PL B1. Bromki 1-alkilochininy, sposób ich otrzymywania oraz zastosowanie jako antyelektrostatyki. POLITECHNIKA POZNAŃSKA, Poznań, PL

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. C07D 453/04 ( ) C09K 3/16 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Bromki 1-alkilochininy, sposób ich otrzymywania oraz zastosowanie jako antyelektrostatyki (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 24/17 (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA POZNAŃSKA, Poznań, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 02/19 (72) Twórca(y) wynalazku: JULIUSZ PERNAK, Poznań, PL TOMASZ RZEMIENIECKI, Szczecinek, PL : PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku są bromki 1-alkilochininy, sposób ich otrzymywania oraz zastosowanie jako antyelektrostatyki. Jako przykładowe czwartorzędowe bromki chininy wymienić można: bromek 1-etylochininy bromek 1-butylochininy bromek 1-heksylochininy bromek 1-oktylochininy bromek 1-decylochininy bromek 1-dodecylochininy bromek 1-tetradecylochininy bromek 1-heksadecylochininy bromek 1-oktadecylochininy Czwartorzędowe halogenki amoniowe są produktami reakcji alkilowania amin trzeciorzędowych. W odróżnieniu od protonowych halogenków amoniowych ich struktura jonowa jest stabilna chemicznie w szerokim zakresie ph, co warunkuje użyteczność czwartorzędowych halogenków amoniowych w różnorakich procesach technologicznych. Do innych zalet charakterystycznych dla tej klasy substancji można zaliczyć stabilność w wysokich temperaturach, niepalność oraz stosunkowo niewielką toksyczność wobec organizmów wyższych. Znaczna różnorodność struktur czynników alkilujących pozwala na otrzymywanie czwartorzędowych halogenków amoniowych o użytecznych właściwościach fizykochemicznych i biologicznych. Czwartorzędowe halogenki amoniowe z długołańcuchowym podstawnikiem alkilowym charakteryzują się właściwościami bakteriobójczymi i grzybobójczymi są one najczęściej stosowanymi substancjami czynnymi w preparatach dezynfekujących. Z powodzeniem stosuje się je również jako kationowe środki powierzchniowo czynne. Tworzywa sztuczne i włókna syntetyczne mogą być modyfikowane czwartorzędowymi halogenkami amoniowymi z podstawnikiem alkilowym celem zwiększenia hydrofilowości powierzchni materiału, co przekłada się na zmniejszenie rezystancji powierzchniowej materiału polimerowego. Działanie przeciwmalaryczne alkaloidów kory chinowej, w szczególności chininy ((R)-[(2S,4S,5R)-5- -etenylo-1-azabicyklo[2.2.2]okt-2-ylo](6-metoksychinolin-4-ylo)metanolu), jest powszechnie znane. Obecnie najbardziej opłacalną metodą otrzymywania chininy jest jej ekstrakcja z kory roślin z rodzaju chinowiec (Cinchona L). Oprócz aktywności przeciwmalarycznej chinina jest również substancją wykazującą działanie przeciwbólowe i przeciwzapalne. Stosowana jest również jako dodatek smakowy do toniku i podobnych napojów. Właściwości pozamedyczne chininy odkryto dopiero w II połowie XX wieku, kiedy to zastosowano alkaloid do rozdziału mieszanin stereoizomerów. Ze względu na swoją chiralność, chinina i jej pochodne zostały z powodzeniem użyte w roli katalizatorów szerokiego spektrum reakcji w syntezach stereoselektywnych. Po raz pierwszy właściwości katalityczne czwartorzędowych bromków chininy z podstawnikiem benzylowym przy ugrupowaniu chinuklidynowym opisane zostały w pracy T. P. Yoon, E. N. Jacobsen w: Science, 2003, 299, Wynalazek przedstawia nowe czwartorzędowe bromki amoniowe z kationem będącym alkilową pochodną chininy, a także efektywne sposoby ich otrzymywania. Bromki te posiadają zróżnicowane parametry fizykochemiczne zależne od długości podstawnika alkilowego, mogą służyć jako substraty do otrzymywania zaawansowanych produktów, mają też działanie antyelektrostatyczne. Bromki z podstawnikiem tetradecylowym i heksadecylowym posiadają temperaturę topnienia niższą od 100 C, co w połączeniu z ich jonową budową pozwala na sklasyfikowanie ich jako ciecze jonowe. Istotą wynalazku są czwartorzędowe bromki amoniowe z kationem 1-alkilochininy o wzorze ogólnym 1, gdzie R oznacza podstawnik alkilowy o długości od 14 do 18 atomów węgla. Sposób ich otrzymywania polega na tym, że chininę w postaci wolnej zasady o wzorze 2 rozpuszcza się w alkoholu alifatycznym o długości łańcucha od 1 do 3 atomów węgla, korzystnie w metanolu i poddaje reakcji chemicznej z bromoalkanem prostołańcuchowym zawierającym od 14 do 18 atomów węgla w stosunku molowym od 1:1 do 1:1,1, w temperaturze od 35 do 50 C, korzystnie w 45 C i czasie korzystnie 72 godziny, następnie odparowuje się rozpuszczalnik, przemywa pozostałość rozpuszczalnikiem apolarnym z grupy: pentan, heksan i suszy w temperaturze 30 C pod obniżonym ciśnieniem.

3 PL B1 3 Zastosowanie czwartorzędowych bromków amoniowych z kationem 1-alkilochininy jako antyelektrostatyki. Korzystnym jest, gdy czwartorzędowe bromki amoniowe z kationem 1-alkilochininy stosuje się w postaci czystej. Także korzystnym jest, gdy czwartorzędowe bromki amoniowe z kationem 1-alkilochininy stosuje się w postaci roztworów alkoholowych korzystnie metanolu, albo etanolu o stężeniu od 0,2 do 1%, korzystnie 0,5%. Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty technicznoekonomiczne: opracowano metodę otrzymywania nowej grupy czwartorzędowych bromków amoniowych z kationem będącym alkilową pochodną chininy, synteza prowadzona jest przy zastosowaniu niskiego rygoru temperaturowego, korzystnie w 40 C, sole z podstawnikiem alkilowym o długości 14 i 16 atomów węgla posiadają temperaturę topnienia niższą niż 100 C, można je zatem zaliczyć do cieczy jonowych, wydajność syntezy przeprowadzonej według opisanej metody jest wysoka i wynosi od 90% do 96%, wszystkie otrzymane sole są rozpuszczalne w polarnych i protycznych rozpuszczalnikach organicznych, możliwe jest zastosowanie zsyntezowanych produktów w roli składników powłok antyelektrostatycznych lub modyfikatorów do tworzyw sztucznych nadających materiałowi właściwości antyelektrostatyczne. Sposób wytwarzania bromków 1-alkilochininy ilustrują poniższe przykłady: P r z y k ł a d I Sposób wytwarzania bromku 1-tetradecylochininy: W wyposażonej w mieszadło magnetyczne kolbie umieszczono roztwór 0,008 mol (2,60 g) chininy w 30 cm 3 etanolu. Następnie do układu dodano 0,0088 mol (2,44 g) 1-bromotetradekanu, po czym rozpoczęto mieszanie. Reakcję prowadzono w czasie 72 godzin, utrzymując stałą temperaturę układu równą 35 C. W dalszej kolejności odpędzono rozpuszczalnik, a pozostałość rozdrobniono i przemyto 20 cm 3 heksanu. Sól następnie suszono w warunkach obniżonego ciśnienia w temperaturze 30 C. Po 24 godzinach suszenia otrzymano gotowy produkt z wydajnością 93%. Strukturę związku potwierdzono wykonując widmo protonowego oraz węglowego magnetycznego rezonansu jądrowego: 1 H NMR (DMSO-d6) [ppm] = 0,86 (t, J = 6,51 Hz, 3H); 1,25 (s, 18H); 1,40 (m, 5H); 1,54 (m, 2H); 1,89 (m, 2H); 2,15 (m, 2 H); 2,81 (m, 1H); 3,38 (br. s, 1H); 3,52 (m, 2H); 3,68 (m, 2H) 3,82 (m, 2H); 4,01 (s, 3H); 4,07 (m, 1H); 5,00 (d, J = 10,53 Hz, 1H); 5,14 (d, J = 16,57 Hz, 1H) 5,79 (m, 1H), 7,29 (d, J = 2,61 Hz, 1H); 7,47 (dd, J = 2,52; 9,21 Hz, 1H); 7,55 (d, J = 2,58 Hz, 1H) 7,71 (d, J = 4,55, 1H); 8,01 (d, J = 9,27 Hz, 1H); 8,80 (d, J = 4,42 Hz, 1H). 13 C NMR (DMSO-d6) [ppm] = 13,9; 20,2; 22,1; 24,6; 26,0; 26,2; 27,1; 28,2; 28,5; 28,7; 28,8; 28,9; 29,0; 29,1; 31,3; 37,5; 52,2; 55,5; 59,5; 63,6; 66,1; 102,0; 116,5; 120,3; 121,3; 125,4; 131,4; 138,0; 143,7; 144,1; 147,4; 157,3. Analiza elementarna CHN dla C34H53BrN2O2 (Mmol = 601,70 g/mol): wartości obliczone (%): C = 67,87; H = 8,88; N = 4,66; wartości zmierzone: C = 67,70; H = 8,93; N = 4,49. P r z y k ł a d II Sposób wytwarzania bromku 1-heksadecylochininy: W reaktorze umieszczono chininę w ilości 0,1 mol (32,44 g), rozpuszczono w 100 cm 3 metanolu. W dalszej kolejności dodano 0,1 mol (30,53 g) 1-bromoheksadekanu i rozpoczęto mieszanie. Proces prowadzono w czasie 96 godzin, utrzymując stałą temperaturę środowiska reakcji równą 45 C. Po upływie określonego czasu odparowano metanol, rozdrobniono pozostałość i przemywano trzema porcjami heksanu po 30 cm 3. Sól następnie poddano suszeniu w warunkach obniżonego ciśnienia w czasie 24 godzin, zachowując temperaturę procesu równą 30 C. Otrzymano gotowy produkt z wydajnością 92%. Strukturę związku potwierdzono wykonując widmo protonowego oraz węglowego magnetycznego rezonansu jądrowego: 1 H NMR (DMSO-d 6) [ppm] = 0,85 (t, J = 6,59 Hz, 3H); 1,24 (s, 20H); 1,38 (m, 6H); 1,42 (m, 1H); 1,91 (m, 2H); 1,96 (m, 2H); 2,13 (m, 2H); 2,81 (m, 1H); 3,41 (br. s, 1H); 3,50 (m,

4 4 PL B1 2H); 3,68 (m, 2H); 3,82 (m, 2H); 4,02 (s, 3H); 4,05 (m, 1H); 5,00 (d, J =10,40 Hz, 1H); 5,15 (d, J = 17,17 Hz, 1H); 5,79 (m, 1H), 7,29 (d, J = 2,43 Hz, 1H); 7,47 (dd, J = 2,60; 9,19 Hz, 1H); 7,55 (d, J = 2,59 Hz, 1H); 7,71 (d, J = 4,51,1H); 8,01 (d, J = 9,19 Hz, 1H); 8,80 (d, J = 4,51 Hz, 1H). 13 C NMR (DMSO-d6) [ppm] = 13,9; 20,2; 22,1; 24,6; 26,0; 26,2; 28,6; 28,8; 28,9; 29,0; 29,1; 31,3; 37,5; 52,2; 55,5; 59,5; 63,6; 66,1; 102,0; 116,5; 120,3; 121,3; 125,4; 131,4; 138,0; 143,7; 144,1; 147,4; 157,3. Wykonano oznaczenie zawartości substancji kationowo czynnych metodą miareczkowania dwufazowego zgodnie z normą PN-EN ISO Czystość produktu wyniosła 98%. P r z y k ł a d III Sposób wytwarzania bromku 1-oktadecylochininy: W kolbie zaopatrzonej w mieszadło magnetyczne umieszczono chininę w ilości 0,01 mol (3,24 g) i rozpuszczono w 50 cm 3 izopropanolu. Następnie włączono mieszanie i do układu dodano 0,011 mol (3,67 g) rozdrobionego 1-bromooktadekanu. Mieszanie kontynuowano w czasie dalszych 72 godzin w temperaturze 50 C. Następnie z mieszaniny poreakcyjnej usunięto izopropanol, a stałą pozostałość rozdrobniono i dwukrotnie przemywano 15 cm 3 porcjami pentanu. Sól następnie umieszczono w suszarce próżniowej i suszono w czasie 24 godzin w temperaturze 30 C. Otrzymano bromek 1-oktadecylochininy z wydajnością 90%. Strukturę związku potwierdzono wykonując widmo protonowego oraz węglowego magnetycznego rezonansu jądrowego: 1 H NMR (DMSO-d6) [ppm] = 0,84 (t, J = 6,61 Hz, 3H); 1,24 (s, 24 H); 1,37 (m, 6H); 1,41 (m, 1H); 1,92 (m, 2H); 1,95 (m, 2H); 2,14 (m, 2H); 2,81 (m, 1H); 3,41 (br. s, 1H); 3,49 (m, 2H); 3,67 (m, 2H); 3,82 (m, 2H); 4,01 (s, 3H); 4,05 (m, 1H); 5,00 (d, J = 10,25 Hz, 1H); 5,14 (d, J = 17,29 Hz, 1H); 5,79 (m, 1H), 7,29 (d, J = 2,38 Hz, 1H); 7,47 (dd, J = 2,52; 9,38 Hz, 1H); 7,55 (d, J = 2,43 Hz, 1H); 7,71 (d, J = 4,55, 1H); 8,00 (d, J = 9,04 Hz, 1H); 8,80 (d, J = 4,34 Hz, 1H). 13 C NMR (DMSO-d6) [ppm] = 139; 20,2; 22,1; 24,6; 26,0; 26,2; 28,6; 28,8; 28,9; 29,0; 29,1; 29,2; 31,2; 37,5; 52,2; 55,6; 59,5; 63,6; 66,1; 102,0; 116,5; 120,3; 121,3; 125,4; 131,4; 138,0; 143,7; 144,1; 147,4; 157,3. Analiza elementarna CHN dla C38H61BrN2O2 (Mmol = 657,81 g/mol): wartości obliczone (%): C = 69,38; H = 9,35; N = 4,26; wartości zmierzone: C = 69,42; H = 9,11; N = 4,48. Przykład zastosowania Roztwór bromku 1-tetradecylochininy o stężeniu 0,5% w etanolu posiada silne właściwości zmniejszające opór powierzchniowy tworzyw sztucznych. Celem odprowadzenia ładunków powierzchnię tworzywa spryskuje się wyżej opisanym roztworem w odległości od 20 do 40 cm. Dla optymalnej wydajności preparatu wymagane jest jego naniesienie w ilości 10 g/m 2 powierzchni. Badanie czasu połowicznego zaniku przeprowadzono według metody opisanej w: J. Pernak, Chlorki alkilotiometyloamoniowe, ich otrzymywanie i właściwości, Politechnika Poznańska, seria rozprawy Opór powierzchniowy mierzono zgodnie z PN-71/E Wyznaczony opór powierzchniowy wyniósł 1,5 10 7, natomiast czas połowicznego zaniku był równy 0,01 s. Zastrzeżenia patentowe 1. Czwartorzędowe bromki amoniowe z kationem 1-alkilochininy o wzorze ogólnym 1, gdzie R oznacza podstawnik alkilowy o długości od 14 do 18 atomów węgla. 2. Sposób otrzymywania nowych czwartorzędowych bromków amoniowych z kationem 1-alkilochininy określonych zastrz. 1, znamienny tym, że chininę w postaci wolnej zasady o wzorze 2 rozpuszcza się w alkoholu alifatycznym o długości łańcucha od 1 do 3 atomów węgla, korzystnie w metanolu i poddaje reakcji chemicznej z bromoalkanem prostołańcuchowym zawierającym od 14 do 18 atomów węgla w stosunku molowym od 1:1 do 1:1,1, w temperaturze od 35 do 50 C, korzystnie w 45 C i czasie korzystnie 72 godziny, następnie odparowuje się rozpuszczalnik, przemywa pozostałość rozpuszczalnikiem apolarnym z grupy: pentan, heksan i suszy w temperaturze 30 C pod obniżonym ciśnieniem.

5 PL B Zastosowanie czwartorzędowych bromków amoniowych z kationem 1-alkilochininy o wzorze ogólnym 1 jako antyelektrostatyki. 4. Zastosowanie według zastrz. 3, znamienne tym, że czwartorzędowe bromki amoniowe z kationem 1-alkilochininy stosuje się w postaci czystej. 5. Zastosowanie według zastrz. 3, znamienne tym, że czwartorzędowe bromki amoniowe z kationem 1-alkilochininy stosuje się w postaci roztworów alkoholowych korzystnie metanolu, albo etanolu o stężeniu od 0,2 do 1%, korzystnie 0,5%. Rysunki

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