EP0660834A1 - Neue fulleren-derivate, verfahren zur herstellung und deren verwendung - Google Patents

Neue fulleren-derivate, verfahren zur herstellung und deren verwendung

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EP0660834A1
EP0660834A1 EP93919187A EP93919187A EP0660834A1 EP 0660834 A1 EP0660834 A1 EP 0660834A1 EP 93919187 A EP93919187 A EP 93919187A EP 93919187 A EP93919187 A EP 93919187A EP 0660834 A1 EP0660834 A1 EP 0660834A1
Authority
EP
European Patent Office
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compound
reaction
fullerene
toluene
addition
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP93919187A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus-Dieter Kampe
Hans-Ulrich Ter Meer
Norbert Karl Egger
Martin Anton Vogel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Axiva GmbH and Co KG
Original Assignee
Hoechst AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority claimed from DE19934312632 external-priority patent/DE4312632A1/de
Application filed by Hoechst AG filed Critical Hoechst AG
Publication of EP0660834A1 publication Critical patent/EP0660834A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C07D241/00—Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings
    • C07D241/36—Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings condensed with carbocyclic rings or ring systems
    • C07D241/38—Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings condensed with carbocyclic rings or ring systems with only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atoms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P43/00—Drugs for specific purposes, not provided for in groups A61P1/00-A61P41/00
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Definitions

  • the invention relates to new addition compounds of diamines on fullerene C ⁇ 0 and / or C 70 and methods for their preparation and their use.
  • .C ⁇ 0 is a polyfunctional molecule, and the formation of complex, conventional methods is not a major disadvantage of the reported reactions separable mixtures in the reaction of the polyfunctional C 60 with amines In almost every case, a myriad of different reaction products are formed in the manner of the reactions carried out so far, from which pure individual substances should be isolated, if at all, only with unreasonably great effort [ A. Hirsch, Angew. Chem. 104 (1992), 808].
  • the invention thus relates to addition compounds obtainable by reaction of diamines of the general formula I,
  • R 1 (C 2 -C 4 ) alkylene or 1, 2- or 1, 3-cyclo- (C 3 -C 7 ) alkylene and
  • R 2 and R 3 are independently hydrogen or or
  • R 2 and R 3 together represent (C 2 -C 4 ) alkylene, with fullerene C ⁇ 0 and / or C 70 .
  • the diamine of the formula I is bound via its two nitrogen atoms to adjacent C atoms of a bond between the six-membered ring of the football-like fullerene structure, ie on the fullerene surface. This bond between two S «wedding rings of C ⁇ 0 or C 70 is referred to below as the" 6-6 bond ".
  • the structure of the diaddition compounds which are obtained as regioisomers is analogous to that of the monoadducts; due to the polyfunctionality of the C eo and C 70 , a number of regioisomeric diaddition compounds are possible.
  • the mass spectra and the 1 H and 13 C NMR spectra of the diadducts demonstrate that fully dehydrated fullerene derivatives are also present in these, ie both hydrogen atoms introduced per diamine of the formula I have been eliminated. This means that there are no hydrogen atoms attached to the fullerene structure.
  • a structure of a diaddition compound, in which R 2 and R 3 have the meaning given for formula I, is shown in formula III as an example of a structure chosen arbitrarily from the regioisomeric structures.
  • the structure of the diaddition compound of formula III is arbitrary in terms of the relative spacing of the diamine units. A number of other relative structures are possible for diaddition compounds.
  • the reaction according to the invention is advantageously carried out with pure fullerene C ⁇ 0 or C 70 or with fullerenes whose content is at least 95% of C ⁇ 0 or C 70 .
  • the reaction according to the invention is preferably carried out with> 95% C ⁇ 0 or pure C ⁇ 0 .
  • the reaction according to the invention with diamines of the formula I is preferred
  • R 2 and R 3 independently of one another are hydrogen, CH 3 or C 2 H 5 or
  • R 2 and R 3 together mean - (CH 2 ) 2 - or - (CH 2 ) 3 -.
  • N, N'-dimethylethylenediamine are particularly preferred for the reaction according to the invention as diamine; N-methyl-N'-ethylethylenediamine; N, N'-diethylethylenediamine; N, N'-dimethyl-trimethylene diamine; Piperazine, homopiperazine, N-methyl-ethylenediamine and N-ethyl-ethylenediamine.
  • the reaction according to the invention between the diamine of the general formula I and C ⁇ 0 and / or C 70 is preferably carried out in solution, ie the fullerene to be reacted is preferably subjected to the addition reaction in dissolved form.
  • Suitable solvents are all those in which fullerene C ⁇ 0 and / or C 70 is noticeably soluble.
  • Aromatic hydrocarbons, halogen compounds or ethers such as, for example, benzene, toluene, xylenes, mesitylene, (C 2 -C 4 ) alkylbenzenes, tetralin, naphthalene, 1- and / or 2-methylnaphthalene, dimethylnaphthalenes, (C.
  • Aromatic hydrocarbons and / or halogen compounds which can be conveniently distilled out of the reaction mixture under normal pressure or under vacuum at temperatures up to 150 ° C. and anisole are preferred.
  • solvents can be mixed into the aromatic solvents, expediently in such an amount that a noticeable solubility of fullerene C ⁇ 0 and / or C 70 is retained.
  • admixable solvents are aliphatic and / or cycloaliphatic hydrocarbons which are liquid at room temperature and boil below 150 ° C., mono-, di-, tri- and / or tetrachloroalkanes and / or alkenes.
  • tertiary amines such as. B. 1, 4-diazabicyclo [2.2.2] octane, as basic additives, in molar proportions of 0.05 to 8.0 based on C 60 and / or C 70 .
  • These basic additives are advantageous if only a small or no molar excess of the diamine of the formula I compared to C 60 and / or C 70 is used.
  • These possible basic additives increase the reaction rate while maintaining a favorable selectivity with regard to the formation of monoaddition products.
  • the molar ratio used between the diamine and the respective fullerene influences the composition of the fullerene-diamine addition products, to the extent that when the diamine concentration is increased compared to the amount of fullerene used, the proportion of multiple addition products increases.
  • the monoaddition product and diaddition products are the main products.
  • the ratio in which the monoaddition, diaddition and multiple addition or reaction products are formed also depends heavily on the structure of the diamine of formula I used.
  • the monoreaction product is predominantly formed within the above-mentioned range (0.5 to approximately 20.0) of the molar ratio of diamine to fullerene.
  • N, N'-dimethyl In contrast, ethylenediamine forms monoreaction product and direaction product in comparable amounts as the main products under these conditions.
  • the multiple reaction products outweigh mono and direaction products in the reaction according to the invention under comparable reaction conditions.
  • the reaction according to the invention of a diamine of the formula I with fullerenes C 60 and / or C 70 can be carried out within a very wide temperature range.
  • the reaction can be carried out between -30 ° C, preferably 0 ° C, and + 300 ° C, preferably + 160 ° C.
  • the reaction can also take place at temperatures above or below.
  • the reaction according to the invention can be carried out within a very wide concentration range, based on the concentration of C ⁇ o and / or C 70 and the concentration of the diamine of the formula I in the particular solvent or solvent mixture. This concentration range extends from approximately 10 "3 millimolar to the saturation concentration of C ⁇ 0 or C 70 in the solvent or solvent mixture used in each case. However, the reaction can also be carried out at a fullerene concentration of ⁇ 10 3 millimolar or in the presence of undissolved fullerene C ⁇ 0 and / or C 70 are executed.
  • the concentration of the diamine of the formula I in the reaction medium is determined via the molar ratio.
  • the reaction times in the reaction according to the invention can vary within a very wide range. On the one hand, there is the well-known relationship between reaction time and reaction temperature in chemistry, in that the necessary reaction time is shortened with increasing reaction temperature.
  • the required reaction time also depends on the concentration of the reactants, the diamine and C ⁇ o and / or C 70 , in the reaction medium and also on their mutual molar ratio. In general, the higher the concentrations of the reactants in the reaction medium and the greater the molar ratio between the diamine and C ⁇ 0 and / or C 70 , the shorter the time required for the reaction. Since this molar ratio in turn influences the resulting product spectrum of the addition products according to the invention, the intended course of the reaction, ie the resulting product spectrum, can be controlled via this molar ratio and the reaction time.
  • the required reaction time and the proportion of the predominant monoadduct increases strong.
  • the monoadduct can thus, under certain conditions, become the quasi-only reaction product. become.
  • a preferred embodiment of the reaction according to the invention therefore consists in that a 0.2-5.0 millimolar solution of C ⁇ 0 and / or C 70 in an aromatic hydrocarbon, fluorine or chlorinated hydrocarbon or anisole which is liquid at room temperature or a mixture which is liquid at room temperature from such aromatic solvents, add 0.5-10 times, preferably 0.5-5 times, the molar amount of a diamine of the formula i and this mixture for 0.3 to 30 days, preferably 2-14 days, at a temperature between 0 ° C, preferably 20 ° C, and 160 ° C, preferably 110 ° C, leaves.
  • the well-known relationship applies that the higher the reaction temperature chosen, the shorter the reaction time.
  • Particularly preferred solvents are benzene, toluene, xylene, chlorobenzene, 1, 2 and / or 1, 3-dichlorobenzene and / or anisole.
  • the behavior in chromatography serves to characterize the new compounds formed.
  • the number of base equivalents per defined new adduct also characterize, in conjunction with the chemical composition, the new compounds according to the invention.
  • the chemical composition of the new fullerene derivatives according to the invention is evident from the elementary analyzes. In the case of uniform adducts according to the invention, these show from a diamine of the formula I at C 1 and / or C 70 whether a mono or a multiple adduct, for example a di, tri, tetra, penta or hexa adduct or a higher one Adduct is present.
  • the spectroscopic data of the new compounds according to the invention serve in a particular degree to uniquely characterize them. These include the absorption spectra in the UV, visible and IR range.
  • the uniform addition compounds according to the invention show characteristic IR spectra with a sharp band structure.
  • the compounds according to the invention each have characteristic UV absorptions, so they differ in the position of their maxima.
  • the mass spectra recorded in FABMS technology also characterize the respective compounds and, if available or recognizable by the mol peak, confirm the molecular weights.
  • the NMR spectra measured both as solid spectra and as solution spectra, also serve to characterize and assign the structure of the compounds according to the invention.
  • the IR spectrum of a monoaddition or diaddition compound of a diamine I according to the invention shows no NH band at C 60 .
  • This characteristic proves that both nitrogen atoms of the diamine of the formula I are linked to carbon atoms of the fullerene.
  • the new fullerene addition compounds formed according to the invention can be dissolved and / or undissolved in the reaction mixture depending on the solvent or solvent mixture used and the temperature.
  • the reaction according to the invention which, at a total concentration of both reactants (starting materials), ie fullerene C ⁇ 0 and / or C 70 and the diamine of the formula I, of ⁇ 25 mmolar in benzene, toluene, xylene, tetralin, ethylbenzene, 1 , 2-dichlorobenzene and / or anisole are carried out with or without the addition of naphthalene, the new mono- and diaddition compounds formed are generally dissolved or largely dissolved at a temperature between 0 ° C. and 110 ° C.
  • the new addition compounds formed primarily the monoaddition compounds, can be partially deposited as crystalline substances by concentrating the reaction solution and as such in the usual way, for. B. by filtration.
  • a preferred embodiment for the isolation and purification of the addition compounds according to the invention is that the reaction mixture is separated either directly or after prior filtration by column chromatography, preferably on silica gel, into optionally unreacted fullerene C ⁇ 0 and / or C 70 and the addition compounds formed.
  • Column chromatography on silica gel with toluene and dichloromethane and dichloromethane / methanol mixtures is advantageously carried out as the mobile phase.
  • fullerene C ⁇ 0 and / or C 70 is eluted, if still present. Then follows the sharply delineated the respective monoaddition product and followed by this at a clear distance, since polar, optionally formed di- and multiple addition compounds.
  • RP reversed phase
  • the addition compounds according to the invention are obtained as solid, often crystalline substances.
  • the latter applies in particular to the mono- and diaddition compounds.
  • it is characterized in particular by the action of piperazine (R 1 and R 2 and R 3 together each - (CH 2 ) 2 -) on C ⁇ formed mono addition product from large crystallization tendency.
  • the separation, isolation and purification of the compounds according to the invention does not rely on the use of HPLC technology
  • the HPLC technology is suitable for characterizing the addition compounds obtained according to the invention. Retention time coupled with the stationary and the liquid phase used, the flow rate and the Conventional column parameters serve as reliable material parameters for the characterization of pure substances or mixtures according to the invention.
  • reaction mixture which can be worked up by column chromatography according to the invention is that any unreacted C ⁇ 0 and / or C 70 can be separated off simply and cleanly and can thus be recovered for reuse. In view of the high price of fullerene C ⁇ 0 and / or C 70, this is of considerable importance.
  • the addition compounds of diamines of the formula I, in which R 2 and R 3 have the meaning given above, at C ⁇ 0 and / or C 70, which are obtainable according to the present invention, are basic compounds and form acid addition salts with protonic acids, per unit of fullerene C ⁇ 0 and / or C 70 added diamine at least 1 equivalent of acid.
  • a monoaddition compound can bind at least 1 and a diaddition compound at least 2 equivalents of acid with the formation of acid addition salts.
  • hydrochloric acid z. B. a hydrochloride is formed from the monoaddition compound of piperazine at C ⁇ 0 .
  • the acid addition salts are considerably less soluble in non-polar solvents than the associated bases. So z. B. from a solution of the monoaddition product formed from piperazine and Cgg in anisole with the addition of ethereal hydrochloric acid the corresponding hydrochloride almost quantitatively.
  • fullerene derivatives according to the invention are suitable for use as complex ligands. In this capacity, they can be used to modify catalysts.
  • the compounds according to the invention can be used to inhibit enzymes, for example to inhibit HIV (human immunodeficiency virus) enzymes, such as HIV-1 protease, with which they represent biological active substances which can be used, for example, as antiviral agents.
  • HIV human immunodeficiency virus
  • addition connections are electrically conductive in the solid state.
  • This material can be used to apply conductive coatings from solution, for example.
  • the monoaddition compound obtained by the action of piperazine on C ⁇ 0 shows intrinsic conductivity.
  • the unspecified solvent mixtures used in column chromatography are CH 2 CI 2 / CH 3 OH mixtures.
  • the Raman spectrum of this monoaddition product is shown in FIG. 2.
  • This monoaddition product of piperazine at C ⁇ 0 ( ⁇ or as addition compound No. 1) can be recrystallized from solvents and further purified in this way. It crystallizes in thin, long, dark-colored, highly reflective needles.
  • Suitable solvents for this purpose are chlorobenzene, dichlorobenzene and / or anisole.
  • the new compound (No. 1) is sparingly soluble or quasi-insoluble in benzene, toluene, CHCI 3 , CH 2 CI 2 and CH 3 OH, and soluble in CS 2 .
  • HPLC column, eluent as for addition compound no. 1, flow 0.8 ml / min.
  • Retention time 3.09 or 3.12 min. (Area% 98.4).
  • a molar mass M 888 Dalton results from the mass spectrum, indicated by an intense M ⁇ peak at m / z 888.
  • a molecular mass M 888 Dalton results from the mass spectrum, indicated by an intense MH e peak at m / z 889.
  • the IR spectrum of the pure diaddition compound no. 5 is shown in FIG. 8, the UV spectrum in FIG. 7 reproduced.
  • Example 6 a mixture of toluene and tetrahydrofuran (THF) was used as the solvent and in Example 10, a mixture of toluene and tetrachlorethylene.
  • the diaddition compounds (No. 2) No. 2, 3, 3a, 4 and 5) eluted in the respective column chromatography after the monoaddition compound (from piperazine at C ⁇ 0 ) (No. 1) were combined in each case, ie not into the individual diaddition compounds 2, 3, 3a , 4 and / or 5 separated.
  • Hydrochloride of the monoaddition compound of piperazine at C ⁇ 0 81 mg (0.1 mmol) of the monoaddition compound (addition compound No. 1) of piperazine at C ⁇ 0 were dissolved in 30 ml of anisole at 110 ° C. This solution was cooled to 50 ° C without stirring. At this temperature, 0.36 ml of a 0.61 molar solution of HCl in ether was added with stirring (under the liquid surface). Solid flocculated immediately as a light brown precipitate. The mixture was stirred for a further 30 minutes, the temperature dropping from 50 ° C.
  • a molecular mass M 888 Dalton results from the mass spectrum, indicated by an intense MH ⁇ peak at m / z 889.
  • a molar mass M 888 Dalton results from the mass spectrum, indicated by an intense MH ⁇ peak at m / z 889 or an M ⁇ peak at m / z 888.
  • a molar mass M 888 Dalton results from the mass spectrum, indicated by an intense M ⁇ peak at m / z 888 or MH ⁇ peak at m / z 889.
  • the mixture was then eluted further with CH 2 CI 2 / CH 3 OH (100: 0.2 to 0.4).
  • 1000 ml of eluate containing a brown-black migrating zone were selected.
  • the new compound (No. 7) is poorly soluble in CS 2 in benzene, toluene, CHCI 3 , CH 2 CI 2 and CH 3 OH.
  • addition compound No. 8 After the main product described above ( ⁇ addition compound No. 7) was eluted from the column, elution was continued with CH 2 CI 2 / CH 3 OH (100: 1). After 500 ml of substance-free eluate, 15 mg of a further addition compound of homopiperazine at C ⁇ 0 ( see addition compound no. 8) were eluted with 1000 ml (100: 1, 5), which was obtained in crystalline form after digestion with ether. After suction and drying (50 ° C, 3 mb) of the crystals, 13 mg of addition compound No. 8 were obtained. TLC (CH 2 CI 2 / C 2 H 5 OH 10: 1) R F : 0.52 to 0.56
  • HPLC column, eluent and flow as for addition compound No. 7, retention time in min (area%): 5.81 (64.1%); 6.09 (15.3%) and 6.25 (20.6%). HPLC thus shows that addition compound No. 8 consists of 3 components. There are 3 regioisomers
  • the reaction mixture is filtered through a filter aid and the filtrate is drawn up onto a silica gel S (0.063 to 0.2 mm) toiuole column (H: 64; 0 3.4 cm) or filtered through it.
  • a silica gel S 0.063 to 0.2 mm toiuole column (H: 64; 0 3.4 cm) or filtered through it.
  • elution was continued with 500 ml of toluene and 500 ml of CH 2 Cl 2 .
  • This monoaddition product of N, N'-dimethylethylenediamine at C ⁇ 0 ( ⁇ or as monoaddition compound No. 12) can be recrystallized from solvents and further purified in this way.
  • Suitable solvents for this purpose are dichlorobenzene, chlorobenzene and / or anisole and CS 2 .
  • the new compound (No. 12) is sparingly soluble or quasi-insoluble in benzene, toluene, CHCI 3 , CH 2 CI 2 and CH 3 OH, and readily soluble in CS 2 .
  • Diaddition compounds No. 13A to No. 13C have the following R F values:
  • the diaddition compounds No. 14 - No. 16 have the following R F values: No. 14 15 16
  • the IR spectrum (KBr) of this compound no. 17 is shown in FIG. 22 reproduced.
  • the mass spectrum (FAB) shows a strong MH ⁇ or strong M ⁇ peak at m / z 835 or at m / z 834.
  • the IR spectrum (KBr) of this compound no. 18 is shown in FIG. 23 reproduced.
  • the mass spectrum (FAB) shows a strong MH ® or strong M ⁇ peak at m / z 821 or at m / z 820.
  • the IR spectrum (KBr) of this compound no. 20 is shown in FIG. 25 reproduced.
  • the mass spectrum (FAB) shows a strong MH ® or M ⁇ peak at m / z 807 or at m / z 806.
  • the chromatography was carried out at 0.3 bar N 2 gauge pressure analogously to Examples 1, 6 and 19.
  • the mass spectrum (FAB) of this substance shows a strong MH ® or strong M ⁇ peak at m / z 865 or at m / z 864.
  • Diaddition Compound No. 23K This substance is called Diaddition Compound No. 23K.
  • the IR spectrum (KBr) of this compound No. 23K is shown in FIG. 28 reproduced.
  • the IR spectrum (KBr) of this compound no. 24 is shown in FIG. 29 reproduced.
  • the mass spectrum (FAB) shows a strong MH ® or strong M ⁇ peak at m / z 913 or at m / z 912.
  • DC ⁇ eluent: CH 2 CI 2 / C 2 H 5 OH 10: 1): R F 0.56-0.66.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Additionsverbindung, die erhältlich ist durch die Reaktion von einem Diamin der Formel (I), in der R1 (C2-C4)-Alkylen oder 1,2- oder 1,3-Cyclo-(C3-C7)-alkylen und R?2 und R3¿, die gleich oder verschieden sind, (C¿1?-C3)-Alkyl oder Wasserstoff oder R?2 und R3¿ zusammen (C¿2?-C4)-Alkylen bedeuten, mit Fullerenen C60 und/oder C70.

Description

Beschreibung
Neue Fulleren-Derivate, Verfahren zur Herstellung und deren Verwendung
Die Erfindung betrifft neue Additionsverbindungen von Diaminen an Fulleren Cβ0 und/oder C70 sowie Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung.
Seit der Entdeckung und insbesondere seit der Möglichkeit zur Herstellung von Fullerenen, einer dritten Modifikation des Kohlenstoffs, wird weltweit, mit zunehmender Tendenz an deren chemischer Modifizierung gearbeitet. Das trifft besonders für das stabilste und am besten in bearbeitbaren Mengen zugängliche Fulleren-Molekül Cβ0 zu (L. F. Lindoy, Nature, Vol. 357, 443 (1992); R. M. Baum, Chemical a. Engineering News 1991 , Vol. 69, Nr. 50, S. 17).
Neben einer Reihe verschiedener chemischer Reaktionen an Fulleren C60 wurde auch bereits über die Addition von Aminen an das Cβ0-Molekül berichtet [F. Wudl u.a. in "Fullerenes: Synthesis, Properties and Chemistry of Large Carbon Clusters, Edit. G. S. Hammond u. V. J. Kuck, ACS Symposium-Series, 481 ; Washington, DC, 1992, S. 161 ; R. Seshadri, A. Govindaraj, R. Nagarajan, T. Pradeep u. C. N. R. Rao, Tetrahedron Letters 3.3, No. 15, 2069 (1992)]. Cβ0 ist ein polyfunktionelles Molekül. Ein erheblicher Nachteil bei den berichteten Umsetzungen ist die Bildung von komplexen, mit konventionellen Methoden nicht auftrennbaren Mischungen bei der Reaktion des polyfunktionellen C60 mit Aminen. Es entsteht in nahezu jedem Fall bei der bisher berichteten Art und Weise der durchgeführten Umsetzungen eine Myriade verschiedener Reaktionsprodukte, aus denen, falls überhaupt, nur mit unvertretbar großem Aufwand reine Einzelsubstanzen isolierbar sein dürften [A. Hirsch, Angew. Chem. 104 (1992), 808].
ERS Gegenwärtig sind keine chemischen Umsetzungen von Nucleophilen mit Fullerenen bekannt, die bei konventioneller technischer Ausführung direkt zu einheitlichen Verbindungen oder sogar zu Monoaddukten führen oder in deren Folge durch konventionelle Trenntechniken, wie Umkristallisation oder Säulenchromatographie, aus entstandenen Mischungen einheitliche Verbindungen, insbesondere Monoaddukte zu erhalten sind. In "Tetrahedron Letters 22., Seite 2069 (1992)" wird u.a. zwar der Erhalt eines praktisch reinen 1 :1 Addukts von n-Butylamin mit Cβo erwähnt, aber außer Angaben über IR- und UV-Absorptionsbanden werden keinerlei Stoffdaten berichtet und keine Angaben zur, auf analytischen Ergebnissen fußenden, elementaren Zusammensetzung und zur Isolierung eines solchen Fullerenderivats gemacht.
Es wurde nun überraschend gefunden, daß bei der Einwirkung von Diaminen, bevorzugt disekundären Diaminen, auf Fulleren Additionsverbindungen des Diamins an Fulleren gebildet werden, unter denen die Monoadditionsverbindung und Diadditionsverbindungen die Hauptprodukte darstellen, welche sehr einfach mit konventionellen Trennmethoden trennbar und von Mehrfachadditionsverbindungen abtrennbar und somit in reiner Form zu gewinnen sind.
Die Erfindung betrifft somit Additionsverbindungen erhältlich durch Reaktion von Diaminen der allgemeinen Formel I,
r R 2 R 5 1
H - N N - H I
\ R 1
in der
R1 (C2-C4)-Alkylen oder 1 ,2- oder 1 ,3-Cyclo-(C3-C7)-alkylen und
R2 und R3 unabhängig voneinander Wasserstoff oder oder
R2 und R3 zusammen (C2-C4)-Alkylen bedeuten, mit Fulleren Cβ0 und/oder C70. Die Struktur der erfindungsgemäßen Monoadditionsverbindung, in der R\ R2 und R3 die bei Formel I angegebene Bedeutung haben, wird durch Formel II wiedergegeben. Das Diamin der Formel I ist über seine zwei Stickstoffatome an benachbarte C-Atome einer zwischen zwei Sechsringen liegenden Bindung des fußballähnlichen Fullerengerüs s, d. h. auf der Fullerenoberfläche gebunden. Diese Bindung zwischen zwei S« Eheringen des Cβ0 oder C70 wird im Folgenden als "6-6-Bindung" bezeichnet. Die Struktur der erfindungsgemäßen Cβ0-Monoaddukte gemäß Formel II, in der R\ R2 und R3 die bei der Formel I angegebene Bedeutung haben, ist diejenige Struktur mit der größtmöglichen Symmetrie. Aufgrund der nH- und 13C-NMR- sowie der Massenspektren sind die beiden formell im Zuge der Addition von dem Diamin der Formel I eingebrachten Wasserstoffatome durch Dehydrierung eliminiert worden. Weder in den 'H- noch in den 13C-NMR-Spektren treten Signale von wasserstofftragenden Cβ0-Atomen auf. Die Struktur der Diadditionsverbindungen, die als Regioisomere anfallen, ist der der Monoaddukte analog, infolge der Polyfunktionalität des Ceo und C70 sind eine Anzahl von regioisomeren Diadditionsverbindungen möglich. Die Massenspektren und die 1H- sowie 13C-NMR-Spektren der Diaddukte belegen, daß auch bei diesen komplett dehydrierte Fullerenderivate vorliegen, d. h. beide pro Diamin der Formel I eingebrachten Wasserstoffatome sind eliminiert worden. Das bedeutet, es sind keine an das Fullerengerüst gebundenen Wasserstoffatome vorhanden. Beispielhaft ist eine willkürlich unter den regioisomeren Strukturen ausgewählte Struktur einer Diadditionsverbindung, in der R\ R2 und R3 die bei Formel I angegebene Bedeutung haben, in Formel III wiedergegeben.
Die Struktur der Diadditionsverbindung der Formel III ist, was den relativen Abstand der Diamin-Einheiten anbetrifft, willkürlich gewählt. Für Diadditionsverbindungen ist eine Anzahl anderer relativer Strukturen möglich.
ERSATZBLATt ISA/EP Der relative Abstand der beiden Diamin-Einheiten ist nicht Gegenstand von in dieser Beschreibung angestellten Strukturbetrachtungen und ist bei den erfindungsgemäß zu erhaltenden Direaktions- bzw. Diadditionsprodukten nicht festgelegt und bei den in den Herstellungsbeispielen beschriebenen Direaktionsprodukten nicht bestimmt worden.
Entsprechendes gilt für die Strukturen von höheren Additionsverbindungen, d. h. für solche, bei denen mehr als zwei Diamineinheiten pro Cβ0 oder C70 gebunden sind.
Formel II Formel
Die erfindungsgemäße Umsetzung wird vorteilhaft mit reinem Fulleren Cβ0 oder C70 oder mit Fullerenen, deren Gehalt mindestens 95 % an Cβ0 oder C70 beträgt, ausgeführt. Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Umsetzung mit > 95 %igem Cβ0 oder reinem Cβ0 ausgeführt. Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Umsetzung mit Diaminen der Formel I
^(CH2)4^ ausgeführt, bei denen R1 -(CH2)2-, -(CH2)3- oder -CH CH-,
R2 und R3 unabhängig voneinander Wasserstoff, CH3 oder C2H5 oder
R2 und R3 zusammen -(CH2)2- oder -(CH2)3- bedeuten.
Besonders bevorzugt für die erfindungsgemäße Umsetzung als Diamin sind N,N'-Dimethyl-ethylendiamin; N-Methyl-N'-ethyl-ethylendiamin; N,N'-Diethyl- ethylendiamin; N,N'-Dimethyl-trimethylendiamin; Piperazin, Homopiperazin, N-Methyl-ethylendiamin und N-Ethyl-ethylendiamin.
Die erfindungsgemäße Reaktion zwischen dem Diamin der allgemeinen Formel I und Cβ0 und/oder C70 wird bevorzugt in Lösung ausgeführt, d. h., daß das umzusetzende Fulleren vorzugsweise in gelöster Form der Additionsreaktion unterworfen wird.
Als Lösemittel sind dabei alle diejenigen brauchbar, in denen Fulleren Cβ0 und/oder C70 merklich löslich ist. Zweckmäßig werden aromatische Kohlenwasserstoffe, -Halogenverbindungen oder -Ether, wie beispielsweise Benzol, Toluol, Xylole, Mesitylen, (C2-C4)-Alkyl-benzole, Tetralin, Naphthalin, 1- und/oder 2-Methylnaphthalin, Dimethylnaphthaline, (C2-C4)-Alkyl-Naphthaline, Fluor-, Chlor-, Dichlor-, Trichlor- und/oder Brombenzol, Anisol, Phenetol, Nerolin, Ethoxynaphthalin , 1 -Chlornaphthalin und/oder Diphenylether und/oder Schwefelkohlenstoff als Lösemittel angewandt. Bevorzugt werden solche aromatischen Kohlenwasserstoffe und/oder Halogenverbindungen, die bei Normaldruck oder unter Vakuum bei Temperaturen bis zu 150°C bequem aus der Reaktionsmischung abdestilliert werden können, sowie Anisol. Den aromatischen Lösemitteln können weitere Lösemittel zugemischt werden, zweckmäßig in einer solchen Menge, daß noch eine merkliche Löslichkeit von Fulleren Cβ0 und/oder C70 erhalten bleibt. Beispiele für derartige, zumischbare Lösemittel sind bei Raumtemperatur flüssige aliphatische und/oder cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe, die unter 150°C sieden, Mono-, Di-, Tri- und/oder Tetrachloralkane und/oder -alkene.
Bei der erfindungsgemäßen Umsetzung können tertiäre Amine, wie z. B. 1 ,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan, als basische Zusätze zugefügt werden, und zwar in molaren Anteilen von 0,05 bis 8,0 bezogen auf C60 und/oder C70. Diese basischen Zusätze sind dann vorteilhaft, wenn nur ein geringer oder kein molarer Überschuß des Diamins der Formel I gegenüber C60 und/oder C70 angewendet wird. Diese möglichen basischen Zusätze steigern die Reaktionsgeschwindigkeit bei Erhalt einer günstigen Selektivität im Bezug auf die Bildung von Monoadditionsprodukten.
Bei der erfindungsgemäßen Addition des Diamins der Formel I an Fulleren Ceo und/oder C70 beeinflußt das angewandte Molverhältnis zwischen dem Diamin und dem jeweiligen Fulleren die Zusammensetzung der Fulleren-Diamin- Additionsprodukte, und zwar dahingehend, daß bei einer Erhöhung der Diamin- Konzentration gegenüber der angewandten Fullerenmenge der Anteil an Mehrfachadditionsprodukten ansteigt. Innerhalb eines breiten Bereichs des Molverhältnisses von Diamin zu Fulleren, beispielsweise von etwa 0,5 bis ca. 20,0 oder darüber, entstehen das Monoadditionsprodukt und Diadditionsprodukte als Hauptprodukte.
Das Verhältnis, in dem das Monoadditions-, die Diadditions- und Mehrfachadditions- bzw. reaktiqnsprodukte gebildet werden, hängt auch stark von der Struktur des angewandten Diamins der Formel I ab. So wird bei der Reaktion von Piperazin und Homopiperazin innerhalb des vorstehend genannten Bereichs (0,5 bis ca. 20,0) des Molverhältnisses von Diamin zu Fulleren weit überwiegend das Monoreaktionsprodukt gebildet. Bei N,N'-Dimethyl- ethylendiamin dagegen bilden sich unter diesen Bedingungen Monoreaktionsprodukt und Direaktionsprodukt in vergleichbaren Mengen als überwiegende Hauptprodukte. Bei Ethylendiamin und N,N'-Diethyl-ethylendiamin überwiegen bei der erfindungsgemäßen Reaktion unter vergleichbaren Reaktionsbedingungen die Mehrfachreaktionsprodukte gegenüber Mono- und Direaktionsprodukt(en).
Die erfindungsgemäße Umsetzung eines Diamins der Formel I mit Fulleren C60 und/oder C70 kann innerhalb eines sehr breiten Temperaturbereichs durchgeführt werden. So kann die Umsetzung beispielsweise zwischen -30°C, vorzugsweise 0°C, und + 300°C, vorzugsweise + 160°C, ausgeführt werden. Die Reaktion kann aber auch bei darüber- oder darunterliegenden Temperaturen stattfinden.
Ebenso kann die erfindungsgemäße Reaktion innerhalb eines sehr breiten Konzentrationsbereichs, bezogen auf die Konzentration an Cβo und/oder C70 und die Konzentration des Diamins der Formel I im jeweiligen Lösemittel oder Lösemittelgemisch, durchgeführt werden. Dieser Konzentrationsbereich erstreckt sich von etwa 10"3 millimolar bis zur Sättigungskonzentration des Cβ0 bzw. C70 in dem jeweils verwendeten Lösemittel oder Lösemittelgemisch. Die Umsetzung kann aber auch bei einer Fullerenkonzentration von < 103 millimolar oder auch in Gegenwart von ungelöstem Fulleren Cβ0 und/oder C70 ausgeführt werden.
Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Umsetzung zwischen einem Diamin I und Cβ0 und/oder C70 bei einer Konzentration von 0,2, insbesondere 0,6, bis 5,5, insbesondere 3,5, Millimol Cβ0 oder C70 bzw. (Cβ0 + C70) pro Liter ausgeführt.
Die Konzentration des Diamins der Formel I im Reaktionsmedium wird über das Molverhältnis festgelegt. Die Reaktionszeiten können bei der erfindungsgemäßen Reaktion innerhalb eines sehr breiten Bereichs schwanken. Einmal besteht der in der Chemie allgemein bekannte Zusammenhang zwischen Reaktionszeit und Reaktionstemperatur, indem mit steigender Reaktionstemperatur sich die nötige Reaktionszeit verkürzt. Die nötige Reaktionszeit hängt aber auch von der Konzentration der Reaktionspartner, dem Diamin und Cβo und/oder C70, im Reaktionsmedium und auch von deren gegenseitigem Molverhältnis ab. Es sind im allgemeinen um so kürzere Zeiten zur Umsetzung erforderlich je höher die Konzentrationen der Reaktionspartner im Reaktionsmedium sind und je größer das Molverhältnis zwischen dem Diamin und Cβ0 und/oder C70 ist. Da dieses Molverhältnis wiederum das entstehende Produktspektrum der erfindungsgemäßen Additionsprodukte beeinflußt, ist über dieses Molverhältnis und die Reaktionszeit der beabsichtigte Reaktionsverlauf, d. h. das entstehende Produktspektrum steuerbar.
Je größer das Moiverhältnis von Diamin der Formel I zu Cβ0 und/oder C70 und die Konzentration des Diamins in der Reaktionslösung ist, desto kürzer werden die erforderlichen Reaktionszeiten und desto mehr Mehrfachaddukte des jeweils angewandten Diamins der Formel I an C60 und/oder C70 im Vergleich zu den meistens mit dem größten Anteil anfallenden Monoaddukt und Diaddukten werden gebildet.
Umgekehrt steigt bei einem kleinen Molverhältnis von Diamin zu C∞ bzw. C70, beispielsweise von 0,5 bis 2,5, und niedriger Konzentration der Reaktionspartner in der Reaktionslösung, beispielsweise < 2 millimolar, die erforderliche Reaktionszeit und der Anteil des meistens vorherrschenden Monoaddukts stark an. Das Monoaddukt kann so unter bestimmten Bedingungen zum quasi allein entstehenden Reaktionsprodukt. werden. Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Umsetzung besteht daher darin, daß man einer 0,2-5,0 millimolaren Lösung von Cβ0 und/oder C70 in einem bei Raumtemperatur flüssigen aromatischen Kohlenwasserstoff, Fluor¬ oder Chlorkohlenwasserstoff oder Anisol oder einer bei Raumtemperatur flüssigen Mischung aus solchen aromatischen Lösemitteln die 0,5-10 fache, vorzugsweise die 0,5-5 fache, molare Menge eines Diamins der Formel i zufügt und diese Mischung 0,3 bis 30 Tage, vorzugsweise 2-14 Tage, bei einer Temperatur zwischen 0°C, bevorzugt 20°C, und 160°C, bevorzugt 110°C, beläßt. Dabei gilt der bekannte Zusammenhang, daß, je höher die Reaktionstemperatur gewählt wird, die Reaktionszeiten verkürzt werden können.
Als Lösemittel besonders bevorzugt werden Benzol, Toluol, Xylol, Chlorbenzol, 1 ,2- und/oder 1 ,3-Dichlorbenzol und/oder Anisol.
Selbstverständlich können diese vorstehend angegebenen Grenzen bezüglich der Molaritat der Reaktionslösung wie auch des Verhältnisses von Diamin der Formel I zu Cβ0 und/oder C70 und der Reaktionszeit bei der Umsetzung gemäß der Erfindung unter- oder überschritten werden, je nach dem, wie vollständig das wertvolle Fulleren zur Reaktion genutzt werden soll und welche Verteilung bei den Additionsprodukten angestrebt wird.
Die erfindungsgemäß gebildeten Additionsprodukte des Diamins der Formel I an Fulleren Cβ0 und/oder C70 sind durch ihre chemischen Eigenschaften, chemische Zusammensetzung und ihre spektroskopischen Daten einwandfrei charakterisiert.
Unter den chemischen Eigenschaften dient das Verhalten bei Chromatographien, wie konventioneller Dünnschicht- und Säulenchromatographie sowie HPLC zur Charakterisierung der gebildeten neuen Verbindungen. Auch die Anzahl der Basen-Äquivalente pro definiertem neuen Addukt charakterisieren, in Verbindung mit der chemischen Zusammensetzung die neuen, erfindungsgemäßen Verbindungen. Die chemische Zusammensetzung der neuen, erfindungsgemäßen Fulleren- Derivate geht aus den Elementaranalysen hervor. Diese lassen bei einheitlichen, erfindungsgemäßen Addukten von einem Diamin der Formel I an C«, und/oder C70 erkennen, ob ein Mono- oder ein Mehrfachaddukt, beispielsweise ein Di-, Tri-, Tetra-, Penta- oder Hexaaddukt oder ein höheres Addukt vorliegt.
Weiterhin dienen im besonderen Maß die spektroskopischen Daten der neuen erfindungsgemäßen Verbindungen zu deren eindeutiger Charakterisierung. Dazu zählen die Absorptionsspektren im UV-, sichtbaren- und IR-Bereich. Die einheitlichen erfindungsgemäßen Additionsverbindungen zeigen charakteristische IR-Spektren mit scharfer Bandenstruktur. Ebenso haben die erfindungsgemäßen Verbindungen jeweils charakteristische UV-Absorptionen, unterscheiden sich also durch die Lage ihrer Maxima.
Ebenso charakterisieren die Massenspektren, aufgenommen in der FABMS- Technik (fast atom bombardment) die jeweiligen Verbindungen und bestätigen, soweit vorhanden bzw. erkennbar durch den Molpeak die Molekulargewichte.
Auch die NMR-Spektren, gemessen sowohl als Festkörper- wie auch als Lösungsspektren dienen zur Charakterisierung und Strukturzuordnung der erfindungsgemäßen Verbindungen.
So zeigt beispielsweise das IR-Spektrum einer Monoadditions- oder einer Diadditionsverbindung eines erfindungsgemäßen Diamins I, in dem R1 sowie R2 und R3 außer Wasserstoff die oben angegebenen Bedeutungen haben, an C60 keine N-H-Bande. Dieses Charakteristikum belegt, daß beide Stickstoffatome des Diamins der Formel I mit C-Atomen des Fullerens verbunden sind.
Die erfindungsgemäß gebildeten neuen Fulleren-Additionsverbindungen können in der Reaktionsmischung in Abhängigkeit vom angewandten Lösemittel oder Lösemittelgemisch und der Temperatur gelöst und/oder ungelöst vorliegen. Bei den bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Umsetzung, die bei einer Gesamtkonzentration beider Reaktionsteilnehmer (Edukte), d. h. Fulleren Cβ0 und/oder C70 und dem Diamin der Formel I, von < 25 mmolar in Benzol, Toluol, Xylol, Tetralin, Ethylbenzol, 1 ,2-Dichlorbenzol und/oder Anisol mit oder ohne Zusatz von Naphthalin ausgeführt werden, liegen die gebildeten neuen Mono- und Diadditionsverbindungen bei einer Temperatur zwischen 0°C und 110°C in der Regel gelöst oder weitgehend gelöst vor.
Zum Zweck der Isolierung und Reinigung können die gebildeten neuen Additionsverbindungen, vornehmlich die Monoadditionsverbindungen, durch Einengen der Reaktionslösung partiell als kristalline Stoffe abgeschieden und als solche in üblicher Weise, z. B. durch Filtration, isoliert werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform zur Isolierung und Reinigung der erfindungsgemäßen Additionsverbindungen besteht darin, daß die Reaktionsmischung entweder direkt oder nach vorheriger Filtration durch Säulenchromatographie, vorzugsweise an Kieselgel, in gegebenenfalls nichtumgesetztes Fulleren Cβ0 und/oder C70 und die gebildeten Additionsverbindungen aufgetrennt wird. Vorteilhaft wird die Säulenchromatographie an Kieselgel mit Toluol und Dichlormethan und Dichlormethan/Methanol-Mischungen als Fließmittel ausgeführt. Dabei wird zuerst, falls noch vorhanden, Fulleren Cβ0 und/oder C70 eluiert. Danach folgt, scharf abgegrenzt das jeweilige Monoadditionsprodukt und nach diesem folgen in deutlichem Abstand, da polarer, gegebenenfalls gebildete Di- und Mehrfachadditionsverbindungen. Solche chromatographische Trennungen sind andererseits auch mit sog. "Reversedphase (RP)"-Kieselgel oder AI2O3 oder anderen Adsorptionsmitteln als stationärer Phase möglich.
Nach Abdampfen des Elutionsmittels fallen die erfindungsgemäßen Additionsverbindungen als feste, häufig kristalline Stoffe an. Letzteres trifft insbesondere für die Mono- und Diadditionsverbindungen zu. Unter diesen zeichnet sich insbesondere das durch Einwirkung von Piperazin (R1 sowie R2 und R3 zusammen jeweils -(CH2)2-) auf C^ gebildete Monoadditionsprodukt durch große Kristallisationstendenz aus.
Diese, mit einfacher Säulenchromatographie zu erzielende Trennung und Reinigung neuer Fulleren-Derivate in Mono-, Di- und Mehrfachadditionsverbindungen ist ausgesprochen überraschend. Ist doch gerade die Bildung von komplexen, praktisch nicht zur Isolierung von Einzelverbindungen verwertbaren Mischungen ein als großes Erschwernis bzw. als Nachteil zu wertendes Charakteristikum der bisher bekannten Fulleren- Chemie [A. Hirsch, A. Soi und H. R. Karfunkel, Angew. Chem. 104 (1992), 808]. Vorstehend angeführte Publikation von A. Hirsch zeigt, welcher große Aufwand nötig ist, um durch Kombination von analytischer und präparativer Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC) ein Monoreaktionsprodukt des Fulleren Cβ0 in geeigneter Weise herstellen und isolieren zu können.
Es ist (auch) ein Merkmal dieser Erfindung, daß sie einen einfachen Bildungsweg zu Monoadditionsverbindungen von Cβ0 und/oder C70, insbesondere von C^, zum Gegenstand hat und, daß die Reaktionsprodukte, insbesondere die Mono- und Direaktionsprodukte, auf so einfache und kostengünstige Art und Weise, durch konventionelle Säulenchromatographie, also ohne Einsatz von apparativ aufwendiger und nur zur Herstellung kleiner Mengen geeigneter Hochdruckflüssigkeitschromatographie, in reiner Form isolierbar sind. Die durch Säulenchromatographie oder durch andere Aufarbeitungsmethoden erhaltenen erfindungsgemäßen Additionsverbindungen können im Bedarfsfall durch Umkristaliisation weiter gereinigt werden.
Obgleich man im Rahmen der vorliegenden Erfindung bei der Auftrennung, Isolierung und Reinigung der erfindungsgemäßen Verbindungen überraschenderweise nicht auf den Einsatz von HPLC-Technik angewiesen ist, ist die HPLC-Technik zur Charakterisierung der erfindungsgemäß erhaltenen Additionsverbindungen geeignet. Retentionszeit gekoppelt mit der verwendeten stationären und der flüssigen Phase, der Flußgeschwindigkeit sowie den üblichen Säulenparametern dienen als verlässliche Stoffparameter zur Charakterisierung von erfindungsgemäßen Reinsubstanzen oder auch Gemischen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß möglichen Aufarbeitung der Reaktionsmischung durch Säulenchromatographie besteht darin, daß gegebenenfalls nicht-umgesetztes Cβ0 und/oder C70 einfach und sauber abgetrennt und damit zur Wiederverwendung zurückgewonnen werden kann. Das ist in Anbetracht des hohen Preises von Fulleren Cβ0 und/oder C70 von erheblicher Bedeutung.
Die gemäß vorliegender Erfindung erhältlichen Additionsverbindungen von Diaminen der Formel I, in der R\ R2 und R3 die oben angegebene Bedeutung haben, an Cβ0 und/oder C70 sind basische Verbindungen und bilden mit Protonensäuren Säureadditionssalze, und zwar pro Einheit an Fulleren Cβ0 und/oder C70 addiertem Diamin mindestens 1 Äquivalent Säure. Das bedeutet, daß beispielsweise eine Monoadditionsverbindung mindestens 1 und eine Diadditionsverbindung mindestens 2 Äquivalente Säure unter Bildung von Säureadditionssalzen binden kann. Mit Salzsäure wird z. B. aus der Monoadditionsverbindung von Piperazin an Cβ0 ein Hydrochlorid gebildet. Diese Säureadditionssalze der erfindungsgemäß erhältlichen Fullerenderivate sind ebenfalls Gegenstand dieser Erfindung.
Die Säureadditionssalze sind in unpolaren Lösemitteln erheblich schwerer löslich als die zugehörigen Basen. So fällt z. B. aus einer Lösung des aus Piperazin und Cgg gebildeten Monoadditionsprodukts in Anisol bei Zugabe von etherischer Salzsäure das entsprechende Hydrochlorid fast quantitativ aus.
Zur Herstellung von Säureadditionssalzen der erfindungsgemäßen Fullerenderivate sind im Prinzip alle mittelstarken und starken Säuren geeignet. Die als Ausgangsstoffe erforderlichen disekundären Diamine der Formel I sind bekannt oder können nach bekannten Methoden hergestellt werden. Fulleren C60 und C70 werden ebenfalls nach bekannten Methoden hergestellt [W. Krätschmer, L. D. Lamb, K. Fostiropoulos, D. R. Huffman, Nature 1990, 347, 354; W. Krätschmer, K. Fostiropoulos, D. R. Huffman, Chem. Phys. Lett. 1990, 170, 167; H. Ajie, M. M. Alvarez, S. J. Anz, R. D. Beck, F. Diederich; K. Fostiropoulos, D. R. Huffman, W. Krätschmer, Y. Rubin, K. E. Schriver, D. Sensharma, R. L. Wetten, J. Phys. Chem. 1990, 94, 8630].
Die erfindungsgemäßen Fulleren-Derivate eignen sich zur Verwendung als Komplexliganden. In dieser Eigenschaft sind sie zur Modifizierung von Katalysatoren verwendbar.
Außerdem können die erfindungsgemäßen Verbindungen zur Hemmung von Enzymen, beispielsweise zur Hemmung von HIV (human immunodeficiency virus)-Enzymen, wie HIV-1-Protease, Verwendung finden, womit sie biologische Wirkstoffe darstellen, die beispielsweise als antivirale Mittel einsetzbar sind.
Weiterhin sind die Additionsverbindungen im festen Zustand elektrisch leitfähig. Damit können aus diesem Material beispielsweise leitfähige Beschichtungen aus Lösung aufgebracht werden.
Die durch Einwirkung von Piperazin auf Cβ0 erhaltene Monoadditionsverbindung zeigt intrinsische Leitfähigkeit.
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, ohne diese auf die beispielhaft genannten Bedingungen einzuschränken.
Sofern in den folgenden Beispielen nicht anders beschrieben wurden die Säulenchromatographien an Kieselgel S, Korngröße 0,063 bis 0,2 mm der Firma Riedel-de Haen AG, Seelze und Dünnschichtchromatographie auf Kieselgel 60 F254 (Schichtdicke 0,25 mm) der Firma Riedel-de Haen AG, Seelze ausgeführt. Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC) wurde mit einem Hewlett-Packard Gerät "HP 1090 Series II Liquid Chromatograph", mit "Hewlett Packard HP 1040 A Diode-Array Detector" φei 256 nm (Bandbreite 4 nm) ausgeführt.
Ferner handelt es sich bei den nicht näher spezifizierten Lösemittelgemischen, die bei der Säulenchromatographie verwendet werden, um CH2CI2/CH3OH- Gemische.
Beispiel 1
Unter Stickstoff-Überlagerung wurde bei Raumtemperatur (RT) eine Lösung von 1100 mg Cβ0/70 (97,25:2,75) in 592 ml Toluol mit einer Lösung von 1035 mg Piperazin in 183 ml Toluol versetzt und 45 Stunden bei 50°C und 96 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Danach wurde die Reaktionsmischung über Filtrierhilfe filtriert und das Filtrat auf eine Kieselgel S (0,063 bis 0,2 mm) CH2CI2-Säule (H: 38; 0 3,6 cm) aufgezogen bzw. darüber filtriert. Nach Einziehen der filtrierten Reaktionslösung eluierte man weiter mit CH2CI2. Die ersten 1200 ml Eluat enthielten (nach Eindampfen im Vakuum, Digerieren des Rückstands in 40 ml Ether, Absaugen und Trocknen) 192 mg ( = 17,5 % des Einsatzes) Fulleren Cβ0>70- Anschließend wurde mit CH2CI2/CH3OH (100:0,8) weiter eluiert. Nach 2500 ml substanzfreiem Eluat wurden 1530 ml Eluat, das eine braunschwarz wandernde Zone enthielt, selektiert. Nach Abdampfen des Lösemittels von dieser Fraktion, Digerieren des kristallinen Rückstands (560 mg) in 40 ml Ether und Filtration durch Absaugen wurden nach dem Trocknen (4 Stunden, 50°C 2 millibar) 507 mg Kristallisat erhalten, das quasi reine (> 97,5 %ig) Monoadditionsverbindung von Piperazin an Cβ0 darstellt. Die Ausbeute an dieser Verbindung beträgt, bezogen auf umgesetztes Fulleren, 50 % d. Th.. Summenformel: Cβ4H8N2 (MG 804,78)
Ber. C 95,52 H 1 ,00 N 3,48 %
Gef. C 95,0 H 1 ,4 N 3,2 %
Gef. C 95,0 H 0,8 N 3,4 % Das IR-Spektrum (aufgenommen mit IR Mikroskop. Pulver auf KBr) dieser aus Piperazin und Cβ0 gebildeten Monoadditionsverbindung ist in nachstehender FIG. 1 wiedergegeben.
Das Raman-Spektrum dieses Monoadditionsprodukts zeigt FIG. 2. Aus dem Massenspektrum (FAB) ergibt sich eine Molmasse M = 804 Dalton, angezeigt durch jeweils intensive Peaks, MHΘ bei m/z 805 bzw. Mθ bei m/z 804.
Dünnschichtchromatographie (DC) auf Kieselgel 60/F 254, Schichtdicke 0,25 mm, der Firma Riedel-de Haen, Fließmittel: CH2CI2/C2H5OH = 10:1 (v/v): RF: 0,58 bis 0,63 (das Monoadditionsprodukt läuft deutlich hinter Cβ0 und deutlich vor allen anderen nebenhergebildeten Fulleren-Derivaten).
Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC): an LiChrospher® 100 RP-18 (5 μm), Länge 250 x 0 4 mm, Fließmittel CH2CI2/i-C3H7OH: 60:40 + 0,1 % (C2HB)2NH, Flow 0,8 ml/Min.; Retentionszeit: 3,85 Min. (Flächen % 98,6). Das UV-Spektrum dieser Monoadditionsverbindung zeigt FIG. 3.
Dieses Monoadditionsprodukt von Piperazin an Cβ0 ( ≡ bez. als Additionsverbindung Nr. 1 ) kann aus Lösemitteln umkristallisiert und auf diese Weise weiter gereinigt werden. Sie kristallisiert in dünnen, langen, dunkelgefärbten, stark reflektierenden Nadeln. Geeignete Lösemittel für diesen Zweck sind Chlorbenzol, Dichlorbenzol und/oder Anisol.
Die neue Verbindung (Nr. 1 ) ist in Benzol, Toluol, CHCI3, CH2CI2 und CH3OH schwer löslich bzw. quasi unlöslich, in CS2 löslich.
Nachdem das vorstehend beschriebene Hauptprodukt ( ≡≡ Additionsverbindung Nr. 1 ) von der Säule eluiert worden war, wurde mit CH2CI2/CH3OH (100:2) und (100:4) weiter eluiert. Nach 600 ml substanzfreiem Eluat wurden mit 1000 ml (100:4) 33 mg einer zweiten neuen Additionsverbindung von Piperazin an C60 ( ≡ Additionsverbindung Nr. 2) eluiert, die aus CH2CI2-Lösung kristallin erhalten wurde. Nach Absaugen und Trocknen (50°C, 3 mb) des Kristallisats wurden 10 mg Additionsverbindung Nr. 2 in reiner, kristalliner Form erhalten. Diese Additionsverbindung Nr. 2 erwies sich als eine Diadditionsverbindung.
Summenformel: Cβ8H1βN4 (MG 888,91 )
Ber. C 91 ,88 H 1 ,81 N 6,30 % Gef. C 90,1 H 1 ,7 N 6,0 %
Das IR-Spektrum (aufgen. mit IR Mikroskop, Pulver auf KBr) zeigt FIG. 4.
DC(CH2CI2/C2H5OH 10:1 ) RF: 0,42 bis 0,48
HPLC: Säule, Fließmittel wie bei Additionsverbindung Nr. 1 , Flow 0,8 ml/Min.
Retentionszeit: 3,09 bzw. 3,12 Min. (Flächen % 98,4).
Das UV-Spektrum dieser Additionsverbindung Nr. 2 zeigt FIG. 5.
Aus dem Massenspektrum ergibt sich eine Molmasse M = 888 Dalton, angezeigt durch einen intensiven Mθ-Peak bei m/z 888.
Nachdem die Additionsverbindung Nr. 2 von der Säule eluiert worden war, wurden mit CH2CI2/CH3OH 100:4 (500 ml) 27 mg Produkt eluiert, das sich als eine Mischung aus den Diadditionsverbindungen Nr. 2, Nr. 3, Nr. 3a und Nr. 4 erwies. Danach wurden mit 1200 ml (100:5) und 500 ml (100:6) 60 mg einer Mischung aus den Diadditionsverbindungen Nr. 3, Nr. 3a und Nr. 4 eluiert. Durch Kristallisation aus CH2CI2 wurden daraus 15 mg einer, ansonsten reinen Mischung aus den Diadditionsverbindungen Nr. 3, Nr. 3a und Nr. 4 (ca. gleiche Anteile) in kristalliner Form erhalten.
Nachdem die Additionsverbindungen Nr. 3, Nr. 3a und Nr. 4 von der Säule eluiert waren, wurden mit CH2dyCH3OH 100:7 (1000 ml) und 100:10 (1000 ml) 90 mg (Eindampfrückstand) der Additionsverbindung Nr. 5 erhalten. Aus CH2CI erhielt man daraus 43 mg reine Additionsverbindung Nr. 5 in kristalliner Form (getrocknet: 5 Stunden 50°C, 3 bis 4 mb). Diese Verbindung Nr. 5 ist ebenfalls eine Diadditionsverbindung. Summenformel: Cβ8H1βN4 (MG 888,91 )
Ber. C 91 ,88 H 1 ,81 N 6,30 %
Gef. C 85,7; 85,4 H 2,1 ; 2,0 N 5,9; 6,2 %
Aus dem Massenspektrum ergibt sich eine Molmasse M = 888 Dalton, angezeigt durch einen intensiven MHe-Peak bei m/z 889.
Das IR-Spektrum der reinen Diadditionsverbindung Nr. 5 ist in FIG. 8, das UV-Spektrum in FIG. 7 wiedergegeben.
DC(CH2CI2/C2H5OH 10:1 ) RF: 0,06 bis 0,14 HPLC (Bedingungen wie bei Nr. 1 und Nr. 2) Retentionszeit: 3,05 bzw. 3,20 Min. (Flächen % 93,5).
Nach Elution der Diadditionsverbindung Nr. 5 können mit polaren Fließmitteln, z. B. CH2CI2/CH3OH 5:1 bis 1 :1 weitere, polare Substanzen in geringen Mengen eluiert werden.
Beispiel 2
Unter Stickstoff-Abdeckung wurde bei Raumtemperatur eine Lösung von 184 mg Cβ0/70 (96,7:3,3) in 200 ml Benzol mit einer Lösung von 68,5 mg (0,795 mMol) Piperazin in 25 ml Benzol versetzt und 95 Stunden bei 25 bis 27°C stehengelassen. Anschließend rührte man insgesamt 41 Stunden bei 51 bis 52°C und ließ zwischendurch insgesamt 125 Stunden bei Raumtemperatur stehen. Danach wurde die Reaktionslösung über Filtrierhilfe filtriert und auf eine Kieselgel S-CH2CI2-Säule (H: 30, 0 2,9 cm) aufgezogen. Die Säulenchromatographie wurde in prinzipiell gleicher Art wie bei Beispiel 1 beschrieben ausgeführt. Die Gesamteluatmenge betrug 4200 ml. Erhalten wurden, auf gleiche Weise wie im Beispiel 1 beschrieben: unumgesetztes Fulleren Cβ0/70 (~ 97:3) 89 mg ( = 48,4 % der Einsatzmenge); Additionsverbindung Nr. 1 (Monoadditionsverbindung von Piperazin an Cβ0): 72 mg ( = 67,4 % Ausbeute bezogen auf umgesetztes Fulleren). Von den nach diesem Hauptreaktionsprodukt bei der Säulenchromatographie laufenden, weiteren Additionsverbindungen wurden lediglich insgesamt (unaufgetrennt) 3 mg erhalten.
Beispiel 3
Unter N2-Abdeckung wurde bei Raumtemperatur eine Lösung von 467 mg Cβ0/70 (97,2:2,8) in 200 ml Toluol mit einer Lösung von 34,5 mg (0,40 mMol) Piperazin in 40 ml Toluol versetzt und 11 Tage bei 26°C bis 32°C stehen gelassen. Unter Filtration über Clarcel wurde die trübe Reaktionslösung auf eine Kieselgel S-CH2CI2-Säule (H 24, 0 2,4 cm) aufgezogen. Die Säulenchromatographie wurde in prinzipiell gleicher Art wie bei Beispiel 1 beschrieben ausgeführt; folgende Übersicht zeigt die Aufteilung der Fraktionen und deren Gehalt an eluiertem Produkt.
Der Rückstand der Fraktion 2 (363 mg) wurde in 30 ml Ether suspendiert, 30 Min. bei Raumtemperatur stehengelassen, dann abgesaugt, mit Ether gewaschen und 4 Stunden bei 55 °C, 3 bis 4 mb getrocknet. Erhalten wurden so 336 mg ( = 72 % des Einsatzes) Fulleren Cβ0/70.
Der Rückstand der Fraktion 4 (143 mg) wurde ebenso mit Ether behandelt, abgesaugt und getrocknet: Man erhielt 130 mg ( = 88,6 % Ausbeute bezogen auf umgesetztes Fulleren) der Monoadditionsverbindung von Piperazin an Cβ0 (s Additionsverbindung Nr. 1 ) in mikrokristalliner Form.
Beispiele 4 bis 10
Die Beispiele 4 bis 10, die nachstehend in Tabellenform wiedergegeben sind, wurden in prinzipiell gleicher Weise wie die ausführlich beschriebenen Beispiele 1 , 2 und 3 ausgeführt. Das bezieht sich insbesondere auch auf die Ausführung der Säulenchromatographie.
In Beispiel 6 wurde als Lösemittel eine Mischung aus Toluol und Tetrahydrofuran (THF) und in Beispiel 10 eine aus Toluol und Tetrachlorethylen verwendet. Die bei der jeweiligen Säulenchromatographie nach der Monoadditionsverbindung (von Piperazin an Cβ0)(Nr. 1 ) eluierten Diadditionsverbindungen (Nr. 2, 3, 3a, 4 und 5) wurden jeweils zusammengefaßt, d. h. nicht in die einzelnen Diadditionsverbindungen 2, 3, 3a, 4 und/oder 5 aufgetrennt.
•) Ausbeute ist bezogen auf umgesetztes Fulleren Cβo,™ ( - 97 : 3) ff) Polarere Reaktionsprodukte als die Diadditionsverb. Nr. 2 - 5 werden weit hinter Nr. 5 von der Säule eluiert.
*) Ausbeute ist bezogen auf umgesetztes Fulleren Cβ0,70 (-97 : 3)
Beispiel 11
Unter N2-Abdeckung wurden 85 mg Fulleren Cβo/7o (97,2/2,8) bei 83°C in 100 g Naphthalin gelöst. Zu dieser Lösung gab man bei 82 bis 83 °C eine Lösung von 21 ,5 mg (0,25 mMol) Piperazin in 3,1 ml Toluol und rührte 61 ,5 Stunden (mit nächtlichen Unterbrechungen) bei 86 bis 87°C und 151 Stunden bei Raumtemperatur (24 bis 29°C). Danach wurde die Reaktionsmischung mit 180 ml Toluol verdünnt, auf Raumtemperatur abgekühlt und auf eine Kieselgel S/CH2CI2-Säule (H: 29; 0 3,4 cm) aufgezogen. Man eluierte anfangs mit CH2CI2 (vgl. nachstehende tabellarische Zusammenfassung) danach mit CH2CI2/CH3OH- Mischungen.
Vom Rückstand der Frakt. 2 wurde im Kugelrohr (0,05 mbar, 80° Badtemp.) das Naphthalin abdestilliert. Es verblieben 114 mg Rückstand. Diesen suspendierte man 30 Minuten in 25 ml Ether und saugte ihn nach 30-minütigem Stehen ab, wusch ihn mit Ether nach und trocknete ihn 4 Stunden bei 52°C und 3 bis 4 mb. Man erhielt so 48 mg ( = 56,5 % des Einsatzes) Fulleren Cβ0 70 zurück.
Der Rückstand der Frakt. 6 (33 mg) wurde in 20 ml Ether suspendiert, nach 1 Stunde stehen abgesaugt, mit Ether gewaschen und getrocknet (4 Stunden, 52°, 3 bis 4 mb). Man erhielt 28 mg ( = 67,6 % Ausbeute bez. auf umgesetztes Fulleren) reine Monoadditionsverbindung (Additionsverbindung Nr. 1 ).
Der Rückstand der Frakt. 7 + 8 (16 mg) bestand aus den Diadditionsverbindungen Nr. 2, 3, 3a, 4 und 5.
Beispiel 12
Hydrochlorid der Monoadditionsverbindung von Piperazin an Cβ0: 81 mg (0,1 mMol) der Monoadditionsverbindung (Additionsverbindung Nr. 1 ) von Piperazin an Cβ0 wurden bei 1 10°C in 30 ml Anisol gelöst. Diese Lösung wurde ohne zu Rühren auf 50°C abgekühlt. Bei dieser Temperatur wurden unter Rühren (unter die Flüssigkeitsoberfiäche) 0,36 ml einer 0,61 molaren Lösung von HCI in Ether zugesetzt. Dabei flockte sofort Feststoff als hellbrauner Niederschlag aus. Man rührte 30 Min. nach, wobei die Temperatur von 50°C in Richtung Raumtemperatur abfiel, saugte dann den Feststoff ab, wusch ihn mit 5 ml Anisol und reichlich mit Ether nach und trocknete ihn 4 Stunden bei 65 °C und 3 bis 5 mbar. Man erhielt so 80 mg braunen, kristallinen Feststoff, der ein Hydrochlorid der Monoadditionsverbindung von Piperazin an C60 darstellt. Elementaranalyse: Gefunden C 89,2 H 2,0 Cl 4,6; 4,8 N 3,1 % für Cβ4H9CIN2 (MG 841 ,25) Ber. C 91 ,38 H 1 ,08 Cl 4,21 N 3,33 % für C71H17CIN2O"' (MG 949,39) Ber. C 89,82 H 1 ,80 Cl 3,73 N 2,95 % *) = Hydrochlorid mit 1 x Anisol als Kristallösemittel
Das IR-Spektrum des erhaltenen Hydrochlorids ist in FIG. 6 wiedergegeben.
Beispiel 13
Gewinnung von Diadditionsverbindungen von Piperazin an Cβ0 durch Chromatographie:
869 mg einer Mischung der aus Piperazin und Cβ0 gebildeten Diadditionsverbindungen Nr. 2, Nr. 3, Nr. 3a und Nr. 4 wurden in 350 ml CH2CI2 gelöst und auf eine Kieselgel S/CH2CI2-Säule (H: 65; 0 4 cm) aufgezogen. Man eluierte nacheinander mit CH2CI2; und CH2CI2/CH3OH (100:1 ) (je 1000 ml) und (100:2; 2000 ml). Nach 4 Litern substanzfreiem Eluat wurde mit CH2CI2/CH3OH- Mischungen (100:2,2; 100:2,4; 100:2,6 und 100:2,8) (6 x 1000 ml) weiter eluiert. Insgesamt waren in diesem Eluat 125 mg Mischung der Verbindungen Nr. 2 und Nr. 4 enthalten. Bei weiterer Elution mit mit 2 I (100:2,8) wurden 110 mg praktisch reine Verbindung Nr. 4 als Eindampfrückstand erhalten. Dieser wurde heiß in Toluol gelöst, die Lösung wurde filtriert und erneut i. Vak. eingedampft. Den Rückstand digerierte man mit Ether und saugte den kristallinen Stoff ab. Nach Trocknen (4 Stunden 50°C, 3-5 mb) wurden 65 mg DC reine Diaddtionsverbindung Nr. 4 erhalten. Summenformel: Cβ8H1βN4 (MG 888,91 )
Ber. C 91 ,88 H 1 ,81 N 6,30 %
Gef. C 89,8 H 2,3 N 6,2 %
Aus dem Massenspektrum ergibt sich eine Molmasse M = 888 Dalton, angezeigt durch einen intensiven MHΘ-Peak bei m/z 889.
Das IR-Spektrum (aufgenommen mit IR Mikroskop, Pulver auf KBr) dieser aus Piperazin und C60 gebildeten Diaddtionsverbindung (Nr. 4) ist in FIG. 11 wiedergegeben. Dünnschichtchromatographie (DC) (CH2CI2/C2H5OH 10:1 ) RF 0,22-0,25. Nach Elution von reiner Verbindung Nr. 4 wurde weiter mit CH2CI2/CH3OH (100:3) eluiert. Mit 1000 ml Eluat wurden 110 mg einer Mischung der Direaktionsprodukte Nr. 3 und Nr. 4 erhalten. Mit 1500 ml weiterem Eluat wurden 173 mg angereicherte Verbindung Nr. 3, mit einem geringen Anteil Verbindung Nr. 4 als Rückstand erhalten. Nach Digerieren mit Ether und Absaugen und Trockenen des kristallinen Stoffs wurden 128 mg angereicherte Verbindung Nr. 3 erhalten. Diese Substanz löste man in einer Mischung aus 30 ml Toluol, 20 ml CH2CI2 und 20 ml CH3OH. Das CH2CI2 und CH3OH wurde dann im Vak. weitgehend abgezogen. Aus der verbliebenen Lösung erfolgte Kristallisation. Das Kristallisat wurde abgesaugt, mit Toluol und Ether gewaschen und 4 Stunden bei 50°C, 5 mb getrocknet. Man erhielt 55 mg laut DC nahezu reine Diadditionsverbindung Nr. 3. Summenformel: Cβ8H1βN4 (MG 888,91 )
Ber. C 91 ,88 H 1 ,81 N 6,30 %
Gef. C 90,2 H 2,0 N 6,1 %
Aus dem Massenspektrum ergibt sich eine Molmasse M = 888 Dalton, angezeigt durch einen intensiven MHΘ-Peak bei m/z 889 bzw. einen Mθ-Peak bei m/z 888.
Das IR-Spektrum (aufgenommen wie bei Nr. 4) dieser aus Piperazin und C60 gebildeten Diaddtionsverbindung (Nr. 3) ist in FIG. 9 wiedergegeben. Dünnschichtchromatographie (DC) (CH2CI2/C2H5OH 10:1 ) RF 0,26-0,30.
Nach Elution von angereicherter Verbindung Nr. 3 wurde weiter mit CH2CI2/CH3OH (100:4; 100:5 und 100:6) (je 1000 ml) eluiert. Diese Fraktionen enthielten 275 mg einer Mischung (etwa 1 :1 ) der Diadditionsverbindungen Nr. 3 und Nr. 3a. Diese 275 mg Mischung wurden bei einer weiteren Säulenchromatographie (vgl. folgendes Beispiel 14) teilweise in die reinen Diadditionsverbindungen Nr. 3 und Nr. 3a aufgetrennt. Beispiel 14
275 mg einer ca. 1 :1-Mischung, der aus Piperazin und Cβ0 gebildeten Diadditionsverbindungen Nr. 3 und Nr. 3a (erhalten als letzte Fraktion bei der im Beispiel 13 beschriebenen Chromatographie), wurden in 280 ml Toluol gelöst und auf eine Kieselgel S/Toluoi-Säule (H: 42; 0 3 cm) aufgezogen. Man eluierte nacheinander mit Toluol/Methanol-Mischungen (100:0,5; 100:0,75; 100:1 ; 100:1 ,1 ) (je 500 ml). Diese 2 I Eluat enthielten 6 mg laut DC praktisch neue Diadditionsverbindung Nr. 3 (Daten vgl. unter Beispiel 13). Dann wurde mit Toluol/Methanol-100:1,2; 100:1 ,4 und 100:1 ,6 (je 1000 ml) weiter eluiert. Diese Fraktionen enthielten 187 mg Mischung der Verbindungen Nr. 3 und Nr. 3a. Danach eluierte man analog mit 100:1 ,8 und 100:2 (je 1000 ml) weiter. Aus dieser letzten Fraktion wurden 25 mg nahezu reine Diadditionsverbindung Nr. 3a erhalten. Summenformel: Cβ8H1βN4 (MG 888,91 )
Ber. C 91 ,88 H 1 ,81 N 6,30 %
Gef. C 90,1 H 2,0 N 6,1 %
Aus dem Massenspektrum ergibt sich eine Molmasse M = 888 Dalton, angezeigt durch einen intensiven Mθ-Peak bei m/z 888 bzw. MHΘ-Peak bei m/z 889.
Das IR-Spektrum (Pulver auf KBr) dieser Diadditionsverbindung Nr. 3a ist in FIG. 10 wiedergegeben. Dünnschichtchromatographie (DC) (CH2CI2/C2H5OH 10:1 ) RF 0,20-0,25.
Beispiel 15
Unter Stickstoff-Abdeckung wurde bei RT eine Lösung von 360 mg Cβ0/70 (96,8:3,2) in 210 ml Toluol mit einer Lösung von 396 mg Homopiperazin in 50 ml Toluol versetzt und 3,1 Tage bei 60 °C und 10 Tage bei RT gerührt. Nach Filtration wurde die Lösung auf eine Kieselgel S(0,063 bis 0,2 mm)CH2CI2-Säule (H: 43; 0 2,9 cm) aufgezogen bzw. darüber filtriert. Nach Einziehen der filtrierten Reaktionslösung eluierte man weiter mit CH2CI2. Die ersten 1000 ml Eluat enthielten (nach Eindampfen im Vakuum, Digerieren des Rückstands in 20 ml Ether, Absaugen und Trocknen) 10 mg ( = 2,8 % des Einsatzes) Fulleren Cβ0^70. Anschließend wurde mit CH2CI2/CH3OH (100:0,2 bis 0,4) weiter eluiert. Nach 500 ml substanzfreiem Eluat wurden 1000 ml Eluat, das eine braunschwarz wandernde Zone enthielt, selektiert. Nach Abdampfen des Lösemittels von dieser Fraktion, Digerieren des kristallinen Rückstands (194 mg) in 40 ml Ether und Filtration durch Absaugen wurden nach dem Trocknen (4 Stunden, 50°C 2 millibar) 160 mg Kristallisat erhalten, das reine Monoadditionsverbindung Nr. 7 von Homopiperazin an Cβ0 darstellt. Die Ausbeute an dieser Verbindung beträgt, bezogen auf umgesetztes Fulleren, 40 % d. Th.. Summenformel: Cβ5H10N2 (MG 818.81 )
Ber. C 95,35 H 1 ,23 N 3,42 % Gef. C 94,7 H 1 ,1 N 3,4 %
Das IR-Spektrum (aufgenommen mit IR Mikroskop. Pulver auf KBr) dieser aus Homopiperazin und Cβ0 gebildeten Monoadditionsverbindung Nr. 7 ist in FIG. 12 wiedergegeben.
Das Massenspektrum (FAB) zeigt eine Molmasse M = 818 (intensiver MHe-Peak bei m/z 819).
Dünnschichtchromatographie (DC) auf Kieselgel 60/F 254, Schichtdicke 0,25 mm, der Firma Riedel-de Haen, Fließmittel: CH2CI2/C2H5OH = 10:1 (v/v): RF:0,61 bis 0,64 (das Monoadditionsprodukt läuft dicht hinter Cβ0 und deutlich vor allen anderen nebenhergebildeten Fulleren-Derivaten).
Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC): an Shandon Hypersil (5 μm), Länge 250 x 0 4 mm, Fiießmittel CH2CI2/C2H5OH; Gradient Flow 1 ,5 ml und 2,0 ml/Min.; Retentionszeit: 5,66 Min. (Flächen % >98,5). Dieses Monoadditionsprodukt von Homopiperazin an Cβ0 ( ≡ bez. als Additionsverbindung Nr. 7) kann aus Lösemitteln umkristallisiert und auf diese Weise weiter gereinigt werden. Geeignete Lösemittel für diesen Zweck sind Chlorbenzol, Dichlorbenzol und/oder Anisol.
Die neue Verbindung (Nr. 7) ist in Benzol, Toluol, CHCI3, CH2CI2 und CH3OH schwer in CS2 gut löslich.
Nachdem das vorstehend beschriebene Hauptprodukt ( ≡ Additionsverbindung Nr. 7) von der Säule eluiert worden war, wurde mit CH2CI2/CH3OH (100:1 ) weiter eluiert. Nach 500 ml substanzfreiem Eluat wurden mit 1000 ml (100:1 ,5) 15 mg einer weiteren Additionsverbindung von Homopiperazin an Cβ0 (ss Additionsverbindung Nr. 8) eluiert, die nach Digerieren mit Ether kristallin erhalten wurde. Nach Absaugen und Trocknen (50°C, 3 mb) des Kristallisats wurden 13 mg Additionsverbindung Nr. 8 erhalten. DC(CH2CI2/C2H5OH 10 : 1 ) RF: 0,52 bis 0,56
HPLC: Säule, Fließmittel und Flow wie bei Additionsverbindung Nr. 7, Retentionszeit in Min (Flächen%): 5,81 (64,1 %); 6,09 (15,3 %) und 6,25 (20,6 %). Damit zeigt die HPLC, daß die Additionsverbindung Nr. 8 aus 3 Komponenten besteht. Dabei handelt es sich um 3 regioisomere
Diadditionsverbindungen von Homopiperazin an Cβ0. Das ergibt sich aus dem Massenspektrum, das eine Molmasse M = 916 Dalton mit einem intensiven MHΘ-Peak bei m/z 917 anzeigt.
Nachdem die aus 3 Isomeren bestehende Diadditionsverbindung Nr. 8 von der Säule eluiert worden war, wurden mit je 500 ml CH2CI2/CH3OH (100:2) und (100:2,2) 9 mg eines Gemisches von Diadditionsverbindungen eluiert. Danach wurden mit 500 ml (100:2,5) als scharfe dunkle Zone 30 mg Additionsverbindung eluiert, woraus durch Kristallisation aus Ether nach dem Absaugen und Trocknen 25 mg Additionsverbindung Nr. 9 in kristalliner Form erhalten wurden. HPLC: Säule, Fließmittel und Flow wie bei Additionsverbindung Nr. 7, Retentionszeit in Min (Flächen%): 6,58 (14,0 %); 6,78 (11 ,2 %) und 6,97 (68,5 %); 6,3 Flächen% entsprechen den 3 Isomeren der Verbindung Nr. 8. Somit besteht auch dieses Produkt Nr. 9 neben diesen (6,3 %) Anteil der Verbindung Nr. 8 aus 3 isomeren. Daß es sich bei Verbindung Nr. 9 um ein aus 6 Regioisomeren bestehendes Diadditionsprodukt handelt, wird durch folgede C,H,N-Analyse belegt. Summenformel: C70H20N4 (MG 916,96)
Ber. C 91 ,69 H 2,20 N 6,11 % Gef. C 91 ,1 H 2,1 N 6,0 %
Das Massenspektrum (FAB) zeigt eine Molmasse M = 916 (intensiver Mθ-Peak bei m/z 916 bzw. MHΘ-Peak bei m/z 917); DC (CH2CI2/C2H5OH 10:1 ) RF: 0,45 bis 0,47.
Nach Elution der aus 3 Isomeren und einem Restanteil (6,3 %) der Verbindung Nr. 8 bestehenden Diadditionsverbindung Nr. 9 wurden mit CH2CI2/CH3OH 100:2,7 (500 ml) 26 mg (Eindampfrückstand) der Additionsverbindung Nr. 10 erhalten. Laut HPLC (Bedingungen wie bei Verbindung Nr. 7) ist auch diese Substanz ein, aus 3 Regioisomeren in Anteilen von 27,5:17,7:54,8 Flächen-% bestehendes Diadditionsprodukt. Das Massenspektrum (FAB) zeigt eine Molmasse M = 916 (intensiver Mθ-Peak bei m/z 916 bzw. MHΦ-Peak bei m/z 917); DC (CH2CI2/C2H5OH 10:1 ) RF: 0,38-0,40.
Nach Elution der Diadditionsverbindung Nr. 10 wurde weiter mit CH2CI2/CH3OH (20:1 ) und (10:1 ) (je 500 ml) eluiert. Dabei wurden 31 mg Substanz als Eindampfrückstand erhalten, woraus nach Digerieren mit Ether, Absaugen und Trocknen (50°C, 3 mb) 20 mg DC (CH2CI2/C2H5OH 10: D-einheitliche Diadditionsverbindung Nr. 11 erhalten wurden. Gemäß HPLC (Bedingungen wie der Verbindung Nr. 7) besteht diese Substanz zu einem Anteil von
27,5 (Flächen)% aus zwei regioisomeren Diaddukten, die auch in der Diadditionsverbindung Nr. 10 enthalten sind, und zu 72,5 (Flächen)% aus der Diadditionsverbindung Nr. 11. Aus der C,H,N-Analyse und dem Massenspektrum geht hervor, daß es sich um Diaddukte handelt. Elementaranalyse: Gefunden C 39,5 H 2,5 N 6,3 %. Das IR-Spektrum dieser Diadditionsverbindung Nr. 11 ist in FIG. 13 wiedergegeben.
Das Massenspektrum (FAB) zeigt eine Molmasse M = 916 (intensiver Mθ-Peak bei m/z 916 bzw. MHΦ-Peak bei m/z 917); DC (CH2CI2/C2H5OH 10:1 ) RF: 0,28 bis 0,30.
Beispiel 16
Unter Stickstoff-Überlagerung wurde bei Raumtemperatur eine Lösung von 2907 mg Ceo/70 (97,25 : 2,75) in 1200 ml Toluol mit einer Lösung von 5,0 g N,N'-Dimethylethylendiamin in 300 ml Toluol versetzt und 19,7 Tage bei 85°C und 14,1 Tage bei Raumtemperatur gerührt. Danach wurde die
Reaktionsmischung über Filtrierhilfe filtriert und das Filtrat auf eine Kieselgel S (0,063 bis 0,2 mm) Toiuol-Säule (H: 64; 0 3,4 cm) aufgezogen bzw. darüber filtriert. Nach Einziehen der filtrierten Reaktionslösung eluierte man weiter mit 500 ml Toluol und 500 ml CH2CI2. Die ersten 2500 ml Eluat enthielten (nach Eindampfen im Vakuum, Digerieren des Rückstands in 40 ml Ether, Absaugen und Trocknen) 115 mg ( = 4 % des Einsatzes) Fulleren C∞>.70. Anschließend wurde mit CH2CI2 und CH2CI2/CH3OH (100:0,5) weiter eluiert. Nach 1000 ml substanzfreiem Eluat wurden 2500 ml Eluat (100:0,5), das eine braunschwarz wandernde Zone enthielt, selektiert. Nach Abdampfen des Lösemittels von dieser Fraktion, Digerieren des kristallinen Rückstands (490 mg) in 40 ml Ether und Filtration durch Absaugen wurden nach dem Trocknen (4 Stunden, 50°C 2 miliibar) 462 mg Kristallisat erhalten, das quasi reine
Monoadditionsverbindung von N,N'-Dimethylethylendiamin an Cβ0 darstellt. Die Ausbeute an dieser Verbindung Nr. 12 beträgt, bezogen auf umgesetztes Fulleren, 14,8 % d. Th.. Summenformel: Cβ4H10N2 (MG 806.80)
Ber. C 95,28 H 1 ,25 N 3,47 % Gef. C 94,2 H 1 ,1 N 3,4 %
Das IR-Spektrum (aufgenommen mit IR Mikroskop. Pulver auf KBr) dieser aus N,N'-Dimethylethyiendiamin und Cβ0 gebildeten Monoadditionsverbindung Nr. 12 ist in FIG. 14 wiedergegeben.
Das Massenspektrum (FAB) zeigt einen starken MHΘ- Peak m/z 807, woraus sich eine Molmasse M = 806 ergibt.
Dünnschichtchromatographie (DC) auf Kieselgel 60/F 254, Schichtdicke 0,25 mm, der Firma Riedel-de Haen, Fließmittel: CH2CI2/C2H5OH = 10 : 1 (v/v): RF:0,53 bis 0,58 (das Monoadditionsprodukt läuft kurz hinter Cβ0 und vor den Diadditionsprodukten.
Dieses Monoadditionsprodukt von N,N'-Dimethylethylendiamin an Cβ0 ( ≡ bez. als Monoadditionsverbindung Nr. 12) kann aus Lösemitteln umkristallisiert und auf diese Weise weiter gereinigt werden. Geeignete Lösemittel für diesen Zweck sind Dichlorbenzol, Chlorbenzol und/oder Anisol und CS2.
Die neue Verbindung (Nr. 12) ist in Benzol, Toluol, CHCI3, CH2CI2 und CH3OH schwer löslich bzw. quasi unlöslich, in CS2 gut löslich.
Nachdem das vorstehend beschriebene Hauptprodukt ( ≡ Additionsverbindung Nr. 12) von der Säule eluiert worden war, wurde mit CH2CI2/CH3OH (100:1 und 100:1 ,5) (je 1500 ml) weiter eluiert. Nach 300 ml substanzfreiem Eluat wurden mit 1200 ml (100:1 ) und 1500 ml (100:1 ,5) 1030 mg einer zweiten Additionsverbindung eluiert. Nach Digerieren mit Ether Absaugen und Trocknen (50°C, 3 mb) wurden daraus 957 mg Diadditionsverbindung (bezeichnet als Additionsverbindung Nr. 13G) in kristalliner Form erhalten (= 27,7 % Ausbeute bezogen auf umgesetztes Fulleren).
Diese Additionsverbindung Nr. 13G erwies sich nach DC (Fließmittel: CH2CI2/C2HεOH = 100:1 ,5) als eine Mischung aus 5 regioisomeren Diadditionsverbindungen. Das Vorliegen von Diaddukten geht aus der Elementaranalyse und aus dem Massenspektrum hervor. Das Massenspektrum (FAB) zeigt eine Molmasse M = 892, durch einen intensiven MH®-Peak bei m/z 893.
Summenformel (für Diaddukte 13G): Cβ8H20N4 (MG 892,94) Ber. C 91,47 H 2,26 N 6,27 % Gef. C 91 ,5 H 2,2 N 5,7 %
Die Trennung dieser Mischung in 5 reine Diadditionsverbindungen wird im Beispiel 17 beschrieben.
Nachdem die aus 5 Isomeren bestehende Diadditionsverbindung Nr. 13G von der Säule eluiert worden war, wurde mit 1 I (100:2) weiter eluiert und eine substanzfreie Fraktion erhalten. Weitere Elution mit CH2CI2/CH3OH 100:3 und 100:4 (je 2 I) ergab 1143 mg rotbraunschwarzen Eluatrückstand. Daraus wurden nach Digerieren mit Ether, Absaugen und Trocknen 919 mg kristalline Substanz erhalten ( = 26,6 % Ausbeute bez. auf umgesetztes Fulleren), die nach DC (CH2CI2/C2H5OH 100:1 ,5) aus 3 regioisomeren Diaddukten bestand. Diese werden als Diadditionsverbindungen Nr. 14, 15 und 6 bezeichnet. Das Vorliegen von Diaddukten geht aus der Elementaranalyse und aus dem Massenspektrum hervor. Das Massenspektrum (FAB) zeigt eine Molmasse M = 892, durch einen intensiven MHΘ-Peak bei m/z 893. Summenformel (für Diaddukt): Cβ8H20N4 (MG 892,94)
Ber. C 91 ,47 H 2,26 N 6,27 % Gef. C 90,6 H 2,6 N 5,8 % Die chromatographische Trennung dieser Mischung in die reinen Diadditionsverbindungen 14, 15 und 16 wird im Beispiel 18 beschrieben.
Beispiel 17
Reingewinnung der 5 regioisomeren, aus N,N'-Dimethylethylendiamin und Cβ0 gebildeten, im Beispiel 16 als Mischung beschriebenen Diaddukte:
955 mg der gemäß Beispiel 16 erhaltenen Additionsverbindung Nr. 13G wurden bei 80°C in 400 ml Toluol gelöst und die Lösung wurde im warmen Zustand auf eine Kieselgel 60 (Korngröße 0,04-0,064 mm)/Toluol-Säule (H = 65; 0 3,4 cm) aufgezogen. Die Elution wurde bei 0,2 bar N2-Überdruck durchgeführt. Nach Elution mit 2 I Toluol, wobei substanzfreies Eluat ablief, wurden mit CH2CI2; CH2CI2/CH3OH (100:0,1 ), (100:0,2), (100:0,3) und (100:0,35) (je 1 ,5 I) 72 mg Eluatrückstand erhalten, der nach Digerieren mit Ether, Absaugen und
Trocknen 68 mg reines Diaddukt Nr. 13A ergab. Das IR-Spektrum (KBr) dieser Diadditionsverbindung Nr. 13A ist in FIG. 15 wiedergegeben.
Bei fortgesetzter Elution mit (100:0,4) und (100:0,45) (2 bzw. 3 I) wurden 123 mg Eluatrückstand erhalten, der, wie vorstehend bearbeitet, 114 mg reine Diadditionsverbindung Nr. 13B ergab. Das IR-Spektrum (KBr) dieser Verbindung Nr. 13B ist in FIG. 16 wiedergegeben.
Weitere Elution mit 1 I (100:0,45), 4 I (100:0,5) und 1 I (100:0,55) ergab nach Abdampfen der Lösemittel 328 mg Eluatrückstand. Aus diesen wurden nach vorstehend beschriebener Arbeitsweise 317 mg reine, kristalline Diadditionsverbindung Nr. 13 erhalten. Das IR-Spektrum (KBr) dieser Verbindung Nr. 13 ist in FIG. 17 wiedergegeben. Bei weiterer Elution mit je 2 I CH2CI2/CH3OH (100:1 ) und (100:2) wurden 112 mg Eluatrückstand erhalten, der, wie vorstehend bearbeitet, 110 mg reine, kristalline Diadditionsverbindung Nr. 13C ergab. Deren IR-Spektrum (KBr) ist in FIG. 18 wiedergegeben.
Bei weiterer Elution mit je 2 I (100:3) und (100:5) fielen 225 mg Eluatrückstand an, der nach vorstehend beschriebener Bearbeitung 201 mg reine, dunkelrotbraun gefärbte, kristalline Diadditionsverbindung Nr. 14 ergab. Deren IR-Spektrum (KBr) ist in FIG. 19 wiedergegeben.
DC (Kieselgel 60/F254, Schichtdicke 0,25 mm; Fließmittel: CH2CI2/C2H5OH = 100:1 ,5): Die Diadditionsverbindungen Nr. 13A bis Nr. 13C haben folgende RF- Werte:
Nr. 13 A 13B 13 13C RF: 0,17-0,20 0,1 1-0,14 0,07-0,10 0,05-0,07
Beispiel 18
Reingewinnung der 3 regioisomeren, aus N,N'-Dimethyl-ethylendiamin und Cβ0 gebildeten, im Beispiel 16 als Mischung beschriebenen Diadditionsprodukte Nr. 14, Nr. 15 und Nr. 16:
919 mg der gemäß Beispiel 16 als Mischung erhaltenen Diadditionsverbindungen Nr. 14, 15 und 16 wurden bei 80°C in 500 ml Toluol gelöst, und die Lösung wurde im warmen Zustand auf eine Kieselgel 60
(Korngröße 0,04-0,064 mm)/Toluol-Säule (H = 45; 0 3,2 cm) aufgezogen. Die Elution wurde bei 0,2 bar N2-Überdruck durchgeführt. Nach Elution mit 200 ml Toluol und je 1 I CH2CI2/CH3OH .(100:0,5) und (100:1 ), wobei substanzfreies Eluat ablief, wurden mit 2 I (100:1 ) 130 mg Eluatrückstand erhalten, der nach Digerieren mit Ether, Absaugen und Trocknen (4 Stunden, 3-5 mbar) 121 mg DC reine Diadditionsverbindung Nr. 14 ergab. Fortgesetzte Elution mit 1 I (100:1 ) lieferte nach Eindampfen 98 mg Eluatrückstand, der nach vorstehend beschriebener Bearbeitung 83 mg DC reine Diadditionsverbindung Nr. 15 ergab. Das IR-Spektrum (KBr) dieser Diadditionsverbindung Nr. 15 ist in FIG. 20 wiedergegeben.
Bei weiterer Elution mit 1 I CH2CI2/CH3OH (100:1 ,5), 1 I (100:1 ,75) und 1 I (100:2) wurden nach dem Eindampfen 300 mg Eluatrückstand erhalten, der nach vorbeschriebener Bearbeitung 279 mg Produkt ergab, das aus den Diaddukten Nr. 15 und Nr. 16 bestand. Weitere Elution mit 1 I (100:3) liefert 210 mg Eluatrückstand, der nach vorbeschriebener Bearbeitung 180 mg DC reine Diadditionsverbindung Nr. 16 ergab. Deren IR-Spektrum (KBr) ist in FIG. 21 wiedergegeben.
DC (Kieselgel 60/F254, Schichtdicke 0,25 mm; Fließmittel: CH2CI2/C2H5OH = 100:4): Die Diadditionsverbindungen Nr. 14 - Nr. 16 haben folgende RF-Werte: Nr. 14 15 16
RF: 0,11-0,12 0,09-0,1 1 0,04-0,06
Beispiel 19
Analog Beispiel 16 wurde eine Lösung von 727 mg Cβ0/70 (97,25:2,75) in 300 ml Toluol mit einer Lösung von 1 ,16 g N,N'-Diethyl-ethylendiamin in 50 ml Toluol versetzt und 6 Tage bei 85 °C und 8 Tage bei RT gerührt. Danach wurde die Reaktionsmischung filtriert. Der ausgewaschene und getrocknete (5 Stunden 50°C, 6 mb) Filterrückstand wog 1 ,06 g und stellt ein komplexes Gemisch höherer Addukte (> 2) des N,N'-Diethyl-ethylendiamins and Cβono dar. Das Filtrat wurde auf eine Kieselgel S/Toluol-Säule (H = 42; 0 1 ,9 cm) aufgezogen. Die Chromatographie wurde analog wie in den Beispielen 1 und 16 beschrieben durchgeführt. Nach Elution mit 100 ml Toluol, wobei 44 mg ( = 6 % vom Einsatz) unumgesetztes Cβ0/70 zurückerhalten wurden, erhielt man mit 80 ml Toluol (nach dem Abdampfen des Toluols) 51 mg Eluatrückstand. Nach Digerieren mit Ether, Absaugen und Trocknen (4 Stunden 50°C, 6 mb) wurden daraus 27 mg ( = 3,4 % Ausbeute, bezogen auf umgesetztes Fulleren) DC reines, kristallines Monoaddukt von N,N'-Diethyl-ethylendiamin an Cβ0 erhalten. Diese Substanz wird als Additionsverbindung Nr. 17 bezeichnet. Summenformel: CββH14N2 (MG 834,85)
Ber. C 94,95 H 1 ,69 N 3,36 %
Gef. C 95,6 H 1,9 N 3,3 %
Das IR-Spektrum (KBr) dieser Verbindung Nr. 17 ist in FIG. 22 wiedergegeben. Das Massenspektrum (FAB) zeigt einen starken MHΘ bzw. starken Mθ-Peak bei m/z 835 bzw. bei m/z 834.
DC (Fließmittel: CH2CI2/C2H5OH 10:1 ): RF = 0,68-0,70 DC (Fließmittel: Toluol): RF = 0,30-0,32
Beispiel 20
Analog Beispiel 16 wurde eine Lösung von 121 1 mg Cβ0/70 (97,25:2,75) in 500 ml Toluol mit einer Lösung von 2,06 g N,N'-Dimethyl-trimethylendiamin in 80 ml Toluol versetzt und 4,7 Tage bi 80-82°C und 12,2 Tage bei RT gerührt. Danach wurde die Reaktionsmischung filtriert. Der ausgewaschene und getrocknete Filterrückstand wog 126 mg und stellt vermutlich eine komplexe Mischung höherer ( > 2) Addukte des N,N'-Dimethyl-1 ,3-propylen-diamins an Cβo/7o dar. Das Filtrat wurde auf eine Kieselgel S/Toluol-Säule (H = 90; 0 2,9 cm) aufgezogen. Die Chromatographie wurde analog wie in den Beispielen 1 , 16 und 19 beschrieben durchgeführt. Nach Elution mit 600 ml Toluol, wobei 403 mg ( = 33,3 % vom Einsatz) unumgesetztes Cβo 7o zurückerhalten wurden, erhielt man bei weiterer Elution mit 2,6 I Toluol und 1 I CH2CI2 nach Abdampfen der Lösemittel 260 mg Eluatrückstand. Nach Digerieren mit Ether, Absaugen und Trocknen (4 Stunden 50°C, 4-6 mb) wurden daraus 189 mg ( = 20,5 % Ausbeute, bezogen auf umgesetztes Fulleren) DC reines, kristallines Monoaddukt von N,N'-Dimethyl-1 ,3-propylendiamin an Cβ0 erhalten. Diese Substanz wird als Additionsverbindung Nr. 18 bezeichnet. Summenformel: Cβ5H12N2 (MG 820,83)
Ber. C 95,1 1 H 1 ,47 N 3,41 % Gef. C 94,8 H 1 ,5 N 3,4 %
Das IR-Spektrum (KBr) dieser Verbindung Nr. 18 ist in FIG. 23 wiedergegeben. Das Massenspektrum (FAB) zeigt einen starken MH® bzw. starken Mθ-Peak bei m/z 821 bzw. bei m/z 820. DC (Fließmittel: CH2CI2/C2H5OH 10:1 ): RF = 0,68-0,70.
Beispiel 21
Analog Beispiel 16 wurde eine Lösung von 2180 mg Cβ0/70 (97,25:2,75) in 900 ml Toluol mit einer Lösung von 2225 mg N-Methyl-ethylendiamin in 150 ml Toluol versetzt und 3,1 Tage bei 70-73 °C und 2,6 Tage bei RT gerührt. Danach wurde die Reaktionslösung filtriert und auf eine Kieselgel 60 (Korngröße 0,04-0,063 mm)-Toluol-Säule (H = 46 cm, 0 4,8 cm) aufgezogen. Die Chromatographie wurde bei 0,2 bar N2-Überdruck analog wie in den Beispielen 1 , 16 und 19 durchgeführt. Nach Elution mit 1 I Toluol und 0,5 I CH2CI2, wobei 137 mg ( = 6,3 % vom Einsatz) unumgesetztes Cβ0/70 zurückerhalten wurden, erhielt man bei weiterer Elution mit je 2 I CH2CI2/CH3OH (100:0,25) (100:0,5) und (100:0,75) einen Eluatrückstand von 13 mg, der nach Digerieren in Ether, Absaugen und Trocknen 10 mg einer braunen Substanz lieferte. Fortgesetzte Elution mit 3 I (100:1 ), 1 I (100:1 ,5) und 2 I (100:2) erbrachte nach Abdampfen der Lösemittel 807 mg Eluatrückstand, der nach Digerieren mit 15 ml Ether, Absaugen und Trocknen (4 Stunden 50°C, 3-6 mb) 794 mg ( = 35,3 %
Ausbeute bez. auf Umsatz) kristallines, DC reines Monoaddukt von N-Methyl- ethylendiamin an Cβ0 ergab (Formel II: R1 = -{CH2)2-, R2 = CH3, R3 = H). Dieses Monoaddukt wird als Additionsverbindung Nr. 19 bezeichnet. Summenformel: Cβ3H8N2 (MG 792,77) Ber. C 95,54 H 1 ,02 N 3,53 %
Gef. C 94,6 H 1 ,0 N 3,5 % Das IR-Spektrum (KBr) dieser Verbindung Nr. 19 ist in FIG. 24 wiedergegeben. Das Massenspektrum (FAB) zeigt einen starken MHΘ bzw. Mθ-Peak bei m/z 793 bzw. bei m/z 792. DC {Fließmittel: CH2CI2/C2H5OH 100:3): RF = 0,21-0,22.
Beispiel 22
Analog Beispiel 16 wurde eine Lösung von 2720 mg Cβ0/70 (97,75:2,25) in 1350 ml Toluol mit einer Lösung von 2224 mg N-Methyl-ethylendiamin in 100 ml Toluol versetzt und 2,5 Tage bei 65 °C und 3,5 Tage bei
Raumtemperatur gerührt. Danach wurde die Reaktionslösung filtriert und auf eine Kieselgel 60 (Korngröße 0,043-0,060 mm)-Toluol-Säure (H = 52 cm, 0 3,6 cm) aufgezogen. Die Chromatographie wurde bei 0,25 bar N2-Überdruck analog wie in den Beispielen 1 , 16 und 19 durchgeführt. Nach Elution mit 1 ,2 I Toluol, wobei 102 mg ( = 3,8 % vom Einsatz) unumgesetztes Cβor70 zurückerhalten wurden, erhielt man bei weiterer Elution mit 1 I Toluol und 2 I Toluol/CH3OH (100:1 ) 47 mg einer nicht näher charakterisierten Substanz. Fortgesetzte Elution mit je 2 I Toluol/CH3OH (100:1 ) und (100:1 ,5) erbrachte nach Abdampfen der Lösemittel 2400 mg Eluatrückstand, der nach Digerieren mit Ether, Absaugen und Trocknen (4 Stunden 50°C, 3-6 mb) 2075 mg (72 % Ausbeute bez. auf Umsatz) kristallines, DC reines Monoaddukt von N-Methyl- ethylendiamin an C60 (Additionsverbindung Nr. 19, vgl. Beispiel 21 ) ergab.
Beispiel 23
Analog Beispiel 16 wurde eine Lösung von 2290 mg Cβ0/70 (97,75:2,25) in 1000 ml Toluol mit einer Lösung von 2556 mg 98 %igem N-Ethylethylendiamin in 80 ml Toluol versetzt und 3,1-5 Tage bei 68 °C und 4,65 Tage bei Raumtemperatur gerührt. Danach wurde die Reaktionslösung filtriert und auf eine Kieselgel 60 (Korngröße 0,043-0,060 mm)-Toluol-Säule (H = 52 cm,
03,6 cm) aufgezogen. Die Chromatographie wurde bei 0,35 bar N2-Überdruck analog wie in den Beispielen 1 , 16 und 19 durchgeführt. Nach Elution mit 2,1 I Toluol, wobei 260 mg ( = 11 ,4 % vom Einsatz) unumgesetztes Cβ0/70 zurückerhalten wurden, erhielt man bei weiterer Elution mit je 2 I Toluol/CH3OH (100:1 ), (100:1 ,25) und (100:1 ,50) nach Verdampften der Lösemittel 1400 mg Eluatrückstand. Nach Digerieren mit Ether, Absaugen und Trocknen (4 Stunden 50°C, 3-6 mb) wurde daraus 1309 mg (57,6 % Ausbeute bez. auf Umsatz) kristallines, DC reines Monoaddukt von N-Ethyl-ethylendiamin an Cβ0 (Formel II: R1 = -(CH2)2-, R2 = C2H5, R3 = H) erhalten. Dieses Monoaddukt wird als Additionsverbindung Nr. 20 bezeichnet. Summenformel: Cβ4H10N2 (MG 806,80) Ber. C 95,28 H 1 ,25 N 3,47 %
Gef. C 92,6 H 1 ,3 N 3,4 %
Das IR-Spektrum (KBr) dieser Verbindung Nr. 20 ist in FIG. 25 wiedergegeben. Das Massenspektrum (FAB) zeigt einen starken MH® bzw. Mθ-Peak bei m/z 807 bzw. bei m/z 806. DC (Fließmittel: CH2CI2/C2H5OH 100:4): RF = 0,46-0,48.
Beispiel 24
Analog Beispiel 16 wurde eine Lösung von 648 mg CβQl70 (97,75:2,25) in 275 ml Toluol mit einer Lösung von 986 mg cis-1 ,2-Diaminocyclohexan in 10 ml Toluol versetzt und 2,9 Tage bei 68-70°C und 4,9 Tage bei Raumtemperatur gerührt. Danach wurde die Reaktionslösung filtriert und auf eine Kieselgel 60 (Korngröße 0,043-0,06 mm)-Toluol-Säure (H = 40 cm, 0 2,5 cm) aufgezogen. Die Chromatographie wurde bei 0,3 bar N2-Überdruck analog wie in den Beispielen 1 , 16 und 19 durchgeführt. Nach Elution mit 0,55 I Toluol, wobei 71 mg { = 11 % vom Einsatz) unumgesetztes Cβ0/70 zurückerhalten wurden, erhielt man bei weiterer Elution mit 2 I Toluol nach Abdampfen des Lösemittels einen Eluatrückstand von 150 mg, der nach Digerieren in Ether, Absaugen und Trocknen 140 mg ( = 21 % Ausbeute bez. auf Umsatz) kristallines, DC reines
Monoaddukt von cis-1 ,2-Diaminocyclohexan an C60 ergab (Formel II: R1 = ^ (CH2)4^ -CH CH-,; R2, R3 = H). Dieses Monoaddukt wird als Additionsverbindung
Nr. 21 bezeichnet.
Summenformel: CββH12N2 (MG 832,84) Ber. C 95,18 H 1 ,45 N 3,36 %
Gef. C 94,5 H 1 ,5 N 3,3 %
Das IR-Spektrum (KBr) dieser Verbindung Nr. 21 ist in FIG. 26 wiedergegeben. Das Massenspektrum (FAB) zeigt einen starken Mθ-Peak bei m/z 832. DC (Fließmittel: CH2CI2/C2H5OH 100:4): RF = 0,68-0,70.
Beispiel 25
Analog Beispiel 16 wurde eine Lösung von 303 mg Cβ0/70 (97,25:2,75) in 125 ml Toluol mit einer Lösung von 360 mg Ethylendiamin in 15 ml Toluol versetzt und 7 Tage bei 80°C und 21 Tage bei RT gerührt. Danach wurde die Reaktionsmischung filtriert. Der ausgewaschene und getrocknete Filterrückstand wog 348 mg und stellt vermutlich eine komplexe Mischung höherer Addukte des Ethylendiamins an Cβ0/70 dar. Das Filtrat wurde auf eine Kieselgel S/Toluol- Säule (H = 30, 0 2,9 cm) aufgezogen. Die Chromatographie wurde analog wie in den Beispielen 1 , 16 und 19 beschrieben durchgeführt. Nach Elution mit 250 ml Toluol und 200 ml CH2CI2, wobei 36 mg ( = 11 ,9 % vom Einsatz) unumgesetztes Cβ0/70 zurückerhalten wurden, erhielt man bei weiterer Elution mit 250 ml CH2CI2/CH3OH (100:0,5), 1 I (100:1 ), 300 ml (100:1 ,5) und 300 ml (100:2) nach Abdampfen der Lösemittel 43 mg Eluatrückstand. Nach Digerieren mit Ether, Absaugen und Trocknen (4 Stunden 50°C, 3-6 mb) wurden daraus 39 mg ( = 13,5 % Ausbeute, bezogen auf umgesetztes Fulleren) kristalline Substanz erhalten, die laut DC eine geringe Menge < 10 %) eines Nebenprodukts enthält. Die Elementaranalyse und das Massenspektrum weisen die stark angereicherte Hauptkomponente als ein Monoaddukt des
Ethylendiamins an Cβ0 aus. Diese Substanz wird als Additionsverbindung Nr. 22 bezeichnet (Formel II: R1 = -(CH2)2-, R2, R3 = H).
ERSATZBLAT7 ISA/EP Summenformel: Cβ2HβN2 (MG 778,75)
Ber. C 95,63 H 0,78 N 3,60 % Gef. C 89,8 H 0,8 N 3,6 %
Das IR-Spektrum (KBr) dieser Verbindung Nr. 22 ist in FIG. 27 wiedergegeben. Das Massenspektrum (FAB) zeigt einen starken MH® bzw. starken Mθ-Peak bei m/z 779 bzw. bei m/z 778. DC (Fließmittel: CH2CI2/C2H5OH 10:1 ): RF = 0,43- 0,45 (RF des enthaltenen Nebenprodukts: 0,49-0,52).
Beispiel 26
Gewinnung von Diadditionsverbindungen von N-Methyl-ethylendiamin an C60 durch Chromatographie:
1 g Substanz, die nach Elution des Hauptanteils der Monoadditionsverbindung Nr. 19 bei der Chromatographie einer gemäß den Beispielen 21 und 22 erhaltenen Reaktionsmischung erhaltenen worden war, und die aus nicht abgetrennter Monoadditionsverbindung Nr. 19 und Diaddukten von N-Methyl- ethyldiamin an Ceo bestand, wurde wie folgt weiter chromatographisch aufgetrennt.
Die zu trennende Substanz (1 g) wurde in 100 ml CS2 gelöst und auf eine Kieselgel 60 (Korngröße: 0,040-0,063 mm)-CH2CI2-Säule (H = 30 cm, 0 3,4 cm) aufgezogen. Die Chromatographie wurde bei 0,3 bar N2-Überdruck analog wie in den Beispielen 1 , 6 und 19 durchgeführt. Nach Elution mit 3 I CH2CI2 und je 2 I CH2CI2/CH3OH (100:0,1 ) und (100:0,2), wobei substanzfreie Eluate anfielen, wurden durch weitere Elution mit je 2 I CH2CI2/CH3OH (100:0,2) und (100:0,3) und 1 I (100:0,3) nach Abdampfen der Lösemittel 659 mg Eluatrückstand erhalten. Aus diesem erhielt man nach Digerieren mit Ether, Absaugen und Trocknen 586 mg DC reine Monoadditionsverbindung (Additionsverbindung Nr. 19; Formel II: R1 = -(CH2)2-, R2 = CH3, R3 = H).
Danach wurde mit CH2CI2/CH3OH (100:3) weiter eluiert. Die nächste Fraktion (0,5 I Eluat) hinterließ nach dem Eindampfen 208 mg Rückstand, der wie vorstehend beschrieben behandelt, nach dem Trocknen 195 mg Diadditionsverbindung von N-Methyl-ethylendiamin an Cβ0 analog Formel III: R1 = -(CH2)2-, R2 = CH3, R3 = H) ergab. Nach DC (Fließmittel: Toluol/CH3OH 100:1 ) besteht diese Substanz aus fünf regioisomeren Diadditionsverbindungen. Diese Substanz wird als Diaddtionsverbindung Nr. 23G bezeichnet. Summenformel: CββH1βN4 (MG 864,89)
Ber. C 91 ,66 H 1 ,86 N 6,48 % Gef. C 89,2 H 2,4 N 6,2 %
Das Massenspektrum (FAB) dieser Substanz zeigt einen starken MH® bzw. starken Mθ-Peak bei m/z 865 bzw. bei m/z 864.
Die nächste Fraktion (0,5 I Eluat) ergab, nach dem Eindampfen und analoger Behandlung des Eluatrückstands wie bei vorherigen Fraktionen nach dem Trocknen 19 mg Diaddukt (laut DC etwas andere Zusammensetzung bezüglich der Regioisomeren gegenüber der vorher eluierten Diaddukt-Fraktion). Die folgende Fraktion (1 I Eluat) hinterließ nach analoger Behandlung wie vorher beschrieben 33 mg einer Mischung regioisomerer Diaddukte, in der die polareren Regioisomeren laut DC in größeren Anteilen gegenüber den vorherigen Fraktionen vorliegen.
Bei weiterer Elution mit 1 I CH2CI2/CH3OH (20:1 ) wurde eine dunkle Zone eluiert, wobei nach dem Eindampfen, Digerieren des Eluatrückstands mit Ether, Absaugen und Trocknen 28 mg eines Diaddukts erhalten wurden, das laut DC eine Komponente (Regioisomer) in stark angereicherter Form enthielt. Summenformel: CββH1βN4 (MG 864,89)
Ber. C 91 ,66 H 1 ,86 N 6,48 % Gef. C 89,5 H 2,5 N 6,3 %
Das Massenspektrum (FAB) dieser Substanz zeigt einen starken M®-Peak bei m/z 864. DC (Fließmittel: CH2CI2/C2H5OH 10:1 ): RF = 0,30-0,36.
Diese Substanz wird als Diadditionsverbindung Nr. 23K bezeichnet. Das IR- Spektrum (KBr) dieser Verbindung Nr. 23K ist in FIG. 28 wiedergegeben.
ERSATZBLATf ISA/EP Beispiel 27
Analog Beispiel 16 wurde eine Lösung von 545 mg C70/βo (96,7:3,3) in 500 ml Toluol mit einer Lösung von 447 mg N-Methyl-ethylendiamin in 20 ml Toluol versetzt und 4,3 Tage bei 79-80°C und 2,7 Tage bei Raumtemperatur gerührt. Danach wurde die Reaktionsmischung filtriert und auf eine Kieselgel 60 (Korngröße 0,04-0,063 mm)-Toluol-Säule (H = 75 cm, 0 2,5 cm) aufgezogen. Die Chromatographie wurde bei 0,35 bar N2-Überdruck analog wie in den Beispielen 1 , 16 und 19 durchgeführt. Nach Elution mit 0,7 I Toluol, wobei 155 mg ( = 28,4 % vom Einsatz) unumgesetztes C70 zurückerhalten wurden, erhielt man bei weiterer Elution mit 1 I Toluol/CH3OH (100:0,5); 1 ,3 I (100:0,75); 0,3 I (100:1 ) und 1 I (100:1 ,5) nach Abdampfen der Lösemittel einen Eluatrückstand von 255 mg, der nach Digerieren mit 15 ml Ether, Absaugen und Trocknen (4 Stunden 50°C, 3-6 mb) 230 mg ( = 56,5 % Ausbeute bez. auf Fulleren-Umsatz) kristallines, DC reines Monoaddukt von N-Methyl-ethylendiamin an C70 ergab.
Dieses Monoaddukt wird als Additionsverbindung Nr. 24 bezeichnet. Summenformel: C73H8N2 (MG 912,88)
Ber. C 96,05 H 0,88 N 3,07 % Gef. C 93,8 H 1 ,3 N 3,0 %
Das IR-Spektrum (KBr) dieser Verbindung Nr. 24 ist in FIG. 29 wiedergegeben. Das Massenspektrum (FAB) zeigt einen starken MH® bzw. starken Mθ-Peak bei m/z 913 bzw. bei m/z 912. DC {Fließmittel: CH2CI2/C2H5OH 10:1 ): RF = 0,56-0,66.
Beispiel 28
Analog Beispiel 16 wurde eine Lösung von 234 mg Cβ0/70 (97,75:2,25) in 126 ml Toluol mit einer Lösung von 27,3 mg (0,317 mMol) Piperazin und
67,3 mg (0,6 mMol) 1 ,4-Diazabidyclo[2.2.2]octan in 125 ml Toluol versetzt und 16,7 Tage bei Raumtemperatur gerührt. Danach wurde die Reaktionslösung auf eine Kieselgel S (Korngröße 0,063-0,20 mm)-CH2CI2-Säule (H = 21 cm, 0 2,9 cm) aufgezogen. Nach Elution mit 1 I CH2CI2, wobei 158 mg ( = 67,5 % vom Einsatz) unumgesetztes Cβ0/70 zurückerhalten wurden, erhielt man bei weiterer Elution mit je 0,5 I CH2CI2/CH3OH (100:0,5), (100:1 ), und (100:2) nach Abdampfen der Lösemittel 82 mg Eluatrückstand. Nach Digerieren mit Ether, Absaugen und Trocknen (4 Stunden, 50°C, 4-7 mb) wurden daraus 60 mg (70,4 % Ausbeute bez. auf Cβ07o-Umsatz) kristalline, DC reine Additionsverbindung Nr. 1 (Formel II: R1 und R2-R3 = -(CH2)2-), erhalten. Nach Elution dieser Additionsverbindung Nr. 1 wurden mit polareren Eluenten praktisch nur Spuren höherer Additionsprodukte (< 2 mg) erhalten.

Claims

Patentansprüche:
1. Additionsverbindung erhältlich durch Reaktion von einem Diamin der Formel I, , R 2 R ' -
H - N N - H I l R 1
in der
R1 (C2-C4)-Alkylen oder 1 ,2- oder 1 ,3-Cyclo-(C3-C7)-alkylen und
R2 und R3, die gleich oder verschieden sind, (^-C^-Alkyl oder
Wasserstoff oder
R2 und R3 zusammen (C2-C4)-Alkylen bedeuten, an Fulleren Cβ0 und/oder C70, sowie deren Säureadditionssalze.
2. Monoadditionsverbindung nach Anspruch 1.
3. Diadditionsverbindung nach Anspruch 1.
4. Additionsverbindung nach Anspruch 1 , erhältlich durch Reaktion von einem Diamin der Formel I, in der
^(CH2)Γ>|
R1 -(CH2)2-, -(CH2)3- oder -CH CH-, R2 und R3 unabhängig voneinander Wasserstoff, CH3 oder C2H5 oder
R2 und R3 zusammen -(CH2)2- oder -(CH2)3- bedeuten, mit Fulleren Cβ0 und/oder C70.
5. Additionsverbindung nach Anspruch 1 , erhältlich durch Reaktion von N,N'Dimethyl-ethylendiamin, Piperazin, Homopiperazin oder N-Methyl- ethylendiamin mit Fulleren Cβ0 und/oder C70.
6. Monoadditionsverbindung nach Anspruch 5, erhältlich durch Additionsreaktion von N,N'-Dimethyl-ethylendiamin, Piperazin, Homopiperazin oder N-Methyl-ethylendiamin an Cβ0.
7. Diadditionsverbindungen nach Anspruch 5, erhältlich durch
Additionsreaktion von N,N'-Dimethyl-ethylendiamin, Piperazin, Homopiperazin oder N-Methyl-ethylendiamin an Cβ0.
8. Verfahren zur Herstellung der Additionsverbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Diamin der Formel I und Fulleren Cβ0 und/oder C70 zur Reaktion gebracht werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Diamin der Formel I und Fulleren Cβ0 und/oder C70 in einem Verhältnis von 0,5 bis 20,0 eingesetzt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß Fulleren Ceo und/oder C70 in einer Konzentration von 0,6 bis 5,5 Millimol pro Liter eingesetzt wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion in einem Lösungsmittel ausgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß als
Lösungsmittel Benzol, Toluol, Chlorbenzol, Dichlorbenzol und/oder Anisol eingesetzt werden.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion in Gegenwart von einem tertiären Amin ausgeführt wird.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion in einem Temperaturbereich von -30°C bis 300°C durchgeführt werden kann.
15. Verwendung der Additionsverbindung nach Anspruch 1 als elektrisch leitfähiges Material.
16. Verwendung der Additionsverbindung nach Anspruch 1 zur Hemmung von Enzymen.
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