1,4-Butansulton
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| Namen | |
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| Bevorzugter IUPAC-Name 1,2λ 6 -Oxathian-2,2-dion | |
| Andere Namenδ-Butansulton, δ-Valerosulton, Oxathiane 2,2-dioxid | |
| Bezeichner | |
| CAS-Nummer | |
| 3D-Modell ( JSmol ) | |
| Beilstein Referenz | 5-19-01-00010 |
| ChEMBL |
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| ChemSpider | |
| ECHA-InfoCard | 100.015.135  |
| EG-Nummer |
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| PubChem- CID | |
| UNII | |
| CompTox-Dashboard ( EPA) | |
InChI
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LÄCHELN
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| Eigenschaften | |
| Chemische Formel | C 4 H 8 O 3 S |
| Molmasse | 136,17 gmol -1 |
| Gefahren | |
| GHS-Piktogramme |   |
| GHS-Signalwort | Warnung |
| GHS-Gefahrenhinweise | H302, H315, H319, H335, H341, H351, H412 |
| GHS-Sicherheitshinweise | P201, P202, P261, P264, P270, P271, P273, P280, P281, P301 + 312, P302 + 352, P304 + 340, P305 + 351 + 338, P308 + 313, P312, P321, P330, P332 + 313, P337+313, P362, P403+233, P405, P501 |
| Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa). | |
| ink-Referenzen | |
1,4-Butansulton ist ein sechsgliedriges δ- Sulton und der cyclische Ester der 4-Hydroxybutansulfonsäure. Als sulfo-Alkylierungsmittel, 1,4-Butansulton verwendet, um die Sulfobutylgruppe einzuführen (- (CH 2) 4 -SO 3 -) in hydrophobe Verbindungen, die nucleophilen funktionelle Gruppen, beispielsweise Hydroxygruppen (wie im Fall von β -Cyclodextrin ) oder Aminogruppen (wie bei Polymethinfarbstoffen ). Die Sulfobutylgruppe liegt dabei als neutrales Natriumsalz vor und erhöht die Wasserlöslichkeit der Derivate erheblich.
Inhalt
- 1 Vorbereitung
- 2 Eigenschaften
- 3 Anwendungen
- 3.1 Sulfobetaine
- 3.2 Ionische Flüssigkeiten
- 3.3 Sulfobutyliertes β-Cyclodextrin
- 4 Siehe auch
- 5 Referenzen
Vorbereitung
Eine Synthese von 1,4-Butansulton im Labormaßstab beginnt mit 4,4'-Dichlordibutylether (zugänglich aus mit Phosphoroxychlorid und konzentrierter Schwefelsäure behandeltem Tetrahydrofuran ), das mit Natriumsulfit reagiert und das entsprechende 4,4'-Butandisulfonsäuredinatriumsalz bildet. Durch Durchleiten durch einen sauren Ionenaustauscher wird das Dinatriumsalz in die Disulfonsäure umgewandelt, die bei erhöhter Temperatur und vermindertem Druck unter Wasserabspaltung zwei Moleküle 1,4-Butansulton bildet. Die erhaltenen Ausbeuten reichen von 72 bis 80 %.
Ausgehend von 4-Chlorbutan-1-ol (aus Tetrahydrofuran und Chlorwasserstoff in 54 bis 57 % Ausbeute) wird mit Natriumsulfit das Natriumsalz der 4-Hydroxybutan-1-sulfonsäure erhalten. Dieses Salz wird mit starken Säuren (zB Salzsäure) in die sehr hygroskopische 4-Hydroxybutansulfonsäure überführt und unter Wasserabspaltung zum 1,4-Butansulton cyclisiert.
Besonders effizient verläuft die Cyclisierung von 4-Hydroxybutansulfonsäure in wässriger Lösung beim Erhitzen mit hochsiedenden, mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmitteln (z. B. 1,2-Dichlorbenzol oder Diethylbenzol, beide siedend bei ca. 180 °C), in denen 1,4-Butan -Sulton löst sich und wird dadurch im wässrigen Medium vor Hydrolyse geschützt. 1,4-Butansulton wird beim Rückfluss innerhalb einer Stunde in Ausbeuten von bis zu 99% erhalten.
Die Vakuumdestillation des Natriumsalzes der 4-Hydroxybutansulfonsäure führt in Gegenwart von konzentrierter Schwefelsäure direkt zum 1,4-Butansulton. Auch das Natriumsalz der 4-Chlorbutan-1-sulfonsäure, das aus 1,4-Dichlorbutan mit Natriumsulfit gewonnen wird, kann durch Erhitzen auf 180-250 °C zu 1,4-Butansulton cyclisiert werden.
Die radikalisch initiierte Sulfochlorierung von 1-Chlorbutan führt zu einem Gemisch aus stellungsisomeren Sulfochloriden und Chlorierungsprodukten und ist daher zur direkten Herstellung von 1,4-Butansulton nicht geeignet.
Eigenschaften
1,4-Butansulton ist eine viskose, klare, farb- und geruchlose Flüssigkeit, die in kochendem Wasser (zu 4-Hydroxybutansulfonsäure) und Alkoholen (zu 4-Alkoxybutansulfonsäure) reagiert und sich in vielen organischen Lösungsmitteln löst. Bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes kristallisiert die Verbindung zu "großen, prächtigen Platten". [3] Im Vergleich zum homologen as-Sulton 1,3-Propansulton ist 1,4-Butansulton als Alkylierungsmittel deutlich weniger reaktiv, aber als mutagen und krebserregend eingestuft.
Anwendungen
Sulfobetaine
1,4-Butansulton reagiert glatt mit Nucleophilen wie Ammoniak zu den entsprechenden zwitterionischen, meist gut wasserlöslichen Sulfobutylbetainen.
Sulfobetaine mit längeren Alkylketten (C n H 2n+1 mit n gt; 10) zeigen interessante Eigenschaften als oberflächenaktive Verbindungen ( Tenside, Detergenzien ) mit antimikrobiellen Eigenschaften.
Bei der Reaktion vonN - N -Butylimidazol mit 1,4-Butansulton in Toluol in einer Ausbeute von 98% entsteht 1-Butylimidazolium-3-(n-butylsulfonat)
1-Butylimidazolium-3-(n-butylsulfonat) katalysiert als Bestandteil multifunktioneller Katalysatoren die Umsetzung von Plattformchemikalien aus Biomasse (zB Lävulinsäure oder Itaconsäure) in die entsprechenden Lactone, Diole oder cyclischen Ether.
Aminoalkylphosphonsäuren (wie Aminomethandiphosphonsäure, zugänglich aus Phosphortrichlorid, Formamid und Phosphonsäure) bilden mit 1,4-Butansulton N-(Sulfobutyl)aminomethandiphosphonsäuren:
N-(Sulfobutyl)aminomethandiphosphonsäure zeichnet sich durch eine sehr hohe Wasserlöslichkeit (lt; 1000 gl –1) und eine starke Fähigkeit als Komplexbildner und Wasserenthärter aus.
Die Sulfobutylierung von Cyaninfarbstoffen führt zu gut wasserlöslichen Verbindungen, die wie Antikörper mit Proteinen reagieren und als pH-sensitive Fluoreszenzmarker verwendet werden können.
Ionische Flüssigkeiten
Durch Umsetzung von 1,4-Butansulton mit Triethylamin in Acetonitril zum Zwitterion (85% Ausbeute) und anschließender Umsetzung mit konzentrierter Schwefelsäure entsteht die ionische Flüssigkeit 4-Triethylammoniumbutan-1-sulfonsäurehydrogensulfat (TEBSA HSO4).
4-Triethylammoniumbutan-1-sulfonsäurehydrogensulfat kann herkömmliche Mineralsäuren als effektiver und leicht recycelbarer Säurekatalysator in lösungsmittelfreien Reaktionen ersetzen.
Die Ringöffnung von 1,4-Butansulton mit organischen Chloridsalzen liefert in quantitativer Ausbeute ionische Flüssigkeiten vom Typ 4-Chlorbutylsulfonat.
Das Chloratom im 4-Chlorbutylsulfonat-Anion kann durch Erhitzen mit anorganischen (zB Kaliumfluorid ) oder organischen Salzen (zB Natriumacetat ) durch das jeweilige Anion ersetzt werden.
Sulfobutyliertes β-Cyclodextrin
Bereits 1949 wurde über die Reaktion von 1,4-Butansulton mit dem wasserunlöslichen Polysaccharid Cellulose in Natronlauge berichtet, die zu einem wasserlöslichen Produkt führt. Daraus abgeleitet ist die Derivatisierung von β-Cyclodextrin zu Sulfobutylether-beta-Cyclodextrin (SBECD) mittlerweile eine wichtige Anwendung des 1,4-Butansultons. Sulfobutylether-beta-Cyclodextrin ist eine wasserlösliche Einschlussverbindung zur Solubilisierung und Stabilisierung von schwer wasserlöslichen und chemisch instabilen Komponenten. β-Cyclodextrin kann mit 1,4-Butansulton in Natronlauge bei 70 °C in Ausbeuten bis zu 80 % und einem Substitutionsgrad von 6,68 zum Sulfobutylether umgesetzt werden.
Dabei steigt die Wasserlöslichkeit des β-Cyclodextrins von 18,5 g l-1 auf über 900 g l-1 bei 25 °C. Sulfobutylether-beta-Cyclodextrin findet auch ein breites Anwendungsspektrum als inertes Vehikel für die Wirkstoffabgabe (den Wirkstofftransport und die Wirkstofffreisetzung).
