La presente invención se refiere a un grupo de compuestos que son silsesquioxanos oligoméricos poliédricos que contienen un grupo azida o azol en su estructura,

a un procedimiento de obtención de dichos compuestos y a sus usos en distintas aplicaciones de fabricación de materiales tales como composites, clústeres, polímeros, dendrímeros, materiales ópticos o cristales líquidos, como ligandos de iones metálicos en procedimientos de análisis de éstos, en la preparación de catalizadores, como biosensores, como transportador de fármacos o para la fabricación de cosméticos.

Silsesquioxanos oligoméricos poliédricos que contienen grupos azida o azol, procedimiento de obtención y usos.

La presente invención se refiere a un grupo de compuestos que son silsesquioxanos oligoméricos poliédricos que contienen un grupo azida o azol en su estructura, a un procedimiento de obtención de dichos compuestos y a sus usos en distintas aplicaciones de fabricación de materiales o en la industria farmacéutica y cosmética.

Estado de la técnica anterior

Los silsesquioxanos oligoméricos poliédricos completamente condensados (POSS) son unos materiales híbridos inorgánicos-orgánicos únicos de dimensiones nanométricas y con composición química (RSiO_{1 . 5})_n, que se pueden sintetizar fácilmente mediante la condensación hidrolítica de monómeros organosilícicos trifuncionales RSiX₃ (R = grupo orgánico; X = halógeno o grupo alcóxido).

Gracias a su núcleo inorgánico rígido, los POSS están dotados de una considerable estabilidad térmica y química. Aunque esta familia de compuestos se conoce desde hace más de 60 años, hasta la pasada década la mayoría de los derivados POSS habitualmente disponibles carecían de la funcionalidad suficiente para la mayoría de sus posibles aplicaciones químicas. El descubrimiento de nuevas reacciones de autoensamblado espontáneo (Daré, E. O.; Liu, L.-K.; Peng, J. Dalton Trans. 2006, 3668-3671) que permiten un fácil acceso a una gran variedad de nuevos armazones POSS, el desarrollo de metodologías generales y eficientes para la manipulación sintética de sus grupos sustituyentes orgánicos y la reciente disponibilidad comercial de una gran variedad de monómeros simples a escala multigramo, están contribuyendo al gran desarrollo de la química de los POSS en los últimos años.

Se han descrito numerosas y variadas aplicaciones de estos compuestos en los últimos años en campos tan diversos como los polímeros, materiales composite, dendrímeros, materiales ópticos, cristales líquidos, transportadores de fármacos, catalizadores metálicos y cosméticos (Bourbigot, S.; Duquesne, S.; Jama, C. Macromol. Symp. 2006, 233, 180-190). Los monómeros POSS más interesantes y prometedores son los armazones T₈, de estructura cubo-octamérica, altamente simétricos y topológicamente ideales con fórmula molecular (RSiO_{1 . 5})₈. Entre ellos, el octahidridooctasilsesquioxano, el compuesto T₈ más simple, junto con el octaviniloctasilsesquioxano, el octafeniloctasilsesquioxano, el octaquis(3-aminopropil)octasilsesquioxano y el octaquis(3-cloropropil)octasilsesquioxano han sido los precursores más útiles para la preparación de una gran variedad de armazones T₈ altamente funcionalizados.

Un punto clave para todos los posibles usos de estos monómeros POSS básicos es la facilidad con la que se pueden modificar sus sustituyentes orgánicos de forma controlada y altamente eficiente para producir nuevas moléculas preparadas para su posterior transformación. Puesto que estas moléculas T₈ presentan ocho puntos de funcionalización y una transformación parcial de éstos produce una mezcla compleja de productos que generalmente es difícil de separar, es fundamental que la reacción elegida para esta tarea proceda de forma altamente eficiente. Existe un buen número de reacciones de derivatización que son adecuadas para este propósito, aunque se debe evitar el uso de medios fuertemente ácidos, básicos u oxidantes que puedan comprometer la estabilidad del armazón inorgánico del POSS. Numerosas reacciones catalizadas por metales de transición como la hidrosililación, la reacción de metátesis cruzada de olefinas o los acoplamientos de Heck, Suzuki o Sonogashira; las reacciones de acilacion y de adición de Michael de aminas; las reacciones de substitución aromática electrofílica; y las reacciones de adición radicalaria de tioles o de R₂PH a alquenos, se han utilizado todas para este propósito de forma muy exitosa. Sorprendentemente, la reacción de cicloadición 1,3-dipolar de Huisgen (Meldal, M.; Tornoe, C. W. Chem. Rev. 2008, 108, 2952-3015) de azidas con alquinos, un ejemplo paradigmático de reacción "click" (Kolb, H. C.; Finn, M. G.; Sharpless, K. B. Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 2004-2021) que ha demostrado ser un método robusto y fiable para la funcionalización eficiente de una amplia variedad de moléculas en condiciones suaves, ha sido utilizada muy poco en la química de los POSS debido a la falta de derivados POSS con la funcionalidad adecuada (Ak, M.; Gacal, B.; Kiskan, B.; Yagci, Y.; Toppare, L. Polymer 2008, 49, 2202-2210).

Descripción de la invención

La presente invención proporciona una serie de compuestos octa-azida-POSS con simetría 3-D cúbica perfecta y una exploración inicial de las condiciones de reacción para su octafunctionalización con una variada colección de alquinos mediante la reacción de cicloadición 1,3-dipolar azida-alquino catalizada por cobre(I) (CuAAC).

En un primer aspecto, la presente invención se refiere a un compuesto de fórmula (I):

donde R₁ es un alquilo C₁-C₁₀ sustituido o no sustituido o un arilo sustituido o no sustituido y

R₂ se selecciona entre un grupo azida (N₃) o un grupo triazol (C₂H₃N₃) sustituido o no sustituido.

El término "alquilo" se refiere, en la presente invención, a cadenas alifáticas, lineales o ramificadas, que tienen de 1 a 10 átomos de carbono, por ejemplo, metilo, etilo, n-propilo, i-propilo, n-butilo, terc-butilo, sec-butilo, n-pentilo, n-hexilo, etc. Preferiblemente el grupo alquilo tiene entre 1 y 5 átomos de carbono. Más preferiblemente n-propilo, n-butilo o n-pentilo. Los grupos alquilo pueden estar opcionalmente sustituidos por uno o más sustituyentes tales como halógeno, hidroxilo, azida, ácido carboxílico o un grupo sustituido o no sustituido seleccionado de entre amino, amido, éster carboxílico, éter, tiol, acilamino o carboxamido. Cuando el grupo alquilo está sustituido, lo está preferentemente por uno o varios grupos amina, amida o éter, que a su vez pueden estar o no sustituidos por grupos alquilo, amida, cicloalquilo o éteres y estos a su vez, pueden estar igualmente sustituidos o no.

El término "arilo" se refiere en la presente invención a una cadena carbocíclica aromática, que tiene de 6 a 18 átomos de carbono, pudiendo ser de anillo único ó múltiple, en este último caso con anillos separados y/o condensados. Se pueden dar como ejemplos de grupo arilo, pero no limitativamente, los grupos: fenilo, naftilo, indenilo, etc. Preferiblemente el grupo arilo es un fenilo.

El término "heteroarilo" se refiere, en la presente invención, a un radical estable monocíclico o bicíclico de 3 a 15 miembros, que está insaturado, saturado o parcialmente saturado, y que consiste en átomos de carbono y al menos en un heteroátomo seleccionado del grupo que consiste en nitrógeno, oxígeno o azufre. Preferiblemente tiene de 4 a 8 miembros con uno o más heteroátomos y más preferiblemente de 5 a 6 miembros con uno o más heteroátomos.

Ejemplos de heterociclos pueden ser, no limitativamente: azepinas, Índoles, imidazoles, isotiazoles, tiadiazoles, furano, tetrahidrofurano, benzimidazol, benzotiazol, piperidina, piperazina, purina, quinolina.

El término "éter" se refiere a un grupo R-O-R' donde R y R' son grupos alquilo como definidos anteriormente.

Una realización preferida de la presente invención es un compuesto de fórmula (I) donde R₂ es un grupo azida.

En un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un compuesto de formula (II)

donde

R₁ es un alquilo C₁-C₁₀ sustituido o no sustituido;

R₃ se selecciona entre hidrógeno, o un grupo alquilo C₁-C₁₀ sustituido o no sustituido, arilo sustituido o no sustituido, heteroarilo sustituido o no sustituido, éter, C(O)OR₄ o X;

R₄ es un grupo alquilo C₁-C₁₀ sustituido o no sustituido.

1. Compuesto de fórmula (I)

donde R₁ es un alquilo C₁-C₁₀ sustituido o no sustituido o un arilo sustituido o no sustituido y

R₂ se selecciona entre un grupo azida (N₃) o un grupo triazol (C₂H₃N₃) sustituido o no sustituido.

2. Un compuesto según la reivindicación 1, donde R₂ es un grupo azida.

3. Un compuesto según la reivindicación 1, donde R₂ es un grupo triazol.

4. Un compuesto de formula (II) según la reivindicación 3,

donde

R₁ es un alquilo C₁-C₁₀ sustituido o no sustituido o arilo sustituido o no sustituido;

R₃ se selecciona entre hidrógeno, o un grupo alquilo C₁-C₁₀ sustituido o no sustituido, arilo sustituido o no sustituido, heteroarilo sustituido o no sustituido, éter, C(O)OR₄ o X;

R₄ es un grupo alquilo C₁-C₁₀ sustituido o no sustituido;

X es un grupo colorante orgánico capaz de emitir o absorber en el UV-VIS.

5. Un compuesto según la reivindicación 4 donde R₁ es un alquilo C₁-C₅.

6. Un compuesto según la reivindicación 5 donde R₁ es propilo.

7. Un compuesto según la reivindicación 4 donde R₁ es fenilo.

8. Un compuesto según la reivindicación 4 donde R₃ es un grupo -(CH₂)_n-OH donde n tiene un valor entre 1 y 6.

9. Un compuesto según la reivindicación 4 donde R₃ es un grupo -O-[(CH₂)_n-O]_p-(CH₂)_n-OH donde n tiene un valor entre 1 y 4 y p tiene un valor entre 0 y 7.

10. Un compuesto según la reivindicación 4 donde R₃ es un grupo -(CH₂)_n-G, donde n es un valor de 1 a 6 y G es un oligosacárido, monosacárido o derivado de monosacárido u oligosacárido.

11. Un compuesto según la reivindicación 10 donde el monosacárido se selecciona entre hexosas, pentosas o sus derivados hemiacetálicos.

12. Un compuesto según la reivindicación 10 donde G se selecciona entre el siguiente grupo:

13. Un compuesto según la reivindicación 4 donde R₄ es alquilo C₁-C₄.

14. Un compuesto según la reivindicación 13 donde R₄ es metilo.

15. Procedimiento de obtención de un compuesto de fórmula (I) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 mediante una reacción de transferencia del grupo diazo que comprende hacer reaccionar un compuesto de fórmula (III)

donde R₁ se define como en la reivindicación 1;

con una azida de fórmula YSO₂N₃, donde Y es un grupo que se selecciona entre imidazol, CF₃(CF₂)_m, CHF₂CF₂O(CF₂)_m donde m es un valor de 0 a 5, en presencia de una sal de un metal de transición y una base, y en un medio que comprende un disolvente orgánico.

16. Procedimiento según la reivindicación 15 donde la sal del metal de transición se selecciona entre una sal de Cu, Ni, Zn o Co.

17. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 15 ó 16 donde la sal del metal de transición se selecciona entre sulfatos, cloruros o acetatos.

18. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17 donde la base se selecciona entre NaHCO₃, Na₂CO₃, K₂CO₃, aminas terciarias o aminas aromáticas.

19. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18 donde el medio de reacción además comprende un alcohol que se selecciona entre metanol, etanol, isopropanol, terbutanol, n-propanol, n-butanol o mezclas de los mismos.

20. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 19 donde el disolvente orgánico se selecciona entre tolueno, dietil éter, tetrahidrofurano, dioxano, acetonitrilo o mezclas de los mismos.

21. Procedimiento de obtención de un compuesto de fórmula (II) que comprende hacer reaccionar un compuesto de fórmula (I) según la reivindicación 1 con un compuesto de fórmula (IV)

donde R₃ se define como en la reivindicación 4,

en presencia de un catalizador o precatalizador de Cu y en un medio que comprende un disolvente orgánico o sus mezclas con agua.

22. Procedimiento según la reivindicación 21 en el que además se añade una base a la mezcla de reacción.

23. Procedimiento según la reivindicación 22 donde la base es diisopropiletilamina.

24. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 21 a 23 donde el catalizador se selecciona entre (EtO)₃P•CuI, (N,N'-bis(2,6-diisopropilfenil)imidazol-2-ilideno)CuCI, o Cu(tris(2-dioctadecilaminoetil)amina)Br.

25. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 21 a 23 donde el precatalizador se selecciona entre una sal de Cu(II) sobre ascorbato, cobre metálico o carbono, o una sal de Cu(I) sobre polímeros insolubles o soportes inorgánicos.

26. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 21 a 25 donde el disolvente orgánico se selecciona entre tolueno, tetrahidrofurano, dioxano o diclorometano.

27. Uso de un compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 para la fabricación de materiales.

28. Uso según la reivindicación 27 donde los materiales son composites, clústeres, polímeros, dendrímeros, materiales ópticos o cristales líquidos.

29. Uso de un compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 para el análisis de iones metálicos.

30. Uso de un compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 para la preparación de catalizadores.

31. Uso de un compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 como biosensores.

32. Uso de un compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 como transportador de fármacos.

33. Uso de un compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 para la fabricación de cosméticos.