DE2114138C3 - Verfahren zur Herstellung von Sobrerol - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dJ-Sobrerol (i-1 -p-Menthen-6,8-diol).

Sobrerol, das seit 1797 bekannt ist und bereits 1851 in reiner Form von Sobrero isoliert wurde, von dem es seinen Namen erhielt, ist die chemische Verbindung -Methyl-4«-hydroxyisopropylcyclohexenol-(6) oder i-l-p-Menthen-6,8-diol, auch als Pinolhydrat oder Pinenoxydhydrat bekannt, in der racemischen Form (dj) und in der optisch aktiven Form sowie in allen möglichen Stereoformen (cis-trans). Es hat ein Molekulargewicht von 170 und einen Schmelzpunkt von 150° C in den aktiven Formen und von 130 bis 131,5'C in der dJ-Form und die folgende Formel:

CH,

55

HO-C CH

HjC ^H CH, CH

C-OH

H₃C CH₃

d,l-Sobrerol wurde jedoch, soweit bekannt, bisher nie im technischen Maßstab hergestellt. Bisher wurde es im

65 wesentlichen als Zwischenprodukt zur Herstellung von optisch aktiven Carvonen, Carveolen und ihren Derivaten erhalten, die für die Duftstoff-, Aroma- und kosmetische Industrie usw. bestimmt sind. Für diese Zwecke waren die Verfahren zur Herstellung von Sobrerol insbesondere auf die Gewinnung der optisch aktiven Verbindungen mit einem höheren Schmelzpunkt (150"C) und niedrigerer Löslichkeit gerichtet, wobei die Bildung des Racemats (Schmelzpunkt etwa 130⁰C)₁ das verhältnismäßig löslich ist, vermieden werden sollte.

Diese Verfahren sind nie über den Laboratoriumsmaßstab hinausgekommen. Sie führen zu ungenügenden Ausbeuten und erfordern im allgemeinen zur Herstellung eines reinen Produktes umständliche Reinigungen. Es besteht somit ein Bedürfnis für ein großtechnisches, wirtschaftlich durchführbares Verfahren zur Herstellung von dJ-Sobrerol von genügender Reinheit.

Das Verfahren gemäß der Erfindung erfüllt die genannten Voraussetzungen und ermöglicht in leichter, technisch und wirtschaftlich vorteilhafter Weise, jedoch unter Verwendung üblicher, leicht verfügbarer Apparaturen die Großherstellung von dJ-Sobrerol von hoher Reinheit (98%) und hoher Beständigkeit in guter Ausbeute (80%).

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von dJ-Sobrerol durch Epoxydation eines 95%igen a-Pinens in Chloroform bei niedriger Temperatur, Hydratisierung des erhaltenen «-Pinenepoxyds nach Reinigung mit einer wäßrigen Lösung von CO2 mit einem pH-Wert von 3,9, Waschen und Trocknen des Reaktionsproduktes, das dadurch gekennzeichnet ist daß man in der Epoxydationsstufe mit einer 15- bis 30%igen Lösung von Perbenzoesäure in Chloroform bei einer Temperatur zwischen —1 und — 6⁰C 4 bis 8 Stunden epoxydiert, in der Hydratationsstufe bei 36 bis 100⁰C arbeitet und das «-Pinenepoxyd in einer Menge von etwa 55 bis 100 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile wäßriger COrLösung verwendet

Das gemäß der Erfindung hergestellte dJ-Sobrerol ist Zwischenprodukt zur Herstellung von optisch aktiven Isomeren und Aromastoffen, Duftstoffen sowie Kosmetika. Bei diesen verschiedenen Anwendungen können die besonders hohe Reinheit und die niedrigen Kosten des als Ausgangsmaterial verwendeten dJ-Sobrerols sowie in gewissen Fällen seine genügende Löslichkeit in Wasser wesentliche Vorteile darstellen.

Wie bereits erwähnt, ist die Herstellung von dJ'Sobreroi an sich nicht neu. Wie bereits erwähnt, wurde die Oxydation von «-Pinen, das in Terpentinöl enthalten ist, das im wesentlichen das Ausgangsmaterial darstellt, in zahlreichen Veröffentlichungen beschrie· bett Die verschiedensten Mittel wurden für die Epoxydation vorgeschlagen, z. B. Sauerstoff, Peressig' säure (Arbusow und Michailow,). Prakt Chem,, Bd. 127, 1 [1930]), Perphthalsfture (Lombard und Heywang, BuIL Soc. ChiflL France [19S41 S. 1214), verschiedene Percarbonsäuren in Gegenwart von neutralisierenden Mittein (GB-PS 8 77 632). Außerdem wird Perbenzoesaure in Chloroformlösung (bei O⁴C mit einer theoretischen Ausbeute von 72,36%) von Nametlkin und Jarzeff in J. Russ. Phys. Chem. Soc. (1524), S. 53-521, für die Herstellung im Laboratorium und in neuerer Zeit insbesondere in den US-Patentschriften 28 15 378 und 29 49 489 erwähnt Es ist zu beachten, daß in allen vorstehend genannten Veröffentlichungen die Herstellung im kleinen Maßstab beschrieben wird.

Die Oxydation von «-Pinen ergibt Gemische, in

denen 2^-Epoxypinan («-Pinenepoxyd), das als Vorstufe von Sobrerol angesehen werden kann, überwiegt Das Epoxyd wird dann mit Wasser zum Sobrerol hydratisiert Die Hydratisierung erfolgt im allgemeinen in einer leicht sauren Umgebung, jedoch in gewissen Fällen auch in einem neutralen oder leicht alkalischen Medium, wenn optisch aktives Sobrerol aus «-Pinen mit der gleichen optischen Aktivität hergestellt werden soll. Beispielsweise wird gemäß dem bereits genannten und in der US-Patentschrift 28 15 378 beschriebenen Verfahren das durch Oxydation mit Perbenzoesäure erhaltene a-Pinenepoxyd mit Wasser bei einem pH-Wert im neutralen oder leicht alkalischen Bereich hydratisiert um die Bildung des Racemats zu vermeiden. Das Verfahren dieser Patentschrift zur Isolierung des d,l-Sobrerols ist umständlich, und es ist schwierig, ein reines Produkt herzustellen.

In der ebenfalls genannten US-Patentschrift 29 49 489, die eine Ausbeute von 100% erwähnt, wird die Hydratisierung von «-Pinenepoxyd (das in bekannter Weise durch Oxydation von «-Pinen mit Perbenzoesäure erhalten wird) mit Wasser und katalytischer! COrMengen beschrieben (Arbeitsbedingungen: Gewichtsverhältnis 1 bis 50 TeUe «-Pinenepoxyd pro 100 Teile wäßtoge Lösung; 0,1 bis 0,2 g CO₂ pro 100 g H₂O; Reaktionszeit 5 Minuten bis 1 Stunde; pH-Wert etwa 33 bis 6,9;Temperatur 0bis35°C).

Genau und sorgfältig durchgeführte Versuche nach dem Verfahren der Patentschrift ergaben wiederholt Ausbeuten von nicht mehr als 50%. Es ist daher anzunehmen, daß die dort beschriebenen Analysenmethoden unzulänglich sind und keine zuverlässige quantitative Bestimmung des erhaltenen Produktes ermöglichen. Die Infrarotanalyse dunh Überlagerung des Spektrums nach der obengenannten Methode von Pope (1832) kann nur von qualitativem 'Charakter sein und stellt keine Grundlage für die in Tabelle I genannten Werte der chemischen Analyse dar. Ferner ist folgendes zu bemerken: Das bei niedriger Temperatur auf die in der Patentschrift genannten Weise erhaltene kristalline Sobrerol enthält ölige Substanzen, die nur durch sorgfältiges Waschen, das in der Patentschrift nicht erwähnt ist, entfernt werden können.

Wiederholte Versuche haben bestätigt, daß das gemäß dem obengenannten Verfahren erhaltene Produkt durch anhaftendes Öl verunreinigt ist Die durch Gaschromatographie ermittelte tatsächliche Ausbeute liegt nach einer Waschung mit niedrigsiedenden Erdölfraktionen nicht höher als etwa 50% der Theorie.

Im Vergleich zu den obengenannten verschiedenen Verfahren stellt das Verfahren gemäß der Erfindung einen wesentlichen Fortschritt dar, da nach ihm ein Produkt von hoher Reinheit in hoher Ausbeute erhalten wird. Dieses Produkt wird aus «'Pinen in einem zweistufigen Verfahren hergestellt

In der ersten Stufe, der Epoxydation von «'Pinen mit Perbenzoesäure, wird das iX«Pinen (Reinheit 95% gemäß Analyse durch Gaschromatographie) mit einer 15' bis 30%igen, insbesondere einer 18' bis 2l%igen Lösung von Perbenzoesäure in Chloroform 4 bis 8 Stunden, im allgemeinen 5 bis 6 Stunden, bei einer Temperatur zwischen -1 und -6* C behandelt. Diese Lösung von Perbenzoesäure in Chloroform wurde nach dem von Y. Ogata und Y. Sawaki in Tetrahedron, Bd. 30, S. 3327 bis 3332,1967, beschriebenen Laboratoriumsverfahren hergestellt, das gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung für den technischen Maßstab so modifiziert wurde, daß die Perbenzoesäure aus einer leicht sauren Schwefelsäurelösung extrahiert und die genaue Chloroforromenge verwendet wurde, die erforderlich ist, um die for die Oxydation von «-Pinen notwendige Konzentration einzustellen. Dieses Verfab ren wird nachstehend ausführlicher im Beispiel be schrieben. Wenn die Epoxydation in dieser Weise durchgeführt wird, wird das «-Pinenepoxyd in sehr hohen Ausbeuten zwischen 80 und 90% erhalten, wobei nach der im Beispiel beschriebenen Reinigung eine

ίο Reinheit von 97 bis 98% erzielt wird.

Ein Vergleich mit entsprechenden bekannten Verfahren (die durchschnittlich bei Temperaturen von 0⁰C oder mehr mit Perbenzoesäurekonzentrationen zwischen 8 und 10% und Reaktionszeiten von 24 Stunden und mehr durchgeführt werden) zeigt deutlich die Überlegenheit des Verfahrens gemäß der Erfindung, bei dem durch Anwendung hoher Konzentrationen der Perbenzoesäure eine wesentliche Verringerung des Reaktionsvolumens und damit des Gesamtumfanges der für das Verfahren erforderlichen Apparaturen, der erforderlichen Chloroformmenge und damit eine Verkürzung der für die Entfernung des Chloroforms erforderlichen Zeit ermöglicht Die Reaktionszeit wird wenigstens auf die Hälfte herabgesetzt (8 bis 12 Stunden anstelle von 24 Stunden oder mehr), während stets eine Epoxydausbeute zwischen 80 und 90% der Theorie im Vergleich zu den wesentlich niedrigeren Ausbeuten der bekannten Verfahren eczielt wird, deren Ausbeuteberechnungen auf der Rückgewinnung eines Teils des nicht umgesetzten und im Kreislauf geführten «-Pinens basieren.

In der zweiten Stufe des Verfahrens gemäß der Erfindung wird das in der oben beschriebenen Weise erhaltene Pinenepoxyd in einer wäßrigen COrLösung bei etwa 36 bis 100⁰C hydratisiert, wobei mit etwa 55 bis 100 Gewichtsteilen «-Pinenepoxyd pro 100 Gewichtsteile der Lösung gearbeitet wird. Unter diesen Bedingungen liegt der pH-Wert der wäßrigen CO₂-Losung bei 3,9, & h. eindeutig im sauren Bereich, wodurch das Sobrerol als Racemat gebildet wird.

Das erhaltene dJ-SobreroI wird dann durch Waschen gereinigt und in einem Vakuumofen bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur von beispielsweise 30" C getrocknet Durch Trocknung bei Normaldruck und erhöhter Temperatur kann eine Veränderung des

Endproduktes (z. B. eine Umwandlung in Pinol) und ein Verlust von dJ-Sobrerol durch teilweise Sublimation

eintreten.

Das vorstehend beschriebene Verfahren gemäß der

so Erfindung ermöglicht entmals, wie bereits erwähnt die Herstellung von Pinenepoxyd und dJ-Sobrerol im technischen Maßstab und bietet hierbei erhebliche Vorteile, z.B. kleinster Gesamtumfang und somit optimale Produktion der Anlage, minimale Gefahr einer Zersetzung der Perbenzoesäure durch die niedrige Reaktionstemperatur, außergewöhnlich hohe Ausbeuten (80%) und hohe Reinheit (98%) des Endproduktes.

Beispiel

μ Das Epoxydationsmittel war folgendermaßen hergestellt worden: In ein Reaktionsgefäß aus nichtrostendem Stahl, das ein Fassungsvermögen von 15001 hat und mit Rührer und äußerer Wasserkühlung versehen ist, waren 2801 Wasser gegeben worden, dem 2,5 kg MgSO* · 7 H]O und 30 kg Natriumhydroxyd zugesetzt worden waren. Die gebildete Lösung hatte eine Temperatur zwischen 15 und 2O⁰C. Anschließend waren 75 1 Wasserstoffperoxyd (120 Vol.) und 3751 Methylal-

kohol (CH3OH) eingeführt worden, wobei die Temperatur bei etwa 15 bis 2O⁰C gehalten worden war. Dann waren schnell 60,5 kg l00%iges Benzoylperoxyd zugesetzt worden. Nach einer RQhrdauer von 15 Minuten war die erhaltene Lösung in einen Abscheider übergeführt worden, der ein Fassungsvermögen von 20001 hatte, mit Rührer und äußerer Kühlung versehen war und in den vorher 7501 20%ige Schwefelsäure gegeben worden waren. Die Zugabe erfolgte sehr schnell, wobei die Temperatur bei 15 bis 2O⁰C gehalten worden war. Nach erfolgter Zugabe war die Lösung einmal mit 2001 Chloroform extrahiert und der Trennung überlassen worden. Auf diese Weise waren etwa 2501 einer Lösung von Perbenzoesäure in Chloroform mit einer Konzentration von etwa 22 bis 23% erhalten worden. Die Ausbeute betrug 80% der Theorie (etwa 55 kg Perbenzoesäure).

Vor der Verwendung für die Epoxydation wird die in dieser Weise hergestellte Chloroformlösung mit wasserfreiem Natriumsulfat in einem auf 0°C gekühlten Gefäß getrocknet, dann durch ein gekühltes Filter gegeben und durch Zusatz von Chloroform auf die gewünschte Konzentration verdünnt

a) In ein von außen auf — 15°C gekühltes, innen emailliertes Reaktionsgefäß, das ein Fassungsvermögen von 8001 hat und mit einem Rührer versehen ist, werden 107,5 kg Perbenzoesäure in Form einer 20%igen Lösung in Chloroform gegeben. Durch äußere Kühlung wird die Innentemperatur auf -5°C gebracht Innerhalb von etwa 4 Stunden werden 108,8 kg 95%iges «-Pinen zugetropft Nach erfolgter Zugabe wird noch 1 Stunde gerührt Die erhaltene Chloroformlösung wird mit 2201 einer 20%igen Natriumcarbonatlösung und dann mit 2001 Wasser gewaschen. Anschließend wird mit 5% Gewichtsvolumen wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet Auf diese Weise werden 135 kg Rohprodukt entsprechend 93 kg «-Pinenepoxyd erhalten. Die Ausbeute beträgt 82% der Theorie. Nach dem Abfiltrieren des Natriumsulfats wird die wasserfreie Lösung im Vakuum rektifiziert

b) 515 g a-Pinenepoxyd werden in 1000 ml Wasser dispergiert, in das CO₂ eingeleitet wird, bis der pH-Wert 33 beträgt Die Temperatur, die zu Beginn 36° C beträgt steigt schnell auf 72° C. Dann beginnt die Ausfällung von d.I-Sobrerol in Form von weißen Kristallen. Die Reaktionsmasse wird von außen auf eine Temperatur von 15° C gekühlt Das Produkt wird abgetrennt, zentrifugiert und mit einer geringen Petroläthermenge gewaschen. Ausbeute 520 g.

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Herstellung von dJ-Sobrero! durch Epoxydation eines 95%jgen «-Pinens in Chloroform bei niedriger Temperatur und Hydratisierung des erhaltenen a-Pinenepoxyds nach Reinigung mit einer wäßrigen Lösung von CO₂ mit einem pH-Wert von 3,9, Waschen und Trocknen des Reaktionsproduktes, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Epoxydationsstufe mit einer 15- bis 30%igen Lösung von Perbenzoesäure in Chloroform bei einer Temperatur zwischen — 1 und —6° C 4 bis 8 Stunden epoxydiert, in der Hydratationsstufe bei 36 bis 10O⁰C arbeitet und das is «-Pinenepoxyd in einer Menge von etwa 55 bis 100 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile wäßriger COrLösung verwendet

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Perbenzoesäure/Chloro- formlösung einsetzt, die durch Umsetzung von Benzoylperoxyd in wäßrig-alkalischer Lösung mit Wasserstoffperoxyd, Ansäuern der wäßrigen Lösung mit verdünnter Schwefelsäure und Extrahieren der Perbenzoesäure aus der schwach sauren Lösung mit der zum Erhalt einer 15- bis 30%igen Lösung notwendigen Chloroformmenge erhalten worden ist

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Epoxydierung des «-Pinens eine 18- bis 21%ige Lösung von Perbenzoesäure in Chloroform verwendet

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Epoxydierungsstufe etwa 5 bis 6 Stunden beträgt

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