Способ получения кукурбит[n]урилов Российский патент 2024 года по МПК C07D487/22 

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к области синтеза макроциклических структур. Такие макроциклы могут применяться для селективного извлечения молекул и ионов, для создания перспективных фармацевтических препаратов, супрамолекулярного катализа, оптоэлектроники и др.

Существует ряд подходов к синтезу кукурбит[n]урилов. Например, описан способ получения кукурбит[n]урилов [1] путем конденсации гликолурила и формальдегида в среде концентрированной соляной кислоты.

Известны публикации [2, 3, 4], в которых представлены способы получения кукурбит[n]урилов, содержащих от 5 до 10 гликолурильных звеньев в составе. Представленные способы так или иначе включают конденсацию гликолурила с источником формальдегида в присутствии катализаторов - различных органических и минеральных кислот. В качестве источника формальдегида может выступать непосредственно сам мономерный формальдегид, а также параформальдегид, полиоксиметилен или один или несколько предшественников формальдегида. Ранее нами был описан способ получения кукурбит[6]урила, включающий конденсацию гликолурила и формальдегида в присутствии оксиэтилидендифосфоновой (этидроновой) кислоты [5].

К недостаткам указанных способов относится необходимость использования кислых катализаторов, в присутствии которых формальдегид может вступать в реакции конденсации, снижая выход продукта и его чистоту, что требует дополнительных операций по очистке образующихся кукурбит[n]урилов.

Технической проблемой, решаемой в настоящем изобретении, является низкий выход кукурбит[n]урилов при их синтезе по классическим методикам с применением формальдегида или его полимерных форм. Решением указанной технической проблемы может служить либо применение катализаторов, отличных от минеральных и/или органических кислот, либо использование сырья, не содержащего мономерного формальдегида или формальдегида в полимерной форме (параформальдегид, полиоксиметилен).

Техническим результатом является проведение синтеза кукурбит[5-8]урилов в условиях, при которых в реакционной смеси отсутствует несвязанный формальдегид, повышение суммарного выхода целевых продуктов и обеспечения повышения селективности по кукурбит[5-8]урилам.

Технический результат достигается тем, что для получения кукурбит[5-8]урилов в качестве источника формальдегида используется оксиметилированный гликолурил (1,3,5,7-тетракис(гидроксиметил)гликолурил). Использование оксиметилированного гликолурила позволяет проводить конденсацию с незамещенным гликолурилом в эквимолярном соотношении 1:1. При этом оксиметилированный гликолурил конденсируют с гликолурилом в присутствии минеральных кислот при 95°С и в течение 24 часов.

Осуществление указанного способа описывается следующими примерами.

Пример 1. В круглодонную колбу поместили 14,2 г (0,1 моль) гликолурила, 26,2 г (0,1 моль) 1,3,5,7-тетракис(гидроксиметил)гликолурила и 30 мл концентрированной соляной кислоты. Смесь перемешивали до полною растворении компонентов, зачем нагревали до 95°С и выдерживали 24 ч при данной температуре. Выпавшие кристаллы фильтровали, промывали водой и разделяли. Суммарный выход составил 97%; селективность по кукурбитурилам составила: Q[5] - 11%, Q[6] - 65%, Q[7] - 9%, Q[8] - 15%. Представленный пример иллюстрирует более высокую селективность по кукурбит[8]урилу по сравнению работой [2], где селективность по кукурбит[8]урилу составила 7%.

Пример 2. В круглодонную колбу поместили 14,2 г (0,1 моль) гликолурила, 26,2 г (0,1 моль) 1,3,5,7-тетракис(гидроксиметил)гликолурила и 30 мл концентрированной серной кислоты. Смесь перемешивали до полного растворения компонентов, затем нагревали до 95°С и выдерживали 24 ч при данной температуре. Суммарный выход составил 96%; селективность по кукурбитурилам составила: Q[5] - 3%, Q[6] - 70%, Q[7] - 13%, Q[8] - 14%, Представленный пример иллюстрирует более высокую селективность по кукурбит[8]урилу по сравнению работой [2], где селективность по кукурбит[8]урилу составила менее 1%.

Пример 3. В круглодонную колбу поместили 14,2 г (0,1 моль) гликолурила, 26,2 г (0,1 моль) 1,3,5,7-тетракис(гидроксиметил)гликолурила и 30 мл концентрированной фосфорной кислоты. Смесь перемешивали до полного растворения компонентов, затем нагревали до 95°С и выдерживали 24 ч при данной температуре. Суммарный выход составил 93%; селективность по кукурбитурилам составила: Q[5] - 5%, Q[6] - 81%, Q[7] - 14%, Q[8] - отсутствует. Представленный пример иллюстрирует более высокую селективность по кукурбит[6]урилу по сравнению работой [3], где селективность по кукурбит[6]урилу составила 60%, при этом в продукте отсутствует примесь кукурбит[8]урила. Приведенный пример можно рассматривать как способ получения кукурбит[6]урила с высокой селективностью по кукурбит[6]урилу.

Синтез заявленных соединений проводился с использованием оборудования Томского регионального центра коллективного пользования ТГУ (ТРЦКП).

Таким образом, из представленных примеров видно, что для синтеза кукурбит[5-8]урилов требуются эквимолярные соотношения гликолурила и 1,3,5,7-тетракис(гидроксиметил)гликолурила и при использовании указанных реагентов в присутствии минеральных кислот достигается высокая селективность но кукурбит[6]урилу и кукурбит[8]урилу.

Литература

1. R. Behrend, Е. Meyer, F. Rusche, Justus Liebigs Ann. Chem., 1905(339): p. 1-37.

2. Day, A. et al. Controlling Factors in the Synthesis of Cucurbituril and Its Homologues. J. Org. Chem., 2001. 66(24): p. 8094-8100.

3. WO 0068232 A1, 16.11.2000.

4. Day, A. et al. A cucurbituril-based gyroscane: a new supramolecular form. Angew. Chem., Int. Ed., 2002. 41(2): p. 275-277.

5. Panshina S.Yu., Bakibaev A.A., Guslyakov A.N., Mallcov V.S. Bulletin of the Karaganda University. "Chemistry" series, 2022, 108(4), 5-13.

Изобретение относится к химической промышленности, к области синтеза макроциклических структур, а именно к способу получения кукурбит[5-8]урилов. Предложенный способ заключается в конденсации гликолурила в кислой среде. При этом получение проводят в присутствии минеральных кислот при температуре 95°С в течение 24 часов, в качестве источника формальдегида используют оксиметилированный гликолурил (1,3,5,7-тетракис(гидроксиметил)гликолурил), который вводят в реакцию совместно с гликолурилом в эквимолярном соотношении 1:1. Технический результат изобретения заключается в проведении синтеза кукурбит[5-8]урилов в условиях, при которых в реакционной смеси отсутствует несвязанный формальдегид, повышении суммарного выхода целевых продуктов и обеспечении повышения селективности по кукурбит[5-8]урилам. 3 пр.

Способ получения кукурбит[5-8]урилов, заключающийся в конденсации гликолурила в кислой среде, отличающийся тем, что получение проводят в присутствии минеральных кислот при температуре 95°С и в течение 24 часов, в качестве источника формальдегида используют оксиметилированный гликолурил (1,3,5,7-тетракис(гидроксиметил)гликолурил), который вводят в реакцию совместно с гликолурилом в эквимолярном соотношении 1:1.