DE1543427C3

DE1543427C3 -

Info

Publication number: DE1543427C3
Application number: DE1543427A
Authority: DE
Inventors: Marc Dr. Paris Julia
Original assignee: Rhone Poulenc SA
Current assignee: Rhone Poulenc SA
Priority date: 1962-12-13
Filing date: 1963-12-04
Publication date: 1973-09-13
Also published as: DE1468553C2; FR1356949A; DE1468553B1; US3354196A; DE1543427B2; GB1005897A; DE1543427A1

Description

C=CH-CH-C-CH₂-CN (I). R X CH₃

IO

worin R Wasserstoff oder die Methylgruppe und X die Acetoxy-, Benzoyloxy- oder p-Nitrobenzoyloxygruppe. bedeutet.

2. Verfahren zur Herstellung von 3,3-Dimethylhepten-(5)-nitrilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) einen Aldehyd der allgemeinen Formel

worin R die oben angegebene Bedeutung besitzt, mit Hilfe eines Alkalimetallborhydrids in an sich bekannter Weise reduziert und darauf den Alkohol mit Essigsäureanhydrid, Benzoylchlorid oder p-Nitrobenzoylchlorid in an sich bekannter Weise verestert.

20

N^-OR"

(H)

CH

Die vorliegende Erfindung betrifft 3,3-Dimethylhepten-(5)-nitrile und Verfahren zu deren Herstellung. Die erfindungsgemäßen 3,3-Dimethyl-hepten-(5)-nitrile besitzen die allgemeine Formel

worin R die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung aufweist und R" einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen darstellt, mit einem Isopropylidencyanessigsäureester in Gegenwart katalytischer Mengen von Benzoylperoxyd unter Erwärmen umsetzt, wobei eine Verbindung der allgemeinen Formel

	CH₃	(I)
C = CH-CH- I	- C-CH₂-CN
Γ X-	CH₃

(III)

40 CH,

worin R Wasserstoff oder die Methylgruppe und X die Acetoxy-, Benzoyloxy- oder p-Nitrobenzoyloxygruppe bedeutet. . .

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von 3,3-Dimethylhepten-(5)-nitrilen ist dadurch gekennzeichnet, daß man

a) einen Aldehyd der allgemeinen Formel

CN COOR'

gebildet wird, worin R und R" die vorstehend angegebene Bedeutung besitzen und R' einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen be- '■' deutet, '.'■' ^ .- _ . -

b) nach in an sich bekannter Weise milder Ver-

. seifung durch Erwärmen in Gegenwart von ' Kupferpulver in Chinolin in an sich bekannter Weise decarboxyliert,

c) durch Erwärmen die Äthergruppe R"O — .'in Form des Alkohols R"0H in an sich bekannter Weise eliminiert,-was zu_: einem Produkt der allgemeinen Formel

OR"

(Π)

CH

worin R die oben angegebene Bedeutung aufweist und R" einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen darstellt, mit einem Isopropylidencyanessigsäureester in Gegenwart katalytischer Mengen von Benzoylperoxyd unter Erwärmen umsetzt, wobei eine Verbindung der allgemeinen Formel η '; . ' '■■■'··. '■■· ;

60

(IV)

V—OR"

CN

führt, worin R die vorstehend angegebene Bedeutung besitzt,

CN

(III)

COOR'

gebildet wird, worin R und R" die vorstehend angegebene Bedeutung besitzen und R' einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet,

b) nach in an sich bekannter Weise milder Verseifung durch Erwärmen in Gegenwart von Kupferpulver in Chinoiin in an sich bekannter Weise decarboxyliert,

c) durch Erwärmen die Äthergruppe R"O — in Form des Alkohols R"OH in an sich bekannter Weise eliminiert, was zu einem Produkt der allgemeinen Formel

(IV)

CN

führt, worin R die vorstehend angegebene Bedeutung besitzt,

d) die Carbonylgruppe der Verbindung der Formel IV zur Bildung eines Alkohols der allgemeinen Formel

HO

Die erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Kondensation eines Aldehyds mit Isopropyüdencyanessigsäure oder einem Ester dieser Säure in Gegenwart eines Peroxyds. Die zweite Stufe besteht aus einer Decarboxylierung durch Erwärmen, gegebenenfalls nach einer Verseifung, und die dritte Stufe aus der Eliminierung einer Alkoxygruppe R"O — in Form des Alkohols R"OH. Eine mehr oder weniger ausgeprägte Eliminierung der Alkoxygruppe tritt bereits während der Decarboxylierungsbehandlung auf. Die Entfernung der Gruppe R"O — wird anschließend entweder direkt mit dem rohen Decarboxylierungsgemisch oder gegebenenfalls nach Abtrennung des Produktes, das seine Ätherfunktion beibehalten hat, erzielt. Für die Decarboxylierungsbehandlung wird vorzugsweise in Gegenwart von Kupferpulver und Chinoiin gearbeitet. Für die zusätzliche Behandlung zur Entfernung der Gruppe R"O — wird in Gegenwart einer Essigsäure-Natriumacetat-Mischung oder in Gegenwart von Essigsäure, die zusätzlich ein wenig Schwefelsäure oder Phosphorsäure enthält, oder in Gegenwart von jedem anderen Mittel, das die Abspaltung von einem R"OH-Alkoholmolekül ohne Änderung des Restes des Moleküls zu begünstigen vermag, erhitzt.

In dem besonderen Fall der Verbindung III b, bei dem eine vorhergehende Verseifung durchgeführt wird, soll diese unter so milden Bedingungen stattfinden, daß nur die Verseifung von einer einzigen der zwei verseifbaren Gruppen, nämlich der Estergruppe erfolgt. Durch Arbeiten bei Zimmertemperatur oder einer Temperatur kaum über Zimmertemperatur kann man diese Verseifung leicht steuern.

Die Hydrierung, die die vierte Stufe darstellt, erfolgt mit Hilfe jedes Hydrierungsmittels, das die Doppelbindung und die anderen Funktionen des Moleküls intakt läßt, beispielsweise mit Alkaliborhydrid. Die anschließende Veresterung wird mit dem entsprechenden Anhydrid oder Säurechlorid durchgeführt, wobei bei Zimmertemperatur (etwa 20° C) ίο oder einer Temperatur kaum über Zimmertemperatur gearbeitet wird.

Zwar sind aus Chemical Reviews, Bd. 51, 1951, S. 544 bis 546, Journal of Organic Chemistry, Bd. 14, 1949, S. 248 bis 252, den USA.-Patentschriften 2 533 944 und 2 560 770, jeweils S. 1 und den Beispielen, Umsetzungen von gesättigten Aldehyden mit Olefinverbindungen in Gegenwart von Radikalbildnern unter Bildung von Ketonen bereits bekannt.

Auch ist aus der USA.-Patentschrift 2 577 133 die Herstellung von Verbindungen mit einer Ketogruppe durch Umsetzung eines bestimmten Aldehyds mit einem ungesättigten Säurederivat, wie beispielsweise einem Acrylsäureester, Undecylensäureester, Fumarsäureester, Maleinsäureester, Verbindungen, bei denen die Doppelbindung relativ wenig gehindert ist, bekannt.

Bei den Umsetzungskomponenten der vorstehend genannten Literaturstellen handelt es sich jedoch um ganz spezifische Verbindungen, bei deren Umsetzung zum Teil nur sehr schlechte Ausbeuten erhalten werden. Von diesen unterscheidet sich insbesondere der erfindungsgemäß verwendete Aldehyd durch die Anwesenheit einer Äthergruppe und die olefinische Verbindung durch eine starke sterische Abschirmung der Doppelbindung, da zwei Methylgruppen an einem Doppelbindungskohlenstoffatom und zwei funktioneile Gruppen an dem anderen Kohlenstoffatom sitzen. Die Verbindungen der Formel I können in organischen Synthesen verwendet werden, insbesondere bei der Synthese der dl-trans-Chrysanthemumsäure und bei der Synthese eines niedrigeren Homologen, der2,2-Dimethyl-3-(propen-(l)-yl)-cyclopropancarbonsäure, die gleichfalls in der dl-trans-Form anfällt.

Es ist bekannt, daß gewisse Ester der Chrysanthemumsäure, wie beispielsweise die Pyrethrine, Cinerine, Allethrine, Furethrine, eine Klasse von sehr wertvollen Insektiziden auf Grund ihrer großen insektiziden Wirksamkeit einerseits und ihrer geringen Toxizität für den Menschen und Warmblüter andererseits darstellen. Es ist auch bekannt, daß die Chrysanthemumsäure zwei stereoisomere Formen, die cis- und trans-Form, bildet und die Ester der trans-Säure eine Wirksamkeit besitzen, die im allgemeinen höher als die der Derivate der cis-Form ist. Bisher wurde Chrysanthemumsäure durch Hydrolyse von Rethrinen natürlichen Ursprungs oder durch die Synthese von Staudinger und Mitarbeiter (Helvetica Chimical Acta, Bd. 7, 1924, S. 390), wiederholt von Campbell und Mitarbeiter (Journal of the Chemical Society, 1945, S. 283) hergestellt. Diese Synthese, die ausgehend von der Umsetzung von Äthyldiazoacetat mit 2,5-Dimethylhexadien-(2,4) zu einem Gemisch der dl-cis- und dl-trans-Chrysanthemumsäuren führt, ist jedoch auf Grund der Instabilität des Äthyldiazoacetats recht heikel. Die Gefahr, die sich hieraus ergibt, macht eine technische Anwendung -sehr schwierig.

Eine ähnliche Synthese, bei der das Äthyldiazo-

acetat durch Diazoacetonitril ersetzt ist, führt zu der reinen dl-trans-Chrysanthemumsäure, doch bietet sie noch mehr Gefahren als die obengenannte.

Die Synthese auf der Basis der Verwendung von Verbindungen der allgemeinen Formel I durch ein Cyclisierungsverfahren gemäß dem nachstehenden Schema

X CN

weist keine der Nachteile a f, die die vorstehend genannten älteren Verfahren zeigen.

Das vorgenannte Cyclisierungsverfahren soll die Verwendbarkeit der erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen aufzeigen. Für dieses Cyclisierungsverfahren und die danach herstellbaren Verbindungen wird kein Patentschutz beansprucht.

B e i s ρ i e 1 1

1. Man erhitzt 213 g (1,65 Mol) ß-Äthoxyisovaleraldehyd und 60 g (0,39 MoI) Isopropylidencyanessigsäureäthylester 60 Stunden (viermal 15 Stunden) bei 85° C, wobei man 11 g Benzoylperoxyd in kleinen Mengen (0,2 bis 0,3 g) zugibt.

Man destilliert anschließend unter Stickstoff bei einem Druck von 13 mm Hg bis zu 60° C und gewinnt 124 g Gemisch der Aldehyde. Man extrahiert dann den Rückstand mit 200 ecm Diäthyläther, wäscht die Ätherlösung nacheinander zweimal mit je 100 ecm einer 8 °/_oigen Natriumbicarbonatlösung, 50 ecm einer wäßrigen Natriumbisulfitlösung und Wasser und trocknet dann über Natriumsulfat. Man verdampft den Äther und destilliert den 2-Cyano-3,3,6-trimethyl-4-oxo-6-äthoxyheptansäureäthylester, der in Form eines gelben Öls vom Kp._o, = 115 bis 12O⁰C vorliegt; ηV = 1,4530; Ausbeute: 77 g (70°/₀).

2. 7,7 g des Äthoxyketonitrilesters werden in der Siedehitze 27 Stunden lang mit 40 ecm einer wäßrigen 75 °/_oigen Essigsäurelösung in Gegenwart von 400 mg Natriumacetat behandelt. Nach Abkühlen und Neutralisieren extrahiert man mit 100 ecm Äther, wäscht die Ätherlösung mit Natriumbicarbonat und dann mit Wasser und trocknet über wasserfreiem Natriumsulfat. Durch Destillation gewinnt man 4,21 g (65%) 2-Cyano-3,3,6-trimethyl-4-oxohepten-(5)-säureäthylester vom Kp._0>3 = 110 bis 115°C; n? = 1,4700.

3. 36 g des obigen äthylenischen Ketonitrilesters werden in 100 ecm Äthylalkohol gelöst. Man setzt 11,2 g Kaliumhydroxyd, gelöst in 30 ecm Wasser, zu und läßt. 40 Stunden bei Zimmertemperatur (etwa 2O⁰C) stehen. Anschließend entfernt man den Alkohol unter vermindertem Druck, säuert durch Zugabe von 2 η-Salzsäure bis zu pH 1 an, trennt die abgeschiedene rotorange Schicht ab und extrahiert die Mutterlaugen mit Äther. Die vereinigten organischen Lösungen werden über Natriumsulfat getrocknet, und das Lösungsmittel wird verdampft. Das verbleibende Produkt wird dann unter einem absoluten Druck von 20 bis 25 mm Hg 1 Stunde bei 120⁰C erhitzt, um die Decarboxylierung zu bewirken, und dann destilliert. Man gewinnt 14,5 g (58%) 3,3,6-Trimethyl-4-oxohepten-(5)-nitril in Form einer farblosen Flüssigkeit vom Kp._0>1 = .75° C; n²⁰·⁵ = 1,4740.

4. Statt zunächst die äthylenische Doppelbindung in 5-Stellung zu bilden und dann zu verseifen und zu decarboxylieren, wie es oben ausgeführt ist, (2., 3.), kann man auch zuerst den 2-Cyano-3,3,6-trimethyl-4-oxo-6-äthoxyheptansäureäthylester mit wäßrig-alkoholischem Kaliumhydroxyd bei Zimmertemperatur verseifen, die gebildete organische Säure isolieren und diese Säure durch Erhitzen bei 145⁰C unter gewöhnlichem Druck in Gegenwart von Kupferpulver und Chinolin decarboxylieren, was ein Gemisch von 3,3,6-Trimethyl-4-oxohepten-(5)-nitril und 3,3,6-Trimethyl-4-oxo-6-äthoxyheptannitril ergibt, dessen nicht äthylenische Fraktion durch Erhitzen mit dem Essigsäure-Natriumacetat-Gemisch in das entsprechende äthylenische Oxonitril übergeführt werden kann, wobei diese Behandlung entweder mit dem Gemisch der beiden Nitrile als solchem oder nur mit dem zuvor abgetrennten nicht äthylenischen Nitril durchgeführt werden kann.

5. Zu 6,33 g (0,038 Mol) des äthylenischen Ketonitrils in 32 ecm Methanol setzt man bei 0⁰C 2 g (0,041 Mol) Kaliumborhydrid, gelöst in der minimalen Menge Wasser, zu. Das Gemisch wird 7^x/₂ Stunden bei 0⁰C gerührt. Nach Verdampfen von ein wenig Alkohol im Vakuum setzt man 30 ecm Wasser zu, extrahiert zweimal mit je 50 ecm Diäthyläther, wäscht mit 20 ecm 2 η-Schwefelsäure und dann mit 20 ecm einer 8 "/eigen Natriumbicarbonatlösung und trocknet über Natriumsulfat. Durch Destillation gewinnt man 4,85 g (77%) 3,3,6-Trimethyl-4-hydroxyhepten-(5> nitril vom Kp.₀,₀₅ = 70 bis 80⁰C; nV = 1,4670.

6. Man löst 1 g des Alkohols in 8 ecm wasserfreiem Pyridin und setzt 0,75 ecm destilliertes Benzoylchlorid zu. Da sich das Benzoat in der Kälte schlecht bildet,

erhitzt man gelinde während 5 Minuten, gießt dann in Wasser, extrahiert zweimal mit je 25 ecm Diäthyläther, wäscht mit 2 η-Schwefelsäure und dann mit verdünnter Natronlauge und trocknet über Natriumsulfat. Durch Verdampfen des Lösungsmittels erhält

man 1,6 g rohes öl, das durch Chromatographie an neutralem Aluminiumoxyd unter Verwendung von Petroläther (Siedebereich: 35 bis 50⁰C) als Elutiönsmittel 1,02 g (60%) reines Benzoat liefert (das IR-Spektrum zeigt die charakteristischen Banden des

Benzolkerns, eine Nitrilbande bei 2245 cm"¹ und eine Esterbande bei 1725 cm-¹.

Beispiel 2

Durch Umsetzung des p-Nitrobenzoylchlorids mit

dem wie im Beispiel 1 hergestellten 3,3,6-Trimethyl-4-hydroxyhepten-(5)-nitril erhält man das entsprechende p-Nitrobenzoat. Fp. des reinen Produkts 105 bis 106⁰C; Ausbeute 65%.

B e i s ρ i e 1 3

Durch Einwirkung von Essigsäureanhydrid auf das 3,3,6-Trimethyl-4-hydroxyhepten-(5)-nitril erhält man das entsprechende Acetat in Form eines Öls vom Kp._0r06 = 74°C; Ausbeute 98%. Das IR-Spektrum zeigt eine Nitrilbande bei 2245 cm"¹, eine Esterbande bei 1725 cm"¹ und die charakteristischen Acetatbanden bei 1370 und 1230 cm-¹.

Beispiel 4

1. 406 g/J-Äthoxybutyraldehyd und 140 g Isopropylidencyanessigsäureäthylester werden 58 Stunden (viermal 14V₂ Stunden) unter Stickstoff bei 8O⁰C erhitzt.

Vor jeder Erhitzungsperiode werden 9 g Benzoylperoxyd zugegeben. Nach beendeter Reaktion destilliert man überschüssigen Aldehyd (260 g) ab und extrahiert zweimal mit je 200 und dann einmal mit 100 ecm Äther, wäscht nacheinander mit wäßrigen Natriumbicarbonat- und dann Natriumbisulfitlösungen und .schließlich mit Wasser und trocknet über Natriumsulfat. Man entfernt den Äther und gewinnt durch Destillation 74 g Isopropylidencyanessigsäureäthylester und dann 72,2 g 3,3-Dimethyl-6-äthoxy-4-oxo-2-cyanoheptansäureäthylester vom Kp._{o 03} = 100 bis 105°C; nV = 1,4520; Ausbeute 61%.'

2. 57,5 g des obigen Äthoxycyanoesters werden 3 Stunden mit 220 ecm einer wäßrig-äthanolischen 1 n-Kaliumhydroxydlösung (0,22 Mol) bei Eisschranktemperatur behandelt. Nach Ansäuern mit Salzsäure, Extraktion mit Äther und üblichen Wascharbeitsgängen erhält man 38,8 g Säurefraktion und 15,5 g Esterfraktion. Die Behandlung der Esterfraktion mit 1 Äquivalent einer wäßrig-alkoholischen 1 n-Kaliumhydroxydlösung während 1 Stunde bei gewöhnlicher Temperatur liefert erneut 8,5 g Säurefraktion, und es verbleiben 4,2 g Esterfraktion. Man erhält so insgesamt 47,3 g Säurefraktion, die man durch lstündiges Erhitzen bei 145⁰C unter gewöhnlichem Druck in Gegenwart von Kupfer in Chinolin decarboxyliert. Durch Destillation isoliert man anschließend 24,51 g eines Gemisches, das nach der Infrarotanalyse zu zwei Drittel aus Produkten mit einer äthylenischen Bindung und zu einem Drittel aus Produkten, die noch eine Äthoxygruppe aufweisen, besteht. Zu diesem Gemisch setzt man dann 150 ecm 75 °/_oige Essigsäure und 2 g Kaliumacetat zu und erhitzt 21 Stunden unter Rückfluß. Nach Neutralisation und Destillation erhält man 13,53 g eines Produkts vom Kp._0>5 = 80°C, das als 3,3-Dimethyl-4-oxohepten-(5)-nitril identifiziert wird.

3. Zu 9,12 g (5,86 · 10"² Mol) dieses Ketonitrils, gelöst in 50 ecm Methanol, setzt man tropfenweise bei 0°C 3,1 g (5,8 · 10"² Mol) Kaliumborhydrid, gelöst in 20 ecm Wasser, zu. Das Gemisch wird 6V2 Stunden gerührt. Nach Verdampfen von ein wenig Alkohol im Vakuum setzt man 40 ecm Wasser zu, extrahiert zweimal mit Äther, wäscht mit 2 n-Schwefelsäure, mit Bicarbonat und mit Wasser und trocknet über Natriumsulfat.

Durch Destillation gewinnt man 6,48 g (70%) einer Flüssigkeit vom Kp.,;_s = 106 bis 107⁰C, die als 3,3-Dimethyl-4-hydroxyhepten-(5)-nitril identifiziert wird.

4. Man löst 3,15 g des obigen Alkohols in 25 ecm Pyridin und setzt 3 ecm Benzoylchlorid zu. Man arbeitet wie im Beispiel 1 (6) und erhält so 5,57 g rohes Benzoat des 3,3-Dimethyl-4-hydroxyhepten-(5)-nitrils in Form eines öligen Produkts vom Kp._{o 02} = 120⁰C; Ausbeute 93%. Das IR-Spektrum zeigt die Nitrilbande bei 2245 cm"¹, die Esterbande bei 1725 cm"¹ sowie die charakteristischen Banden des Benzol kerns.

Außer dem Benzoat wurde auch das Acetat des obigen Alkohols in Form eines Öls vom Kp._{o 4} = 92 bis 93°C hergestellt. Ausbeute 96%. Das IR-Spektrum zeigt eine Esterbande bei 1730 cm"' und die Nitrilbanden bei 1240 und 1370 cm-¹.

209 585/563

Claims

1 643 Patentansprüche:

1. 3,3 - Dimethyl - hepten - (5) - nitrile der allgemeinen Formel ' "..

CH,

CH₃

d) die Carbonylgruppe der Verbindung der Formel IV zur Bildung eines Alkohols der allgemeinen Formel .