Verfahren zur Herstellung von substituierten Fulvenen
Es wurde gefunden, dass Cyclopentadiene der allgemeinen Formel:
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worin mindestens ein X für Wasserstoff steht und die andern X Wasserstoff oder einwertige Substituenten, wie Alkyl, Cycloalkyl, Aralkyl oder Aryl, bedeuten, wobei zwei X gegebenenfalls gemeinsam einen Ring z.
B. unter Bildung einer Indenverbindung darstellen können, befähigt sind, in Gegenwart eines sauren Kondensationsmittels mit Formamid-Derivaten der allgemeinen Formel:
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worin einer der Reste Rl und R2 für Wasserstoff und der andere dieser beiden Reste oder beide Reste Rt und R2 für Alkyl, Cycloalkyl, Aralkyl, Aryl oder andere einwertige Substituenten stehen oder aber Rt und R2 gemeinsam einen Ring darstellen, Immoniumsalze von 6-Aminofulvenen zu bilden, und dass die erwähnten Immoniumsalze sich durch Hydrolyse leicht in Fulvenaldehyde der allgemeinen Formel
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worin die Reste X, Rl und R2 die gleichen Bedeutungen wie in den Formeln I und II haben oder aber mindestens einer der Reste X für die Gruppe -CHO steht,
überführen lassen. Bei einer auch die Fulvengruppe umfassenden Hydrolyse würden Verbindungen der allgemeinen Formel
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entstehen.
Bei der ersten Stufe des Verfahrens gemäss der Erfindung sind auf 1 Mol der Cyclopentadienverbindung 2 Mol des Formamid-Derivates anzuwenden.
Das saure Kondensationsmittel ist zweckmässig im gleichen Molverhältnis wie das Formamid-Derivat anzuwenden.
Wenn mehr als ein X der Ausgangsverbindung der allgemeinen Formel I für Wasserstoff steht und die molaren Verhältnisse der Ausgangsprodukte entsprechend gewählt werden, lassen sich gemäss dem vorliegenden Verfahren auch mehrere Immoniumgruppen in das Fulvenmolekül einführen und durch Verseifung dann Fulven-Derivate erhalten, die mehr als eine Aidehydgruppe besitzen. Wenn man Dialdehyde erhalten will, muss man auf 1 Mol des Cyclopentadienderivates je 3 Mol der Formamid Komponente und des sauren Kondensationsmittels anwenden.
Als Ausgangskomponenten der allgemeinen Formel I lassen sich beliebige Cyclopentadiene anwenden, die mindestens eine CH-Gruppe besitzen, das heisst bei denen mindestens ein X in der Formel I für Wasserstoff steht. Bevorzugt sollen die andern X in der Formel I für Wasserstoff, Alkyl, Cycloalkyl, Aralkyl oder Aryl stehen. Jedoch können die Substituenten X auch z. B. für Hydroxyl-, Alkoxy-, Aldehydgruppen, Carboxylgruppen usw. stehen. Die Substituenten müssen so ausgewählt werden, dass sie die Umsetzung der Cyclopentadien-Komponente mit der Formamid-Komponente und dem sauren Kondensationsmittel nicht stören.
Als Kondensationsmittel sind vorzugsweise halogenhaltige saure Kondensationsmittel anzuwenden.
Als halogenhaltige saure Kondensationsmittel werden gemäss der Erfindung bevorzugt die Halogenide, besonders die Chloride der Phosphorsäure, verwendet.
Es können jedoch auch die Halogenide der Schwefelsäure oder der Kohlensäure, z. B. Thionylchlorid oder Phosgen, eingesetzt werden. Ausserdem wirken im gleichen Sinne auch Verbindungen vom Typ der Friedel-Crafts-Katalysatoren, wie Aluminiumchlorid oder Bortrifluorid. Da die sauren Kondensationsmittel im Verfahren gemäss der Erfindung nur die Rolle von Hilfsprodukten spielen, ist es zweckmässig, möglichst billige saure Kondensationsmittel anzuwenden.
Als Formamid-Komponenten werden bevorzugt solche Verbindungen der allgemeinen Formel II verwendet, in denen R1 und R. Alkyl-, Cycloalkyl-oder Aralkyl-Reste bedeuten oder R1 und R gemeinsam zu einem Ring zusammengeschlossen sind. Wenn den Resten R1 und R keine besondere Bedeutung zukommt, so ist das Dimethylformamid das bevorzugte, billige Ausgangsmaterial.
Die Umsetzung wird zweckmässig in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt, das mindestens eine der Reaktionskomponenten zu lösen vermag.
Als Lösungsmittel kann auch ein Überschuss der einen Reaktionskomponente verwendet werden, soweit diese bei den Reaktionstemperaturen flüssig ist.
Wenn beide Reaktionskomponenten bei der Reak- tionstemperatur flüssig sind, kann gegebenenfalls auf die Anwendung eines zusätzlichen Lösungsmittels verzichtet werden.
Eine einfache Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass man zu einer Mischung eines Formamids vom Typ 11 und eines sauren halogenhaltigen Kondensationsmittels im Molverhältnis 1:1, gegebenenfalls in ein indifferentes organisches Lösungsmittel, die berechnete Menge eines Cyclopentadiens eintropft bzw. zugibt, nach erfolgter Umsetzung die Reaktionsmischung direkt der Hydrolyse unterwirft und dann das Reaktionsprodukt in üblicher Weise durch Extraktion z. B. mit einem polaren organischen Lösungsmittel isoliert. Man kann auch zu einer Mischung der Cyclopentadien-Komponente und der Formamid-Komponente das saure halogenhaltige Kondensationsmittel hinzugeben und das Reaktionsgemisch verarbeiten.
Die Umsetzung kann bei verschiedenen Temperaturen, z. B. bei -10"C oder auch bei höheren Temperaturen, z. B. 0-80"C, durchgeführt werden.
Bei leichtflüchtigen Reaktionskomponenten wird zweckmässig bei tiefen Temperaturen gearbeitet.
Die Ausbeuten liegen bei 70-100 O/o der Theorie.
Als Lösungsmittel können, soweit dies erforderlich ist, indifferente organische Lösungsmittel wie Benzo], Toluol oder Tetrahydrofuran, verwendet werden.
Man erhält so aus Cyclopentadien bei der Durchführung der Reaktion bei etwa -1011C mit einem Molverhältnis von Cyclopentadien : Formamid : saurem halogenhaltigem Kondensationsmittel von beispielsweise 1 : 2 : 2 den entsprechenden Fulvenmonoaldehyd in einer Ausbeute bis zu 700in der Theorie und bei 0-805 > C, vorzugsweise bei 20-400 C, und einem Molverhältnis von Cyclopentadien : Formamid : saurem halogenhaltigem Kondensationsmittel von beispielsweise 1 : 3 : 3 den entsprechenden Fulvendialdehyd in einer Ausbeute von 80-1000io der Theorie.
Die Reaktion verläuft vermutlich so, dass das Formamid mit dem halogenhaltigen sauren Kondensationsmittel einen Komplex der allgemeinen Formel:
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worin R1 und R2 die gleiche Bedeutung wie in Formel II haben und R den Rest des sauren Kondensationsmittels darstellt, bildet, der mit dem Fulven unter Bildung eines Immoniumsalzes reagiert. Das Immoniumsalz hat, wenn man vom unsubstituierten Cyclopentadien ausgeht und im Molverhältnis 1:2:2 arbeitet, folgende Formel:
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Das Immoniumsalz V wird durch Hydrolyse in den Aldehyd der Formel:
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übergeführt. Dieser kann bei weitergehender Hydrolyse in die Verbindung der Formel VIa
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übergeführt werden.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren herstellbaren, bisher nicht zugänglichen Verbindungen stellen wertvolle Ausgangsprodukte für zahlreiche interessante Produkte dar. Die Erfindung als solche liegt jedoch in dem neuen und überraschenden Verfahren.
Beispiel 1
Zu einer Mischung von 66 g Cyclopentadien und 300 cm Dimethylformamid tropft man bei - 10u C unter Feuchtigkeitsausschluss und intensivem Rühren das Gemisch von 307 g Phosphoroxychlorid und 300 cm3 Dimethylformamid. Dabei soll die Temperatur - 100 C nicht übersteigen. Nachdem das Reaktionsgemisch während 4 Stunden bei -10" C gerührt wurde, giesst man es in Eiswasser und macht die so erhaltene wässrige Lösung mit Natronlauge schwach alkalisch. Diese Lösung wird dann mehrmals mit Chloroform extrahiert, die vereinigten Chloroformauszüge mit wenig Wasser gewaschen und anschliessend das Chloroform abdestilliert. Der feste Rückstand wird aus Ligroin oder Methylcyclohexan umkristallisiert.
Man erhält den Aldehyd der folgenden Konstitution:
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in einer Ausbeute von 670/U der Theorie. Schmelzpunkt 82-830 C. Gelbliche Nadeln.
Beispiel 2
Zu einer Mischung von 460 g Phosphoroxychlorid und 800 cm3 Dimethylformamid tropft man langsam eine Lösung von 66 g Cyclopentadien in 100 cm3 Dimethylformamid. Dabei soll die Temperatur des Reaktionsgemisches 40"C nicht übersteigen. Die viskose, rote Reaktionsmischung wird während 3 Stunden nachgerührt, dann in Eiswasser gegossen und schwach alkalisch gemacht. Die wässrige Lösung extrahiert man mehrmals mit Chloroform, wäscht die vereinigten Chloroformauszüge mit wenig Wasser und destilliert dann das Chloroform ab. Der Rückstand wird dann aus Isopropanol unter Zusatz von Aktivkohle umkristallisiert. Man erhält den Dialdehyd der Konstitution
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in Form schwach gelber Nadeln, die bei 141-1420 C schmelzen, in einer Ausbeute von 960/0 der Theorie.
Die Verbindung ist schwerlöslich in Ligroin, Äther und Benzol, löslich in Äthanol, Isopropanol, Chloroform und Methylenchlorid.
Beispiel 3
Zu einer Mischung von 208 g Phosphorpentachlorid und 350 cm3 Dimethylformamid tropft man unter Rühren und Feuchtigkeitsausschluss 22 g Cyclopentadien. Die Temperatur des Reaktionsgemisches soll dabei 50 C nicht übersteigen. Die rote, viskose Reaktionslösung wird während 2 Stunden nachgerührt und dann in Eiswasser gegossen. Die so erhaltene wässrige Lösung wird mit Natronlauge schwach alkalisch gemacht und mehrmals mit Chloroform extrahiert. Aus den vereinigten Chloroformauszügen erhält man den in Beispiel 2 näher beschriebenen Fulven-dialdehyd in einer Ausbeute von 83 ovo der Theorie.
Beispiel 4
Zu einer Lösung von 300 g Phosgen in 1,5 1 Toluol tropft man unter intensivem Rühren, Eiskühlung und Feuchtigkeitsausschluss 220 g Dimethylformamid. Zu der so erhaltenen Suspension des Komplexes aus Dimethylformamid und Phosgen in Toluol tropft man 66 g Cyclopentadien und riihrt anschliessend die rote Reaktionsmischung während 7 Stunden bei Raumtemperatur. Das Reaktionsgemisch wird dann in Eiswasser gegossen, mit Natronlauge schwach alkalisch gemacht und mit Chloroform mehrmals extrahiert. Aus den vereinigten Chloroformauszügen erhält man den in Beispiel 2 beschriebenen Fulven-dialdehyd in einer Ausbeute von 87 /o der Theorie.
Beispiel 5
Zu einer Lösung von 54 g Isopropylcyclopentadien in 100 cm3 Dimethylformamid tropft man unter Feuchtigkeitsausschluss und intensivem Rühren bei -10 bis -20' C eine Mischung von 153 g Phosphoroxychlorid und 300 cm3 Dimethylformamid so ein, dass die Temperatur dabei -10"C nicht übersteigt. Nach etwa 3 Stunden wird die gelbe Reaktionslösung in Eiswasser eingerührt, mit verdünnter Natronlauge schwach alkalisch gemacht und dann mehrmals mit Chloroform extrahiert. Die vereinigten Chloroformauszüge wäscht man mit wenig Wasser und destilliert dann das Chloroform ab. Der Rückstand wird aus Ligroin umkristallisiert.
Man erhält so den Fulven-aldehyd der folgenden Konstitution:
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in Form gelber Nadeln, die bei 130-131 C schmelzen, in einer Ausbeute von 680/0 der Theorie.
Beispiel 6
Zu einer Mischung von 460 g Phosphoroxychlorid und 600 cm3 Dimethylformamid tropft man unter intensivem Rühren und Feuchtigkeitsausschluss 108 g Isopropylcyclopentadien, das in 200 cm3 Dimethylformamid gelöst ist. Die Reaktionstempe ratur soll dabei 30-40"C nicht überschreiten. Nach etwa 3 Stunden wird die rote Reaktionslösung in Eiswasser gegossen und mit verdünnter Natronlauge schwach alkalisch gemacht. Dabei scheidet sich ein rotes Öl ab. Dieses wird abgetrennt und die wässrige Phase mehrmals mit Chloroform extrahiert. Das rote Öl vereinigt man mit den Chloroformauszügen, wäscht mit wenig Wasser und destilliert dann mit Chloroform ab. Der Rückstand wird aus Isopropanol umkristallisiert.
Man erhält so den Dialdehyd der folgenden Konstitution:
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in Form gelber Prismen, die bei 137-138" C schmelzen, in einer Ausbeute von 840/0 der Theorie.
Beispiel 7
In eine Mischung von 460 g Phosphoroxychlorid und 500 cm3 Dimethylformamid tropft man unter intensivem Rühren und Feuchtigkeitsausschluss 80 g Methylcyclopentadien so ein, dass die Reaktionstemperatur 40"C nicht überschreitet. Die gelbe Reaktionslösung wird noch während 3 Stunden bei Raumtemperatur nachgerührt, dann in Eiswasser gegossen und mit verdünnter Natronlauge schwach alkalisch gemacht. Nach der Aufarbeitung, wie im Beispiel 6 beschrieben, erhält man den Fulvendialdehyd der folgenden Konstitution:
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in Form gelber Nadeln vom Schmelzpunkt 184 bis 185 C in einer Ausbeute von 950/0 der Theorie.
Beispiel 8
15,6 g Benzylcyclopentadien, gelöst in 100 cm3 Dimethylformamid, tropft man unter Feuchtigkeitsausschluss und intensivem Rühren in eine Mischung von 50 g Phosphoroxychlorid und 100 cm3 Dimethylformamid ein. Die Temperatur des Reaktionsgemisches soll dabei 30-40"C nicht übersteigen. Die gelbe Reaktionslösung wird dann in Eiswasser eingerührt, diese Mischung zur Entfernung von Neutralteilen mit Benzol extrahiert und anschliessend die wässrige Lösung mit Natronlauge schwach alkalisch gemacht. Nach der Aufarbeitung, wie im Beispiel 6 beschrieben, erhält man den Dialdehyd der folgenden Konstitution:
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in farblosen Kristallen vom Schmelzpunkt 186-187" C (aus Athanol) in einer Ausbeute von 780/0 der Theorie.
Beispiel 9
In eine Mischung von 31 g Phosphoroxychlorid und 100 cm3 Dimethylformamid tropft man unter intensivem Rühren und Feuchtigkeitsausschluss unter Eiskühlung 12,2 g tert. Butylcyclopentadien so ein, dass die Temperatur des Reaktionsgemisches 10"C nicht übersteigt. Nach etwa 2 Stunden wird die gelbrote Reaktionslösung in Eiswasser gegossen, schwach alkalisch gemacht und mit Chloroform mehrmals extrahiert. Die vereinigten Chloroformauszüge wäscht man mit wenig Wasser, destilliert dann das Chloroform ab und kristallisiert den Rückstand aus Isopropanol um. Man erhält so den Aldehyd folgender Konstitution:
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in Form gelber Nadeln vom Schmelzpunkt 155 bis 156 C in einer Ausbeute von etwa 718/0 der Theorie.
Beispiel 10 12,2 g tert. Butylcyclopentadien tropft man unter Rühren und Feuchtigkeitsausschluss in eine Mischung von 50 g Phosphoroxychlorid und 100 cm3 Dimethylformamid. Anschliessend wird die gelbe Reaktionslösung während 3-4 Stunden auf etwa 60"C erhitzt und nach dem Erkalten in Eiswasser gegossen. Nach der Aufarbeitung, wie in Beispiel 9 beschrieben, erhält man den Dialdehyd der folgenden Konstitution:
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in Form gelber Nadeln vom Schmelzpunkt 192 bis 193 C in einer Ausbeute von 89 O/o der Theorie.
Beispiel 11
In eine Mischung von 50 g Phosphoroxychlorid und 100 cm3 Dimethylformamid tropft man eine Lösung von 11,6 g Inden in 30 cm3 Dimethylformamid unter Feuchtigkeitsausschluss in intensivem Rühren ein. Die Reaktionslösung wird dann während 4 Stunden auf 90-100 C erhitzt, anschliessend, nach dem Erkalten, in Eiswasser gegossen und zur Entfernung von Neutralteilen mit Benzol extrahiert. Die wässrige Phase wird dann mit verdünnter Natronlauge schwach alkalisch gemacht und mit Chloroform mehr m als extrahiert. Die vereinigten Chloroform auszüge
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in rotbraunen Blättchen vom Schmelzpunkt 176 bis 177'3 C in einer Ausbeute von 640/0 der Theorie.
Beispiel 12
8,8 g 6-Dimethylamino-fulven-3,4-dialdehyd werden mit 50 cm3 2n Natronlauge unter Rühren auf dem siedenden Wasserbad so lange erhitzt, bis keine Aminentwicklung mehr beobachtet werden kann. Die alkalische Lösung wird nach dem Erkalten mit 2n Salzsäure angesäuert. Die dabei ausfallenden feinen, gelben Nadeln werden abgesaugt, getrocknet und aus Ligroin unter Zusatz von Aktivkohle umkristallisiert.
Man erhält so den 6-Hydroxy-fulven-3,4-dialdehyd der Formel:
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in gelben Nadeln vom Schmelzpunkt 140-141 C in einer Ausbeute von 9O 0/o der Theorie.
Beispiel 13
Zu 30 cm Dimethylformamid gibt man bei 20 C langsam 9,2 cm3 Phosphoroxychlorid und tropft in diese Mischung unter intensivem Rühren und Feuchtigkeitsausschluss 6,9 g monomeren Cyclopentadiencarbonsäureäthylester so ein, dass die Reaktionstemperatur 40"C nicht überschreitet. Die gelbe Reaktionslösung wird noch etwa drei Stunden bei Raumtemperatur nachgerührt, dann in Eiswasser gegossen und mit verdünnter Natronlauge schwach alkalisch gemacht. Die wässrige Phase wird mehrmals mit Chloroform extrahiert. Die vereinigten Chloroformauszüge wäscht man mit wenig Wasser und destilliert dann das Chloroform ab. Der Rückstand wird aus Isopropanol umkristallisiert.
Man erhält so den Dialdehyd der folgenden Konstitution: wäscht man mit Wasser, destilliert dann das Chloroform ab und kristallisiert den Rückstand aus Essigester um. Man erhält den Dialdehyd der folgenden Konstitution:
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in Form brauner Kristalle, die bis 2000C nicht schmelzen, in einer Ausbeute von 48 1/o der Theorie.