PL214112B1

PL214112B1 - Slodkie ciecze jonowe pochodne monoterpenowego alkoholu oraz sposób ich wytwarzania

Info

Publication number: PL214112B1
Application number: PL396000A
Authority: PL
Inventors: Joanna Feder-Kubis; Adam Sokołowski
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2011-08-18
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2013-06-28
Also published as: PL396000A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku są słodkie ciecze jonowe zawierające pochodną monoterpenowego, prawoskrętnego alkoholu oraz słodki anion organiczny wykazujące właściwości grzybobójcze oraz sposób ich wytwarzania.

Znane są z polskiego patentu nr PL 206082 słodkie ciecze jonowe zawierające kation pirydyniowy, których wytwarzanie polega na tym, ze chlorki 1-alkoksymetylo-3-hydroksypirydyniowe poddaje się reakcji z sacharynianem sodu lub acesulfamem potasu w stosunku molowym 1:3, w temperaturze od 293 do 333K w środowisku wodnym. Obecność grupy hydroksylowej w pozycji 3 w kationie pirydyniowym powoduje, że sacharyniany i acesulfamy 1-alkoksymetylo-3-hydroksypirydyniowe ulegają utlenieniu ozonem w środowisku wodnym.

Z polskiego patentu nr PL 202093 znane są słodkie ciecze jonowe: acesulfamiany (alkoksymetylojdimetyloamoniowe z grupą 2-hydroksyetylową lub 2-acyloksyetylową, których wytwarzanie polega na tym, że chlorki (alkoksymetylo)dimetyloamoniowe z grupą 2-hydroksyetylową lub 2-acyloksyetylową poddaje się reakcji z acesulfamem-K w stosunku molowym 0,5:2,0 w temperaturze od 277 do 373K w środowisku wodno-organicznym, następnie odparowuje się rozpuszczalnik w warunkach obniżonego ciśnienia w temperaturze od 293 do 323K, dodaje bezwodnego acetonu, po czym oddziela się osad poprzez odsączenie, odparowuje aceton i suszy w warunkach obniżonego ciśnienia w temperaturze 303 - 373K.

Istotę wynalazku stanowią słodkie ciecze jonowe pochodne monoterpenowego alkoholu o wzorze ogólnym 1, zawierające w części kationowej (1 S,2R,5S)-(+)-mentol, połączony z atomem azotu typu pirolowego imidazolu w pozycji N-1 grupą metylenową oraz atom wodoru przy atomie azotu typu pirydyniowego w pozycji N-3, natomiast w części anionowej oznaczony symbolem X słodki anion organiczny, taki jak: acesulfam lub sacharynian.

Protonowe słodkie imidazoliowe ciecze jonowe zawierające pochodną monoterpenowego, prawoskrętnego alkoholu i słodki anion organiczny, będące przedmiotem wynalazku nie zostały dotychczas opisane w literaturze.

Struktury nowych połączeń charakteryzują się trzema chiralnymi centrami, które są zlokalizowane na kationie.

Sposób otrzymywania słodkich cieczy jonowych pochodnych monoterpenowego alkoholu o wzorze ogólnym 1, zawierających w części kationowej (1 S,2R,5S)-(+)-mentol, połączony z atomem azotu typu pirolowego imidazolu w pozycji N-1 grupą metylenową oraz atom wodoru przy atomie azotu typu pirydyniowego w pozycji N-3, natomiast w części anionowej oznaczony symbolem X słodki anion organiczny, taki jak: acesulfam lub sacharynian, według wynalazku polega na tym, że chiralny chlorowodorek 1-(1 S,2R,5S)-(+)-mentoksymetyloimidazoliowy, o ogólnym wzorze 2, poddaje się reakcji ze słodkimi solami organicznymi, wybranymi z grupy obejmującej: acesulfam potasu, sacharynian sodu, użytymi w stosunku bliskim równopolowemu, korzystnie równym od 0,9 do 1,4. w temperaturze od 273 do 373K, w obecności rozpuszczalnika organicznego lub w wodzie. Przy czym rozpuszczalnik organiczny wybrany jest z grupy obejmującej: toluen, eter dietylowy, heksan, heptan, chlorek metylenu DMSO - dimetylosulfotlenek, DMF - dimetyloformamid, chloroform, aceton, octan etylu, THF - tetrahydrofuran lub alkohole pierwszorzędowe o ilości atomów węgla od 1 do 4.

Sposób według wynalazku umożliwia wytworzenie nowych protonowych słodkich imidazoliowych cieczy jonowych zawierających w części kationowej pochodną monoterpenowego alkoholu, (1 S,2R,5S)-(+)-mentol oraz słodki anion w wyniku reakcji wymiany anionu chlorkowego na inny anion organiczny z wysoką wydajnością. Otrzymane trzeciorzędowe sole imidazoliowe są cieczami w temperaturze pokojowej. Wszystkie uzyskane połączenia kation-anion należą do grupy chiralnych cieczy jonowych, natomiast ze względu na obecność słodkiego anionu: acesulfamu oraz sacharynianu, nowe struktury należą do słodkich cieczy jonowych. Chiralne ciecze jonowe, będące przedmiotem wynalazku, są ciekłe w szerokim zakresie temperatury. Równowaga hydrofilowo-hydrofobowa (HLB) nowych optycznie czynnych związków jest przesunięta w kierunku zdecydowanej dominacji fragmentów hydrofobowych cząsteczki. Są to ciecze jonowe o niskiej prężności par w temperaturze pokojowej, stabilne w szerokim zakresie temperatur. Lepkości otrzymanych związków, wyznaczone w temperaturze 303K, mieszczą się w przedziale 600 do 690 mm²/s. Chiralne ciekłe trzeciorzędowe sole imidazoliowe rozpuszczają dobrze związki organiczne i wykazują znaczną aktywność biologiczną. Cechę tą sprawdzono określając właściwości grzybobójcze otrzymanych soli. Badania wykonano wobec szczepu Rhodotorula rubra. Z 1 g danej trzeciorzędowej soli imidazoliowej sporządzono roztwór wodny, którym dzia

PL214 112 Β1 łano na szczep Rhodotorula rubra. Wyznaczono wartości minimalnego stężenia zabijającego grzyby. Aktywność grzybobójcza wobec tego szczepu jest podobna, a w niektórych przypadkach większa w stosunku do stosowanego wzorca - chlorku benzalkoniowego.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wytwarzania nowych związków.

Przykład 1

W celu wytwarzania acesulfamu 1-(1 S,25,5S)-(+)-mentoksymetylo-3-/7-imidazoliowego, przedstawionego wzorem 3, do kolby dwuszyjnej o pojemności 250 cm³ wprowadza się 0,7 mola chlorowodorku 1-(1 S,25,5S)-(+)-mentoksymetyloimidazoliowego i 50 cm³ toluenu. Przy czym chlorowodorek 1-(1 S,25,5S)-(+)-mentoksymetyloimidazoliowy, przedstawiony wzorem 2, otrzymuje się w wyniku ciągłego przepuszczania gazowego chlorowodoru przez umieszczoną w kolbie trójszyjnej mieszaninę 1 mola 1-(1 S,25,5S)-(+)-mentoksymetyloimidazolu i 135 cm³ eteru dietylowego w temperaturze do 288 K. Do otrzymanego w ten sposób chlorowodorku 1-(1 S,25,5S)-(+)-mentoksymetyloimidazoliowego dodaje się 0,75 mola acesulfamu potasu. Reakcję prowadzi się w temperaturze 303 K przez 24 godziny. Następnie odparowuje się rozpuszczalnik, a produkt w postaci cieczy jonowej przemywa się wodą destylowaną. Wydajność reakcji osiągnęła 92%.

W podobny sposób przeprowadza się tą reakcję używając rozpuszczalnika w postaci THF - wydajność reakcji wynosi 93%.

Strukturę syntezowanego optycznie czynnego acesulfamu potwierdziła analiza elementarna CNH i spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego.

Analiza elementarna (%) dla Οΐ8Η₂₉Ν₃0₅8 (399,60): wartości teoretyczne: C 54,10; H 7,33; N 10,52: wartości doświadczalne: C 53,94; H 7,26: N 10,48.

Widmo ¹H NMR acesulfamu 1-(1 S,2F?,5S)-(+)-mentoksymetylo-3-/7-imidazoliowego: (CDCI₃, 25°C) δ [ppm] 0,46 (d, J= 6,9 Hz, 3H); 0,87 (m, 9H); 1,26 (m, 2H); 1,63 (m, 211); 1,97 (m, 211): 2,09 (s, 3H); 3,17 (td, J¹’³ = 10,6 Hz, J¹’² = 4,2 Hz, 1H); 5,39 (m, 2H); 5,44 (s, 1H); 7,15 (s, 1H); 7,29 (s, 1H); 8,28 (s, 1H); 11,11 (m, 1H).

Przykład 2

Sposób wytwarzania acesulfamu 1-(1 S,25,5S)-(+)-mentoksymetylo-3-/-/-imidazoliowego przedstawionego wzorem 3, polega na tym, że w szklanym naczyniu rozpuszcza się 0,55 mola chlorowodorku 1-(1 S,2F?,5S)-(+)-mentoksymetyloimidazoliowego w 25 cm³ octanie etylu. Następnie intensywnie mieszając dodaje się 0,55 mola acesulfamu potasu, uprzednio rozpuszczonego w octanie etylu. Reakcję prowadzi się w temperaturze 293K. Po 24 godzinach otrzymuje się produkt reakcji wymiany, w postaci cieczy jonowej, który uzyskuje się po uprzednim odparowaniu rozpuszczalnika. Następnie acesulfam przemywa się czterokrotnie wodą destylowaną i ostatecznie suszy się w eksykatorze próżniowym. Wydajność reakcji osiągnęła 99%.

W podobny sposób przeprowadza się tą reakcję używając jako rozpuszczalnik chlorek metylenu - wydajność reakcji osiąga wtedy 95%. jak również chloroform - wydajność reakcji wynosi 96%.

Analiza elementarna CNH i spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego otrzymanego acesulfamu imidazoliowego zostały opisane w przykładzie 1.

Przykład 3

Sposób wytwarzania sacharynianu 1-(1 S,25,5S)-(+)-mentoksymetylo-3-/7-imidazoliowego przedstawionego wzorem 4, polega na tym, że w kolbie, zaopatrzonej w dipol magnetyczny, rozpuszcza się 0,50 mola chlorowodorku 1-(1 S,25,5S)-(+)-mentoksymetyloimidazoliowego w 40 cm³ heksanu. Następnie dodaje się 0,70 mola sacharynianu sodu, w formie roztworu heksanowego. Reakcję prowadzi się w temperaturze pokojowej (298K). Po 3 godzinach odparowuje się rozpuszczalnik, a ciekły produkt reakcji przemywa się trzykrotnie wodą destylowaną i ostatecznie suszy się w eksykatorze próżniowym. Wydajność reakcji wynosi 97%.

W podobny sposób przeprowadza się tą reakcję używając jako rozpuszczalnik eter dietylowy wydajność reakcji wynosi 98%, jak również heptan - wydajność reakcji wynosi 94%.

Analiza elementarna potwierdza strukturę otrzymanego związku.

Analiza elementarna (%) dla C₂₁H₃₀N₂O₄ (419,63): wartości teoretyczne: C 60,10; H 6,98; N 10,02; wartości doświadczalne: C 60,37; H 6,84; N 9,86.

Zawartość sacharynianu imidazoliowego w produkcie, oznaczona metodą miareczkowania dwufazowego według EN ISO 2871-2: 1994, wyniosła 97%.

Przykład 4

Sposób wytwarzania sacharynianu 1-(1 S,2F?,5S)-(+)-mentoksymetylo-3-/7-imidazoliowego przedstawionego wzorem 4, polega na tym, że w kolbie okrągłodennej. zaopatrzonej w dipol magne

PL214 112 Β1 tyczny oraz termometr, rozpuszcza się 0,60 mola chlorowodorku 1-(1 S,2R,5S)-(+)-mentoksymetyloimidazoliowego w 35 cm³ metanolu. Następnie dodaje się 0,62 mola sacharynianu sodu, w formie roztworu metanolowego. Reakcję prowadzi się w temperaturze 273K. Po 2 godzinach odparowuje się rozpuszczalnik, a ciekły produkt reakcji suszy się w eksykatorze próżniowym. Wydajność reakcji wynosi 95%.

W podobny sposób przeprowadza się tą reakcję używając w charakterze rozpuszczalnika inne alkohole alifatyczne: etanol - wydajność reakcji wynosi 94%, propanol - wydajność reakcji wynosi 91%, butanol - wydajność wynosi 89%, jak również aceton wydajność reakcji wynosi 96%.

Analiza elementarna CNH została opisana w przykładzie 3.

Przykład 5

Sposób wytwarzania sacharynianu 1-(1 S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo-3-/7-imidazoliowego przedstawionego wzorem 4, polega na tym, że w kolbie dwuszyjnej zaopatrzonej w termometr i mieszadło mechaniczne, umieszcza się 0,6 mola chlorowodorku 1-(1 S,2R,5S)-(+)-mentoksymetyloimidazoliowego oraz 30 cm³ DMF. Następnie intensywnie mieszając dodaje się 0,68 mola sacharynianu sodu. Reakcję prowadzi się w temperaturze 373K. Po 3 godzinach mieszaninę poreakcyjną przenosi się do lodówki i pozostawia na 24 h. Otrzymuje się produkt reakcji wymiany, w postaci ciekłej, po uprzednim odparowaniu rozpuszczalnika. Sacharynian imidazoliowy przemywa się trzykrotnie wodą destylowaną i ostatecznie suszy się w eksykatorze próżniowym. Wydajność reakcji wynosi 92%. W podobny sposób przeprowadza się tą reakcję używając jako rozpuszczalnik DMSO - wydajność reakcji wynosi 94%.

Analiza elementarna CNH została opisana w przykładzie 3.

Przykład 6

Sposób wytwarzania sacharynianu 1-(1 S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo-3-/7-imidazoliowego przedstawionego wzorem 4, polega na tym, że w szklanym naczyniu umieszcza się 0,45 mola chlorowodorku 1-(1 S,2R,5S)-(+)-mentoksymetyloimidazoliowego oraz 20 cm³ H₂O. Następnie intensywnie mieszając dodaje się 0,40 mola sacharynianu sodu w postaci wodnego roztworu. Reakcję prowadzi się w temperaturze pokojowej. Otrzymuje się produkt reakcji wymiany, w postaci ciekłej dolnej warstwy. Górną warstwę usuwa się, a produkt ekstrahuje się jeszcze trzykrotnie wodą destylowaną i ostatecznie suszy się w eksykatorze próżniowym. Wydajność reakcji wynosi 98%.

Analiza elementarna CNH została opisana w przykładzie 3.

Claims

1. Słodkie ciecze jonowe pochodne monoterpenowego alkoholu, o wzorze ogólnym 1, zawierające w części kationowej (1S,2R,5S)-(+)-mentol, połączony z atomem azotu typu pirolowego imidazolu w pozycji N-1 grupą metylenową oraz atom wodoru przy atomie azotu typu pirydyniowego w pozycji N-3, natomiast w części anionowej oznaczony symbolem X słodki anion organiczny, taki jak: acesulfam lub sacharynian.

2. Sposób wytwarzania słodkich cieczy jonowych, pochodnych monoterpenowego alkoholu o ogólnym wzorze 1, zawierających w części kationowej (1 S,2R,5S)-(+)-mentol, połączony z atomem azotu typu pirolowego imidazolu w pozycji N-1 grupą metylenową oraz atom wodoru przy atomie azotu typu pirydyniowego w pozycji N-3, natomiast w części anionowej oznaczony symbolem X słodki anion organiczny taki jak: acesulfam lub sacharynian, znamiennym tym, że chiralny chlorowodorek 1-(1 S,2R,5S)-(+)-mentoksymetyloimidazoliowy, o ogólnym wzorze 2, poddaje się reakcji wymiany ze słodkimi solami organicznymi, wybranymi z grupy obejmującej: acesulfam potasu oraz sacharynian sodu, w stosunku bliskim równomolowemu, w temperaturze od 273 do 373K, w obecności rozpuszczalnika organicznego lub w wodzie.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że rozpuszczalnik organiczny wybrany jest z grupy obejmującej: alkohole pierwszorzędowe o ilości atomów węgla od 1 do 4, toluen, eter dietylowy, heksan, heptan, chlorek metylenu, DMSO - dimelylosulfotlenek, DMF - dimetyloformamid, chloroform, aceton, octan etylu lub THF - tetrahydrofuran.

4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosunek molowy chlorowodorku 1-(1 S,2R,5S)-(+)-mentoksymetyloimidazoliowego do słodkich soli organicznych wynosi od 0,9 do 1,4.