Способ получения (S)-7-метокси-3,7-диметилоктаналя Советский патент 1992 года по МПК C07C47/198 C07C45/00 

Изобретение относится к области альдегидов, конкретно к усовершенствованному способу получения 7-метокси-3,7-диметилок- таналя (метоксицитронеллаля)(1), который является ценным душистым веществом и полупродуктом в производстве экологических инсектицидов - аналогов ювенильного гормона насекомых.

Известен способ получения альдегида (I) из 3,7-диметил-6-октеналя (цитронеллаля) или эвкалиптового масла с высоким содержанием (75%) этого альдегид, заключающийся в том, что цитронеллаль при действии диэтаноламина в толуоле превращают в соответствующее оксазолиновое производное (при кипячении с азеотропной отгонкой воды), которое обрабатывают смесью метанола и концентрированной серной кислоты строго при 30°С. после чего

реакционную массу нейтрализуют 2н. водной щелочью, экстрагируют толуолом и из экстракта перегонкой выделяют целевой альдегид (I) (схема 1):

СН, CHS

../vOH

/-он

1. H«OH/HiSO,

.Hj Wlj им- - i. newnmts

bas. 2-NaOH°

HjC

Сана

MeO

CH.

CH,

cuvi 1

VI

К 3

со

Недостатками этого способа являются высокая цена и ограниченная доступность исходного соединения, а также большой объем сточных вод, необходимость проведения процесса в узком температурном режиме.

Известен способ получения альдегида (I) из цитронеллола, заключающийся в том.

что цитронеллол превращают в соответствующий ацетат, обрабатывают его эквимоляр- ным количеством ацетата ртути в среде сухого метанола и образовавшееся ртутно- органическое соединение, не выделяя, обрабатывают водными растворами едкого натра и боргидрида натрия (все операции - при комнатной температуре). Выделившуюся ртуть удаляют фильтрованием через целит, фильтрат упаривают и перегонкой выделяют 7-метокси-3,7-диметилоктан-1-ол (II), который при окислении реактивом Кол- линса в CH2CI2 превращают в целевой альдегид (I) (схема 2):

Л ACiO/P. Л

он X (

МеОН ОАс HlWAdi

снуг уснгс1г,го с

ОН

ОМе (1П

90V.

Сиена

Недостатками этого способа, делающими сомнительной его промышленную реализацию, являются дороговизна и ограниченная доступность исходного цит- ронеллола, представляющего собой ценное душистое вещество, применение больших количеств дорогого, высокотоксичного и коррозионно-активного ацетата ртути, образование соответствующих количества металлической р тути, необходимость адсорбционной техники отделения продуктов от мелкодисперсной ртути и связанные с этим проблемы санитарии, экологии и утилизации ртутных отходов.

Известен способ получения альдегида (I) из 3,7-диметил-1,б-октадиена (дигидромир- цена, III), по которому диолефин(ill) контактируют с равным количеством метанола (молярное соотношение-1:4,3) при 20-30°С в течение 6 сут в присутствии 0,5 мол.% концентрированной серной кислоты, реакционную смесь нейтрализуют твердым NaOH, отгоняют метанол и фракционированной перегонкой остатка при пониженном давлении получают 7-метоксй-3,7-диметил-1-октен (IV) с выходом 11,2%, после чего метоксиолефин (IV) обрабатывают при 0-5°С водным раствором гипохлорита кальция в токе СОа (генерируя In situ хлорноватистую кислоту), выпавшеЪ масло, содержащее смесь 1,2-дих- лор-7-метокси-3,7-диметилоктана и 1-хлор-7- метокси-3,7-диметилоктан-2-ола (V) в соотношении 55:43, отделяют и перемешивают при 20-50°С с 10%-ным водным раствором NaOH и получают с выходом 40-45% смесь 1,2-эпокси-7-метокси-3,7-диметилоктана (VI) с вышеуказанным дихлоридом, от которого его отделяют фракционированной перегонкой в вакууме; при гидрировании эпоксида (VI) над скелетной медью в изопропаноле (140°, 10 эти, 12 ч) с выходом 78% получают метоксиспирт (II) в смеси с 2-ме- токси-2,6-диметилоктаном (выход 22%) и изомерным 7-метокси-3,7-диметилоктан-2- олом (выход 1 %), из которой метоксиспирт

(II) выделяют фракционированной перегонкой и подвергают его окислению реактивом Коллинса до целевого альдегида (I) (схема 3). Недостатком указанного способа является: низкий общий выход: уже на первой

стадии синтеза выход метоксиолефина (IV) составляет только 11,2%, а выход из него очищенного перегонкой эпоксида (VI) составляет 18-20,5%; стадия гидрирования дает 78%-ный выход метоксиспирта (II). Даже при 100%-ном выходе на стадии окисления спирта (II) в целевой альдегид (I) (не уточняется; по аналогии со схемой 2 - около 90%) общий выход конечного продукта не превышает 1,8% на пять стадий синтеза из

диолефина (III):

ц ИеОН/Н;50ц МеО Со (ОСП, Ад/СО, 20 С, бан. ,

m nuvo

6:C1 + cVOH

Meob4ci MeOJ4ci I

Отделяется ,v

ряпификАцией

40

Отделяется , Неб ректификлиим ii

(,ОН1

При этом необходимо ректификационное отделение эпоксида (VI) от балластного дих- лорида и ректификационное отделение метоксицитронеллола (II) от продукта его гидрогенолиза и от изомерного вторичного спирта. Низкая хемо- и региоселективность на стадиях получения хлоргидрина (V) и метоксиспирта (II) вызывают указанное выше

осложнение. Кроме того, промышленное получение исходного диолефина (III) в чистом виде достигается трудо- и энергоемким процессом ректификации смеси изомерных углеводородов CioHis, содержащихся в продукте пиролиза цис-пинана.

Известно, что из двух энантиомеров альдегида (I) наибольшую практическую ценность имеет (З)-энантиомер f(S)-l. Получаемый из него (5)-энантиомер изопро- пилового эфира 11-метокси-3,7,11-триметил-2,4-додёкадиеновой кислоты (метогфе- на) обладает вдвое более высокой инсекти- цидной активностью, чем рацемический (+)-метопрен. Кроме того, парфюмерные качества душистых веществ в ряду производных цитронёллаля и цитронеллолавыше у (5)-энантиЬмеро&. а их местнораздражаю- щая и аллергенная способность ниже, чем у (RJ-энантиомеров./

Целью изобретения является повышение выхода целевого продукта, упрощение и удешевление процесса.;

Поставленная цель достигается тем, что согласно спйсобу получения (5)-7-мёт6кси- 3,7-диметилоктаналя, включающему взаимодействие (5)-3,7-диметил-1,6-октадиёна с метанолом в присутствии серной киелбты с получением (5)-7-метокси-3,7-Диметил-1 -ок- тена, который превращают в (5)-7-метокси- 3,7-диметил-.1-рктанол, а последний окисляют пиридинсодержащим комплексом триоксида хрома (VI), технический ди- гидромирцен - смесь изомерных углеводородов, образующуюся при термолизе (+)-цис-пинана, подвергают взаимодействию с метанолом в присутствии концентрированной серной кислоты при 45-55°С и молярном соотношении дигидро- мирценхерная кислота:метанол, равном (1- 3):1:(3-8), образовавшийся при атЬм метоксиолефин отделяют от непрореагиро- вавших углеводородов фракционированной перегонкой и подвергают взаимодействию с диизобутилалюминийгидридам в присутствии тетрахлорида циркония как катализатора, образовавшееся алюминийорганическое соединение непосредственно окисляют молекулярным кислородом до (5)-7-метокси-3,7- диметил-1-октанола, а последний окисляют пиридинийхлорхроматом вдихлорметанё .

Способ осуществляют по следующей схеме (схема 4): гН) ЯНзн VCH Hl

о + AV O:CHi

XHSC CHjflr

Н3С CH, IS1-H1SI-HI

Техняч«кий дигйдроиирчея

;Н lll:VII V ||:lXaS5:7:IO:ze ,Н

а. Н-СчНэ АЖ/ггС1%(каО

bOjio - eo c)

Н,С ГСН, -HjO+

ОМе(Bwxon 7Z M

IS)

iPjHltCrOjCfl/CHiCIt MeO н Z5eC, 50«ии

( so /,)(s)-i 4

Технический дигидромирцен имеет следующий состав, %: ч

(,7-Диметил-1,6-октадиен (S-ltl) 5055. ;/ ..- -- . . .:;:

(3)-2.4-Диметил-2,7-октадиен (S-VH) б7 . ..; .чн,

(S)-VHI

И

IX

HjC bcHi

ОМе

MeOH/HiSO%(KOT,

50°С, ч. (Вихвв «. )

CHjoit

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

КI3 ПV«w

(S-1V)

Смесь стереоизомерных моноолефинов (S-VIII)9-11V ...

Смесь стереоиэомерных пинанов (IX + транс - IX) 28-32

В кислой среде вйё блёфинбвме компоненты технического дигидромирцёна способны к взаимодействию с метанолом, но с разной лег кость ю, Н аибол её peaкци он н ос- пособны диолёфины (S)-lil и (S)-VII, но вследствие низкого содержания последнего в смеси соответствующие ему продукты практически не наблюдался С другой стороны, из одного только (S)-lll на основании литературной аналогии можно ожидать образования трех продуктов:

ме : учГлчСГ4 О-ОМе

АБ

В найденных условиях максимальная

селективность превращения диолефина (S)- III в нужный метоксиолефин (S)-IV достигает 92 мас,%. Все остальные продукты со сходной температурой кипения составляют в сумме 8 мас.%.

Вьщепя-f ь оттуда Чистый метоксиолёфин (S)-IV нецелесообразно, так как исходных углеводородов в Ней практически уже нет, а ректификационное разделение близких по температуре кипений изомеров (S)-IV, А и Б представляет собой трудно- и энергоемкий процесс, удорожающий себестоимость конечного продукта, В то же время следующая стадия - гидроалюминироаание - обладает полной хемоселективностью относительно компонента (S)-IV, поскольку насыщенные эфиры А и Б в указанных условиях вступать в реакцию не могут. Поэтому вместо того, чтобы отделять (S)-IV от А и Б ректификацией, рациональнее Сначала провести гид- роалноминирование смеси и окислить алюминийорганику до спирта {SJ-il, после чего непрореагировавщие и более летучие эфиры А и Б легко отделяют от выше кипящего спирта (S)-ll.

Пример. Получение {5Н+)-7-меток- си-3,7-диметил-1-октена {(S)-IV из технического дмгидромйрцена.

А, Смесь 1400 г технического дигидро- мирцена - бесцветного масла, Содержащего, по данным ГЖХ-анализа, около 55 мае. % f5,6 моль) (5)-3.7-диметил-1,6-октадиена (S)- III, 480 г (15 моль) сухого метанола и 100 мл концентрированной HzSO с ,83 (1.87 моль) (молярное соотношение (S)-lll:Me- OH:H2S04 3:8:1, перемешивают при 50±1°С в течение 32-34 ч до установления равновесия между исходным диолефином (S)-lll и образующимся метоксиолефином

(S)-IV, которое определяется путем периодического отбора проб реакционной смеси и их анализа методом ГЖХ (капиллярная колонка с OV-101, H52 м, йен - 0,3 мм, с пламенно-ионизационным детектором, прибор Биохром-1) и при указанных условиях достигает «70:30. Органический верхний слой отделяют в делительной воронке, трижды промывают 3%-ным водным раствором МаНСОз, затем водой и насыщенным водным раствором NaCI до нейтральной реакции и высушивают над MgSO. Разгонка полученного продукта над небольшим количеством (1-2 г) безводного КгСОз с дефлегматором высотой 40 см (5-5 т.т.) при остаточном давлении от 60 до 12 мм рт.ст. дает 410 t фракции с т.кип. 74-76°С (12 мм), А 1,4315 и + 4,5° (чистая жидкость), содержащей по данным ГЖХ не менее 92% метоксиолефина (S)-tV. Выход 45%; с учетом содержания (S)-IV во фракциях предгона-55%.

ИК-спектр, v(CCU) , 1640, 1080, 90S.

Спектр ПМР, д (ССЦ) м.д.: 0,90 д(ЗН. Гц, 3-СНз); 1,05 с (6Н, 7-СНз и 8-,Нз); 1.21 м (4Н. СН2-звенья); 1.34 м (2Н, 6-Н2); 2,03 геп- тет (1Н, 7 Гц, 3-Н); 3,08 с (ЗН, ОМе); 4,81 дд (1Н, и 2 Гц); 4,87 дд (1Н, , и 16 Гц); 5,99flfl(1H. 16ГЦ.2-Н).

Аналогичный опыт с техШЧёсМм дигид- ром рценом, содержащим 70 мае .% (5,8 моль) диолефина (S)-lll, при соблюдении описанной выше процедуры дает 442 г метоксиолефина (S)-IV с теми же свойствами, что и выше. Выход- 45-%.

Фракции, кипящие ниже 65°С(12 мм), по данным ТЖХ-анализа представляют собой смесь минорных углеводородов, входящих в состав технического дигидромирцена. Смесь обладает приятным запахом с характерной хвойной нотой и пригодна для использования в качестве парфюмерной отдушки.

В таблице приведена зависимость результатов обработки технического дигидромирцена метанолом и серной кислотой при различных условиях. Соотношение исходного и конечного продукта в достигаемом состоянии равновесия определено сопоставлением результатов ее анализа методом спектроскопии ПМР.

П р и м е р 2. Получение (5)-7-метокси- 3,7-диметилоктан-1-ола(3)-И.

В колбу, содержащую 4,95 г (29 ммоль) метоксиолефина (SJ-IV, 29 мл абсолютного гексана и 0,2 г (0,85 ммоль) тетрахлорида циркония в атмосфере аргона добавляют 7,25 мл 73%-ного раствора диизобутилалю- минийгидрида (ДИБАГ, 29 ммоль) в абс. толуоле. Смесь энергично перемешивают при 20°С под аргоном в течение 7 ч. Затем через реакционную массу барботируют сухой воздух (объемная скорость 50 мл/мин) сначала

при 0°С (30 мин), далее при нагревании от О до 25°С и еще 30 мин при 25°С. Затем с той же скоростью пропускают кислород (сначала 30 мин при 20-30°С, затем 5 ч при 60°С). Реакционную массу охлаждают до

0°С и при интенсивном перемешивании добавляют по каплям воду. После того, как реакционная масса загустеет, к ней прибавляют 10%-ный раствор соляной кислоты до полного растворения образовавшейся плотной суспензии. Органический (верхний) слой отделяют, а водный слой экстрагируют эфиром (3x100 мл). Эфирные вытяжки объединяют с органическим слоем, объединенный экстракт промывают насыщенным

раствором NaCI до рН 7 и высушивают над N32S04. После упаривания растворителя перегонкой получают 4,1 г бесцветного масла с т.кип. 116-117°С (10 мм), п20о 1,4462 и - 2,2° (С-1,0, хлор.) По данным ГЖХанализа продукт содержит 96 мас.% меток- сиспирта (S)-ll; выход 72%.

ИК-спектр, v(CCU), 3320(ОН), 1080(ОМе).

Спектр ПМР, 6 (CDCIs), м.д,: 0,73 д (ЗН,

J 7 Гц, 3-СНз); 0,97 с (6Н. 7-СН3 и 8-Нз); 1,06-1,32 м (6Н, СН2-звенья); 1,35-1,52 м (ЗН, СН2 и 3-Н); 3,01 с (ЗН. ОМе); 3,38 + 3.52 м (ЗН, 1-На и ОН).

ПримерЗ. Получение (3)-7-метокси3,7-диметилоктаналя(3)-1. К перемешиваемой при 14-1 б°С суспензии 6,46 г(30 ммоль) пиридинийхлорохромата в 30 мл сухого прибавляют одной порцией 3,76 г (20 ммоль) метоксиспирта (SJ-II в 4 мл CHaCla.

Перемешивают 2,5 ч и дают смеси отстояться. Органический слой декантируют, а осадок экстрагируют CH2CI2 (3 х 25 мл) и эфиром (30 мл). Объединенные экстракты объединяют с декантированным надосадочным раствором, фильтруют через пористую воронку с небольшим (3-4 г) слоем силика- геля и фильтрат упаривают в роторном испарителе. Перегонкой остатка в вакууме получают 3,4 г (выход 90%) чистого метоксиальдегида (S)-l с т.кип. 150-160°С (температура бани) (1,5 мм), п20о 1.4388 и а 21о -2,1° (с 10 хлф.).

ПК-спектру (CCU), 2710 и 1720 (СНО), 1090(ОМе).

Спектр ПМР, д (CCU), м.д.: 0,92 д (ЗН, J 7 Гц. 3-СНз); 1,09с(7-СН3и8-Нз): 1.12-1,48 м (6Н, СН2- звенья); 2,29 дд (2Н, J 6,5 и 1,2 Гц, 1-СН2); 9,72 д(1Н, J 1,2 Гц. СНО).

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет достичь следующих преимуществ: общий выход целевого альдегида (S)-l из диолефина (SJHII поднимается с 1,8 до 29%; число раздельных синтетических операций в схеме синтеза сокращается с пяти до трех, а вместо двух операций ректификации остается одна, притом менее сложная; исключается энергоемкая стадия гидрирования эпоксида VI при 140°С и 10 ати водорода, используемая в прототипе для получения метоксис- пирта II; все операции в предлагаемой схеме синтеза идут при температурах не выше 60°С; вместо индивидуального диолефина III, выделяемого из смеси изомерных углеводородов CioHie тонкой ректификацией пиролизата цис-пинана, в качестве исходного соединения для синтеза целевого альдегида используется сам пиролиэат (так называемый технический дигидромирцен - полупродукт химико-парфюмерной промышленности), основной компонент которого, диолефин (S)-IM, избирательно вовлекается в реакцию с метанолом на фоне других реакционноспособных изомеров. Благодаря этому приему тонкое ректификационное разделение близко кипящих изомерных углеводородов заменяется на отгонку непрореагировавших изомеров CioHie от менее летучего метоксиолефина (S)-IV (СцН220), причем отгон сохраняет потребительскую ценность как отдушка.

Совокупность указанных отличий делает процесс значительно более эффективным (общий выход целевого продукта возрастает на порядок и более), упрощает его и значительно удешевляет.

Получаемый таким путем (5)-7-метокси- 3,7-диметилоктаналь может быть использован для синтеза (5}-энантиомера ювеноида метоп- рена, проявляющего вдвое более высокую инсектицидную активность, чем рацемический

(+)-метопрен. Исходя из альдегида (S)-l. был получен (5)-(+)-метопрен и испытана его морфогенетическая ктивность на куколках большого мучного хрущака, Испытания показали, что полученный из (S)-l образец (S)- метопрена имеет значение ИДбо при дозе 0,0001 мкг, тогда как для (±)-метопрена величина ИДбо равна 0,0002 мкг. Тем самым применение (SH для синтеза (5)-метопрена

позволяет примерно вдвое сократить нормы расхода этого инсектицида по сравнению с рацематом, что дает дополнительный экономический и экологический эффект. Ф о рмула изобретения

Способ получения (5}-7-метокси-3,7-ди- метилоктакаля, включающий взаимодействие (5)-3,7-диметил-1,6-октадиена с мет анолом в присутствии серной кислоты, при водя щее к (5)-7-мето кси-3,7-диметил-1 -октену, с последующим его превращением в (5)-7-метокси-3,7-диметил-1-октанол и окислением последнего пиридинсодержащими комплексами триоксида хрома (VI), отличающийся тем, что, с целью повышения

выхода, упрощения и удешевления процесса, в качестве исходного соединения используют технический дигидромирцен - смесь изомерных углеводородов, образующуюся при термолизе (+) - цис-пинана, подвергают эту

смесь взаимодействию с метанолом в присутствии концентрированной серной кислоты при 45-55°С и молярном соотношении (субстрат) . НаЗСм : СНзОН - (1-3): 1 : (3-8). образовавшийся метоксиолефин отделяют от

непрореагировавщихуглеводородов фракционированной перегонкой и вводят в реакцию с диизобутилалюминийгидридом в присутствии тетрахлорида циркония как катализатора, образовавшееся алюминийорганическое соединение непосредственно окисляют молекулярным кислородом до (5)-7-метокси- 3,7-диметил-1-октанолага последний окисляют пиридинийхлорохроматом в дихлорметане.

Из расчета иа 13,8 г(0,1 моль)диолефина(З)- III в 55%-номтехническом дигидромир- цене, т.е. на 25,1 г технического дигидромирцена.

На выделенный продукт.

По ГЖХ и спектрам ПМР наблюдается образование других минорных компонентов, содержащих группу СНзО.

Использование: в качестве душистого вещества и полупродукта в синтезе инсектицидов. Сущность изобретения: продукт - (S)- 7-метокси-3,7-диметилоксаналь. т.кип. 150-160°С, п2оо 1,4388. Реагент технический дигидромирцен. Реагент 2: метанол. Условия реакции : конц. серная кислота, 45- 55°С, молярное соотношение дигидромирцен : серная кислота : метанол (1-3): 1 : (3-8). Образовавшийся при этом метоксиолефин отделяют от непрореагировавших углеводородов фракционированной перегонкой и вводят в реакцию с диизобушлалюминийгидридом в присутствии тетрэхлорида циркония как катализатора, образовавшееся алюминийоргани- ческое- соединение непосредственно окисляют молекулярным кислородом до (S)-7- метокси-3,7-диметил-1-октанола, а последний окисляют пиридинийхлорохроматом в дихлор- метане. 1 табл. « Ј