DE60007257T2

DE60007257T2 - Verfahren zur Herstellung von Cucurbituril Derivaten

Info

Publication number: DE60007257T2
Application number: DE60007257T
Authority: DE
Inventors: Kimoon Nam-gu Kim; Jaheon Pohang-city Kim; In-Sun Pohang-city Jung; Soo-Young Nam-gu Kim; Eunsung Nam-gu Lee; Jin-Koo Nam-gu Kang
Original assignee: Pohang University of Science and Technology Foundation; Pohang University of Science and Technology
Current assignee: Pohang University of Science and Technology Foundation; Pohang University of Science and Technology
Priority date: 1999-10-21
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: EP1094065B1; US7160466B2; EP1094065A2; US20040039195A1; US6639069B2; EP1094065A3; US20020133003A1; US6365734B1; DE60007257D1; JP3432483B2; JP2001122877A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Cucurbituril-Derivate, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendungen.
Cucurbituril ist eine makrozyklische Verbindung, deren Herstellung zuerst von Behrend et al. 1905 (Liebigs Ann. Chem. 1905, 339, 1) beschrieben wurde. Gemäß ihres Berichts erzeugt die Kondensation von Glycoluril und überschüssigem Formaldehyd in Anwesenheit von Salzsäure (HCl) einen amorphen Feststoff. Lösen des Feststoffs in heißer konzentrierter Schwefelsäure, verdünnen der Lösung mit Wasser gefolgt von langsamem abkühlen der Lösung auf Raumtemperatur erzeugt ein kristallines Material. Fälschlicherweise haben sie diese Substanz als C₁₀H₁₁N₇O₄·2H₂O charakterisiert, ausschließlich auf Elementaranalyse basierend. 1981 wurde diese Substanz durch Mock und Mitarbeiter wieder entdeckt (J. Am. Chem. Soc., 1981, 103, 7367). Sie haben diese korrekt als eine hexamere makrozyklische Verbindung mit der Zusammensetzung C₃₆H₃₆N₂₄O₁₂ charakterisiert, was auch durch die Bestimmung der Röntgenkristallstruktur bestätigt wurde. Sie nannten sie Cucurbituril und wir bezeichnen sie von jetzt an als Cucurbit [6] uril .
Seitdem ist ein verbessertes Herstellungsverfahren für Cucurbit [6] uril offenbart worden ( DE 196 03 377 A1 ) . Gemäß dieses neuen Verfahrens werden Glycoluril und Formaldehyd bei 100 °C oder einer höheren Temperatur in Anwesenheit einer Säure umgesetzt und die Reaktionsmischung wird dann weiter bis auf 150 °C erhitzt, um die Reaktionsmischung zu konzentrieren. Kühlen der Mischung auf Raumtemperatur ergibt Cucurbit[6]uril. Dieses synthetische Verfahren kann die Ausbeute an Cucurbit[6]uril erhöhen. Jedoch wurde berichtet, dass dadurch nur das hexamere Cucurbituril, Cucurbit[6]uril, mit verbesserter Ausbeute hergestellt wird. Die Cucurbituril-Derivate, die ungefähr sechs Monomere besitzen, können nicht durch die ses Verfahren synthetisiert werden. Darüber hinaus erfordert das Syntheseverfahren eine viel höhere Reaktionstemperatur, wodurch es weniger praktikabel wird.
Zusätzlich ist Dekamethylcucurbit[5]uril beschrieben worden, bei welchem fünf Dimethandimethylglycoluril-Einheiten durch Kondensation von Dimethylglycoluril und Formaldehyd eine zyklische Struktur bilden (Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1992, 31, 1475).
Wie oben beschrieben, ist bis heute nur über zwei Cucurbituril-Derivate, Cucurbit[n]uril mit n=6 und Dekamethylcucurbit[n]uril mit n=5, berichtet worden. Die bekannten Cucurbituril-Derivate sind im Hinblick auf ihre Typen und Hohlraumgröße (5,5 oder weniger) sehr begrenzt. Auch sind sie in gängigen Lösemitteln wie Wasser oder Methanol unlöslich und damit sind ihre Anwendungen beschränkt.
WO 00 68232 A wurde nach den Prioritätsdaten der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht und offenbart Verfahren zur Herstellung von Cucurbit[n]urilen (wobei n von 4 bis 12 ist), in welchen Cucurbiturile in einem einzelnen Schritt unter Rückfluß-Bedingungen in Anwesenheit von konzentrierter Säure und Wasser hergestellt wird.
Allgemein stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Cucurbituril-Derivats, wie in Anspruch 1 und den angefügten Ansprüchen, zusammen mit den optionalen Merkmalen der Ansprüche 2 bis 6 definiert; ein Verfahren zur Herstellung eines Cucurbituril-Derivats, wie in Anspruch 7, zusammen mit den optionalen Merkmalen der Ansprüche 8 bis 12 definiert und ein Verfahren zur Herstellung eines Cucurbituril-Derivats, wie in Anspruch 13, zusammen mit den optionalen Merkmalen der Ansprüche 14 bis 19 definiert, bereit.
Ein Ziel der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es, neue Cucurbituril-Derivate mit verschieden großen Öffnungen und/oder mit verbesserter Löslichkeit in gängigen Lösemitteln herzustellen.
Ein anderes Ziel der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegende Erfindung ist es, einfache Herstellungsverfahren für die Cucurbituril-Derivate bereitzustellen.
Ein weiteres Ziel der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegende Erfindung ist es, Verwendungen für die Cucurbituril-Derivate bereitzustellen.
Ein Ziel kann durch neue Herstellungsverfahren für Cucurbituril-Derivate erreicht werden, welche die Formel (1) besitzen
worin X O, S oder NH ist; R₁ und R₂ unabhängig ausgewählt sind aus Gruppen, bestehend aus Wasserstoff, Alkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkenylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkynylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkylthiogruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkylcarboxylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Hydroxyalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkylsilylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkoxygruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Haloalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, der Nitrogruppe, Alkylamingruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, der Amingruppe, Aminoalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, unsubstituierten Cycloalkylgruppen mit 5 bis 30 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylgruppen mit 4 bis 30 Kohlenstoffatomen mit Heteroatomen, unsubstituierten Arylgruppen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen und Arylgruppen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen mit Heteroatomen und n eine ganze Zahl von 4 bis 20 ist.
Ein Basisverfahren eines erfindungsgemäßen Beispiels, das für die Herstellung von Cucurbituril-Derivaten verwendet wird, welche die Formel (1), wie hierin oben angegeben, besitzen, umfasst: (a1) hinzufügen von 3 bis 7 Molen einer Säure zu 1 Mol Verbindung (A), hierin unten, um eine Mischung zu bilden, hinzufügen von 2 bis 20 Molen des Alkylaldehyds (B), hierin unten, zu der Mischung und rühren der Mischung bei 70 bis 95 °C und (b1) rühren der Reaktionsmischung bei 95 bis 105 °C, um die Reaktion abzuschließen.
In einem anderen Ausführungsbeispiel können Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (1), wie unten abgebildet, besitzen, gebildet werden durch (a2) hinzufügen von 0,1 bis 1 Mol einer Säure zu 1 Mol Verbindung (A), wie hierin oben angegeben, um eine Mischung zu bilden, hinzufügen von 2 bis 20 Molen des Alkylaldehyds (B), wie hierin oben angegeben, zu der Mischung und rühren der Mischung bei 70 bis 85 °C, um ein Intermediat im Gel-Zustand zu erhalten und (b2) trocknen des Gels, hinzugeben von 3 bis 7 Molen einer Säure für jedes Mol des getrockneten Zwischenprodukts und rühren der Reaktionsmischung bei 70 bis 105 °C.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (1), wie hierin oben angegeben, besitzen, durch (a3) platzieren von Ver bindung (A), wie hierin oben angegeben, und 0,1 bis 1 Mol einer Säure und 2 bis 20 Molen des Alkylaldehyds (B), wie hierin oben angegeben, für jedes Mol von Verbindung (A), wie hierin oben angegeben, in einen Hochdruckreaktor und Umsetzung der Mischung bei 80 bis 130 °C, um ein oligomeres Intermediat in Pulverform zu erhalten und (b3) hinzugeben von 3 bis 7 Molen einer Säure für jedes Mol des oligomeren Intermediats und rühren der Mischung bei 70 bis 105 °C.
Die Reaktionsprodukte der Schritte (b1), (b2) und (b3) sind eine Mischung aus zwei oder mehr Cucurbituril-Derivaten, welche die Formel (2) besitzen, mit einem wert für n von 5 bis 20, in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen.
Die typischen Reaktionsprodukte der Schritte (b1), (b2) und (b3) sind eine Mischung aus 5–30 % des Cucurbituril-Derivats, bei welchem n=5 ist, 30–70 % des Cucurbituril-Derivats, bei welchem mit n=6 ist, 5–30 % des Cucurbituril-Derivats, bei welchem n=7 ist, 2–15 % des Cucurbituril-Derivats, bei welchem n=8 ist und 1–10 % des Cucurbituril-Derivats, bei welchem n=9 bis 20 ist.
Jedes der obigen drei Verfahren zur Herstellung von Cucurbituril-Derivaten, welche die Formel (1), wie hierin oben angegeben, besitzen, kann weiterhin umfassen: (c1) Kristallisieren des Cucurbituril-Derivats, das die Formel (1) mit n=8 besitzt, aus den Produktmischungen, die in den Schritten (b1), (b2) oder (b3) erhalten wurden; (d1) Verdünnen der verbleibenden Lösung nach Schritt (c1) mit Wasser und Aceton, um einen Niederschlag zu erzeugen, der abfiltriert wird und in Schritt (e1) weiter behandelt wird und Entfernen des Lösemittels aus dem resultierenden Filtrat, um die Cucurbituril-Derivate zu erhalten, welche die Formel (1), mit n im Bereich von 9 bis 20 zu erhalten und (e1) teilweises Lösen des in Schritt (d1) erhaltenen Niederschlags in Wasser, um die Cucurbituril-Derivate mit n=5 und 7 aus der wasserlöslichen Fraktion und das Cucur bituril-Derivat mit n=6 aus der wasserunlöslichen Fraktion zu erhalten. Die Abtrennung des Cucurbituril-Derivats mit n=5 vom Cucurbituril-Derivat mit n=7 aus der wasserlöslichen Fraktion, welche in Schritt (e1) erhalten wird, wird durch Teilausfällung unter Verwendung eines Lösemittelgemischs aus Wasser und Methanol erreicht.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung können die durch die erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (1) besitzen, eingesetzt werden, um organische Farbstoffe aus Abwasser, Schwermetalle aus Wasser und radioaktive Isotope aus radioaktiven Abfällen zu entfernen, unangenehme Gerüche und Luftverschmutzungen wie Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, NO_X und SO_X zu binden und zu entfernen und um Abwasser aus der Tierzucht und der Eisenverarbeitung geruchlos zu machen und zu entfärben. Auch sind die Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (1) besitzen, bei der Herstellung von Sensoren für die Erfassung von Ammoniumionen, organischen Aminen, Aminosäure-Derivaten, Nukleinsäurebasen, Alkalimetall- oder Erdalkalimetall-Ionen einsetzbar. Die Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (1) besitzen, können als Additive für Polymere, Kosmetika, künstlich parfümierte Papiere oder Textilien, Pestizide und Herbizide und Arzneimittel und als Arzneimittelträger verwendet werden. Die Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (1) besitzen, können zur Extraktion und Reinigung von Fulleren- oder Caboran-Verbindungen verwendet werden und als Packmaterialien für Chromatographiesäulen, als Additive für Gasabtrennmembranen und als Katalysatoren für verschiedene chemische Reaktionen eingesetzt werden.
Für solche Anwendungen kann jedes Cucurbituril-Derivat, das gemäß der vorliegenden Erfindung synthetisiert wird, verwendet werden. Eine Mischung der Cucurbituril-Derivate aus Schritt (b1), (b2) oder (b3) kann für die oben aufgelisteten Zwecke ohne weitere Reinigung verwendet werden.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie deren Ausführungsbeispiele verwirklicht werden können, wird nun beispielhaft Bezug auf die beigefügten diagrammartigen Zeichnungen genommen, in welchen:
1 ein Diagramm ist, das die Synthesewege für Cucurbituril-Derivate gemäß einem erfindungsgemäßen Beispiel veranschaulicht;
2 die Trennung der Cucurbituril-Derivate veranschaulicht, die durch die in 1 veranschaulichten Wege erhalten werden und
3 bis 5 die Röntgenkristallstrukturen der Cucurbituril-Derivate zeigen, die in den Synthesebeispielen 1 bis 3 hergestellt werden.
Bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele stellen Cucurbituril-Derivate bereit, welche die Formel (1) besitzen
worin X O, S oder NH ist; R₁ und R₂ unabhängig ausgewählt sind aus den Gruppen bestehend aus Wasserstoff, Alkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkenylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkynylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkylthiogruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkylcarboxylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Hydroxyalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkylsilylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkoxygruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Ha loalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, der Nitrogruppe, Alkylamingruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, der Amingruppe, Aminoalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, unsubstituierten Cycloalkylgruppen mit 5 bis 30 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylgruppen mit 4 bis 30 Kohlenstoffatomen mit Heteroatomen, unsubstituierten Arylgruppen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen und Arylgruppen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen mit Heteroatomen und n eine ganze Zahl von 4 bis 20 ist, worin die Cucurbituril-Derivate die Formel (1) besitzen, wobei n=6, R₁=H, R₂=H und X=O und n=5, R₁=CH₃, R₂=H und X=O ausgeschlossen sind.
Die Alkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen können für R₁ und R₂ Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl- und t-Butylgruppen einschließen. Die Alkenylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen können für R₁ und R₂ Propylen- und Butengruppen einschließen und die Alkynylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen können dafür eine Hexynylgruppe einschließen. Die Alkylthiogruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen können Butylmethylsulfid- und Oktanthiolgruppen einschließen. Die Alkylcarboxylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen können Carboxypropyl- und Carboxylbutylgruppen einschließen und die Hydroxyalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen können Hydroxybutyl- und Hydroxyethylgruppen einschließen. Die Alkylsilylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen können Aryltriethylsilyl- und Vinyltriethylsilylgruppen einschließen und die Alkoxygruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen können Methoxy- und Ethoxygruppen einschließen. Die Haloalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen können CF₃ und CH₂Cl einschließen und die Aminoalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen können 2-Aminobutyl- und 1-Aminobutylgruppen einschließen. Die unsubstituierten Cycloalkylgruppen mit 5 bis 30 Kohlenstoffatomen können Cyclohexyl- und Cyclopentylgruppen einschließen und die Cycloalkylgruppen mit 4 bis 30 Kohlenstoffatomen mit Heteroatomen können Pipe ridyl- und Tetrahydrofuranylgruppen einschließen. Die unsubstituierten Arylgruppen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen können Phenyl-, Benzyl- und Naphthylgruppen einschließen und die Arylgruppen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen mit Heteroatomen können Pentafluorphenyl- und Pyridylgruppen einschließen.
In Anbetracht der obigen Beispiele für R₁ und R₂ in der Formel (1), wie hierin oben angegeben, können die folgenden Verbindungen Beispiele der Cucurbituril-Derivate sein, welche die Formel (1) besitzen.
Mit anderen Worten kann in der Formel (1), wie hierin oben angegeben, R₁ eine Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, Isobutyl-, t-Butyl-, Phenyl- oder Pyridylgruppe sein und R₂ kann Wasserstoff, eine Methyl-, Propyl-, Phenyl-, Trichlormethyl-, Trifluormethyl-, Parafluorphenyl oder eine α,α,α-Trifluortolylgruppe sein. Alternativ kann R₁ Wasserstoff sein und R₂ kann eine Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Phenyl-, Trichlormethyl-, Trifluormethyl-, Parafluorphenyl oder eine α,α,α-Trifluortolylgruppe sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann R1 eine Methylgruppe sein und R₂ kann eine Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Phenyl-, Trichlormethyl-, Trifluormethyl-, Parafluorphenyl oder eine α,α,α-Trifluortolylgruppe sein. Stärker bevorzugt besitzen Cucurbituril-Derivate die Formel (1), wie hierin oben angegeben, worin X=O, R₁ und R₂ beide Wasserstoff sind und n=5 ist oder einen Wert von 7 bis 20 hat und worin X=NH oder S, R₁ und R₂ beide Wasserstoff sind und n ein Wert von 5 bis 20 ist.
Nachfolgend werden Beispiele von Verfahren zur Synthese der Cucurbituril-Derivate gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele beschrieben. Die folgenden Verfahren, die sich von den konventionellen Syntheseverfahren unterscheiden, können auch für die Synthese der Cucurbituril-Derivate eingesetzt werden, welche die Formel (1) mit n=6, R₁=H, R₂=H und X=O oder mit n=5, R₁=CH₃, R₂=H und X=O besitzen und die bereits bekannt sind.
Ein Verfahren zur Synthese der Cucurbituril-Derivate gemäß der erfindungsgemäßen Beispiele kann entsprechend der Reaktionsbedingungen und dem Zustand des Intermediats in eines von drei Verfahren eingestuft werden (siehe 1).
Bezüglich des ersten Syntheseverfahrens der Cucurbituril-Derivate wird eine Säure zu der Verbindung (A) in einer Menge von 3 bis 7 Molen, bezogen auf 1 Mol der Verbindung (A), hinzugegeben und gemischt. Bevorzugt ist die Säure mit Wasser oder einem organischen Lösemittel verdünnt, so dass sie 1 bis 12M ist, aber bevorzugt so, dass sie 6 bis 12M ist. Es kann jede Säure, die imstande ist, die Verbindung (A) wie Glycoluril (R₁=H) zu lösen, wie zum Beispiel Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Essigsäure, Salpetersäure und eine Mischung dieser Säuren, verwendet werden. Das organische Lösemittel als Verdünnungsmittel der Säure kann Dimethylsulfoxid, N,N-Dimethylformamid, Methanol, Ethanol, Chloroform oder eine Mischung dieser Lösemittel sein.
Die Verbindung (A) (X=0) kann durch das folgende Verfahren synthetisiert werden und die Verbindung (A) mit R₁ = H und X =0 (Glycoluril) kann erworben werden.
wie im folgenden Reaktionsschema gezeigt, werden Harnstoff und Verbindung (C) in einer wässrigen sauren Lösung oder einem Säure-enthaltenden organischen Lösemittel gelöst und einen bestimmten Zeitraum lang gerührt. Das Entfernen des Wassers oder des organischen Lösemittels aus der Reaktionsmischung ergibt Verbindung (A) (X=O). Die Verbindung (A) mit X = S oder NH kann durch ein ähnliches Verfahren erhalten werden.
Verbindung A (X=O) wird mit dem Alkylaldehyd (B) in einer sauren Lösung umgesetzt, während bei 70 bis 95 °C 6 bis 24 Stunden lang gerührt wird. Die Menge des verwendeten Alkylaldehyds (B) beträgt 2 bis 20 Mole für jedes Mol Glycoluril, aber bevorzugt 4 Mole. Zum Beispiel kann der Alkylaldehyd (B) Formaldehyd, Acetaldehyd, Propionaldehyd, Benzaldehyd und dergleichen sein. während der Reaktion ändert sich die Farbe der Reaktionslösung mit der Zeit in dunkelrot.
Die Reaktionsmischung wird bei 95 to 105 °C weiter umgesetzt. Das Reaktionsendprodukt variiert in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur und der Menge der Reaktionspartner. Das übliche Reaktionsendprodukt ist eine Mischung aus zwei oder mehr Cucurbituril-Derivaten, welche die Formel (1), wie hierin oben angegeben, besitzen, worin n ein Wert von 5 bis 20 ist.
Gewöhnlich ist das Reaktionsprodukt eine Mischung aus 5 bis 30 % des Cucurbituril-Derivats, bei welchem n=5 ist, 30 bis 70 % des Cucurbituril-Derivats, bei welchem n=6 ist, 5 bis 30 % des Cucurbituril-Derivats, bei welchem n=7 ist, 2 bis 15 % des Cucurbituril-Derivats, bei welchem n=8 ist und 1 bis 10 % der Cucurbituril-Derivate, bei welchen n=9 bis 20 ist.
Jedoch kann während der Reaktion bei 95 bis 105 °C, in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur, dem Feuchtigkeitsgehalt der Luft und der Konzentration der Reakti onspartner, das Cucurbituril-Derivat, bei dem n=6 ist, in kristalliner Form ausfallen.
Dann werden die resultierenden Cucurbituril-Derivate durch folgendes Verfahren der fraktionierten Kristallisation, wie in 2 gezeigt, von einander getrennt.
Zuerst wird die letzte Reaktionsmischung mit Wasser verdünnt und bei Raumtemperatur auf dem Labortisch stehen gelassen, um das Cucurbituril-Derivat, das die Formel (1), wie hierin unten dargestellt, besitzt, worin n=8 ist
worin X O, S oder NH ist; R₁ und R₂ unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Alkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkenylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkynylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkylthiogruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkylcarboxylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Hydroxyalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkylsilylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkoxygruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Haloalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, der Nitrogruppe, Alkylamingruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, der Amingruppe, Aminoalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, unsubstituierten Cycloalkylgruppen mit 5 bis 30 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylgruppen mit 4 bis 30 Kohlenstoffatomen mit Heteroatomen, unsubstituierten Arylgruppen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen und Arylgruppen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen mit Heteroatomen und n eine ganze Zahl mit 4 bis 20 ist, zu ergeben.
Während dieses Trennschritts kann das Cucurbituril-Derivat mit n=6 in kristalliner Form gebildet werden und kann von dem Cucurbituril-Derivat mit n=8 in der Formel (1), leicht mit einem Lösemittel abgetrennt werden. Das Lösemittel für die Verwendung bei der Abtrennung des Cucurbituril-Derivats mit n=6 ist kann eine Alkalimetallionensalz-Lösung, wie Na₂SO₄ oder K₂SO₄, eine Aminsäuresalz-Lösung (H₂N-R-NH₂·2HCl) oder eine Ameisensäure-Lösung sein. Das kristalline Cucurbituril-Derivat mit n=6 ist in einem solchen Lösemittel löslich, wohingegen das Cucurbituril-Derivat mit n=8 ist vergleichsweise weniger löslich in dem Lösemittel ist, was die Trennung der beiden Reaktionsprodukte ermöglicht.
Nach der Abtrennung des Cucurbituril-Derivats der mit n=8 in Formel (1)ist wird das Filtrat weiter mit Wasser und Aceton verdünnt und filtriert. Bevorzugt werden Wasser und Aceton in einem Volumenverhältnis von 1:3 bis 1:7 hinzugegeben. Das Filtrat enthält nach der Filtration die Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (1) besitzen, worin n=9 bis 20 ist. Unterdessen wird der Filterkuchen in Wasser gelöst. Hierbei werden die Cucurbituril-Derivate mit n=5 und 7 in der Formel (1) als Hauptkomponente der wasserlöslichen Fraktion erhalten. Die Hauptkomponente in der wasserunlöslichen Fraktion ist the Cucurbituril-Derivat mit n=6 in der Formel (1).
Die Cucurbituril-Derivate mit n=5 und 7 in der Formel (1) können, wie in 2 veranschaulicht, mit einer Mischung aus Wasser und Methanol in einem Volumenverhältnis von 1:0,7 bis 1:1,3 von einander abgetrennt werden. Das heißt, dass Wasser und Methanol zu der Lösung hinzugegeben werden, welche die Cucurbituril-Derivate mit n=5 und 7 enthalten und filtriert wird. Die unlösliche Fraktion wird dann mit Tetrahydrofuran (THF) und Aceton umkristallisiert, um das reine kristalline Cucurbituril-Derivat mit n=7 in der Formel (1) zu erhalten. Auch das Filtrat, das die in Wasser und Methanol lösliche Fraktion dar stellt, wird mit einer wässrigen Säure-Lösung umkristallisiert, um das kristalline Cucurbituril-Derivat mit n=5 in der Formel (1) zu erhalten.
Im zweiten Syntheseverfahren der Cucurbituril-Derivate gemäß der erfindungsgemäßen Beispiele, wird dann eine relativ kleine Menge Säure, verglichen mit dem vorher erwähnten Verfahren, zu der Reaktionsmischung aus Verbindung (A) und Alkylaldehyd (B) hinzugegeben, um zu einem Intermediat in einem Gel-Zustand zu gelangen. Dann wird das intermediäre Produkt mit einer Säure behandelt, um die Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (1), wie hierin oben angegeben, besitzen, zu erhalten.
Insbesondere wird eine Säure zu der Verbindung (A) in einer Menge von 0,1 bis 1 Mol, bezogen auf 1 Mol der Verbindung (A) hinzugegeben. Die hinzugegebene Säure kann mit Wasser oder einem organischen Lösemittel im gleichen Verhältnis wie im oben erwähnten, ersten Verfahren, verdünnt sein. Beispiele geeigneter organischer Lösemitteln wurden im ersten Syntheseverfahren beschrieben und deshalb werden hier keine Beispiele organischer Lösemitteln aufgeführt.
Dann werden 2 bis 20 Mole, aber bevorzugt 2 bis 4 Mole des Alkylaldehyds (B), bezogen auf 1 Mol der Verbindung (A), zu der Mischung hinzugefügt und diese bei 70 bis 85 °C umgesetzt, um das Intermediat in einem Gel-Zustand zu erhalten.
Nach dem Trocknen des Zwischenprodukts werden 3 bis 7 Mole einer Säure, bezogen auf 1 Mol des intermediären Produkts, hinzugegeben und es wird bei 70 bis 105 °C gerührt. Hierbei wird die Säure mit Wasser oder einem organischen Lösemittel vor der Zugabe verdünnt.
Im vorliegenden Verfahren variiert das Reaktionsendprodukt wie im ersten Syntheseverfahren leicht, in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur und der Menge der Reaktionspartner. Gewöhnlich ist das Reaktionsendprodukt jedoch eine Mischung aus zwei oder mehr Cucurbituril- Derivaten der Formel (1), wie hierin oben angegeben, wobei n ein Wert von 5 bis 20 ist.
Typischerweise ist das Reaktionsendprodukt eine Mischung aus 5 bis 30 % des Cucurbituril-Derivats, bei dem n=5 ist, 30 bis 70 % des Cucurbituril-Derivats, bei dem n=6 ist, 5 bis 30 % des Cucurbituril-Derivats, bei dem n=7 ist, 2 bis 15 % des Cucurbituril-Derivats, bei dem n=8 ist und 1 bis 10 % der Cucurbituril-Derivate, bei welchen n=9 bis 20 ist.
Dann wird die fraktionierte Trennung, die unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurde, durchgeführt, um wie im ersten Syntheseverfahren die Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (2), wie hierin oben angegeben, besitzen, worin n ein wert von 5 bis 20 ist, zu erhalten.
Das dritte Syntheseverfahren der durch die erfindungsgemäßen Beispiele offenbarten Cucurbituril-Derivate, welches sich von den beiden vorher erwähnten Syntheseverfahren unterscheidet, schließt eine Reaktion unter hohem Druck ein. In diesem Syntheseverfahren wird, wie im zweiten Syntheseverfahren, die Menge der hinzugefügten Säure für die Reaktion zwischen der Verbindung (A) und dem Alkylaldehyd (B) reduziert, um ein oligomeres Pulver als Intermediat zu erhalten. Das erhaltene Intermediat wird mit einer Säure behandelt, um die Cucurbituril-Derivate, welche die (1), wie hierin oben angegeben, besitzen, zu synthetisieren. Im Gegensatz zu den beiden vorher erwähnten Verfahren, wird das Cucurbituril-Derivat, bei dem n=7 ist, in einer vergleichsweise höheren Ausbeute erzeugt, wohingegen das Cucurbituril-Derivat, bei dem n=6 ist, in einer vergleichsweise geringeren Ausbeute erzeugt wird.
Insbesondere werden die Verbindung (A), eine Säure und der Alkylaldehyd (B) in einen Hochdruckreaktor gegeben. Hierbei werden 0,1 bis 1 Mol Säure und 2 bis 4 Mole des Alkylaldehyds (B), bezogen auf 1 Mol der Verbindung (A), hinzugegeben. Die Säure wird vor der Verwendung mit Wasser oder einem organischen Lösemittel verdünnt. Die Konzentration der verdünnten Säure kann in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen variieren, aber bevorzugt werden 1 bis 12M, stärker bevorzugt 6 to 12M der Säure-Lösung hinzugegeben. Dann wird die Mischung bei 80 bis 130 °C umgesetzt. Bevorzugt wird die Reaktion bei einem Druck von 15 bis 100 psi, aber stärker bevorzugt 20 bis 80 psi, durchgeführt. Wenn der Reaktionsdruck höher als 100 psi ist, kann dadurch der Syntheseprozess in einen gefährlichen Zustand geraten. Wenn der Reaktionsdruck hingegen niedriger als 15 psi ist, kann die Ausbeute gering sein.
Nach Abschluss der Reaktion wird das feste Reaktionsprodukt mit Wasser oder einem organischen Lösemittel gewaschen und getrocknet, um Oligomere in Pulverform als Intermediat zu ergeben.
Dann werden 3 bis 7 Mole einer Säure für jedes Mol Oligomer hinzugegeben und die Mischung wird bei 70 bis 105 °C gerührt. Wie im ersten und zweiten Syntheseverfahren ist die hierbei zugegebene Säure mit Wasser oder einem organischen Lösemittel verdünnt. Die Konzentration und Typen der geeigneten Säuren sind auch mit denen im ersten und zweiten Syntheseverfahren identisch. Als Ergebnis wird, wie im ersten und zweiten Syntheseverfahren, eine Mischung aus zwei oder mehr Cucurbituril-Derivaten, welche die Formel (2) besitzen, worin n ein Wert von 5 bis 20 ist, erhalten.
Gewöhnlich ist das Reaktionsendprodukt eine Mischung aus 5 bis 30 % des Cucurbituril-Derivats, bei dem n=5 ist, 30 bis 70 % des Cucurbituril-Derivats, bei dem n=6 ist, 5 bis 30 % des Cucurbituril-Derivats, bei dem n=7 ist, 2 bis 15 % des Cucurbituril-Derivats, bei dem n=8 ist und 1 bis 10 % der Cucurbituril-Derivate, bei denen n=9 bis 20 ist.
Nachdem die Reaktion zwischen den Oligomeren und der Säure abgeschlossen ist, wird das in 2 gezeigte Trennverfahren durchgeführt, um wie im ersten und zweiten Syntheseverfahren die Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (1), wie hierin oben angegeben, besitzen, worin n ein Wert von 5 bis 20 ist, zu erhalten.
Die Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (1) mit X=S besitzen, können auch durch die oben beschriebenen Verfahren, unter Verwendung einer Verbindung (A) mit X = S anstelle von X=O, synthetisiert werden. Hierbei kann die Verbindung (A) mit X=S in gleicher Art wie vorher beschrieben synthetisiert werden, außer dass Thioharnstoff anstelle von Harnstoff verwendet wird. Darüber hinaus können die oben beschriebenen Verfahren bei der Synthese der Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (1) mit X= NH besitzen, eingesetzt werden.
Bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele stellen einfache Herstellungsverfahren für die Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (1) besitzen, worin n in einem Bereich von 5 bis 20 liegt, und Trennverfahren bereit, die auf deren unterschiedlicher Löslichkeit in einem gängigen Lösemittel wie Wasser, Aceton und Methanol basieren.
Die Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (1) besitzen, die mittels der erfindungsgemäßen Beispiele offenbart werden und welche als Ersatz für Cyclodextrin verwendet werden können, besitzen Öffnungen, die einen Durchmesser von 4 bis 15 A haben, welche geeignet sind, Gastmoleküle wie zyklische Benzol-Derivate, Naphthalin-Derivate, Carboran-Derivate, Fulleren-Derivate, Ferrocen-Derivate und Adamantan-Derivate in ihren Öffnungen einzuschließen. Die Cucurbituril-Derivate können selektiv solche Verbindungen durch Einschluss darin entfernen. In dem Fall, dass X=O in der Formel (1) ist und die Cucurbituril-Derivate mit einem Ammoniumsalz oder einem Alkalimetallion komplexiert sind, sind die Cucurbituril-Derivate in Wasser löslich. Auch fallen die Cucurbituril-Derivate bei einem bestimmten pH zusammen mit organischen Farb stoffen aus. In dem Fall, dass X=S oder NH ist, oder R₁ oder R₂ Propyl oder eine längere Alkylkette sind, sind die Cucurbituril-Derivate in organischen Lösemitteln löslich, wodurch sie eine breitere Anwendung als vorher bekannte Cucurbituril-Derivate bereitstellen.
Die Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (1) besitzen, können verschiedene Verbindungen unterschiedlicher Größe einschließen und haben Lewis-Basen-Atome in der Nähe der Molekülöffnungen, welche chemische Bindungen mit geladenen Metallionen, organometallischen Ionen oder organischen Verbindungen ausbilden können und deshalb können die Cucurbituril-Derivate einen großen Anwendungsbereich besitzen. Insbesondere können die Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (1) besitzen, gemäß der erfindungsgemäßen Beispiele verwendet werden, um organische Farbstoffe aus Abwasser, Schwermetalle aus Wasser und radioaktive Isotope aus radioaktiven Abfällen zu entfernen, unangenehme Gerüche und Luftverschmutzungen wie Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, NO_X und SO_X zu binden und zu entfernen und um Abwasser aus der Tierzucht und der Eisenverarbeitung geruchlos zu machen und zu entfärben. Auch sind die Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (1) besitzen, bei der Herstellung von Sensoren für die Erfassung von Ammoniumionen, organischen Aminen, Aminosäure-Derivate, Nukleinsäurebasen, Alkalimetall- oder Erdalkalimetall-Ionen einsetzbar. Die Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (1) besitzen, können als Additive für Polymere, Kosmetika, künstlich parfümierte Papiere oder Textilien, Pestizide und Herbizide und Arzneimittel und als Arzneimittelträger verwendet werden. Die Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (1) besitzen, können zur Extraktion und Reinigung von Fulleren- oder Caboran-Verbindungen verwendet werden und als Packmaterialien für Chromatographiesäulen, als Additive für Gasabtrennmembra nen, als Katalysatoren für verschiedene chemische Reaktionen eingesetzt werden.
Für die oben aufgeführten Zwecke können die Cucurbituril-Derivate in gemischter Form, zusammen mit dem Cucurbituril-Derivat, das die Formel (1) besitzt, worin n=6, R₁=H, R₂=H und X=O ist und/oder dem Cucurbituril-Derivat, das die Formel (1) besitzt, worin n=5, R₁=CH₃, R2=H und X=O ist, verwendet werden.
Bei den in den erfindungsgemäßen Beispielen offenbarten Anwendungen der Cucurbituril-Derivate kann ein bestimmtes, reines Cucurbituril-Derivat oder eine Mischung aus Cucurbituril-Derivaten verwendet werden. Wenn jedoch der Unterschied der Wirkungen zwischen den verschiedenen verwendeten Typen von Cucurbituril-Derivaten nicht groß ist, ist die Verwendung einer Mischung aus Cucurbituril-Derivaten, die mittels einem der drei Verfahren von 1 hergestellt wurden, aus Kostengründen bevorzugt, da kein zusätzliches Reinigungsverfahren erforderlich ist.
Erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele werden nun mittels der folgenden Beispiele detaillierter beschrieben. Die folgenden Beispiele sollen der Veranschaulichung dienen und nicht den Umfang der Erfindung einschränken.
<Synthese Beispiel 1 > Herstellung des Cucurbituril-Derivat, welches die Formel (1) besitzt, worin n=5, X=O, R1=H und R2=H ist
Verfahren 1
5,68 g Glycoluril wurde zu 20 ml einer wässrigen 9M Schwefelsäure-Lösung (H₂SO₄) hinzugefügt und es wurde bei 70 °C gerührt. 7,0 ml Formaldehyd wurden zu der Reaktionsmischung hinzugegeben und es wurde bei 70 to 75 °C 24 Stunden lang gerührt.
Dann wurde die Temperatur der Reaktionsmischung weiter auf 95 bis 100 °C erhöht und 12 Stunden lang gerührt. Das Reaktionsprodukt wurde mit 50 ml Wasser verdünnt und 1,0 l Aceton hinzugegeben, um einen Niederschlag zu bilden. Der erhaltenen Niederschlag wurde abfiltriert, mit Aceton gewaschen und 24 Stunden lang getrocknet.
Der Niederschlag wurde in 200 ml Wasser gelöst und die wasserunlösliche Fraktion wurde abfiltriert. 800 ml Aceton wurden zur Ausfällung zu dem Filtrat hinzugefügt. Der Niederschlag wurde abfiltriert und in 200 ml einer Mischung aus Wasser und Methanol (gemischt im Volumenverhältnis 1:1) gelöst. Die in der Mischung aus Wasser und Methanol unlösliche Fraktion wurde abfiltriert und 100 ml Aceton wurden dem Filtrat hinzugefügt, um einen Niederschlag zu bilden.
Der Niederschlag wurde abfiltriert, mit Aceton gewaschen und 24 Stunden lang vakuumgetrocknet. Das getrocknete Pulver wurde in 1M H₂SO₄-Lösung gelöst und bei 5 bis 10 °C aufbewahrt, um ein farbloses kristallines Cucurbit[5]uril in einer Ausbeute von 10 % zu ergeben.
Verfahren 2
8 ml Formaldehyd wurden zu 5,68 g Glycoluril hinzugegeben und bei 75 °C 20 Minuten lang gerührt. 1 ml wässrige 12M HCl-Lösung wurden zu der Reaktionsmischung hinzugefügt es wurde und bei 70 to 75 °C 30 Minuten lang gerührt. Nachdem die Reaktion abgeschlossen war, härtete die Reaktionslösung unter Bildung eines Gels aus. Das erhaltene Gel wurde mit Wasser und Aceton gewaschen und über Nacht vakuumgetrocknet.
18 ml wässrige 11M H₂SO₄-Lösung wurden zu der resultierenden festen Verbindung hinzugegeben und es wurde bei 80 °C 12 Stunden lang gerührt.
Die Reaktionsmischung wurde mit 200 ml Wasser verdünnt und es wurde noch 1,0 l Aceton hinzugegeben, um einen Niederschlag zu bilden. Der Niederschlag wurde abfiltriert und dann in einer Mischung aus 200 ml Wasser und 800 ml Aceton 5 Minuten lang gerührt. Der Niederschlag wurde abfiltriert und in 200 ml Wasser gelöst.
Dann wurde die wasserunlösliche Fraktion abfiltriert und 1,0 l Aceton wurde zu dem Filtrat hinzugefügt, um einen Niederschlag zu bilden. Der Niederschlag wurde abfiltriert und in einer Mischung aus 50 ml Wasser und 60 ml Methanol gelöst. Die unlösliche Fraktion wurde abfiltriert und 500 ml Aceton wurden zu dem Filtrat hinzugegeben, um einen Niederschlag zu bilden. Der Niederschlag wurde abfiltriert, mit Aceton gewaschen und 24 Stunden lang getrocknet, um ein Cucurbit[5]uril in einer Ausbeute von 10 % zu ergeben.
Verfahren 3
5,68 g Glycoluril, 10,0 ml Formaldehyd und 1,0 ml konzentrierte HCl wurden in einen Hochdruckreaktor gegeben und bei 115 °C 12 Stunden lang umgesetzt. Nachdem die Reaktion abgeschlossen war wurde ein pulverförmiges Reaktionsprodukt erhalten. Das pulverförmige Reaktionsprodukt wurde mit Wasser und Aceton gewaschen und über Nacht vakuumgetrocknet getrocknet. 10 ml wässrige 10M H₂SO₄- Lösung wurden zu der getrockneten Verbindung hinzugegeben und es wurde bei 80 °C 12 Stunden lang gerührt.
Das Reaktionsprodukt wurde mit 200 ml Wasser verdünnt und 1,0 l Aceton wurde zu der Lösung hinzugegeben, um einen Niederschlag zu bilden. Der Niederschlag wurde abfiltriert, mit Aceton gewaschen und 25 Stunden lang vakuumgetrocknet.
Der Niederschlag wurde in 200 ml Wasser und 600 ml Aceton gelöst und filtriert. Der erhaltene Niederschlag wurde in 150 ml Wasser gelöst und filtriert. 1,0 l Aceton wurde zu dem Filtrat hinzugefügt, um einen Niederschlag zu bilden. Der Niederschlag wurde abfiltriert und in einer Mischung aus 50 ml Wasser und 60 ml Methanol gelöst. Die in der Lösung aus Wasser und Methanol unlösliche Fraktion wurde abfiltriert und 500 ml Aceton wurden zu dem Filtrat hinzugefügt, um einen Niederschlag zu bilden.
Der Niederschlag wurde abfiltriert, mit Aceton gewaschen und vakuumgetrocknet, um weißes, festes Cucurbit[5]uril in einer Ausbeute von 10 % zu ergeben.
¹H-NMR (D₂O/CF₃COOD/D₂SO₄, 500 MHz) δ 4,43 (d, 10H, J=15,5 Hz), 5,65 (s, 10H), 5,85 (d, 10H, J=15,5 Hz)
¹³C-NMR (D₂O/CF₃COOD/D₂SO₄, 125 MHz), δ 54,0, 72,9, 160,0
Die Kristallstruktur des erhaltenen Cucurbituril-Derivats wurde mittels Röntgenkristallographie bestimmt. Das Ergebnis ist in 3 gezeigt.
<Synthese-Beispiel 2> Herstellung des Cucurbituril-Derivats, welches die Formel (1) besitzt, worin n=7, X=O, R₁=H und R₂=H ist
Verfahren 1
5,68 g Glycoluril wurden zu 20 ml einer wässrigen 9M H₂SO₄-Lösung hinzugefügt und bei 70 °C 30 Minuten lang gerührt. 7,0 ml Formaldehyd wurden zu der Reaktionsmischung hinzugegeben und es wurde bei 75 °C 24 Stunden lang gerührt.
Dann wurde die Reaktionsmischung mit 200 ml Wasser verdünnt und 1,0 l Aceton wurde hinzugefügt, um einen Niederschlag zu bilden. Der erhaltene Niederschlag wurde abfiltriert, mit Aceton gewaschen und 24 Stunden lang getrocknet.
Der Niederschlag wurde in 200 ml Wasser und 800 ml Aceton gelöst und 5 Minuten lang gerührt. Der Niederschlag wurde abfiltriert, in einer Mischung aus 200 ml Wasser und 600 ml Aceton gelöst und 5 Minuten lang gerührt. Der Niederschlag wurde abfiltriert, mit Aceton gewaschen und 24 Stunden lang vakuumgetrocknet.
Das Reaktionsprodukt wurde in 100 ml Wasser gelöst und die wasserunlösliche Fraktion wurde abfiltriert.
1,0 l Aceton wurden zu dem Filtrat hinzugefügt, um einen Niederschlag zu bilden. Der erhaltene Niederschlag wurde abfiltriert und in einer Mischung aus 50 ml Wasser und 50 ml Methanol gelöst.
Die in der Mischung aus Wasser und Methanol unlösliche Fraktion wurde abfiltriert, mit Aceton gewaschen und 24 Stunden lang vakuumgetrocknet.
Das getrocknete Pulver wurde in Wasser gelöst, die wasserunlösliche Fraktion der Lösung wurde mit einer geeigneten Menge H₂SO₄ vollständig in Lösung gebracht.
5 Volumen-% THF, bezogen auf die Gesamtlösung, wurden vorsichtig zu der Lösung hinzugegeben und das Aceton wurde bei Raumtemperatur 12 Stunden lang durch dampfförmig in die Lösung eingebracht. Dann wurde das Reaktionsprodukt in einem auf 6° C eingestellten Kühlschrank 12 Stunden lang gelagert, um farbloses, kristallines Cucurbit[7]uril einer Ausbeute von 20 % zu ergeben.
Verfahren 2
7 ml Formaldehyd wurden zu 5,68 g Glycoluril hinzugegeben und bei 70 °C 30 Minuten lang gerührt. 1,0 ml wässrige 12M HCl-Lösung wurden zu der Reaktionsmischung hinzugefügt und es wurde bei 75 °C 30 Minuten lang gerührt. Nachdem die Reaktion abgeschlossen war härtete die Lösung unter Bildung eines Gels aus. Das erhaltenen Gel wurde mit Wasser und Aceton gewaschen und über Nacht vakuumgetrocknet. 10 ml wässrige 11M H₂SO₄-Lösung wurden zu der resultierenden festen Verbindung hinzugegeben und es wurde bei 80 °C 12 Stunden lang gerührt.
Die Reaktionsmischung wurde mit 200 ml Wasser verdünnt und es wurde noch 1,0 ml Aceton hinzugegeben, um einen Niederschlag zu bilden. Der Niederschlag wurde abfiltriert und dann in einer Mischung aus 200 ml Wasser und 600 ml Aceton 5 Minuten lang gerührt. Der Niederschlag wurde abfiltriert, mit Aceton gewaschen und 24 Stunden lang vakuumgetrocknet.
Das Produkt wurde in 100 ml Wasser gelöst und die wasserunlösliche Fraktion wurde abfiltriert. 1,0 ml Aceton wurde zu dem Filtrat hinzugegeben, um einen Niederschlag zu bilden. Der Niederschlag wurde mit Aceton filtriert und in einer Lösung aus 50 ml Wasser und 60 ml Methanol gelöst. Die in der Mischung aus Wasser und Methanol unlösliche Fraktion wurde abfiltriert, mit Aceton gewaschen und 24 Stunden lang vakuumgetrocknet.
Das getrocknete Pulver wurde in Wasser gelöst und es wurde eine geeignete Menge Schwefelsäure hinzugegeben, um die wasserunlösliche Fraktion in Lösung zu bringen. 5 Volumen-% THF, bezogen auf das Volumen der Lösung, wurden vorsichtig zu der Lösung hinzugegeben und Aceton wurde dampfförmig bei Raumtemperatur 12 Stunden lang in die Lösung eingebracht. Das Reaktionsprodukt wurde in einem auf 6° C eingestellten Kühlschrank 12 Stunden lang gelagert, um farbloses, kristallines Cucurbit[7]uril einer Ausbeute von 20 % zu ergeben.
Verfahren 3
5,68 g Glycoluril, 10,0 ml Formaldehyd und 1,0 ml konzentrierte HCl wurden in einen Hochruckreaktor gegeben und bei 115 °C 12 Stunden lang umgesetzt. Nachdem die Reaktion abgeschlossen war, wurde ein pulverförmiges Reaktionsprodukt erhalten. Das feste, pulverförmige Reaktionsprodukt wurde mit Wasser und Aceton gewaschen und über Nacht vakuumgetrocknet. 10 ml wässrige 10M H₂SO₄-Lösung wurden zu der getrockneten Verbindung hinzugegeben und es wurde bei 80 °C 12 Stunden lang gerührt.
Das Reaktionsprodukt wurde mit 200 ml Wasser verdünnt und es wurde 1,0 l Aceton zu der Lösung hinzugefügt, um einen Niederschlag zu bilden. Der Niederschlag wurde abfiltriert, 200 ml Wasser und 800 ml Aceton wurden zu dem Niederschlag hinzugegeben und es wurde 5 Minuten lang gerührt.
Der erhaltene Niederschlag wurde abfiltriert, 200 ml Wasser und 600 ml Aceton wurden zu dem Niederschlag hinzugegeben und es wurde 5 Minuten lang gerührt. Der Niederschlag wurde abfiltriert, mit Aceton gewaschen und 24 Stunden lang vakuumgetrocknet.
Das getrocknete Produkt wurde in 100 ml Wasser gelöst und die wasserunlösliche Fraktion wurde abfiltriert.
1,0 l Aceton wurde zu dem Filtrat hinzugegeben, um einen Niederschlag zu bilden. Der Niederschlag wurde abfiltriert und in einer Mischung aus 50 ml Wasser und 60 ml Methanol gelöst.
Die in der Mischung aus Wasser und Methanol unlösliche Fraktion wurde abfiltriert, mit Aceton gewaschen und 24 Stunden lang vakuumgetrocknet.
Das getrocknete, feste Pulver wurde in Wasser gelöst und vorsichtig eine geeignete Menge H_ZSO₄ hinzugefügt, um die wasserunlösliche Fraktion in Lösung zu bringen. 5 Volumen-% THF, bezogen auf das Volumen der Lösung, wurden vorsichtig zu der Lösung hinzugegeben und Aceton wurde bei Raumtemperatur 2 Stunden lang dampfförmig in die Lösung eingebracht. Das Reaktionsprodukt wurde in einem auf 6° C eingestellten Kühlschrank 12 Stunden lang gelagert, um farbloses, kristallines Cucurbit[7]uril in einer Ausbeute von 20 % zu ergeben.
¹H-NMR (D₂O/CF₃COOD/D₂SO₄, 500 MHz), δ 4,29 (d, 14H, J=15,5 Hz), 5,60 (s, 14H), 5,91 (d, 14H, J=15,5 Hz)
¹³C-NMR (D₂O/CF₃COOD/D₂SO₄, 125 MHz), δ 56,5, 75,2, 160,2
Die Kristallstruktur des erhaltenen Cucurbituril-Derivats wurde mittels Röntgenkristallographie bestimmt. Das Ergebnis ist in 4 gezeigt.
<Synthese-Beispiel 3> Herstellung des Cucurbituril-Derivats, welches die Formel (1) besitzt, worin n=8, X=O, R1=H und R2=H ist.
Verfahren 1
5,68 g Glycoluril und 20 ml wässrige 9M H₂SO₄-Lösung wurden in einen Reaktionskolben gegeben und bei 70 °C 30 Minuten lang gerührt. Dann wurden 7,0 ml Formaldehyd zu der Reaktionsmischung hinzugefügt und es wurde bei 75 °C 24 Stunden lang gerührt.
Die Reaktionsmischung wurde mit 100 ml Wasser verdünnt und bei 6 °C bis Raumtemperatur 12 Stunden bis 3 Tage lang gelagert, um farbloses, kristallines Cucurbit[8]uril in einer Ausbeute von 10 % zu ergeben.
Verfahren 2
5,68 g Glycoluril und 7,0 ml Formaldehyd wurden in einen Reaktionskolben gegeben und bei 70 °C 30 Minuten lang gerührt. 1,0 ml HCl wurde zu der Reaktionsmischung hinzugefügt und es wurde bei 75 °C 30 Minuten lang weiter gerührt. Nachdem die Reaktion abgeschlossen war, härtete die Reaktionslösung unter Bildung eines Gels aus. Das erhaltene Gel wurde mit Wasser und Aceton gewaschen und über Nacht vakuumgetrocknet. 10 ml wässrige 11M H₂SO₄-Lösung wurden zu dem resultierenden festen Pulver hinzugegeben und es wurde bei 80 °C 12 Stunden lang gerührt.
Die Reaktionsmischung wurde mit 100 ml Wasser verdünnt und bei Raumtemperatur 12 Stunden bis 3 Tage lang gelagert, um farbloses, kristallines Cucurbit[8]uril in einer Ausbeute von 10 % zu ergeben.
Verfahren 3 5,68 g Glycoluril, 10,0 mR Formaldehyd und 1,0 ml HCl wurden in einen Hochdruckreaktor gegeben und bei 115 °C 12 Stunden lang umgesetzt. Nachdem die Reaktion abgeschlossen war, wurde ein pulverförmiges Reaktionsprodukt erhalten. Das pulverförmige Reaktionsprodukt wurde mit Wasser und Aceton gewaschen und über Nacht vakuumgetrocknet. 10 ml wässrige 10M H₂SO₄-Lösung wurden zu der getrockneten Verbindung hinzugegeben und es wurde bei 80 °C 12 Stunden lang gerührt.
Das Reaktionsprodukt wurde mit 150 ml Wasser verdünnt und bei Raumtemperatur 12 Stunden bis 3 Tage lang gelagert, um farbloses, kristallines Cucurbit[8]uril in einer Ausbeute von 10 % zu ergeben.
¹H-NMR (D₂O/CF₃COOD/D₂SO₄, 500 MHz), δ 4,28 (d, 16H, J=15,5 Hz), 5,60 (s, 14H), 5,91 (d, 16H, J=15,5 Hz)
¹³C-NMR (D₂O/CF₃COOD/D₂SO₄, 125 MHz), δ 57,5, 75,9, 160,5
Die Kristallstruktur des erhaltenen Cucurbituril-Derivats wurde mittels Röntgenkristallographie bestimmt. Das Ergebnis ist in 5 gezeigt.
<Synthese-Beispiel 4> Herstellung des Cucurbituril-Derivats, welches die Formel (1) besitzt, worin n=6, X=O, R1=H und R2=H ist.
Verfahren 1
5,68 g Glycoluril und 20 ml wässrige 9M H₂SO₄-Lösung wurden in einen Reaktionskolben gegeben und bei 70 °C 30 Minuten lang gerührt. Dann wurden 7,0 ml Formaldehyd zu der Reaktionsmischung hinzugegeben und es wurde bei 75 °C 24 Stunden lang gerührt.
Die Reaktionsmischung wurde mit 200 ml Wasser verdünnt und 1,0 l Aceton wurde hinzugegeben, um einen Niederschlag zu bilden. Der erhaltene Niederschlag wurde abfiltriert, zu 200 ml Wasser und 800 ml Aceton hinzugefügt und 5 Minuten lang gerührt.
Der Niederschlag wurde abfiltriert und zu einer Mischung aus 200 ml Wasser und 600 ml Aceton hinzugefügt und 5 Minuten lang gerührt. Der Niederschlag wurde abfiltriert, mit Aceton gewaschen und 24 Stunden lang vakuumgetrocknet.
Das Reaktionsprodukt wurde in 100 ml Wasser gelöst. Die wasserunlösliche Fraktion wurde abfiltriert, mit Aceton gewaschen und 24 Stunden lang vakuumgetrocknet, um ein farbloses, festes Cucurbit[6]uril in einer Ausbeute von 50 % zu ergeben.
Verfahren 2
5,68 g Glycoluril und 7 ml Formaldehyd wurden in einen Reaktionskolben gegeben und bei 70 °C 30 Minuten lang gerührt. 1,0 ml HCl wurden zu der Reaktionsmischung hinzugefügt und es wurde bei 75 °C 30 Minuten lang weiter gerührt.
Nachdem die Reaktion abgeschlossen war, härtete die Reaktionslösung unter Bildung eines Gels aus. Das erhaltene Gel wurde mit Wasser und Aceton gewaschen und über Nacht vakuumgetrocknet. 10 ml wässrige 11M H₂SO₄-Lösung wurden zu der resultierenden festen Verbindung hinzugefügt und es wurde bei 80 °C 12 Stunden lang gerührt.
Die Reaktionsmischung wurde mit 200 ml Wasser verdünnt und es wurde noch 1,0 l Aceton hinzugegeben, um einen Niederschlag zu bilden. Der Niederschlag wurde abfiltriert und dann in einer Mischung aus 200 ml Wasser und 600 ml Aceton 5 Minuten lang gerührt.
Der Niederschlag wurde abfiltriert, zu einer Mischung aus 200 ml Wasser und 600 ml Aceton hinzugefügt und 5 Minuten lang gerührt. Der Niederschlag wurde abfiltriert, mit Aceton gewaschen und 24 Stunden lang vakuumgetrocknet.
Das getrocknete Produkt wurde in Wasser gelöst. Die wasserunlösliche Fraktion wurde abfiltriert und mit Aceton gewaschen und 24 Stunden lang vakuumgetrocknet, um ein farbloses, festes Cucurbit[6]uril in einer Ausbeute von 50 % zu ergeben.
Verfahren 3
5,68 g Glycoluril, 8,0 ml Formaldehyd und 1,0 ml konzentrierte HCl wurden in einen Hochdruckreaktor gegeben und bei 115 °C 12 Stunden lang umgesetzt. Nachdem die Reaktion abgeschlossen war, wurde ein pulverförmiges Reaktionsprodukt erhalten. Das pulverförmige Reaktionsprodukt wurde mit Wasser und Aceton gewaschen und über Nacht vakuumgetrocknet. 10 ml wässrige 10M H₂SO₄-Lösung wurden zu der getrockneten Verbindung hinzugegeben und es wurde bei 80 °C 12 Stunden lang gerührt.
Das Reaktionsprodukt wurde mit 200 ml Wasser verdünnt und 1,0 l Aceton wurde zu der Lösung hinzugefügt, um einen Niederschlag zu bilden. Der Niederschlag wurde abfiltriert, 200 ml Wasser und 800 ml Aceton wurden zu dem Niederschlag hinzugefügt und es wurde 5 Minuten lang gerührt.
Der erhaltene Niederschlag wurde abfiltriert, 200 ml Wasser und 600 ml Aceton wurden zu dem Niederschlag hinzugegeben und es wurde 5 Minuten lang gerührt. Der Niederschlag wurde abfiltriert, mit Aceton gewaschen und 24 Stunden lang vakuumgetrocknet.
Das getrocknete Produkt wurde in 100 ml Wasser gelöst. Die wasserunlösliche Fraktion wurde abfiltriert, mit Aceton gewaschen und 24 Stunden lang vakuumgetrocknet, um ein farbloses, kristallines Cucurbit[6]uril in einer Ausbeute von 50 % zu ergeben.
¹H-NMR (D₂O/CF₃COOD/D₂SO₄, 500 MHz), δ 4,31 (d, 12H, J=15,5 Hz), 5,59 (s, 12H), 5,87 (d, 12H, J=15,5 Hz)
¹³C-NMR (D₂O/CF₃COOD/D₂SO₄, 125 MHz), δ 55,3, 74,2, 160,0 <Synthese-Beispiel 5> Herstellung des Cucurbituril-Derivats, welches die Formel (1) besitzt, worin n=5 bis 20, X=O, R₁=H und R₂=H ist.
Verfahren 1
5,68 g Glycoluril und 20 ml wässrige 9M H₂SO₄-Lösung wurden in einen Reaktionskolben gegeben und bei 70 °C 30 Minuten lang gerührt. Dann wurden 7,0 ml Formaldehyd zu der Reaktionsmischung hinzugefügt und es wurde bei 70 bis 75 °C 24 Stunden lang gerührt.
Dann wurde die Temperatur der Reaktionsmischung auf 95 bis 100 °C erhöht und 12 Stunden lang gerührt. Das Reaktionsprodukt wurde mit 50 ml Wasser verdünnt und 1,0 1 Aceton wurde hinzugefügt, um einen Niederschlag zu bilden. Der erhaltene Niederschlag wurde abfiltriert, mit Aceton gewaschen und 24 Stunden lang getrocknet, um eine Mischung der Cucurbituril-Derivate zu erhalten, welche die Formel (1), wie hierin oben angegeben, besitzen, worin n ein Wert von 5 bis 20 ist. Die erhaltene Mischung der Cucurbituril-Derivate schließt 15 % des Cucurbituril-Derivats ein, bei welchem n=5 ist, 50 % des Cucurbituril-Derivats bei welchem n=6 ist, 20 % des Cucurbituril-Derivats, bei welchem n=7 ist, 10 % des Cucurbituril-Derivats, bei welchem n=8 ist und 5 % des Cucurbituril-Derivats ein, bei welchem n=9 bis 20 ist, ein.
Verfahren 2
8 ml Formaldehyd wurden zu 5,68 g Glycoluril hinzugegeben und bei 75 °C 20 Minuten lang gerührt. 1,0 ml 12M HCl wurde zu der Reaktionsmischung hinzugefügt und bei 70 bis 75 °C 30 Minuten lang gerührt. Nachdem die Reaktion abgeschlossen war, härtete die Reaktionslösung unter Bildung eines Gels aus. Das erhaltene Gel wurde mit Wasser und Aceton gewaschen und über Nacht vakuumgetrocknet: 18 m wässrige 11M H₂SO₄-Lösung wurden zu der resultierenden festen Verbindung gegeben und es wurde bei 80 °C 12 Stunden lang gerührt, um eine Mischung der Cucurbituril-Derivate zu ergeben, welche die Formel (1), wie hierin oben angegeben, besitzen, worin n ein Wert von 5 bis 20 ist. Die erhaltene Mischung der Cucurbituril-Derivate schließt 15 % des Cucurbituril-Derivats, bei dem n=5 ist, 50 % des Cucurbituril-Derivats, bei dem n=6 ist, 20 % des Cucurbituril-Derivats, bei dem n=7 ist, 10 % des Cucurbituril-Derivats, bei dem n=8 und 5 % des Cucurbituril-Derivats ein, bei dem n=9 bis 20 ist, ein.
Verfahren 3
5,68 g Glycoluril, 10,0 ml Formaldehyd und 1,0 ml konzentrierte HCl wurden in einen Hochdruckreaktor gegeben und bei 115 °C 12 Stunden lang umgesetzt. Nachdem die Reaktion abgeschlossen war, wurde ein pulverförmiges Reaktionsprodukt erhalten. Das pulverförmige Reaktionsprodukt wurde mit Wasser und Aceton gewaschen und über Nacht vakuumgetrocknet. 10 ml wässrige 10M H₂SO₄-Lösung wurden zu der getrockneten Verbindung hinzugegeben und es wurde bei 80 °C 12 Stunden lang gerührt, um eine Mischung aus den Cucurbituril-Derivaten, welche die Formel (1), wie hierin oben angegeben, besitzen, worin n ein Wert von 5 bis 20 ist, zu ergeben. Die erhaltene Mischung der Cucurbituril-Derivate schließt 15 % des Cucurbituril-Derivats, bei dem n=5 ist, 50 % des Cucurbituril-Derivats, bei dem n=6 ist, 20 % des Cucurbituril-Derivats, bei dem n=7 ist, 10 % des Cucurbituril-Derivats, bei dem n=8 ist und 5 des Cucurbituril-Derivats ein, bei dem n=9 bis 20 ist, ein.
Durch Verfahren, die den Synthesebeispielen 1 bis 5 gleichen, wurden die Cucurbituril-Derivate erhalten, welche die Formel (1) besitzen, worin n=8, x=O, R₁ eine Methylgruppe und R₂ Wasserstoff ist; n=7, X=O, R₁ eine Ethylgruppe und R₂ Wasserstoff ist; n=6, X=O, R₁ eine Propylgruppe und R₂ Wasserstoff ist; n=5, X=O, R₁ eine I sopropylgruppe und R₂ Wasserstoff ist; n=7, X=O, R₁ eine Butylgruppe und R₂ Wasserstoff ist; n=6, x=O, R₁ eine Isobutylgruppe und R₂ Wasserstoff ist; n=5, x=O, R₁ eine t-Butylgruppe und R₂ Wasserstoff ist; n=6, X=O, R₁ eine Phenylgruppe und R₂ Wasserstoff ist, n=6, X=O, R₁ eine Pyridylgruppe und R₂ Wasserstoff ist; n=8, X=O, R₁ Wasserstoff und R₂ eine Methylgruppe ist; n=6, X=O, R₁ Wasserstoff und R₂ eine Propylgruppe ist; n=6, X=O, R₁ Wasserstoff und R₂ eine Phenylgruppe ist; n=6, X=O, R₁ Wasserstoff und R₂ eine Trichlormethylgruppe ist; n=7, X=O, R₁ Wasserstoff und R₂ eine Trichlormethylgruppe ist; n=6, X=O, R₁ Wasserstoff und R₂ eine Trifluorphenylgruppe ist; n=6, X=O, R₁ Wasserstoff und R2 eine α,α,α-Trifluortolylgruppe ist; n=6, X=O, R₁ eine Methylgruppe und R₂ eine Methylgruppe ist; n=6, X=O, R₁ eine Methylgruppe und R₂ eine Propylgruppe ist; n=6, X=O, R₁ eine Methylgruppe und R₂ eine Phenylgruppe ist; n=6, X=O, R₁ eine Methylgruppe und R₂ eine Trichlormethylgruppe ist; n=6, X=O, R₁ eine Methylgruppe und R₂ eine Trifluormethylgruppe ist; n=6, X=O, R₁ eine Methylgruppe und R₂ eine Parafluorphenylgruppe ist und n=6, X=O, R₁ eine Methylgruppe und R₂ eine α,α,α-Trifluortolylgruppe ist.
<Synthese-Beispiel 6> Herstellung des Cucurbituril-Derivats, welches die Formel (1) besitzt, worin n=5, X=S, R₁=H und R₂=H ist
Die gewünschte Verbindung wurde nach den gleichen Verfahren wie jene in Synthese-Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Verbindung (A) mit X=S anstelle von Glycoluril verwendet wurde.
<Synthese-Beispiel 7> Herstellung des Cucurbituril-Derivats, welches die Formel (1) besitzt, worin n=7, X=S, R1=H und R2=H ist
Die gewünschte Verbindung wurde nach den gleichen Verfahren wie jene in Synthese-Beispiel 2 hergestellt, außer dass die Verbindung (A) mit X=S anstelle von Glycoluril verwendet wurde.
<Synthese-Beispiel 8> Herstellung des Cucurbituril-Derivats, welches die Formel (1) besitzt, worin n=8, X=S, R1=H und R2=H ist
Die gewünschte Verbindung wurde nach den gleichen Verfahren wie jene in Synthese-Beispiel 3 hergestellt, außer dass die Verbindung (A) mit X=S anstelle von Glycoluril verwendet wurde.
<Synthese-Beispiel 9> Herstellung des Cucurbituril-Derivats, welches die Formel (1) besitzt, worin n=6, X=S, R1=H und R2=H ist
Die gewünschte Verbindung wurde nach den gleichen Verfahren wie jene in Synthese-Beispiel 4 hergestellt, außer dass die Verbindung (A) mit X=S anstelle von Glycoluril verwendet wurde.
<Synthese-Beispiel 10> Herstellung der Cucurbituril-Derivat welches die Formel (1) besitzt, worin n=5 bis 20, X=S, R₁=H und R₂=H ist
Die gewünschte Verbindung wurde nach den gleichen Verfahren wie jene in Synthese-Beispiel 5 hergestellt, außer dass Verbindung (A) mit X=S anstelle von Glycoluril verwendet wurde.
Der Effekt der in den Synthese-Beispielen 1 bis 5 erhaltenen Cucurbituril-Derivate bei dem Entfernen organischer Farbstoffe ist in den folgenden Beispielen verifiziert worden.
Beispiel 1
30 mg organischer Farbstoff, Direkt Rot 5B (kommerziell von Ciba-Geigy Co. erhältlich) wurden in 150 ml Wasser gelöst, um eine organische Farbstofflösung herzu stellen. Zur Hälfte der organischen Farbstofflösung wurden 150 mg Cucurbit[7]uril hinzugegeben und es wurde 30 Minuten lang gerührt.
Der Niederschlag wurde abfiltriert und es wurden am Filtrat und der verbliebenen Hälfte der organischen Farbstofflösung, welche nicht mit dem Cucurbit[7]uril behandelt wurde, UV-Absortionsspektren bei λ_max = 510 nm gemessen.
Im Ergebnis war die UV-Absorptionsintensität der unbehandelten Lösung 1,43 und die der mit dem Cucurbit[7]uril behandelten Lösung 2,37 × 10¯2, Der Grad des durch das Cucurbit[7]uril entfernten Farbstoffs, der wie folgt als R quantifiziert wird, betrug 1,7 %.
R = UV-Absorptionsintensität der mit Cucurbit[7]uril behandelten Farbstofflösung × 100 / UV-Absorptionsintensität der Farbstofflösung vor der Behandlung mit Cucurbit[7]uril.
Die gleiche Messung wurde mit verschiedenen Farbstoffen durchgeführt und das Ergebnis der UV-Absorptionsspektren wird in Tabelle 1 gezeigt. Die folgenden Farbstoffe wurden verwendet: Reaktiv Blau HE-G (hergestellt von Kyung-In Co.), Direkt Solophenyl Violett 4BL (hergestellt von Ciba-Geigy Co.), Reaktiv Navy Blau HE-R 150 (hergestellt von Kyung-In Co.), Dispers Gelb E-3 (hergestellt von LG Co.), Dispers T/Q Blau S-GL (hergestellt von LG Co.) und Orange TGL (hergestellt von Ciba-Geigy Co .).
Tabelle 1
Beispiel 2
Es wurde dem Verfahren von Beispiel 1 gefolgt, außer dass eine Mischung aus 80 mg Cucurbit[7]uril und 70 mg Cucurbit [8] uril anstelle von 150 mg Cucurbit [7] uril verwendet wurde. Mit anderen Worten wurde Direkt Rot 5B (kommerziell erhältlich von Ciba-Geiba Co.) als organischer Farbstoff verwendet und UV-Absorptionsspektren wurden bei λ_max = 510 nm am Filtrat vor und nach der Behandlung mit der Cucurbituril-Mischung gemessen.
Im Ergebnis war die UV-Absorptionsintensität der unbehandelten Lösung 1,43 und die der mit der Mischung des Cucurbiturils behandelten war 2,02 × 10^–2 · R war 1,4%.
Die gleiche Messung wurde mit verschiedenen Farbstoffen durchgeführt und das Ergebnis der UV-Absorptionsspektren ist in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
Beispiel 3
Dem Verfahren von Beispiel 1 wurde gefolgt, außer dass eine Mischung der Cucurbituril-Derivate aus dem Synthese-Beispiel 5, worin n ein Wert von 5 bis 20 ist, anstelle des Cucurbit[7]urils verwendet wurde. Mit anderen Worten wurde Direkt Rot 5B (kommerziell erhältlich von Ciba-Geigy Co.) als organischer Farbstoff verwendet und UV-Absorptionsspektren wurden bei λ_max = 510 nm am Filtrat vor und nach der Behandlung mit der Cucurbituril-Mischung gemessen.
Im Ergebnis war die UV-Absorptionsintensität der unbehandelten Lösung 1,43 und die der mit der Mischung des Cucurbiturils behandelten Lösung 2,75 × 10^–2· R war 1,9 %
Die gleiche Messung wurde mit verschiedenen Farbstoffen durchgeführt und das Ergebnis der UV-Absorptionsspektren ist in Tabelle Table 3 gezeigt.
Tabelle 3
Die obigen Ergebnisse der Beispiele 1 und 2 zeigen, dass die in den Synthese-Beispielen 1 bis 3 erhaltenen Cucurbituril-Derivate wirksam sind beim Entfernen verschiedener organischer Farbstoffe aus Wasser.
Die Ergebnisse von Beispiel 3 zeigen, dass die im Synthese-Beispiel 5 erhaltene Mischung aus Cucurbituril-Derivaten, wie hierin oben angegeben, worin n ein Wert von 5 bis 20 ist, den gleichen Effekt bei dem Entfernen organischer Farbstoffe zeigen, wie die in den Beispielen 1 bis 3 hergestellten, getrennten Cucurbituril-Derivate. Diese Ergebnisse bestätigen die Tatsache, dass die in den erfindungsgemäßen Beispielen offenbarten Cucurbituril-Derivate in Form einer Mischung, ohne dass sie getrennt werden müssen, verwendet werden können, um organische Farbstoffe zu entfernen. Demnach kann die Verwendung der Mischung aus Cucurbituril-Derivaten die Kosten beim Entfernen organischer Farbstoffe reduzieren.
Die Befähigung der in den Synthese-Beispielen 1 bis 5 erhaltenen Cucurbituril-Derivate, stabile Einschluss-Komplexe mit verschiedenen organischen Molekülen zu bilden, sind in den folgenden Beispielen verifiziert worden.
Beispiel 4
5,80 mg 2,6-Bis(4,5-dihydro-1H-imidazol-2-yl)naphthalindihydrochlorid und 5,0 mg Cucurbit[8]uril wurden in Wasser gelöst. NMR-Spektroskopie bestätigt die quantitative Bildung einer 1:2-Einschlussverbindung.
¹H-NMR (D₂O, 500 MHz): δ 4,21 (d, 16H, J=15,5 Hz), 4,37-4,41 (m, 16H), 5,51 (s, 16H), 5,75 (d, 16H, J=15,5 Hz), 6,91 (d, 4H, J=8,6 Hz), 7,24 (s, 4H), 7,38 (d, 2H, 8,6 Hz)
Beispiel 5
120,0 mg Cyclentetrahydrochlorid (1,4,7,10-Tetraazacyclodekantetrahydrochlorid) und 100,0 mg Cucurbit[8]uril wurden in Wasser gelöst. Erhitzen, gefolgt von langsamem abkühlen der Lösung erzeugte eine Einschlussverbindung in welcher ein Cyclen-Molekül in der Öffnung von Cucurbit[8]uril zu einem farblosen kristallinen Material eingeschlossen war.
¹H-NMR (D₂O, 500 MHz): δ 2,67 (s, 16H), 4,33 (d, 16H, J=15,5 Hz), 5,64 (s, 16H), 5,84 (d, 16H, J=15,5 Hz)
Beispiel 6
13,0 mg Cyclamtetrahydrochlorid (1,4,8,11-Tetraazacyclotetradekantetrahydrochlorid) und 10,0 mg Cucurbit[8]uril wurden in Wasser gelöst. Erhitzen, gefolgt von langsamem abkühlen der Lösung erzeugte eine Einschlussverbindung, in welcher ein Cyclam-Molekül in der Öffnung von Cucurbit[8]uril zu einem farblosen, kristallinen Material eingeschlossen war.
¹H-NMR (D₂O, 500 MHz): δ 1,76 (m, 4H), 2,41 (s, 8H), 2,63 (m, 8H), 4,30 (d, 16H, J=15,5 Hz), 5,58 (s, 16H), 5,81 (d, 16H, J=15,5 Hz)
Beispiel 7
24,2 mg 1-Aminoadanmatanhydrochlorid und 50,0 mg Cucurbit[7]uril wurden in Wasser gelöst. Die Zugabe von Methanol zu der Lösung erzeugte eine Einschlussverbindung, in welcher ein 1-Aminoadamantan-Molekül in der Öffnung von Cucurbit[7]uril zu einem weißen Niederschlag eingeschlossen war.
¹H-NMR (D₂O, 500 MHz): δ 1,00 (d, 3H), 1,26 (s, 6H), 1,30 (d, 3H), 1,56 (s, 3H), 4,35 (dd, 14H, J=36,7 Hz), 5,65 (s, 14H), 5,88 (d, 16H, J=15,5 Hz)
Beispiel 8
4,35 mg 2,6-Bis(4,5-dihydro-1H-imidazol-2-yl)naphthalindihydrochlorid und 5,0 mg Cucurbit[7]uril wurden in Wasser gelöst. NMR-Spektroskopie bestätigt die quantitative Bildung einer 1:1-Einschlussverbindung.
¹H-NMR (D₂O, 500 MHz): δ 4,21 (d, 14H, J=15,5 Hz), 4,35 (s, 8H), 5,49 (s, 14H), 5,72 (d, 14H, J=15,5 Hz), 6,91 (d, 4H, J=8,6 Hz), 7,24 (d, 2H, J=8,2 Hz), 7,60 (s, 2H), 7, 60 (d, 2H, J=8, 2 Hz).
Die Ergebnisse der Beispiele 4 bis 8 zeigen, dass die in den Synthese-Beispielen 1 bis 5 erhaltenen neuen Cucurbituril-Derivate bei der Extraktion, Abtrennung und Reinigung der in den Beispielen verwendeten organischen Moleküle und anderer organischer Moleküle, wie Fullerene, verwendet werden können.
Andererseits besitzen die in den Synthese-Beispielen 1 bis 5 erhaltenen Cucurbituril-Derivate Lewis-Basen- Atome in der Nähe der Molekülöffnungen und können deshalb effektiv einen Komplex mit positiv geladenen Metallionen oder anderen organischen Ionen bilden. Das folgende Beispiel dient der Untersuchung ob die Cucurbituril-Derivate, welche diese Eigenschaft besitzen, bei der Herstellung von Sensoren für die Erfassung positiver Metallionen oder Ammoniumionen eingesetzt werden können.
Beispiel 9
Destilliertes Wasser und Ameisensäure wurden in einem Volumenverhältnis von 1:1: gemischt. Als nächstes wurde 1,0 mM Cucurbit[5]uril-Derivat mit der verdünnten Ameisensäure hergestellt. Eine wässrige 20,0 mM Lösung, welche Ammoniumionen und positive Alkalimetallionen, wie Lithium, Natrium und Kalium enthält, wurde hergestellt. Dann wurden die Bindungskonstanten des Cucurbit[5]uril-Derivats mit diesen Ionen unter Verwendung eines Mikrokalorimeters (VP-ITC, hergestellt von MicroCal) gemessen. Im Ergebnis besitzt das Cucurbit[5]uril-Derivat eine Bindungskonstante von 5,4 × 10³M^–1 mit Ammoniumionen, 3,3 × 10²M^–1 mit positiven Lithiumionen, 4,5 × 10³M^–1 mit positive Natriumionen und 2,6 × 10⁴M^–1 mit positiven Kaliumionen. Das Cucurbit[5]uril-Derivat kann selektiv Alkalimetallionen, wie auch Ammoniumionen, binden. Das Ergebnis bestätigt, dass Cucurbituril-Derivate als Ionen-Sensoren verwendet werden können.
Das folgende Beispiel dient der Untersuchung der Funktion der in den Synthese-Beispielen 1 bis 10 erhaltenen Cucurbituril-Derivate als Arzneimittelträger. Im folgenden Beispiel wurde Cisplatin, ein Antikrebsmittel, verwendet.
Beispiel 10
2,0 mg cis-Dichlorethylendiaminplatin (II) und 2,0 mg Cucurbit[8]uril wurden in Wasser gelöst. NMR-Spektroskopie bestätigt die quantitative Bildung eines 2:1- Komplexes aus Dichlorethylendiaminplatin (II) und Cucurbit [8] uril.
¹H-NMR (D₂O, 500 MHz): δ 2,63 (m, 16H), 4,26–4,29 (m, 16H), 5,56–5,65 (m, 16H), 5,81–5,87 (m, 16H)
Die folgenden Beispiele dienen der Untersuchung, ob es die in den Synthese-Beispielen 1 bis 5 erhaltenen Cucurbituril-Derivate ermöglichen, Aminosäuren und Nukleinsäurebasen effektiv zu erfassen.
Beispiel 11
5,0 mM Methylviologendichlorid-Lösung und 5,0 mM Tyrosin-Lösung wurden unter Verwendung von D₂O als Lösemittel hergestellt. 0,25 ml jeder Lösung wurden mit 2,1 mg Cucurbit[8]uril gemischt. Als nächstes wurde die Mischung erhitzt, bis die Farbe zu gelb wechselte. NMR-Spektroskopie bestätigt die quantitative Bildung eines 1:1:1-Komplexes aus Methylviolgen, Tyrosin und Cucurbit[8]uril.
¹H-NMR (D₂O, 500 MHz): δ 2,84 (breit m, 2H), 4,10 (breit t, 1 H), 4,29 (d, 16H, J=15,5 Hz), 4,63 (s, 6H), 5,59 (s, 16H), 5,83 (d, 16H, J=15,5 Hz), 6,22 (breit s, 2H), 6,77 (breit d, 2H), 7,37 (breit d, 4H), 8,84 (d, 4H, J=6,0 Hz)
Beispiel 12
5,0 mM Methylviologendichlorid-Lösung und 5,0 mM Tryptophan-Lösung wurden unter Verwendung von D₂O als Lösemittel hergestellt. 0,25 ml jeder Lösung wurden mit 2,1 mg Cucurbit[8]uril gemischt. Als nächstes wurde die Mischung erhitzt, bis die Farbe zu rot wechselte. NMR-Spektroskopie bestätigt die quantitative Bildung eines 1:1:1-Komplexes aus Methylviolgen, Tryptophan und Cucurbit[8]uril .
¹H-NMR (D₂O, 500 MHz): δ 3,30 (breit m, 2H), 4,28 (d, 16H, J=15,5 Hz), 4,57 (s, 6H), 5,57 (s, 16H), 5,81 (d, 16H, J=15,5 Hz), 6,16 (breit s, 1 H), 6,22 (breit s, 1 H), 6,40 (breit s, 1 H), 6,82 (breit s, 1 H), 7,01 (breit s, 4H), 7,21 (breit s, 1 H), 8,64 (breit s, 4H).
Beispiel 13
5,0 mM Methylviologendichlorid-Lösung und 5,0 mM Thymin-Lösung wurden unter Verwendung von D₂O als Lösemittel hergestellt. 0,25 ml jeder Lösung wurden mit 2,1 mg Cucurbit[8]uril gemischt. Als nächstes wurde die Mischung erhitzt bis die Farbe zu gelb wechselte. NMR-Spektroskopie bestätigt die quantitative Bildung eines 1:1:1-Komplexes aus Methylviolgen, Thymin und Cucurbit[8]uril.
¹H-NMR (D₂O, 500 MHz): δ 1, 67 (s, 3H), 4, 24 (d, 16H, J=15,5 Hz), 4,55 (s, 6H), 5,55 (s, 16H), 5,77 (d, 16H, J=15,5 Hz), 7,19 (s, lH), 7,55 (breit s, 4H), 8,76 (breit s, 4H)
Die Ergebnisse der Beispiele 11 bis 13 zeigen, dass die in den Synthese-Beispielen 1 bis 5 erhaltenen Cucurbituril-Derivate selektiv Aminosäuren, welche aromatische Seitenketten besitzen und die Base einer bestimmten Nukleinsäure, wie Thymin, detektieren können und die Cucurbituril-Derivate deshalb bei der Trennung solcher Substanzen oder für die Entwicklung von Sensoren zur Detektion solcher Substanzen einsetzbar sind.
Das folgende Beispiel dient der Überprüfung, ob die in den Synthese-Beispielen 1 bis 5 erhaltenen Cucurbituril-Derivate als Additive für Pestizide, Herbizide, Aromaten und dergleichen verwendet werden können.
Beispiel 14
Es wurde Methylviologendichlorid (so genanntes Paraquat), ein Herbizid verwendet. 5,0 mM einer Mehylbiologendichlorid-Lösung wurden mit D₂O als Lösemittel hergestellt. Als nächstes wurde Cucurbit[8]uril zu der Lösung hinzugegeben. NMR-Spektroskopie bestätigt die quantitative Bildung eines 1:1-Komplexes aus Methylviolgen und Cucurbit[8]uril.
¹H-NMR (D₂O, 500 MHz): δ 4,24 (d, 16H, J=15,5 Hz), 4,74 (s, 6H), 5,55 (s, 16H), 5,78 (d, 16H, J=15,5 Hz), 7,68 (breit, 4H), 8,78 (breit, 4H)
Das Ergebnis des Beispiels 14 zeigt, dass die Cucurbituril-Derivate gemäß der erfindungsgemäßen Beispiele in ihnen eingeschlossene Pestizide, Herbizide und Aromaten langsam freisetzen können und sie deshalb als Additive bei der Herstellung von Pestiziden, Herbiziden, Kosmetika und künstlich parfümierten Papieren oder Textilien verwendet werden können.
Wie vorher beschrieben sind die durch die erfindungsgemäßen Beispiele offenbarten Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (1) besitzen, worin X=O, bei neutralem pH in Anwesenheit von Ammoniumsalzen oder Alkalimetallionen in Wasser löslich und fallen bei einem bestimmten pH zusammen mit organischen Farbstoffen aus. Auch wenn in der Formel (1) X S oder NH ist oder R₁ oder R₂ Propyl oder eine längere Alkylkette ist, sind die Cucurbituril-Derivate in organischen Lösemitteln löslich, wodurch breitere Anwendungen als bei den bekannten Cucurbituril-Derivaten bereitgestellt werden. Die in den erfindungsgemäßen Beispielen offenbarten Cucurbituril-Derivate können auch verschiedene Verbindungen unterschiedlicher Größe einschließen. Weiterhin besitzen sie Lewis-Basen-Atome in der Nähe der Eingänge ihrer Öffnungen, was den Cueurbitu ril-Derivaten ermöglicht, Komplexe mit Metallionen, organometallischen Ionen oder positiv geladenen organischen Verbindungen zu bilden. Durch diese Merkmale besitzen die durch die erfindungsgemäßen Beispiele offenbarten Cucurbituril breite Einsatzmöglichkeiten. Zusätzlich kann die in den erfindungsgemäßen Beispielen offenbarte Herstellung der Cucurbituril-Derivate im Maßstab leicht für industrielle Zwecke vergrößert werden. Bei der Cucurbituril-Derivat-Herstellung gemäß der erfindungsgemäßen Beispiele kann jedes Cucurbituril-Derivat aus der Mischung abgetrennt werden, welche die Cucurbituril-Derivate enthält, welche die Formel (1) besitzen, worin n ein Wert von 5 bis 20 ist und es kann auch eine Mischung aus zwei oder mehr der Cucurbituril-Derivate erhalten werden.
Die mittels der erfindungsgemäßen Beispiele offenbarten Cucurbituril-Derivate und deren Mischung können eingesetzt werden, um organische Farbstoffe aus Abwasser, Schwermetalle aus Wasser und radioaktive Isotope aus radioaktiven Abfällen zu entfernen, unangenehme Gerüche, Luftverschmutzungen wie Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, NO_X und SO_X einzuschließen und zu entfernen und um Abwasser aus der Tierzucht und der Eisenverarbeitung geruchlos zu machen und zu entfärben. Auch sind die mittels der Beispiele offenbarten Cucurbituril-Derivate bei der Herstellung von Sensoren zum Erfassen von Ammoniumionen, organischen Aminen, Aminosäure-Derivaten, Nukleinsäurebasen, Alkalimetall- oder Erdalkalimetallionen einsetzbar. Die Cucurbituril-Derivate können als Additive für Polymere, Kosmetika, künstlich parfümierte Papiere oder Textilien, Pestizide und Herbizide und Arzneimittel und als Arzneimittelträger verwendet werden. Die Cucurbituril-Derivate, welche die Formel (1) besitzen, können zur Extraktion und Reinigung von Fulleren- oder Caboran-Verbindungen verwendet werden und als Packmaterialien für Chromatographie-Säulen, als Gasabtrennmembranen und als Katalysatoren für verschiedene chemische Reaktionen eingesetzt werden.
Zusätzlich ist die Verwendung der Mischung der mittels eines der drei in 1 gezeigten Verfahren hergestellten Cucurbituril-Derivate ohne Trennung im Hinblick auf die Kosten vorteilhaft und kann leicht auf die industrielle Verwendung adaptiert werden.
Obwohl die erfindungsgemäßen Beispiele insbesondere unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben wurden, wird ein Durchschnittsfachmann verstehen, dass verschiedene Änderungen in der Form und den Details gemacht werden können, ohne dass vom Gedanken und Bereich der Erfindung abgewichen wird, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
In dieser Beschreibung besitzt das Verb "umfassen" seine normale lexikale Bedeutung, um einen nichtexklusiven Einschluss zu kennzeichnen. Das heißt, dass die Verwendung des Worts "umfassen" (oder irgendeines seiner Abkömmlinge), um ein Merkmal oder mehrere Merkmale einzuschließen, nicht die Möglichkeit ausschließt, dass auch weitere Merkmale eingeschlossen sind.
...und welche der öffentlichen Einsicht mit dieser Beschreibung zugänglich sind und wobei der Inhalt aller dieser Papiere und Dokumente hierin als Referenz einbezogen wird.
Alle in dieser Beschreibung offenbarten Merkmale (einschließlich aller beigefügten Ansprüche, der Zusammenfassung und den Zeichnungen) und/oder alle Schritte eines jeden somit offenbarten Verfahrens oder Prozesses können in jeder Kombination kombiniert werden, außer der Kombinationen bei denen sich wenigstens einige der Merkmale und/oder Schritte gegenseitig ausschließen.
Jedes in dieser Beschreibung offenbarte Merkmal (einschließlich aller beigefügten Ansprüche, der Zusammenfas sung und den Zeichnungen), kann durch alternative Merkmale ersetzt werden, die einem gleichen, äquivalenten oder ähnlichen Zweck, dienen, wenn nichts anderes angegeben ist. Folglich, wenn nichts anderes angegeben ist, ist jedes offenbarte Merkmal nur ein Beispiel einer generischen Reihe von äquivalenten oder ähnlichen Merkmalen.
Die Erfindung ist nicht auf die Details des vorangehenden Ausführungsbeispiels bzw. der vorangehenden Ausführungsbeispiele begrenzt. Die Erfindung erstreckt sich auf jedes neue oder jede neue Kombination von in dieser Beschreibung offenbarten Merkmalen (einschließlich aller beigefügten Ansprüche, der Zusammenfassung und den Zeichnungen) oder auf jeden neuen oder jede neue Kombination der Schritte eines jeden somit offenbarten Verfahrens oder Prozesses.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Cucurbituril-Derivaten, welche die Formel (1) besitzen
worin x O, S oder NH ist; R₁ und R₂ unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Alkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkenylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkynylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkylthiogruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkylcarboxylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Hydroxyalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkylsilylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkoxygruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Haloalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, der Nitrogruppe, Alkylamingruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, der Amingruppe, Aminoalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, unsubstituierte Cycloalkylgruppen mit 5 bis 30 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylgruppen mit 4 bis 30 Kohlenstoffatomen mit Heteroatomen, unsubstituierte Arylgruppen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen und Arylgruppen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen mit Heteroatomen; und n eine ganze Zahl mit 4 bis 20 ist, wobei das Verfahren umfasst: (a1) hinzufügen von 3 bis 7 Molen einer Säure zu 1 Mol der Verbindung (A), welche die Formel (A) besitzt, um eine Mischung auszubilden, hinzufügen von 2 bis 20 Molen des Alkylaldehyds (B), welcher die Formel (B) be sitzt, zu der Mischung und rühren der Mischung bei 70 bis 95 °C und
(b1) rühren des Reaktionsprodukts bei 95 bis 105 °C, um die Umsetzung zu vervollständigen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Reaktionsprodukt aus Schritt (b1) eine Mischung aus zwei oder mehreren Cucurbituril-Derivaten ist, welche die Formel (1) besitzen, worin n ein Wert von 5 bis 20 ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Reaktionsprodukt aus Schritt (b1) eine Mischung ist aus 5–30 des Cucurbituril-Derivats, bei welchem n=5 ist, 30–70 des Cucurbituril-Derivats, bei welchem n=6 ist, 5–30 des Cucurbituril-Derivats ist, bei welchem n=7 ist, 2-15 % des Cucurbituril-Derivats ist, bei welchem n=8 ist und 1–10 % des Cucurbituril-Derivats, bei welchem n=9 bis 20 ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das weiterhin die folgenden Schritte umfasst: (c1) Umkristallisation des Reaktionsprodukts aus Schritt (b1) mit Wasser, um das Cucurbituril-Derivat zu erhalten, welches die Formel (1) mit n=8 besitzt; (d1) verdünnen der nach Schritt (cl) verbleibenden Lösung mit Wasser und Aceton, um einen Niederschlag zu erzeugen, welcher abfiltriert und in Schritt (e1) weiter verarbeitet wird und entfernen des Lösemittels aus dem resultierenden Filtrat, um die Cucurbituril-Derivate zu erhalten, welche die Formel (1) besitzen, worin n ein Wert von 9 bis 20 ist und (e1) partielles auflösen des in Schritt (d1) erhaltenen Niederschlags in Wasser, um die Cucurbituril-Derivate mit n=5 und 7 aus der wasserlöslichen Fraktion und das Cucurbituril-Derivat mit n=6 aus der wasserunlöslichen Fraktion zu erhalten.
Verfahren gemäß Anspruch 4, worin die wasserlösliche Fraktion, welche die in Schritt (e1) erhaltenen Cucurbituril-Derivate mit n=5 und 7 enthält, mit einer Mischung aus Wasser und Methanol, in das Cucurbituril-Derivat, das die Formel (1) besitzt, worin n=5 ist und das Cucurbituril-Derivat, welches die Formel (1) besitzt, worin n=7 ist, aufgetrennt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die in Schritt (a1) verwendete Säure zumindest eine Säure ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Essigsäure und Salpetersäure, und die Säure mit Wasser oder einer organischen Verbindung auf eine Konzentration von 1 bis 12M verdünnt ist.
Verfahren zur Herstellung von Cucurbituril-Derivaten, welche die Formel (1) besitzen
worin X O, S oder NH ist; R₁ und R₂ unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Alkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkenylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkynylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkylthiogruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkylcarboxylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Hydroxyalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkylsilylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkoxygruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Haloalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, der Nitrogruppe, Alkylamingruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, der Amingruppe, Aminoalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, unsubstituierte Cycloalkylgruppen mit 5 bis 30 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylgruppen mit 4 bis 30 Kohlenstoffatomen mit Heteroatomen, unsubstituierte Arylgruppen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen und Arylgruppen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen mit Heteroatomen; und n eine ganze Zahl von 4 bis 20 ist, wobei das Verfahren umfasst: (a2) hinzufügen von 0,1 bis 1 Mol einer Säure zu 1 Mol der Verbindung (A), welche die Formel (A) besitzt, um eine Mischung auszubilden, hinzufügen von 2 bis 20 Molen des Alkylaldehyds (B), welcher die Formel (B) besitzt, zu der Mischung und rühren der Mischung bei 70 bis 85 °C, um ein Intermediat in einem Gel-Zustand zu erhalten und
(b2) trocknen des Intermediats im Gel-Zustand, hinzufügen von 3 bis 7 Molen einer Säure, bezogen auf 1 Mol des getrockneten Intermediats, und rühren des Reaktionsprodukts bei 70 bis 105 °C.
Verfahren gemäß Anspruch 7, worin das Reaktionsprodukt aus Schritt (b2) eine Mischung aus zwei oder mehreren Cucurbituril-Derivaten ist, welche die Formel (1) besitzen, worin n ein Wert von 5 bis 20 ist.
Verfahren gemäß Anspruch 7, worin das Reaktionsprodukt aus Schritt (b2) eine Mischung ist aus 5–30 des Cucurbituril-Derivats, bei welchem n=5 ist, 30–70 des Cucurbituril-Derivats, bei welchem n=6 ist, 5–30 des Cucurbituril-Derivats ist, bei welchem n=7 ist, 2-15 % des Cucurbituril-Derivats ist, bei welchem n=8 ist und 1–10 % des Cucurbituril-Derivats, bei welchem n=9 bis 20 ist.
Verfahren gemäß Anspruch 7, das weiterhin die folgenden Schritte umfasst: (c2) Umkristallisation des Reaktionsprodukts aus Schritt (b2) mit Wasser und Aceton, um das Cucurbituril-Derivat zu erhalten, welches die Formel (1) mit n=8 besitzt; (d2) verdünnen der nach Schritt (c2) verbleibenden Lösung mit Wasser und Aceton, um einen Niederschlag zu erzeugen, welcher abfiltriert und in Schritt (e2) weiter verarbeitet wird, und entfernen des Lösemittels aus dem resultierenden Filtrat, um die Cucurbituril-Derivate zu erhalten, welche die Formel (1) besitzen, worin n ein Wert von 9 bis 20 ist und (e2) partielles auflösen des in Schritt (d2) erhaltenen Niederschlags in Wasser, um die Cucurbituril-Derivate mit n=5 und 7 aus der wasserlöslichen Fraktion und das Cucurbituril-Derivat mit n=6 aus der wasserunlöslichen Fraktion zu erhalten.
Verfahren gemäß Anspruch 10, worin die wasserlösliche Fraktion, welche die in Schritt (e2) erhaltenen Cucurbituril-Derivate mit n=5 und 7 enthält, mit einer Mischung aus Wasser und Methanol in das Cucurbituril-Derivat, das die Formel (1) besitzt, worin n=5 ist und das Cucurbituril-Derivat, welches die Formel (1) besitzt, worin n=7 ist, aufgetrennt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7, worin die in Schritt (a2) verwendete Säure zumindest eine Säure ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Essigsäure und Salpetersäure, und die Säure mit Wasser oder einer organischen Verbindung auf eine Konzentration von 1 bis 12M verdünnt ist.
Verfahren zur Herstellung von Cucurbituril-Derivaten, welche die Formel (1) besitzen
worin X O, S oder NH ist; R₁ und R₂ unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Alkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkenylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkynylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkylthiogruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkylcarboxylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Hydroxyalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkylsilylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Alkoxygruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, Haloalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, der Nitrogruppe, Alkylamingruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, der Amingruppe, Aminoalkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, unsubstituierte Cycloalkylgruppen mit 5 bis 30 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylgruppen mit 4 bis 30 Koh lenstoffatomen mit Heteroatomen, unsubstituierte Arylgruppen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen und Arylgruppen mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen mit Heteroatomen; und n eine ganze Zahl von 4 bis 20 ist, wobei das Verfahren umfasst: (a3) beschicken eines Hochdruck-Reaktors mit Verbindung (A) und 0,1 bis 1 Mol einer Säure und 2 bis 20 Molen des Alkylaldehyds (B), bezogen auf 1 Mol der Verbindung (A), und umsetzen der Mischung bei 80 bis 130 °C, um Oligomere in Pulverform zu erhalten und
(b3) hinzufügen von 3 bis 7 Molen einer Säure, bezogen auf 1 Mol des Oligomers, und rühren der Mischung bei 70 bis 105 °C.
Verfahren gemäß Anspruch 13, worin das Reaktionsprodukt aus Schritt (b3) eine Mischung aus zwei oder mehreren Cucurbituril-Derivaten ist, welche die Formel (1) besitzen, worin n ein Wert von 5 bis 20 ist.
Verfahren gemäß Anspruch 13, worin das Reaktionsprodukt aus Schritt (b3) eine Mischung ist aus 5–30 des Cucurbituril-Derivats, bei welchem n=5 ist, 30–70 des Cucurbituril-Derivats, bei welchem n=6 ist, 5–30 des Cucurbituril-Derivats ist, bei welchem n=7 ist, 2-15 % des Cucurbituril-Derivats ist, bei welchem n=8 ist und 1–10 % des Cucurbituril-Derivats, bei welchem n=9 bis 20 ist.
Verfahren gemäß Anspruch 13, das weiterhin die folgenden Schritte umfasst: (c3) Umkristallisation des Reaktionsprodukts aus Schritt (b3) mit Wasser und Aceton, um das Cucurbituril-Derivat zu erhalten, welches die Formel (1) mit n=8 besitzt; (d3) verdünnen der nach Schritt (c3) verbleibenden Lösung mit Wasser und Aceton, um einen Niederschlag zu erzeugen, welcher abfiltriert und in Schritt (e3) weiter verarbeitet wird und entfernen des Lösemittels aus dem resultierenden Filtrat, um die Cucurbituril-Derivate zu erhalten, welche die Formel (1) besitzen, worin n ein Wert von 9 bis 20 ist und (e3) partielles auflösen des in Schritt (d3) erhaltenen Niederschlags in Wasser, um die Cucurbituril-Derivate mit n=5 und 7 aus der wasserlöslichen Fraktion und das Cucurbituril-Derivat mit n=6 aus der wasserunlöslichen Fraktion zu erhalten.
Verfahren gemäß Anspruch 16, worin die wasserlösliche Fraktion, welche die in Schritt (e3) erhaltenen Cucurbituril-Derivate mit n=5 und 7 enthält, mit einer Mischung aus Wasser und Methanol in das Cucurbituril-Derivat, das die Formel (1) besitzt, worin n=5 ist und das Cucurbituril-Derivat, welches die Formel (1) besitzt, worin n=7 ist, aufgetrennt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13, worin in Schritt (a3) der Druck des Hochdruck-Reaktors im Bereich von 15 bis 100 psi liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 13, worin die in Schritten (a3) und (b3) verwendete Säure zumindest eine Säure ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Essigsäure und Salpetersäure, und die Säure mit Wasser oder einer organischen Verbindung auf eine Konzentration von 1 bis 12M verdünnt ist.