CZ2009761A3

CZ2009761A3 - Nové makrocyklické deriváty glykolurilu, zpusob jejich prípravy a použití

Info

Publication number: CZ2009761A3
Application number: CZ20090761A
Authority: CZ
Inventors: Šindelár@Vladimír; Švec@Jan
Original assignee: Masarykova Univerzita
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2011-05-25
Also published as: EP2501699B1; US8779120B2; EP2501699A1; CZ302710B6; WO2011057590A1; US20120041192A1

Abstract

Rešení se týká nových makrocyklických derivátu glykolurilu obecného vzorce I a jejich prípravy. Tyto nové deriváty lze s výhodou použít k selektivnímu odstranování látek z roztoku v polárních i nepolárních rozpouštedel, a z vody, napr. k cištení odpadních vod, k delení plynu a organických par, jako aktivní separacní povrch pro chromatografii nebo pro senzory, pro materiály s funkcí ionexu, pro rízenou dopravu léciv, v potravinárském nebo farmaceutickém prumyslu jako matrice nesoucí chutové ci lécivé látky a v senzorech.

Description

Nové makrocyklické deriváty glykolurilu, způsob jejich přípravy a použití

Oblast techniky

Vynález se týká nových makrocyklických derivátů glykolurilu, jejich přípravy a použití.

Dosavadní stav techniky

Glykoluril je bicyklická molekula, která se používá pro přípravu supramolekulámích hostitelů, tj. molekul, které jsou schopné vázat jiné látky (hosty) pomocí nekovalentních interakcí. Glykolurily terminované z obou stran xylylenovými jednotkami jsou známé jako glykolurilové klipsy, které jsou schopny vytvářet homodimery, nebo interagují s jinými molekulami (Rowan, A. E.; Elemans, J. A. A. W.; Nolte, R. J. M. Acc. Chem. Res. 1999, 995-1006). Propojením dvou glykourilových jednotek prostřednictvím různých aromatických členů byly připraveny molekuly, které jsou schopny mezi sebou vzájemně interagovat za tvorby sférických struktur (Rebek, J., Jr. Acc. Chem. Res. 1999, 32, 278-286). K tvorbě těchto struktur dochází výhradně v nepolárních rozpouštědlech díky vzájemné interakci glykolurilových konců vodíkovými můstky. Největší pozornost je však věnována cyklickým oligomerům zvaným cucurbit[n]urily, které se skládají z n glykolurilových jednotek, které jsou propojeny 2n methylovými můstky (Lagona, J.; Mukhopadhyay, P.; Chakrabarti, S.; Isaacs, L. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 4844-4870). Jako první z této třídy makrocyklů byl připraven již v roce 1905 cucurbit[6]uril (Behrend, R; Meyer, E; Rusche, F. Liebigs Ann. Chem. 1905, 339), jehož makrocyklická podstata byla však objevena až v roce 1981 (Freeman, W. A.; Mock, W. L.; Shih, N.-Y. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, Ί36Τ). Dalším mezníkem v chemii cucurbit[n]urilů byl rok 2000, kdy dvě výzkumné skupiny nezávisle na sobě popsaly přípravu cucurbit[n]urilů s jiným počtem glykolurilových jednotek (n = 5 až 10) (A. I. Day, A. P. Arnold, R. J. Blanch (Unisearch Limited, Australia), W02000068232. Day, A.; Arnold A. P.; Blanch, R. J.; Snushall, B. J. Org. Chem. 2001, 66, 8094. K. Kim, J. Kim,

I. -S. Jung, S.-Y. Kim, E. Lee, J.-K. Kang (Postech Foundation, South Korea), EP1094065. Kim, J.; Jung, I.-S.; Kim, S. Y.; Lee, E.; Kang, J.-L.; Sakamoto, S.; Yamaguchi, K.; Kim, K.

J. Am. Chem. Soc. 2000,122, 540).

V závislosti na velkosti vnitřní kavity jsou cucurbit[n]urily schopny vázat různé organické i anorganické látky s často vysokou stabilitou a selektivitou. Pro tyto vlastnosti jsou • · cucurbit[n]urily zkoumány pro použití v oblastech jako je čištění odpadních vod, řízená doprava léčiv, katalyzátory, senzory, chromatografie a další.

Cucurbiturily jsou připravovány kysele katalyzovanou polykondenzací glykolurilu s formaldehydem. Reakce probíhá zpravidla v koncentrované minerální kyselině a za teplot vyšších než 50 °C. Náročná je zejména separace jednotlivých cucurbit[n]urilů ze vzniklé reakční směsi. Dalším problémem, který limituje použití cucurbit[n]urilů, je jejich nízká rozpustnost ve vodě, kde se rozpouštějí jen omezeně a to v přítomnosti kationů nebo kyselin. Zároveň nejsou rozpustné v žádném organickém rozpouštědle. Vzhledem k rigidní struktuře makrocyklů je také velice obtížná modifikace cucurbiturilového skeletu.

V roce 2004 byla publikována příprava nových makrocyklických látkek vycházejících z 2imidazolidinonu a formaldehydu (Miyahara, Y.; Goto, K..; Oka, M.; Inazu, T. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 5019-5022). Vzhledem k tomu, že jejich struktura odpovídá struktuře cucurbit[n]urilů podélně rozdělených na dvě poloviny, byly tyto makrocykly nazvány hemicucurbit[n]urily, kde n = 6 a 12. Tyto sloučeniny jsou na rozdíl od cucurbitfnjurilů dobře rozpustné v nepolárních rozpouštědlech. Hemicucurbit[n]urily však interagují pouze s některými aniony a to s relativně malou asociační konstantou.

Jak je uvedeno výše, makrocyklické sloučeniny skládající se z glykolurilu jsou nadějné hostitelské molekuly. Nízká rozpustnost a omezené způsoby modifikace však představují zásadní limity při jejich použití.

Nevýhody dosud známých glykolurilových makrocyklických sloučenin odstraňuje nová třída sloučenin založených na glykolurilových jednotkách, která je předmětem tohoto vynálezu.

Podstata vynálezu

Předmětem předkládaného vynálezu jsou nové makrocyklické sloučeniny obecného vzorce I,

(I) kde n je 4 až 24,

Rl a R2 jsou nezávisle O nebo S,

R3, R4, R5, R6, R7, R8 jsou každý nezávisle vybrán ze skupiny zahrnující vodík, -OH, -COOH, -NH₂, -NO_2j -NHNH2, nitril, alkyl, alkenyl, alkynyl, cykloalkyl, cykloalkenyl, alkoxy, hydrokarbylthio, hydrokarbylamino, dihydrokarbylamino, karboxyl, aryl, heteroaryl, kde

- alkyl je lineární nebo rozvětvený Ci až C30, s výhodou Ci až C10, nej výhodněji Cj až Cf, alkylový řetězec, v němž může případně být kterákoliv CH₂- skupina nahrazena -O-, -S- nebo -NH- skupinou, přičemž alkyl může být nesubstituovaný nebo substituovaný 1 až 5 substituenty vybranými ze skupiny zahrnující -OH, -SH, =0, halogen, aryl, -NH₂, -C00R^c, kde R^c je vodík nebo C] až Ce alkyl,

- alkenyl je lineární nebo rozvětvený C₂ až C30, s výhodou C₂ až C10, nejvýhodněji C₂až Cň uhlovodíkový řetězec obsahující alespoň jednu dvojnou vazbu, v němž může případně být kterákoliv -CH₂- skupina nahrazena -O-, -S- nebo -NH- skupinou a kterákoliv =CH- skupina nahrazena =N- skupinou, přičemž alkenyl může být nesubstituovaný nebo substituovaný 1 až 5 substituenty vybranými ze skupiny zahrnující -OH, -SH, =0, halogen, -NH₂, aryl a -COOR^C, kde R^c je vodík nebo C, až C₆ alkyl,

- alkynyl je lineární nebo rozvětvený C₂ až C30, s výhodou C₂ až Cjq, nejvýhodněji C₂až Cň uhlovodíkový řetězec obsahující alespoň jednu trojnou vazbu, který může případně obsahovat i dvojnou vazbu, v tomto uhlovodíkovém řetězci může případně být kterákoliv -CII₂- skupina nahrazena -0-, -S- nebo -NH- skupinou a kterákoliv =CH- skupina nahrazena =N- skupinou, přičemž alkynyl může být nesubstituovaný nebo substituovaný 1 až 5 substituenty vybranými ze skupiny zahrnující -OH, -SH, =0, halogen, -NH₂, aryl a -COOR^c, kde R^c je vodík nebo Ci až C_fi alkyl, cykloalkyl je lineární nebo rozvětvený C3 až C30, s výhodou C₄ až Ci₀, nejvýhodněji C₄ až Cg uhlovodíkový řetězec obsahující alespoň jeden cyklus, v němž může případně být kterákoliv -CH₂- skupina nahrazena -O-, -S- nebo -NH- skupinou, přičemž cykloalkyl může být nesubstituovaný nebo substituovaný 1 až 5 substituenty vybranými ze skupiny zahrnující -OH, -SH, =0, halogen, -NH₂, aryl a -COOR^c, kde R^c je vodík nebo Ci až Cé alkyl, • · cykloalkenyl je lineární nebo rozvětvený C4 až Cío, s výhodou C4 až C10, nejvýhodněji C4 až Cg uhlovodíkový řetězec obsahující alespoň jednu dvojnou vazbu a alespoň jeden cyklus, v němž může případně být kterákoliv -CH₂- skupina nahrazena -O-, -S- nebo -NH- skupinou a kterákoliv =CH- skupina nahrazena =Nskupinou, přičemž cykloalkenyl může být nesubstituovaný nebo substituovaný 1 až 5 substituenty vybranými ze skupiny zahrnující -OH, -SH, =O, halogen, -NH₂, aryl a COOR^C, kde R^c je vodík nebo Ci až Ců alkyl, alkoxy je skupina -OR^a, kde R^a je skupina vybraná ze skupiny zahrnující alkyl, alkenyl, alkynyl, cykloalkyl, cykloalkenyl, jak jsou definovány výše, hydrokarbylthio je skupina -SR^a, kde R^a je skupina vybraná ze skupiny zahrnující alkyl, alkenyl, alkynyl, cykloalkyl, cykloalkenyl, jak jsou definovány výše, hydrokarbylamino je skupina -NHR^a, kde R^a je skupina vybraná ze skupiny zahrnující alkyl, alkenyl, alkynyl, cykloalkyl, cykloalkenyl, jak jsou definovány výše, dihydrokarbylamino je skupina -NR^aR^b, kde R^a a R^b jsou stejné nebo různé skupiny vybrané ze skupiny zahrnující alkyl, alkenyl, alkynyl, cykloalkyl, cykloalkenyl, jak jsou definovány výše, kar boxy 1 je skupina -COOR®, kde R^a je skupina vybraná ze skupiny zahrnující alkyl, alkenyl, alkynyl, cykloalkyl, cykloalkenyl, jak jsou definovány výše, aryl je uhlovodíková skupina obsahující 6 až 30 uhlíkových atomů, s výhodou 6 až 10 uhlíkových atomů, a obsahující alespoň jedno aromatické jádro, a aryl může být nesubstituovaný nebo substituovaný 1 až 5 substituenty vybranými ze skupiny zahrnující -OH, -SH, =0, halogen, C] až Ců alkyl, C| až Ců alkoxy, -NH₂ a -COOR¹', kde R^c je vodík nebo Ci až Ců alkyl. S výhodou je aryl vybrán ze skupiny zahrnující fenyl, benzyl, naftyl, ne substituované nebo substituované 1 až 5 substituenty vybranými ze skupiny zahrnující -OH, -SH, =0, halogen, Ci až Ců alkyl, Ci až Ců alkoxy, -NH₂ a COORý kde R^c je vodík nebo Cj až Ců alkyl.

heteroaryl je uhlovodíková skupina obsahující 4 až 30 uhlíkových atomů, s výhodou 4 až 10 uhlíkových atomů, a alespoň jeden heteroatom, s výhodou jeden až dva heteroatomy, vybrané ze skupiny zahrnující O, S, N, a obsahující alespoň jedno aromatické jádro, a heteroaryl může být nesubstituovaný nebo substituovaný 1 až 5 substituenty vybranými ze skupiny zahrnující -OH, -SH, =0, halogen, C] až Ců alkyl, C, až C₆ alkoxy, -NH₂ a -COOR^C, kde R^c je vodík nebo Ci až Ců alkyl, halogen je vybrán ze skupiny zahrnující -F, -Cl, -Br, -I.

• ·

Předmětem vynálezu je dále způsob přípravy makrocyklických sloučenin obecného vzorce I, při němž se glykolurilový derivát obecného vzorce II,

R2 (Π) kde Rl, R2, R3, R4, R5 a R6 jsou definovány výše, R9 a R10 jsou vybrány ze skupiny zahrnující H, Cl, Br, I, CH2OH, aryl, CFh-aryl, CO-alkyl, CO-aryl, Cl^O-alkyl, CFLO-aryl, uvede do reakce s ketonem obecného vzorce III nebo IV,

[(CR7R8)O]_n (IV) kde R7 a R8 jsou definovány výše a n je 2 až 40.

Uvedená reakce se provádí v přítomnosti kyseliny, s výhodou minerální kyseliny, jako je například HF, HC1, HBr, HI, H2SO4, H3PO4, HNO3, nebo organické kyseliny, jako jsou například kyseliny mravenčí, octová, trifluoroctová, methansulfonová nebo toluensulfonová. Výtěžek reakce lze zlepšit použitím vhodného templátu, s výhodou anorganických solí obsahujících kationy Na⁺, K⁺, Cs⁺, Ni²’, a aniony F, ď, Br’, Γ, PF₆', CH3COO-, Ph-COO-, a další. V průběhu reakce se produkt vyloučí jako pevná látka, která se odfiltruje a přečistí metodami známými odborníkovi v daném oboru, např. promytím kyselým roztokem, krystalizací nebo chromatografícky. Makrocykly, které se jako pevné látky z roztoku samovolně nevylučují, lze vysrážet přidáním vhodného činidla jako je aceton nebo isopropanol. Pevnou látku lze také získat odpařením rozpouštědla.

Vynález tedy zahrnuje novou třídu makrocyklických sloučenin, původci nazvanou bamboo[n]urily, s 4 až 24 glykolurilovými jednotkami (n = 4 až 24). Narozdíl od cucurbiturilů nejsou každé dvě glykolurilové jednotky spojené dvěma vazbami, ale pouze jednou. Bamboo[n]urily jsou v porovnání s cucurbiturily flexibilnější s možností vychylování • 4 jednotlivých glykolurilových jednotek. Flexibilní makrocyklický řetězec se tak může přizpůsobovat tvaru látky, která s ním interaguje. Na rozdíl od cucurbiturilů, které jsou nerozpustné v organických rozpouštědlech, jsou bamboo[n]urily velice dobře rozpustné především v směsích jako je chloroform/methanol, chloroform/dimethylsulfoxid. Bamboo[n]urily se však rozpouštějí i ve vodě za přítomnosti některých iontů. Bamboo[n]urily lze snadno modifikovat. Vhodnou volbou substituentů R3 až R8 lze ovlivnit rozpustnost bamboo[n]urilu ve zvoleném rozpouštědle. Vlastnosti bamboo[n]urilů mohou být významně ovlivněny zavedením objemných substituentů R5 a R6, která způsobí významné konformační změny makrocyklu. Na makrocyklus je také možné zavést vhodnou funkční skupinu, která umožní jeho připojení na substrát, jako je například povrch polymerní, silikagelové nebo kovové (nano)částice.

Velikost vnitřní kavity 3 až 18 Á a dva portály po obou stranách, jejichž velikost se může přizpůsobit velikosti vázané molekuly, umožňují vázat aniony, např. F', Cl', Br, Γ, PFe, PF₄', BFf, CN', SCN’a další, dále kationy: K⁺, Na⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Cd²⁺, Pb²⁺ a další, a také organické látky, např. methanol, ethanol, propanol, butanol, methan, ethan, propan, butan. Schopnost sloučenin obecného vzorce I vázat uvedené látky lze využít k selektivnímu odstraňování těchto látek z roztoků v polárních i nepolárních rozpouštědlech a z vody, např. k čištění odpadních vod. Za tímto účelem mohou být připravovány polymerní membrány, kde jsou bamboo[n]urily a jejich deriváty použity jako nanoplnivo. Touto formou mohou být děleny směsi plynů nebo organických par, nebo mohou být připraveny pervaporační membrány pro dělení či obohacování kapalných směsí. Bamboo[n]urily lze také využít jako aktivní separační povrch pro chromatografíi. V tomto případě budou použity modifikované bamboo[n]urily, které budou ukotveny na povrch silikagelové nebo polymerní částice. K ukotvení mohou být s výhodou používány deriváty, kde jeden nebo více substituentů R3 až R8 je n-alkenyl nebo alkyl nesoucí -OH, -SH nebo -COOH skupinu. Podobně ukotvené bamboo[n]urily mohou být používány pro výměnu kationů a anionů a mohou tak suplovat funkci katexů a anexů. Pro přípravu senzorů se použijí především deriváty bamboo[n]urilů, kde R1=O a R2=S. V takovém případě bude jedna strana makrocyklu svázána s povrchem kovu (elektrody) prostřednictvím thio- skupin, přičemž druhá strana makrocyklu bude schopna reagovat na přítomnost detekované látky. Vzhledem ke schopnosti vázat různé látky lze bamboofnjurily využít pro dopravu léčiv či v potravinářském nebo farmaceutickém průmyslu jako matrice nesoucí chuťové či léčivé látky.

« *

Předmětem vynálezu je tedy použití makrocyklických sloučenin obecného vzorce I, zahrnující interakci sloučeniny obecného vzorce I s iontem nebo sloučeninou. Zejména se jedná o použití při čištění vod, odstraňování látek z roztoků, dělení směsí plynů nebo organických par, použití pro materiály s funkcí ionexu, použití v aktivních separačních površích pro chromatografii či v aktivních površích elektrod senzorů, použití pro dopravu a směrování léčiv v organismu, a použití jako matrice nesoucí chuťové či léčivé látky.

Stručný popis výkresů

Obr. 1 znázorňuje *H NMR spektrum a ^l3C NMR spektrum sloučeniny (1) z příkladu 1.

Obr. 2 znázorňuje krystalovou strukturu sloučeniny (1) z příkladu 1.

Obr. 3 znázorňuje krystalovou strukturu komplexu sloučeniny (1) a chloridového anionu (bamboo[6]urÍl@Cl).

Příklady provedení vynálezu

Metody:

NMR spektroskopie byla prováděna na přístroji Bruker Avance 300 spectrometer ve směsi deuterovaného dimethylsulfoxidu a deuterochloroformu DMSCkCDCb = 1:1, nebo ve směsi deuterovaného methanolu a deuterochloroformu CDíODiCDCE = 2:1. Chemické posuny jsou udávány v ppm, interakční konstanty v Hz. 'H NMR spektra byla měřena při frekvenci 300,13 MHz a referencována na signál chloroformu 7,6 ppm, ^BC NMR spektra byla měřena při frekvenci 75,77 MHz a referencována na signál CDCI3 77,0 ppm. MALDI-TOF hmotnostní spektra byla získána na spektrometru Ultraflex III spectrometer. Difrakční data byla získána na KUMA K.M-4 κ-axis CCD difraktometru s Mo-Κα radiací(X = 0,71073 Á). Teplota měření byla 120(2) K.

Příklad 1

Syntéza bamboo[6]urilu (1)

1,3-dimethylglykoluril 9 g (0,052 mol) (příprava popsána v Grillon, E.; Gallo, R.; Pierrot, M.; Boileau, J.; Wimmer, E. Tetrahedron Lett., 1988, 29, 1015-1016) byl rozpuštěn ve směsi ··

35% HC1 (18 ml) a vody (12 ml) při teplotě 50 °C. Roztok byl ponechán vychladnout na laboratorní teplotu (22 °C). Po zchladnutí byl do roztoku přidán paraformaldehyd 1,55 g (0,052 mol, zakoupen od firmy Aldrich, použit v čistotě dodávané výrobcem). Směs byla míchána po dobu dvou dnů. Vyloučený bílý prášek byl odfiltrován. Pro získání čistého makrocyklu (1) byly nečistoty odstraněny promytím 35% HCl. Výtěžek čistého bamboo[6]urilu (1) byl 3,1 g (33%). Produkt vznikl ve formě komplexu s chloridovým anionem bamboo[6]uril@Cl.

’H NMR (CD₃OD : CDCfi 2:1, 300MHz); δ (ppm) 5,32 (s, 12 H); 5,10 (s, 12 H); 3,06 (s, 36 H).

(CH₂O)_n/_HjO⁺

Příklad 2

Syntéza bamboo[6]urilu (1)

1,3-dimethylglykoluril 3 g (0,017 mol) a paraformaldehyd 0,52 g (0,017 mol) bylo přidáno do směsi 35% HCl (6 ml) a vody (5 ml). Roztok byl míchán při 90 °C po dobu 45 minut. Roztok byl ponechán chladnout 6 hodin při teplotě 8 °C. Vyloučený podíl byl odfiltrován. Bílý prášek byl čištěn mícháním v 35% HCl. Výtěžek bamboo[6]urilu (1) byl 0,81 g (26 %). Produkt vznikl ve formě komplexu s chloridovým anionem bamboo[6]uril@Cl.

*H NMR (CD3OD : CDCI3 2:1, 300MHz); δ (ppm) 5,32 (s, 12 H); 5,10 (s, 12 H); 3,06 (s, 36 H).

Příklad 3

Syntéza bamboo[6]urilu (1)

1,3-dimethylglykoluril 1,5 g (0,0085 mol) a paraformaldehyd 0,26 g (0,0085 mol) a KC1 0,33 g (0,004 mol) bylo přidáno do směsi 96% kyseliny sírové (1 ml) a vody (5 ml). Roztok byl míchán při 40 °C po dobu 36 hodin. Vyloučený podíl byl odfiltrován. Bílý prášek byl

4*

4 44 «	•
* · • ♦ ·* 4 4 · ♦ • 4 «	«4 4 • •
♦ « > ·	• · ·	• 4

čištěn trojnásobným promytím v 35% HC1. Výtěžek bamboo[6]urilu (1) byl 0,33 g (21 %). Produkt vznikl ve formě komplexu s chloridovým anionem bamboo[6]uril@chlorid.

’H NMR (CD₃OD : CDCh 2:1, 300MHz); δ (ppm) 5,32 (s, 12 H); 5,10 (s, 12 H); 3,06 (s, 36 H).

Příklad 4

Syntéza bamboo[6]urilu (1)

1,3-dimethylglykoluril 1,5 g (0,0085 mol) a paraformaldehyd 0,26 g (0,0085 mol) a KC1 1 g (0,013 mol) bylo přidáno do směsi kyseliny mravenčí (2 ml) a vody (5 ml). Roztok byl míchán při laboratorní teplotě 24 °C po dobu 48 hodin. Vyloučený podíl byl odfiltrován. Bílý prášek byl čištěn pomocí preparativní GPC (gelová permeační chromatografie). Výtěžek bamboo[6]urilu (1) byl 0,44 g (29 %). Produkt vznikl ve formě komplexu s chloridovým anionem bamboo[6]uril@chlorid.

‘H NMR (CD₃OD : CDC1₃ 2:1, 300MHz); δ (ppm) 5,32 (s, 12 H); 5,10 (s, 12 H); 3,06 (s, 36 H).

Příklad 5

Syntéza bamboo[12]urilu (2)

1,3-dimethylglykoluril 3 g (0,017 mol) a paraformaldehyd 0,52 g (0,017 mol) bylo přidáno do směsi 35% HC1 (6 ml) a vody (5 ml). Roztok byl míchán při 60 °C po dobu 60 minut. Roztok byl ponechán 72 hodin bez míchání při laboratorní teplotě 20 °C. Poté byl vyloučený podíl filtrován. Mateční louh byl ponechán při laboratorní teplotě 48 hodin.Vyloučený podíl byl odfiltrován. Bílý prášek byl čištěn za pomoci preparativní GPC. Výtěžek bamboo[12]urilu (2) byl 0,31 g (10 %).

*H NMR (CD₃OD : CDC1₃ 2:1, 300MHz); δ (ppm) 5,21 (s, 24 H); 4,98 (s, 24 H); 3,01 (s, 72 H).

• · • ♦ · ·

Příklad 6

Syntéza bamboo[12]urilu (2)

1,3-dimethylglykoluril 3 g (0,017 mol) a paraformaldehyd 0,52 g (0,017 mol) bylo přidáno do směsi 35% HC1 (3 ml), kyseliny methansulfonové (3 ml) a vody (2 ml). Roztok byl míchán při 60 °C po dobu 60 minut. Roztok byl ponechán 72 hodin bez míchání při laboratorní teplotě 20 °C. Poté byl vyloučený podíl filtrován. Mateční louh byl ponechán při laboratorní teplotě 48 hodin.Vyloučený podíl byl odfiltrován. Bílý prášek byl čištěn za pomoci preparativní GPC. Výtěžek bamboo[12]urilu (2) byl 0,31 g (10 %).

’H NMR (CDjOD : CDClj 2:1, 300MHz); δ (ppm) 5,21 (s, 24 H); 4,98 (s, 24 H); 3,01 (s, 72 H).

Příklad 7

Tetrabutylamonium jodid 150 mg a komplex bamboo[6]uril@chlorid 50 mg bylo rozpuštěno ve směsi 1 ml chloroformu a 1 ml etanolu. Po 48 hodinách byly izolovány bezbarvé krystaly (39 mg). Pomocí rentgenové difrakce bylo zjištěno, že izolovaná látka je složena z interního komplexu bamboo[6]uril@jodid a tetrabutylamonium chloridu, které jsou přítomny v ekvimolámím poměru. Struktura byla potvrzena ’H NMR spektroskopií.

‘HNMR(CD₃OD : CDCIa 2:1, 300MHz); δ (ppm) 5,51 (s, 12 H); 5,01 (s, 12 H); 3,17 (t, 8 H); 3,12 (s, 36 H), 1,62 (m, 8 H); 1,39 (m, 8 H); 0,99 (t, 12 H).

Příklad 8

Tetrabutylamonium bromid 150 mg a komplex bamboo[6]uril@chlorid 50 mg bylo rozpuštěno ve směsi 1 ml chloroformu a 1 ml etanolu. Po 48 hodinách byly izolovány bezbarvé krystaly (34 mg). Pomocí rentgenové difrakce bylo zjištěno, že izolovaná látka je • * · · « · · · · • * * · · · · ···« • · · · « ···»· • · ·· · · · · ···· • · · · · · ·· «** ·♦ ··· ··· ··«· složena z interního komplexu bamboo[6]uril@bromid a tetrabutylamonium chloridu, které jsou přítomny v ekvimolámím poměru. Struktura byla potvrzena 'Η NMR spektroskopií.

'H NMR (CD₃OD : CDCI3 2:1, 300MHz); δ (ppm) 5,47 (s, 12 H); 5,09 (s, 12 H); 3,17 (t, 8 H); 3,12 (s, 36 H), 1,62 (m, 8 H); 1,39 (m, 8 H); 0,99 (t, 12 H).

Příklad 9

Tetrabutylamonium tetrafluoroborát 150 mg a komplex bamboo[6]uril@chlorid 50 mg bylo rozpuštěno ve směsi 1 ml chloroformu a 1 ml etanolu. Po 48 hodinách byly izolovány bezbarvé krystaly (35 mg). Pomocí rentgenové difrakce bylo zjištěno, že izolovaná látka je složena z interního komplexu bamboo[6]uril@tetrafluoroborát a tetrabutylamonium chloridu, které jsou přítomny v ekvimolámím poměru. Struktura byla potvrzena *H NMR spektroskopií.

‘H NMR (CD3OD ; CDCh 2:1, 300 MHz); δ (ppm) 5,23 (s, 12 H); 4,97 (s, 12 H); 3,17 (t, 8 H); 3,06 (s, 36 H), 1,62 (m, 8 H); 1,39 (m, 8 H); 0,99 (t, 12 H).

Příklad 10

Tetrabutylamonium hexafluorofosfát 150 mg a komplex bamboo[6]uril@chlorid 50 mg bylo rozpuštěno ve směsi 1 ml chloroformu a 1 ml etanolu. Po 48 hodinách byly izolovány bezbarvé krystaly (44 mg). Pomocí rentgenové difrakce bylo zjištěno, že izolovaná látka je složena z interního komplexu bamboo[6]uril@hexafluorofosfát a tetrabutylamonium chloridu, které jsou přítomny v ekvimolámím poměru. Struktura byla potvrzena *H NMR spektroskopií.

'H NMR (CD3OD : CDCI3 2:1, 300 MHz); δ (ppm) 5,30 (s, 12 H); 4,96 (s, 12 H); 3,17 (t, 8 H); 3,07 (s, 36 H), 1,62 (m, 8 H); 1,39 (m, 8 H); 0,99 (t, 12 H).

Příklad 11

Tetrabutylamonium fluorid 150 mg a komplex bamboo[6]uril@chlorid 50 mg bylo rozpuštěno ve směsi 1 ml chloroformu a 1 ml etanolu. Po 48 hodinách byly izolovány bezbarvé krystaly (37 mg). Pomocí rentgenové difrakce bylo zjištěno, že izolovaná látka je • · složena z interního komplexu bamboo[6]uril@fluorid a tetrabutylamonium chloridu, které jsou přítomny v ekvimolámím poměru. Struktura byla potvrzena 'Η NMR spektroskopií.

’H NMR (CD₃OD : CDC1₃ 2:1, 300MHz); δ (ppm) 5,99 (s, 12 H); 4,89 (s, 12 H); 3,17 (t, 8 H); 3,03 (s, 36 H) 1,62 (m, 8 H); 1,39 (m, 8 H); 0,99 (t, 12 H).

Příklad 12

Jodid sodný 0,5 g a komplex bamboo[6]uril@chlorid 0,5 g bylo rozpuštěno ve směsi 5 ml chloroformu a 5 ml etanolu. Nerozpuštěná anorganická sůl byla odfiltrována a filtrát byl odpařením zahuštěn na polovinu, přičemž se vyloučila bílá sraženina. Po odfiltrování byl získán bílý prášek (0,46 g), který byl analyzován jako komplex bamboo[6]uril@jodid.

'H NMR (CD₃OD : CDC1₃ 2:1, 300MHz); δ (ppm) 5,51 (s, 12 H); 5,01 (s, 12 H); 3,12 (s, 36 H).

Příklad 13

Bromid sodný 0,5 g a komplex bamboo[6]uril@chlorid 0,5 g bylo rozpuštěno ve směsi 5 ml chloroformu a 5 ml etanolu. Nerozpuštěná anorganická sůl byla odfiltrována a filtrát byl odpařením zahuštěn na polovinu, přičemž se vyloučila bílá sraženina. Po odfiltrování byl získán bílý prášek (0,41 g), který byl analyzován jako komplex bamboo[6]uril@bromid.

'H NMR (CD₃OD : CDC1₃ 2:1, 300MHz); δ (ppm) 5,47 (s, 12 H); 5,09 (s, 12 H); 3,12 (s, 36 H).

Příklad 14

Tetrafluoroborát sodný 0,5 g a komplex bamboo[6]uril@chlorid 0,5 g bylo rozpuštěno ve směsi 5 ml chloroformu a 5 ml etanolu. Nerozpuštěná anorganická sůl byla odfiltrována a filtrát byl odpařením zahuštěn na polovinu, přičemž se vyloučila bílá sraženina. Po odfiltrování byl získán bílý prášek (0,41 g), který byl analyzován jako komplex bamboo [6 ] uri l@tetrafluoro borát.

'H NMR (CD3OD : CDCh 2:1, 300MHz); δ (ppm) 5,23 (s, 12 H); 4,97 (s, 12 H); 3,06 (s, 36 H).

Příklad 15

Hexafluorofosfát sodný 0,5 g a komplex bamboo[6]uril@chlorid 0,5 g bylo rozpuštěno ve směsi 5 ml chloroformu a 5 ml etanolu. Nerozpuštěná anorganická sůl byla odfiltrována a filtrát byl odpařením zahuštěn na polovinu, přičemž se vyloučila bílá sraženina. Po odfiltrování byl získán bílý prášek (0,41 g), který byl analyzován jako komplex bamboo[6]uril@ hexafluorofosfát.

'H NMR (CD₃OD : CDCh 2:1, 300MHz); δ (ppm) 5,30 (s, 12 H); 4,96 (s, 12 H); 3,07 (s, 36 H).

Příklad 16 ekvivalent tetrabutylamonia nesoucí jako anion bromid, iodid, tetrafluoroborát nebo hexafluorofosfát byl rozpuštěn s jedním ekvivalentem komplexu bamboo[6]uril@chlorid ve směsi CD3OD : CDCI3 = 2:1 tak, že celková koncentrace rozpuštěných látek byla 5 mM. Ve všech případech bylo získané *H NMR spektrum totožné se spektrem odpovídajícího komplexu v příkladech 12 až 15. Signály odpovídající komplexu batnboo[6]uril@chlorid nebyly zaznamenány. Při poměru bamboo[6]uril : přidaný anion = 1:1 je tedy všechen přidaný anion vázán v bamboo[6]urilu a lze vypočítat, že asociační konstanta mezi všemi uvedenými ionty a bamboo[6]urilem je větší než 5x10⁴ M'¹.

Z příkladů 12 až 16 vyplývá že bamboo[6]uril v podobě komplexu s chloridovým anionem působí jako velice účinný anex. Po přidání iontové sloučeniny nesoucí jako anion bromid, iodid, tetrafluoroborát nebo hexafluorofosfát, se tento anion váže uvnitř kavity bamboo[6]uril a současně je vytěsňován chloridový anion. Uvedené příklady demonstrují, že bamboo[6]uril lze s výhodou použít na (a) výměnu anionů, (b) selektivní vychytávání iontů z roztoku.

Příklad 17

Roztok ethanolu ve směsi DMSOCDCL - 1:1 byl analyzován pomocí 'H NMR spektroskopie. Do roztoku byl poté přidán 1 ekvivalent komplexu bamboo[6]uril@chlorid. Po přidání komplexu se v ’H NMR spektru objevil kromě původních signálů ethanolu a signálů makrocyklu také nový signál s chemickým posunem 1,203 ppm. Tento signál přísluší ·

methylové skupině ethanolu, který je vázán bamboo[6]urilem. Na základě integrace signálů bylo zjištěno, že došlo k navázání 15 molámích % ethanolu na bamboo[6]uril.

Průmyslová využitelnost

Nové makrocyklické sloučeniny obecného vzorce I lze použít k selektivnímu odstraňování látek z roztoků v polárních i nepolárních rozpouštědlech, a z vody, např. k čištěni odpadních vod, k dělení plynů a organických par, jako aktivní separační povrch pro chromatografii nebo pro senzory, pro materiály s funkcí ionexu, pro řízenou dopravu léčiv, v potravinářském nebo farmaceutickém průmyslu jako matrice nesoucí chuťové Či léčivé látky a v senzorech.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Makrocyklické sloučeniny obecného vzorce I, kde n je 4 až 24,

R1 a R2 jsou nezávisle O nebo S,

R3, R4, R5, R6, R7, R8 jsou každý nezávisle vybrán ze skupiny zahrnující vodík, -OH, -COOH, -NH2, -NO2, -NHNH2, nitril, alkyl, alkenyl, alkynyl, cykloalkyl, cykloalkenyl, alkoxy, hydrokarbylthio, hydrokarbylamino, dihydrokarbylamino, karboxyl, aryl, heteroaryl, kde

- alkyl je lineární nebo rozvětvený Ci až C30 alkylový řetězec, v němž může případně být kterákoliv -CH2- skupina nahrazena -O-, -S- nebo -NH- skupinou, přičemž alkyl může být ne substituovaný nebo substituovaný 1 až 5 substituenty vybranými ze skupiny zahrnující -OH, -SH, =0, halogen, aryl, -NH2, -COOR^c, kde R^c je vodík nebo C1 až Cé alkyl,

- alkenyl je lineární nebo rozvětvený C2 až C30 uhlovodíkový řetězec obsahující alespoň jednu dvojnou vazbu, v němž může případně být kterákoliv -CH2- skupina nahrazena -O-, -S- nebo -NH- skupinou a kterákoliv =CH- skupina nahrazena =Nskupinou, přičemž alkenyl může být nesubstituovaný nebo substituovaný 1 až 5 substituenty vybranými ze skupiny zahrnující -OH, -SH, =0, halogen, -NH₂, aryl a COOR^c, kde R^c je vodík nebo C| až alkyl,

- alkynyl je lineární nebo rozvětvený C2 až C30 uhlovodíkový řetězec obsahující alespoň jednu trojnou vazbu, který může případně obsahovat i dvojnou vazbu, v tomto uhlovodíkovém řetězci může případně být kterákoliv -CH₂- skupina nahrazena -0-, -S- nebo -NH- skupinou a kterákoliv =CH- skupina nahrazena =N- skupinou, přičemž alkynyl může být nesubstituovaný nebo substituovaný 1 až 5 substituenty vybranými ze skupiny zahrnující -OH, -SH, =0, halogen, -NH₂, aryl a COOR^c, kde R^c je vodík nebo Cj až C₆ alkyl, cykloalkyl je lineární nebo rozvětvený C₃ až C₃o uhlovodíkový řetězec obsahující alespoň jeden cyklus, v němž může případně být kterákoliv -CH₂- skupina nahrazena -0-, -S- nebo -NH- skupinou, přičemž cykloalkyl může být nesubstituovaný nebo substituovaný 1 až 5 substituenty vybranými ze skupiny zahrnující -OH, -SH, =0, halogen, -NH₂, aryl a -COOR^C, kde R^c je vodík nebo Ci až Ce alkyl, cykloalkenyl je lineární nebo rozvětvený C4 až C₃₀ uhlovodíkový řetězec obsahující alespoň jednu dvojnou vazbu a alespoň jeden cyklus, v němž může případně být kterákoliv -CH₂- skupina nahrazena -0-, -S- nebo -NH- skupinou a kterákoliv =CHskupina nahrazena =N- skupinou, přičemž cykloalkenyl může být nesubstituovaný nebo substituovaný 1 až 5 substituenty vybranými ze skupiny zahrnující -OH, -SH, =0, halogen, -NH₂, aryl a -C00R^c, kde R^c je vodík nebo Ci až C₆ alkyl, alkoxy je skupina -0R^a, kde R^a je skupina vybraná ze skupiny zahrnující alkyl, alkenyl, alkynyl, cykloalkyl, cykloalkenyl, jak jsou definovány výše, hydrokarbylthio je skupina -SR^a, kde R^a je skupina vybraná ze skupiny zahrnující alkyl, alkenyl, alkynyl, cykloalkyl, cykloalkenyl, jak jsou definovány výše, hydrokarbylamino je skupina -NHR^a, kde R^a je skupina vybraná ze skupiny zahrnující alkyl, alkenyl, alkynyl, cykloalkyl, cykloalkenyl, jak jsou definovány výše, dihydrokarbylamino je skupina ~NR^aR^b, kde R^a a R^b jsou stejné nebo různé skupiny vybrané ze skupiny zahrnující alkyl, alkenyl, alkynyl, cykloalkyl, cykloalkenyl, jak jsou definovány výše, karboxyl je skupina COOR^a. kde R^a je skupina vybraná ze skupiny zahrnující alkyl, alkenyl, alkynyl, cykloalkyl, cykloalkenyl, jak jsou definovány výše, aryl je uhlovodíková skupina obsahující 6 až 30 uhlíkových atomů a obsahující alespoň jedno aromatické jádro, a aryl může být nesubstituovaný nebo substituovaný 1 až 5 substituenty vybranými ze skupiny zahrnující -OH, -SH, =0, halogen, Ci až Cfi alkyl, Ci až Cď alkoxy, -NH₂ a -C00R^q, kde R^L je vodík nebo C] až Cý, alkyl, heteroaryl je uhlovodíková skupina obsahující 4 až 30 uhlíkových atomů a alespoň jeden heteroatom, vybraný ze skupiny zahrnující O, S, N, a obsahující alespoň jedno aromatické jádro, a heteroaryl může být nesubstituovaný nebo substituovaný 1 až 5 « ·

17 substituenty vybranými ze skupiny zahrnující -OH, -SH, =0, halogen, Ci až C<> alkyl, Ci až Cé alkoxy, -NH₂ a -COOR^c, kde R^c je vodík nebo Ci až C₆ alkyl, halogen je vybrán ze skupiny zahrnující -F, -Cl, -Br, -I.
2. Způsob přípravy makrocyklických sloučenin obecného vzorce I podle nároku 1, vyznačený tím, že se glykolurilový derivát obecného vzorce II, kde Rl, R2, R3, R4, R5 a R6 jsou definovány výše, R9 a R10 jsou vybrány ze skupiny zahrnující H, Cl, Br, I, CH₂OH, aryl, CH₂-aryl, CO-alkyl, CO-aryl, CH₂O-alkyl, CH₂O-aryl, uvede do reakce s ketonem obecného vzorce III nebo IV, [(CR7R8)O]_n (IV) kde R7 a R8 jsou definovány výše a n je 2 až 40.
3. Použití makrocyklických sloučenin obecného vzorce I podle nároku 1, zahrnující interakci sloučeniny obecného vzorce I s iontem nebo sloučeninou.
4. Použití podle nároku 4, vyznačené tím, že makrocyklická sloučenina obecného vzorce se použije jako aktivní činidlo při čištění vod, odstraňování látek z roztoků, dělení směsí plynů nebo organických par, v aktivních separačních površích pro chromatografů či v aktivních površích elektrod senzorů, pro materiály s funkcí ionexu, nebo jako matrice pro dopravu a směrování léčiv v organismu, nebo jako matrice nesoucí chuťové či léčivé látky.