Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Alkyl-substituier¬ ten Butenolen durch Reduktion der entsprechenden Aldehyd-Vorstufe in Gegen¬ wart von Kupfer-Zink-Kontakten.

Stand der Technik

Viele natürliche Riechstoffe stehen, gemessen am Bedarf, in völlig unzu¬ reichender Menge zur Verfügung. Aus parfümistischer Sicht besonders ge¬ schätzt und wertvoll ist das Sandelholzöl. Es wird durch Wasserdampfde¬ stillation aus dem Kernholz des Sandelbaumes gewonnen, eines tropischen Halbparasiten, der in Indien und Malaysia vorkommt. Kernholz erscheint nach etwa zehn Jahren und beginnt erst bei zwanzigjährigen Bäumen, sich rascher auszubilden. Voll ausgewachsene Bäume werden im Alter von 30 bis 60 Jahren ausgerodet, da die Wurzeln besonders reich an wohlriechendem Kernholz sind [vergl. E.T.Morris, Dragoco Report 1983 (30), 40]. Es ist daher verständlich, daß die Riechstoff-Forschung ständig bemüht ist, ge¬ eignete Substitute für natürliches Sandelholzöl zu entwickeln.

Die Schwerpunkte bei der Entwicklung geeigneter Substitute für natürliches Sandelholzöl hat R.E.Naipawer in einem Review skizziert [in: B.M.Lawrence, B.D.Mookherjee, B.J.Willis (Hrsg.): "Flavors and Fragrances: A World Per- spective"; Elsevier Publishers, Amsterdam 1988]. In diesem Review ist un¬ ter anderem dargestellt, daß seit Mitte der 70-er Jahre Ca pholenylderiva- te eine wichtige Rolle unter den synthetisch hergestellten Riechstoffen mit Sandelduft darstellen. Eine wesentliche Rolle bei diesem Zugang zu synthetischen Sandelriechstoffen hat dabei die Tatsache gespielt, daß Cam- pholenaldehyd, der den referierten Verbindungen zugrundeliegende Synthese¬ baustein, leicht aus alpha-Pinen zugänglich ist.

2-Alkyl-4-(2,2,3-trimethylcyclopent-3-enyl)-but-2-en-l-ol e, fortan als Sandelole bezeichnet, sind begehrte Riechstoffe mit ausgeprägtem Sandel¬ duft.

Cy-CH ₂ -CH=CR-CH ₂ 0H (A)

Cy = 4-(2,2,3-Trimethylcyclopent-3-enyl)-rest R = H oder Cι_6-Alkyl

JP-A2-55/036423 (zitiert nach Chem. Abstr. 93/094886p) beschreibt ein Ver¬ fahren zur Herstellung eines solchen Sandelols. Demnach wird alpha-Campho- lenaldehyd (B) in Gegenwart von Natriumhydroxid als basischem Katalysator mit Propionaldehyd (CH3-CH2-CHO) umgesetzt.

Cy-CH ₂ -CH0 (B)

Cy = 4-(2,2,3-Trimethylcyclopent-3-enyl)-rest

Der bei dieser gemischten Aldo.lkondensation entstehende ungesättigte Alde¬ hyd (C) wurde in einer Ausbeute von 73,5% isoliert.

Cy-CH ₂ -CH=C(CH ₃ )-CH0 (C)

Cy = 4-(2,2,3-Trimethylcyclopent-3-enyl)-rest

In einem weiteren Schritt wurde schließlich dieser ungesättigte Aldehyd (C) mit A1(0CH(CH3) ₂ ]3 zum entsprechenden Sandelol (A) reduziert. Die da¬ bei erzielte Ausbeute wird mit 85% angegeben.

Beschreibung der Erfindung

Das aus JP-A2-55/036423 bekannte Verfahren zur Herstellung des Sandelols (A) [mit R = CH3] vermag jedoch im Hinblick auf Ausbeute und Wirtschaft¬ lichkeit nicht vollständig zu befriedigen. Es bestand daher Bedarf nach einem verbesserten Verfahren zur Herstellung der Verbindungen (A) sowie analoger Verbindungen, bei denen der Rest "Cy" durch einen anderen gesät¬ tigten oder olefinisch ungesättigten, gegebenenfalls substituierten Alkyl- oder Cycloalkylrest ersetzt ist.

Es wurde nun überraschend gefunden, daß sich Alkyl-substituierte Butenole der allgemeinen Formel (I),

R ¹ -CH -CH=CR2-CH ₂ 0H (I)

worin R eine gesättigte oder olefinisch ungesättigte Alkyl- oder Cyclo¬ alkylgruppe mit 4 bis 16 C-Atomen ist, die gegebenenfalls durch.einen Al¬ kyl-, Cycloalkyl-, Aryl- oder Alkarylrest substituiert sein kann - mit der Maßgabe, daß dieser Substituent maximal 12 C-Atome aufweist - und R ² Was¬ serstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 C-Atomen bedeuten, in hohen Ausbeuten herstellen lassen, wenn man die Aldolkondensation von Aldehyden der Formel (II)

Rl-CH ₂ -CH0 (II)

worin R ¹ dieselbe Bedeutung hat wie in Formel (I), und dem entsprechenden niedrigen Aldehyd in einem inerten organischen Lösungsmittel durchführt und die dabei erhaltenen ungesättigten Aldehyde in Gegenwart eines gege¬ benenfalls calcinierten Kupfer-Zink-Kontaktes reduziert.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Her¬ stellung von Alkyl-substituierten Butenolen der allgemeinen Formel (I),

R ¹ -CH ₂ -CH=CR2.CH ₂ 0H (I)

worin R ¹ eine gesättigte oder olefinisch ungesättigte Alkyl- oder Cyclo¬ alkylgruppe mit 4 bis 16 C-Atomen ist, die gegebenenfalls durch einen Al¬ kyl-, Cycloalkyl-, Aryl- oder Alkarylrest substituiert sein kann - mit der Maßgabe, daß dieser Substituent maximal 12 C-Atome aufweist - und R ² Was¬ serstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 C-Atomen bedeuten, durch Um¬ setzung von Aldehyden der Formel (II)

Rl-CH ₂ -CH0 (II)

worin R* dieselbe Bedeutung hat wie in Formel (I), mit den entsprechenden niedrigen Aldehyden und anschließende Reduktion der dabei erhaltenen unge¬ sättigten Aldehyde, wobei man die Aldolkondensation in einem inerten orga¬ nischen Lösungsmittel durchführt und die Reduktion der ungesättigten Alde¬ hyde in Gegenwart eines gegebenenfalls calcinierten Kupfer-Zink-Kontaktes durchführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber dem herkömmlichen Stand der Technik den Vorteil, daß Zwischen- und Wertprodukte in hoher Reinheit und in nahezu quantitativer Ausbeute erhalten werden.

Als inerte organische Lösungsmittel eignen sich insbesondere unpolare, die mit Wasser ein Azeotrop bilden. Beispiele für geeignete Lösungsmittel sind Toluol, Xylol, Benzol, Cyclohexan und Methylcyclohexan.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung setzt man zur Katalyse der Aldolkondensation Ammoniumsalze einer organischen Säure ein.

Propionaldehyd wird vorzugsweise in 2,5- bis 10-molarem Überschuß - bezo¬ gen auf den Aldehyd (II) - eingesetzt. Insbesondere setzt man Propionalde¬ hyd in 2,5 bis 3,5-molarem Überschuß ein.

Wie bereits gesagt, wird im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens die Al¬ dolkondensation vorzugsweise in Gegenwart eines Ammoniumsalzes einer orga¬ nischen Säure durchgeführt. Die Art der Säure ist dabei an sich nicht kri¬ tisch. Ebenso wenig spielt es eine Rolle ob das Ammoniumsalz als solches eingesetzt wird oder ob es während der Reaktion - etwa aus einem Amin und einer organischen Säure - in situ gebildet wird. Beispiele für geeignete Ammoniumsalze sind: Benzyltrimethyla moniumhydroxid, Piperidinylacetat, Pyrrolidiniumacetat, Ammoniumäcetat, Dimethylam oniumpyridinylacetat, Mor- pholinacetat, Lewatit 11600 (mit Essigsäure aktiviert), Piperidinylfor-

iat, N,N-Tetraacetylethylendiamin, N,N-Diacetylethylendiamin, Dibutyl- ammoniumacetat und Piperidinylpropionat. Die Konzentration des Katalysa¬ tors liegt vorzugsweise im Bereich von 0,001 bis 20 Mol-%, insbesondere 0,5 bis 10 Mol-% - bezogen auf den eingesetzten Aldehyd (II).

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bedeutet R ¹ in der allgemeinen: Formel (I) einen 4-(2,2,3-Trimethylcyclo- pent-3-enyl)-Rest.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Temperaturen von 20 bis 150 °C durchgeführt werden. Dabei ist es besonders bevorzugt, eine Reaktionstem¬ peratur im Bereich von 40 bis 120 °C einzustellen.

Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung einzusetzenden Kupfer-Zink-Kon¬ takte sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden gemäß DE-A-4242466 hergestellt, indem man wäßrige Lösungen mit einem Gehalt an wasserlöslichen Kupfer-(II)- und Zink-(II)-Salze mit Alkalicarbonatver- bindungen bis zu einem pH-Wert 6 bis 10 versetzt, den entstandenen Nieder¬ schlag abtrennt und trocknet, den getrockenen Katalysator bei Temperaturen von 400 bis 600 °C über einen Zeitraum von 1 bis 60 Minuten calciniert und anschließend den calcinierten Katalysator in stückige Form bringt. Im Hin¬ blick auf weitere Einzelheiten der Herstellung der Kupfer-Zink-Kontakte sei ausdrücklich auf Seite 3, Zeilen 13 bis 34 der genannten DE-A-42 42 466 verwiesen.

Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind nicht einschränkend zu verstehen.

B e i s p e l e

1. Verwendete Substanzen

1.1. für die Aldolkondensation

alpha-Ca pholenaldehvd: 85%-ig (Fa. Glidco) Propionaldehvd: 98%-ig (Fa. Riede de Häen)

KF auf A1?0 240 g basisches Aluminiumoxid wurden in 320 g einer 50%-igen wäßrigen Kaliu fluorid-Lösung suspendiert und anschließend am Rotations¬ verdampfer im Wasserstrahlvakuum zur Trockene eingeengt. Danach wurde der Katalysator noch 4 Stunden bei 130 °C und 50 mbar getrocknet.

1.2. für die Reduktion des ungesättigten Aldehyds

Natriumboranat: (Fa. Janssen)

Kupfer-Zink-Katalvsator: Der verwendete Kupfer-Zink-Katalysator wurde ge¬ mäß Beispiel A) der DE-A-4242466 unter Verwendung von Kupfer-(II)-Nitrat- trihydrat, Zink-(II)-Nitrathexahydrat und Natriumcarbonat hergestellt.

2. Durchführung der Reaktionen

2.1. Aldolkondensation

Beispiel 1

Eingesetzte Mengen: 3,04 kg (20 mol) alpha-Campholenaldehyd

4,64 kg (80 mol) Propionaldehyd

400 g basisches Aluminiumoxid mit 40 % Kaliumfluorid beladen.

Reaktion:

In einem 10-1-Glasreaktor wurden 1,5 kg eines Ge ischs (MolVerhältnis 1:4) Campholenaldehyd und Propionaldehyd vorgelegt. Unter Stickstoff (5 1/h), kräftigem Rühren und Kühlung wurden 400 g KF auf Al ₂ 03 portionsweise zuge¬ geben, wobei die Temperatur des Reaktionsgemisch zwischen 40 und 50 °C gehalten wurde. Anschließend wurden die restlichen 6,2 kg der Aldehydmi¬ schung kontinuierlich unter starkem Rühren und Stickstoff mit einer Do¬ sierrate von 2 Liter pro Stunde zudosiert. Die Reaktion verlief exotherm und wurde durch Kühlen auf 40 °C gehalten. Nach der Zugabe wurde der An¬ satz bei 50 °C über Nacht gerührt. Der Campholenaldehyd war danach voll¬ ständig abreagiert.

Aufarbeitung:

Der Ansatz wurde zur Abtrennung des Katalysators in eine 2-1-Drucknutsche gepumpt und unter 5 bar Stickstoff filtriert. Der Filterkuchen wurden kurz mit 0,5 1 Isopropanol gewaschen. Das Rohprodukt wurde wieder in den Reak¬ tor überführt und bei Atmosphärendruck ca. 270 g organische Phase und 22 g Wasserphase bei Sumpftemperaturen bis zu 150 °C abdestilliert. Der im Re¬ aktionsgefäß verbleibende Rückstand von 5,1 kg wurde zweimal mit je 2 1 gesättigter Natriumsulfatlösung gewaschen. Der danach verbleibende Rück¬ stand von 5 kg wurde als Rohprodukt weiter verarbeitet (der Gehalt an 2- Methyl-(2,2,3-trimethylcyclopent-3-enyl)-but-2-en-l-al wurde gaschroma- tographisch zu 43 % bestimmt).

Beispiel 2

Eingesetzte Mengen: 3,04 kg (20 mol) alpha-Campholenaldehyd

2,9 kg (50 mol) Propionaldehyd 170 + 85 g (3 mol) Piperidin 120 + 60 g (3 mol) Eisessig 2 kg Toluol

Reaktion:

In einem 10-1-Glasreaktor wurden 3,04 kg Campholenaldehyd und 2 kg Toluol vorgelegt und unter Rühren bei Raumtemperatur 2,9 kg Propionaldehyd, 170 g Piperidin und 120 g Eisessig hinzugefügt. Danach wurde das Gemisch an ei¬ nem Wasserabscheider vier Stunden unter Rückfluß erhitzt und dabei 680 ml Reaktionswasser ausgekreist. Die gaschromatographische Analyse einer Probe des Reaktionsgemischs ergab ainen. Anteil von 15 % an nicht umgesetztem Edukt. Daher wurden weitere 85 g Piperidin und 60 g Eisessig zugegeben. Nach einer weiteren Stunde Erhitzen zum Rückfluß waren weitere 120 g Was¬ ser ausgekreist und das Edukt vollständig umgesetzt.

Aufarbeitung:

Nach Abdestiliieren von 1,9 kg Toluol aus dem Reaktionsgemisch wurde zwei¬ mal mit je 2 1 Wasser gewaschen. Die organische Phase von 6,24 kg wurde an einer 30 cm Füllkörperkolonne destilliert (Siedepunkt 88 - 102 °C/0,1 mbar), wobei 3,27 kg eines gelblich gefärbten Produktes (gaschro atogra- phisch bestimmte Reinheit: 85 %) erhalten wurden (85 % der Theorie).

2.2. Reduktion

Beispiel 3 (erfindungsgemäß)

Eingesetzte Mengen: 40,0 kg Rohprodukt der Aldolkondensation

40,0 kg Ethanol (technische Ware) 2,8 kg Cu-Zn-Katalysator

Das Rohprodukt der Aldolkondensation, Ethanol und der Cu-Zn-Katalysator wurden in einem 250 1 Stahlautoklaven mit Begasungsrührer vorgelegt und 5 mal mit Stickstoff inertisiert. Unter starkem Rühren wurde Wasserstoff zunächst bis 10 bar aufgedrückt. Anschließend wurde Innentemperatur auf 160 °C gesteigert und 6 Stunden bei dieser Temperatur und maximal 40 bar

Wasserstoffdruck hydriert. Bis zur Druckkonstanz wurde mehrmals Wasser¬ stoff nachdosiert, und über Gaschromatographie wurden die Produktgehalte bestimmt. Nachdem vollständiger Umsatz erreicht war, wurde abgekühlt und entspannt.

Aufarbeitung:

Nach einer weiteren analytischen Kontrolle wurde das Produkt unter Stick¬ stoff im Seitz-Modulfilter filtriert. Der Katalysator (Filtrierkuchen) wurde mit Ethanol nachgespült und die Spülflotte mit dem Filtrat verei¬ nigt. Nach Beendigung der Spülung mit Ethanol wurde der Katalysator aus Sicherheitsgründen mit Wasser befeuchtet und für Recycling-Zwecke aufbe¬ wahrt. Das Rohprodukt wurde in einem geeigneten Kessel destillativ bei Normaldruck von Ethanol befreit, danach erst konnte ohne Schäumen bei 50 mbar weiteres Ethanol entfernt werden. Anschließend wurde das Produkt im Strahlervakuum über Kopf abgezogen. Es wurden mehrere Fraktionen getrennt aufgefangen, die anschließend olfaktorisch geprüft wurden. Es wurden 32,5 kg geruchlich einwandfreies Produkt (ca. 81 % der Theorie) erhalten.

Beispiel 4 (zum Vergleich)

Eingesetzte Mengen: 5 kg (11 mol) Rohprodukt der Aldolkondensation

378 g (10 mol) Natriumboranat 3 1 Isopropanol

Reaktion:

3 1 Isopropanol wurden in einem lO-1-Reaktor gefüllt und unter Rühren das Natriumboranat zudosiert. Anschließend wurden 5 kg Rohprodukt der Aldol- Kondensation kontinuierlich zu der kräftig gerührten Mischung dosiert. Wegen des Temperaturanstiegs (exotherme Reaktion) wurde anfangs langsam und gegen Ende der Zugabe schneller dosiert. Die Innentemperatur wurde durch externe Kühlung unterhalb von 60 °C gehalten. Nach Zugabe des Na- triumboranats wurde unter Kochen am Rückfluß (Heiztemperatur 150 °C) 3 Stunden nachgerührt.

Aufarbeitung:

Das Isopropanol wurde bei 20 mbar abdestiliiert und zu dem auf Raumtempe¬ ratur gekühlten Rückstand wurden 2 1 gesättigte, eiskalte Natriumsulfat¬ lösung gegeben. Nach Durchmischen und Absetzenlassen wurde die Wasserphase abgelassen und das Auswaschen noch einmal wiederholt. Es wurde einmal mit 3 1 10 %iger Natronlauge und zweimal mit Wasser nachgewaschen. Der pH-Wert des Waschwassers betrug 7-9. Das Endprodukt (4780 g) wurde nach Abdesti1- lieren von 800 g niedrig siedenden Substanzen durch Kurzweg-Destillation (KDL 1 der Firma Leybold-Heraeus) im Hochvakuum bei einer Öltemperatur von ca. 165 °C/1 mbar vorgereinigt. Die Destillatfraktionen von 760 g und 2200 g wurden an einer Drehbandkolonne (Fa. Normag) fraktioniert (Siedepunkt: 90-93 °C/0,05 mbar). Dabei wurden 1125 g geruchlich akzeptables Produkt (34 % der Theorie) erhalten.