure mit Chloracetylchlorid zu
keinem definierten Produkt führt und daß ein großer Teil
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DIPL-INC-UIETERJANDER DR.-INQ. MANFRED BDNINQ
PATENTANWÄLTE
des Ausgangsmaterials nicht reagiert (Ber. 42, 3912 (1909))·
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß die Reaktion der Natriumverbindung eines Acylessigsäureesters mit einem ccßromcarbonsäurehalogenid
zur Bildung von Dihydrofuranverbindungen der Formel I führt, wie folgendes Schema zeigt:
ROOC Na X 0
c c-
\ ■ Br C- HC
Ri
Verbindungen der Formel'I, in der R^ eine COO-Alkyl-Gruppe
ist, werden direkt über die Natriumverbindungen R2CO-CHN1-COOR
erhalten, worin R ein Alkylrest ist. Verbindungen der Formel I,
in der R^ eine COOH-Gruppe ist, werden durch dieselbe Umsetzung
erhalten, jedoch mit anschließendem Austausch des Restes R gegen Wasserstoff. Das kann z.B. durch Hydrolose
erfolgen, wie z.B. in HeIy. Chim. Acta 46, 1259 (1963) angegeben.
Vorzugswelse werden die tert.-Butylester (Formel I,
R. = COO-tert-butyl) thermisch zersetzt. Diese Reaktion verläuft
im Gegensatz zu der alkalischen Hydrolyse z.B. der Äthylester mit praktisch quantitativer Ausbeute.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Dihydrofuranonverbindungen der allgemeinen Formel I
(I), worin
R. ein Wasserstoffatom, eine Hydroxygruppe, eine COOH-Gruppe
oder eine COO-Alkyl-Gruppe, die geradkettig oder verzweigtkettig ist und 1 - 5 Kohlenstoffatome"enthält, Rp eine gerade
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PATENTANWÄLTE
_ ZL _
oder verzweigte Alkylgruppe mit 1-4- Kohlenstoffatomen
und R, ein Wasserstoffatom oder eine gerade oder verzweigte
Alkylgruppe mit 1-7 Kohlenstoffatomen darstellt, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein 2-Bromalkanoy!halogenid
R^CHBrCOX, worin R7 die oben angegebene Bedeutung
hat und X ein Halogenatom ist, mit der Natriumverbindung eines Acylessigsäurealkylesters RpCOCHpGOOR, worin Rp die
oben angegebene Bedeutung hat und R eine gerade oder verzweigte Alkylgruppe mit 1-5 Kohlenstoffatomen darstellt,
umsetzt lind gegebenenfalls in den 2,5-substituierten
5-Keto-(2H)-furan-4--carbonsäurealkylestern die COOR-Gruppe
in an sich bekannter Weise in die COOH-Gruppe umwandelt oder durch eine Hydroxygruppe oder ein Wasserstoffatom ersetzt.
Das Verfahren führt also zunächst zu Verbindungen der Formel I, die anschließend in 3-(2H)-Furanone der allgemeinen
Formel II
(H)
und 4--Hydroxy-3-(2H)-Furanone der allgemeinen Formel III
(III)
umgewandelt werden können.
Viele Verbindungen der allgemeinen Formel II oder III besitzen wertvolle organoleptische Eigenschaften und eignen
sich daher zur Herstellung von gewürzten Nahrungsmitteln und Getränken oder parfümierten Artikeln und Produkten.
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DIPL-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BONINC
PATENTANWÄLTE
So ist 2,5-Dimethyl-3~(2H)-furanon (Formel II, R2 = R5 = ^
ein Geschmackstoff von Kaffee (J.Agr. Food Chem. 19, 530, tf971)), während 2-n-Hexyl-5-methyl-3-(2H)-furanon (Formel
II, Ep = CH^, R^ = n-CgH.^) ein Bestandteil von Zwiebelöl
ist (J. Agr. Food Chem«, 19, 984 (1971))- 2,5-Dimethyl-4-hydroxy-3-(2H)-furanon
(Formel III, R2 = R5 = CH^) wurde
als Geschmacksstoff in Ananas (J. Food Sei. 30, 280 (1965)) und in Bouillon gefunden, worin auch 4-Hydroxy-5-methyl-3-(2H)-furanon
(Formel III, R2 = CH,, R, = H) vorkommt
(J. Agr. Food Chem. 16, 1016 (1968)).
Die Herstellung von Verbindungen der Formel III ist häufig
in der Literatur "beschrieben (Proc.Am.Soc. Brewing Chem. 1963, 84; HeIv.Chim.Acta 49, 53 (1966); J.Org.Chem. 31,
(1966)). Für verschiedene Verfahren sind auch Patentanmeldungen bekannt (z.B. die offengelegten niederländischen
Patentanmeldungen 68 083 77, 68 084 52 und 71 009 14).
Für die oben angegebenen Verfahren müssen jedoch sehr teure
Ausgangsstoffe verwendet werden, oder die Synthese ist mühsam,
oder die Ausbeuten sind gering.
Die Umwandlung von Verbindungen der Formel I, worin R^. eine
COO-Alkyl-Gruppe ist, in Verbindungen der Formel II kann
durch Behandlung mit verdünnter Mineralsäure vorgenommen werden (HeIv.Chim.Acta 46, 1259 (1963)). Die Ausbeuten betragen
zwischen 10 und 15 % der Theorie. Ein besseres und
ökonomischeres Verfahren besteht in der Behandlung von Verbindungen der Formel I, worin R-1 die COOH-Gruppe ist, mit
Natriummethylat und anschließender Decarboxylierung, wobei Ausbeuten von zwischen 30 und 50 % der Theorie erhalten werden.
Durch Behandlung von Verbindungen der Formel I, worin R.
eine COOH-Gruppe ist mit Wasserstoffperoxid in schwach alkalischem Medium (analog J.Org.Chem. 26, 250 (1961)) und
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PATENTANWÄLTE r\ Q C Q O Q "1
anschließende Decarboxylierung unter Säureeinfluß werden
Verbindungen der Formel III in einer Ausbeute von 20 - 40 # der Theorie erhalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die Beispiele 1
bis einschließlich 8 erläutert. Die Umwandlung von Verbindungen der allgemeinen Formel I in Verbindungen der allgemeinen
Formel II wird in den Beispielen 9 bis einschließlich 12 beschrieben. Die Umwandlung in Verbindungen
der allgemeinen Formel III zeigen die Beispiele 13 mit 16. Bei der Herstellung von Verbindungen- der allgemeinen Formel
III, worin Rp £ R2. ist, werden stets Isomerangemische
erhalten, wie die IR- und NMR-Spektren zeigen.
Herstellung von 2,5-Dimethyl-zf--carbäthoxy-3-(2H)-furanon
(Formel I, R1 = COOC2H5, R3 = R3 = CH5).
23 g metallisches Natrium werden bei 90-100°.C in Xylol
suspendiert. Nach Kühlen auf etwa 20° C wird das Xylol durch 3OC ml trockenen Äther ersetzt. 143 g Acetylessigsaureäthylester
werden zu der Mischung so schnell zugegeben, daß der Äther gerade siedet. Nach Beendigung der Zugabe wird
die Reaktionsmischung so lange auf einem Wasserbad erhitzt, bis praktisch alles Natrium verschwunden ist. Die weiße
Suspension wird dann auf -20° C abgekühlt, und es wird eine Lösung von 80g 2-Brompropionylchlorid in 100 ml trockenem
Äther im Verlauf einer Stunde zugegeben, wobei die Temperatur zwischen -20 und -15° C gehalten wird. Nach der Zugabe
wird noch eine weitere Stunde bei -20° C gerührt. Danach wird die Reaktionsmischung unter Rühren im Verlauf von 12
Stunden auf Raumtemperatur gebracht. Es werden 200 ml Wasser zugegeben, und die wäßrige Phase wird von der ätherischen
Lösung getrennt, die anschließend mit Lauge und mit Wasser
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PATENTANWÄLTE O 7J C Q Q Q 1
gewaschen wird. Nach dem Trocknen über Magnesiumsulfat
wird der Äther und überschüssiger Acetylessigester durch
Destillation entfernt. Der Rückstand wird unter vermindertem Druck (2mm Hg) bei 102 - 110° C destilliert. Das
Destillat erstarrt beim Stehen bei -20° C. Die reine Verbindung
wird durch Kristallisation aus Hexan erhalten. Ausbeute: 49 g (54 #), I1P-: -51,5 - 53° C.
NMRz^01 : 1,33 (3H,t, J=7 cps); 1,46 (3H,t, J=7 cps);
4 2,55 (3H,d, J=O,8 cps); 4,25 (2H,q, J=7 cps);
4,49 (1H,q, J=7 cps).
IR : (CCl4): 5,83; 6,22; 7,10; 8,62.
IR : (CCl4): 5,83; 6,22; 7,10; 8,62.
In analoger Weise wurde 5-Methyl-4-carbäthoxy-3-(2H)-furanon
(Formel I, R1 = COOG2H5, R2 = CH5, R, = H) hergestellt.
Ausbeute 41 #, Fp.: 76 - 77° C
NMR: ^001 : 1,32 (3H,t, J=7 cps); 2,55(3H,t, J=O,8 cps);
4 4,25 (2H,q, J=7 cps); 4,48 (2H,q, J=O,8 cps);
IR: (CCl4) : 5,82; 6,21; 7,01; 7,12; 8,69.
Analog Beispiel 1 wurde 2-n-Hexyl-5-methyl-4-carbäthoxy-3-(2H)-furanon
hergestellt (Formel I, R1 = COOC2H5, R2 = CH-,,
R5 = n-C6H15), Ausbeute 51 #, Fp^: etwa 25° C.
T : 0,8-1,1 (3H,m); 1,15-2,1 (13H,m); 2,57
(3H,d, J=O,8 cps); 4,25 (2H,q, J=? cps);
etwa 4,5 (1H,m).
2-Methyl-5-n-propyl-4-carbäthoxy-3-(2H)-furanon (Formel I, R1 = COOC2H5, R2 = 11-C5H7, R5 = CH3) wurde nach dem in Beispiel
1 angegebenen Verfahren hergestellt: Ausbeute 48 #, Kp 95 - 97° C/1 mm Hg, η 20/D : 1,4810. . :
IR. (CCl4): 5,71; 5,82; 6,29; 8,64; 9,60,
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PATENTANWÄLTE 0 Q RQ P Q 1
Herstellung von 2,5-Dimethyl-4-car'boxy-3-(2H)-furanon
(Formel I, R1 = COOH, R2 = R3 = CH3).
Analog Beispiel 1 wird eine Suspension von 23 g Natrium in Äther hergestellt. 175 S tert.-Butylacetylacetonat v/erden
so schnell zugegeben, daß der Äther gerade am Sieden bleibt. Nach der Zugabe wird noch 4 Stunden auf dem Wasserbad erhitzt,
bis praktisch alles Natrium verschwunden ist. Die weiße Reaktionsmasse wird auf -20 C abgekühlt, und es
wird eine Lösung von 86 g 2-Brompropionylctilorid im Verlauf
einer Stunde bei einer Temperatur von zwischen -20 und -25° C
zugegeben. Die Mischung wird bei dieser Temperatur eine weitere Stunde gerührt. Anschließend wird die Temperatur
der Lösung unter Rühren im Verlauf von 12 Stunden auf Raumtemperatur gebracht. 200 ml Wasser werden zugegeben,
die Ätherphase wird abgetrennt, mit Lauge gewaschen und über Magnesiumsulfat getrocknet. Der Äther und überschüssiges
tert.-Butyl-acetylacetonat v/erden durch Destillation entfernt.
Anschließend wird der Rückstand unter vermindertem Druck (etwa 15 mm Hg) erhitzt. Bei 140 - I5O0 C beginnt die Zersetzung
des tert.-Butylesters, die an dem Druckanstieg erkannt
werden kann. Die Zersetzung kann durch Zugabe einer katalytischen Menge p-Toluolsulfonsäure beschleunigt werden.
Wenn nach etwa 30 Minuten die Zersetzung beendet ist, wird der Rückstand bei einem Druck von 1 mm Hg destilliert. Die
freie Säure v/ird als leicht gelbe viskose Flüssigkeit erhalten, die beim Stehen langsam kristallisiert und durch Kristallisation
aus Methanol rein erhalten v/erden kann. Ausbeute 39 g
(46 #), Fp.: 64 - 65° C
NMR:^CCT : 1»56 (3H'd» J=7 cps); 2,68 (3H,d, J=1,1 cps);
* 4,78 (1H,q, J=7 cps); 8,03 (iH,s).
In der in Beispiel 5 angegebenen Weise wurden folgende analoge
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DIPLlNO. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BONING
PATENTANWÄLTE
Substanzen hergestellt:
2-Ä^hyl-5-methyl-4-carboxy-3--(2H)-furanon (!Formel I, E1=COOH,
R2= C2H5, R3 = CH3). Ausbeute 48 #, Fp.:' 55 - 56° C.
: 1,04- (3H,t, J=7cps); 1,60-2,30 (2H,m);
2,72 (3H,d, J=1,2 cps); 4,78 (1H,t, J=7cps).
2-Isopropyl-5-methyl-4-carboxy-3-(2H)-furanon (Formel-I,
R1 = COOH, R2 = 1-C3H7, R5 = CH3). Ausbeute 39 #, Fp.:
49. - 50° C.
NMR: </"GDC1 : 0,99 (3H,d, J=12 cps); 1,11 (3H,d, J=12 cps);
3 1,90-2,60 (1H,m); 2,72 (3H,d, J=1,2 cps); 4,66 (1H,m).
2-n-Butyl-5-methyl-4-carboxy-3-(2H)-furanon (Formel ^,1,
R1 = COOH, R2 = n-C^Hg, R3 = CH3), Ausbeute 45 ^, Fp.:
67 - 68° C. ·
NMR: CT0301 : 0,70-2,20 (9H,m); 2,71 (3H,d, J=1,1 cps);
3 4,60-5,00 (1H,m).
Herstellung von 2,5-Dimethyl-3-(2H)-:furanon (Formel II, R2 =
R3 = CH3).
a) Aus 2,5-Dimethyl-4-carbäthoxy-3-(2H)-furanon.
18,4 g des Ausgangsmaterials werden mit 250 ml 2 N Schwefelsäure
zum Sieden erhitzt. Nach dem Kühlen wird die Reaktionsmischung mit Äther extrahiert. Die. Itherschicht wird
mit NaHCO^-Iiö'sung und anschließend mit Wasser bis zur neutralen
Reaktion gewaschen. Danach wird sie über Magnesiumsulfat getrocknet. Nach dem Abdestillieren des Äthers wird
sie fraktioniert. Man erhält 2,4 g (22 #) 2,5-Dimethyl-3-(2H)-furanon,
Kp.: 66 - 80° C/15 mm Hg, n20/D: 1,4755.
NMR:^001 : 1,35 (3H,d, J=7 cps); 2,18 (3H,t, J=O,8 cps);
^ 4,34 (iH,q, J=7 cps); 5,29 (iH,s).
b) Aus 2,5-Dimethyl-4-carboxy-3-(2H)-furanon.
15,6 g Ausgangsmaterial werden zu einer Lösung von 32 g
409823/1170 -10-
PATENTANWÄLTE 2 3 5989
Natriummethylat in 100 ml Methanol gegeben. Die Mischung
wird 24 Stunden bei Räumtemperatur stehengelassen. Anschließend
wird sie auf 0° C abgekühlt und leicht mit verdünnter Salzsäure versetzt bis sie gegen Lackmus neutral
reagiert. Das Volumen wird mit Wasser auf 500 ml gebracht.
Das Produkt wird in bekannter Weise mittels Ätherextraktion und !Fraktionierung isoliert. Die Ausbeute beträgt 3,3 g
(30 #). Kp.: 67 - 68° C/15 mm "Hg, n^O/D: 1,4-756.
NMR: siehe unter a.
Analog Beispiel 9b wurden hergestellt:
2-n-Hexyl-5-methyl-3-(2H)-furanon (Formel II, 2
R3 = U-C6H13), Ausbeute: 35 #, Kp.: 79-81°C/3mm Hg,
n20/D: 1
2-Äthyl-5-methyl-3-(2H)-furanon (Formel II, R2 = GH3, R =
G2H5), Ausbeute 33 #, Kp.: 78 - 79° C/15 mm Hg, n20/D : 1,4-744-,
2-n-Butyl-5-methyl-3-(2H)-furanon (Formel II, R2 = CH^, R,
, Ausbeute 28 #, Kp.: 101 - 103° C/15 mm Hg, n20/D :
1,4-720.
Herstellung von 2,5-Dimethyl-4-hydroxy-3-(2H)-furanon (Formel
III, R2 = R = CH3).
15,6 g 2,5-Dimethyl-4-carboxy-3-(2H)-furanon v/erden in 60 ml Wasser suspendiert und der pH-Wert wird mit 4 N NaOH auf
8,5 eingestellt. Innerhalb von 30 Minuten werden 12,5 ml 30 #ige Wasserstoffperoxidlösung zugegeben. Dabei wird der pH-Wert
durch Zugabe von 1N NaOH zwischen 8,0 und 8,5 gehalten. Die Reaktionstemperatur wird zwischen 30 und 400C eingestellt.
Nach der Zugabe wird weitere 30 Minuten gerührt, anschließend
wird auf 0 C abgekühlt und mit verdünnter Salzsäure angesäuert.
- 11 4 09823/ 11-70
PATENTANWÄLTE ' 9 ^ R Q R Q 1
- 11 -
Nach kontinuierlicher, 6-stündiger Ätherextraktion und
Aufarbeitung in üblicher Weise erhält man 4,0 g (30 %")
des gevränschten Produktes , Schmelzpunkt 79-80° G. .
NMRrCT03301 : 1,42 (3H,d, J=? cps); 2,21 (3H,d, J,=1,Ö cps);
5 4,50 (1H,q, J=7cps); ca 7 (1H,s, breit).
Beispiele 14 mit 16 ·
Analog Beispiel 13 wurden die folgenden Isomerengemische hergestellt
:
2-Methyl-5-äthyl-4-hydroxy-3-(2H)-furanon und 2-lthylT5-methyl-4-hydroxy-3-(2H)-furanon
(Verhältnis 1:2), Formel III, R2 = C2H , R-, = CH, bzw. R2 = CH5, R5 = C3H5, Ausbeute 37 #,
Kp.: 79 - 83 C/0,2 mm Hg.
2-Methyl-5-isopropyl- und 2-Isopropyl-5-methyl-4-hydro3cy-3-(2H)-furanon
(Verhältnis 2:3), Formel III, R2 = 1-C5H17, R3 = ,
CH5 bzw. R2 = CH,, R5 = 1-C7H7, Ausbeute 40 ^, Kp.: 85 - 93° C/
0,5 mm Hg.
2-Methyl-5-n-butyl- und 2-n-Buty4-5-methyl-4-hydroxy-3-(2H)-furanon
(Verhältnis 1:1), Formel III, R2 = n-C^Hq, R, = GR-,
bzw. R2 = CH3, R3 = n-C^H9, Ausbeute 35 #, Kp.: 98 - 104 °C/
0,3 mm Hg.
Die NMR-.und IR-Spektren waren in Einklang mit der Aktivität
der Mischungen der Verbindungen. Die Gegenwart zweier Bestandteile
wurde mittels Flüssig-Flüssig-Chromatographie bewiesen. Das fflR-Spektrum der Mischung des Beispiels 14 stimmt
mit dem in der Schweizer Patentschrift 491.904 publizierten
Spektrum überein.
- 12 -
409823/1170
Claims (2)
- Patentansprüche :~Λ» Verfahren zur Herstellung von Dihydrofuranonderivaten der allgemeinen Formel II, worinR. ein Wasserstoffatom, eine Hydroxygruppe, eine COOH-Gruppe oder eine GOO-Alkyl-Gruppe, die geradkettig oder verzweigtkettig ist und 1-5 Kohlenstoffatome enthält, R2 eine gerade oder verzweigte Alkylgruppe mit 1—4 Kohlenstoffatomen und R7 ein Wasserstoffatom oder eine gerade oder verzweigte Alkylgruppe mit 1-7 Kohlenstoffatomen darstellt, dadurch gekennzeichnet , daß man ein 2-Bromalkanoylhalogenid R7CHBr-COX, worin R7 die oben angegebene Bedeutung hat und X ein Halogenatom ist, mit der ITatriumverbindung eines Acylessigsaurealkylesters RpCOCEUCOOR, worin Rp die oben angegebene Bedeutung hat und R eine gerade oder verzweigte Alkylgruppe mit 1-5 Kohlenstoffatomen darstellt, umsetzt und gegebenenfalls in den 2,5-substituierten 3-Keto-(2H)-furan-4~carbonsäurealkylestern die COOR-Gruppe in an sich bekannter Weise in die COOH-Gruppe umwandelt oder durch eine Hydroxygruppe oder ein Wasserstoffatom ersetzt.
- 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung mit R^ = COO-tert-butyl hergestellt wird und diese anschließend thermolytisch mit oder ohne Säurekatalyse in die freie Säure (Formel I, Rx. = COOH) übergeführt wird,DJ: DG409823/ 1 170
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