PL176865B1 - Sposób otrzymywania makrocząsteczkowych związków guanaminowych o strukturze dendrytycznej - Google Patents

Abstract

1. Sposób otrzymywania makrocząsteczkowych związków guanaminowych o strukturze dendrytycznej z zastosowaniem reakcji cyjanoetylowania, znamienny tym, żejako związki wyjściowe stosuje się nitryle, które poddaje się reakcji cyklizacji z dicyjanodiamidem a powstałe aminy poddaje się reakcji cyjanoetylowania i reakcje te prowadzi się naprzemiennie, lub jako związki wyjściowe stosuje się aminy, które poddaje się reakcji cyjanoetylowania a powstałe nitryle poddaje się reakcji cyklizacji z dicyjanodiamidem i reakcje te prowadzi się naprzemiennie.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania makrocząsteczkowych związków guanaminowych o strukturze deedrytyczeej'.

Deeęrymery polimeryczee o strukturze kapsułek molekularnych zawierających azot znane są z publikacji M. Maciejewski, J. Macromol. Sci. -Chem. 1982, A17, 689-703.

Z opisu patentowego PL nr 174811 znana jest metoda otrzymywania ęendrymerów z nitryli przez redukcję nitryli do amin, a następnie cyjanoetylowanie amin i kolejną redukcję grup nitrylowych. Proces prowadzi się dalej’ stosując naprzemian dowolną ilość razy reakcje cyjanoetylowaeia i redukcji, jak na początku procesu, aż do uzyskania związku o żądanej masie cząsteczkowej i stopniu rozgałęzienia. Reakcje te dają dwukrotny przyrost grup funkcyjnych w każdej kolejnej generacji rozgałęzienia: z jednej’ grupy nitrylowej uzyskuje

176 865 się przez uwodornienie jedną grupę aminową a z tej - w reakcji cyjanoetylowania - dwie nowe grupy nitrylowe.

Według opisu patentowego US nr 4507466 dendrymery z wiązaniami amidoaminowymi otrzymuje się w wyniku dwóch przemiennie prowadzonych reakcji: alkilowania amin pochodnymi nienasyconych kwasów karboksylowych oraz reakcji amidacji z udziałem wielofunkcyjnych amin, z utworzeniem połączenia amidowego. W procesie powstają produkty uboczne: alkohol i amoniak. W jednym pełnym cyklu procesu rozgałęzienia następuje tylko dwukrotny przyrost grup funkcyjnych. Mankamentem tego sposobu jest konieczność stosowania dużego nadmiaru wielofunkcyjnej aminy aby zapobiec sieciowaniu (również wielofunkcyjnej) cząsteczki dendrymeru.

Według opisu patentowego US nr 46313337 poliaminy dendrytyczne otrzymuje się w wyniku reakcji grup aminowych z pochodną azyrydyny. Grupa aminowa reaguje na zasadzie addycji z otwarciem pierścienia azyrydynowego z utworzeniem dwóch nowych grup aminowych. Jako jednostka powtarzalna (mer) w tych dendrymerach występuje etylenodiamina.

Sposób otrzymywania makrocząsteczkowych związków guanaminowych o strukturze dendrymeru z zastosowaniem reakcji cyjanoetylowania według wynalazku polega na tym, że jako związki wyjściowe stosuje się nitryle, które poddaje się reakcji cyklizacji z dicyjanodiamidem a powstałe aminy poddaje się reakcji cyjanoetylowania i reakcje te prowadzi się naprzemiennie, lub jako związki wyjściowe stosuje się aminy, które poddaje się naprzemiennie reakcji cyjanoetylowania a powstałe nitryle poddaje się reakcji cyklizacji z dicyjanodiamidem i reakcje te prowadzi się naprzemiennie.

Jako wyjściowy związek korzystnie stosuje się 2,2,6,6-tetrakis(e-cyjanoetylo)cykloheksanon, który poddaje się procesowi naprzemiennych reakcji cyklizacji z dicyjanodiamidem i cyjanoetylowania.

Jako wyjściowy związek korzystnie stosuje się tetrakis(e-cyjanoetylo)benzoguanaminę, którą poddaje się procesowi naprzemiennych reakcji cyklizacji z dicyyjanodiamidem i cyjanoetylowania.

Jako wyjściowy związek korzystnie stosuje się 1,1,1-tris(guanaminoetylo)aceton, który poddaje się reakcji cyjjinoetylowania i cyklizacji z dicyanodiamidem.

Jako wyjściowy związek korzystnie stosuje się 2,2,6-tris(e-cyanoetylo)cykloheksanon, który poddaje się naprzemiennej reakcji cykloaddycji dicyanodiamidu i cyjanoetylowania.

Jako wyjściowy związek korzystnie stosuje się cyanoetylowaną celulozę lub cyanoetylowaną skrobię, którą poddaje procesowi naprzemiennych reakcji cykloaddycji dicyanodiamidu i cyjanoetylowania.

Jako wyjściowy związek korzystnie stosuje się poliakrylonitryl, który poddaje się procesowi naprzemiennych reakcji cykloaddycji dicyjjinodiamidu i cyjanoetylowania.

Jako wyjściowy związek korzystnie stosuje się cyjanoetylowane etylenoaminy o ogólnym wzorze sumarycznym:

NH₂[CH2-CH2-NH)_nH gdzie n = 1, 2, 3,...

Jako wyjściowy związek korzystnie stosuje się butylenodiaminę.

Jako wysciowy związek korzystnie stosuje się cyanoetylowany poli(metylowinyloketon).

Przez zastosowanie w sposobie według wynalazku reakcji grup nitrylowych z dicyyanodiamidem, uzyskuje się czterokrotny przyrost grup funkcyjnych (aminowych) zarówno w pierwszym etapie procesu dendrymeryzacji jak i w kolejnych jego etapach.

W pełnym cyklu procesu rozgałęziania według wynalazku zachodzą dwie reakcje:

a) reakcja pomiędzy związkiem nitrylowym (wzór I) i dicyjjinodiamidem (wzór II) prowadząca do powstania związku triazynowego o wzorze III.

b) reakcja pomiędzy związkiem triazynowym (wzór III) i akrylonitrylem (wzór IV) prowadząca do powstania związku o wzorze V.

W kolejnym cyklu będą reagowały dalsze produkty reakcji cyjanoetylowania i cykloaddycjd. W pełnym cyklu z jednej grupy nitrylowej powstają 4 nowe.

Wyściowymi substancjami (tzw. rdzeniami) w procesie lawinowego rozgałęziania mogą być albo aminy bądź wieloaminy albo nitryle bądź wielonitryle.

176 865

Zaletą sposobu według wynalazku jest wykorzystanie wyłącznie reakcji addycji, przez co unika się wytwarzania niepożądanych produktów ubocznych. Nie wymagane jest stosowanie nadmiaru żadnego z reagentów. Bardzo istotną zaletą sposobu według wynalazku jest bardzo duży przyrost masy dendrymeru np. w porównaniu z metodą uwodorniania grup cyjanowych przyrost masy jest 21 razy większy.

Według najnowszych badań do najważniejszych zastosowań dendrymerów typu aminowego należą: w analizie chemicznej, jako czynniki rozpoznające w badaniach molekularnych, jako nośniki w katalizie, jako nośniki substancji aktywnych-leków, substancji zapachowych-(molekularne kapsułki), jako monomolekularne micelle solubilizujące cząsteczki polarne w rozpuszczalnikach niepolarnych np. w procesach rozdzielania i oczyszczania substancji, jako dodatki modyfikujące własności przetwórcze polimerów i jako samodzielne łatwo przetwarzalne tworzywa termoplastyczne.

Poniżej podajemy przykłady realizacji wynalazku.

Przykład I. a) reakcja cykloaddycji części wagowych 2,2,6,6-tetrakis(e-cyjanoetylo)cyldoheksanonu miesza się z 21,6 częściami wagowymi dicyjanodiamidu i 165 częściami wagowymi dimetylosulfotlenku (DMSO) oraz 3,6 częściami wagowymi KOH i ogrzewa się przez 2 godziny w temperaturze 110°C. W trakcie reakcji wyrąca się osad, który sączy się i przemywa zimną wodą.

Otrzymuje się produkt z wydajnością 68%. Pozostały produkt reakcji wyodrębnia się z przesączu znanymi metodami bądź przesącz stosuje się w następnej reakcji cyklizacji jako rozpuszczalnik. Otrzymuje się produkt reakcji, w którym grupy nitrylowe wyjściowego związku przekształcone zostały głównie w ugrupowania diaminotriazynowe. W widmie podczerwieni (IR) zanika pasmo absorpcji charakterystyczne dla grup -CN, a pojawia się pasmo absorpcji charakterystyczne dla pierścieni triazynowych.

Produkt jest trudnotopiiwym białym proszkiem rozpuszczalnym w dimetylosulfotlenku i N,N-dimetyloformamidzie (DMF).

Utworzony produkt 2,2,6,6-tetrakis((3-(2,4-diamino-s-triazyno)-etylo)cyłdoheksanon ma strukturę według wzoru VI.

Widma spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego atomu wodoru (’HINMR) i atomu węgla (¹³C NMR) oraz spektrometrii masowej (MS) potwierdzają taką budowę produktu. Produkt ten jest związkiem nowym, nieopisanym w literaturze.

b) reakcja cyjanoetylowania części wagowych 2,2,6,6-tetrakis(e-(2,4-diamino-s-triazyno)etylo)cykloheksanonu miesza się z 13 częściami wagowymi akrylonitrylu i 2,5 częściami wagowymi DMSO w środowisku NaOH (pH 10). Produkt przemyto wodą, odsączono i suszono w temperaturze 50°C. Wydajność reakcji wynosi 83%, pozostały w przesączu produkt wydziela się znanymi metodami. W wyniku reakcji powstaje produkt, który według analizy widma IR ma strukturę według wzoru VII. W zgodzie z taką strukturą pozostaje także analiza widma Ή NMR oraz 1^0 NMR.

Otrzymany produkt jest oligomerycznym dendrymerem z 16-ma grupami nitrylowymi w cząsteczce. Produkt jest związkiem półstałym, przezroczystym, rozpuszczalnym w DMSO, DMF i acetonie.

Powtórzenie powyższego cyklu reakcji cyklizacji i cyjanoetylowania 4-krotnie prowadzi do lawinowo rozgałęzionego polimeru o jeszcze wyższej masie cząsteczkowej. Otrzymane polimery o strukturze globularnej według przykładu I dają się przetwarzać metodami stosowanymi w obróbce polimerów termoplastycznych.

Przykład II. 10 części wagowych N², N², N⁴, N⁴ - tetaaki(β^cyjanoetyCo)-4-fenyCos-triazyny (inaczej): tetrakis((3-cyanoetylo)benzoguanaminy) miesza się z 12 częściami wagowymi dicyjanodiamidu, 0,9 częściami wagowymi KOH oraz 6,2 częściami wagowymi 2-etoksyetanolu. Mieszaninę doprowadza się do temperatury 95°C. Po 2 godzinach następuje wytrącanie się osadu. Reakcję prowadzi się jeszcze przez 1 godzinę. Po tym czasie powstały osad sączy się na gorąco i suszy. Otrzymuje się 9 części wagowych produktu z wydajnością 60%. Pozostałą część produktu wyodrębnia się z przesączu znanymi metodami. Kolejne reakcje cyjanoetylowania i cyklizacji z dicyjanodiamidem prowadzi się jak

176 865 w przykładzie I. Produkt reakcji jest związkiem nowym, nie opisanym w literaturze. Produkt jest białym proszkiem o temperaturze topnienia około 140°C, rozpuszczalnym w DMF i DMSO. Uzyskaną pochodną można stosować jako wyjściową substancję do syntezy dendrymerów o wyższych masach cząsteczkowych według przykładu I.

Przykład III. a) reakcja cykloaddycji dicyjanodiamidu do 1,1,1-tris(e-cyjanoetylo)acetonu.

0,5 części wagowych KOHaq, wodny roztwór 5,5 części wagowych dicyjanoetylodiamidu, 9,3 części wagowych 2-etoksyetanolu, 4,5 części wagowych 1,1,1-tris(^-cy'anoetylo)acetonu ogrzewa się w trakcie mieszania do temperatury 100 - 110°C, a następnie utrzymuje się te warunki przez 3 godziny prowadzenia reakcji. W trakcie postępu reakcji obserwuje się wypadanie białego produktu. Osad odsącza się, przemywa i suszy w temperaturze 50°C.

Wydajność reakcji wynosiła 76%.

Produkt jest trudnotopliwym białym proszkiem rozpuszczalnym w DMSO. Nie topi się poniżej 300°C.

Reakcję prowadzono w analogiczny sposób stosując 2-metoksyetanol jako rozpuszczalnik.

b) reakcja cyjanoetylowania 1,1,1-tris(e-(2,4-diamino-s-triazyio)-etylo)acetonu części wagowe 1,1,1-tris(e-(2,4-diamino-s-triazyno)-etylo) acetonu rozpuszczone w 15 częściach wagowych DMSO, 100 μ m wodorotlenku trimetylobenzyloamoniowego (Tritonu B) ogrzewa się do temperatury 50°C. Następnie wkrapla się 4 części wagowe akrylonitrylu. Po upływie 90 minut zwiększa się temperaturę reakcji do 70°C i prowadzi się ją jeszcze przez 60 minut. Oleisty produkt, przechodzący w postać stałą, z ochłodzonej mieszaniny wytrąca się wodą uzyskując wydajność 60%. Pozostały produkt reakcji wyodrębnia się z przesączu znanymi metodami. Reakcję prowadzono w analogiczny sposób stosując DMF jako rozpuszczalnik. Produkt ma postać proszku o temperaturze topnienia poniżej 100°C, rozpuszczalnego w acetonie. Otrzymane polimery dają się przetwarzać metodami stosowanymi w obróbce polimerów termoplasstycznych.

Przykład IV.

części wagowych 2,2,6-tris(e-cyjanoetylo)cykloheksanonu miesza się z 4,75 części wagowych dicyjanodiamidu, 3,023 części wagowych DMSO oraz 0,77 części wagowych KOH w temperaturze 110°C przez 3 godziny. Po tym czasie do ostudzonego roztworu dodaje się metanolu w celu wytrącenia produktu. Wytrącony osad sączy się i przemywa metanolem. Suszy się w suszarce w temperaturze 90°C. Produkt będący białym proszkiem rozpuszczalnym w DMSO i DMF otrzymuje się z wydajnością 85%. Uzyskaną pochodną można stosować jako wyjściową substancję do syntezy dendrymerów według przykładów I-III.

Przykład V.

części wagowych cyjanoetylowanej celulozy, 1,1 części wagowych KOH, 21 części wagowych glikolu etylenowego, 12 części wagowych dicyjanodiamidu wprowadza się do kolby zaopatrzonej w mieszadło i chłodnicę zwrotną. Zawartość kolby ogrzewa się na wrzącej łaźni wodnej mieszając przez 5 godzin. Po tym czasie mieszaninę poreakcyjną zalewa się acetonem. Powstały osad oddziela się, a następnie zalewa gorącą wodą. Część osadu rozpuszczalna w gorącej wodzie jest głównym produktem reakcji zawierającym zgodnie z analizą widm IR największą ilość pierścieni triazynowych oraz charakteryzującej się dużym stopniem przereagowania - brak pasma dla ugrupowania -CN. Wydajność reakcji w stosunku do głównego produktu wynosi 75%. Produkt ma postać białego osadu i jest rozpuszczalny w DMSO. Otrzymany produkt poddaje się reakcjom cyanoetylowania i cyklizacji jak w przykładach I-III.

Przykład VI.

części wagowych poliakrylonitrylu, 1 część wagową KOH, 13 części wagowych dicyjanodiamidu oraz 25 części wagowych glikolu etylenowego wprowadza się do kolby zaopatrzonej w mieszadło mechaniczne i chłodnicę zwrotną. Zawartość kolby ogrzewa się na wrzącej łaźni wodnej, utrzymując mieszanie przez 5 godzin. Po tym czasie całość zalewa się wodą i sączy. Wydzielony biały osad przemywa się gorącą wodą aż do zobojętnienia

176 865 odczynu, a następnie suszy. Otrzymuje się produkt rozpuszczalny w DMSO. Analiza widma IR wykazuje obecność pierścieni triazynowych a także obecność sygnałów nieprzereagowanych grup nitrylowych. Na podstawie badań otrzymanego produktu stwierdzono przereagowanie 16% grup nitrylowych. Otrzymany produkt poddaje się kolejnym naprzemiennym reakcjom.

176 865

R-CH (wzó r I)

NH=C-HH-CN

Ńll₂ (wzór II)

KHp / t

11—c / \

R-C C

W //

N—C \

KHg (wzór III) ch₂=ch-cn (wzór IV)

CHg-CHg-CM

H / \

N=C CHo-CHo-CN / \ ^{ć ć}

R-C H

W //

K—C CH_O-CH_O-CN \ / ^d ~

K \

ch₂-ch₂-cn (wzór V)

176 865

R^CHg-CHg

Ej-CHg-CHg

O

C CHp-CHp-E \ / \ / ^{c c} c c / | π | \

ChC CHo-CHo-E \ / ^{ć d} C gdzie

E.

(wzór VI)

HgN

N KHn \ / \ / ^ć

C C

II e₂-ch₂-ch₂ e₂-ch₂-ch₂ o

II

C CHp-CHp-E \ / \ / ^{ć ć} c c ^Zi H Ć^XCH_P-CHo-E \ Z ^{ć ć}

C gdzie E₂CHp-CH_P-CH / ^{ć ć}

N / \

K=C CHo-CHo-CH / \ d d —C N

W //

N·—C CHo-CHn-CN \ / ^{ć ć}

N \

CH₂-CH_g-CH (wzór VII)

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób otrzymywania makrocząsteczkowych związków guanaminowych o strukturze dendrytycznej z zastosowaniem reakcji cyjanoetylowania, znamienny tym, że jako związki wyjściowe stosuje się nitryle, które poddaje się reakcji cyklizacji z dicyjanodiamidem a powstałe aminy poddaje się reakcji cyjanoetylowania i reakcje te prowadzi się naprzemiennie, lub jako związki wyjściowe stosuje się aminy, które poddaje się reakcji cyjanoetylowania a powstałe nitryle poddaje się reakcji cyklizacji z dicyjanodiamidem i reakcje te prowadzi się naprzemiennie.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wyjściowy związek stosuje się

   2.2.6.6- tetrakis(e-cy’anoetylo)-cyldoheksanon, który poddaje się procesowi naprzemiennych reakcji cyklizacji z dicyjanodiamidem i cyjanoetylowania.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wyjściowy związek stosuje się tetrakis(e-cyjanoetylo)benzoguanaminę, którą poddaje się procesowi naprzemiennych reakcji cyklizacji z dicyjanodiamidem i cyjanoetylowania.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wyjściowy związek stosuje się

   1,1,1-tris(guanaminoetylo)aceton, który poddaje się reakcji cyanoetylowama i cyklizacji z dicyjanodiamidem.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wyjściowy związek stosuje się

   2.2.6- tris(e-cyjanoetylo)cykloheksanon, który koddaje się napięemiennej reakcji cykloaddycji dicyjanodiamidu i cyji^^oetylowania.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wyjściowy związek stosuje się cy-anortylowaną celulozę lub cyjanoetylową skrobię, którą poddaje się procesowi naprzemiennych reakcji cykloaddycji dicyjanoęiamidu i cyjanoetylowania.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wyjściowy związek stosuje się poliakrylonitryl, który poddaje się procesowi naprzemiennych reakcji cykloaddycji dicyjanodiamidu i cyjanoetylowania.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wyjściowy związek stosuje się dyjanoetylowaee etylenoamiey o ogólnym wzorze sumarycznym:

   NH2(CH₂-CHz-NH^H gdzie n = 1, 2, 3,...
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wyjściowy związek stosuje się butylenodiaminę.
10. 10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wyjściowy związek stosuje się cyj anoetylcwany poli(metylowiny-oketon).