DE2432218A1 - Verfahren zur herstellung von 1-methyladamantan - Google Patents
Verfahren zur herstellung von 1-methyladamantanInfo
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Description
2437218
Jr. K.in Γη. M-T|fi!
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Dr. He/Lü 4. Juli 1974
H 2346
Kao Soap Co., Ltd., 7-18, 1-chome, Nihonbashi-Bakurocho,
Chuo-ku, Tokyo / Japan
Verfahren zur Herstellung von 1-Methyladamantan
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von 1-Methyladamantan der Formel H^einer bekannten wertvollen
Verbindung,in hoher Ausbeute durch einstufige Isomerisierung
3 8
von Tricyclo-(5,3,1,0 ' )-Undecan der Formel I, die einen neuen tricyclischen Kohlenwasserstoff darstellt. Das Verfahren verläuft nach folgendem Reaktionsschema:
von Tricyclo-(5,3,1,0 ' )-Undecan der Formel I, die einen neuen tricyclischen Kohlenwasserstoff darstellt. Das Verfahren verläuft nach folgendem Reaktionsschema:
(I) (ID
Berichte über die Isomerisierung von Tricycloundecanen unter Bildung von 1-Methyladamantan der Formel II sind von Schleyer
und Mitarbeitern, Tetrahedron-Letters, Band 305 aus dem Jahre 1961, ferner von Schneider und Mitarbeitern, US-Patent Nr.
3356751, ferner McKervey und Mitarbeitern, Tetrahedron Letters,
" 2 " 409885/UOO
Band 27, Seite 4317 aus dem Jahre 1971 und Petrov und Mitarbeitern
in Neftekhimiya, Band 11,Seite 1963 aus dem Jahre
1971 veröffentlicht.Indessen wird gemäß folgender Erfindung
3 8
Tricyclo-(5,3,1,0 » )-Undecan der Formel I als neue Verbindung
verwendet und seine Isomerisation ist in der Technik bisher nicht bekannt.
Die Erfindung beruht auf der Entdeckung, daß Tricyclo-
3 8
(5,3,1,0 * )-Undecan der Formel I, das einen neuen tricyclischen Kohlenwasserstoff darstellt, mit großer Leichtigkeit und im wesentlichen quantitativer Ausbeute zu 1-Methyladamantan der Formel II isomerisiert werden kann.
(5,3,1,0 * )-Undecan der Formel I, das einen neuen tricyclischen Kohlenwasserstoff darstellt, mit großer Leichtigkeit und im wesentlichen quantitativer Ausbeute zu 1-Methyladamantan der Formel II isomerisiert werden kann.
3 8 Das Ausgangsmaterial Tricyclo-(5,3,1,0 > )-Undecan der Formel
I, welches gemäß der Erfindung verwendet wird,läßt sich leicht herstellen, beispielsweise mit Hilfe einer durch Säure katalysierten
Isomerisierung von Tetramethylen-Norbornan der Formel
III, wie es in der japanischen Patentanmeldung Nr. 77621/73, angemeldet am 10. Juli 1973, und der entsprechenden amerikanischen
Anmeldung^auf deren gesamten Inhalt hier Bezug genommen
wird, beschrieben ist, oder durch Isomerisierung von
2 6
Tricyclo-(5,2,2,0 ' )-Undecan der Formel IV, wie es ausder japanischen Patentanmeldung Nr. 77622/73, angemeldet am 10.Juli 1973, und der entsprechenden amerikanischen Patentanmeldung hervorgeht, auf deren gesamten Inhalt hier Bezug genommen wird.
Tricyclo-(5,2,2,0 ' )-Undecan der Formel IV, wie es ausder japanischen Patentanmeldung Nr. 77622/73, angemeldet am 10.Juli 1973, und der entsprechenden amerikanischen Patentanmeldung hervorgeht, auf deren gesamten Inhalt hier Bezug genommen wird.
(Ill) (IV)
Als saure Katalysatoren beim Isomerisierungsverfahren gemäß
3 8 der Erfindung zum Isomerisieren von Tricyclo-(5,3,1,0 ' )-Undecan
zu 1-Methyladamantan können verschiedene saure
4098B5/U00
Katalysatoren mit Erfolg verwendet werden. Beispiele dieser sauren Katalysatoren sind Bronsted-Säuren wie Schwefelsäure,
Fluorsolfonsäure, Chlorsulfonsäure, Methansulfonsäure, Äthansulfonsäure, Trifluormethan-sulfonsäure, Benzolsulfonsäure
und p-toluolsulfonsäure, ferner Lewissäuren wie Aluminium-Halogenide,
vorzugsweise Aluminium-Chlorid und Aluminium-Bromid, Zinkhalogenide, vorzugsweise Zink-Chlorid und Zinkbromid, Borhalogenide,
vorzugsweise Bortrifluorid und Antimon-Halogenide, vorzugsweise Antimon-Pentafluorid.
Falls eine Lewissäure als Katalysator verwendet wird, werden bei Anwendung einer katalytischen Menge einer solchen Lewissäure
zufriedenstellende Ergebnisse erhalten. So verläuft die
Isomerisations-Reaktion sehr gut bei Anwendung von 0,01 bis 0,5 Mol, vorzugsweise 0,05 bis 0,2 Mol einer Lewissäure auf
3 1 Mol des als Ausgangsmaterial verwendeten Tricyclo-(5,3,1,0 ' )■
Undecan der Formel I. Um die Reaktion innerhalb kurzer Zeitdauer zu vollenden, ist es jedoch vorzuziehen, eine äquimolekulare
Menge oder elnenüberschuss des Katalysators anzuwenden. Wenn eine Bronstedsäure als Katalysator verwendet wird, ist
die Anwendung mindestens äquimolekularer Mengen des Katalysators erforderlich, beispielsweise 0,5 bis 100 Mole des Katalysators
auf 1 Mol der Ausgangsverbindung. Für den Fachmann ist es offensichtlich, daß jede geeignete Kombination von 2 oder
mehr Katalysator-Arten, beispielsweise eine Mischung von Bortrifluorid und Schwefelsäure mit Erfolg verwendet werden kann.
Mitunter ist es vorzuziehen, die Isomerisations-Reaktion gemäß vorliegender Erfindung in Gegenwart eines Lösungsmittels
durchzuführen, insbesondere, wenn ein Überschuß an einem starken Lewis-Säure-Katalysator verwendet wird, um die Reaktionszeit
abzukürzen. Die Verwendung eines Lösungsmittels ermöglicht einen guten Kontakt des Ausgangsmaterials der Formel
I, dessen Schmelzpunkt 62 bis 63° beträgt, mit dem Katalysator, von dem manche ebenfalls bei Reaktionstemperatur fest sind;
409885/ 1 400
sie ermöglicht auch eine Verteilung der Wärme, die zu Beginn der Reaktion in merklichem Maße entwickelt wird, wenn eine
starke Lewissäure als Katalysator verwendet wird. Das angewendete Lösungsmittel ist nicht kritisch und es können alle Lösungsmittel
verwendet werden, die gegenüber dem Katalysator nicht reaktionsfähig sind, wie aromatische Kohlenwasserstoffe,
aliphatische Kohlenwasserstoffe, halogenierte Kohlenwasserstoffe und Äther. Somit kann jedes Lösungsmittel, daß gegenüber
der Reaktion inert ist, erfindungsgemäß verwendet werden.
Als Lösungsmittel werden bevorzugt halogenierte niedere Kohlenwasserstoffe,
vorzugsweise chlorierte oder bromierte Kohlenwasserstoffe, die 1 bis 6 Kohlenstoffatome erhalten, verwendet,
wie Methylen-Chlorid, Methylen-Bromid, Chloroform, 1,2-Dichlorethan,
1,2-Dibromethan, 1,2-Dichlorpropan, 1,3-Dichlorpropan,
1,3-Dichlorbutan, 2-Methyl-l,4-Dichlorbutan, Chlorcyclohexan
und dergleichen. Die Menge des angewendeten Lösungsmittels beträgt 0,1- bis 500-mal das Gewicht des Ausgangsmaterials
der Formel I.
Die Abtrennung des Katalysators aus dem Reaktionsprodukt, nämlich dem 1-Methyladamantan der Formel II,kann in sehr einfacher
Weise durch Extraktion der entstehenden Reaktionsmischung mit einem organischen Lösungsmittel erfolgen. Wenn ein Lösungsmittel
für die Isomerisations-Reaktion verwendet wird, kann das gleiche Lösungsmittel auch als Extraktionsmittel verwendet
werden.
Die Reaktion verläuft bei einer Temperatur in der Größenordnung von -30 bis +180°, vorzugsweise wird die Reaktion bei Temperaturen
zwischen 0 und 80° durchgeführt.
409885/UOO
H ^ _■
Nach dem Verfahren der Erfindung läßt.sich 1-Methyladamantan
der Formel II von hoher Reinheit in nahezu quantitativer Ausbeute erhalten, ohne Bildung von merklichen Mengen unerwünschter
Polymerisate oder von Zersetzungsprodukten.
Die Erfindung soll nun weiterhin unter Bezugnahme auf die folgenden erläuterten Beispiele beschrieben werden:
3 8 Ein Verfahren zur Synthese von Tricyclo-(5,3,1,0 ' )-Undecan
der Formel I, wie es als Ausgangsmaterial verwendet wird, ist ebenfalls in der folgenden Erläuterung beschrieben.
3 8
Synthese von Tricyclo-(5,3,1,0 ' ),-Undecan:
Synthese von Tricyclo-(5,3,1,0 ' ),-Undecan:
2 6
Eine Lösung von 15 g (0,1 Mol) Tricyclo-(5,2,2,0 ' )-Undecan
der Formel IV in 100 cm Methylen-Chlorid wird bei 0° gerührt, dann werden 1,3 g (0,01 Mol) wasserfreies Aluminium-Chlorid
der Lösung zugesetzt und die Mischung wird am Rückflußkühler unter Rühren eine Stunde lang erhitzt. Man läßt die Reaktionsmischung abkühlen und gieße sie dann in 100 cm Eiswasser.
Die organische Schicht wird abgetrennt und die wässrige Schicht mit Methylen-Chlorid extrahiert. Der Methylen-Chlorid-Extrakt
wird mit der organischen Schicht vereinigt und die Mischung wird mit einer gesättigten, wässrigen Lösung von Natrium-bikarbonat
und dann mit Wasser gewaschen und hierauf über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Das Methylen-Chlorid wird abdestilliert
und der Rückstand wird der Fraktionierung unterworfen. Die höchstsiedende Fraktion mit einem Siedepunkt von
111 bis 112° C bei einem Druck von 36 mm Quecksilbersäule wird abgetrennt, dabei werden 6,3 g in einer Ausbeute von 42 Ge-
3 8
wichtsprozent an Tricyclo-(5,3,1,0 * )-Undecan erhalten.
wichtsprozent an Tricyclo-(5,3,1,0 * )-Undecan erhalten.
409885/1400
Schmelzpunkt:
62 - 63° im Schießrohr
Elementar-Analyse:
Gefunden: C: 87,8 % H: 12,2 % Berechnet für C11H18: C: 87,92 % H: 12,08 %
Infrarotspektrum (cm"1): 2925, 2890, 2870, 2850, 1480,
1465, 1450, 1340, 975, 895, 845.
Massenspektrum (m/e) (Relative Intensität): 150 (M+, 100), 122 (39), 121 (39), 109 (12), .-108
(16), 107 (19), 93 (27), 81 (27)-, 80 (46), 79 (40), 67 (35), 55 (18), 41 (40)
H NMR-Spektrum unter Verwendung von Cadmiumtrichlorid als
Lösungsmittel: Delta 1,0 - 2,0 ppm, complex multiplet
C NMR-Spektrum (Cadmiumtrichlorid als Lösungsmittel, 15,1 MHz, TMS bei 0 ppm) in ppm:
15,2, 24,8, 26,3, 27,1, 30,9, 31,9, 32,3, 33,1
In Anbetracht der Tatsache, daß der Schmelzpunkt verhältnismäßig hoch bei 62-63° liegt, obwohl das Produkt ein gesättigter
Kohlenwasserstoff mit 11 Kohlenstoff-Atomen ist und sowohl
das Infrarot- wie das H NMR-Spektrum einfach sind, ist aus den Daten zu entnehmen, daß das Produkt eine hochsymmetrische
Struktur besitzt.Weiterhin ist die Tatsache, daß im Massenspektrum
der Ausgangsgipfel gleichzeitig der Basisgipfel ist, ein deutliches Anzeichen dafür, daß das Produkt ein Käfig-
R-SpeJ«
409885/1400
Molekül besitzt. Im C NMR-Spektrum lassen sich 8 Arten
von Kohlenstoff-Atomen beobachten. Infolgedessen kann das
Produkt entweder als Tricyclo-(5,3,1,0 ' )-Undecan der Formel
I oder als Tricyclo-(4,4,1,0 ' )-Undecan der folgenden
Formel V angesehen werden.
(V)
Die Verbindung der Formel V enthält jedoch einen 7-gliedrigen
Ring und zeigt eine große Verbiegung, daher ist nicht anzunehmen, daß ein derartiges Zwischenprodukt in stabilem Zustand
isoliert werden könnte.
Im Hinblick auf das vorhergehende ist zu schließen, daß das
3 8 isolierte Produkt Tricyclo-(5,3,1,0 ' )-Undecan der Formel I
3 8 Eine Lösung von 50 g (0,1 Mol) Tricyclo-(5,3,1,0 ' )-Undecan
der Formel I in 100 cm Methylen-Chlorid wird bei 0° gerührt,
hierzu werden 2,0 g (0,015 Mol) wasserfreies Aluminium-Chlorid zugesetzt. Die Mischung wird am RUckflußkühler unter Rühren
6 Stunden lang erhitzt, die entstehende Reaktionsmischung läßt
man abkühlen und gießt sie in 100 cm Eiswasser. Die organische
Schicht wird abgetrennt und die wässrige Schicht mit Methylen-Chlorid extrahiert. Der Methylen-Chlorid-Extrakt
wird mit der organischen Schicht vereinigt. Die Mischung wird mit einer gesättigten wässrigen Lösung von Natrium-Bikarbonat
und anschließend mit Wasser gewaschen und dann über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Das Methylen-Chlorid
wird abdestilliert und der Rückstand wird sublimiert. Man erhält 13,7 g in einer Ausbeute von 91 Gewichtsprozent
1-Methyladamantan der Formel II. Alle Spektren, also das
409885/ UOO
Infrarot-, das NMR- und das MS-Spektrum, befinden sich in
Übereinstimmung mit der authentischen Probe, die aus Tetramethyl en-Norbornan nach dem Verfahren von Schleyer und Mitarbeitern
(Tetrahedron Letter 305 aus dem Jahre 1961) synthetisiert ist.
Eine Mischung von 7,5 g (0,05 Mol) Tricyclo-(5,3,1,03'8)-Undecan
der Formel I und 76 g (0,5 Mol) Trifluor-methansulfonsäure wurde 30 Stunden lang unter Rühren auf 80 erhitzt.
Man läßt die Reaktionsmischung abkühlen und gießt sie
in 200 cm Eiswasser. Die organische Schicht wird abgetrennt
und die wässrige Schicht mit Methylen-Chlorid extrahiert.Der Methylen-Chlorid-Extrakt wird mit der organischen Schicht vereinigt
und die Mischung wird mit einer gesättigten, wässrigen Lösung von Natrium-Bikarbonat und dann mit Wasser gewaschen
und anschließend über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Das Methylen-Chlorid wird abdestilliert und der Rückstand
sublimiert. Man erhält 6,8 g in einer Ausbeute von 90 Gewichts-Prozent
an 1-Methyladamantan der Formel II o Alle Spektren, also
das Infrarot-, das NMR- und das MS-Spektrum des Produktes sind in Überstimmung mit den entsprechenden Spektren der authentischen
Probe.
Die Herstellung von Tricyclo-(5,2,2,0 ' )-Undecan ist in der
japanischen Patentanmeldung Nr. 106514 aus 72 beschrieben, die der amerikanischen Anmeldung, Serial Nr. 404 195, vom 9. Oktober
1973, entspricht. Auf den gesamten Inhalt dieser Anmeldung wird hiermit Bezug genommen.
4098 85/UOO
Claims (6)
1.) Verfahren zur Herstellung von 1-Methyladamantan, dadurch
3 8 gekennzeichnet, daß man Tricyclo-(5,3,1,0 ' )-ündecan in
Gegenwart eines sauren Katalysators isomerisiert.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
3 8
Tricyclo-(5,3,1,0 ' )-Undecan in Gegenwart eines sauren
Tricyclo-(5,3,1,0 ' )-Undecan in Gegenwart eines sauren
Katalysators, der aus einer Lewissäure, einer Bronstedsäure, oder Mischungen derselben besteht, bei einer Temperatur
zwischen -30 und +180° isomerisiert, bis das Tri-
3 8
cyclo-(5,3,l,0 » )-Undecan im wesentlichen vollständig in 1-Methyladamantan überführt ist, worauf man das 1-Mefchyladamantan aus der Reaktionsmischung gewinnt.
cyclo-(5,3,l,0 » )-Undecan im wesentlichen vollständig in 1-Methyladamantan überführt ist, worauf man das 1-Mefchyladamantan aus der Reaktionsmischung gewinnt.
3.ji Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
3 8
Tricyclo-(5,3,1,0 f )-Undecan in einem Lösungsmittel gelöst wird, daß aus Methylen-Chlorid,Methylenbromid, Chloroform, 1,2-Dichlorethan,. 1,2-Dibromethan, 1,2-Dichlorpropan, 1,3-Dichlorpropan, 1,4-Dichlorbutan, 2-Methyl-l,4-Dichlorbutan oder Chlorcyclohexan besteht.
Tricyclo-(5,3,1,0 f )-Undecan in einem Lösungsmittel gelöst wird, daß aus Methylen-Chlorid,Methylenbromid, Chloroform, 1,2-Dichlorethan,. 1,2-Dibromethan, 1,2-Dichlorpropan, 1,3-Dichlorpropan, 1,4-Dichlorbutan, 2-Methyl-l,4-Dichlorbutan oder Chlorcyclohexan besteht.
4.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Reaktionstemperatur in der Größenordnung von 0-80° liegt.
5.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als
saurer Katalysator eine Bronsted-Säure, die aus ichwefelsäure, Fluorsulfonsäure, Chlorsulfonsäure, Methansulfonsäure
oder p-Toluolsulfonsäure besteht»in Mengen von 1-20 Molen
3 8
auf 1 Mol Tricyclo-(5,3,1,0 * )-Undecan angewendet wird.
6.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als
saurer Katalysator eine Lewi»-Säur·, die aus Aluminiun-Halogenid, Borhalogenid oder Antimon-Tetrafluorid besteht,
in Mengen von 0,01 bis 3 Molen auf 1 Mol Tricyclo-(5,3,1,03»8}·
Undecan angewendet wird.
408885/UQQ
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1973
- 1973-07-10 JP JP48077623A patent/JPS5245709B2/ja not_active Expired
-
1974
- 1974-07-02 US US485069A patent/US3894101A/en not_active Expired - Lifetime
- 1974-07-05 CH CH923474A patent/CH585162A5/xx not_active IP Right Cessation
- 1974-07-05 DE DE2432218A patent/DE2432218A1/de active Pending
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