Procédé pour la préparation de mélanges de pseudo-irones
Des mélanges de pseudo-irones (méthyl-3pseudo-ionones ; triméthyl-2, 3,6-undécatriène2,6,8-one-10) destinés à la production des irones (méthyl-6-ionones) par cyclisation ont été réalisés, dans l'ordre des procédés les plus pratiques, par les deux voies suivantes :
La première voie est relative à la condensation avec l'acétone des méthyl-3-citrals obtenus, par exemple, par le traitement du méthyl-3- linalol par un réactif oxydant à base d'acide chromique et d'acide sulfurique (voyez par exemple : Naves, Grampoloff et Bachmann,
Helvetica Chimica Acta, vol. 30, p. 1605 (1947) ; L. Givaudan & Cie S.
A., brevets suisses No 284407 et No 293695) ou par le traitement d'un mélange de méthyl-3-géraniol et de méthyl-3-nérol par la réaction d'Oppenauer (voyez p. ex. : Naves, Grampoloff et Bachmann, loc. cit., p. 1607). On obtient par cette voie un mélange de pseudo-irones trans et cis, dont les constituants sont parfaitement caracté- risés, notamment par leurs semicarbazones fondant respectivement à 1900-190 , 5 et à 177 -177 , 5 et par leurs phényl-4-semicarbazones fondant respectivement à 1820 182 , 5 et à 171 -171 , 5 (Naves, Grampoloff et Bachmann, loc. cit., p. 1608).
La pseudo-irone dé- nommée cis est aisément isomérisée, par simple chauffage, en pseudo-irone dénommée trans, qui est celle à laquelle correspondent la semicarbazone fondant à 190 -190 , 5 et la phényl-4-semicarbazone fondant à 182 -182 , 5 ; cette isomérisation a été réalisée et décrite originalement par Naves et Ardizio (Bulletin de la Société Chimique de France, 1950, p. M.
797,798).
La seconde voie consiste dans une application de la réaction de Carroll de dégradation d'esters acétylacétiques d'alcools a, 0 insaturés en cétones (Carroll, J. Chem. Soc. (London), 1940, p. 704,1266 ; 1941, p. 507 ; voyez ég. Kimel et Cope, J. Am. Chem. Soc., vol 65, p. 1997
(1943) ; L. Givaudan & Cie S. A., brevet suisse No 260081).
Cette réaction qui donne par exemple, à partir de l'acétylacétate du linalol, les dihydro-a, 5-pseudo-ionones (géranylacétones)
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livre, lorsqu'on l'applique non à l'acétylacétate du linalol, mais à celui du déhydro-linalol, qui est l'alcool acétylénique correspondant, au lieu des dihydro-pseudo-ionones, les pseudo-ionones
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Elle a été appliquée à la production des pseudo-irones à partir du déhydro-méthyl-3- linalol (Kimel et Sax, brevet américain (U. S. P.) N 2661368).
Cette réaction de dégradation d'esters acé tylacétiques en diénones peut tre aisément prévue et expliquée sur la base des travaux antérieurs de Kimel et Cope (J. Am. Chem. Soc., vol. 65, p. 1993 (1943) et par l'analogie avec la condensation des éthynylcarbinols avec les phénols conduisant aux chromènes (Karrer, Legler et Schwab, Helv. Chim. Acta, vol. 23, p. 1132 (1940) ; Spath et coll., Ber. deutsch chem. Ges., vol. 72, p. 963,2093 ; vol. 74, p. 193 (1941) ainsi que l'a exposé
Lacey (J. Chem. Soc. (London), 1954, p. 827).
On sait que les esters acétylacétiques d'alcools tertiaires a, p-insaturés peuvent tre obtenus aisément, soit par l'alcoolyse d'esters acé tylacétiques tels que l'acétylacétate d'éthyle par l'alcool tertiaire, en l'absence mme de catalyseur, ainsi que l'a montré Carroll (Communication au XIe Congrès international de chimie pure et appliquée, Londres, 1947 ; com parez Åa Peters, Ber. deutsch. chem. Ges., vol.
20, p. 3323 (1887)), soit par la réaction du dicétène sur 1'alcool en présence d'un catalyseur qui peut-tre un acide (voyez p. ex. Boese, brevet américain No 2167168 ; Ind. Eng.
Chem., vol. 32, p. 16 (1940)) ; un alcoolate alcalin (voyez p. ex. Chick et Wilsmore (J. chem. Soc. (London), vol. 93, p. 946 (1908) ; vol. 97, p. 1978 (1910)) ; une base azotée, etc.
La transformation des esters acétylacétiques des éthynylcarbinols en diénones peut tre ef fectuée soit par l'action d'acides, tels que par exemple, l'acide p-toluène-sulfonique, l'acide sulfurique, l'acide phosphorique, le chlorure ferrique, agissant à 180-200 (Lacey, J. chem. Soc.
(London), 1954, p. 827), soit parle simple chauf- fage à 160-180 (Kimel et Sax, brevet américain (U. S. P.) ? 2661368). Il est toutefois évident que, dans le cas où il s'agit des pseudo-ionones ou de leurs homologues, l'action desdits agents acides dans lesdites conditions affectera la diénone en la transformant en divers produits de cyclisation de valeurs inégales (voyez Naves et coll., Bull. Soc. Chim. Fr., 1953, p. 494 ; M 873 ; 1954p. M 661). Il s'ensuit qu'il est préfé- rable de réaliser la dégradation de 1'ester acétyl- acétique par simple chauffage comme c'est le cas dans les travaux initiateurs de Carroll.
L'emploi du dicétène pour la préparation des esters acétylacétiques impose un certain nombre de sujétions qui ne peuvent guère tre supportées que par la grande industrie. La préparation du dicétène demande des installations particulières et coûteuses ; le réactif est délicat à conserver, il est dangereux à transporter et il est hautement toxique.
Il a été découvert que dans certaines conditions, il est possible d'obtenir, avec d'excellents rendements, des mélanges des pseudo-irones cis et trans riches en stéréoisomérie trans, sans recourir au dicétone, en effectuant en une seule opération la réaction du déhydro-méthyl-3-linalol avec un ester acétylacétique tel que l'acétylacé- tate d'éthyle et la décarboxylation du produit intermédiaire en un mélange de cis-et de transpseudo-irones, les conditions étant telles que la production de trans-pseudo-irones soit avan tagée.
Ce résultat peut tre atteint, par exemple, en chauffant ensemble, entre 160 et 180 , dans un appareil éliminant de façon continue l'al- cool estérifié dans l'acétylacétate-chargé, l'an- hydride carbonique et les produits secondaires à bas point d'ébullition de la réaction, et en séparant ensuite, par exemple par distillation fractionnée, les produits demeurant dans l'ap- pareil de réaction et parmi lesquels se trouvent les pseudo-irones.
Le mélange de pseudo-irones obtenu par une série de distillations convenable n'est pas parfaitement pur. En particulier, son indice de réfraction souligne la présence d'autres substances. Toutefois, lorsqu'on cyclise ce mélange par le trifluorure de bore, procédé du brevet américain (U. S. P.) No 2517800, brevet suisse correspondant L. Givaudan & Cie S. A., No 273699, et que l'on traite le produit de la cyclisation par distillation fractionnée, on sépare aisément de ses impuretés un mélange d'irones d'excellente qualité, les produits secondaires contenus dans le mélange soumis à la cyclisation conduisant en majeure partie à des substances aisément rassemblées dans les ttes de distillation.
Il importe de souligner que la réaction peut tre effectuée à des températures inférieures à 1600 ou supérieures à 180 , que la durée du chauffage peut tre abrégée ou prolongée, que la proportion d'ester acétylacétique chargée peut tre diminuée ou augmentée. Ces modifications abaissent le rendement de l'opération, élèvent le prix de revient du produit.
Les exemples suivants de réalisation illustrent l'invention.
Exemple 1-:
Dans un appareil distillatoire comportant un récipient de 40 à 50 litres, muni d'un agitateur et surmonté d'une courte colonne de rectification accouplée à un réfrigérant, on charge 10 kg de déhydro-méthyl-3-linalol et 23,5 kg (3 molécules par molécule du premier) d'acé- tylacétate d'éthyle. On porte rapidement à 1600 en agitant modérément, puis on maintient cette température durant 36 heures, sans interruption du chauffage ni de l'agitation.
Durant l'opération, on recueille un distillat constitué en majeure partie d'alcool éthylique et il se dégage de l'anhydride carbonique. Le cours de la réaction peut tre suivi par l'estimation, en fonction du temps, de la quantité d'anhydride carbonique dégagée. Le dégagement, d'abord abondant, diminue progressivement et il ralentit fortement dès qu'il a été éli- miné 0,75 à 0,80 molécule d'anhydride carbonique par molécule de déhydro-méthyl-3-li- nalol chargé. Le cours de la réaction peut tre également suivi par l'estimation des quantités d'alcool éthylique distillé, qui, exprimées éga- lement en rapports moléculaires et portées en graphique (coordonnées : rapports et temps), donnent une courbe voisine de celle relative à l'anhydride carbonique.
Au terme des 36 heures, on abaisse la température vers 500 et on applique dans l'appareil un vide progressif atteignant finalement environ 4 mm Hg, de manière à distiller l'excès d'acétylacétate d'éthyle et les produits de réac- tion à bas point d'ébullition. On relève progressivement la température jusqu'à ce qu'elle atteigne environ 100 en tte de colonne.
Le produit, pesant 9,200 kg, demeurant dans le ballon, refroidi, est transvasé dans un rectificateur convenable et fractionné par des distillations sous 1 à 3 mm, en suivant la séparation des pseudo-irones par la mesure des indices de réfraction. On sélectionne comme pseudo-irones pour l'usage technique les fractions dont l'indice de réfraction n20 dépasse 1,530, en reprenant en distillation les fractions précé- dentes et suivantes.
On obtient finalement 5,900 kg d'un mélange de pseudo-irones stéréoisomères ayant pour caractères :
d24 = 0,908 ;
nD = 1,5312
(nFnc) = 0,0262 et titrant 97,2 O/o par oximation.
La cyclisation de 100 g de ce mélange au moyen du trifluorure de bore, selon le procé- dé du brevet suisse L. Givaudan & Cie S. A., No 273699, donne 72,6 g d'irone alpha technique dans lequel-le spectre d'absorption infrarouge indique, d'après les contours des bandes d'absorption de nombres d'ondes 1052 et 1060 cm-1 (voyez Naves, Perfumery and Essential Oil Record, vol. 45, p. 127 (1954)), la présence de 55 à 60 parties de cis (2,6)-irones alpha pour 45 à 40 parties de trans (2,6)-irones alpha.
10 g de ce produit étant hydrogénés et le produit d'hydrogénation converti en semicarbazones comme décrit par Naves (Bull. Soc.
Chim. France, 1954, p. M 328,670), on obtient 5,0 g de semicarbazone de cis (2,6)-dihydro-irone alpha-et 3,5 g de semicarbazone de trans (2,6)-dihydro-irone alpha.
Exemple 2 :
L'opération est menée identiquement comme dans 1'exemple 1, avec les mmes dispositifs, à cela près que la température de réaction est portée à 180 . La pente de la courbe traduisant le dégagement d'anhydride carbonique est plus accusée durant les 15 à 20 premières heures de l'opération, elle 1'est moins ensuite et le ralentissement devient très marqué, comme dans l'opération précédente, lorsqu'il s'est dégagé 0,75 à 0,80 molécule d'anhydride par molécule de déhydro-méthyl-3-linalol, sensiblement pour la mme durée de chauffage.
On obtient finalement 5,560 kg de mélange de pseudo-irones stéréoisomères ayant pour caractères :
d20 = 0, ; nD = 1, 5310 ;
(n ;,-ne) = 0,0260 et titrant 96,8 o/o par oximation.
La proportion des fractions distillées venant après les pseudo-irones et des résidus de distillation, ensemble, atteint 1,550 kg, contre 1,400 kg dans l'opération décrite comme à 1'exemple 1.
10 g du mélange des pseudo-irones traités par l'acétate de semicarbazide donnent 7,1 g de semicarbazone fondant à 190 -190 , 5 de trans-pseudo-irone.
La cyclisation de 100 g du mélange, au moyen de l'acide phosphorique à 85l /ov de la manière appliquée couramment (voyez Naves
Bull. Soc. Chim. France, 1954, p. M 327,670), donne 68 g d'irone alpha technique dont le spectre d'absorption infrarouge indique, notamment par le presque effacement des bandes de nombres d'ondes 792 et 1060 cm-1, qu'elle ne renferme pas appréciablement de cis (2,6)irones alpha (voyez Naves, Perfumery and Es sential Oil Record, vol. 45, p. 127 (1954).
Process for the preparation of mixtures of pseudo-irones
Mixtures of pseudo-irones (methyl-3pseudo-ionones; trimethyl-2, 3,6-undecatriene2,6,8-one-10) intended for the production of irones (methyl-6-ionones) by cyclization were carried out, in the order of the most practical procedures, by the following two routes:
The first approach relates to the condensation with acetone of methyl-3-citrals obtained, for example, by the treatment of methyl-3-linalool with an oxidizing reagent based on chromic acid and sulfuric acid (see par example: Naves, Grampoloff and Bachmann,
Helvetica Chimica Acta, vol. 30, p. 1605 (1947); L. Givaudan & Cie S.
A., Swiss patents No 284407 and No 293695) or by the treatment of a mixture of methyl-3-geraniol and methyl-3-nerol by the Oppenauer reaction (see e.g. Naves, Grampoloff and Bachmann , loc. cit., p. 1607). A mixture of trans and cis pseudo-irones is obtained by this route, the constituents of which are perfectly characterized, in particular by their semicarbazones melting respectively at 1900-190, 5 and at 177 -177, 5 and by their phenyl-4-. semicarbazones melting at 1820 182, 5 and at 171-171, 5 respectively (Naves, Grampoloff and Bachmann, loc. cit., p. 1608).
The pseudo-irone called cis is easily isomerized, by simple heating, into pseudo-irone called trans, which is that to which correspond the semicarbazone melting at 190 -190, 5 and the phenyl-4-semicarbazone melting at 182 -182 , 5; this isomerization was carried out and described originally by Naves and Ardizio (Bulletin de la Société Chimique de France, 1950, p. M.
797,798).
The second route consists in an application of the Carroll reaction of degradation of acetylacetic esters of α, 0 unsaturated alcohols into ketones (Carroll, J. Chem. Soc. (London), 1940, p. 704, 1266; 1941, p. 507; see eg Kimel and Cope, J. Am. Chem. Soc., vol 65, p. 1997
(1943); L. Givaudan & Cie S. A., Swiss Patent No 260081).
This reaction which gives, for example, from linalool acetylacetate, dihydro-a, 5-pseudo-ionones (geranylacetones)
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delivers, when applied not to the acetylacetate of linalool, but to that of dehydro-linalool, which is the corresponding acetylenic alcohol, instead of the dihydro-pseudo-ionones, the pseudo-ionones
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It has been applied to the production of pseudo-irones from dehydro-methyl-3-linalool (Kimel and Sax, US patent (U. S. P.) N 2661368).
This reaction of degradation of acetylacetic esters into dienones can be easily predicted and explained on the basis of the previous work of Kimel and Cope (J. Am. Chem. Soc., Vol. 65, p. 1993 (1943) and by analogy with the condensation of ethynylcarbinols with phenols leading to chromenes (Karrer, Legler and Schwab, Helv. Chim. Acta, vol. 23, p. 1132 (1940); Spath et al., Ber. deutsch chem. Ges., vol. 72, p. 963,2093; vol. 74, p. 193 (1941) as stated
Lacey (J. Chem. Soc. (London), 1954, p. 827).
It is known that the acetylacetic esters of α, p-unsaturated tertiary alcohols can be obtained easily, either by the alcoholysis of acetylacetic esters such as ethyl acetylacetate with tertiary alcohol, even in the absence of catalyst, as Carroll has shown (Communication to the XIth International Congress of Pure and Applied Chemistry, London, 1947; compare Åa Peters, Ber. deutsch. chem. Ges., vol.
20, p. 3323 (1887)) or by the reaction of diketene with alcohol in the presence of a catalyst which may be an acid (see eg Boese, US Pat. No. 2167168; Ind. Eng.
Chem., Vol. 32, p. 16 (1940)); an alkaline alcoholate (see eg Chick and Wilsmore (J. chem. Soc. (London), vol. 93, p. 946 (1908); vol. 97, p. 1978 (1910)); a nitrogenous base, etc.
The transformation of the acetylacetic esters of ethynylcarbinols into dienones can be carried out either by the action of acids, such as, for example, p-toluenesulphonic acid, sulfuric acid, phosphoric acid, ferric chloride, acting at 180-200 (Lacey, J. chem. Soc.
(London), 1954, p. 827) or by simple heating to 160-180 (Kimel and Sax, US Patent (U. S. P.)? 2,661,368). However, it is evident that in the case of pseudo-ionones or their homologues, the action of said acidic agents under said conditions will affect the dienone transforming it into various cyclization products of unequal values (see Naves et al. coll., Bull. Soc. Chim. Fr., 1953, p. 494; M 873; 1954p. M 661). It follows that it is preferable to achieve the degradation of the acetylacetic ester by simple heating as is the case in the original work of Carroll.
The use of diketene for the preparation of acetylacetic esters imposes a certain number of constraints which can hardly be tolerated except by large-scale industry. The preparation of diketene requires special and expensive installations; the reagent is delicate to store, it is dangerous to transport and it is highly toxic.
It has been discovered that under certain conditions it is possible to obtain, with excellent yields, mixtures of the cis and trans pseudo-irones rich in trans stereoisomerism, without resorting to diketone, by carrying out the reaction of dehydro-methyl-3-linalool with an acetylacetic ester such as ethyl acetylacetate and decarboxylation of the intermediate to a mixture of cis- and transpseudo-irones, the conditions being such that the production of trans-pseudo -irones is advanced.
This result can be achieved, for example, by heating together, between 160 and 180, in an apparatus which continuously removes the alcohol esterified in the acetylacetate-charged, carbon dioxide and the secondary products at low levels. boiling point of the reaction, and then separating, for example by fractional distillation, the products remaining in the reaction apparatus and among which are the pseudo-irones.
The mixture of pseudo-irones obtained by a series of suitable distillations is not perfectly pure. In particular, its refractive index emphasizes the presence of other substances. However, when this mixture is cyclized by boron trifluoride, the process of United States Patent (USP) No 2517800, corresponding Swiss patent L. Givaudan & Cie SA, No 273699, and the product of the cyclization is treated by distillation fractionated, a mixture of excellent quality irones is easily separated from its impurities, the secondary products contained in the mixture subjected to cyclization leading in the main to substances easily collected in the distillation heads.
It is important to underline that the reaction can be carried out at temperatures below 1600 or above 180, that the heating time can be shortened or extended, that the proportion of acetylacetic ester charged can be reduced or increased. These modifications lower the efficiency of the operation, raise the cost price of the product.
The following exemplary embodiments illustrate the invention.
Example 1-:
In a distillation apparatus comprising a 40 to 50 liter container, fitted with a stirrer and surmounted by a short rectification column coupled to a condenser, 10 kg of dehydro-methyl-3-linalool and 23.5 kg ( 3 molecules per molecule of the first) of ethyl acetylacetate. The mixture is quickly brought to 1600 with moderate stirring, then this temperature is maintained for 36 hours, without interrupting the heating or the stirring.
During the operation, a distillate consisting mainly of ethyl alcohol is collected and carbon dioxide is released. The course of the reaction can be followed by estimating, as a function of time, the quantity of carbon dioxide released. The release, at first abundant, gradually decreases and slows down sharply as soon as 0.75 to 0.80 molecules of carbon dioxide have been removed per molecule of dehydro-methyl-3-linalol charged. The course of the reaction can also be followed by estimating the quantities of distilled ethyl alcohol, which, also expressed in molecular ratios and plotted in graph (coordinates: ratios and time), give a curve close to that relating to carbon dioxide.
At the end of the 36 hours, the temperature is lowered to about 500 and a progressive vacuum is applied to the apparatus, finally reaching about 4 mm Hg, so as to distill off the excess ethyl acetylacetate and the reaction products at low boiling point. The temperature is gradually raised until it reaches approximately 100 at the top of the column.
The product, weighing 9.200 kg, remaining in the flask, cooled, is transferred to a suitable rectifier and fractionated by distillations under 1 to 3 mm, following the separation of the pseudo-irones by measuring the refractive indices. Fractions whose refractive index n20 exceeds 1.530 are selected as pseudo-irones for technical use, by taking the preceding and following fractions back in distillation.
We finally obtain 5,900 kg of a mixture of stereoisomeric pseudo-irones having for characters:
d24 = 0.908;
nD = 1.5312
(nFnc) = 0.0262 and titrating 97.2 O / o by oximation.
Cyclization of 100 g of this mixture by means of boron trifluoride, according to the process of Swiss patent L. Givaudan & Cie SA, No 273699, gives 72.6 g of technical alpha irone in which the spectrum of infrared absorption indicates, from the contours of the absorption bands of wavenumber 1052 and 1060 cm-1 (see Naves, Perfumery and Essential Oil Record, vol. 45, p. 127 (1954)), the presence of 55 to 60 parts of cis (2,6) -irones alpha to 45 to 40 parts of trans (2,6) -irones alpha.
10 g of this product being hydrogenated and the hydrogenation product converted into semicarbazones as described by Naves (Bull. Soc.
Chim. France, 1954, p. M 328.670), 5.0 g of cis (2,6) -dihydro-irone alpha-semicarbazone and 3.5 g of trans (2,6) -dihydro-irone alpha semicarbazone are obtained.
Example 2:
The operation is carried out identically as in Example 1, with the same devices, except that the reaction temperature is brought to 180. The slope of the curve reflecting the release of carbon dioxide is more pronounced during the first 15 to 20 hours of the operation, it is less then and the slowing down becomes very marked, as in the previous operation, when 0.75 to 0.80 molecules of anhydride per molecule of dehydro-methyl-3-linalool is released, substantially for the same heating time.
We finally obtain 5.560 kg of mixture of stereoisomeric pseudo-irones having for characters:
d20 = 0,; nD = 1.5310;
(n;, - ne) = 0.0260 and titrating 96.8 o / o by oximation.
The proportion of the distilled fractions coming after the pseudo-irones and of the distillation residues together reached 1.550 kg, compared with 1.400 kg in the operation described as in Example 1.
10 g of the mixture of pseudo-irones treated with semicarbazide acetate give 7.1 g of semicarbazone melting at 190 -190.5 of trans-pseudo-irone.
Cyclization of 100 g of the mixture, using phosphoric acid at 85l / ov in the manner commonly applied (see Naves
Bull. Soc. Chim. France, 1954, p. M 327.670), gives 68 g of technical alpha irone whose infrared absorption spectrum indicates, in particular by the almost erasure of the 792 and 1060 cm-1 wavenumber bands, that it does not contain appreciable cis ( 2,6) alpha irones (see Naves, Perfumery and Es sential Oil Record, vol. 45, p. 127 (1954).