PL B1. Trzeciorzędowe słodkie sole imidazoliowe oraz sposób wytwarzania trzeciorzędowych słodkich soli imidazoliowych

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. C07D 233/60 ( ) C07C 31/135 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Trzeciorzędowe słodkie sole imidazoliowe oraz sposób wytwarzania trzeciorzędowych słodkich soli imidazoliowych (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 05/12 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 06/13 (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL (72) Twórca(y) wynalazku: JOANNA FEDER-KUBIS, Wrocław, PL ADAM SOKOŁOWSKI, Wrocław, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Halina Winohradnik

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku są trzeciorzędowe słodkie sole imidazoliowe, o charakterze cieczy jonowych, wykazujące właściwości bakteriobójcze oraz sposób wytwarzania trzeciorzędowych słodkich soli imidazoliowych. Z polskiego opisu patentowego nr PL B1 znane są podstawione czwartorzędowe sole imidazoliowe o charakterze cieczy jonowych wykazujące właściwości antystatyczne i powierzchniowo czynne, których wytwarzanie polega na tym, że 1H-imidazol poddaje się reakcji z eterem alkilowoglicydowym (1-alkoksy-2,3-epoksypropanem), a otrzymane 1-(3'-alkoksy-2'-hydroksypropylowe) pochodne imidazolu poddaje się reakcji czwartorzędowania za pomocą siarczanu dimetylu, bromków alkilowych, chlorków alkilowych lub eterów 3-chloro-2-hydroksypropyIowoaIkiIowych. Znane są z amerykańskiego opisu patentowego nr US kompleksy acesulfamu z cynkiem i z miedzią wykazujące działanie przeciwbakteryjne, na następujących szczepach bakteryjnych: Streptococcus mutans (ATCC 25175), Actinomyces odontolyticus (ATCC 17982) oraz Staphylococcus aureus (ATCC 6538). Nowe trzeciorzędowe sole imidazoliowe, o charakterze cieczy jonowych, zawierające pochodną cyklicznego alkoholu i słodki anion organiczny, będące przedmiotem wynalazku nie zostały dotychczas opisane w literaturze. Trzeciorzędowe słodkie sole imidazoliowe o wzorze ogólnym 1, zawierające w części kationowej ( )-mentol, połączony z atomem azotu typu pirolowego w pozycji N-1 grupą metylenową oraz atom wodoru przy atomie azotu typu pirydyniowego w pozycji N-3, natomiast w części anionowej oznaczony symbolem X słodki anion organiczny w postaci sacharynianu lub acesulfamu. Sposób otrzymywania trzeciorzędowych słodkich soli imidazoliowych o wzorze ogólnym 1, zawierających w części kationowej ( )-mentol, połączony z atomem azotu typu pirolowego w pozycji N-1 grupą metylenową oraz atom wodoru przy atomie azotu typu pirydyniowego w pozycji N-3, natomiast w części anionowej oznaczony symbolem X słodki anion organiczny, taki jak: sacharynian lub acesulfam, według wynalazku polega na tym, że chlorowodorek 1-( )-mentoksymetyloimidazoliowy, o wzorze ogólnym 2, poddaje się reakcji ze słodkimi solami organicznymi, wybranymi z grupy obejmującej: sacharynian sodu, acesulfam potasu, użytymi w stosunku bliskim równopolowemu, korzystnie równym od 0,75 do 1,45 w temperaturze od 273 do 373K, w obecności rozpuszczalnika organicznego lub w wodzie. Przy czym rozpuszczalnik organiczny wybrany jest z grupy obejmującej: DMF dimetyloformamid, toluen, eter dietylowy, heksan, heptan, chlorek metylenu, DMSO - dimetyiosulfotlenek, chloroform, aceton, octan etylu, THF - tetrahydrofuran albo alkohole pierwszorzędowe o ilości atomów węgla od 1 do 4. Sposób według wynalazku umożliwia wytworzenie nowych trzeciorzędowych soli imidazoliowych, o charakterze cieczy jonowych, zawierających w części kationowej ( )-mentol oraz słodki anion w wyniku reakcji wymiany anionu chlorkowego na inny anion organiczny z wysoką wydajnością. Otrzymane trzeciorzędowe sole imidazoliowe są cieczami w temperaturze pokojowej, ciekłymi w szerokim zakresie temperatury. Ze względu natomiast na obecność słodkiego anionu: sacharynianu oraz acesulfamu nowe struktury należą do słodkich cieczy jonowych. Równowaga hydrofilowo- -hydrofobowa (HLB) nowych optycznie czynnych związków jest przesunięta w kierunku zdecydowanej dominacji fragmentów hydrofobowych cząsteczki. Są to ciecze jonowe o niskiej prężności par w temperaturze pokojowej, stabilne w szerokim zakresie temperatur. Temperatury rozkładu otrzymanych cieczy jonowych mieszczą się w przedziale 493,15 503,15K. Ciekłe trzeciorzędowe sole imidazoliowe rozpuszczają dobrze związki organiczne. Trzeciorzędowe sole imidazoliowe, o charakterze cieczy jonowych, zawierające ( )-mentol oraz słodki anion organiczny według wynalazku wykazują właściwości bakteriobójcze. Cechę tą sprawdzono określając właściwości bakteriobójcze otrzymanych soli, między innymi roztworu wodnego, sporządzonego z 2 g sacharynianu 1-( )-mentoksymetylo-3-h-imidazoliowego, którym działano na wybrane bakterie. Wyznaczono wartości minimalnego stężenia hamującego wzrost bakterii (MIC) i minimalnego stężenia zabijającego bakterie (MBC). Uzyskano następujące wartości: Micrococcus luteus NCTC 7743 MIC < 0,25 MBC = 1,2; Staphylococcus epidermidis ATCC MIC = 1,2 MBC = 2,5; Enterococcus faecium ATCC MIC = 38 MBC = 55; Moraxella catarrhalis ATCC MIC = 35 MBC = 35; Escherichia coli ATCC MIC = 35 MBC = 35. Wartości MIC oraz MBC są podane w μμ.

3 PL B1 3 Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przekładach wytwarzania nowych związków. P r z y k ł a d 1 wzorem 3, polega na tym, że w kolbie, zaopatrzonej w dipol magnetyczny, rozpuszcza się 0,55 mola chlorowodorku 1-( )-mentoksymetyloimidazoliowego w 45 cm 3 heptanu. Następnie dodaje się 0,70 mola sacharynianu sodu, w formie roztworu heptanowego. Reakcję prowadzi się w temperaturze pokojowej (298K). Po 4 godzinach odparowuje się rozpuszczalnik, a ciekły produkt reakcji przemywa się trzykrotnie wodą destylowaną i ostatecznie suszy się w eksykatorze próżniowym. Wydajność reakcji wynosi 94%. W podobny sposób przeprowadza się tą reakcję używając jako rozpuszczalnik eter dietylowy - wydajność reakcji wynosi 99% albo heksan - wydajność reakcji wynosi 98%. Analiza elementarna potwierdza strukturę otrzymanego związku. Analiza elementarna (%) dla C 21 H 30 N 2 O 4 (419,63): wartości teoretyczne: C 60,10; H 6,98; N 10,02; wartości doświadczalne: C 60,12: H 6,97: N 9,88. Zawartość sacharynianu imidazoliowego w produkcie, oznaczona metodą miareczkowania dwufazowego według EN ISO : wyniosła 98%. P r z y k ł a d 2 wzorem 3, polega na tym, że w kolbie okrągło dennej, zaopatrzonej w dipol magnetyczny oraz termometr, rozpuszcza się 0,50 mola chlorowodorku 1-( )-mentoksymetyloimidazoliowego w 30 cm 3 propanolu. Następnie dodaje się 0,51 mola sacharynianu sodu, w formie roztworu alkoholowego. Reakcję prowadzi się w temperaturze 273K. Po 3 godzinach odparowuje się rozpuszczalnik, a ciekły produkt reakcji suszy się w eksykatorze próżniowym. Wydajność reakcji wynosi 92%. W podobny sposób przeprowadza się reakcję używając jako rozpuszczalnik inne alkohole alifatyczne: metanol - wydajność reakcji wynosi 93%, etanol - wydajność reakcji wynosi 96%, butanol - wydajność reakcji wynosi 88%, jak również aceton wydajność reakcji wynosi 95%. Analiza elementarna CNH została opisana w przykładzie 3. P r z y k ł a d 3 wzorem 3, polega na tym, że w kolbie dwuszyjnej zaopatrzonej w termometr i mieszadło mechaniczne, umieszcza się 0,55 mola chlorowodorku 1-( )-mentoksymetyioimidazolowego oraz 35 cm 3 toluenu. Następnie intensywnie mieszając dodaje się 0,58 mola sacharynianu sodu. Reakcję prowadzi się w temperaturze 373K. Po 5 godzinach mieszaninę poreakcyjną przenosi się do lodówki i pozostawia na 24 h. Otrzymuje się produkt reakcji wymiany, w postaci ciekłej, po uprzednim odparowaniu rozpuszczalnika. Sacharynian imidazoliowy przemywa się trzykrotnie wodą destylowaną i ostatecznie suszy się w eksykatorze próżniowym. Wydajność reakcji wynosi 93%. W podobny sposób przeprowadza się tą reakcję używając jako rozpuszczalnik THF - wydajność reakcji wynosi 91%. Analiza elementarna CNH została opisana w przykładzie 3. P r z y k ł a d 4 wzorem 3, polega na tym, że w szklanym naczyniu umieszcza się 0,40 mola chlorowodorku 1-( )- -mentoksymetyloimidazoliowego oraz 25 cm 3 H 2 O. Następnie intensywnie mieszając dodaje się 0,40 mola sacharynianu sodu w postaci wodnego roztworu. Reakcję prowadzi się w temperaturze 293K. Otrzymuje się produkt reakcji wymiany, w postaci ciekłej dolnej warstwy. Górną warstwę usuwa się, a produkt ekstrahuje się jeszcze trzykrotnie wodą destylowaną i ostatecznie suszy się w eksykatorze próżniowym. Wydajność reakcji wynosi 98%. Analiza elementarna CNH została opisana w przykładzie 3. P r z y k ł a d 5 W celu wytwarzania acesulfamu 1-(±)-mentoksymetylo-3-H-imidazoliowego, przedstawionego wzorem 4, do kolby trójszyjnej o pojemności 250 cm 3 wprowadza się 0,75 mola chlorowodorku 1-(±)- -mentoksymetyloimidazoliowego i 55 cm 3 DMSO. Przy czym chlorowodorek 1-( )-mentoksymetyloimidazoliowy, przedstawiony wzorem numer 2, otrzymuje się w wyniku ciągłego przepuszczania gazowego chlorowodoru przez umieszczoną w kolbie trój szyjnej mieszaninę 1 mola 1-( )-mentoksymetyloimidazolu i 15 cm 3 eteru dietylowego w temperaturze do 288K. Do otrzymanego w ten sposób chlorowodorku 1-(±)-mentoksymetyloimidazoliowego dodaje się 0,74 mola acesulfamu potasu. Reakcję prowadzi się w temperaturze 303K przez 24 godziny. Następnie odparowuje się rozpuszczalnik, a produkt w postaci cieczy jonowej przemywa się wodą destylowaną. Wydajność reakcji wynosi 94%.

4 4 PL B1 W podobny sposób przeprowadza się tą reakcję używając jako rozpuszczalnik DMF - wydajność reakcji wynosi 96%. Strukturę syntezowanego optycznie czynnego acesulfamu potwierdziła analiza elementarna CNH i spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego. Analiza elementarna (%) dla C 18 H 29 N 3 O 5 S (399,60): wartości teoretyczne: C 54,10; H 7,33; N 10,52; wartości doświadczalne: C 53,99; H 7,31; N 10,50. Widmo 1 H NMR acesulfamu 1-( )-mentoksymetylo-3-h-imidazoliowego: (CDCl 3, 25 C) [ppm] = 0,7 (d, J = 6,9 Hz, 3H); 0,87 (m, 9H); 1,26 (m, 2H); 1,62 (m, 2H); 1,97 (m, 2H); 2,10 (s, 3H); 3,17 (td, J 1,3 = 10,6 Hz, J 1,2 = 4,2 Hz, 1H); 5,40 (m, 2H); 5,44 (s, 1H); 7,13 (s, 1H); 7,29 (s, 1H); 8,30 (s, 1H): 11,10 (m, 1H). P r z y k ł a d 6 Sposób wytwarzania acesulfamu 1-(±)-mentoksymetylo-3-H-imidazoliowego przedstawionego wzorem 4, polega na tym, że w szklanym naczyniu rozpuszcza się 0,50 mola chlorowodorku 1-(±)- -mentoksymetyloimidazoliowego w 30 cm 3 chloroformu. Następnie intensywnie mieszając dodaje się 0,59 mola acesulfamu potasu, uprzednio rozpuszczonego w chloroformie. Reakcję prowadzi się w temperaturze 293K. Po 5 godzinach otrzymuje się produkt reakcji wymiany, w postaci cieczy jonowej, który uzyskuje się, po uprzednim odparowaniu rozpuszczalnika. Następnie acesulfam przemywa się czterokrotnie wodą destylowaną i ostatecznie suszy się w eksykatorze próżniowym. Wydajność reakcji wynosi 97%. W podobny sposób przeprowadza się reakcję używając jako rozpuszczalnik octan etylu - wydajność reakcji wynosi 96% albo chlorek metylenu - wydajność reakcji wynosi 99%. Analiza elementarna CNH i spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego otrzymanego acesulfamu imidazoliowego zostały opisane w przykładzie 1. Zastrzeżenia patentowe 1. Trzeciorzędowe słodkie sole imidazoliowe, o charakterze cieczy jonowych, o wzorze ogólnym 1, zawierające w części kationowej (±)-mentol, połączony z atomem azotu typu pirolowego w pozycji N-1 grupą metylenową oraz atom wodoru przy atomie azotu typu pirydyniowego w pozycji N-3, natomiast w części anionowej oznaczony symbolem X słodki anion organiczny, taki jak: sacharynian albo acesulfam. 2. Sposób wytwarzania trzeciorzędowych słodkich soli imidazoliowych, o wzorze ogólnym 1, zawierających w części kationowej (±)-mentol, połączony z atomem azotu typu pirolowego w pozycji N-1 grupą metylenową oraz atom wodoru przy atomie azotu typu pirydyniowego w pozycji N-3, natomiast w części anionowej oznaczony symbolem X słodki anion organiczny, taki jak: sacharynian albo acesulfam, znamienny tym, że chlorowodorek 1-(±)-mentoksymetyloimidazoliowy, o wzorze ogólnym 2, poddaje się reakcji wymiany ze słodkimi solami organicznymi, wybranymi z grupy obejmującej: sacharynian sodu lub acesulfam potasu, w stosunku bliskim równomolowemu, w temperaturze od 273 do 373K, w obecności rozpuszczalnika organicznego lub w wodzie. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że rozpuszczalnik organiczny wybrany jest z grupy obejmującej: DMF dimetyloformamid, toluen, eter dietylowy, heksan, heptan, chlorek metylenu, DMSO - dimetylosulfotlenek, chloroform, aceton, octan etylu. THF - tetrahydrofuran oraz alkohole pierwszorzędowe o ilości atomów węgla od 1 do Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosunek molowy chlorowodorku 1-( )-mentoksymetyloimidazoliowego do słodkich soli organicznych wynosi od 0,75 do 1,45.

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)