Verfahren zur Herstellung dieser Nitrile und deren Verwendung al3 Riechstoffe

^• Die Erfindung betrifft als neue Verbindungen die Nitri¬ le des methylsubstituierten Bicyclo[_2.2.1jheptans mit der allge¬ meinen Formel A

1 worin die Methylgruppe an C-4 oder C-5 steht, der Rest R an C-2 und die Nitrilgruppe an C-3 oder alternativ der Rest R an C-3 und die Nitrilgruppe an C-2 stehen, zwischen C-5 und C-6 eine __infachbindung vorliegt und die geschlängelten Linien st.rε iso- mere Formen bedeuten. Die Erfindung betrifft weiterhin ein vor¬ teilhaftes Verfahren zur Herstellung der neuen Verbindungen gemäß der allgemeinen Formel A sowie die Verwendung dieser neuen Ver¬ bindungen als Riechstoffe bzw. als Bestandteile von Parfümölen für kosmetische oder technische Konsumgüter.

Es sind Derivate des methylsubstituierten Bicyclo- [2.2.1jheptans (Methylnorbornan-Derivate) sowie des strukturähn¬ lichen methyϊsubstituierten Bicyclo[_2.2.1Jhept-5-ens (Methylnor- bornen-Derivate) bekannt, die als Riech- und Aromastoffe geeignet sind. So beschreibt die US-PS 4,326,998 (Klemarczyk et al. ) sowohl die Methylnorbornen-Aldehyde 4 und 5, die durch Diensyn-

these (Diels-Alder-Reaktion) aus Methylcyclopentadien 1 mit Acrolein 2 bzw. Crotonaldehyd 3 erhalten werden, als auch die entsprechenden Methylnorbornan-Aldehyde 6 und 7, die durch Hy¬ drierung aus den Aldehyden 5 bzw. 6 entstehen. Diese Aldehyde 4 bis 7 besitzen grüne, frisch geschnittenem Gras ähnliche und min¬ zige Duftnoten mit fruchtigen (apfelartigen) und krautigen Neben¬ noten.

Weiterhin beschreibt die US-PS 4,346,24 ^* 3 (Klemarczyk et al.) das Methylnorbornen-Nitril 9, das durch Diensynthese aus

Methylcyclopentadien 1 mit Acrylnitril 8 gebildet wird und einen blumig-fruchtigen Duft (Jasmin-Typ) besitzt.

Generell besteht ein ständiger Bedarf an synthetischen Riechstoffen, die sich günstig und mit gleichbleibender Qualität herstellen lassen, bei längerer Lagerung auch im Kontakt mit an¬ deren Stoffen stabil bleiben und erwünschte olfaktorische Eigen¬ schaften haben, d. h. angenehme, möglichst naturnahe Duftnoten von ausreichender Intensität aufweisen und in der Lage sind, den Duft von kosmetischen oder technischen Konsumgütern vorteilhaft zu beeinflussen. Das Auffinden solcher Riechstoffe, die sämtliche dieser Bedingungen erfüllen, hat sich als verhältnismäßig aufwen¬ dig erwiesen und erfordert umfangreiche Untersuchungen insbeson¬ dere dann, wenn interessante neuartige Duftnoten angestrebt wer¬ den. Erschwerend kommt in diesem Zusammenhang dabei die Tatsache hinzu, daß sich die Qualität der einzelnen Duftnoten nicht quan¬ titativ beschreiben läßt, und daß auch weder der Mechanismus der Duftentwicklung noch der Zusammenhang- zwischen der Duftentwick¬ lung und der chemischen Struktur von Riechstoffen hinreichend systematisch erforscht sind. Mitunter können bereits geringfügige Änderungen im Aufbau bekannter Riechstoffe starke Änderungen der olfaktorischen Eigenschaften sowohl in positiver als auch in ne¬ gativer Richtung ergeben, und mitunter wirken sich solche Ände¬ rungen praktisch überhaupt nicht aus.

Über die erfindungsgemäßen Methylnorbornan-Nitrile gemäß der allgemeinen Formel A war bislang noch nichts bekannt. Diese erfindungsgemäßen Nitrile A unterscheiden sich von dem be¬ kannten Nitril 9 sowohl in der Struktur als auch in den Eigen¬ schaften. Der strukturelle Unterschied besteht darin, daß das ^' i Ringsystem keine Doppelbindung aufweist und daß der Rest R gg s. auch eine Methylgruppe sein kann. Überraschenderweise führt der Strukturunterschied auch zu ganz anderen Geruchseigenschaften. Während das bekannte ungesättigte Nitril 9 dem Geruchs-Grundtyp "blumig-fruchtig" zuzuordnen ist (das entsprechende ungesättigte homologe Nitril mit einer zusätzlichen Methylgruppe analog dem

Aldehyd 5 ist nicht bekannt) , gehören die erfindungsgemäßen ge¬ sättigten Nitrile A in den davon stark unterschiedlichen Geruchs- Grundtyp "kräutig-würzig", der stark gefragt und sehr erwünscht ist. Im übrigen erfüllen die erfindungsgemäßen Nitrile A auch alle übrigen Anforderungen an einen Riechstoff. Sie sind günstig mit gleichbleibender Qualität herstellbar und sehr stabil. Außer¬ dem sind die Duftnoten sehr intensiv und so beschaffen, daß be¬ reits ein Zusatz verhältnismäßig geringer Mengen der erfindungs¬ gemäßen Nitrile A z. B. zu Parfümölen eine deutlich verbessernde Wirkung hat. Insgesamt stellen die erfindungsgemäßen Nitrile A damit sehr wertvolle Riechstoffe dar. Außerdem sind sie aber auch gut als Aromastoffe bzw. als Bestandteile von Aromakonzentraten für Nahrungs- und Genußmittel oder Tiernahrungsmittel geeignet.

Eine Herstellung der erfindungsgemäßen Nitrile A durch Hydrierung des bekannten Nitrils 9 (analog der Herstellung der gesättigten Aldehyde 6 bzw. 7 aus den ungesättigten Aldehyden 4 bzw. 5) ist nur schlecht möglich, weil bei der Hydrierung die Nitrilgruppe verloren geht. Mit der Erfindung wird deshalb ein

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zweistufiges, gut reproduzierbares Verfahren vorgeschlagen, wel¬ ches von den gesättigten Aldehyden 6 bzw. 7 ausgeht und darin be¬ steht, daß zunächst aus diesen Aldehyden 6 bzw. 7 in üblicher

Weise (bevorzugt mit Hydroxylamin-Salzen) die entsprechenden Aldoxime 10 bzw. 11 dargestellt werden und anschließend die Al- doxime 10 bzw. 11 durch Wasserentzug (bevorzugt mit Säureanhy¬ driden) in die entsprechenden Nitrile 12 bzw. 13 überführt wer¬ den.

Die Nitrile 12 und 13 sind die beiden speziellen er¬ findungsgemäßen Nitrile, die durch die allgemeine Formel A erfaßt werden (mit R = H oder Methyl). Das Nitril 12 besitzt eine star¬ ke süß-würzige (Coumarin-Aspekte) , etwas krautige Note, während das Nitril 13 eine frische krautig-würzige Note besitzt, die an Rosmarin und Tabak erinnert. Solche Geruchsnoten sind für Norbor- nan-Derivate ungewöhnlich.

Das in die Diels-Alder-Reaktion zur -Herstellung der Aldehyde 4 bzw. 5 eingesetzte Methylcyclopentadien 1 ist ein Ge¬ misch der drei Doppelbindungsisomere 1a, 1b und 1c, wobei im Gleichgewicht etwa 44,5 % des C-1-Isomeren 1a, 54,5 % des C-2- Isomeren 1b nur ca. 1 % des C-5-Isomeren 1c vorliegen (W.T. Ford, J. Org. Chem., 25_, 3979 (1971); S. McLean und P. Haynes , Tetra¬ hedron, 2Λ_, 2323 (1965)). Entsprechend bildet sich bei der Diels- Alder-Reaktion eines Gleichgewichts-Gemisches von 1 mit Acrolein

2 ein Aldehydgemisch 4 aus drei Konstitutionsisomeren des Typs a, b und c, indem aus dem Isomeren 1a unter Einhaltung des ortho- Prinzips der Aldehyd 4a, aus dem Isomere 1b unter Einhaltung des para-Prinzips der Aldehyd 4b und aus dem Isomeren 1c der Aldehyd 4c entstehen. Die Isomeren der Typen a und b bilden dabei die Hauptisomeren, während das Isomere des Typs c nur untergeordnete Bedeutung hat. Bei allen drei Konstitutionsisomeren der Typen a, b und c kommt noch eine exo/endo-Stereoisomerie hinzu (die gra¬ fisch durch eine geschlängelte Linie angedeutet ist), wobei sich bei der thermischen Diels-Alder-Reaktion bevorzugt die endo-Iso- meren ergeben. Diese Isomerieverhältnisse, die für die Herstel¬ lung des Aldehyds 5 aus Methylcyclopentadien 1 und Crotonaldehyd

3 in gleicher Weise gelten, bleiben bei den aus den Aldehyden 4 bzw. 5 abgeleiteten Folgeprodukten 6, 10 und 12 bzw. 7, 11 und 13

■4 Typ _ι Typ b Typ c.

im wesentlichen erhalten und sind in der allgemeinen Formel A be¬ rücksichtigt.

Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele sollen die Er¬ findung erläutern, ohne sie einzuschränken.

Beispiel 1

Methylsubstituiertes 2-Cyano-bicycloL2.2.1Jheptan 13

a) Darstellung des Aldehyds 5

Zu einer Lösung von 9 g Hydrochinon in 1074 g (15.3 mol) Crotonaldehyd und 175 g n-Hexan wurde bei Siedetemperatur unter Rühren innerhalb von 3 Stunden 1215 g (15.2 mol) frisch de¬ stilliertes Methylcyclopentadien hinzugetropft. Nach 2 Stunden Rühren bei Siedetemperatur (Sumpftemp. ca. 110°C) wurde über eine 40 cm-Vigreux-Kolonne destilliert. Man erhielt 1983 g des Alde¬ hyds 5 (Isomerengemisch) als helles Öl.

Gaschromatogramm (30 m DB WAX-30N, 40-240°C, Temperaturprogramm: 4°C/min): t _r [min] (%) = 13.4 (17.2), 13-5 (9-5), 13.0 (1.5), 14.4 (3.0), 14.6 (2.0), 15.2 (24.2), 15.3 (11.6), 15.5 (6.5).

b) Selektive Hydrierung des Aldehyds 5

Eine Lösung von 1465 (8.1 mol) des Aldehyds 5 (Isome¬ rengemisch aus Beispiel 1a) in 800 ml Methanol wurde mit 20 g Raney-Nickel versetzt und in einer Wasserstoffatmosphäre bei 40 bar und 40°C gerührt; theoret. Wasserstoffaufnähme: 86 bar, prak. Wasserstoffaufnähme: 90.5 bar. Nach Filtrieren, Einengen unter vermindertem Druck und einfacher Destillation ergaben sich 1420 g roher Aldehyd 7.

Gaschromatogramm: Abb. 1

Massenspektrum (Hauptpeak): m/z (%) = 152 (2, M ⁺ ), 137 (2), 119 (12), 108_(66), 93 (11), 81 (100), 71 (14), 67 (16). Summenformel: C ₁₍ -.H _1f -0; Molgewicht: 152

c) Darstellung des Aldoxims 11

Zu einer Lösung von 961 g (5.93 mol) Hydroxylamin- hydrogensulfat in 2.14 1 Wasser wurde unter Rühren 926 g Natron¬ lauge (50 %ig) zugegeben, und dann wurde bei 20-30°C 1466 g roher Aldehyd 7 (nach Beispiel 1b) innerhalb von 1.5 Stunden hin¬ zugetropft. Nach 4 Stunden Rühren bei Raumtemperatur wurde mit 2.0 1 Wasser verdünnt und in üblicher Weise aufgearbeitet (Ex¬ traktion mit Benzin). Das Rohprodukt (1412 g hellgelbes Öl) wurde über eine 60 cm Glasfüllkörperkolonne destilliert und ergab 894 g (72 %) Aldoxim 11.

Siedepunkt: Kp (1.5 mbar) = 108-116°C; Dichte: D ² ?° = 1.0104; Brechungsindex: n 20_° = 1.5002.

Massenspektrum (Hauptpeak): m/z (%) = 157 (1, M ⁺ ), 150 (49), 108

(22), 107 (37), 86 (100), 81 (33), 79 (22), 70 (22), 67 (32), 55

(29), 41 (22).

Summenformel: C^H^NO; Molgewicht: 167.

d) Dehydratisierung des Aldoxims 11

Bei Siedetemperatur wurden unter Rühren zu 1039 g (10.1 mol) Acetanhydrid in 20 min 894 g (5.35 mol) des Oxims 11 (dargestellt nach Beispiel 1c) hinzugetropft. Nach 4 Stunden Rüh¬ ren bei Siedetemperatur wurde Essigsäure unter vermindertem Druck abdestilliert. Vorsichtige Zugabe von Wasser und übliches Aufar¬ beiten ergaben 790 g Rohprodukt. Durch Destillation über eine 70 m Stahlfüllkörperkolonne erhielt man 652 g des Nitrils 13 als Isomerengemisch.

Siedepunkt: Kp (0.6 mbar) = 55-57°C; Dichte: D )J _β = 0.9458; Brechungsindex: n 20_.° = 1.4697.

Gaschromatogramm (50 m, FFAP, 60-220°C, Temperaturprogramm

4°C/min): r _R [min] (%) = 19.6 (25.2), 20,8 (17.3), 22.8 (46.8),

23.1 ^' (4.5), 23-8 (7.3), 24.4 (3-4).

e) Charakterisierung des Nitrils 13

Durch Destillation einer analytischen Probe des Nitrils 13 (gemäß Beispiel 1d) über eine Drehbandkolonne wurden die beiden Hauptisomere (t _R = 19.6 bzw. 22.8 min) isoliert. Die weitere Untersuchung ergab:

2-Cyano-3,4-dimethyl-bicyclo[2.2. l]heptan

Gaschromatogramm: t _n = 19-6 min Infrarotspektrum: 2230 cm -1 (Nitril)

¹ H-NMR-Spektrum: Abb. 2

Massenspektrum: m/z (%) = 149 (1, M ⁺ ), 134 (22), 107 (19), 106

(65), 96 (19), 94 (16), 82 (24), 81 (100), 79 (18).

Summenformel: C. -H ₁₍ -N; Molgewicht: 149 _

2-Cyano-3,5-dimethyl-bicyclo 2.2.Ijheptan

Gaschromatogramm: t„ = 22.8 min Infrarotspektrum: 2230 cm -1 (Nitril)

¹ H-NMR-Spektrum: Abb. 3

Massenspektrum: m/z (%) = 149 (2, M ⁺ ), 13 (-25), 108 (23), 106 (37), 94 (27), 83 (48), 82 (100), 81 (75), 80 (97), 79 (51), 67 (74), 55 (38), 41 (26). Summenformel: C^H^ ; Molgewicht: 149.

Beispiel 2

Verwendung des Nitrils 13 in einer Parfümbase

Ausgegangen wurde von einer Parfümbase krautigen Typs mit der Zusammensetzung (GT = Gewichtsteile):

190 GT Phyllanton-N

100 GT Methyldihydrojasmonat

100 GT Bergamotte-Öl

90 GT Timberol

90 GT Ysop-Öl

80 GT 3-Phenyl-1 , 1-dimethyl-propanol (Muguet-Alkohol)

30 GT Allyljonon

10 GT Brahmanol

10 GT 1 ,5-Dimethyl-8-hydroximino-bicyclo[3.2. l]octan (10 %ig in Dipropylenglykol)

10 GT Ambroxan, 1 %ig in Dipropylenglykol

700 GT

Diese Parfümbase hat einen ausgewogenen frischen "krau¬ tig-süßen und holzigen Duftkomplex. Durch Zugabe von 10 GT des Nitrils 13 wird eine bitter-grüne Geruchsnote bewirkt, die als ausgesprochen angenehm empfunden wird, und die Komposition erin¬ nert dann an Muskateller Salbei-Öl.

ERSATZBLATT ISA/EP

-.

^• Start t _r [minl

Abb. 1: Gaschromatogramm (25 m FFAP, Temp.-Prog. 60-220°C, 4°C/min) von 7

1 tflppm] 0 1 tflppm-O

Abb.2: ¹ H-NMR-Spektru imm ((CCCC1_ _44! , 60 MHz) Abb. 3: ¹ H-NMR-Spektrum ( (CCCC1l _44>i 60 MHz) von 1 _. 3 (1. Hauptpeak) von 13. (2. Hauptpeak)