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Research Collection

Doctoral Thesis

Die Synthese des γ-Jonons

Author(s): Willhalm, Bruno

Publication Date: 1953

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Prom. Nr. 2228

Die Synthese des ^-Jonons

VON DER

EIDGENÖSSISCHEN TECHNISCHEN

HOCHSCHULE IN ZÜRICH

ZUR ERLANGUNG

DER WÜRDE EINES DOKTORS

DER NATURWISSENSCHAFTEN

GENEHMIGTE

PROMOTIONSARBEIT

VORGELEGT VON

BRUNO WILLHALM

dipl. Naturwissenschafter

VON WATTWIL

REFERENT: HERR PROF. DR. L. RUZICKA

KORREFERENT: HERR PROF. DR. V. PRELOG

ZÜRICH 1953

BRUNNER & BODMER

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MEINEN LIEBEN ELTERN

Meinem verehrten Lehrer

Herrn Prof. Dr. L. Ruzicka

sowie den Herren

Dr. H. Schinz und Dr. C.F. Seidel

möchte ich an dieser Stelle den herzlichsten Dank ausspre¬

chen für ihre wertvollen Ratschläge und das rege Interesse,

das sie meiner Arbeit stets entgegenbrachten.

INHALTSVERZEICHNIS

THEORETISCHER TEIL

EINLEITUNG 6

DIE VERSCHIEDENEN SYNTHESE - VERSUCHE 10

1 ) Wege über das Aethylenketal des 1,1-Dimethyl-

2-oxymethyl-cyclohexanon- ( 3 ) 10

2 ) Versuche zur Synthese von Dihydro- f -jonon 13

3 ) Anwendung der Methode von Wallach auf den

1, l-Dimethyl-cyclohexanon- (3 )-carbonsäure- (2 )-ester 15

Infrarot-Spektren 21

EXPERIMENTELLER TEIL

1, l-Dimethyl-cyclohexanon- (3 )-carbonsäure- (2 )-ester 22

1 ) Wege über das Aethylenketal des 1,1-Dimethyl-

2-oxymethyl-cyclohexanon-(3 ) 24

2 ) Versuche zur Synthese von Dihydro- r -jonon 28

3 ) Anwendung der Methode von Wallach auf den

1,1-Dimethyl-cyclohexanon-(3 )-carbonsäure- (2 )-ester 31

5

THEORETISCHER TEIL

A. EINLEITUNG

Das Jonon wurde im Jahre 1890 von TIEMANN und KRÜGER durch einen Zu¬

fall entdeckt. Sie befassten sich damals mit der Konstitutionsaufklärung des Irons

(1 ). Auf Grund ihrer Analysenwerte nahmen sie die Bruttoformel C13H20O für

das Iron an. Im Bestreben ein Keton dieser Bruttoformel zu synthetisieren, kon¬

densierten sie Citral mit Aceton und erhielten so das Citrylidenaceton. Ein Kol¬

ben, welcher diese Substanz enthielt, entwickelte beim Reinigen mit konzentrier¬

ter Schwefelsäure Veilchengeruch. Der neue Riechstoff wurde von seinen Entdeckern

Jonon genannt und seine Entstehung durch saure Cyclisation von Citrylidenaceton,

genannt Pseudojonon, bewiesen (2 ). Sie erkannten auch, dass das Jonon in zwei

Formen, die sie o< - und ß -Jonon benannten, auftreten kann und dass diese bei¬

den Formen je nach dem Cyclisationsmittel in wechselndem Verhältnis entstehen

(3).

Die Konstitution des of - und des ß -Jonons wurde durch Abbau bewiesen (4 ).

Der Abbau des oC -Jonons (I ) führte zur Isogeronsäure (II ) und weiter zxaß,ß-Dimethyladipinsäure(III ). Entsprechend wurden aus /3 -Jonon (IV) Geronsäure

(V) und of ,a( -Dimethyladipinsäure(VI ) erhalten.

1) Zusammenfassende Darstellung siehe H. SCHINZ : Die Veilchenriechstoffe

in "Fortschritte der Chemie organischer Naturstoffe" von L. ZECHMEISTER

Bd. VIII, S. 146, Springer-Verlag Wien (1951).

2) F. Tiemann& P. Krüger, B. 26, 2675(1893).

3) F. Tiemann, B. 31, 867(1898).

4) F. Tiemann, B. 31, 808 (1898).

6

ÖC% — l^ V-p*• l^ COOH

HOOC

n

HOOC

m

=o

r^S:OOH

IV VI

Da einerseits keines der beiden Jonone den gleichen Geruch wie Iron besitzt,

anderseits aber der aus beiden Jononen erhaltene Kohlenwasserstoff Jonen die

gleichen Abbauprodukte lieferte wie der aus Iron erhaltene Kohlenwasserstoff

Iron, so war es naheliegend anzunehmen, dass das Iron dasselbe Kohlenstoffge¬rüst wie die Jonone besitze und sich von den letzeren nur durch die Lage der

Ringdoppelbindung unterscheide. Die Tiemann'sche Strukturformel VII für das

Iron wurde während mehr als 40 Jahren allgemein als richtig angesehen.Erst im Jahre 1933 wurde die richtige Bruttoformel C14H„20 des Irons von

RUZICKA, SEIDEL und SCHINZ (1) gefunden. Zugleich wurden erstmals

einheitliche Ironpräparate mit verschiedenem Drehvermögen erhalten und die

leichte Isomerisierbarkeit des Irons festgestellt. Es erforderte aber noch sehr viel

Mühe und Arbeit, bis die Konstitution des Irons als diejenige eines 6-Methyl-

jonons feststand.

Entsprechend der Bezeichnung der Jonone wurde das Isomere VIII als oC -Iron

und das Isomere IX als /3 -Iron bezeichnet. RUZICKA, SEIDEL, SCHINZ und

PFEIFFER (2 ) fanden, dass das natürliche Irisketon zu 70-75 % aus dem Isomeren

X, das als f~ -Iron bezeichnet wurde, besteht. ^-Iron kommt im genuinen Iron

nicht in nennenswerter Menge vor ; die restlichen 25-30 "k entfallen auf das

c( -Isomere.

1 ) L. Ruzicka, CF. Seidel & H. Schinz, Helv. 1£, 1143 (1933 ).

2)L. Ruzicka, CF. Seidel, H. Schinz & M. Pfeiffer, Helv. 30, 1807

(1947 ) ; pli cacheté (28. 6. 1946 ).

7

**- und /j-Iron sind durch Cyclisation von Pseudoiron (XI ) leicht zugäng¬

lich (1 ). Die Synthese des /"-Irons war dagegen noch nicht gelungen und wur¬

de gleichzeitig mit der vorliegenden Arbeit von FAVRE unternommen (2).

CO V^v f=0 =0

VII VIII IX

Co tÏXoXI

NAVES (3 ) isolierte kürzlich eine ganz geringe Menge ^f-Iron als Phenyl-

semicarbazon aus dem Cyclisationsgemisch von Pseudoiron. Hingegen gelang es

ihm nicht, J^-Jonon aus dem Cyclisationsgemisch von Pseudojonon zu isolieren.

Anderseits hatten RUZICKA und SEIDEL (4 ) aus den flüchtigen Anteilen

des grauen Ambra ein Keton C13H22O erhalten, in welchem möglicherweise

optisch aktives i^-Jonon vorliegt.Das Dihydro-jf-jonon (XIV), ebenfalls ein flüchtiger Bestandteil des grauen

Ambra (5 ) hat einen wesentlichen Anteil am Ambrageruch. RUZICKA, BUCHI

1 ) L. Ruzicka& H. Schinz, Helv. 23, 959 (1940); H. Schinz, L. Ruzicka,

CF. Seidel & Ch. Tavel, Helv. 30, 1810 (1947); Y.R. Naves, A.V.

Grampoloff & P. Bachmann, Helv. 30, 1599 (1947 ).

2) H. Favre, Diss. ETH Zürich, 1951.

3) Y.R. Naves, Bl. 1950, 1241.

4) L. Ruzicka & CF. Seidel, Helv. 33, 1285 (1950).

5) L. Ruzicka, CF. Seidel & M. Pfeiffer, Helv. 31, 827 (1948).

und JEGER (1 ) gelang die Synthese ausgehend von Dihydro- ö<-jonon (XII ).

Durch Anlagerung und Wiederabspaltung von Chlorwasserstoff erhielten sie ein Ge¬

misch von Dihydro-o(- und Dihydro-£ -jonon. Mit Hilfe von Kristallisation

und Chromatographie der Semicarbazone konnten sie das Dihydro- j^ -jonon fas¬

sen. Die Methode eignet sich aber nur zur Darstellung ganz kleiner Mengen.

=o l-JZ =o

XII XIII XIV

Optisch aktives Dihydro- {'-jonon entsteht bei der Oxydation des tricyclischen

Triterpenalkohols Ambreïh (XV), dem Hauptbestandteil des Ambras, mit Kalium¬

permanganat (2 ). Als zweites Spaltprodukt erhält man das Lacton (XVI ).

QC

XV XVI

Durch eine gute Synthese des f -Jonons würde das Dihydro- V" -jonon leichter

zugänglich.Das Vorkommen geringer Mengen o( - und p-Jonon wurde mehrfach in ver¬

schiedenen Pflanzen festgestellt.

1 ) L. Ruzicka, G. Büchi& O. Jeger, Helv. 31, 293 (1948 ).

2) L. Ruzicka, O. Dürst&O. Jeger, Helv. 30, 353, 1859 (1947).

9

B. DIE VERSCHIEDENEN SYNTHESE - VERSUCHE

Das Ausgangsmaterial für fast sämtliche Versuche bildete der zuerst von

STEINER (1, 2) dargestellte 1,1-Dimethyl-cyclohexanon-(3)- carbonsäure-

(2 )-ester (XXI ) + ). Er ist, ausgehend von Mesityloxyd (XVII ) und Malonester

(XVIII), über den Dimedoncarbonsäureester(XD£ ) und das Enolchlorid (XX)-

in guter Ausbeute zugänglich.

ÇH2- COOR PXYC£

COOR »J^Xq

XVII XVIII XIX

ciM)

OORH pd

X^COOR

XX XXI

1. Wege über das Aethylenketal des l,l-Dimethyl-2-oxymethyl-cyclohexanon-

(3) (XXIII)

STEINER (1 ) hatte diesen Körper schon erhalten, indem er den Ketoester

XXI nach SALMI (3) und KUHN (4) in den Ketalester XXü überführte und

diesen nach BOUVEAULT - BLANC mit Nauium und Alkohol zum Ketalalkohol

XXin reduzierte.

1) U. Steiner, Diss. ETH, Zürich 1951.

2) U. Steiner u. B. Willhalm. Helv.3§, 1752 (1952) ; pli cacheté (11.4.1949 ).

3) E. Salmi, B. 71, 1803 (1938 ).

4) M. Kühn. J. pr. II 156, 103 (1940).

+ ) Die Numerierung erfolgt aus Gründen der Uebersichtlichkeit derart, dass die

entspr. Substituenten die gleichen Zahlen wie beim Jonon erhalten.

10

CC—- Oà- ösohXXI XXII XXIII

Die beste Ausbeute wurde dabei unter Verwendung von Butanol erzielt. Trotz¬

dem war die Reduktion nicht ganz vollständig und der gebildete Alkohol musste

über das Borat von unverändertem Ester getrennt werden.

Nachdem das Lithium-aluminium-hydrid erhältlich geworden war, wurde die

Reduktion des Ketalesters mit diesem neuen Reduktionsmittel durchgeführt. Unter

Anwendung eines genügenden Ueberschusses verläuft die Reaktion praktisch quan¬

titativ, sodass die Borattrennung wegfällt. Die Aufarbeitung hat allerdings alka¬

lisch zu erfolgen, da der Ketalalkohol sehr empfindlich gegen Säure ist.

Nach der Methode von LAUCHENAUER und SCHINZ (1) wurde veisucht,

den Ketalalkohol XXIII zum Ketalaldehyd XXIV zu dehydrieren. Die Ausbeuten

waren aber schlecht, und weder der Aldehyd selbst, noch das daraus hergestellteThiosemicarbazon, noch das bis-Dinitrophenylhydrazon konnten rein erhalten

werden,

öS0XXIV

CHoOH

xxm

CH2OAc

XXV

-ÖCH2OAc ]></CH2OAc

HJej.COOR

XXVI XXVII

1) A. Lauchenauer & H. Schinz, Helv. 32, 1265 (1949).

11

Als Nächstes wurde der Ketalalkohol XXIII acetyliert und das entstandene

Ketalacetat XXV zum Ketolacetat XXVI gespalten. Der Versuch, die Ketogrup-

pe dieser Verbindung nach REFORMATSKY mit Zink und Bromessigester umzu¬

setzen, verlief negativ. Ausser 40 <% Ausgangsprodukt wurde nur ein halogen-

haltiges, höher siedendes Produkt erhalten. Der erwartete Oxyester XXVII wur¬

de unter den Reaktionsprodukten nicht gefunden.Schliesslich wurde noch die von STEINER (1 ) durchgeführte Synthese eines

Gemisches von d - und y- -Cyclogeraniol (XXXIII + XXXIV) wiederholt.

Sie wird durch folgendes Reaktionsschema veranschaulicht :

.X^HsOH

XXIII

>CCH2OH

><xh2oh

XXVIII

öCH2OH

xxxm XXXIV

"XOcH2OH

(Jc0H

V XXXI

XXIX

&CH2OAcOAc

XXX

><Cx:h9oac i><C-CT CC

CH2OAc

xxxn

Die Spaltung des Ketalalkohols XXIII zum yâ-Ketoal XXVIII wurde bei

Zimmertemperatur mit gesättigter, wässriger Weinsäurelösung anstelle von

Benzolsulfosäure in siedendem Aceton bewirkt. Dadurch konnte die Ausbeute von

60 auf 95 % erhöht werden.

1-) U. Steiner, Diss. ETH Zürich, 1951.

12

Aus dem Gemisch der Allophanate von d - und t* -Cyclogeraniol konnte

eine konstant schmelzende Spitzenfraktion vom Smp. 180 - 181° isoliert wer¬

den. Dieses Präparat erwies sich als identisch mit dem Allophanat des später

auf anderem Wege dargestellten f- -Cyclogeraniols.Der Gehalt des Alkoholgemisches an f -Cyclogeraniol erschien indessen nicht

als genügend hoch, um eine Fortsetzung der Synthese mit diesem Produkt als

aussichtsreich erscheinen zu lassen.

2. Versuche zur Synthese von Dihydro-Jf-jonon

Der f-Oxoburyl-Rest (CH3-COCH2-CH2-) lässt sich mit Hilfe der qua-

ternären Base aus 4-Dimethyl-amino-butanon- (2 ) zum Beispiel in ifl-Ketoester

einfuhren (1). Neuerdings konnten WICHTERLE und Mitarbeiter (2) zei¬

gen, dass der l"-Chlor-crotyl-Rest (CH3-CC1=CH-CH2-) unter dem Einfluss

von konzentrierter Schwefelsäure bei Zimmertemperatur in den J" -Oxobutyl-Rest übergeführt wird. Dabei können durch die Schwefelsäure noch Sekundärreak¬

tionen, b.B. Cyclisationen, bewirkt werden. Dies benützten PRELOG, BARMAN

und ZIMMERMANN (3) zu einer Variante der ROBINSON'sehen Synthese von

cyclischen, ungesättigten Ketonen. Sie kondensierten beispielsweise Cyclohexa-

non- (2 )-carbonsäure- (1 )-ester (XXXV ) mit 1,3-Dichlor-buten- (2 ) (XXXVI )

(Chlor-crotylchlorid ) zum 1- (^ -Chlor-crotyl )-cyclohexanon- (2 )-carbon-

säure- (1 )-ester (XXXVII ). Durch Ketonspaltung mit konzentrierter Salzsäure

in Eisessig erhielten sie das 2- (w -Chlor-crotyl ) -cyclohexanon (XXXVIII),

das mit konzentrierter Schwefelsäure in das A ' -Octalon- (2 ) (XXXIX )

überging.

1 ) R. Robinson & Mitarbeiter, Soc. 1937, 53.

V. Prelog. M.M. Wirth & L. Ruzicka, Helv. 29, 1425 (1946).

2) O. Wichterle, Collect. Trav. Chim. Tchécosl. 1£, 93 (1947 ) ; ibid.

12, 101. 129 (1947) ; ibid. 13, 206 (1948) ; ibid 1 13, 300 (1948).

3) V. Prelog & Mitarb. Helv. 32, 1284 (1949 ).

13

orQH2C1

'-ci

ÇOOR

k^4o '-ci

XXXV XXXVI XXXVII

-CCW

XXXVIII

OCXo

XXXIX

Bei der Uebertragung dieser Reaktionen auf den 1,1-Dimethyl-cyclohexanon-

(3 )-carbonsäure-(2 )-ester (XXI) zeigten sich sofort Schwierigkeiten. Unter

den von PRELOG und Mitarbeitern (I.e.) angegebenen Bedingungen (Natrium-

alkoholat in Alkohol ) gelang die Kondensation mit Chlor-crotylchlorid nicht,

weil sich offenbar das Natriumenolat des Ketoesters XXI viel schwerer bildet als

dasjenige des unsubstituierten Ketoesters XXXV. Durch Erwärmen des Ketoesters

XXI mit Natriumalkoholat in Diäthylcarbonat unter Abdestillieren des gebilde¬ten Alkohols über eine Kolonne konnte das Natriumenolat erhalten werden. Spä¬

ter wurde es auch durch Erwärmen des Ketoesters mit pulverisiertem Natrium in

Benzol dargestellt. Die Umsetzung mit Chlor-crotylchlorid lieferte den 1,1-

Dimethyl-2-(f - chlor-crotyl )-cyclohexanon- (3 ) -carbonsäure- (2 )-ester (XL),

der durch das 2,4-Dinitrophenylhydrazon (Smp. des Methylesters 149-150 )

charakterisiert wurde. Die Ketonspaltung ergab in ungefähr 40 % Ausbeute ein

Gemisch von l.l-Dimethyl-2-( y -chlor-crotyl )-cyclohexanon- (3 ) (XLI )

und A '

-l,l-Dimethyl-octalon-(6 ) (XLII), deren Dinitrophenylhydrazoneleicht getrennt werden konnten (+ ). Daneben wurden noch ca. 40% 1,1-

Dimethyl-cyclohexanon- (3 ) (XLIII ) erhalten, das als Dinitro-phenylhydrazonvom Smp. 139-140° identifiziert wurde. Dies lässt vermuten, dass der Ketoester

XXI neben der C-Alkylierung auch zur O-Alkylierung führt (XL + XLIV),

was die Entstehung des Dimethyl-cyclohexanons leichter erklären würde.

+ ) Das Enolchlorid war also unter den Bedingungen der Ketonspaltung, die we¬

gen der sterischen Hinderung energisch sein müssen, teilweise ins Diketon

verwandelt und unter Wasserabspaltung cyclisiert worden.

14

* k^ko'-cl + LA^ko

XLI XLII

COOR

O^N. -ÖL,'-CI

XLV XLIV XLIII

Um die Schwierigkeiten, die sich aus der Entstehung des bicyclischen Ketons

XLII ergeben hatten, zu umgehen, wurde versucht, durch Kondensation des

Ketoesters XXI mit l-Brom-3-acetoxy-butan zum l,l-Dimethyl-2-( f -acetoxy-

butyl )-cyclohexanon- (3 )-carbonsäure- (2 )-ester(XLV ) zu gelangen. Die Aus¬

beute betrug jedoch kaum 20 % ; auch konnte man weder das Produkt selber, noch

sein Dinitrophenylhydrazon rein erhalten. Deshalb musste auf die Weiterführungdieser Variante verzichtet werden.

3 ) Anwendung der Methode von Wallach zur Einführung semicyclischer Doppel¬

bindungen auf den 1,1-Dimethyl-cyclohexanon- (3 )-carbonsäure- (2 )-ester

WALLACH (1 ) zeigte an verschiedenen Beispielen, dass die Decarboxylie-

rung von ß, V" -ungesättigten Carbonsäuren unter Feuchtigkeitsausschluss zu Koh¬

lenwasserstoffen führt, bei denen die Lage der Doppelbindungen nicht mehr der¬

jenigen des Ausgangsmaterials entspricht, sondern der ursprünglichen oC, ß -

Lage gleichkommt. So erhielt er, ausgehend von der Cyclohexen- (1 )-essigsaure

(XLVI ) den Kohlenwasserstoff Methylen-cyclohexan (XLVII ). Seine Arbeiten

waren aber sofort nach ihrem Erscheinen in Zweifel gezogen worden, weshalb

1) O. Wallach, A. 360, 26 (1908).

15

wir das genannte Beispiel wiederholten. Dabei wurde in 85 "h Ausbeute ein Koh¬

lenwasserstoff C7H12 erhalten, der auf Grund des Infrarot-Spektrums (sehr starke

Banden bei 881 und 1641 cm"*; keine Banden bei 810-840 und bei 1675 cm"1 )

als reines Methylen-cyclohexan anzusehen ist.

O. -co^—Ol1/ 1

COOH "v-v s

CHn

O xO

XLVI XLVH XLVIa

Die Erklärung dieser formellen Umlagerung der Doppelbindung wird durch den

Reaktionsmechanismus gegeben, der in Anlehnung an jenen der Decarboxylierungvon ß-Ketosäuren ( 1 ) durch die Formel XLVIa angedeutet sei.

Nachdem sich die Methode von WALLACH zur Einführung semicyclischer

Doppelbindungen als geeignet erwiesen hatte, stellte sich das Problem, die er¬

forderliche ungesättigte Säure darzustellen. GREWE und MONDON (2) hatten

den Cyclohexanon-(2 )-carbonsäure-(1 )-ester (XXXV) mit Cyanessigester

(XLVIII) kondensiert und den entstandenen Cyanodiester XLIX mit konzentrierter

Salzsäure zur Dicarbonsäure L verseift und decarboxyliert (Lage der Doppelbin¬

dung nicht bestimmt ).

Der Ketoester XXI Hess sich mit Cyanessigester ebenfalls glatt kondensieren,

doch bot die Verseifung und Decarboxylierung des Kondensationspioduktes LI der¬

artige Schwierigkeiten, dass die Estersäure Lu nicht gefasst werden konnte (in¬

folge der sterischen Hinderung hätte die Estergruppe in Stellung 2 nicht verseift

werden sollen ).

Ein Versuch, den Ketoester XXI mit Malonester anstelle von Cyanessigester zu

kondensieren, blieb ohne Erfolg.

1 ) vgl. M.J.S. Dewar, The Electronic Theory of Organic Chemistry, Oxford

1949, S. 108 ; H. Schenkel & M. Schenkel-Rud in, Helv. 31, 514 (1948 ).

2) R. Grewe& A. Mondon, B. 81, 283(1948).

16

ocCOOR

O

/CHo

COOR

N.(-v^COOR ,r

n -COOH

1lk^As/CNCOOR

' "^

COOH

XXXV XLVIII XLIX

or OÇOOR

CN

COOR

S<^,COOR

COOH

XXI LI LU

Die Methode, die schliesslich zum Ziele führte, bestand in der Kondensation

des Ketoesters XXI mit Zink und Bromessigester (LIII ) nach REFORMATSKY.

Bei milder Durchführung der Reaktion in einem Gemisch von Benzol und Aether

konnte dabei der Oxydiester LIV in einer Ausbeute von 45-55 70 der Theorie er¬

halten werden, während 35-45 Todes eingesetzten Ketoesters wieder zurückgewon¬nen wurden.

Die Wasserabspaltung zum ungesättigten Diester LV gelang am besten mit

Thionylchlorid und Pyridin in Chloroformlösung. Die anschliessende Verseifunglieferte die Estersäure LVI, die nach dreimaligem Umkristallisieren den Smp.

102-104° zeigte. Durch Pyrolyse dieser Verbindung bei 290-300° erhielt man den

f- -Cyclogeraniumsäure-ester (LVII ) in einer Ausbeute von 25 70 der Theorie

(IR-Spektrum Fig. 1 ). An weiteren Pyrolysenprodukten wurden isoliert :

1 ) 35 % der Theorie Aethyl- bzw. Methylalkohol.2 ) 20 70 der Theorie eines Kohlenwasserstoffes CgHjg, dem auf Grund des

Infrarot-Spektrums (starkeBande bei 840 cm"1, sehr schwache Bande

bei 890 cm"1 ) wahrscheinlich die Formel des cC -Cyclogeraniolens

(LVIII) zukommt.

3 ) 12,5 Gew. 70 einer Fraktion vom Sdp. 145-150° (13 mm), deren

Struktur nicht aufgeklärt wurde.

17

Die Reduktion des f -Cyclogeraniumesters mit Lithium-aluminium-hydrid

ergab in sehr guter Ausbeute das j*--Cyclogeraniol (XXXIV ) (IR-Spekuum

Fig. 2 ), dessen Allophanat bei 181-182° schmolz und mit dem auf Seite 13

beschriebenen Präparat keine Erniedrigung des Mischschmelzpunktes zeigte.Das V'-Cyclogeraniol erwies sich im Gegensatz zum 6-Methyl- f--cyclogera-

niol (1 ) als sehr stabil und konnte über ein Jahr lang ohne jegliche Veränderungaufbewahrt werden.

Nach der schon früher erwähnten Methode von LAUCHENAUER und SCHINZ

liess sich das f -Cyclogeraniol zum ¥ -Cyclocitral (LIX ) (IR-Spektrum Fig.

3) oxydieren, dessen Dinitrophenylhydrazon bei 134-135° schmolz.

Bei der Kondensation des f- -Cyclocitrals mit Aceton konnte ein erstaunlich

grosser Einfluss der Methylgruppe in Stellung 6 festgestellt werden. Unter den von

FAVRE (1) erprobten Bedingungen (30-40 mg Natriumhydrid auf 2 g 6-Methyl-

cyclocitral ) wurde beim Cyclocitral kaum eine Reaktion beobachtet. Erst bei

Anwendung der zwei- bis vierfachen Menge NaH wurde eine befriedigende Um¬

setzung erzielt. Während aber FAVRE ein Gemisch von ungefähr gleichen Tei¬

len/9 - und V" -Iron erhielt, setzte sich das erhaltene Jonongemisch aus 81 "lo

/3-Jonon (IV) (UV-Spektrum Ämax

= 295 mfJL , logf = 3,96) und

etwa 10 - 15 % f -Jonon (LX ) (IR-Spektrum Fig. 4 ) zusammen. Die cha¬

rakteristischen Absorptionsbanden des o< -Jonons bei 745 und bei 830 cm'l feh¬

len; o( -Jonon kann deshalb nicht in nennenswerter Menge vorhanden sein. Zur

Isolierung des ^-Jonons wurde das Gemisch ins Semicarbazon verwandelt und

die Hauptmenge des yS-Jonon-Derivates durch Kristallisation abgetrennt. Aus den

Mutterlaugen konnte nach Chromatographie an Aluminiumoxyd ein Semicarbazon

vom Smp. 144-145,5° isoliert werden. Die Analysenwerte und die Tatsache,

dass das Präparat an der Luft völlig weiss blieb (das Semicarbazon des /^-Jononsfärbt sich bald gelb ) zeigen, dass hier offenbar das Semicarbazon des ** -Jonons

vorliegt.

1) H. Favre, Diss. ETH Zürich, 1951.

18

^vOORZn

k^*0 +

CH9BrICOOR

XXI LUI

Ö.

LVIH

)><^COOR

COOR

LIV

LVII

-ÖCOOR

LV

ÖCOOR ">*OCOOR*—oc

ox>h

LVI

ofXXXIV

H2OH

- or,—. öcuLIX

CX C00H

LXI

LX

O

IV

19

Alle Versuche zur Verbesserung der Kondensation des Cyclocitrals mit Aceton

schlugen fehl (die Versuche wurden mit o( -Cyclocitral als Modellsubstanz durch¬

geführt). Unter milden Bedingungen und mit milden Kondensationsmitteln fand

keine Reaktion des Aldehyds statt. Unter den Bedingungen aber, die zur Konden¬

sation führten, entstand immer ein Jonongemisch, das hauptsächlich aus dem

ß -Isomeren bestand.

Zum Schluss seien noch Versuche erwähnt, die zur Umgehung der Konden¬

sation des Cyclocitrals mit Aceton dienen sollten. Bei einem Versuch, das y- -

Cyclocitral mit Malonsäure zur Säure LXI umzusetzen, wurde zwar eine kleine¬

re Menge saurer Teile erhalten, aber das zu über 60 % zurückgewonnene Cyclo¬citral bestand zum grössten Teil aus dem y#-Isomeren.

Eine andere Versuchsreihe führte vom of-Cyclocitral (LXII) nach REFOR-

MATSKY zum Oxyester LXIII und nach milder Verseifung zur Oxysäure LXIV.

Diese wurde mit Thionylchlorid zum Chlor-säurechlorid LXV umgesetzt, das

nicht isoliert, sondern direkt mit Dimethyl-cadmium zur Reaktion gebracht wur¬

de. Nach der Reinigung mit GIRARD - Reagens T erhielt man ein Jonongemisch,das auf Grund des Brechungsexponenten aus fast 80 % o(-Jonon bestand. Die Aus¬

beute betrug jedoch nur 2,5 "jo der Theorie bezogen auf das eingesetzte ci -

Cyclocitral.OH

K^k kA^ COOR

LXII LXIII

i

Legende der Infrarot-Spektren von Seite 21.

Fig. 1 : f -Cyclogeraniumsäure-äthylester, -COOR 1720;

Vc=CH2 1645 u. 895; (CH3)2C<1390 u. 1370 cm"1.

Fig. 2 : y- -Cyclogeraniol, -OH 3330 u. 1035 ; > C=CH2 1650

u. 890; (CH3)2C<1390 u. 1370 cm"1.

Fig. 3 : y -Cyclocitral, -CHO 1715; >• C=CH2 1650 u. 895 ;

(CH3)2C<1390 u. 1370 ; wenig /3-Form 1670 u. 1620.

Fig. 4 : ß - + J»--Jonon, -CH=CH-CO- 1669 u. 1615;

(CH3)2C<1390 u. 1370 ; > C=CH2 892 cm"1.

OH

OOH

LXIV

Cl

OC1

LXV

20

INFRAROT-SPEKTREN

4000 3000 2000 1500 1000 900,1 II I I I I I I I I I i I .J I I i 1 i I I M I I I I I H ,i |. .

I800 700 cm

-1

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 y.

EXPERIMENTELLER TEIL (1 )

1,1-Dimethyl-cyclohexanon- (3 )-carbonsäure- (2 )-methylester (XXI ) (2 )

Dimedoncarbonsäure-methylester (XIX) (3)

23 g Natrium wurden in 350 cm3 absolutem Methanol gelöst und dann unter

Umschütteln portionenweise ein Gemisch von 140 g Malonsäure-dimethylesterund 100 g Mesityloxyd zugegeben. Dabei erwärmte sich das Gemisch, das an¬

schliessend über Nacht am Rückfluss gekocht wurde. Nachdem der Methylalkoholso weit als möglich abdestilliert worden war, wurde der Rückstand mit Eiswasser

versetzt und die Neutralteile durch Extraktion mit Aether entfernt. Dann wurde

die wässrige Lösung angesäuert und der freigesetzte Dimedoncarbonester dreimal

mit Aether ausgezogen. Der vom Lösungsmittel befreite Extrakt bildete eine

zähe Masse, die am Vakuum bei 50 getrocknet wurde und nach einiger Zeit

vollständig kristallisierte. Smp. roh 92-93° (4); Ausbeute 199,2 g entspr,

98,5%.

Enolchlorid des Dimedoncarbonsäure-methylesters (XX ) (5 )

197 g Dimedoncarbonsäure-methylester wurden in 500 g abs. Chloroform

(über P2O5 getrocknet ) gelöst und bei Zimmertemperatur mit 50 g PCI3 (entspr.10 % Ueberschuss ) versetzt. Das Ganze wurde 3 Stunden auf dem Wasserbad ge¬

kocht und darauf das Lösungsmittel abdestilliert. Der Rückstand wurde auf Eis ge¬

gossen und mit Aether extrahiert. Durch Ausschütteln mit verdünnter Natronlauge

1 ) Bei der Angabe der Schmelzpunkte ist die Fadenkorrektur nicht berücksich¬

tigt; die Siedepunktsangaben sind unkorrigiert.2 ) vgl. U. Steiner & B. Willhalm, Helv. 35, 1752 (1952 ).

3 ) vgl. D. Vorländer, A. 294, 300 (1896 ).

4) Vorländer (3) gibt für den reinen Ester den Smp. 102° an.

5) vgl. A.W. Crossley&N. Renouf, Soc. 91, 63(1907).

22

entfernte man 15,3 g unveränderten Dimedoncarbonester. Aus der neutral ge¬

waschenen Aetherlösung erhielt man 151,9 g (entspr. 71,5 % ) Enolchlorid vom

Sdp. 87-99° (0,07 mm ), wovon beim Rektifizieren ungefähr 90 % bei 82-

88° (0,15 mm) siedeten (nD° = 1,4990) und ca. 10% als Nachlauf bei

104-109° übergingen (nD gleich wie Hauptfraktion).

Die Chlorierung mit Thionylchlorid lieferte kein Enolchlorid, sondern nur

hochsiedende Produkte.

Reduktion des Enolchlorids zum Ketoester XXI

42,3 g Enolchlorid wurden mit 8 g vorhydriertem 2,5-proz. Palladiumhydro-q q

xyd auf Calciumcarbonat in 100 cm° Feinsprit unter Zusatz von 19 cm° Pyridin

hydriert. Nach 48 Stunden waren etwa 10 % mehr als die berechnete Menge Was¬

serstoff absorbiert worden, worauf vom Katalysator abfiltriert und das Lösungs¬

mittel im Vakuum bei 40-50° abgesaugt wurde. Den Rückstand nahm man in

Aether auf und entfernte das Pyridin durch gründliches Schütteln mit Salzsäure

und hierauf mit Wasser. Sodann wusch man die Aetherlösung mit Natriumhydro-

gencarbonat-Lösung und schliesslich mit Wasser bis zur neutralen Reaktion auf

Lackmus-Papier. Man erhielt 30 g l,l-Dimethyl-cyclohexanon-(3 )-carbon-

säure- (2 )-methylester vom Sdp. 115-122° (13 mm ), was einer Ausbeute von

84 % entspricht. Die Reduktion wurde mit Methanol als Lösungsmittel anstelle

von Feinsprit auf die gleiche Weise durchgeführt.Eine zweimal destillierte Mittelfraktion des Ketoesters zeigte: Sdp. 115°

(12mm), d|°= 1,0532, np0 = 1,4659, MD ber. für CioH1603 47,84;

gef. 48,38. 3,563 mg Subst. gaben 8,482 mg C02 und 2,808 mg H20

C H O Ber. C 65,19 H 8,75 %3

Gef. C 64,97 H 8,82%

2,4-Dinitrophenylhydrazon: Smp. 150-151 (aus Methanol )

3,812 mg Subst. gaben 7,349 mg C02 und 1,912 mg H20

3,131mg" " 0,431cm3 N2 (18° ; 724 mm)

C H ON Ber. C 52,74 H 5,53 N 15,38%16 20 6 4

c&L c 52 61 H 5 62 N 15(38(jfc

Ausgehend von Malonsäure-diäthylester und Mesityloxyd wurde auf die glei¬

che Weise der 1,1-Dimethyl-cyclohexanon- (3 )-carbonsäure- (2 )-äthylester

dargestellt.

23

1) WEGE ÜBER DAS AETHYLENKETAL DES l,l-DIMETHYL-2-0XYMETHYL-

CYCLOHEXANON- (3)

Aethylenketal des l,l-Dimethyl-cyclohexanon-(3 )-carbonsäure(2 )-methyl-

esters (XXII )

Ein Gemisch von 30 g 1,1-Dimethyl-cyclohexanon- (3 )-carbonsäure- (2 )-

methylester, 11,1 g Aethylenglykol, 60 cm Benzol und ca. 50 mg Benzolsulfo-

säure wurde während 4 Stunden in einer Rückflussapparatur mit Wasserabscheider

zum Sieden erhitzt. Dann wurde die Benzollösung mit Natriumhydrogencarbonat-

Lösung und Wasser neutral gewaschen. Der Rückstand lieferte bei der Destillation

31,8 g entspr. 86 <% Ketalester vomSdp. 74-78° (0,1 mm), n^0 = 1,4706 ;

kristallisiert nach kurzer Zeit vollständig. Eine Analysenfraktion zeigte: Sdp.

75° (0,1mm), Smp. 43-44°.

3,526 mg Subst. gaben 8,146 mg COg und 2,788 mg H20

C12H20°4 Ber- C 63,13 H 8,83 %

Gef. C 63,05 H 8,85%

Die Anwesenheit von unverändertem Ketoester, welcher die Kristallisation

des Ketalesters verhindert, kann leicht durch die Reaktion mit Ferrichlorid er¬

mittelt werden. Dabei ist zu beachten, dass der Ketalester nach einiger Zeit

ebenfalls eine Reaktion zeigt, die von geringer Hydrolyse durch das Reagens her¬

rührt. Der Ketoester kann durch fraktionierte Destillation in einem Vigreux-Kolben abgetrennt werden.

Reduktion des Ketalesters zum Ketalalkohol XXIII

a ) mit Natrium und Butylalkohol

36,2 g Ketalester wurden unter Zusatz von 5 cm3 Aethylformiat in 450 cm3

abs. Butanol zum Sieden erhitzt und unter Rühren im Verlaufe von 25 Minuten

mit 36 g Natrium portionenweise versetzt. Nachdem sich alles Natrium aufge¬löst hatte, wurde das Ganze abgekühlt und ein Gemisch von 150 cm Wasser und

75 cmJ Eisessig unter Rühren zugegeben. Mit Wasserdampf wurde nun sorgfältigder Butylalkohol abgeblasen und dann der Rückstand mit Aether aufgearbeitet.Bei der Trennung des Reaktionsgemisches über das Borat gewann man 2 g Ketal¬

ester zurück. Die alkoholischen Teile lieferten nach einem Vorlauf von 5,7 g,

24

bestehend aus unreinem Ketalalkohol, 18,4 g des gesuchten Produktes vom Sdp.

83-90° (0,06 mm ), was einer Ausbeute von 58 % entspricht. Eine Analysen¬fraktion zeigte: Sdp. 82° (0,03 mm), n$ = 1,4811.


C11H20°3 Ber- c 65>97 H 10,07 «55.

Gef. C 65,61 H 9,96%

Bei einem Reduktionsversuch mit Natrium und Isoamylalkohol anstelle von

Butylalkohol wurde nur eine Ausbeute von 26 70 erzielt, da offenbar die Reaktions¬

bedingungen zu energisch waren.

b ) mit Lithium-aluminium-hydrid

Zu einer Lösung von 520 mg L1AIH4 in 10 cm3 abs. Aether wurden unter Ruh-

ren 1,5 g Ketalester, gelöst in 10 cm Aether, langsam zugetropft. Anschlies¬

send kochte man eine halbe Stunde am RUckfluss und zersetzte vorsichtig zuerst

mit wenig Wasser und dann mit Ammoniumsulfat-Lösung. Aus dem neutral ge¬

waschenen Aetherextrakt erhielt man 0,88 g Ketalalkohol vom Sdp. 129-131°

(11mm) entspi. 67 70 Ausbeute.

Aethylenketal des l,l-Dimet.hyl-2-formyl-cyclohexanon- (3 ) (XXIV )

3,8 g Ketalalkohol wurden mit 1/3 Mol. Aluminiumisopiopylat ins Aluminat

verwandelt und dann mit 150 70 der berechneten Menge Veratrumaldehyd als

Wasserstoffacceptor umgesetzt. Aus dem Reaktionsprodukt erhielt man 1,5 g

Aldehyd vom Sdp. 65-67° (0,01 mm ) entspr. einer Ausbeute von 40 70. Weder

das Thiosemicarbazon (Smp. 186-187 ), noch das bis-2,4-Dinitrophenylhydra-

zon (Smp. 245° ) gaben jedoch stimmende Analysenwerte. In beiden Fällen wa¬

ren die Kohlenstoffwerte um 0,3 % zu hoch und die Wasserstoffwerte um ca.

0,6 70 zu tief. Vermutlich war der überschüssige Veratrumaldehyd bei der Frak¬

tionierung nicht vollständig abgetrennt worden.

Weitere Versuche mit Piperonal und Benzophenon als Oxydationsmittel ver¬

liefen ganz ungünstig.

25

Aethylenketal des 1,1 -Dimethyl-2-acetoxymethyl-cyclohexanon- (3 ) (XXV )

q7,5 g Ketalalkohol XXIII wurden unter Zusatz von 4,1 cm abs. Pyridin in

320 cm abs. Aether gelöst und dazu unter Umschütteln und Kühlung mit Eis-NaCl

3,6 cm Acetylchlorid, gelöst in 10 cm Aether, tropfenweise zugegeben. Das

Ganze liess man über Nacht bei Zimmertemperatur stehen. Darauf entfernte man

das Pyridin durch gründliches Waschen der ätherischen Lösung mit verdünnter

Schwefelsäure. Aus der neutralen Aetherlösung erhielt man 7,4 g (entspr. 82 % )

Ketalacetat vom Sdp. 90-102° (0,1 mm ).

1, l-Dimethyl-2-acetoxymethyl-cyclohexanon- ( 3 ) (XXVI )

7,4 g Ketalacetat wurden mit 1,7 cm3 kalt gesättigter Weinsäurelösung wäh¬

rend 24 Stunden bei Zimmertemperatur auf der Maschine geschüttelt. Nach Zu¬

satz von Wasser extrahierte man das Reaktionsprodukt mit Aether. Aus der neutra¬

len Aetherlösung erhielt man 4,2 g (entspr. 69%) l,l-Dimethyl-2-acetoxy-

methyl-cyclohexanon-(3) vom Sdp. 73-78° (0,04 mm) ; n^O = 1,4683.

Das Semicarbazon schmolz nach dreimaligem Umkristallisieren aus Benzol-

Petroläther bei 174-175°.

3,736 mg Subst. gaben 7,726 mg COg und 2,750 mg HgO

C12H2l03N3 Ber. C 56,45 H 8,29%

Gef. C 56,44 H 8,24 %

l,l-Dimethyl-2-oxymethyl-cyclohexanon- (3 ) (XXVIII )

qAuf die gleiche Weise wurden 12,2 g Ketalalkohol XXIII mit 3,5 cm

Weinsäurelösung hydrolysiert. Dabei erhielt man 9 g fast reines 1,1 -Dimethyl-

2-oxymethyl-cyclohexanon-(3 ), das bei 54-64° (0,03 mm) siedete;

n2}0 =1,4762.

Das Allophanat schmolz bei 155-156° ( aus Benzol )

3,778 mg Subst. gaben 7,549 mg CO2 und 2,513 mg H202,597 mg

" "

0,266 cm3 N2 (17°, 729 mm)

C11H18°4N2 Ber- C 54,53 H 7,49 N 11,56 7*0

Gef. C 54,53 H 7,44 N 11,5-%

26

Oxy-dihydro-cyclogeraniol (XXIX )

Zu einer aus 5,2 g Magnesium und 30 g MethylJodid in 30 cm3 Aether her¬

gestellten Grignard 'sehen Lösung wurden unter Rühren und Kühlung mit Eis-NaCl

langsam 10,5 g 1,1-Dimethyl-2-oxymethyl-cyclohexanon-(3 ), gelöst in 60 cm

Aether, zugetropft. Dann wurde die Kältemischung entfernt und das Gemisch

eine halbe Stunde zum Sieden erhitzt. Das Reaktionsprodukt goss man auf ein- Ge¬

misch von Eis und Ammoniumchlorid. Nach der üblichen Aufarbeitung mit Aether

erhielt man 8,13 g Oxy-dihydro-cyclogeraniol vom Sdp. 80-100° (0,12 mm).

Eine Analysenfraktion des dickflüssigen Glykols zeigte : Sdp. 92° (0,1 mm ).„20

_

nD" 1,4808.

3,506 mg Sübst. gaben 8,,922 mg C02 und 3,638 mg H20

C10H20°2 Ber. C 69,72 H 11,70%

Gef. C 69,45 H 11,61 "lo

</ - und ^-Cyclogeranyl-acetat (XXXI + XXXII )

3In einem Vigreux-Kolben von 50 cm Inhalt wurden 8,36 g Oxy-dihydro-

Q Q

cyclogeraniol, 20 g Acetanhydrid und 0,2 cm Pyridin im Oelbad auf 150-185

erhitzt. Dabei destillierten Essigsäure und Acetanhydrid ab. Der Rückstand wurde

darauf im gleichen Kolben auf 240-350° erhitzt (Metallbad ), wobei das Vakuum

von anfänglich 650 mm allmählich auf 20 mm erniedrigt wurde. Das Destillat

wurde mit Wasser versetzt, mit Natriumhydrogencarbonat-Lösung neutralisiert und

mit Aether extrahiert. Die Destillation des Aetherrückstandes ergab 3,8 g aC -

und JH -Cyclogeranyl-acetat vom Sdp. 95-110 (13 mm) und 2,6 g Nachlauf,

die zwischen 115 und 150 (13 mm ) übergingen. Aus letzterem erhielt man nach

Wiederholung obiger Behandlung 0,89 g Cyclogeranylacetat-Gemisch.Dieses siedete nach einer Rektifikation bei 100-110° (13 mm ) ; np

=

1,4650.

<£ - und f*- -Cyclogeraniol (XXXIII + XXXIV )

34,1 g des Acetatgemisches wurden mit 25 cm 10 $>iger methylalkoholischer

Kalilauge verseift und wie üblich aufgearbeitet. Dabei erhielt man 2,97 g (entspr.

92 % ) eines Gemisches von o( - und p- Cyclogeraniol mit dem Sdp. 94-100

(12 mm) ; n^0 = 1,4805.

27

Allophanat des if-Cyclogeraniols

1 g des Gemisches von ci. - und f -Cyclogeraniol wurde ins Allophanat ver¬

wandelt. Nach neunmaligem Umkristallisieren (fünfmal aus Benzol-Cyclohexan,dann viermal aus Methanol ) wurde eine bei 180-181° schmelzende Spitzenfrak¬

tion eihalten, welche mit einem später auf anderem Wege erhaltenen Vergleichs¬

präparat vom Smp. 181-182° keine Erniedrigung des Mischschmelzpunktes zeigte.

3,753 mg Subst. gaben 8,204 mg CO2 und 2,820 mg H20

C12H20°3N2 Ber- c 59-98 H 8,39%

Gef. C 59,66 H 8,41%

2) VERSUCHE ZUR SYNTHESE DES DIHYDRO- y-JONONS

l,l-Dimethyl-2- ( j^-chlor-crotyl )-cyclohexanon- (3 )-carbonsäure- (2 )-

methylester (XL )

0,52 g Natrium wurden in 10 cm abs. Methanol gelöst und dann der Alkohol

am Vakuum bis zur Trockene abgesaugt. Nach Zugabe von 25 cm3 Diäthyl-carbonat und 4,19 g 1,1-Dimethyl-cyclohexanon- (3 )-carbonsäure-(2 )-methyl-ester wurde das Ganze zum Sieden erhitzt bis zum Verschwinden des festen Natrium-

alkoholats. Der dabei entstehende Methylalkohol wurde unter leicht vermindertem

Druck (500-600 mm ) über eine einfache Kolonne abdestilliert. Zum Schluss3

destillierte man noch ca 5 cm Diäthyl-carbonat ab, um sicher allen Methyl¬alkohol zu entfernen. Zu dem auf diese Weise hergestellten Natriumenolat des

Ketoesters gab man 3,4 g Chlor-crotylchlorid und kochte das Gemisch über Nacht

am RUckfluss. Nach Zusatz von Wasser wurde das Reaktionsprodukt mit Aether

extrahiert. Man erhielt 4,96 g vom Sdp. 95-100°, was einer Ausbeute von 80 %

entspricht. Daten: d|° = 1,0896, n^0 = 1,4862, MD ber. für C14H2i03Clff 10,72; gef. 71,97; EMD = +1,25.

Ein weiterer Ansatz gab eine Ausbeute von 75 %.

Das 2,4-Dinitrophenylhydrazon schmolz bei 149-150° (aus Chloroform-

Methanol ).


C20H25O6N4CI Ber. C 53,04 H 5,56%

Gef. C 52,87 H 5,37%

28

Ketonspaltungo q

4,2 g des Alkylierungsproduktes wurden mit 17,5 cmr konz. HCl und 34 cm

Eisessig über Nacht am Rückfluss gekocht. Nach dem Verdünnen mit Wasser ver¬

setzte man mit Soda bis zur alkalischen Reaktion und extrahierte das Reaktions¬

gemisch mit Aether. So erhielt man „•

1) Sdp. 50-60° (11 mm) : 0,45 g l,l-Dimethyl-cyclohexanon-(3 ), charak¬

terisiert durch das 2,4-Dinitrophenylhydrazon vom Smp. und Misch-Smp. 139-

140°.

2) Sdp. 75-95 (0,02 mm): 1,5 g eines Ketongemisches, aus dem leicht 2

verschiedene 2,4-Dinitrophenyl-hydrazone isoliert werden konnten:

a) rote Nadeln Smp. 191-192°, ^max = 385 m/U, , logg = 4,34,

Derivat des A5,1°-l,l-Dimethyl-octalon-(6 ) (XLII).

3,806 mg Subst. gaben 8,400 mg CO~ und 2,182 mg H20

C18H22°4N4 Ber- C 60>32 H 6.19'7°

Gef. C 60,23 H 6,42%

b ) aus den leichter löslichen Anteilen das gelbe Derivat des 1,1-Dimethyl-

2-( y--chlor-crotyl)-cyclohexanon-(3 ) vom Smp. 124-125°.


C18H23°4N4C1 Ber- C 54>75 H 5.87%

Gef. C 54,92 H 5,92%

l,l-Dimethyl-2-( y -acetoxy-butyl )-cyclohexanon-(3 )-carbonsäure-(2 )-

methylester (XLV) (1)

l-Brom-3-oxy-butan (2)

In ein Gemisch von 71,5 gButylenglykol (1,3-dioxy-butan) und 50 cm3 abs.

Benzol wurde bei 0° während 7 Stunden HBr eingeleitet, wobei 65,6 g absorbiert

wurden. Zur Beendigung der Reaktion wurde das Gemisch eine halbe Stunde auf

1) Mitbearbeitet von D. Stauffâcher, cand. sc. nat.

2) vgl. P.A. Levène, A. Walti& H.L. Haller, J. of. Biol. Chem. 71, 467

( 1926 ).

29

dem Wasserbad erwärmt. Dann gab man 150 cmJ Chloroform, 10 g Eis und 10

cm3 Wasser zu und neutralisierte mit Soda auf Kongorot. Die Chloroformauszügelieferten 86,5 g l-Brom-3-oxy-butan, was einer Ausbeute von 71 % entspricht.

Eine Analysenfraktion zeigte:

Sdp. 76-77° (11 mm), d|° = 1,4448, n|° = 1,4776, MD ber. für

C4HgOBr 29,96; gef. 29,96.

7,456 mg Subst. gaben 9,222 mg AgBr

C4H9OBr Ber. Br 52,22 % Gef. Br 52,63%

Die Substanz besitzt einen unangenehmen, kohlartigen Geruch.

1 -Brom-3-acetoxy-butan

Die Acetylierung von 53 g l-Brom-3-oxy-butan mit 110 g Acetanhydrid er¬

gab nach 5 Stunden 42,2 g des Acetats, das bei 72-82° (11 mm ) siedete. Das

l-Brom-3-acetoxy-butan ist eine leicht bewegliche Flüssigkeit von erfrischendem

Geruch.

Eine Analysenfraktion zeigte: Sdp. 77-78° (11 mm), d|° = 1,3314,

n^0 = 1.4512, MD ber. für C6Hn02Br 39,33; gef. 39,48.

4,090 mg Subst. gaben 5,496 mg CO2 und 2,139 mg H204,434 mg

" "

4,262 mg AgBr

C6H1102Br Ber. C 36,94 H 5,68 Br 40,97%

Gef. C 36,67 H 5,84 Br 40,90%

Alkylierung

2,1 g fein verteiltes Natrium wurden mit 17,5 g 1,1-Dimethyl-cyclohexanon-

(3 )-carbonsäure-(2 )-methylester in 150 cm3 Benzol zur Reaktion gebracht. Die

rotbraune Lösung des Natriumenolats versetzte man mit 18,6 g l-Brom-3-acetoxy-butan und kochte das Gemisch 45 Stunden am RUckfluss. Nach der üblichen Auf¬

arbeitung erhielt man 12,8 g l-Brom-3-acetoxy-butan und 7,4 g unveränderten

Ketoester bei der Destillation zurück, während 7 g eines gelblichen Oels bei 176°

(11 mm) siedeten. Nach zweimaliger Destillation zeigte eine Analysenfraktion:

Sdp. 111° (0,02 mm), d|° = 1,0658, nD° = 1,4661, MD ber. für

C16H26O5 TÏ.20 ; gef. 77,55.

30

3,342 mgSubst. gaben 7,778 mgC02 und 2,577 mgH20

C16H26°5 Ber- C 64,4° H 8'78<7°

Gef. C 63,52 H 8,63%

3) ANWENDUNG DER METHODE VON WALLACH AUF DEN 1-1-DIMETHYL-

CYCLOHEXANON- (3 )-CARBONSÄURE- (2 )-ESTER

Kondensation von 1-1-Dimethyl-cyclohexanon- (3 )-carbonsäure- (2 )-methyl-ester mit Cyanessigsäure-äthylester

15 g 1,1-Dimethyl-cyclohexanon- (3 )-carbonsäure- (2 )-methylester wur¬

den mit 9,5 g Cyanessigsäure-äthylester (100%), 1,3 g Ammoniumacetat

(20 % ), 4 g Eisessig (80 % ) und 40 cm3 Benzol während 5 V2 Stunden azeotrop

kondensiert. Nach der Zugabe von Aether wurde die organische Schicht mit

Natriumhydrogencarbonat-Lösung und Wasser neutral gewaschen. Man erhielt

19,4 g Kondensationsprodukt LI (entspr. 85%) vom Sdp. 105-130° (0,08 mm).

Eine Analysenfraktion zeigte :

Sdp. 125° (0.07 mm), d|° = 1,0885, n^° 1,4904, Mß ber. für

C15H2104N FT 71,88; gef. 74,24 ; EMD = + 2,36.

3,368 mgSubst. gaben 7,950 mgC02 und 2,288 mg HgO

C15H21°4N Ber- C 64,49 H 7°58<fr

Gef. C 64,42 H 7,60%

Kondensation von 1,1-Dimethyl-cyclohexanon- (3 )-carbonsäure- (2 )-ester mit

Bromessigester nach Reformatsky

Die verwendeten Zinkspäne wurden vor Gebrauch zweimal mit Methanol ge¬

waschen, im Vakuum getrocknet und mit einigen Körnchen Jod aktiviert.

In einem Bromierungskolben mit Rückflusskühler und Tropftrichter wurden

10 g Zinkspäne (140 %) vorgelegt. In den Tropftrichter gab man 19,7 g

1,1-Dimethyl-cyclohexanon- (3 )-carbonsäure- (2 )- methylester, 20 g Brom-

essigsäure-methylester (120 % ), 20 cm3 Benzol und 20 cm3 Aether. 10-15 %

dieses Gemisches liess man zum Zink fliessen, worauf man mit einer kleinen

Flamme vorsichtig erwärmte, bis die Reaktion in Gang kam. Die weitere Zugabeder Lösung aus dem Tropftrichter erfolgte derart, dass das Reaktionsgemisch dauernd

31

in leichtem Sieden erhalten blieb. Anschliessend erwärmte man noch eine halbe

Stunde unter leichtem Rückfluss. Das Reaktionsprodukt wurde mit Eis und verdünn¬

ter Schwefelsäure zersetzt und wie üblich mit Aether aufgearbeitet. Die Destilla¬

tion in einem Vigreux-Kolben ergab :

1 ) Sdp. 50-70° (0,03 mm): 11,6 g Ausgangsmaterial (entspr. 59%).

2) Sdp. 80-93° (0,04 mm): 10,5 g Oxydiester (entspr. 38%).

Eine Analysenfraktion zeigte: Sdp. 86° (0,02 mm), d|° = 1,1084,

nD° =1,4676, MD ber. für C13H2205 64,86; gef. 64,73.

3,640 mg Subst. gaben 8,023 mg CC»2 und 2,739 mg H20

C13H22°5 Ber- C 60,44 H 8'58<fr

Gef. C 60,15 H 8,43%

Versuche mit Benzol allein oder mit Cyclohexan als Lösungsmittel lieferten

den Oxydiester nur in einer Ausbeute von 23 bezw. 17 %. In beiden Fällen wur¬

den 73 % Ketoester zurückgewonnen. In einem Gemisch von Benzol und Aether

im Verhältnis 1 : 2 verlief die Reaktion mit vergleichbaren Resultaten wie im

angeführten Beispiel mit Benzol-Aether 1:1.

In gleicher Weise kondensierte man den 1,1-Dimethyl-cyclohexanon- (3 )-

carbonsäure- (2 )-äthylester mit Bromessigsäure-äthylester. Die Ausbeute an Oxy-

diäthylester betrug 43-57 % ; 33-45 % Ketoester wurden zurückgewonnen.

Wasserabspaltung zum ungesättigten Diester LV

In einem Claisenkolben mit aufgesetztem Tropftrichter wurden 15,6 g Thio-

nylchlorid (120%), 13,8gPyridin (160%) und 20 cm3 Chloroform vorge¬

legt. Unter Umschütteln gab man aus dem Tropftrichter allmählich ein Gemisch

von 28,2 gOxydimethylester, 13,8 g Pyridin (160%) und 30 cm3 Chloroform

bei Zimmertemperatur zu. Das Reaktionsgemisch färbte sich dunkel und trennte

sich in zwei Schichten. Man liess das Ganze eine Stunde stehen, worauf man den

Kolben in einem Oelbad von 120-125° während 20-25 Minuten erhitzte. Dabei

entwich Schwefeldioxyd, und der grösste Teil des Lösungsmittels destillierte ab.

Der Rückstand wurde mit Wasser verdünnt, vom gebildeten Schlamm abfiltriert

und mit Aether extrahiert. Die Aetherlösung wurde nacheinander sorgfältig mit

verdünnter Schwefelsäure, Wasser, gesättigter Natriumhydrogencarbonat-Lösungund Wasser gewaschen. Der Aetherrückstand lieferte bei der Destillation 24,4 g

(entspr. 93%) ungesättigten Dimethylester vom Sdp. 135-150° (12 mm).

Eine Analysenfraktion zeigte:

32

Sdp. 143° (12 mm), d^° = 1,0703, n?° = 1,4791, MD ber. für

C13H20°4 |T 62,82; gef. 63,68 ; EMD = + 0,86.

3,642 mg Subst. gaben 8,705 mg C02 und 2,764 mg H„0.

C13H20°4 Ber- C 64,98 H 8,39%

Gef. C 65,23 H 8,49%

Auf die gleiche Art wurde der ungesättigte Diäthylester dargestellt. Daten

einer Analysenfraktion; Sdp. 157° (12 mm), d|° = 1,0276, nD° =

1,4708, MD ber. für C15H2404 fT 72,11 ; gef. 72,96 ; EMD =

+ 0,85.


C15H24°4 Ber* C 67,13 H 9,02%

Gef. C 66,85 H 8,90%

Ein Wasserabspaltungsversuch mit Phosphortribromid und Pyridin (1 ) liefer¬

te den ungesättigten Diester in 50 % Ausbeute ; beim Kochen des Oxydiestersmit Phosphorpentoxyd in Benzol wurde nach 20 Minuten überhaupt keine Reaktion

beobachtet.

Verseifung zum ungesättigten Dicarbonsäure-monoester LVI

3,2 g Dimethylester LV wurden mit 1,5 g KOH-Pillen in 10 cm3 Methanol

durch Kochen während einer Stunde verseift. Nach der üblichen Aufarbeitungerhielt man 2,91 g saure Teile ( entspr. 97 % ), welche bei Zimmertemperatur

erstarrten. Durch Umkristallisieren aus Petroläther, dann aus Benzol-Petrolaether

und ein drittes Mal aus Aether - Petroläther isolierte man den Dicarbonsäure-

monomethylester vom Smp. 102-104.

3,792 mg Subst. gaben 8,848 mg COg und 2,744 mg H20

C12H18°4 Ber- C 63,70 H 8,02%

Gef. C 63,68 H 8,10%

152,4 g Diäthylester lieferten nach gleicher Verseifung 128,9 g Dicarbon-

säure-monoäthylester ( entspr. 95 % Ausbeute ).

1) vgl. L. Ruzicka & H. Schinz, Helv. 23, 965 (1940).

33

Y" -Cyclogeraniumsäureester (LVII )

Die besten Resultate der Pyrolyse wurden erzielt, als man den rohen, ge¬

schmolzenen Dicarbonsäure-monoester in einen mit Raschigringen gefüllten und

im Metallbad auf 290-300° erhitzten Claisenkolben eintropfte, wobei die Pyroly¬

senprodukte fortlaufend abdestillierten. So erhielt man beispielsweise bei der

Fraktionierung des in zwei Portionen aus zusammen 60,15 g Dicarbonsäure-mono-

äthylester erhaltenen Pyrolysengemisches:

1) Sdp. 75-77° (720 mm) : 4,3 g Aethylalkohol (entspr. ca 35 % der Theorie)

2) Sdp. 54° (40 mm) : 5,6 g Kohlenwasserstoff CgH16 (entspr. ca 20 % )

3) Sdp. 95-102° (13 mm) : 12 g f-Cyclogeraniumsäure-äthylester (24,5 % )

4) Sdp. 145-150° (13 mm) : 7,5 g.

Eine Analysenfraktion des ¥• -Cyclogeraniumsäure-äthylesters zeigte :

Sdp. 97° (11mm), d|° = 0,9512, n£,° = 1,4609, MD ber. für

C12H20°2 ^ 56>60 '- gef- 56,62.


C12H20°2 Ber- c 73>42 H 10.27%

Gef. C 73,88 H 10,65 %

IR-Spektrum Fig. 1.

Fraktion 2) wurde über Natrium destilliert und zeigte dann: Sdp. 134°

(720mm), d|° = 0,8023, n^0 = 1,4495, MD ber. für CgH16 fî41,09 ; gef. 41,57.


CgH16 Ber. C 87,03 H 12,97%

Gef. C 87,07 H 13,03 %

Daten des t -Cyclogeraniumsäure-methylesters:

Sdp. 95° (12 mm), d|° = 0,9652, n^0 = 1,4658, MD ber. für

C11H18°2 P 51,98 ; gef. 52,28.


C11H18°2 Ber- c 72-49 H 9,96%

Gef. C 72,52 H 10,03%

34

]f -Cyclogeraniol (XXXIV )

o

Zu einer Lösung von 7 g LiAlH. in 200 cm Aether wurden unter Rühren lang¬sam 21,8 g V--Cyclogeraniumsäure-äthylester, gelöst in 100 cm Aether, zu¬

getropft. Das Gemisch erhitzte man anschliessend noch 3 Stunden zum Sieden.

Dann wurde das Reaktionsprodukt mit Wasser und Ammoniumchlorid-Lösung zer¬

setzt und mit Aether aufgearbeitet. Man erhielt aus dem AetherrUckstand 16,41 g

(entspr. 96%) J--Cyclogeraniol vom Sdp. 92-98° (11 mm). Eine Analysen¬fraktion zeigte: Sdp. 96° (11mm) d^0 = 0,9350, n^0 = 1,4847, MDber. für Cl0H18O fT 47,24 ; gef. 47,26.

3,771 mg Subst. gaben 10,723 mg C02 und 3,973 mg HgO

c10Hi8° Ber- C 77-86 H 11.'76%

Gef. C 77,59 H 11,78%

IR-Spektrum Fig. 2 .

Das Allophanat schmolz nach Umkristallisieren aus Methanol konstant bei

181-182°.

3,740 mg Subst. gaben 8,200 mgCC>2 und 2,739 mg H20

3,030 mg" "

0,309 cm3 N2 (16°, 728 mm)

C12H20°3N2 Ber. C 59,98 H 8,39 N 11,66%

Gef. C 59,83 H 8,20 N 11,53%

^ -Cyclocitral (LIX)

In einem Vigreux-Kolben wurden 4,5 g }f -Cyclogeraniol durch Erwärmen im

Vakuum mit 1,99 g Aluminium-isopropylat ins Aluminat verwandelt, welches

darauf mit 6,5 g Anisaldehyd oxydiert wurde. Die Fraktionierung des rohen Alde¬

hyds ergab 2,0 g »--Cyclocitral vom Sdp. 75-85° (15mm), entsprechend

einer Ausbeute von 45%. IR-Spektrum Fig. 3 : n^= 1,4754.

Das gelbe 2,4-Dinitrophenylhydrazon schmolz bei 134-135 (aus Chloroform-

Methanol )


C,-H„„0 N Ber. C 57,82 H 6,06%16 20 4 4

'

Gef. C 57,92 H 6,16%

35

y'-Jonon (LX)

o

In einer kleinen, mit Stickstoff gefüllten Flasche liess man 15 cm trockenes

Aceton mit 150 mg Natriumhydrid reagieren, was ungefähr 30 Minuten dauerte.

Dann gab man 2 g ^-Cyclocitral mit 5 cm3 Aceton zu und schüttelte das Ge¬

misch unter Stickstoff während 2 Stunden bei Zimmertemperatur. Das Reaktions¬

produkt goss man in die 5-10 -fache Menge Wasser und extrahierte es mit Aether.

Nach einem Vorlauf von 1,1g wurden 1,97 g Jonongemisch vom Sdp. 55-65°

(0,02 mm) erhalten. Das UV-Spektrum zeigt ein Maximum bei 295 ma,

log£ = 3,96, woraus sich der Gehalt an /3-Jonon zu 81 "ja berechnet. Auf Grund

der Intensität der Bande bei 890 cm-1 im IR-Spektrum (Fig. 4 ) bestimmt man

näherungsweise einen iP-Jonon-Gehalt von 10-15 "lo.

Zur Isolierung des y- -Jonons setzte man das erhaltene Jonongemisch mit

methanolischer Semicarbazid-acetat- Lösung um und trennte die Hauptmengedes /3 -Jonon-semicarbazons durch dreimaliges Umkristallisieren aus Benzol-

Petroläther ab. Die Mutterlaugen wurden an der 30-fachen Menge neutralen

Aluminiumoxyds der Aktivität III Chromatographien. Drei Fraktionen von je

50 cm3 Essigester eluierten 235 mg Semicarbazon, aus denen man nach fünfma¬

ligem Umkristallisieren aus Aether - Petroläther 50 mg eines an der Luft voll¬

ständig weiss bleibenden Präparates vom Smp. 144-145,5° erhielt. ( /9 -

Jonon-semicarbazon ist an der starken Gelbfärbung leicht zu erkennen ).

3,680 mg Subst. gaben 9,091 mg C02 und 3,061 mg H203,146 mg

•' "

0,494 cm3 N2 (25°% 718 mm)

c14H23ON3 Ber- C 67,43 H 9-30 N 16.85 ^

Gef. C 67,41 H 9,31 N 16,99%

Kondensation von ^-Cyclocitral mit Bromessigsäure-äthylester nach Reformatsky

Ein Gemisch von 3,65 g o( -Cyclocitral und 4,8 g Bromessigester in 10 cm

Benzol wurde mit 2,2 g Zinkspänen umgesetzt. Die Zersetzung des Reaktions¬

produktes erfolgte mit Eis und wenig verdünnter Salzsäure. Nach der üblichen

Aufarbeitung mit Aether erhielt man 4,36 g ( entspr. 76 % ) Oxyester LXIII

vom Sdp. 140-155° (10 mm ). Nach einer Rektifikation fand man :

d^8'8 = 1,0150, n^8-8 = 1,4804, MD ber. für C14H240g fl 67,36;

gef. 67,31.

36

Verseifung zur Oxysäure LXIV

883 mg Oxyester wurden mit 600 mg KHCO3 in 80-proz. Methanol 4 Stun¬

den gekocht. Man erhielt nach der üblichen Aufarbeitung 760 mg saure und 36 mgneutrale Teile.

Säurechlorid LXV

o

1,29 g Oxysäure wurden in 15 cm abs. Benzol gelöst und mit 1,6 g Thionyl-chlorid versetzt. Das Gemisch liess man unter gelegentlichem Umschütteln 4

Stunden bei Zimmertemperatur stehen und erwärmte es dann unter leichtem Vakuum

während einer Stunde im Wasserbad auf 40.Nun wurden Benzol und überschüssiges

Thionylchlorid am Vakuum entfernt, 50 cm abs. Benzol zugegeben und die

Hälfte davon wieder abdestilliert. Die restliche Lösung wurde direkt zur Umsetzungmit Dimethyl-Cadmium verwendet.

Umsetzung des Säurechlorids mit Dimethyl-Cadmium

Eine aus 300 mg Magnesium und überschüssigem Methylbromid in Aether

hergestellte Grignard-Verbindung wurde bei Zimmertemperatur mit 1,27 gCad-miumchlorid (geschmolzen und pulverisiert ) versetzt und anschliessend 20 Minu¬

ten zum Sieden erwärmt. Nachdem der Aether bis fast zur Trockene abdestilliert

worden war, fügte man 50 cm abs. Benzol zu und destillierte einen Teil davon

ab, um allen Aether zu entfernen. Zu dieser Lösung von Dimethyl-Cadmium gabman jene des Säurechlorids in Benzol. Nach halbstündigem Kochen wurde das

Reaktionsprodukt mit Eis und wenig verdünnter Schwefelsäure zersetzt und mit

Aether aufgearbeitet. Nach Abtrennung von 0,27 g Säuren erhielt man 0,89 g

Neutralteile, von denen sich aber nur 0,34 g destillieren Hessen. Dieses Destillat

trennte man mit Girard-Reagens T in 230 mg Nichtketone und 110 mg Ketone.

Letztere lieferten 77 mg Destillat mit nD° = 1,5016, was fast 80 % o( -Jonon

entspricht.

37

Für die Aufnahme und Interpretation der Infrarot-Spektren danke ich Herrn

DR. H. GÜNTHARD bestens.

Die Mikroanalysen wurden im Mikrolaboratorium des Organisch - Chemischen

Institutes der ETH unter Leitung von Herrn W. MANSER ausgeführt.

38

ZUSAMMENFASSUNG

Nach der Darstellung des l,l-Dimethyl-cyclohexanon-(3 )-carbonsäure(2 )-

esters befasst sich ein erster Abschnitt mit verschiedenen Synthese-Projekten, die

über das Aethylenketal des l,l-Dimethyl-2-oxymethyl-cyclohexanon- (3 )

führten.

Ein weiterer Teil der Arbeit behandelt Versuche zur Synthese von Dihydro-

^ -jonon durch Alkylierung des 1,1-Dimethyl-cyclohexanon- (3 )-carbonsäure-

(2 )-esters.

Im dritten Abschnitt wird die Synthese des y -Jonons unter Anwendung der Me¬

thode von WALLACH zur Einführung semicyclischer Doppelbindungen auf den

1,1-Dimethyl-cyclohexanon-(3 )-carbonsäure-(2 )- ester beschrieben.

39

LEBENSLAUF

Ich, Bruno Walter Willhalm, wurde am 23. September 1923 in St. Gallen ge¬

boren. Kurze Zeit später nahmen meine Eltern in Herisau Wohnsitz, wo ich die

Primarschule und 2 Jahre lang die Sekundärschule besuchte. Dann trat ich ins

Real-Gymnasium der Kantonsschule St. Gallen über, das ich im Herbst 1942 mit

dem Maturitäts-Zeugnis Typus B verliess. Nun begann ich das Studium der Natur¬

wissenschaften an der Abteilung X der Eidgenössischen Technischen Hochschule

in Zürich. Nach längeren Unterbrüchen infolge Militärdienstes bestand ich im

Herbst 1948 die Diplomprüfung als Naturwissenschafter (chemisch-physikalische

Richtung ). Anschliessend führte ich bis Ende 1950 die vorliegende Arbeit im La¬

boratorium für organische Chemie an der ETH (Leitung Herr Prof. Dr. L. Ruzicka )

durch.

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