Verfahren zur Herstellung von Carotinoiden
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Carotinoiden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man einen Polyenaldehyd mit Diphosphinen der Formel
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worin die mit R bezeichneten Substituenten unsubstituierte oder durch Alkyl oder Alkoxy substituierte Arylreste bedeuten, oder mit den an der Dreifachbindung partiell hydrierten Derivaten davon umsetzt. Die mittelständige Dreifachbindung kann auch nachträglich einer katalytischen Partialhydrierung unterworfen werden.
R ist z. B. Naphthyl, p-Methoxyphenyl oder vorzugsweise Phenyl oder Tolyl. Als Polyenaldehyde verwendet man zweckmässig Aldehyde von höheren Kohlenwasserstoffen, die mehrere olefinische Bindungen tragen, welche vorzugsweise mindestens teilweise konjugiert angeordnet sind. Beispielsweise können als Ausgangsaldehyde Verbindungen der Formel
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worin n eine niedere ganze Zahl, vorzugsweise 1 oder 2, darstellt, oder solche der Formel
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oder der Formel
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verwendet werden.
Die als Ausgangsmaterialien benötigten Diphosphine können beispielsweise ausgehend von dem Diol der Formel
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oder von dem an der Dreifachbindung partiell hydrierten Derivat davon hergestellt werden. Dabei wird z. B. das zuerstgenannte Diol durch Behandlung mit konzentrierten Halogenwasserstoffsäuren in die Verbindung der Formel
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worin X ein Halogenatom bedeutet, übergeführt und letztere mit einem Triarylphosphin behandelt, worauf aus den gebildeten Diphosphoniumhalogeniden der Formel
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z. B. durch Behandlung mit Phenyllithium, Methyllithium, Grignardreagenzien oder ähnlichen organometallischen Verbindungen Halogenwasserstoff abgespaltet wird.
Das Diphosphin der Formel I wird am besten mit der ungefähr zweimolaren Menge des Polyenaldehydes unter Bildung eines intermediären Kondensationsproduktes umgesetzt, welches sofort unter Abspaltung von Triarylphosphinoxyd in die gewünschte Carotinverbindung übergeht. Die Umsetzung wird zweckmässig in Gegenwart eines inerten Lösungsmittel, wie Äther, Petroläther, Benzol, Dioxan, Tetrahydrofuran, usw. vorgenommen. Man vermischt die Komponenten vorteilhaft bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur, wobei man zweckmässig die Luft durch ein inertes Gas, z. B. Stickstoff, ersetzt.
Die allfällige Partialhydrierung kann in der für Carotinverbindungen üblichen Weise erfolgen, vorteilhafterweise durch Hydrierung in Gegenwart eines mit Blei vergifteten Palladiumkatalysators in Gegenwart von Chinolin. Die primär anfallenden cis-Verbindungen werden vorzugsweise durch Wärmeeinwirkung zu all-trans-Verbindungen isomerisiert.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhal- tenen Verbindungen stellen teils bekannte Carotinoide, wie ss-Carotin, Lycopin und Decapreno-fl-carotin dar, welche insbesonders zum Färben von Lebensmitteln Verwendung finden.
Beispiel 1
166 2, 7-Dimethyl-octadien- (1, 7)-yn- (4)-diol- (3, 6) werden in 150 ml Äthylalkohol suspendiert und die erhaltene Suspension wird auf-10 abgekühlt. Innerhalb 30 Minuten werden unter Rühren 1200 ml konz.
(48%ige) Bromwasserstoffsäure tropfenweise zugegeben, wobei die Reaktionstemperatur durch Kühlen zwischen 0 und-10 gehalten wird. Nach beendeter Zugabe wird während 15 Minuten weiter gerührt, das gebildete, leicht gelbbraun gefärbte kristalline Dibromid unter Stickstoff abgenutscht und auf dem Filter zuerst mit verdünnter Natriumbicarbonatlösung und anschliessend mit Wasser gewaschen. Das nach dem Trocknen im Vakuum bei 40 erhaltene 1,8-Dibrom2,7-dimethyl-octadien- (2, 6)-yn- (4) wird ohne weitere Reinigung weiter verwendet.
Eine Lasung von 838 g Triphenylphosphin in 3 Liter Benzol wird auf 40 erwärmt, worauf man unter Rühren bei einer Temperatur von 40-45 tropfenweise innerhalb von 2 Stunden eine Lösung von 458 g 1,8 Dibrom-2,7-dimethyl-octadien- (2, 6)-yn- (4) in 500 mol Benzol, welche 0,2 g Jod enthält, zufügt. Bald nach Beginn der Zugabe scheidet sich ein kristalliner Niederschlag ab. Nach beendeter Zugabe wird die Reaktionsmischung während weiteren 4 Stunden gerührt und anschliessend über Nacht stehengelassen. Der gebildete weisse kristalline Niederschlag wird abfiltriert, mit warmem Benzol und mit Petroläther gewaschen, und im Vakuum getrocknet. Man erhält auf diese Weise 1, 8-Di- (triphenylphosphoniumbromid)-2,7-dimethyl octadien- (2, 6)-yn- (4) vom Schmelzpunkt 223-227 .
Nach dem Umkristallisieren aus Methanol/Äthylacetat schmilzt dieses Produkt bei 238 .
Zu einem Gemisch von 21,9 g Phenyllithium mit 500 ml Äther gibt man innerhalb 30 Minuten 100 g des festen, pulverisierten 1, 8-Di- (triphenylphosphonium- bromid)-2,7-dimethyl-octadien- (2, 6)-yn- (4), wobei die Reaktionsmischung zum Sieden kommt. Der Äther wird durch Kühlen zum Rückfiuss gebracht. Die Reaktionsmischung färbt sich mit zunehmender Reaktionsdauer stark dunkelbraun. Nachdem sich alles Phenyl- lithium umgesetzt hat, wird innerhalb einer Stunde eine Lösung von 48 g 5- [2', 6', 6'-Trimethyl-cyclohexen (1')-yl- (1')]-3-methyl-pentadien- (2, 4)-al- (1) in 100 ml Äther tropfenweise zu dem Reaktionsgemisch gegeben. Die Reaktionsmischung kommt während der Addition des Aldehydes kräftig zum Kochen.
Die nach beendeter Umsetzung stark rot gefärbte Mischung wird unter Rühren und Rückfluss noch 4 Stunden unter Stickstoffatmosphäre erwärmt. Anschliessend wird auf 0 abge- kühlt und mit 200 ml Methanol versetzt. Das Reaktionsgemisch wird unter Abdestillierung des Lösungsmittels im Vakuum auf etwa 1/3 des Volumens eingeengt und die verbleibende Mischung bei-10 3 Stunden gerührt. Der gebildete kristalline Niederschlag wird abfiltriert, auf dem Filter mit wenig Methanol gewaschen und anschliessend aus Athylacetat umkristallisiert. Die Mutterlösung wird zu einer sirupösen Lösung eingeengt, mehrere Male mit Methanol gewaschen und der verbleibende Niederschlag in Äthylacetat gelöst.
Beim Stehenlassen dieser Lösung über Nacht bei -10 kristallisiert ein weiterer Anteil des Produktes aus, der ebenfalls abfiltriert und aus Äthylacetat umkristallisiert wird. Das erhaltene 1, 18-Di- [2', 6', 6'-trimethylcyclohexen- (1')-yl]-3, 7,12,16-tetramethyl-octadeca octaen- (1, 3,5,7,11,13,15,17)-yn- (9) schmilzt bei 154 .
Beispiel 2
Zu einer Lösung von 83 g 2,7-Dimethyl-octadien (1, 7)-yn- (4)-diol- (3, 6) in 500 ml Toluol gibt man 5 ml Chinolin und 10 g eines mit Blei vergifteten Palladium Calciumcarbonat-Katalysators. Nun wird bis zur Auf- nahme der theoretischen Wasserstoffmenge hydriert und die Reaktionsmischung anschliessend filtriert. Der abgetrennte Katalysator wird zweimal mit je 100 ml warmem Aceton aufgeschlämmt und die Acetonlösung mit der Toluollösung vereinigt. Die so erhaltene Mischung wird im Vakuum zur Trockne eingeengt und der kristalline Niederschlag in warmem Petroläther gelöst. Beim Abkühlen dieser Lösung kristallisiert 2,7-Dimethyl-octatrien- (1,4,7)-diol- (3,6) vom Schmelzpunkt 69-70 aus.
Eine Lösung von 36,6 g 2,7-Dimethyl-octatrien (1, 4,7)-diol- (3,6) in 100 ml Äthanol wird auf-10 ab- gekühlt und mit 250 ml konz. (48 % iger) Bromwasser stoffsäure versetzt. Nach beendeter Zugabe der Bromwasserstoffsäure wird die Reaktionsmischung während weiteren 15 Minuten bei einer Temperatur zwischen 0 und-10 gerührt und anschliessend das kristalline Produkt unter Stickstoff abfiltriert. Der feste Rückstand wird mit 5% iger Natriumbicarbonatlösung gewaschen und im Vakuum bei 35 getrocknet. Man erhält auf diese Weise 1, 8-Dibrom-2,7-dimethyl-octatrien- (2,4,6) vom Schmelzpunkt 70-71 .
Zu einer Lösung von 131 g Triphenylphosphin in 400 ml Benzol fügt man unter Rühren, innerhalb 4 Stunden, tropfenweise und bei 40-45 , eine Lösung von 53 g 1, 8-Dibrom-2,7-dimethyl-octatrien- (2,4,6) in 400 ml Benzol, welche mit 0,1 g Jod versetzt ist. Nach Beginn der Zugabe scheiden sich bald Kristalle aus.
Die Reaktionsmischung wird während 4 Stunden bei 40-45 gerührt und anschliessend über Nacht stehengelassen. Am nächsten Tag filtriert man den gebildeten Niederschlag ab und wäscht denselben mit Benzol und anschliessend mit Petroläther und trocknet im Vakuum bei 50 . Man erhält so 1, 8-Di- (triphenyl-phosphonium- bromid)-2,7-dimethyl-octatrien- (2,4,6), das nach dem Umkristallisieren aus Methanol/Äthylacetat bei 250 schmilzt.
Zu 9,25 g Phenyllithium in 150 ml Äther fügt man innerhalb 30 Minuten 46 g festes pulverisiertes 1,8-Di (triphenyl-phosphoniumbromid)-2,7-dimethyl-octa trien- (2, 4,6). Die Reaktionsmischung färbt sich tief purpurrot und die Temperatur steigt auf ungefähr 30 .
Zur Vervollständigung der Bromwasserstoffabspaltung wird die Reaktionsmischung unter Bildung von 1,8 Di- (triphenylphosphinyliden)-2, 7-dimethyl-octatrien (2,4,6) eine Stunde weitergerührt.
Die so erhaltene Reaktionsmischung wird tropfenweise innerhalb einer Stunde zu einer Lösung von 24 g 5- [2', 6', 6'-Trimethyl-cyclohexen- (l')-yl-(l')]-3-me- thyl-pentadien- (2, 4)-al- (l) in 50 ml Äther gegeben.
Während der Zugabe des Aldehydes beginnt die Reaktionsmischung zu sieden und nimmt eine tiefrote Fär- bung an. Nach beendeter Zugabe wird die warme Reaktionsmischung während 4 Stunden unter Atmosphärendruck gerührt, anschliessend auf-20 abge- kühlt und mit 200 ml Methanol versetzt. Das erhaltene Gemisch wird während 4 Stunden bei-40 gehalten, anschliessend wird der gebildete, violett gefärbte Niederschlag abfiltriert, mit Wasser, Äthanol und schliesslich mit Petroleumäther gewaschen, und im Vakuum getrocknet. Man erhält auf dieseWeise all-trans-p-Carotin, das bei 174-176 schmilzt. Nach dem Umkristallisieren aus Benzol/Methanol schmilzt dieses Produkt bei 182 .
Beispiel 3
Zu einer Lösung von 8,4 g Phenyllithium in 150 ml Äther fügt man innerhalb 30 Minuten unter Rühren in gepulverter Form 42,6 g 1, 8-Di- (triphenylphospho- niumbromid)-2, 7-dimethyl-octatrien- (2,4,6). Zwecks Vervollständigung der Bromwasserstoffabspaltung wird die Reaktionsmischung während einer Stunde weitergerührt, wobei man 1, 8-Di- (triphenylphosphinyliden)2,7-dimethyl-octatrien- (2,4,6) erhält.
Zu dem so erhaltenen Reaktionsgemisch fügt man innerhalb einer Stunde unter Rühren eine Lösung von 28,4 g 9- [2', 6', 6'-Trimethyl-cyclohexen- (l')-yl- (l')]-3, 7dimethyl-nonatetraen- (2, 4,6,8)-al- (l) in 100 ml Äther.
Dabei kommt die Reaktionsmischung zum Sieden.
Nach beendeter Zugabe wird das Reaktionsgemisch unter Rückflussbedingungen während 4 Stunden wei tergerührt, anschliessend auf-20 abgekühlt und mit 200ml Methanol versetzt. Nach dem Stehen über Nacht bei-20 wird die Mischung filtriert, der Filterrückstand mit wenig Methanol und wenig Petroleum äther gewaschen und die verbleibenden, stark violett gefärbten Kristalle im Vakuum getrocknet. Nach dem Umkristallisieren aus Methylen-chlorid/Methanol schmilzt das erhaltene 1, 26-Di- [2', 6', 6'-trimethyl-cyclo hexen- (l')-yl]-3,7,11,16,20,24-hexamethyl-hexacosa- tridecaen- (1, 3,5,7,9,11,13,15,17,19,21,23,25) [Decapreno-p-Carotin] bei 191 .
Beispiel 4
Zu einer Lösung von 16,8 g Phenyllithium in 300 ml Äther werden innerhalb 30 Minuten unter Rühren 82 g pulversisiertes 1, 8-Di- (triphenylphosphoniumbromid)- 2,7-dimethyl-octadien- (2, 6)-yn- (4) gegeben. Nun wird das Reaktionsgemisch während einer Stunde gerührt und anschliessend eine Lösung von 56,8 g 9- (2', 6', 6'trimethyl-cyclohexen- (1')-yl- (1')]-3, 7-dimethyl-no natetraen- (2, 4,6,8)-al- (l) in 200 ml Äther innerhalb einer Stunde zugegeben. Unter Rückflussbedingungen wird während 4 Stunden weiter gerührt, dann das Reaktionsgemisch in einem Eisbad abgekühlt und auf einmal mit 400 ml Methylalkohol versetzt.
Die Reaktionsmischung wird 30 Minuten gerührt, anschliessend auf die Hälfte ihres Volumens eingeengt und die verbleibende Lösung während 4 Stunden bei-20 gehal- ten, worauf der gebildete Niederschlag abfiltriert wird.
Das erhaltene, stark rot gefärbte kristalline 1,26-Di [2', 6', 6'-trimethyl-cyclohexen- (1')-yl]-3, 7, 11, 16,20,24hexamethyl-hexacosadodecaen- (1,3,5,7,9,11,15,17,19,21,23,25)-yn- (13) schmilzt nach Umkristallisieren aus Methylenchlorid/Methanol bei 189 und absorbiert im U. V. bei 481 und 513-514 my (in Petroläther).