DE2309885C3

DE2309885C3 - 2(3)-Methyl-1-acetoxy-4-alkoxy (phenoxy)-1,3-butadiene und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2309885C3
Application number: DE19732309885
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Chem. Dr. 6701 Neuhofen; Schumacher Horst Dipl.-Chem. Dr. 6719 Bobenheim Paust
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Filing date: 1973-02-28
Publication date: 1976-12-09

Description

R- R¹

U)

Die Erfindung betrifft 2(3)-Methyl-l-acetoxy-4-alkoxy(phenoxy)-1,3-butadiene sowie deren Herstellung aus 2(3(-Methyl-4-alkoxy-(phenoxy)-crotonaldehyd oder aus 2(3)-Mcthyl-l-acetoxy-4,4-dialkoxy-2-buten.

Die neuen Verbindungen sind als Zwischenprodukte bei der Synthese von Carotinoiden von außerordentlichem Interesse. Beispielsweise kann man durch Umsetzen von 2-Methyl-l-acetoxy-4-methoxy-l ,3-butadien mit Chlor oder Brom bei Temperaturen unterhalb C und anschließendes Zufügen einer alkoholischen Lösung eines Alkalialkoholats und einem /i-Jonylidenäthyltriphenylphosphoniumsalzzum Reaktionsgemisch auf einfache Weise in einem Eintopfverfahren das bisher nur auf aufwendige Weise herstellbare Retinal in der R¹ und R² verschieden sind und für Wasserstoff oder Methyl stehen und R³ für einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 4 C-Atomen oder einen Phenylrest steht, lassen sich beispielsweise sehr vorteilhaft herstellen, indem man einen Methyl-4-alkoxy(pihenoxy)-crotonaldehyd der Formel II

55 R' C) CH, C C C
R-- R¹

Il

in der R¹ bis R³ die oben angegebene Bedeutung haben, mi: überschüssigem Essigsäureanhydrid und einem Alkaliacetat, -carbonat oder -hydroxid oder einem nichtaroniatischen Acyclischen Amin erhitzt.

Dir für dieses Verfahren als Ausgangsstoffe benötigten 4-Alkoxymcthyl-croton-aldehyde der For-

mel II können beispielsweise auf einfache Weise auf folgendem Wege hergestellt werden:

()-■-■ CH -C--- CU CH, Cl

ΠΙ,

H C(O/\lk\l),

Alkvl O

Alk\ I O

CH C CH-CH₁ Cl

CH,
NaOCH,

CH₃OH

Alk\l O

CH - C - CH — CH₁ — OC-H,
Alks I O CU,

H, O

O CH —C- CH CU₂ OCH,
CU,

Als geeignete Ausgangsstoffe seien beispielsweise genannt: 2-Methyl-4-methoxy-but-2-en-l-al, 2-Methyl-4 - äthoxy - but-2-en-1 - al, 7 - Methyl-4- isopropoxy-but-2-en-l-al, 2-Methyl-4-phenoxy-but-2en-l-al, 3-Methyl-4-methoxy-but-2-en-l-al und 3-Methyl-4-äthoxy-but-2-en-l-al.

Das Essigsäureanhydrid für die Herstellung mit diesen Aldehyden verwendet man hierbei in Mengen von 1 bis 7 Mol, vorzugsweise 2 bis 3 Mol pro Mol Ausgangsverbindung.

Als wirksame Alkaliacetate, -carbonate oder -hydroxide kommen bevorzugt Natrium- und Kaliumacetat sowie Kaliumcarbonat und Kaliumhydroxid in Betracht. Die Alkaliacetate, -carbonate und -hydroxide verwendet man im allgemeinen je nach der Art der Alkaliverbindung in Mengen von 0,3 bis 3 Mol pro Mol Ausgangsverbindung. Beispielsweise bei Verwendung von Kaliumcarbonat sind 0,5 MoI pro Mol Ausgangsverbindung ausreichend, während bei Verwendung von Kaliumacetat mit Vorteil 2 bis 3 Mol pro Mol Ausgangsverbindung eingesetzt werden.

Bei Verwendung von Natriumacetat beträgt die Reaklionsdauer für diesen Reaktionsschritt etwa 5 bis 9 Stunden, während sie bei Verwendung von Kaliumacetat, Kaliumcarbonat und -hydroxid für den gleichen Umsetzungsgrad nur etwa 1 bis 2 Stunden, vorzugsweise 40 bis 80 Minuten beträgt.

Als nichtaromatische bicyclische Amine kommen beispielsweise 1,4-Diazobicyclo-[2,2,2]-octan (DABCO) oder l,5-Diaza-bicyclo-[4,3,0]-nonen-(5) in Betracht.

Die üblichen Amine wie Äthylamin, Triäthylamin, Pyridin und Chinolin dagegen können zu dieser Umsetzung nicht verwendet werden. Die nichtaromatischen Acyclischen Amine verwendet man im allgemeinen in Mengen von vorzugsweise 0,5 bis 2 Mol pro Mol Ausgangsverbindung.

Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches erfolgt auf übliche Weise, beispielsweise durch Verrühren mit einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel, vorzugsweise Diäthyläther oder Benzol, Entfernen des Alkaliacetats durch AbOhrieren oder durch Waschen der Mischung mit Wasser und anschließende fraktionierte Destillation der organischen Phase oder aber einfach durch Zusatz von Wasser, Abtrennen und Fraktionieren der Oberphase. Die 2(3)-Methyll-acetoxy-4-alkoxy(phenoxy)-l,3-buladiene werden als Gemisch von im wesentlichen zwei geometrischen Isomeren erhalten.

Die Beispiele 1 bis 7 erläutern dieses Verfahren.

Es wurde ferner gefunden, daß man die Methyll-acetoxy-4-alkoxy-],3-butadiene der Formel I auch sehr vorteilhaft erhält, wenn man Methyl-1-acetoxy-4,4-dialkoxy-2-butene der Formel 111

CH C C CH₁-O- CO ClI,

R- R¹

um

in der R¹ und R² die oben angegebene Bedeutung

»5 haben und R³ für einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 4 C-Atomen steht, in Gegenwart von p-Toluolsulfonsäure und Chinolin auf Temperaturen von 150 bis 260⁰C, vorzugsweise 175 bis 210^c'C, erhitzt. Es war überraschend, daß unter den genannten Reaktionsbedingungen die Verbindungen der Formel I in guten Ausbeuten erhalten werden, da es sich bei ihnen um Enolestcr bzw. Enoläther handelt, die im allgemeinen bei so hohen Temperaturen in Gegenwart von Säuren und/oder basischen Katalysatoren und Alkoholen (R₃OH) rasch durch Umesterung zersetzt werden.

Die für dieses Verfahren als Ausgangsstoff benötigten 2(3)-Methyl-l-acetoxy-4,4-dialkoxy-2-butene können auf einfache Weise durch Acetalisieren der entsprechenden Methyl-acetoxy-2-butenale hergestellt werden. Die 3(2)-Methyl-4-acetoxy-2-buten-l-ale erhält man beispiele durch Umsetzen von w-Chlor- bzw. ω-Brom-tiglinaldehyd mit Alkali- oder Erdalkaliacetat (vgl. DT-PS 12 27 000) oder durch Umlagerung von 2-FormyI-2-hydroxybut-3-en bzw. dessen Acetat in Gegenwart von Kupferverbindungen (vgl. DT-PS 12 97 597). Das Acetalisieren der 3(2)-Methyl-4-acetoxy-2-buten-l-ale erfolgt auf bekannte Weise durch Umsetzen der Butenale mit Alkoholen in Gegenwart einer äquimolaren Menge des entsprechenden Orthoesters mit Hilfe saurer Katalysatoren.
Zweckmäßig führt man das erfindungsgeniäße Verfahren so durch, daß man gleich das bei der Acetalisierung der 3(2)-Methyl-4-acetoxy-2-buten-l-ale mit einem niederen Alkohol anfallende Reaktionsgemisch mit p-Toluolsulfonsäure und Chinolin versetzt und auf die Reaktionstemperatur erhitzt.

Wenn man gleich das bei der Acetalisierung entstehende Reaktionsgemisch als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren einsetzt, ist es vorteilhaft, die Acetalisierung ebenfalls mit p-Toluolsulfonsäure zu katalysieren.

p-Toluolsulfonsäure verwendet man erfindungsj.^- mäß in Mengen von 0,5 bis 4 Molprozent, Chinolin in Mengen von etwa 2 bis 20 Molprozent, bezogen auf die Ausgangsverbindung III.

Die Reaktionstemperatur beträgt 150 bis 260°C, vorzugsweise 175 bis 21O⁰C.

Man kann die Reaktion bei Normaldruck oder vermindertem Druck durchführen. Arbeitet man bei vermindertem Druck, so ist darauf zu achten, daß die Ausgangsverbindungen [2(3)- Methyl-4-acetoxy-2-butenal-dialkylacetale] bei der erforderlichen Reaktionstemperatur noch nicht flüchtig sind.

Die Reaktionszeit beträgt im allgemeinen 10 bis 30 Minuten.

Die Beispiele 8 bis 10 sollen dieses Verfahren erläutern.

Prizipiell kann man die Umsetzung der Methylacetoxy-4,4-diaIkoxy-2-butene zu den erfindungsgernäßen 1,3-Butadien (I) auch in Gegenwart von anderen schwach sauren Katalysatoren, beispielsweise Siükagel, Aluminiiimoxidpulver (sauer), Natriumdihydrogenphosphat, Ammoniumdihydrogenphosphat oder Kaliumbisulfat durchführen, jedoch erzielt man bei der Umsetzung mit p-ToluolsuIfonsäure und Chinolin die besten Ergebnisse.

Mit Hilfe der erfindungsgemälten Verfahren war es erstmalig möglich, die als Zwischenprodukte für die Synthese von Carotinoiden äußerst interessanten neuen 2(3)-Methyl-l-acetoxy-4-aIkoxy(phenoxy)-1,3-butadiene der Formel I herzustellen. Die Verfahren sind auf relativ einfache Weise zu realisieren und verlaufen im allgemeinen mit recht guten Ausbeuten. Ferner können die neuen 2(3)-Methyl-l-acetoxy-4-aIkoxy-(phenoxy)-l,3-butadiene I mit besonderem Vorteil verwendet werden zur Herstellung von Methylfumardialdehydmonoacetalen der Formel IV

R-¹O H

CH-C- C-C

R⁴O R- R¹ O

(IV)

in der R¹ und R² die oben angegebene Bedeutung haben und R³ und R⁴ gleich oder verschieden sind und jeweils einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 4 C-Atomen bedeuten und R³ zusätzlich für einen Phenylrest steht. Die Methylfumardialdehydmonoacetale (IV) sind ebenfalls Verbindungen, die als Zwischenprodukte bei der Synthese von Carotinoiden von außerordentlichem Interesse sind.

Beispiel 1

a) Ein Gemisch aus 114 g (1 Mol) 2-Methyl-4-methoxy-but-2-en-l-aI (4-Methoxy-tiglinaldehyd, 500 g Essigsäureanhydrid und 196 g (2 MoI) wasserfreiem Kaliumacetat wird unter Rühren und Rückflußkühlung in einem 2-1-Kolben 50 Minuten auf etwa 135°C erhitzt. Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches auf Raumtemperatur wird dieses mit 700 ml Diäthyläther verrührt und das ausgefallene Kaliumacetat abgesaugt. Das Filtrat wird an einer 20 cm langen Vigreux-Kolonne fraktioniert. Die Fraktion vom Siedepunkt Kp._o5 = 50 bis 65⁰C besteht aus einem Gemisch der cis-trans-Isomeren von 1-Acetoxy-2-methyl-4-methoxy-buta-l,3-dien. Die Ausbeute beträgt 70% der Theorie.

NMR (σ [ppm], CDCI₃, TMS)

AcO- CH₁ --C₁-CH,

C₁-H 7,07 (S, 1 H)
C₄-H 6,55 (d, IH, Ja·) 13 Hz)
C₁-H 5,48 (d, 1H,Jab13Hz)
CH₃O- 3,58 (S, 3 H)

(H,
AcO CII C CII CII OCII,

C₁-H 6,81 (S, 1 H)
C₃-H 5,92(d, IH, Jab13Hz)
C₄-H 6,60 (d, IH, Jab 13 Hz)
CH₃O- 3,63 (S, 3H)

b) Arbeitet man wie im Beispiel 1 a) beschrieben, verwendet jedoch an Stelle von 196 g Kaliumacetat 164 g (2 MoI) wasserfreies Natriumacetat und erhitzt das Reaktionsgemisch an Stelle von 50 Minuten 8 Stunden auf etwa 135°C, so erhält man 107 g emes cis-trans-Isomerengemisches von l-Acetoxy-2-methyl-4-methoxy-buta-l,3-dien.

Die Ausbeute beträgt 68 % der Theorie.

Beispiel 2

Arbeitet man wie im Beispiel 1 a) beschrieben, verwendet jedoch an Stelle von 114 g 2-MethyI-4-methoxybut-2-en-l-al 128 g (1 Mol) 2-Methyl-4-äthoxy-but-2-en-l-al (4-Äthoxy-tiglinaldehyd), so erhält man 126g eines Destillats vom Siedepunkt Kp._O6 = 53 bis 69°C, das nach gaschromatographischer und NMR-spektroskopischer Untersuchung aus zwei cistrans-Isomeren von l-Acetoxy-2-methyl-4-äthoxy-buta-1,3-dien besteht.

Die Ausbeute beträgt 74% der Theorie.

Beispiel 3

Ein Gemisch aus 114 g 2-Methyl-4-methoxy-but-2-en-l-al, 500 g Essigsäureanhydrid und 112 g (1 Mol) l^-Diaza-bicyclo-P^^J-octan (DABCO) wird unter Rühren und Rückflußkühlung in einem 2-1-Kolben 1 Stunde auf etwa 135°C erhitzt. Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches auf Raumtemperatur wird dieses mit 600 mi Benzol versetzt und das Ganze 3mal mit je 500 ml Wasser gewaschen. Bei der Fraktionierung der organischen Phase erhält man 101 g einer Fraktion mit dem Siedepunkt Kp.₀,₅ = 50 bis 65⁰C, die nach gaschromatographischer und NMR-spektroskopischer Untersuchung aus ehiem Gemisch von drei cis-trans-Isomeren von l-Acetoxy^-methyM-methoxybuta-l,3-dien besteht.
Die Ausbeute beträgt 62 %.

35

55

Beispiel 4

Ein Gemisch aus 71 g (0,5 MoI) 2-MethyI-4-isopropoxy-but-2-en-l-aI, 250 g Essigsäureanhydrid und 98 g (1 Mol) wasserfreiem Kaliumacetat wird unter Rühren und Rückflußkühlung 45 Minuten auf etwa 135°Cerhitzt. Nach Abkühlen des Reaktionsgemisches, Verrühren mit 350 ml Diäthyläther, Absaugen des Kaliumacetats und Fraktionieren des Filtrats werden 136 g einer Fraktion mit einem Siedepunkt Kp._Oil = 55 bis 56°C erhalten, die aus l-Acetoxy-2-methyl-4-isopropoxy-buta-l,3-dien besteht.

Die Ausbeute beträat 74°/ /W Th,»™;»

25 09 885

Beispiel 5 Beispiel 8

Ein Gemisch aus 176 g (1 Mol) 2-Methyl-4-phenoxybut-2-en-l al, 50Og Essigsäureanhydrid und 196 g (2 Mol) wasserfreiem Kaliumacetat wird unter Rühren und Kühlen in einem 2-1-Kolben auf etwa 135⁰C erhitzt. Nach Abkühlen des Reaktionsgemisches wird dieses mit 600 ml Benzol versetzt, das ausgeschiedene Kaliumacetat abfiltriert und das Filtrat fraktioniert. Man erhält 186 g einer Fraktion mit dem Siedepunkt Kp._0>3 = 108 bis 112°C, die aus l-Acetoxy-2-methyl-4-phenoxy-buta-l,3-dien besteht.

Die Ausbeute beträgt 85 % der Theorie.

Bei spiel 6 _1$

Ein Gemisch aus 114 g (1 Mol) 2-Methyl-4-methoxybut-2-en-l-al, 200 g (2 Mol) Acetanhydrid und 69 g (0,5 Mol) wasserfreiem Kaliumcarbonat wird unter intensievem Rühren etwa 1 Stunde lang auf Rückflußtemperatur (etwa 135°C) erhitzt. Anschließend kühlt ao man auf Raumtemperatur ab, fügt Wasser zu, bis die Salze gelöst sind, trennt die Oberphase ab, extrahiert die wäßrige Phase mit wenig Benzol und fraktioniert die vereinigten organischen Phasen. Man erhält 132 g einer Fraktion vom Siedepunkt Kp.₀,₈ = 48 bis 55 ⁰C, as die aus cis-trans-l-Acetoxy^-methyM-methoxy-1,3-butadien besteht.

Die Ausbeute beträgt 85% der Theorie.

Beispiel 7

Ein Gemisch aus 114 g (1 Mol) 3-Methyl-4-methoxybut-2-en-l-al, 500 g Essigsäureanhydrid und 207 g (1,5 Mol) wasserfreiem Kaliumcarbonat wird unter Rühren und Rückflußkühlung auf etwa 135 ⁰C erhitzt, das abgekühlte Reaktionsgemisch mit 700 ml Äther verrührt, das ausgefallene Kaliumsalz abgesaugt, das Filtrat im Rotationsverdampfer eingeengt und der Rückstand fraktioniert. Man erhält 106 g einer Fraktion vom Siedepunkt Kp._0>4 =48 bis 55⁰C, das aus einem Gemisch aus cis-trans-Isomeren des 1-Acetoxy-3-methyl-4-methoxy-buta-l,3-dien besteht.

Die Ausbeute beträgt 65 % der Theorie.

28,4 g (0,2 Mol) 2-Methyl-4-acetoxy-2-butenal werden zu einer Mischung aus 23,3 g (0,22 Mol) o-Ameisensäuremethylester, 12,8 g (0,4 Mol) Methanol und 0,35 g (2 mMol) p-Toluolsulfonsäure getropft. Unter Temperaturanstieg tritt Acetalisierung ein. Nach einer Stunde gibt man 2 g (ISmMoI) Chinolin zu und erhitzt bei 200 Torr 20 Minuten lang auf 185 bis 19O⁰C (Innentemperatur). Das abgespaltene Methanol wird dabei über eine 20-cm-Kolonne abdestilliert. Anschließend wird der Druck auf 20 Torr eingestellt, wobei 23,2 g l-Acetoxy-S-methyM-methoxy-l,3-butadien als Gemisch von zwei geometrischen Isomeren übergehen.

Die Ausbeute beträgt 75 % der Theorie.

Beispiel 9

28,4 g (0,2 Mol) 2-Methyl-4-acetoxy-2-butenal werden analog der im Beispiel 8 beschriebenen Weise über das Dimethylacetal als Zwischenprodukt in 1 - Acetoxy - 2 - methyl - 4 - methoxy -1,3 - butadien vom Kp.₀,5 = 50 bis 65 ⁰C übergeführt. Die Ausbeute beträgt ebenfalls 75 % der Theorie.

Beispiel 10

Aus 28,4 g (0,2 Mol) 2-Methyl-4-acetoxy-2-butanal, 32,0 g (0,22 Mol) Ameisensäure-o-äthylester und 23 g (0,5 Mol) Äthanol wird durch Zugabe einer katalytischen Mengen (etwa 2 mMol) p-Toluolsulfonsäure das Diäthylacetal hergestellt. Nach einer Stunde gibt man 2 g (15 mMol) Chinolin zu und erhitzt das Gemisch unter 240 Torr 25 Minuten lang auf 190 bis 195° C. Überschüssiger o-Ameisensäureester und Äthanol werden dabei über eine 20-cm-Kolonne abdestilliert. Danach wird der Druck auf etwa 20 Torr reduziert, wobei 22,1 g l-Acetoxy-3-methyl-4-äthoxy-l,3-butadien als Gemisch von zwei geometrischen Isomeren vom Kp.jjo = 102 bis 11O⁰C übergehen.

Die Ausbeute beträgt 65 % der Theorie.

609 650/267

Claims

Patentansprüche:

I. Metini- 1 -acciuw -4-;'.lko\\(pheno\\i- 1.3-hulailienc der allgemeinen Formel I

R-'-O-CH CC CH-O-CO ClI,

R- R¹ Hl

in der R¹ und R² verschieden sind und für Wasserstoff oder Methyl stehen und R³ für einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 4 C-Atomen oder einen Phenylrest steht.
2. Verfahren zur Herstellung von Verbindungen gemäß Anspruch], dadurch gekennzeichnet, daß man einen Methyi-4-alkoxy (phenoxy)-crotonaldehyd der Formel II

20 H

-¹ O CW₂ C C C

R^: W C)

in der R¹ bis R^;l die oben angegebene Bedeutung haben, mit überschüssigem Essigsäureanhydrid und einem Alkaliacetat, -carbonat oder -hydroxid oder einem nichtaromatischen Acyclischen Amin erhitzt.
3. Verfahren zur Herstellung von Verbindungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Methyl-l-acetoxy-4,4-dialkoxy-2-butene der Formel III

R' C)

CH C C CW₂ --C) CO CW, R' C) R² IV (III)

herstellen. Retinal hat praktisch die gleiche Wirkung wie Vitamin A und zeichnet sich diesem gegenüber durch größere Stabilität gegenüber Säuren und Oxydation aus. Weiterhin hat Retinal große Bedeutung als unmittelbares Vorprodukt in einer äußerst wirtschaftlichen Synthese von /?-Carot:n, das als Lebensmitielfarbstoff und Provitamin-Α von großem Interesse ist. Retinal kann nämlich auf einfache Weise und mit extrem guten Ausbeuten mit dem aus Retinol (Vitamin A) herstellbaren Retinylphosphoniumchlorid zu /3-Carotin umgesetzt werden. Dieses Verfahren ist seit 1959 bekannt (vgl. DT-PS 10 68 709), konnte jedoch bisher keine technische Bedeutung erlangen, weil noch kein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung des hierfür benötigten Retinais vorhanden war.

Die Herstellung von Retinal war bisher nur auf umständliche Weise möglich, beispielsweise durch Umsetzen eines /J-Jonyliden-äthyltriphenylphosphoniumsalzes mit dem nur schwer zugänglichen /?-FormyI-crotylacetat unter Bedingungen der Wittig-Synthese, Hydrolyse des gebildeten Vitamm-A-acetats und anschließende Oxidation von Vitamin A mit Braunstein oder Nickelperoxid. Diese Oxidation verläuft nur mit Ausbeuten von 60 bis 70%. Außerdem ist diese Vitamin-A-Oxydation technisch nur schwierig durchzuführen und mit großen Umweltproblemen behaftet, da für diese Umsetzung die 10- bis 20fache Gewichtsmenge an MnO₂ eingesetzt werden muß.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen 2-Methyl-l-acetoxy-4-alkoxy (phenoxy)-l,3-butadiene ist es dagegen möglich, Retinal und dadurch außerdem /J-Carotin auf einfache und wirtschaftliche Weise herzustellen.

Durch Umsetzen von 3-Methyl-l-acetoxy-4-methoxy-l,3-butadien mit Chlor oder Brom bei Temperaturen unterhalb 10⁰C und anschließendes Zufügen einer alkoholischen Lösung eines Alkalialkoholats und einem Retinyltriphenylphosphoniumsalz erhält man auf elegante Weise das /J-Apo-Cas-Carotinal, das als Lebensmittelfarbstoff und Provitamin-Α von großem Interesse ist.

Die neuen Methyl-l-acetoxy-4-alkoxy(phenoxy)-1,3-butadiene der Formel 1

in der R¹ bis R^:1 die oben angegebene Bedeutung haben, in Gegenwart von p-Toluolsulfonsäure und Chinolin auf Temperaturen von 150 bis 260°C, vorzugsweise 175 bis 210⁰C, erhitzt.

45 R-' O ClI C' C CW C) CO CH,