Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von substi¬ tuierten Furanen, welche insbesondere Aromastoffe darstellen; dabei werden 4-Hydroxy-2-in-l-one oder Acetale oder Ketale davon mit nukleophilen S-Verbindungen zu 3-S-Furanen cyclisiert, wobei dieses 3-S-Atom beliebig substituiert sein kann, und die Acetylenderivate, die 4-Hydroxy-2-in-l-one, gegebenenfalls 1- und/oder 4-alkyl- oder alkenyl substituiert sein können.

Genauer gesagt, betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von substituierten Furanderivaten der Formel

worin R ¹ und R ² bedeuten: Wasserstoff, Ci-β-Alkyl, wie CH ₃ ,

C2H ₅ , C ₂ - ₆ -Alkenyl, wie Propenyl, etc. und C einen schwefelhaltigen Rest darstellt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man ein Acetylenderivat

O OH

11 1 II

R ⁱ _C— 9= — I— R ² oder ein Acetal oder Ketal davon, mittels einer, mindestens ein nukleophiles Schwefelatom enthaltenen Partikel

AB in

worin

A = H+, NH ⁺ , N(Cι- ₆ -Alkyl) ₃ H ⁺ , ein Alkalimetallkation, ein

Erdalkalimetallkation,

B = R ⁴ -S-, SCN-, AS ₂ 0 ₃ -, H ₂ NC(=S)NH-, R ⁵ -S(=0)0-, R ⁵ -S-S-, und

R ⁴ = H, Cι- ₆ -Alkyl, z.B. Methyl, sec.Butyl,

C ₂ - ₆ ^_ Alkenyl, z.B. Propenyl, 2-Methyl-butenyl, etc.,

C2-6-Alkinyl, z.B. Butynyl (1), Propynyl (1), durch Halogen

(F, Cl, Br, J), OH, SH, C=0 oder einen Ci-6-Carbonsäurerest oder ein Ci-6-Alkylcarbonsäurederivat, z.B.

-CH2(CH2)2COOC2H5, -CH2CH(CH3)CH ₂ COCH3,

-CH ₂ CH(CH3)SH, substituiertes Cι. ₆ -Alkyl,

Ci-6-Acyl, z.B. Ci-6-Alkanoyl, wie Acetyl, Butyryl, (beliebig, auch heterocyclisch) substituiertes Ci-β-Acyl, z.B. 2-Tetra- hydrofuranylmethylcarbonyl,

R ⁵ = Cι.6-Alkyl, z.B. CH ₃ , Aryl, z.B. Phenyl, Heteroaryl, insbesondere Reste von 5-Ring-Verbindungen, wie Furyl oder Thiophenyl, cyclisiert, und das primäre Reaktionsprodukt der Formel

gegebenenfalls durch eine Sekundärreaktion in ein Folgeprodukt der Formel

worin R = R ⁴ ; oder SR5, z.B. S-Cι. ₆ -Alkyl, wie S-CH ₃ , S- secButyl, etc. mit Halogen, Hydroxy, SH, Carbonyl, Carboxyl funktionalisiertes S-Cι-6-Alkyl, S-Aryl, wie Thio-phenyl, S- Heteroaryl, wie Thio-furfuryl, 3-S-Thio-furyl, 3-S- Thiophenyl, wobei alle im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorkommenden (Hetero)Aryle beliebig durch R ¹ und R ² substituiert sein können, und alle Kohlenwasserstoffreste geradkettig oder verzweigt sein können, überführt.

Das Verfahren kann wie folgt schematisch dargestellt werden:

Schema

III

II"

II b

Die Ausgangsmaterialien II und III werden zweckmässiger- weise im Verhältnis von ca. 2:1 bis ca. 1:5, bevorzugt ca. 1:1, unter Zugabe einer Mineralsäure, wie Salpetersäure, Phosphorsäure oder, vorzugsweise Schwefelsäure, oder auch einer organischen Säure, z.B. Essigsäure, Zitronensäure, etc. und eines organischen Lösungs¬ mittels, wie eines aliphatischen oder aromatischen, gegebenenfalls halogenierten Kohlenwasserstoffes, Aethers, Alkohols, etc. wie Pentan, Methylenchlorid, Toluol, Diäthyläther, Tetrahydrofuran, MTBE, Aethanol, etc. zusammengegeben und bei Temperaturen von ca. 0° bis ca. 100°C, vorzugsweise ca. 20-50°C gerührt.

Vorzugsweise wird dabei II zu III zugetropft und bei pH-Werten unter ca. 4 gearbeitet. In gewissen Fällen wurde beobachtet, dass vor¬ gängige Basenbehandlung des Gemisches der Ausgangsmaterialien II + III die Addition von B in ß-Stellung von II beschleunigt. Als Basen können hierbei vorzugsweise tertiäre Amine, wie z.B. N(C ₂ Hs) ₃ , Diazabicyclooctan, p-Diaminopyridin, etc. fungieren. Die geeigneten

Temperaturen sind dabei ca. 20° bis ca. 50°C. Diese Vorgehensweise ist insbesondere bei AB = R SH, R ⁵ -S-S ^* H, etc. angezeigt.

Die Reaktion von II mit III kann ein- oder zweiphasig (pola /apolar) durchgeführt werden. Letztere Variante ist bevorzugt. Im Falle der ersteren Variante arbeitet man bevorzugt in polaren Lösungsmitteln, wie Alkoholen, z.B. Aethanol, etc., Aceton, Acetonitril, Wasser, etc. oder Gemischen solcher Lösungsmittel.

Die Acetalisierung bzw. Ketalisierung von II erfolgt in an sich bekannter Weise, und es bedeuten in der Formel TI(b):

R ³ 0 OH

^R3 °1 ^≡ < >

II b

R ³ = Cι-4-Alkyl

R ³ + R ³ + C von üb = 5- oder 6-gliedriger Ring.

Das Radikal B der Verbindung T kann Folgereaktionen unterworfen werden, wobei die Verbindung I" entsteht. Die Art der Folgereaktion hängt insbesondere von der Natur von B ab.

Für die Sekundärreaktionen I' -→ I" gilt deshalb allgemein folgendes: Die untenstehenden Reaktionen α) bis δ) sind dem Fachmann wohlbekannte Standardreaktionen, und die aufgeführten Parameter, wie Reagenzien, Reaktionsbedingungen etc. sind deshalb als rein illustrierend anzusehen.

α) Hydrolyse resp, Alkoholyse

-SCN

-SC(=0)-CH3 oder [ zu -SH bzw. zu -S-S- ("Dimere" von T)

-S-C(=NH)-NH ₂

a) mittels H+/H ₂ 0 in polaren Lösungsmitteln (z.B. EtOH, H2O, etc.) oder

b) mittels H07R ⁵ O- (R ⁵ = Me, Et, t-Butyl, etc.) in polaren Lösungsmitteln (EtOH, H ₂ O, etc.) durchgeführt

T = 0-100°C, z.B. ca. 20°C ß) Reduktion

Reduktionsmittel

z.B. NaBH , LiAlH ₄ , NaBH ₃ CN

Sn HCl _f Z11/CH ₃ COOH, Na ₂ S ₂ 0 ₃

Phosphine (z.B. Tributyl(phosphin) aber auch Na/NH3 oder

H ₂ kat. (Kat. = z.B. Pd, Pt, Rh, etc.) vorzugsweise in polaren Lösungsmitteln wie H2θ/EtOH, Essigsäure, Aether, MTBE, Tetrahydrofuran, etc.

T = ca. -80°C bis ca. 100°C, z.B. 20°C

γ) Oxidation

-SH zu -S-S- ("Dimeres" von I') mittels 2 oder H2O2 in polaren Lösungsmitteln (z.B. EtOH, H ₂ O)

T = 0-100°C δ) Substitution

nämlich am S-Atom in 3-Stellung der Verbindung I' durch Austausch des an dieses S gebundenen Seitenkettenrestes, z.B. durch den neuen Seitenkettenrest R ⁴ oder SR ⁵ mittels geeigneter Reagenzien; sie kann erfolgen z.B. gemäss

(1) Hal-R ⁴ , z.B. CH ₃ J, Cl(CH) ₂ COCH ₃ , BrCH ₂ COOH, etc.,

(2) A-S-Alkyl, z.B. A-SCH3,

(3) A-S-Heteroaryl, z.B. 3-Mercaptothiophen, Furfurylmercaptan, 3-Mercaptofuran, etc.,

(4) HalR ⁴ .

Aus dieser Zusammenstellung ist ersichtlich, dass das Radikal C der Formel I die durch B und S-R definierten Reste umfasst.

Bedingungen:

vorzugsweise in polaren Lösungsmitteln, wie H ₂ O, Aethanol, Aethern, Säuren wie Essigsäure, gegebenenfalls unter Verwendung von Basen, wie den üblichen Hydroxiden, Carbonaten, Bicarbonaten, Alkylaten, Acetaten, tert.Aminen, etc. bei Temperaturen von ca. 0° bis ca. 10°C.

Aufarbeitung

Die Aufarbeitung erfolgt vorzugsweise durch Extraktion: Ausschütteln zwischen Wasser oder allenfalls verdünnter Säure und einem organischen Lösungsmittel, wie Aether, MTBE, CH ₂ CI ₂ , Hexan, Pentan, Toluol, etc., Abtrennung der organischen Phasen und Einengen (Abdampfen) des organischen Lösungsmittels.

Reinigung

Diese geschieht vorzugsweise durch Destillation oder allenfalls durch Chromatographie.

Die Verbindungen I sind grösstenteils bekannte, teilweise in der Natur vorkommende Aromastoffe, z.B. Fleischaromastoffe.

Beispiele solcher Stoffe sind die in den untenstehenden Beispielen exemplifizierten Mercaptane und Disulfide.

Als weitere Beispiele können genannt werden:

Subst. Alkvlderivate

(F)

_R 'Λ R ² _R i _{s R2}

Acvlderivate

S- Alkylderivate

S-Aryle bzw. Heteroaryle

Die obigen Mono-S-Verbindungen sind durch die erfindungs- gemässe Primärreaktion zugänglich.

Die obigen Disulfide sind insbesondere durch eine der Folgereak¬ tionen α) bis γ) zugänglich, wobei dabei die Substitution im Vordergrund steht.

Die Formel I umfasst aber definitionsgemäss auch die Verbin¬ dungen I'", nämlich die Verbindungen

worin R ¹ und R ² H, CH ₃ oder C ₂ H ₅ bedeuten und R*=R ² ≠ H.

Diese Verbindungen sind neue Zwischenprodukte zur Herstel¬ lung der Aromastoffe.

Bevorzugt sind im Falle der Aromastoffe I insbesondere die naturidentischen Verbindungen.

g^'-B s-fΣ^-dimgt ylfuryD-disμlfid a) 2,5-Dimethvl-3-thioac?tyIf tran

Zu einem Gemisch von 11,42 g Thioessigsäure in 50 ml Methylen¬ chlorid und 100 ml 2N Schwefelsäure tropft man unter Rühren innert 15 Min. 5,61 g 5-Hydroxyhex-3-in-2-on [hergestellt nach A.F.Thomas et al., TetXet.22, 505, (1986)] in 50 ml Methylenchlorid. Nach 2 Stunden Stehenlassen bei Raumtemperatur wird auf 40°C erhitzt und noch 4 Std. bei 40°C weitergerührt. Das Reaktionsgemisch wird auf 100 ml H2O gegossen und 2 x mit 100 ml Methylenchlorid extrahiert. Die über MgS0 ₄ getrockneten organischen Phasen werden eingeengt und am HV fraktioniert destilliert (65°C/ 0,2mbar). Man erhält 5,7 g (67% der Theorie) einer gelben Flüssigkeit. NMR (CDC1 ₃ ) 2,22 ppm(s/3H); 2,26 (s/3H); 2,38 (s/3H); 5,89 (s/lH).

b) 3.3'-Bis-f2.S-dimethylfürylVdisulfid

2 g des oben erhaltenen Thioacetates werden in 25 ml Methanol gelöst und mit 250 mg Natriumcarbonat versetzt. Nach 3 Stunden Rühren bei 50°C wird das Reaktionsgemisch zwischen Wasser und Aether verteilt und die organischen Phasen über Magnesiumsulfat getrocknet und eingeengt. Die erhaltenen 1,3 g Rohprodukt werden bei 100°C / 0,13mbar destilliert. NMR (CDC1 ₃ ) 2,09 ppm (s/6H); 2,24 (s/6H); 5,97 (s/2H).

Beispiel 2

3.3 ^, -Bis- ⁽ 2-methvlfiιryl)-disulfid

a) 2-Methyl-3-thioacetylfuran

Es wird gemäss Beispiel la verfahren, jedoch wird statt 5- Hydroxyhex-3-in-2-on 4-Hydroxy-2-pentinaldiethylacetal [hergestellt nach R.G. Jones und M.J.Mann, J.Am.Chem.Soc. 25., 4048, (1953)] eingesetzt. Man erhält in 12%iger Ausbeute eine gelbe Flüssigkeit (Sdp 35°C / 0,2mbar). NMR (CDCI3) : 2,3 ppm (s/3H); 2,4 (s/3H); 6,35 (d/lH); 7,4 (d/lH).

b) 3.3 ^, -Bia-f2-methv1furvl)-disulfid

Das oben erhaltene Thioacetat wird gemäss Beispiel lb umgesetzt. Man erhält das gewünschte Produkt Sdp. 77°C / 0,4mbar. NMR (CDCI3) 2,1 ppm (s/6H); 6,38 (s/2H); 7,28 (s/2H).

Beispiel 3

3-3'-Bis-(2.5.dimethvlnιrvn-disulfid

a) 3-f2.5-Dimethvlfurvl -thiocvanat

Zu einer Lösung von 115,3 g Natriumrhodanid in 1300 ml 2N Schwefelsäure werden 1300 ml Pentan zugegeben. Dann tropft man unter Rühren innert 120 Minuten 145 g 5-Hydroxyhex-3-in-2-on [hergestellt nach A.F.Thomas et al., Tet.Let. 22, 505, (1986)] zu. Die Phasen werden getrennt und die wässrige Phase wird noch 2 x mit

1000 ml Pentan extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden mit 250 ml gesättigter NaCl-Lösung gewaschen, über MgS0 ₄ getrocknet, eingeengt und am HV fraktioniert destilliert (53°C /

0,14mbar). Man erhält 94,8 g (48% der Theorie) einer gelben

Flüssigkeit.

NMR (CDC1 ₃ ) : 2,22 ppm (s/3H); 2,38 (s/3H); 6,06 (s/lH). ^*

b) 3-3'-Bis-f2.5-dim _e thvlfurvl)-disulfid

7,6 g Natriumhydroxid werden in 200 ml H ₂ O gelöst und 14,6 g des oben erhaltenen Thiocyanates werden unter Rühren innert 30 Minuten zugetropft. Nach 90 Minuten Raumtemperatur wird das Reaktionsgemisch zwischen Wasser und Pentan verteilt, die organischen Phasen über MgS0 getrocknet, eingeengt und am HV bei 100°C / 0,13mbar destilliert. Man erhält 9,2 g (76% Ausbeute) einer gelben Flüssigkeit. NMR-Spektrum siehe Beispiel Ib.

Beispiel 4

3-Methvlthio-2.5-dimethvlfuran

Zu einer Lösung von 13,7 g Natriumhydroxid und 35,6 g Methyljodid in Methanol tropft man unter Rühren innert 40 Minuten 3-(2,5-Dimethylfuryl)-thiocyanat (hergestellt gemäss Beispiel 3a) in 50 ml Methanol. Dann wird das Reaktionsgemisch auf 500 ml H ₂ O geworfen und 3 x mit 700 ml Methyl-tert-butylether extrahiert. Die über MgS0 ₄ getrockneten organischen Phasen werden eingeengt und am Wasserstrahlvakuum bei 71°C / 19mbar destilliert. So erhält man 22,8 g (70% der Theorie) eines klaren Oels. NMR(CDC1 ₃ ); 2,22 ppm (s/3H); 2,25 (s/3H); 2,28 (s/3H); 5,94 (s/lH).

2.5-Dimethyl-3-furanthiol (eine speziell bevorzugte Verbindung)

126,8 g Kaliumcarbonat und 12,7 g Natriumdithionit werden in 400 ml Wasser gelöst, dann werden nacheinander unter Rühren 200 ml 2-Mercaptoethanol und 8,5 g 3-(2,5-Dimethylfuryl)-thiocyanat

(hergestellt gemäss Beispiel 3a) zugetropft. Nach 30 Min. Stehenlassen bei Raumtemperatur wird das Reaktionsgemisch mit 200 ml konz. Salzsäure langsam auf pH 2 gebracht und die wässerige Phase 3 x mit 300 ml Pentan extrahiert. Die über MgS0 - getrockneten organischen Phasen werden eingeengt und am Wasserstrahlvakuum bei 80°C /13mbar destilliert. Man erhält 4,5 g (57% Ausbeute) einer roten Flüssigkeit. NMR (CDC1 ₃ ) : 2,22 ppm (s/3H); 2,27 (s/3H); 2,62 (d/lH); 5,88 (s/lH).

Beispiel 6

2-Methyl-3-furanthiol (eine speziell bevorzugte Verbindung)

a) 3-(2-Methylfuryl)-thiocvanat

Es wird gemäss Beispiel 3a gearbeitet, jedoch statt S-Hydroxyhex- 3-in-2-on, 4-Hydroxy-2-pentinaldiethylacetal [hergestellt nach R. G.Jones und M.J.Mann, J.Am.Chem.Soc. 25. 4048 (1953)] eingesetzt. Man erhält nach fraktioniertem Destillieren am HV bei 51°C / 0,6mbar in 80% Ausbeute 3-(2-Methylfuryl)-thiocyanat. NMR (CDCI ₃ ) : 2,42 ppm (s/3H); 6,5 (d/lH); 7,37 (d/lH).

b) 2-Methvl-3-furanthiol

Zu einer Lösung von 2,1 g 3-(2-Methylfuryl)-thiocyanat in 20 ml Methanol werden 0,6 g Natriumborhydrid zugegeben und auf Rückflusstemperatur erwärmt. Nach 3 Stunden Rühren unter Rückfluss werden nochmals 0,6 g Natriumborhydrid zugegeben und es wird 15 Minuten weitergerührt. Dann wird das Reaktionsgemisch auf 50 ml Wasser gegossen und 3 x mit 50 ml Methyl-tert-butylether extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden über MgS0 ₄ getrocknet und eingeengt. Die erhaltenen 1,6 g Rohprodukt werden bei 140°C / Normaldruck destilliert. NMR (CDCI3) 2,33 ppm (s/3H); 2,66 (d/lH); 6,3 (d/lH); 7,25 (d/lH).

Beispiel 7

Methyl 2-methyl-3-furyl-disulfid

Zu einer Lösung von 4,3 g Natriummethylmercaptid in 100 ml Wasser tropft man unter Rühren innert 25 Minuten 3-(2- Methylfuryl)thiocyanat (hergestellt gemäss Beispiel 6a). Nach 30 Minuten Rühren bei Raumtemperatur werden 100 ml Pentan zugegeben, und die wässerige Phase wird von der organischen Phase getrennt. Die wässerige Phase wird noch 2 x mit 100 ml Pentan extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden über MgS0 ₄ getrocknet, eingeengt und am HV fraktioniert destilliert (37°C 0,48mbar). Man erhält das gewünschte Produkt. NMR (CDC1 ₃ ); 2,4 ppm (s/3H); 2,45 (s/3H); 6,44 (d/lH); 7,28 (d/lH).

Beispiel 8

3-n-Butylthio-2.5-dimethylfuran

6,2 ml Triethylamin und 4,02 g n-Butylmercaptan tropft man gleichzeitig unter Rühren zu einer Lösung von 5 g S-Hydroxyhex-3-in- 2-on [hergestellt nach A.F.Thomas et al., Tet.Let. 21, 505, (1986)] in 40 ml Methyl-tert-butylether (MTBE). Nach 60 Minuten Raumtemperatur werden 70 ml 5N Schwefelsäure zugegeben und 60 Minuten weitergerührt. Dann werden die Phasen getrennt, die wässerige Phase wird mit 2 x 50 ml MTBE extrahiert und die organische Phase nacheinander mit Wasser, gesättigter NaHCθ ₃ Lösung und gesättigter NaCl Lösung gewaschen. Die über MgS0 ₄ getrockneten organischen Phasen werden eingeengt und am HV fraktioniert destil¬ liert (63°C / 0,25mbar). Man erhält 6,34 g (77% Ausbeute) des gewünschten Produkts.

NMR (CDCI ₃ ) : 0,88 ppm (t/3H); 1,46 (Multiplett/ 4H); 2,22 (s/3H); 2,28 (s/3H); 2,58 (t/2H); 5,6 (s/lH).

Beispiel 9

3-Methvlthio-2.5-dimethvlfiιran

Es wird gemäss Beispiel 8 verfahren, jedoch wird statt n- Butylmercaptan Methylmercaptan eingesetzt. So erhält man nach fraktioniertem Destillieren am Wasserstrahlvakuum (58°C/ 22mbar) 65% Ausbeute eines klaren Oels. Spektren: siehe Beispiel 4.

Beispiel 10

3-Methγlthio-2,5-dimethγlfaran

Dasselbe Produkt wie in Beispiel 9 beschrieben erhält man auch, wenn man 5-Hydroxyhex-3-in-2-on zu einem Gemisch von Natriumm ethanthiolat in Wasser und Methyl-tert-butyläther zutropft und darauf - wie in Beispiel 8 - mit Schwefelsäure behandelt und aufarbeitet.

Beispiel 11

3-3'-Bi8-f2.5-dimethylfαryl)-disulfid

Zu einem Gemisch von 6,6 g Natriumhydrogensulfid-monohydrat in 20 ml Puffer pH 9 (Borax/Borsäure) und 30 ml Ether tropft man unter Rühren 5 g S-Hydroxyhex-3-in-2-on in 25 ml Ether. Nach 3 Stunden Rühren wird angesäuert und eine Stunde weitergerührt. Die organische Phase wird abgetrennt, eingeengt und in Hexan über Kieselgel chromatographiert. Die eingeengten Kopffraktionen ergeben reines Produkt, welches mit dem Produkt aus Beispiel la identisch ist.