DE69830574T2

DE69830574T2 - Verbesserte verfahren zur herstellung von vernetzt verbrückten macropolycyclen

Info

Publication number: DE69830574T2
Application number: DE69830574T
Authority: DE
Inventors: Douglas George HILER; Mark Christopher PERKINS
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2018-03-07
Also published as: JP2001513816A; DE69830574D1; CN1250558C; CA2282477A1; ATE297928T1; CA2282477C; CN1495185A; EP0971927B1; CN1255134A; EP0971927A1; JP4376320B2; CN1263759C; US20020007057A1; CA2448261A1; AU6226198A; US6444808B2; WO1998039335A1; CN1434049A; ES2245020T3; CN1134443C

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Makrocyclus-Synthese, genauer der Synthese von querverbrückten Makrocyclen mit Eignung als Protonenschwämme oder als Liganden für Metallbindungen, insbesondere für die Herstellung von Übergangsmetalle enthaltenden Oxidationskatalysatoren, die beispielsweise in Wäschedetergentien nützlich sind. Die vorliegende Erfindung ist auch auf die Synthese von Mn-haltigen Komplexen querverbrückter Makrocyclen gerichtet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Obwohl die Makrocyclus-Chemie im Allgemeinen hoch entwickelt ist, ist die Technik der Herstellung querverbrückter Makrocyclen neu. Bestimmte dieser Makrocyclen, wie querverbrückte Derivate von Cyclam, werden erst seit kurzem in kleinen Mengen synthetisiert, und gewerbliche Verfahren sind nicht bekannt. Es wäre sehr wünschenswert, über solche Verfahren zu verfügen, da querverbrückte Makrocyclen einzigartige Vorzüge als Protonenschwämme aufweisen oder wenn sie als Liganden bei der Katalyse einer Bleichung verwendet werden.
Makrocyclen werden auf verschiedene Weise hergestellt. Siehe beispielsweise „Heterocyclic compounds: Aza-crown macrocycles", J. S. Bradshaw et. al., Wiley-Interscience, 1993, wo auch eine Reihe von Synthesen dieser Liganden beschrieben sind. Obwohl die Synthese von Makrocyclen im Allgemeinen gut entwickelt ist, trifft dies nicht auf die Synthese von querverbrückten Makrocyclen zu. Die Synthese querverbrückter Makrocyclen ist selten und schwierig und beinhaltet zahlreiche Arbeitsschritte und unangenehme Lösungsmittel (DMF, Acetonitril oder dergleichen).
Die Querverbrückung, d. h. die Verbrückung über nicht benachbarte Stickstoffe hinweg, eines bekannten Makrocyclus, Cyclam (1,4,8,11-Tetraazacyclotetradecan), ist in einem begrenzten Kontext bekannt. Sie wird beispielsweise von Weisman et al., J. Amer. Chem. Soc., (1990), 112(23), 8604–8605, beschrieben. Genauer beschreiben Weisman et al., Chem. Commun., (1996), S. 947–948, einen Bereich von nach ihrer Aussage neuen querverbrückten Tetraamin-Liganden, bei denen es sich um Bicyclo[6.6.2]-, [6.5.2]- und [5.5.2]-Systeme handelt, und ihre Komplexierung zu Cu(II) und Ni(II), wobei sie zeigen, dass die Liganden die Metalle in einer Spalte koordinieren. Spezielle der Komplexe, über die berichtet wird, schließen diejenigen der 1.1-Liganden ein.
worin A Wasserstoff oder Benzyl ist und (a) m = n = 1; oder (b) m = 1 und n = 0; oder (c) m = n = 0, einschließlich eines Cu(II)-chlorid-Komplexes des Liganden, mit A = H und m = n = 1; eines Cu(II)-perchlorat-Komplexes, wo A = H und m = n = 1 oder m = n = 0; eines Cu(II)-chlorid-Komplexes des Liganden mit A = Benzyl und m = n = 0; und eines Ni(II)-bromid-Komplexes des Liganden mit A = H und m = n = 1. Diese paar Komplexe scheinen alle von den bekannten zu sein, in denen die Verbrückung nicht über „benachbarte" Stickstoffe verläuft.
Weisman stellt auch ein Syntheseverfahren für ein querverbrücktes Cyclam bereit, in dem drei Schritte verwendet werden, von denen zwei Acetonitril als Lösungsmittel nutzen. Diese Schritte sind (1) Umsetzen eines Ausgangs-Makrocyclus mit Glyoxal, um ein Bisaminal zu bilden, und (2) Quaternierung des Bisaminals mit Methyliodid, um ein dimethyliertes Bisaminaldiiodid zu bilden. Ein weiterer Schritt, (3), die Reduzierung des diquartären Zwischenprodukts, das im zweiten Schritt erzeugt wurde, soll das gewünschte Produkt schaffen. In dem Schritt wird Ethanol als Lösungsmittel verwendet. Es besteht offensichtlich die Notwendigkeit, die Synthese bei relativ hoher Verdünnung durchzuführen, was wirtschaftlich unattraktiv ist. Die Ausbeuten sind für die wirtschaftliche Nützlichkeit grenzwertig (nur 80% und 85% im ersten bzw. zweiten Schritt). Angesichts der wünschenswerten Eigenschaften von querverbrückten Makrocyclen als Liganden und den Beschränkungen des bestehenden Verfahrens zum Herstellen eines solchen Makrocyclus besteht ein klarer Bedarf an und der Wunsch nach einer Verbesserung der Synthese solcher querverbrückter Makrocyclen.
Zusammengefasst haben die derzeitigen Synthesen eine oder mehrere der folgenden Beschränkungen: (a) sie verwenden für die Umwelt relativ ungünstige Lösungsmittel, wie Acetonitril; (b) sie können „Hochverdünnungs"-Schritte einbeziehen, was den Lösungsmittelverbrauch erhöht; (c) sie benötigen in verschiedenen Stadien der Herstellung einen Austausch des Lösungsmittels, wodurch die Kosten und die Kompliziertheit noch weiter steigen, und (d) sie sind verschwenderisch, da sie Materialien wie Alkylhalogene und/oder Reduktionsmittel in großen Überschüssen verlangen.
Somit wäre es sehr zu wünschen, die Synthese von querverbrückten Makrocyclen zu verbessern, und insbesondere die Verfahren zum Herstellen querverbrückter Derivate von Cyclam, und Verfahren bereitzustellen für die Synthese von Mn-haltigen Komple xen mit querverbrückten makrocyclischen Liganden. Diese und andere Verbesserungen sind hierin gegeben, wie aus der folgenden Offenbarung ersichtlich ist.
STAND DER TECHNIK
Siehe die unter Hintergrund angeführten Dokumente. Außerdem nutzen Tabushi und Mitarbeiter, zitiert in Bradshaw et al., supra, Ethanol als Lösungsmittel zum Herstellen eines Tetraaza-Makrocyclus durch Dimerisierung. Der Makrocyclus ist jedoch nicht querverbrückt, und das beschriebene Verfahren ist nicht in der Lage, einen querverbrückten Makrocylus zu bilden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Verfahrensbeschreibung, die zum Zwecke der Orientierung im vorliegenden Verfahren vorgelegt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die vorliegende Erfindung eine Reihe von wesentlichen Schritten auf, die in 1 mit (A), (B) und (C) bezeichnet sind, dies sind einzelne Schritte, sie sind fett markiert, und sie werden hintereinander durchgeführt. Das Verfahren kann auch weitere Arbeitsgänge enthalten, wie (D), (E) oder (F), von denen jeder einen oder mehrere Schritte umfassen kann und die verwendet werden können, um das Rohprodukt der wesentlichen Verfahrensschritte aufzubereiten; das Produkt kann dann verkauft oder für weitere Umwandlungen verwendet werden, beispielsweise in einem oder mehreren Schritten zur Herstellung eines nützlichen Übergangsmetall-Bleichmittelkatalysators (G). Das Verfahren schließt wünschenswerterweise die Rückführung der Lösungsmittel aus einem oder mehreren von (A), (B), (C) und (falls angewendet) (D) ein.
2 ist auch eine Verfahrensbeschreibung für eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. In diesem Verfahren wird das Bisaminal in Schritt (A) aus einem relativ preiswerten acyclischen Amin gebildet. In Schritt (B) wird das Bisaminal in ein bestimmtes diquartäres Derivat umgewandelt. In Schritt (C) wird dieses reduziert. In Schritt (D) werden das Reduzierungsmittel und das Lösungsmittel in einem oder mehreren Trenngängen abgetrennt. In Schritt (E), der generell optional, jedoch bevorzugt ist, wann immer erhebliche Mengen an Reduzierungsmittel nach Schritt (D) übrig sind, wird rückständiges Hydrid entfernt. In Schritt (F) wird das Produkt, ein querverbrückter Makrocyclus, der für die Bildung von Übergangsmetallkomplexen geeignet ist, die nützliche Bleichkatalysatoren in Detergentien sind, isoliert. In Schritt (G), der optional einen oder mehrere Schritte der Reinigung des Endprodukts einschließt, wird ein Übergangsmetallkomplex des querverbrückten Makrocyclus gebildet. (A)–(G) kommen in der angegebenen Reihenfolge vor.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines querverbrückten Makrocyclus, vorzugsweise eines querverbrückten Makropolycyclus, das eine Reihe von Schritten, vorzugsweise drei aufeinander folgende Schritte, der Derivatisierung von Cyclam oder einem bestimmten acyclischen Tetraamin umfasst, wobei diese Reihe von Schritten unter gemeinsamer Verwendung von im Wesentlichen einem Lösungsmittelsystem in jedem der Schritte durchgeführt wird. Vorzugsweise ist dieses Lösungsmittelsystem ein alkoholisches Lösungsmittelsystem, mehr bevorzugt umfasst das Lösungsmittelsystem von etwa 60% bis 100% C1-C4-Alkohol, wie Methanol, Ethanol, n-Propanol, 2-Propanol, n-Butanol, t-Butanol oder eine Mischung davon; Ethanol und 2-Propanol sind bevorzugt. Allgemeiner und in besonderen Ausführungsformen können auch Mischungen von niedrigeren Alkoholen und beispielsweise von etwa 0,1% bis etwa 70% Wasser, typischer von etwa 1% bis etwa 40% Wasser, geeignet und wirtschaftlich sein. In einer stark bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Lösungsmittelsystem im Wesentlichen um Ethanol oder dessen Mischungen mit Wasser. Das Lösungsmittelsystem ist im Wesentlichen vollständig frei von Acetonitiril. Somit gewährleistet die Erfindung ein „Ein Kessel"-Verfahren zur Herstellung des querverbrückten Makrocyclus. „Ein Kessel"-Verfahren sind generell sehr vorteilhaft – sie ermöglichen geringere Investitionen in Herstellungsschritte und Ausrüstung. Dieser Vorteil wird durch das vorliegende Verfahren gewährleistet, das einfach, wirtschaftlich und im Hinblick auf Umweltverträglichkeit verbessert ist.
Das Verfahren zum Herstellen eines querverbrückten Makrocyclus kann eine Reihe von Schritten der Derivatisierung von Cyclam oder eines speziellen acrylischen Tetraamins umfassen, einschließlich eines Schritts der Quaternierung eines Zwischenprodukts unter Verwendung eines Quaternierungsmittels, wobei der Schritt unter Verwendung einer minimierten Menge des Quaternierungsmittels durchgeführt wird.
Das Verfahren zum Herstellen eines querverbrückten Makropolycyclus kann einen alternativen ersten Schritt der Bildung eines Bisaminals umfassen durch (i) Umsetzen eines geeigneten acyclischen Tetraamins mit Glyoxal, um einen tricyclischen Makropolyclus zu bilden, und (ii) Umwandeln der tricyclischen Verbindung zu dem Bisaminal durch dessen Umsetzung mit einem Dihaloalkan, vorzugsweise und allgemeiner mit einer Verbindung, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus α,ϖ-Dichloralkanen, α,ϖ-Dibromalkanen, α,ϖ-Diiodalkanen, α,ϖ-Ditosylalkanen und deren Mischungen, mehr bevorzugt α,ϖ-Dibromalkanen oder α,ϖ-Ditosylalkanen.
Vorzugsweise weist das Verfahren der Erfindung einen zweiten Schritt auf, der unter Verwendung von weniger als etwa dem Fünfzehnfachen des Quaternierungsmittels durchgeführt wird; in der Regel sind Mengen von etwa dem Fünffachen bis etwa dem 10-fachen des Quaternierungsmittels praktikabel. „Reagentien" sind hierin Materialien wie das Glyoxal in Schritt A, das Quaternierungsmittel von Schritt B oder das Reduzierungsmittel von Schritt C, die chemisch mit einem Makrocyclus umgesetzt werden. Die Anteile der Reagentien hierin werden, solange nichts anderes angegeben ist, auf Molbasis angegeben; so bedeutet der Ausdruck „dreifach" in Bezug auf die Menge des Reagens gegenüber einer Makrocyclusmenge, dass die Menge des Reagens das Dreifache der Molzahl des Makrocyclus ist, für dessen Funktionalisierung es verwendet wird. Ein geeignetes Quaternierungsmittel ist Methyliodid, aber das vorliegende Verfahren enthält die weitere Verbesserung der Bereitstellung alternativer, umweltfreundlicher Quaternierungsmittel, die im folgenden näher ausgeführt sind.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann einen Schritt des Reduzierens eines diquaternierten Zwischenprodukts einschließen, wobei dieser Schritt unter Verwendung einer minimalen Menge des Reduzierungsmittels durchgeführt wird. Vorzugsweise wird dieser Schritt mittels einer Menge von weniger als etwa dem Fünfzehnfachen an Reduzierungsmittel durchgeführt. Typischer beträgt das Reduzierungsmittel das etwa 2,5-fache bis etwa 10-fache der Menge des Makrocylus, auf Molbasis.
Generell kann jedes geeignete Reduzierungsmittel, sowohl katalytisch als auch nicht-katalytisch, verwendet werden. Beispielsweise kann ein Röhrenreaktor, der Materialien für die katalytische Hydrierung enthält und der eine lokal hohe Konzentration an Reduzierungsspezies bereitstellt, verwendet werden. Altenativ sind eine bevorzugte Gruppe von Reduzierungsmittel hierin, insbesondere für ein Ein-Kessel-Verfahren, nicht-katalytische Reduzierungsmittel. Beispielsweise ist Zn/HCl ein bekanntes Reduzierungsmittel mit dem Vorteil, dass es in Wasser verwendet werden kann, und kann hierin verwendet werden. Bevorzugte nicht-katalytische Reduzierungsmittel sind Hydridverbindungen, mehr bevorzugt Hydridverbindungen, die in nassen (wasserhaltigen) Systemen verwendet werden können. Bevorzugte Hydridverbindungen sind Borhydrid und Boran. Geeignete Borhydridverbindungen sind ausgewählt aus Natriumborhydrid und Kaliumborhydrid. Weniger bevorzugt kann Lithiumborhydrid verwendet werden. Wenn Borhydride hierin in Methanol oder Ethanol verwendet werden, kann der pH unter Verwendung kleiner Mengen von Alkali eingestellt werden, um eine verschwenderische Zersetzung und Freisetzung von Wasserstoff aus dem Hydrid zu begrenzen. 2-Propanol und t-Butanol haben bekanntermaßen den Vorteil, dass sie weniger verschwenderische Wasserstoffentwicklung erzeugen als beispielsweise Methanol oder Ethanol.
Das Verfahren der Erfindung kann eines sein, in dem Natriumionen im Wesentlichen fehlen. Die Ausdrücke „im Wesentlichen fehlen" oder „im Wesentlichen frei" im Zusammenhang mit Materialien hierin bedeuten, daß das Material nicht absichtlich zugegeben wird, obwohl kleine Mengen zulässig sind. Überraschenderweise haben Natriumionen, obwohl sie verwendet werden können, einige negative Auswirkungen auf das Verfahren, daher werden Natriumionen, außer in kleinen Mengen, in bestimmten bevorzugten Ausführungsformen ausgeschlossen.
Obwohl die Erfindung insgesamt nicht so beschränkt ist, betrifft die vorliegende Erfindung in einem weiteren Aspekt ein Verfahren, das jeden der vorstehenden Schritte hintereinander aufweist. Wie angegeben, können die Schritte in „einem Kessel" durchgeführt werden, um die maximalen Vorteile zu gewährleisten. Natürlich kann der Praktiker sich dafür entscheiden, nicht die maximalen Vorteile zu sichern, beispielsweise wenn die verschiedenen Schritte an mehreren Herstellungsorten durchgeführt werden, oder aus anderen Gründen, wie dem Wunsch nach Verwendung eines spezialisierten Hydrierungsreaktors im dritten Schritt. In diesem Fall kann der Praktiker sich immer noch die Verbesserungen in einem oder in zweien der einzelnen Schritte an einem beliebigen Herstellungsort oder in einer beliebigen Anlage verschaffen.
Das hierin vorstehend beschriebene Verfahren kann ohne einen Schritt der Vakuumdestillation eines Zwischenprodukts durchgeführt werden. Das Verfahren kann bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden, insbesondere worin die Quaternierungs- und Reduzierungsschritte bei den niedrigen Temperaturen von etwa Umge bungstemperatur bis etwa 50°C, mehr bevorzugt unter etwa 50°C durchgeführt werden.
In bevorzugten Ausführungsformen werden alle Schritte bei Konzentrationen der Reaktanten von etwa 7% oder höher, bezogen auf das Gesamtgewicht der Summe der Reaktanten plus Lösungsmittel, durchgeführt; vorzugsweise übertreffen die Konzentrationen der Reaktanten insgesamt 15% der Summe der Reaktanten plus Lösungsmittel. Dies ermöglicht die Verwendung kleiner und weniger kostspieliger Herstellungsanlagen und die Verwendung geringerer, sichererer Mengen an entflammbaren Materialien.
Wie sich bereits gezeigt hat, gewährleistet die Erfindung zahlreiche Vorteile in Bezug auf die Herstellung von querverbrückten Makrocyclen, wie nicht-beschränkend durch querverbrückte Cyclamderivate dargestellt. Tatsächlich machen die Vorteile der vorliegenden Erfindung einen wesentlichen Unterschied für die Möglichkeit der gewerblichen Herstellung von querverbrückten Makrocyclen für die nützlichen Zwecke, die unter Hintergrund aufgeführt wurden.
Die vorliegende Erfindung kann in einem Verfahren zum Herstellen eines Komplexes von Mn mit einem querverbrückten makrocyclischen Liganden verwendet werden. Das Verfahren umfasst die Herstellung des Komplexes, vorzugsweise unter streng Sauerstoff- und Wasserstoff-freien (idealerweise vollig wasserfreien) Bedingungen durch Umsetzen von MnCl₂ mit einem querverbrückten Makropolycyclus.
Alle Verhältnisse, Anteile und Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht, solange nichts anderes speziell angegeben ist. Eine Ausnahme sind die Ausbeuten. Die Ausbeuten werden als Prozentsätze angegeben, die von den Mengen erhalten werden, die für vollständige chemische Reaktionen gemäß der angegebenen Gleichung erwartet werden. Prozentuale Ausbeuten können natürlich entweder auf Gewichts- oder auf Molbasis berechnet werden, wenn die jeweiligen Reaktionen gegeben sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die vorliegende Erfindung ein Verfahren oder eine Methode mit drei wesentlichen Schritten, (A), (B) und (C), wie in 1 dargestellt, optional gefolgt von zusätzlichen Schritten. In einer solchen Ausführungsform
ist Schritt (A) nicht-beschränkend wie folgt dargestellt:
Der obige Schritt, dessen Ausbeute von etwa 58% bis 100% beträgt, in der Regel nahe quantitativ (100%) ist, kann unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel und einer Reaktantenkonzentration von 7% durchgeführt werden. Allgemeiner liegt in diesem Schiff die Konzentration der Reaktanten, bezogen auf das Gewicht, in der Summe aller Lösungsmittel einschließlich von Wasser, falls vorhanden, im Bereich von etwa 7% bis etwa 20% oder höher. So wird Cyclam zu 7% in Ethanol aufgeschlämmt. Die Aufschlämmung wird unter Verwendung eines zweckmäßigen Rührmittels, wie eines mechanisch angetriebenen Blattrührers, gerührt. Der oben angegebene Hilfsreaktant, Glyoxal, wird eingetropft, wobei die Temperatur vorzugsweise unter etwa 35°C gehalten wird. Allgemeiner kann die Temperatur im Bereich von etwa 10°C bis etwa 40°C liegen. Nachdem die Reaktion vorbei ist, in der Regel innerhalb einer Stunde, allgemeiner von etwa 10 min bis etwa 3 Stunden, wird sie an hand eines geeigneten Mittels, beispielsweise C-13-NMR, als quantitativ befunden. Schritt (A) und alle anderen Schritte hierin können im Allgemeinen bei Atmosphärendruck oder, falls gewünscht, bei Überdrücken durchgeführt werden. Der Ausdruck „Überdruck" hierin bedeutet Drücke über Atmosphärendruck. Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung diejenigen einschließen, die bei Atmosphärendruck durchgeführt werden, kann jeder Schritt oder können beliebige Schritte bei Überdrücken durchgeführt werden, beispielsweise um flüchtige Lösungsmittel oder Reagentien über ihren normalen Siedepunkten festzuhalten. Der cis-Tetracyclus (Produkt von Schritt A) wird nicht isoliert, sondern er wird in dem Reaktionslösungsmittel gehalten und das Verfahren geht zu Schritt (B) über.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird der cis-Tetracyclus unter Verwendung des folgenden Schemas hergestellt:
Diese alternative Vorgehensweise wird als alternativer Schritt (A) bezeichnet, der Schritt A(i) und Schritt A(ii) umfasst, wie dargestellt. Genauer wird ein geeignetes Tetramin, N,N'-Bis(2-aminoethyl)-1,3-propandiamin, mit Glyoxal, in der Regel mit 1–10 Moläquivalenten, vorzugsweise mit etwa 0,8 bis etwa 1,5 Moläquivalenten, sehr geeignet mit 1 Moläquivalent, in einem Lösungsmittel umgesetzt, wobei Ethanol bevorzugt ist, bei Temperaturen im Bereich von etwa 0 bis 100°C, mehr bevorzugt 0 bis 25°C, über einen Zeitraum von etwa 1 min bis etwa 7 Tage, vorzugsweise von etwa 15 min bis etwa Stunden. Das Zwischenprodukt, ein Tricyclus der dargestellten Struktur, kann entweder durch Destillation isoliert werden oder kann weiter umgesetzt werden, um den cis-Tetracyclus zu bilden, ohne den Reaktor zu wechseln. Die Umwandlung des Tricyclus zu dem cis-Tetracyclus kann zweckmäßig unter Verwendung von 1,3-Dihalopropan, in der Regel 1,3-Dibrompropan, durchgeführt werden, oder alternativ kann das Ditosylat von 1,3-Propandiol verwendet werden. Ein geeignetes Lösungsmittel ist Ethanol (ideal für Ein-Kessel-Zwecke). Eine Base wird verwendet, um zu verhindern, dass der tricyclische Aminreaktant protoniert, wenn die Reaktion andauert. Geeignete Basen können stark variieren und können Kaliumcarbonat oder organische Basen einschließen, die gegenüber einer Alkylierung beständig sind, wie Diisopropylethylamin (Köenig-Base). Die Menge der Base liegt im Allgemeinen bei 1–10 Äquivalenten, bevorzug etwa 2 Äquivalenten bis etwa 6 Äquivalenten. Die Reaktionstemperatur liegt im Bereich von etwa 0 bis 100°C, mehr bevorzugt 0 bis 30°C, für einen Zeiraum von etwa 15 min bis etwa 7 Tagen, vorzugsweise von etwa 30 min bis etwa 2 Stunden. Abhängig von der verwendeten Base kann die Aufbereitung variieren. Mit Kaliumcarbonat beispielsweise wird die Reaktionsmischung filtriert, um feste Base zu entfernen, und das Filtrat wird verdampft, was den cis-Tetracyclus als Feststoff liefert. Mit einer organischen Base wird das Lösungsmittel verdampft und das Evaporat wird destilliert. Schritt B wird nicht-beschränkend wie folgt dargestellt:
Nach der Herstellung des cis-Tetracyclus (Produkt jeglicher Variation von Schritt (A), wird dieses Material quaterniert, wie im Reaktionsschema nicht-beschränkend unter Verwendung von Alkylhalogenid (CH₃I) dargestellt. Solch ein Schritt hat eine Ausbeute von etwa 80% oder höher. Ausbeuten von 80% können in der Regel erreicht werden. Allgemeiner liegt in diesem Schritt die Konzentration der Reaktanten, bezogen auf das Gewicht, in der Summe aller Lösungsmittel einschließlich von Wasser, falls vorhanden, im Bereich von etwa 7% bis etwa 20% oder höher. In einer bevorzugten Ausführungsform werden etwa 2,01 bis etwa 14 Äquivalente, vorzugsweise etwa 2,5 bis etwa 8 Äquivalene, beispielsweise 7 Äquivalente Methyliodid zu der Reaktionslösung gegeben, und die Reaktion wird mit irgendeinem zweckmäßigen Mittel, wie einem mechanisch angetriebenen Rührer (funkenloser Motor) gerührt. Allgemeiner können ein beliebiges oder mehrere beliebige Alylhalogenide verwendet werden, beisipielsweise eine Mischung aus Methyliodid und 1-Iodpropan. Wie aus den Arbeitsbeispielen im Folgenden ersichtlich ist, wird durch Einführung eines zweiten Alkylhalogenids zusätzlich zum Methyliodid Schritt (B) modifiziert, was einen Zugang zu zusätzlichen makrocyclischen Verbindungen als alternative Produkte des vorliegenden Verfahrens ermöglicht. Die Temperatur wird im allgemeinen Bereich von etwa 10° bis etwa 38°C, mehr bevorzugt von etwa 15°C bis etwa 30°C gehalten. Am unteren Ende dieser Reaktionstemperaturen besteht die Tendenz, dass mehr monoquaternierte Zwischenprodukte (in der Reaktionssequenz nicht dargestellt) ausfallen. Am oberen Ende dieser Reaktionstemperaturen beseht eine stärkere Tendenz zur Bildung von unerwünschten Nebenprodukten, wie einem triquaternierten Derivat (in der Reaktionssequenz ebenfalls nicht dargestellt). Angesichts der Tendenzen zur Bildung von Nebenprodukten wird Monoquat-Nebenprodukt wünschenswerterweise gefällt, aber um die Reaktionsrate zu maximieren, werden Maßnahmen ergriffen, um die Teilchengröße klein zu halten und die Oberfläche des Monoquat-Zwischenprodukts so groß wie möglich. Lebhaftes Rühren, kleine Anpassungen des Lösungsmittelsystems oder verträgliche Zusätze, beispielsweise von inerten, wasserlöslichen Nicht-Natriumsalzen, können helfen. Die Reaktionszeit in Schritt (B) kann als Zeitraum von etwa 0,5 Stunden bis 72 Stunden dargestellt werden. Typische Reaktionszeiten, wenn keine speziellen Maßnahmen ergriffen werden, um die Reaktion zu beschleunigen, liegen bei etwa 24 Stunden bis etwa 72 Stunden, beispielsweise etwa 48 Stunden. Das oben genannte Monoquat-Zwischenprodukt beginnt sich in der Regel etwa 1 Stunde nach Zugabe von Methyliodid von der Lösung zu trennen. Die Reaktion kann nach Wunsch überwacht werden, beispielsweise durch C-13-NMR. Wenn die Reaktion, bei der Diquat gebildet wird, abgeschlossen ist, kann das Ethanol wünschenswerterweise ablaufen gelassen werden (dies ist zweckmäßig, besonders für die Ein-Kessel-Variante des vorliegenden Verfahrens). Lösungsmittel werden wünschenswerterweise in diesem oder allen anderen Schritten zurückgeführt, falls eine Rückführung möglich ist. Die Rückführung kann durch jedes geeignete Mittel durchgeführt werden, beispeilsweise mittels einer herkömmlichen Destillationsvorrichtung. Das feste Produkt von Schritt (B) kann mit Ethanol, in der Regel mehrmals, gewaschen werden, um überschüssiges Methyliodid zu entfernen. Schritt (B) kann bei Atmosphärendruck durchgeführt werden, jedoch kann jeder geeignete Überdruck ganz wünschenswert sein, wenn das Quaternierungsmittel niedrigsiedend ist.
Andere Alkylhalogenide, wie Chlormethan, oder allgemeiner, andere Quaternierungsmittel, wie Dimethylsulfat oder Methyltosylat, können im obigen Ablauf substituiert werden. Wie angemerkt, kommt es zu kürzeren Reaktionszeiten, wenn das Monoquat solubilisiert wird, aber kürzere Reaktionszeiten, beispielsweise durch Verwendung von Dimethylsulfat/Wasser/Ethanol, können die Tendenz zur Bildung eines unerwünschten Triquats verstärken.
Wie angegegeben, wird das gewünschte Produkt dieses Schritts, die in der Darstellung gezeigte Diquat-Verbindung, von einem zu Anfang gebildeten und praktisch unlöslichen Monoquat abgeleitet.
Man beachte, dass relativ gesprochen die Diquatverbindung noch unlöslicher ist als das Monoquat. Um die Reaktion zu beschleunigen, mag daran gedacht worden sein, das Monoquat zu solubilisieren, jedoch wird eine übermäßige Solubilisierung von Monoquat-Zwischenprodukt, die wiederum zur unerwünschten Solubilisierung von Diquat führen kann, in bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vermieden, wodurch die Bildung von unerwünchtem Triquat-Nebenprodukt begrenzt wird.
Schritt C wird nicht-beschränkend wie folgt dargestellt:
Schritt (C) ist ein Reduktionsschritt mit einer typischen Ausbeute von 80% oder höher. Die Feststoffe aus der Diquatreaktion von Schritt (B) werden in Wasser gelöst und Ethanol wird zugegeben, um eine 80%ige Ethanollösung herzustellen; die Endkonzentration des Diquats ist 20 Gew.-% der Gesamt-Lösungsmittel (beispielsweise 81 : 19 Ethanol : Wasser, bezogen auf das Gewicht). Allgemeiner kann C1-C4-Niederalkohol in allen Schritten (A), (B) und (C) verwendet werden, und in Schritt (C) umfasst ein bevorzugtes Lösungsmittelsystem etwa 50% bis etwa 95% Niederalkohol und als Rest Wasser. Ein Überschuss, vorzugsweise etwa 3 bis etwa 10, beispielsweise 6 Äquivalente, an Natriumborhydrid wird langsam zugegeben, unter Rühren mittels eines zweckmäßigen Mittels. Aus Gründen der Bequemlichkeit kann das Borhydrid beispielsweise in einem Teil des Lösungsmittels aufgeschlämmt und als Aufschlämmung zugegeben werden, falls es gewünscht wird, den Umgang mit Feststoffen zu vermeiden und eine hervorragende Kontrolle über die Zugabe zu haben. Bei Zugabe des Borhydrids wird die Reaktion sehr exothermisch. Die Temperatur wird im Bereich von etwa 0°C bis etwa 80°C, bevorzugter von etwa 20°C bis etwa 50°C gehalten, unter Verwendung eines Kühlmittels, wie eines Eisbads, falls erforderlich. Sobald alles Borhydrid zugegeben ist, wird die Reaktionsmischung gerührt, generell von etwa 1,5–72 Stunden, in der Regel bis zum Ethanolrückfluss. Längere Reaktionszeiten bei relativ niedrigeren Temperaturen sind in diesem Schritt (C) am sichersten, und die Sicherheit kann weiter durch Einleitung eines inerten Gases, wie Stickstoff, um den Wasserstoff auszuspülen, insbesondere aus dem Kopfraum des Reaktors, erhöht werden. Geeignete Reduzierungsmittel hierin schließen Borhydride ein, aber mehr bevorzugt Nicht-Natriumsalzformen. Die Reaktion wird optional durch ein Ion-Spray-Massenspek. überwacht.
Dies stellt das Ende des Grundverfahrens dar: man sieht, dass das Bisherige unter Verwendung von Ethanol oder äquivalentem Niederalkanol (vorzugsweise mit etwas Wasser) als Lösungsmittel durchgeführt wurde. Das Rohprodukt ist nützlich als Zwischenstufe für die Weiterverarbeitung wie hierin dargestellt.
Schritte (D)–(G)
Wie aus 1 ersichtlich ist und in 2 weiter dargestellt ist, kann ein beliebiger aus einer Reihe von alternativen Schritten oder eine Kombination von Schritten dem Schritt (C) folgen. Beispielsweise kann, sobald die Reaktion von Schritt (C) abgeschlossen ist, ein Schritt durchgeführt werden, der in 1 mit (E) bezeichnet ist. In solch einem Schritt wird der pH mit 37%iger HCl auf zwischen 1 und 2 eingestellt (eine langsame Zugabe der Säure ist erforderlich, die Reaktion ist sehr exotherm), und die Reaktionslösung wird bei verringertem Druck zu einer dicken Aufschlämmung konzentriert. Die dicke Aufschlämmung wird dann basisch gemacht (ph > 14), beispielsweise mit 8 M KOH. Falls gewünscht, kann das Produkt mit Toluol extrahiert und einer weiteren Reinigung unterzogen werden, beispielsweise durch Destillation. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schließen jedoch diejenigen ein, die keine Vakuumdestillation erfordern.
Eine alternative Vorgehensweise für die Aufbereitung, (D) in 1, beinhaltet einfach ein Verdampfen des Rohprodukts von Schritt (C) bis zur Trockene; das organische Produkt wird dann durch Extraktion mit Ethanol von den restlichen Salzen getrennt. Eine andere alternative Aufbereitung, (F), wird durch eine direkte Destillation des gewünschten Produkts aus der rohen Reaktionsmischung dargestellt. Das Produkt kann dann für die Umwandlung zu nützlichen Übergangsmetallkomplexen, insbesondere den Dichlor-Mn(II)-Komplex, verwendet werden, die wirksame Bleichkatalysatoren sind, vorzugsweise durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung durch eine Umsetzung mit MnCl₂.
In größerer Einzelheit, mit Bezug auf 2, umfasst eine bevorzugte Aufbereitungssequenz die Schritte (D)(i) Entfernen des Reduzierungsmittels, beispielsweise durch einfache Filtrierung, (D)(ii) die Entfernung des Lösungsmittels, beispielsweise durch Verdampfen, (E) die Entfernung von restlichem Hydrid, beispielsweise unter Verwendung einer Säurebehandlung, gefolgt von einer Basenbehandlung wie oben definiert, und (F) die Trennung des gewünschten querverbrückten Makrocyclus, beispielsweise durch Destillation. Das Produkt von Schritt (F) wird im anschließenden Schritt (G) verwendet, um einen Übergangsmetallkomplex, beispielsweise einen Mangankomplex, zu bilden.
Ein bevorzugtes Produkt des vorliegenden Verfahrens (Produkt von Schritt (C)) ist 5,12-Dimethyl-1,5,8,12-tetraaza-bicyclo[6.6.2]hexadecan. Dieses Produkt wird als Ausgangs-Makrocyclus verwendet. Die Verfahren der Erfindung sollten jedoch nicht als auf dieses bestimmte Material begrenzt aufgefasst werden, da sie ebenso für die Herstellung eines beliebigen aus einem großen Bereich von querverbrückten Makrocyclen verwendet werden können. Beispielsweise kann eine oder können mehrere Substituenten-Einheiten, wie Alkyl- oder Alkaryl-Einheiten, vorhanden sein, kovalent gebunden an den in Schritt (A) verwendeten Ausgangs-Makrocyclus. Außerdem können andere Makrocyclen anhand des Verfahrens hergestellt werden, durch die Variation der Zugabe von Methylhalogenid zusammen mit einem anderen Alkylhalogenid in Schritt (B). So kann beispielsweise 5-n-Butyl-12-methyl-1,5,8,12-tetraaza-bicyclo[6.6.2]hexadecan anhand des vorliegenden Verfahrens unter Verwendung einer Mischung aus 1-Iodbutan und Methyliodid hergestellt werden, sehr bevorzugt durch die aufeinanderfolgende Umsetzung zuerst eines Äquivalents von Iodbutan, dann eines Äquivalents von Methyliodid in Schritt (B) Ebenso kann das vorliegende Verfahren verwendet werden, um den querverbrückten Makrocyclus 5-Benzyl-12-methyl-1,5,8,12-tetraaza-bicyclo[6.6.2]hexadecan herzustellen, einfach unter Anwendung der Variation einer Zugabe von Methyliodid und Benzylbromid anstelle von nur Methyliodid in Schritt B. All diese querverbrückten Makrocyclen können somit unter Nutzung der wünschenswerten Merkmale der Erfindung hergestellt werden, beispielsweise ihrer Unabhängigkeit von der Verwendung von Dimethylformamid oder Acetonitril und ihrer verbesserten Ausbeuten, insbesondere in Schritt (A), was sich alles wirtschaftlich sehr vorteilhaft auswirkt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der makrocyclische Ligand direkt mit Mangan als anorganisches Salz frei von organischen Liganden wie Pyridin umgesetzt, um nützliche Übergangsmetallkomplexe zu bilden. Die Quelle für das Manganchlorid kann analytische und technische Qualitäten einschließen und kann vollständig wasserfrei oder nur teilweise wasserfrei sein. Manganchlorid ist im Handel erhältlich von Chemetals Corp., Spectrum Bulk Chemicals Corp., American International Chemical Inc., Barker Industries Inc. und Mineral Research und Development Corp. Wie in Kirk-Othmer's Encyclopedia bemerkt ist, kann Manganchlorid aus dem Carbonat oder Oxid hergestellt werden, indem man es in Salzsäure löst. Eine Kontaminierung durch Schwermetalle kann durch Fällung durch die Zugabe von Mangancarbonat, wodurch der pH steigt, beseitigt werden. Im Anschluss an die Filtration kann die Lösung aufkonzentriert werden, und nach dem Kühlen werden MnCl₂·4H₂O-Kristalle gesammelt. Falls ein wasserfreies Produkt gewünscht wird, ist eine Dehydratisierung in einem Rotationsverdampfer bis auf eine Endtemperatur von 220°C erforderlich. Wasserfreies Manganchlorid kann auch durch eine Reaktion von Manganmetall, -carbonat oder -oxid und trockener Salzsäure hergestellt werden. Manganchlorid wird von Chemical Corp. unter Anwendung eines Verfahrens hergestellt, in dem Mangan(II)-oxid mit Salzsäure ausgelaugt wird. Mangancarbonat wird nach Abschluss der Anfangsreaktion zugesetzt, um die Schwermetallverunreinigungen zu fällen. Im Anschluss an die Filtration der Verunreinigungen wird die Lösung aufkonzentriert und gekühlt, und das Manganchlorid wird isoliert. Ein allmähliches Erwärmen in einem Rotationstrockner auf über 200°C ergibt ein wasserfreies Manganchlorid. Für die besten MnCl₂·xH₂O-Qualitäten ist das Ausgangsmaterial Manganmetall oder hochreines MnO. Um wasserfreies MnCl₂ direkt herzustellen, wird Manganmetall oder Ferromangan bei 700°C bis 1000°C chloriert. Jegliches Eisentrichlorid, das zu Anfang in dem Produkt vorhanden ist, wird durch Sublimierung entfernt. Für mehr Einzelheiten über Manganchlorid siehe Kirk Othmer's Encyclopedia of Chemical Technology, 4. Aufl., Wiley, 1991, „Manganese Compounds", S. 991 und folgende. Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, in der Lage zu sein, durchgehend von Schritt (A) bis Schritt (G) fortzufahren (siehe 1), ohne einen Zwischenkomplex von Mangan mit einem organischen Liganden herstellen zu müssen. Obwohl hochreine Manganchlorid-Qualitäten, insbesondere solche, die völlig wasserfrei sind, in der vorliegenden Erfindung sehr gut funktionieren, ist es außerdem ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass es möglich ist, Qualitäten zu verwenden wie die 98%+-Qualität und die 99%-Qualität, die nicht ganz wasserfrei sind und die zu wesentlich geringeren Preisen erhältlich sind. Andererseits kann es für die größtmögliche Reinheit wünschenswert sein und ist es hierin eingeschlossen, ein Manganchlorid zu verwenden, das auf wasserfreiem Weg aus dem reinen Metall hergestellt wurde.
Die makropolycyclischen Liganden hierin (Produkt von Schritt (C)) können mit Manganchlorid auf jede zweckmäßige Weise umgesetzt werden. Siehe Beispiele 10 und 11, siehe darin jeweils (b), Methode (II). Jegliche Variation solcher nicht-beschränkenden Darstellungen des Verfahrens für den Schritt (G) der vorliegenden Erfindung ist hierin eingeschlossen, beispielsweise können Argon oder Stickstoff und Entgasungsverfahren, obwohl sie für die besten Ergebnisse nützlich sein können, weggelassen werden, insbesondere im gewerblichen Betrieb größeren Maßstabs; ebenso können Rotationsverdampfen und andere Verfahren im Labor-Maßstab ohne weiteres für Ausrüstungen im Gewerbe-Maßstab vergrößert werden. Es kann jedes geeignete Lösungsmittel verwendet werden, beispielsweise Acetonitril, obwohl auch andere Lösungsmittel möglich sind. In der Regel wird die Umwandlung eines makrocyclischen Liganden in einen Übergangsmetallkomplex des Schritts (G) bei Temperaturen von etwa Umgebungstemperatur bis etwa 100°C, vorzugsweise von 40°C bis etwa 80°C durchgeführt; und kein Wasser wird dem Lösungsmittelsystem absichtlich zugesetzt. Die Drücke liegen vorzugsweise bei Atmosphärendruck, obwohl höhere Drücke verwendet werden können, falls gewünscht, beispielsweise um beim Festhalten von flüchtigen Lösungsmitteln zu helfen.
Die vorliegende Erfindung wird ferner nicht-beschränkend durch die folgenden Beispiele erläutert.
BEISPIEL 1
Das Verfahren der Erfindung, dargestellt durch die Schritte (A) + (B) + (C) wie detailliert vorstehend beschrieben, wird unter Verwendung der folgenden Parameter durchgeführt:
Schritt A Reagentien: Ausgangs-Makrocyclus, MW 506,21, 10 Mol
Schritt B Reagentien: Produkt von Schritt A und Methyliodid
Schritt C Reagentien: Produkt von Schritt B und Natriumborhydrid
Alle Schritte werden in einem einzigen Reaktionsgefäß duchgeführt, das mit einem mechanischen Rührer und einem Mittel für den Gaseinlass und -auslass ausgerüstet ist. Die Austreibung von Wasserstoff wird unter Verwendung von Stickstoff oder Argon durchgeführt.

* Unter Verwendung bekannter Dichten können diese Volumenverhältnisse, die für einen angemessenen Umgang mit den Materialien bereitgestellt werden, leicht in Gewichtsverhältnisse gemäß den bevorzugten Gewichtsverhältnissen, die an anderer Stelle hierin angegeben sind, umgewandelt werden.

BEISPIEL 2
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, außer dass eine gleiche Molzahl Dimethylsulfat das Methyliodid ersetzt.
BEISPIEL 3
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, abgesehen davon, dass Kaliumborhydrid Natriumborhydrid in äquimolarer Menge ersetzt.
BEISPIEL 4
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, abgesehen davon, dass das Lösungsmittelsystem in den Schritten A und B nur Ethanol ist.
BEISPIEL 5
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, abgesehen davon, dass das Lösungsmittelsystem im Wesentlichen Wasser ist.
BEISPIEL 6
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, abgesehen davon, dass die Schritte A und B in dem ursprünglichen Reaktionsgefäß durchgeführt werden, während Schritt C in einem zweiten Reaktionsgefäß durchgeführt wird. Das erste Reaktionsgefäß wird dann von der Notwendigkeit befreit, mit der Wasserstoffentwicklung zurechtzukommen.
BEISPIEL 7
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, abgesehen davon, dass das Verhältnis von Reagens zu Makrocyclus in den Schritten (A), (B) bzw. (C) das 1,1-fache, 3-fache und 4-fache ist.
(In den in der Tabelle von Beispiel 1 angegebenen Ausdrücken sind die Zahlen der Spalte 5 1.1:1, 3:1 und 3:1). In einer anderen Variation ersetzt eine Mischung aus Methyliodid und 1-Iodbutan das Methyliodid von Beispiel 1, was zeigt, dass die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, um verschiedene Arten von querverbrückten Makrocyclen herzustellen.
BEISPIEL 8
Reinigung des Produkts von Beispiel 1 (herkömmlich). Rohprodukt von Beispiel 1 in wässriger Phase wird mit 5 Portionen Toluol extrahiert. Die Extrakte werden kombiniert und verdampft. Das Produkt wird bei 100°C, 13,3 Pa (0,1 mmHg) destilliert.
BEISPIEL 9
Dieses Beispiel erläutert ferner die Umwandlung des Produkts von Beispiel 1 nach dem Reinigen zu einem nützlichen Bleichkatalysator durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung.
Die Reagentien gemäß der vorliegenden Erfindung liegen in wasserfreier Form vor. Das Produkt von Beispiel 1 nach der herkömmlichen Reinigung (beispielsweise Destillation) wird in einer 10%igen Lösung von Acetontril aufgeschlämmt und mit Argon entgast. Wasserfreies MnCl₂ (wirtschaftlicher von 98% oder 99% Güte) wird dann zugegeben, und die Reaktion wird 4 Stunden lang unter Argon refluxiert. Die Reaktion kann qualitativ anhand der Farbe überwacht werden, wobei blassblau ein positiver Hinweis auf eine normal ablaufende Reaktion ist – jegliches Eindringen von Luft kann eine Verdunkelung bewirken. Die Reaktionsmischung wird dann durch ein Mikroglasfaserfilter filtriert und, falls gewünscht, erneut durch ein 0,2 Mikrometer-Filter. Das Filtrat wird dann bei verringertem Druck bis zur Trockene konzentriert, und die Feststoffe werden 5 × in 2 Volumina Toluol suspendiert und gewaschen und dann gefiltert und getrocknet.
BEISPIEL 10 – Synthese von [Mn(Bcyclam)Cl₂]
Dieses Beispiel erläutert ferner die Umwandlung des Produkts von Beispiel 1 nach dem Reinigen in einen nützlichen Bleichkatalysator.
(a) Methode I.
Das „Bcyclam", (5,12-Dimethyl-1,5,8,12-tetraaza-bicyclo[6.6.2]hexadecan), ist das Produkt des Verfahrens der Erfindung. Bcyclam (1,00 g, 3,93 mMol) wird in trockenem CH₃CN (35 ml, destilliert aus CaH₂) gelöst. Die Lösung wird dann bei 15 mm evakuiert, bis das CH₃CN zu sieden beginnt. Der Kolben wird dann mit Ar auf Atmosphärendruck gebracht. Dieses Entgasen wird 4-mal wiederholt. Mn(pyridin)₂Cl₂ (1,12 g, 3,93 mMol), synthetisiert gemäß dem in der Literatur beschriebenen Verfahren von H. T. Witteveen et al., J. Inorg. Nucl. Chem., (1974), 36, 1535, wird unter Ar zugegeben. Die trübe Reaktionslösung beginnt sich langsam zu verdunkeln. Nachdem sie über Nacht bei Raumtemperatur gerührt wurde, wird die Reaktionslösung dunkelbraun, mit darin schwebenden feinen Teilchen. Die Reaktionslösung wird mit einem 0,2 μ-Filter filtriert. Das Filtrat ist hell bräunlich. Das Filtrat wird unter Verwendung eines Rotationsverdampfers bis zur Trockene eingedampft. Nachdem bei 0,05 mm bei Raumtemperatur über Nacht getrocknet wurde, werden 1,35 g schmutzig-weißes Feststoffprodukt gesammelt, Ausbeute 90%. Elementaranalyse: %Mn, 14,45; %C, 44,22; %H, 7,95; theoretisch für [Mn(Bcyclam)Cl₂], MnC₁₄H₃₀N₄Cl₂, MW = 380,26. Gefunden: %Mn, 14,98; %C, 44,48; %H, 7,86; Ion- Spray-Massenspektroskopie zeigt einen Haupt-Peak bei 354 mu, was [Mn(Bcyclam)(formiat)]⁺ entspricht.
(b) Methode II (Verfahren der vorliegenden Erfindung).
Frisch destilliertes Bcyclam (25,00 g, 0,0984 Mol), bei dem es sich um das Produkt des vorliegenden Verfahrens handelt, wird in trockenem CH₃CN (900 ml, destilliert aus CaH₂) gelöst. Die Lösung wird dann bei 15 mm evakuiert, bis das CH₃CN zu sieden beginnt. Der Kolben wird dann mit Ar auf Atmosphärendruck gebracht. Die Entgasungsprozedur wird 4 mal wiederholt. MnCl₂ (11,25 g, 0,0894 Mol) wird unter Ar zugegeben. Die trübe Reaktionslösung verdunkelt sich sofort. Nach vierstündigem Rühren am Rückfluss wird die Reaktionslösung dunkelbraun mit darin schwebenden feinen Teilchen. Die Reaktionslösung wird, falls gewünscht, unter trockenen Bedingungen durch ein 0,2 μ-Filter filtriert. Das Filtrat ist von hell bräunlicher Farbe. Dieses Filtrat wird unter Verwendung eines Rotationsverdampfers bis zur Trockne eingedampft. Der resultierende bräunliche Feststoff wird über Nacht bei 0,05 mm bei Raumtemperatur getrocknet. Der Feststoff wird in Toluol (100 ml) suspendiert und zum Rückfluss erwärmt. Das Toluol wird abdekantiert, und das Verfahren wird mit weiteren 100 ml Toluol wiederholt. Der Toluolrest wird unter Verwendung eines Rotationsverdampfers entfernt. Nachdem über Nacht bei 05 mm bei Raumtemperatur getrocknet wurde, werden 31,75 g. eines hellblauen Feststoffprodukts gesammelt, Ausbeute 93,5%. Elementaranalyse: %Mn, 14,45; %C, 44,22; %H, 7,95; %N, 14,73; %Cl, 18,65; theoretisch für [Mn(Bcyclam)Cl₂], MnC₁₄H₃₀N₄Cl₂, MW = 380,26. Gefunden: %Mn, 14,69; %C, 44,69; %H, 7,99; %N, 14,78; %Cl, 18,90 (Karl Fischer Wasser, 0,68%). Ion-Spray-Massenspektroskopie zeigt einen Haupt-Peak bei 354 mu, was [Mn(Bcyclam)(Formiat)]⁺ entspricht.
BEISPIEL 11. Synthese von [Mn(C₄-Bcyclam)Cl₂] wobei C₄-Bcyclam = 5-n-Butyl-12-methyl-1,5,8,12-tetraaza-bicyclo[6.6.2]hexadecan
(a) C₄-Bcyclam-Synthese
Das folgende Synthese verfahren ist herkömmlich und wird für Vergleichszwecke eingeschlossen, das Produkt, (III) siehen unten), ist jedoch ein weiterer Makrocyclus, der anhand des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann, einfach durch Zugabe eines zusätzlichen Alkylhalogenids, 1-Iodbutan, zu Schritt (B) dieses Verfahrens. Ein tetracyclischs Addukt (I) kann unter Anwendung von Schritt (A) dieses Verfahrens durchgeführt werden, oder es kann für Vergleichszwecke anhand des in der Literatur beschriebenen Verfahrens von H. Yamamoto und K. Maruoka, J. Amer. Chem. Soc., (1981), 103, 4194 hergestellt werden. I (3,00 g., 13,5 mMol) werden in trockenem CH₃CN (50 ml, destilliert aus CaH₂) gelöst. 1-Iodbutan (24,84 g, 135 mMol) wird der gerührten Lösung unter Ar zugesetzt. Die Lösung wird dann bei Raumtemperatur 5 Tage lang gerührt. 4- Iodbutan (12,42 g, 67,5 mMol) wird zugegeben, und die Lösung wird weitere 5 Tage bei RT gerührt. Unter diesen Bedingungen wird I mit 1-Iodbutan vollständig alkyliert, wie durch ¹³C-NMR gezeigt. Methyliodid (26,5 g, 187 mMol) wird zugegeben, und die Lösung wird bei Raumtemperatur weitere 5 Tage gerührt. Die Reaktion wird unter Verwendung eines Whatman Nr. 4-Papiers und durch Vakuumfiltration filtiert. Ein weißer Feststoff, II, wird gesammelt (6,05 g, 82%).
¹³C NMR (CDCl₃) 16,3, 21,3, 21,6, 22,5, 25,8, 49,2, 49,4, 50,1, 51,4, 52,6, 53,9, 54,1, 62,3, 63,5, 67,9, 79,1, 79,2 ppm. Electro-Spray-Massenspek. (MH⁺/2, 147).
II (6,00 g., 11,0 mMol) wird in 95%igem Ethanol (500 ml) gelöst. Natriumborhydrid (11,0 g., 290 mMol) wird zugegeben, und die Reaktion wird milchig weiß. Die Reaktion wird unter Ar drei Tage lang gerührt. Salzsäure (100 ml) wird im Lauf von einer Stunde langsam in die Reaktionsmischung getropft. Die Reaktionsmischung wird unter Verwendung eines Rotationsverdampfers bis zur Trockene eingedampft. Der weiße Rückstand wird in Natriumhydroxid (500 ml, 1,00 N) gelöst. Die Lösung wird mit Toluol (2 × 150 ml) extrahiert. Die Toluolschichten werden kombiniert und mit Natriumsulfat getrocknet. Nach Entfernen des Natriumsulfats mittels Filtration wird das Toluol unter Verwendung eines Rotationsverdampfers bis zur Trockne verdampft. Das resultierende Öl wird bei Raumtemperatur unter hohem Druck (0,05 mm) über Nacht getrocknet. Das Ergebnis ist ein farbloses Öl, 2,95 g, 90%. Dieses Öl (2,10 g) wird mit einem Kurzweg-Destillationsapparat (Destillationskopftemperatur 115°C bei 0.05 mm) destilliert. Ausbeute: 2,00 g. ¹³C NMR (CDCl₃) 14,0, 20,6, 27,2, 27,7, 30,5, 32,5, 51,2, 51,4, 54,1, 54,7, 55,1, 55,8, 56,1, 56,5, 57,9, 58,0, 59,9 ppm. Massenspek. (MH), 297).
(b) [Mn(C₄-Bcyclam)Cl₂]-Synthese (gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung)
C₄-Bcyclam (2,00 g., 6,76 mMol) wird in trockenem CH₃CN (75 ml, destilliert aus CaH₂) aufgeschlämmt. Die Lösung wird dann bei 15 mm evakuiert, bis das CH₃CN zu sieden beginnt. Der Kolben wird dann mit Ar auf Atmosphärendruck gebracht. Diese Entgasungsprozedur wird 4 mal wiederholt. MnCl₂ (0,81 g, 643 mMol) wird unter Ar zugegeben. Die bräunliche, trübe Reaktionslösung verdunkelt sich sofort. Nach vierstündigem Rühren unter Rückfluss wird die Reaktionslösung dunkelbraun mit darin schwebendn feinen Teilchen. Die Reaktionslösung wird durch unter trockenen Bedingungen durch ein 0,2 μ-Membranfilter filtriert. Das Filtrat ist von hell bräunlicher Farbe. Das Filtrat wird unter Verwendung eines Rotationsverdampfers bis zur Trockene eingedampft. Der resultierende weiße Feststoff wird in Toluol (50 ml) suspendiert und zum Rückfluss erwärmt. Das Toluol wird abdekantiert und das Verfahren wird mit weiteren 100 ml Toluol wiederholt. Der Rest des Toluols wird unter Verwendung eines Rotationsverdampfers entfernt. Nachdem über Nacht bei 0,05 mm, RT, getrocknet wurde, ist das Ergebnis ein hellblauer Feststoff (III), Ausbeute 88%. Die Ion-Spray-Massenspektroskopie zeigt einen Haupt-Peak bei 396 mu, was [Mn(C₄-Bcyclam)(formiat)]⁺ entspricht.
BEISPIEL 12. Synthese von [Mn(Bz-Bcyclam)Cl₂], wobei Bz-Bcyclam = 5-Benzyl-12-methyl-1,5,8,12-tetraaza-bicyclo[6.6.2]hexadecan
(a) Bz-Bcyclam-Synthese
Der Makrocyclus wird auf ähnliche Weise wie bei der oben beschriebenen C₄-Bcyclam-Synthese synthetisiert, abgesehen davon, dass Benzylbromid anstelle des 1-Iodbutans in Schritt (B) dieses Verfahrens verwendet wird. ¹³C NMR (CDCl₃) 27,6, 28,4, 43,0, 52,1, 52,2, 54,4, 55,6, 56,4, 56,5, 56,9, 57,3, 57,8, 60,2, 60,3, 126,7, 128,0, 129,1, 141,0 ppm. Massenspek. (MH⁺, 331).
(b) [Mn(Bz-Bcyclam)Cl₂]-Synthese
Dieser Komplex wird ähnlich hergestellt wie bei der oben beschriebenen [Mn(Ca-Bcyclam)Cl₂]-Synthese, abgesehen davon, dass Bz-Bcyclam anstelle des Ca-Bcyclams verwendet wird. Die Ion-Spray-Massenspektroskopie zeigt einen Haupt-Peak bei 430 mu, was [Mn(Bz-Bcyclam)(formiat)]⁺ entspricht.
BEISPIELE 13 Synthese von [Mn(C₈-Bcyclam)Cl₂], wobei C₈-Bcyclam = 5-n-Octyl-12-methyl-1,5,8,12-tetraaza-bicyclo[6.6.2]hexadecan
(a) C₈-Bcyclam-Synthese:
Dieser Ligand wird ähnlich synthetisiert wie bei der oben beschriebenen C₄-Bcyclam-Synthese, abgesehen davon, dass 1-Iodooctan anstelle von 1-Iodbutan verwendet wird.
Massenspek. (MH⁺, 353).
(b) [Mn(C₈-Bcyclam)Cl₂]-Synthese
Dieser Komplex wird ähnlich hergestellt wie bei der oben beschriebenen [Mn(C₄-Bcyclam)Cl₂]-Synthese, abgesehen davon, dass C₈-Bcyclam anstelle des C₄-Bcyclams verwendet wird.
Die Ion-Spray-Massenspektroskopie zeigt einen Haupt-Peak bei 452 mu, was [Mn(B₈-Bcyclam)(formiat)]⁺ entspricht.
BEISPIEL 14. Synthese von [Mn(H₂-Bcyclam)Cl₂], wobei H₂-Bcyclam = 1,5,8,12-Tetraaza-bicyclo[6.6.2]hexadecan
Das H₂-Bcyclam wird auf ähnliche Weise wie bei der oben beschriebenen Synthese von C₄-Bcyclam synthetisiert, abgesehen davon, das Benzylbromid anstelle des 1-Iodbutans und des Methyliodids verwendet wird. Die Benzylgruppen werden durch katalytische Hydrierung entfernt. So werden das resultierende 5,12-Dibenzyl-1,5,8,12-tetraaza-bicyclo[6.6.2]hexadecan und 10% Pd auf Aktivkohle in 85%iger Essigsäure gelöst. Diese Lösung wird dann 3 Tage bei Raumtemperatur unter 1 atm Wasserstoffgas gerührt. Die Lösung wird unter Vakuum durch ein 0,2 Mikrometer-Filter filtriert. Nach Verdampfen des Lösungsmittels unter Verwendung eines Rotationsverdampfers wird das Produkt als farbloses Öl erhalten. Ausbeute: 90⁺%.
Der Mn-Komplex wird ähnlich wie bei der oben beschriebenen Synthese von [Mn(Bcyclam)Cl₂] synthetisiert, abgesehen davon, dass H₂-Bcyclam anstelle des Bcyclams verwendet wird.
Elementaranalyse: %C, 40,92; %H, 7,44; %N, 15,91; theoretisch für [Mn(H₂-Bcyclam)Cl₂], MnC₁₂H₂₆N₄Cl₂, MW = 352,2. Gefunden: %C, 41,00; %H, 7,60; %N, 15,80. FAB+ Massenspektroskopie zeigte einen Haupt-Peak bei 317 mu, was [Mn(H₂-Bcyclam)Cl]⁺ entspricht, und einen weiteren kleineren Peak bei 352 mu, was [Mn(H₂-Bcyclam)Cl₂]⁺ entspricht.
BEISPIEL 15. Synthese von [Fe(H₂-Bcyclam)Cl₂], wobei H₂-Bcyclam = 1,5,8,12-Tetraaza-bicyclo[6.6.2]hexadecan
Der Fe-Komplex wird ähnlich wie bei der oben beschriebenen Synthese von [Mn(H₂-Bcyclam)Cl₂] synthetisiert, abgesehen davon, dass das wasserfreie FeCl₂ anstelle des MnCl₂ verwendet wird.
Elementaranalyse: %C, 40,82; %H, 7.42; %N, 15,87; theoretisch für [Fe(H₂-Bcyclam)Cl₂], FeC₁₂H₂₆N₄Cl₂, MW = 353,1. Gefunden: %C, 39,29; %H, 7,49; %N, 15,00. FAB+ Massenspektroskopie zeigt einen Haupt-Peak bei 318 mu, was [Fe(H₂-Bcyclam)Cl]⁺ entspricht, und einen anderen, kleineren Peak bei 353 mu, was [Fe(H₂-Bcyclam)Cl₂]⁺ entspricht.
BEISPIEL 16.
Synthese von:

Chlor-20-methyl-1,9,20,24,25-pentaaza-tetracyclo[7.7.7.1^3,7.1^11,15.]pentacosa-3,5,7(24),11,13,15(25)-hexaenmangan(II)-hexafluorphosphat, 7(b);
Trifluormethansulfono-20-methyl-1,9,20,24,25-pentaaza-tetracyclo[7.7.7.1^3,7.1^11,15.]pentacosa-3,5,7(24),11,13,15(25)-hexaenmangan(II)-trifluormethansulfonat, 7(c) und Thiocyanato-20-methyl-1,9,20,24,25-pentaaza- tetracyclo[7.7.7.1^3,7.1^11,15.]pentacosa-3,5,7(24),11,13,15(25)-hexaeneisen(II)-thiocyanat, 7(d)

(a) Synthese des Liganden 20-Methyl-1,9,20,24,25-pentaaza-tetracyclo[7.7.7.1^3,7.1^11,15.]pentacosa-3,5,7(24),11,13,15(25)-hexaen
Der Ligand 7-Methyl-3,7,11,17-tetraazabicyclo[11.3.1¹⁷]heptadeca-1(17),13,15-trien wird anhand des in der Literatur beschriebenen Verfahrens von K. P. Balakrishnan et al., J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1990, 2965, synthetisiert.
7-Methyl-3,7,11,17-tetraazabicyclo[11.3.1¹⁷]heptadeca-1(17),13,15-trien (1,49 g, 6 mMol) und O,O'-Bis(methansulfonat)-2,6-pyridindimethanol (1,77 g, 6 mMol) werden getrennt in Acetonitril (60 ml) gelöst. Sie werden dann über eine Spritzenpumpe (bei einer Rate von 1,2 ml/Stunde) zu einer Suspension aus wasserfreiem Natriumcarbonat (53 g, 0.5 Mol) in Acetonitril (1380 ml) gegeben. Die Temperatur der Reaktion wird über die gesamte Reaktionszeit von 60 Stunden bei 65°C gehalten.
Nach dem Abkühlen wird das Lösungsmittel unter verringertem Druck entfernt, und der Rückstand wird in Natriumhydroxidlösung gelöst. Das Produkt wird dann mit Benzol (6 mal 100 ml) extrahiert, und die kombinierten organischen Extrakte werden über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Nach der Filtration wird das Lösungsmittel unter verringertem Druck reduziert. Das Produkt wird dann in einer Acetonitril/Triethylamin-Mischung (95,5) gelöst und wird durch eine Säule aus neutralem Aluminiumoxid (2,5 × 12 cm) geleitet. Die Entfernung des Lösungsmittels ergibt einen weißen Feststoff (0,93 g, 44%).
Dieses Produkt kann ferner durch Umkristallisieren aus einer Ethanol/Diethylether-Mischung in Kombination mit einem Kühlen bei 0°C über Nacht gereinigt werden, was einen weißen, kristallinen Feststoff ergibt. Anal. Berech. für C₂₁H₂₉N₅: C, 71,75; H, 8,32; N, 19,93. Gefunden: C, 71,41; H, 8,00; N, 20,00. Ein Massenspektrum zeigt den erwarteten molekularen Ionen-Peak [für C₂₁H₃₀N₅]⁺ bei m/z = 352.
Das ¹H NMR (400 MHz, in CD₃CN)-Spektrum zeigt Peaks bei δ = 1,81 (m, 4H); 2,19 (s, 3H); 2,56 (t, 4H); 3,52 (t, 4H); 3,68 (AB, 4H), 4,13 (AB, 4H), 6,53 (d, 4H) und 7,07 (t, 2H). Das ¹³C NMR (75,6 MHz, in CD₃CN)-Spektrum zeigt acht Peaks bei δ = 24,05, 58,52, 60,95, 62,94, 121,5, 137,44 und 159,33 ppm.
Alle Metallkomplexierungsreaktionen werden in einer Schutzkammer mit inerter Atmosphäre unter Verwendung von destillierten und entgasten Lösungsmitteln durchgeführt.
(b) Komplexierung des Liganden L₁ mit Bis(pyridin)mangan(II)-chlorid
Bis(pyridin)mangan(II)-chlorid wird gemäß dem in der Literatur beschriebenen Verfahren von H. T. Witteveen et al., J. Inorg. Nucl. Chem., 1974, 36, 1535, synthetisiert.
Der Ligand L₁ (1,24 g, 3,5 mMol), Triethylamin (0,35 g, 3,5 mMol) und Natriumhexafluorphosphat (0,588 g, 3,5 mMol) werden in Pyridin (12 ml) gelöst. Dazu wird Bis(pyridin)mangan(II)-chlorid gegeben, und die Reaktion wird über Nacht gerührt. Die Reaktion wird dann filtriert, um einen weißen Feststoff zu entfernen. Dieser Feststoff wird mit Acetonitril gewaschen bis die Waschungen nicht mehr farbig sind, und dann werden die kombinierten organischen Filtrate unter verringertem Druck eingedampft. Der Rückstand wird in der minimalen Menge Acetonitril gelöst und über Nacht verdampfen gelassen, was leuchtend rote Kristalle ergab. Ausbeute: 0,8 g (39%). Anal. Berechn. für C₂₁H₃₁N₅Mn₁Cl₁P₁F₆: C, 43,00; H, 4,99 und N, 11,95. Gefunden:
C, 42,88; H, 4,80 und N 11,86. Ein Massenspektrum zeigt den erwarteten molekularen Ionen-Peak [für C₂₁H₃₁N₅Mn₁Cl₁] bei m/z = 441. Das elektronische Spektrum einer verdünnten Lösung in Wasser zeigt zwei Absorptionsbanden bei 260 und 414 nm
(ε = 1,47 × 10³ bzw. 773-M^–1cm^–1). Das IR-Spektrum (KBr) des Komplexes zeigt eine Bande bei 1600 cm^–1 (Pyridin) und starke Banden bei 840 und 558 cm^–1 (PF₆ ^–).
(c) Komplexierung des Liganden mit Mangan(II)-trifluormethansulfonat
Mangan(II)-trifluormethansulfonat wird anhand des in der Literatur beschriebenen Verfahrens von Bryan und Dabrowiak, Inorg. Chem., 1975, 14, 297 hergestellt.
Mangan(II)-trifluormethansulfonat (0,883 g, 2,5 mMol) wird in Acetonitril (5 ml) gelöst. Dies wird zu einer Lösung des Liganden L₁ (0,878 g, 2,5 mMol) und von Triethylamin (0,25 g, 2,5 mMol) in Acetonitril (5 ml) gegeben. Dies wird dann für zwei Stunden erwärmt, bevor es filtriert wird, und dann nach dem Kühlen Entfernung des Lösungsmittels unter verringertem Druck. Der Rückstand wird in einer minimalen Menge von Acetontril gelöst und langsam verdampfen gelassen, was orangefarbene Kristalle ergab. Ausbeute 1,06 g (60%). Anal. Berechn. für Mn₁C₂₃H₂₉N₅S₂F₆O₆: C, 39,20; H, 4,15 und N, 9,95. Gefunden: C, 38,83; H, 4,35 und N, 10,10. Das Massenspektrum zeigt den erwarteten Peak für [Mn₁C₂₂H₂₉N₅S₁F₃O₃]⁺ bei m/z = 555. Das elektronische Spektrum einer verdünnten Lösung in Wasser zeigt zwei Absorptionsbanden bei 260 und 412 nm (ε = 9733 bzw. 607 M^–1cm^–1). Das IR-Spektrum (KBr) des Komplexes zeigt eine Bande bei 1600 cm^–1 (Pyridin) und 1260, 1160 und 1030 cm^–1 (CF₃SO₃).
(d) Komplexierung des Liganden mit Eisen(II)-trifluormethansulfonat
Eisen(II)-trifluormethansulfonat wird in situ anhand des in der Literatur beschriebenen Verfahrens von Tait und Busch, Inorg. Synth., 1978, XVIII, 7, hergestellt.
Der Ligand (0,833 g, 2,5 mMol) und Triethylamin (0,505 g, 5 mMol) werden in Acetonitril (5 ml) gelöst. Dazu wird eine Lösung aus Hexakis(acetonitril)eisen(II)-trifluormethansulfonat (1,5 vg, 2,5 mMol) in Acetonitril (5 ml) gegeben, was eine dunkelrote Lösung ergab. Natriumthiocyanat (0,406 g, 5 mMol) wird dann zugegeben, und die Reaktion wird für eine weitere Stunde gerührt. Das Lösungsmittel wird dann unter verringertem Druck reduziert, und der resultierende Feststoff wird aus Methanol umkristallisiert, was rote Mikrokristalle erzeugt. Ausbeute: 0,65 g (50%). Anal. Berechn. für Fe₁C₂₃H₂₉N₇S₂:C, 52,76; H, 5,59 und N, 18,74. Gefunden: C 52,96; H, 5,53; N, 18,55. Ein Massenspektrum zeigt den erwarteten molekularen Ionen-Peak [für Fe₁C₂₂H₂₉N₆S₁]⁺ bei m/z = 465. Das ¹H NMR (300 MHz, CD₃CN) δ = 1,70 (AB, 2H), 2,0 (AB, 2H), 2,24 (s, 3H), 2,39 (m, 2H), 2,70 (m, 4H), 3,68 (m, 4H), 3,95 (m, 4H), 4,2 (AB, 2H), 7,09 (d, 2H), 7,19 (d, 2H), 7,52 (t, 1H), 7,61 (d, 1H). Das IR-Spektrum (KBr) des Spektrums zeigt Peaks bei 1608 cm^–1 (Pyridin) starke Peaks bei 2099 und 2037 cm^–1(SCN^–).
Der Metallkomplex kann in Detergenien verwendet werden, beispielsweise durch Zugabe von etwa 0,05% Komplex zu einem granulären Detergens, das 20% Natriumperborat enthält, um die Bleichwirkung zu verbessern.
Reinigung des Katalysators
Generell kann der Reinheitszustand des Übergangsmetall-Oxidationskatalysators von Beispiel 9 variieren, vorausgesetzt, dass jegliche Verunreinigungen, wie Nebenprodukte der Synthese, freier Ligand oder freie Liganden, nicht-umgesetzte Vorstufen des Übergangsmetallsalzes, kolloidale organische oder anorganische Teilchen und dergleichen, nicht in Mengen vorhanden sind, welche die Nützlichkeit des Übergangsmetall-Oxidatonskatalysators nennenswert mindern. Es wurde gefunden, dass es wünschenswert ist, dass der Übergangsmetall-Oxidationskatalysator gereinigt wird. Dies kann unter Verwendung geeigneter Mittel durchgeführt werden, so dass der Katalysator den verfügbaren Sauerstoff (AvO) nicht übermäßig verbraucht. Ein übermäßiger Verbrauch von AvO wird so definiert, dass er jeglichen Fall einer exponentiellen Abnahme der AvO-Gehalte von Bleich-, Oxidierungs- oder Katalysierungslösungen im Lauf der Zeit bei 20–40°C einschließt. Bevorzugte Übergangsmetall-Oxidationskatalysatoren, ob gereinigt oder nicht, weisen, wenn sie in eine verdünnte, wässrige, gepufferte, alkalische Lösung bei einem pH von etwa 9 (Carbonat/Bicarbonat-Puffer) bei Temperaturen von etwa 40°C gegeben werden, eine relativ gleichmäßige Abnahme der AvO-Gehalte im Lauf der Zeit auf, in bevorzugten Fällen ist diese Abnahmerate linear oder ungefähr linear. In den bevorzugten Ausführungsformen liegt die AvO-Verbrauchsrate bei 40°C, die sich aus der Steigung eines Graphen von %AvO vs. Zeit (in s) ergibt, (im folgenden als „AvO-Steigung") bezeichnet, bei etwa –0.0050 bis etwa –0,0500, mehr bevorzugt –0,0100 bis etwa –0,0200. So weist ein bevorzugter Mn(II)-Oxdidationskatalysator eine AvO-Steigung von etwa –0,0140 bis etwa –0,0182 auf; im Gegensatz dazu hat ein etwas weniger stark bevorzugter Übergangsmetall-Oxidationskatalysator eine AvO-Steigung von –0,0286.
Bevorzugte Verfahren zum Bestimmen des AvO-Verbrauchs in wässrigen Lösungen von Übergangsmetall-Oxidationskatalysatoren hierin schließen das bekannte iodometrische Verfahren oder dessen Varianten ein, wie die Verfahren, die allgemein für Wasserstoffperoxide angewendet werden. Siehe beispielsweise Organic Peroxides, Bd. 2., D. Swern (Hsg.), Wiley-Interscience, New York, 1971, beispielsweise die Tabelle auf S. 585 und die Literaturstellen darin, einschließlich von P. D. Bartlett und R. Altscul, J. Amer. Chem. Soc., 67, 812 (1945), und W. E. Cass, J. Amer. Chem. Soc., 68, 1976 (1946). Beschleuniger, wie Ammoniummolybdat, können verwendet werden. Das allgemeine Verfahren, das hierin verwendet wird, besteht in der Herstellung einer wässrigen Lösung aus Katalysator und Wasserstoffperoxid in einem milden Alkalipuffer, beispielsweise Carbonat/Bicarbonat bei pH 9, und der Überwachung des Verbrauchs an Wassertoffperoxid durch die periodische Entnahme von Aliquoten der Lösung, die an einem weiteren Wasserstoffperoxid-Verlust durch Ansäuerung mittels Eisessig „gehindert" werden, vorzugsweise unter Kühlen (Eis). Diese Aliquoten können dann durch eine Reaktion mit Kaliumiodid, optional, aber machmal bevorzugt, unter Verwendung von Ammoniummolybdat (insbesondere Molybdat mit geringen Verunreinigungen, siehe beispielsweise US 4,596,701 ), um die vollständige Reaktion zu beschleunigen, gefolgt von Rücktitration unter Verwendung von Natriumthiosulfat, analysiert werden. Andere Varianten des Analyseverfahrens können verwendet werden, wie thermometrische Verfahren, Potentialpuffer-Methoden ((Ishibashi et al., Anal. Chim. Acta (1992), 261(1–2), 405–10), oder photometrische Verfahren zur Bestimmung von Wasserstoffperoxid ( EP 485,000 A2 , 13. Mai 1992). Varianten von Verfahren, welche fraktionale Bestimmungen ermöglichen, beispielsweise von Peressigsäure und Wasserstoffperoxid, in An- oder Abwesenheit der vorliegenden Übergangsmetall-Oxidationskatalysatoren sind ebenfalls geeignet, siehe beispielsweise JP 92-303215, 16. Oktober, 1992.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind Wäschewasch- und Reinigungszusammensetzungen eingeschlossen, welche Übergangsmetall-Oxidationskatalysatoren enthalten, die bis zu dem Grad gereinigt wurden, dass sie eine differentielle Abnahme des AvO-Verlusts, relativ zum unbehandelten Katalysator, von mindestens 10% aufweisen (Einheiten sind hier dimensionslos, da sie das Verhältnis der AvO-Steigung des behandelten Übergangsmetall-Oxidationskatalysators gegenüber der AvO-Steigung des unbehandelten Übergangsmetall-Oxidationskatalysators darstellen – eigentlich ein Verhältnis von AvOs). Anders ausgedrückt, die AvO-Steigung wird durch die Reinigung verbessert, so dass sie in die oben genannten bevorzugten Bereiche gebracht wird.
In noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurden zwei Verfahren identifiziert, die besonders wirksam sind für die Verbesserung der Eignung des Übergangsmetall-Oxidationskatalysators, wie synthetisiert, für die Einver leibung in Wäschewasch- und Reinigungsprodukte oder für andere nützliche Anwendungen für Oxidationskatalysatoren.
Ein solches Verfahren ist jegliches Verfahren mit einem Schritt zur Behandlung des Übergangsmetall-Oxidationskatalysators, wie hergestellt, durch Extrahieren des Übergangsmetall-Oxidationskatalysators, in fester Form, mit einem aromatischen Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel, wobei geeignete Lösungsmittel unter Anwendungsbedingungen oxidationsstabil sind und Benzol und Toluol, vorzugsweise Toluol, einschließen. Überraschenderweise kann die Toluolextraktion die AvO-Steigung messbar verbessern (siehe die obenstehende Offenbarung).
Ein weiteres Verfahren, das angewendet werden kann, um die AvO-Steigung des Übergangsmetall-Oxidationskatalysators zu verbessern, besteht in der Filtrierung einer Lösung davon unter Verwendung eines geeigneten Filtrierungsmittels zum Entfernen von kleinen oder kolloidalen Teilchen. Solche Mittel schließen die Verwendung von feinporigen Filtern, Zentrifugierung oder Coagulierung der kolloidalen Feststoffe ein.
In größerer Einzelheit kann eine vollständige Vorgehensweise zum Reinigen eines Übergangsmetall-Oxidationskatalysators hierin einschließen:

(a) Lösen des Übergangsmetall-Oxidationskatalysators, wie hergestellt, in warmem Acetonitril;
(b) Filtrieren der resultierenden Lösung warm, d. h. bei etwa 70°C, durch Mikroglasfasern (beispielsweise Mikroglasfaser-Filterpapier, erhältlich von Whatman);
(c) Falls gewünscht, Filtrieren der Lösung der ersten Filtration durch eine 0,2 Mikrometer-Membran (beispielsweise ein 0,2 Mikrometer-Filter, im Handel erhältlich von Millipore) oder Zentrifugieren, wodurch kolloidale Teilchen entfernt werden;
(d) Verdampfen der Lösung der zweiten Filtration bis zur Trockene;
(e) Waschen der Feststoffe von Schritt (d) mit Toluol, beispielsweise fünfmal unter Verwendung von Toluol in einer Menge, die dem doppelten Volumen der Oxidationskatalysator-Feststoffe entspricht;
(f) Trocknen des Produkts von Schritt (e).

Eine andere Vorgehensweise, die in jeder geeigneten Kombination mit aromatischen Lösungsmittelwäschen und/oder der Entfernung von feinen Teilchen angewendet werden kann, ist die Umkristallisierung. Die Umkristallisierung, beispielsweise eines Mn(II)-Bcyclamchlorid-Übergangsmetall-Oxidationskatalysators, kann aus warmem Acetontril durchgeführt werden. Die Umkristallisierung kann ihre Nachteile haben, beispielsweise kann sie manchmal teurer sein.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines querverbrückten Makropolycyclus aus einem Cyclam oder einem acyclischen Tetraamin durch ein Verfahren, das eine Reihe von Reaktionsschritten umfasst, von denen jeder in einem Lösungsmittelsystem durchgeführt wird, gekennzeichnet dadurch, dass ein gemeinsames Lösungsmittelsystem in all diesen Schritten verwendet wird
Verfahren nach Anspruch 1, in dem das Lösungsmittelsystem, das in all den Schritten verwendet wird, ein alkoholisches Lösungsmittelsystem ist, vorzugsweise zu 60 bis 100% ein C1-C4-Alkohol oder Mischungen davon.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin all die Schritte bei Reaktantenkonzentrationen von insgesamt 7% oder höher, vorzugsweise über 15% durchgeführt werden, bezogen auf die Summe aller Reaktanten plus Lösungsmittel.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, in dem jeder der Schritte bei oder unter 50°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, durchgeführt als Ein-Kessel-Verfahren.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, in dem die Reihe von Schritten das Bilden eines cis-Tetracyclus aus dem Cyclam oder aus dem acyclischen Tetraamin, das Quaternieren des cis-Tetracyclus, um ein diquaterniertes Derivat zu bilden, und das Bilden des querverbrückten Makropolycyclus durch Reduzieren des diquaternierten Derivats umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, worin das Quaternieren unter Verwendung eines Quaternierungsmittels in einer Menge von unter dem Fünfzehnfachen, vorzugsweise dem Fünf- bis Zehnfachen duchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, worin das Quaternierungsmittel ausgewählt ist aus Methyliodid, Dimethylsulfat und Methyltosylat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, worin die Reduzierung des diquaternierten Derivats unter Verwendung von weniger als dem Fünfzehnfachen an Reduzierungsmittel durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, worin das Reduzierungsmittel ein nicht-katalytisches Reduzierungsmittel ist, vorzugsweise ein Borhydrid.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, die zusätzlichen Schritte des Abtrennens des Reduzierungsmittels und des Lösungsmittels aus der Reaktionsmischung, die im Reduzierungsschritt gebildet wurde, des Entfernens von rückständigem Hydrid aus dem Produkt des Trennungsschritts und des Isolierens des querverbrückten Makropolycyclus umfassend.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das Umsetzen des querverbrückten Makropolycyclus mit einem Übergangsmetall umfassend, wodurch ein Übergangsmetallkomplex gebildet wird, der als Katalysator in Detergenszusammensetzungen nützlich ist.
Verfahren nach Anspruch 12, worin das Übergangsmetall Mangan ist und die Reaktion das Umsetzen des querverbrückten Makropolycyclus mit Mangan(II)-chlorid umfasst.