PROCESS FOR THE PREPARATION OF 3-ALKYL-2,5-DIHYDROFURAN-2-ONES

Abstract: 1. A process for the preparation of a 3-alkyl-2,5-dihydrofuran-2-one of the formula see diagramm : EP0090231,P6,F1 where R**1 is alkyl of 1 to 15 carbon atoms, wherein a butene derivative of the formula see diagramm : EP0090231,P6,F2 or see diagramm : EP0090231,P6,F3 where R**1 is alkyl of 1 to 15 carbon atoms, and the R**2 's each denote an acyloxy radical of the formula see diagramm : EP0090231,P6,F4 where R**3 is alkyl of 1 to 5 carbon atoms, aryl or cycloalkyl of 5 to 7 carbon atoms, or alkoxy of 1 to 5 carbon atoms, or where two R**2 's on the same carbon atom together denote oxygen or -O-(CH2 )x -O- where x is 2 or 3, is treated with an acidic agent.

Description: Verfahren zur Herstellung von 3-Alkyl-2,5-dihydrofuran-2-onen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 5-Alkyl-2 ,5-dihydrofuran-2-onen durch Cyclisierung von Butenderivaten in Gegenwart von sauer wirkenden Verbindungen. Es sind schon mehrere Verfahren zur Herstellung von 3-Methyl-2,5-dihydrofuran-2-on bekannt. Als Ausp:angsver- bindungen verwendet man dabei z.B. l-Hydroxy-3-oxobutan (Journ. Amer. Chem. Soc. 68, 2332 (1946), 2-Methyl-3-butencarbonsäure (Bull. Soc. Chim. France 1968, 4067), 3-Methylbutyrolacton (Chem. Pharm. Bull. 1973, 451) oder 2-Butin-l-ol (Tetrahedron Letters 1979, 133). Alle diese Synthesen verlaufen jedoch entweder über zahlreiche Stufen oder gehen von nicht einfach zugänglichen Ausgangsverbindungen aus. Es wurde nun gefunden, dass man 3-Alkyl-2,5-dihydrofuran -2-one der Formel EMI1.1 in der R einen Alkylrest mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen bedeutet, besonders vorteilhaft dadurch herstellen kann; dass man Butenderivate der Formeln EMI1.2 in denen R1 einen Alkylrest mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen, die Reste R2 jeweils einen Acyloxyrest der Formel EMI2.1 in der R3 für einen Alkylrest mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen oder einen Aryl- oder Cycloalkylrest mit 5 bis 7 Kohlenstoffatomen steht, oder einen Alkoxyrest mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen bedeuten, oder in denen zwei 2 Reste R am gleichen Kohlenstoffatom zusammen ein Sauerstoffatom oder einen -O-(CH2)x-O-Rest mit x = 2 oder 3 bedeuten, mit sauer wirkenden Mitteln behandelt. Dieses neue Verfahren ermöglicht eine vorteilhafte Synthese der Alkyldihydrofuran-2-one, weil als Ausgangsstoffe nicht nur die nach dem in der DE-OS 31 25 891 beschriebenen Verfahren durch Umsetzung von 2-Alkyl-1,4-diacyloxy -1,3-butadienen mit Epoxidierungsmitteln erhältlichen 2-Alkyl-4,4-diacyloxy-2-butenale, sondern auch die dabei als Nebenprodukte anfallenden Gemische aus 2-Alkyl-2,4 -diacyloxy-3-butenalen, 3-Alkyl-4 , 4-diacyloxy-2-butena- len, 2-Alkyl-1,1,4-4-tetraacyloxy-2-butene und 2-Alkyl -2-buten-1,4-dialen, die noch geringe engen an 2-Alkyl -4,4-diacyloxy-2-butenalen enthalten können, geeignet sind. Dass eine vorherige Trennung dieser Gemische nicht erforderlich ist, ist ebenso überraschend wie die vorteilhafte Tatsache, dass im Reaktionsprodukt keine 4-Alkyl-2,5-dihydrofuran-2-one gefunden werden. Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich am Beispiel der Umsetzung von 2-Methyl-2-buten-1.,4-dial in Gegenwart von wässriger Essigsäure zu 3-ethgl-2,5-dihdrofuran-2-on formal durch das folgende Formelschema wiedergeben: EMI3.1 Die Ausgangsverbindungen der Formel II und III enthalten als Alkylreste R1 z.B. Alkylgruppen mit 1 bis 15, vorzugsweise 1 bis 5 Kohlenstoffatomen. Die Alkylreste R 3 haben 1 bis 5, vorzugsweise 1 bis 3 Kohlenstoffatome. Alkylreste der genannten Art sind z.B. Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, i-Pronyl-, n-Butyl-, i-Butyl- oder tert.-Butylreste. Als Cycloalkyl- oder Arylreste kommen z.B. Cyclohexylund Phenylreste in Betracht. Alkoxyreste sind z.B. Methoxy- oder Ethoxy-Reste. Bevorzugte Ausgangsstoffe sind z.B. 2-Methyl-4,4-diacetoxy-2-butenal, 2-ethyl-1,1,4,4- -tetraacetoxy-2-buten, 2-Methyl-2-buten-1,4-dial, 3-Methyl -4,4-diacetoxy-2-butenal und 2-Methyl-2,4-diacetoxy-3- -butenal, die man in Form der reinen Verbindungen, vor allem aber auch als Gemisch einsetzen kann. Diese Ausgangsstoffe sind z.B. durch Umsetzung der entsprechenden 2-Alkyl-1,4-diacyloxy-1,3-butadiene mit Carbonsäuren und Sauerstoff oder Sauerstoff abgebenden Verbindungen (DE-OS 31 25 891) herstellbar. Die Umsetzung der Butenderivate zur Herstellung der 3-Alkyl-2,5-dihydrofuran-2-one führt man im allgemeinen bei Temperaturen von 0 bis 2000C, vorzugsweise bei 80 bis 1200C, drucklos oder unter Druck, d skontinuierlich oder kontinuierlich durch. Als sauer wirkende Mittel verwendet man z.B. alinhatische Carbonsäuren, wie Ameisensaure, Essizsaure, Propionsäuren oder Valeriansäure, Sulfonsäuren, wie n-Toluolsulfon- säuren, Ytineralsäuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure oder Bromwasserstoffsäure. Weiterhin lassen sich auch Kationen austauscher in ihrer Säureform verwenden, z.B. Austauscher, die aus Styrol und Divinylbenzol aufgebaut sind und Sul fonsäuregruppen enthalten, oder anorganische Kationen austauscher, wie Zeolithe, Phenol- oder Polystyrolsulfon säureharze, Styrolphosphonsäureharze, Styrolphosphinsäureharze, oder entsprechende saure Harze enthaltende Austauscher, z.B. bifunktionelle Kondensationsharze. Kationenaustauscher der genannten Art sind z.B. die im Handel unter den Bezeichnungen eLewatit S 100, eAmberlit IR-120, eLewasorb, eDowex 50 wx 8, tAmberlyst 15 15 erhält- lichen Produkte. Als sauer wirkende Verbindungen kann man auch Lewissäuren, wie Bortrifluorid, Zinkchlorid, Eisen(III)chlorid, Aluminiumchlorid oder Zinn(II)chlorid verwenden. Die Carbonsäuren der genannten Art werden z.B. in Mengen von 0,1 bis 50 Molen pro Mol der Ausgangsstoffe II und III angewendet. Bei Verwendung der Sulfonsäuren oder der starken Mineralsäuren und Lewissäuren genügen katalytische Mengen, wie 0,002 bis 0,25 Aquivalente der Säuren pro Mol der Verbindung II oder III. Die enge der Kationen- austauscher hängt von der Selektivität bzw. der Zahl der austauschaktiven Gruppen der verwendeten Austauscher bei der Reaktionstemperatur ab. Im allgemeinen verwendet man 1 bis 40 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5 bis 25 Gesvichts- prozent Austauscher, bezogen auf die AusUangsstoffe II und III. Man kann das erfindungsgemässe Verfahren auch in einem unter den Reaktionsbedingungen inerten Lösungsmittel durch führen. Diese Arbeitsweise empfiehlt sich besonders dann, wenn man als sauer wirkende Verbindung keine Carbonsäure verwendet, die gleichermassen als Lösungsmittel wirkt. Unter den Reaktionsbedingungen inerte Lösungsmittel sind z.B. Wasser, Alkohole, wie Ethanol, Methanol, n-Butanol, Isobutanol, tert.-Butanol, Glykol, Glycerin, sek.-Butanol oder Cyclohexanol, chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie Chloroform, Methylenchlorid oder Tetrachlorkohlenstoff, Ether, wie Diethylether, Tetrahydrofuran oder Dioxan sowie Gemische derartiger Lösungsmittel. Bei einer bevorzugten Aus führungs form des Verfahrens führt man die Umsetzung in einer Carbonsäure, wie Amei sensäure, Essigsäure, Propionsäure oder Valeriansäure durch, wobei man geringe Mengen Wasser zusetzt. Die Was sermenge beträgt z.B. 0,001 Mol bis 1 Mol pro Mol Carbonsäure, insbesondere 0,1 bis 0,5 Mole Wasser pro Mol Carbonsäure. Besonders vorteilhaft an dieser Arbeitsweise ist, dass die Carbonsäuren und das Wasser bei der Aufarbeitung destillativ, also ohne Neutralisation mit Basen, entfernt werden können. Die Umsetzung der Butenderivate nimmt man z.B. so vor, dass man ein Gemisch aus dem Ausgangsstoff II und/oder III, einem Lösungsmittel, den saurem Katalysator und gegebenen falls Wasser, 0,5 bis 50 Stunden bei der Reaktionstempera tur hält. Dann werden, gegebenenfalls nach Neutralisation des sauren Katalysators, das Lösungsmittel, gegebenenfalls Wasser und niedrigsiedende Nebenprodukte abgezogen. Die 3-Alkyl-2,5-dihydrofuran-2-one werden schliesslich durch Destillation gewonnen. Die nach dem Verfahren der Erfindung erhältlichen 3-Alkyl -2,5-dihydrofuran-2-one gehören zur Stoffklasse der Bu tenolide, die als Bestandteil einiger Naturstoffe, wie der Cardenolide, der Ascorbinsäure und der Tetronsäuren Bedeutung besitzen. 3-Alkyl-2,5-dihydrofuran-2-one stel len daher interessante vwischenDrodukte dar. 3-?'lethyl-2, 5- -dihydrofuran-2-on lässt sich z.B. zu 3-Methyl-5-brom-2,5 -dihydrofuran-2-on bromieren, das z.B. zum Aufbau biologisch aktiver Verbindungen verwendbar ist. (Aust. J. Chem. 1491, 1974; J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 410 (1975); DE-PS 22 25 149). Beispiel 1 100 g 2-Methyl-4,4-diacetoxy-2-butenal wurden in 1045 g Essigsäure, die 4,3 Gew.-% Wasser enthielt, gelöst. Die Lösung wurde 24 Stunden unter Rückfluss erhitzt. Nach dem Abziehen von Essigsäure und Wasser am Rotationsverdampfer wurden durch fraktionierte Destillation 22,3 g 3-Methyl -2,5-dihydrofuran-2-on vom Siedepunkt 46 bis 480C/0,3 mbar (45 %, bezogen auf eingesetztes 2-Methyl-4,4-diacetoxy-2 -butenal) erhalten. Beispiel 2 Ein Gemisch aus 200 g 2-Methyl-4,4-diacetoxy-2-butenal, 1500 g Essigsäure und 1,9 t p-Toluolsulfonsaure wurde 4,5 Stunden bei 1000C gerührt, anschliessend am Rotationsverdampfer eingedampft und fraktioniert destilliert. Es wurden 55,1 g 3-Methyl-2,5-dihydrofuran-2-on vom Siedepunkt 570C/1 mbar (56 %, bezogen auf eingesetztes 2-Methyl -4 ,4-diacetoxy-2-butenal) erhalten. Beispiel 3 Ein Gemisch aus 100 g 2-Methyl-4,4-diacetoxy-2-butenal, 1000 g Essigsäure und 0,98 g konzentrierter Schwefels.fure wurde unter Stickstoff 50 Minuten bei 1000C gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde nach Zugabe von 1,7 Z festem Natriumhydrogencarbonat am Rotationsverdampfer eingeengt. Durch fraktionierte Destillation des Rückstands wurden 28,1 g 3-Methyl-2,5-dihydrofuran-2-on vom Siedepunkt 45 bis 520C/0,8 mbar (57 %, bezogen auf eingesetztes 2-Methyl -4,4-diacetoxy-2-butenal) erhalten. Beispiel 4 7,5 g 2-Methyl-1,1,4,4-tetraacetoxy-2-buten (Schmelzpunkt 96,5 bis 97,5 C) wurden in 104,5 g Essigsäure, die 4,3 Gew. -% Wasser enthielt, gelöst. Die Lösung wurde 20 Stunden unter Rückfluss erhitzt. Nach der in Beispiel 1 beschriebenen Aufarbeitung wurden 1,5 g 3-Methyl-2,5-dihydrofuran-2-on vom Siedepunkt 40 bis 52 C/0,7 mbar nD20 = 1,4650 (61 %, bezogen auf eingesetztes 2-Methyl-1,1,4,4-tetra- acetoxy-2-buten) erhalten. Beispiel 5 2,45 g 2-Methyl-2-buten-1,4-dial wurden in 104,5 g Essigsäure, die 4,3 Gew.-% Wasser enthielt, 22 Stunden unter Rückfluss erhitzt. Nach der in Beispiel 1 beschriebenen Aufarbeitung wurden 1,3 g 3-Methyl-2,5-dihydrofuran-2-on vom Siedepunkt 40 bis 480C/0,3 mbar (53 %, bezogen auf eingesetztes 2-Methyl-2-buten-1,4-dial) erhalten. Beispiel 6 Ein Gemisch aus 2,9 g 2-Methyl-2,4-diacetoxy-3-butenal und 1,5 g 2-Methyl-4,4-diacetoxy-2-butenal wurde in 50 g Essigsäure gelöst, die 0,025 g konzentrierte Schwefelsäure enthielt. Das Gemisch wurde 20 Minuten bei 1000C unter Stickstoff gerührt. Die Schwefelsäure wurde dann mit festem ETatriumbicarbonat neutralisiert und die Essigsäure an Rotationsverdampfer abgezogen. Durch Kugelrohrdestillation (70 bis 150 C/l mbar) des Rückstands wurden 1,1 g 3-Methyl-2,5-dihydrofuran-2-on (51 %, bezogen auf eingesetzte Methyldiacetoxybutenale) erhalten. Beispiel 7 Ein Gemisch aus 2,4 g 3-Methyl-4,4-diacetoxy-2-butenal, 0,7 g 2-Methyl-4,4-diacetoxy-2-butenal und 1,2 g 2-Methyl -2,4-diacetoxy-3-butenal wurde in 54,5 g Essigsäure, die 8,25 Gew.-% Wasser enthielt, 32 Stunden auf 1000C erhitzt. Nach der in Beispiel 1 beschriebenen Aufarbeitung wurden 0,9 g 3-Methyl-2,5-dihydrofuran-2-on (43 %, bezogen auf eingesetzte Methyldiacetoxybutenale) erhalten. Beispiel 8 Ein Gemisch aus 100 g 2-Methyl-4,4-diacetoxy-2-butenal, 0,95 g p-Toluolsulfonsäure, 90 g Wasser und 1 000 g Dioxan wurde 32 Stunden unter Rückfluss erhitzt. Nach dem Abziehen von Dioxan und Wasser wurde fraktioniert destilliert. Es wurden 17 g 3-Methyl-2,5-dihydrofuran-2-on vom nD20 Siedepunkt 62 bis 650C/1,7 mbar, n20 = 1,4652 (33 %, be- zogen auf eingesetztes 2-Methyl-4,4-diacetoxy-2-butenal) erhalten. Beispiel 9 25 g des sauren Ionenaustauschers Amberlite IR-120 wurde in einer Lösung von 100 g 2-Methyl-8,4-diacetoxy- -2-butenal in 500 g Eisessig suspendiert. Die Suspension wurde 8 Stunden bei einer Temperatur von 1000C gerührt. Nach dem Ab filtrie ren des Ionenaustauschers und Abziehen der Essigsäure wurden durch fraktionierte Destillation 24,5 g 3-Methyl-2,5-dihydrofuran-2-on (50 , bezogen auf eingesetztes 2-Methyl-4 , 4-diacetoxy-2-butenal) erhalten.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von 3-Alkyl-2,5-dihydro furan-2-onen der Formel EMI9.1 in der R1 einen Alkylrest mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen bedeutet, dadurch gekennzeichnet, dass man Butenderivate der Formeln EMI9.2 in denen R1 einen Alkylrest mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen, die Reste R2 neweils einen'Acyloxyrest der Formel EMI9.3 in der R3 für einen Alkylrest mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen oder einen Aryl- oder Cycloalkylrest mit 5 bis 7 Kohlenstoffatomen steht, oder einen Alkoxyrest mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen bedeuten, oder in denen zwei Reste R2 am gleichen Kohlenstoffatom zusammen ein Sauerstoffatom oder einen -O-(CH2)x-O-Rest mit x = 2 oder 3 bedeuten, mit sauer wirkenden Mitteln behandelt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als sauer wirkende Mittel Mineralsäuren, saure Ionenaustauscher oder Wasser enthaltende aliphatische Carbonsäuren verwendet. s L¯

Inventors: FISCHER, ROLF, DR., WEITZ, HANS-MARTIN, DR.
Applicants: BASF AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1983
Main classification: C07D307
IPC codes: C07D315