Molécula de triclorosilil alquil isocianato y sustrato mineral modificado en la superficie.

Molécula que responde a la fórmula (I):

X-E-SiCl3

en la que:

X representa la función de isocianato -N≥C≥O,

E representa una cadena de alquilo, lineal, ramificado o cíclico, que comprende de 4 a 30 átomos de carbono, Epuede comprender una función de puente seleccionada del grupo que comprende: -O-, -S-, -NH-, -COO-, arilo,y en la que X y SiCl3 están separados por una cadena, como mínimo, de 4 átomos de carbono.

Molécula de triclorosilil alquil isocianato y sustrato mineral modificado en la superficie La presente invención se refiere a nuevas moléculas de triclorosilil alquil isocianato, a su utilización para la preparación de un dispositivo que comprende un sustrato mineral con grupos isocianato unidos a su superficie. Dicho dispositivo y su utilización para la inmovilización en su superficie de moléculas que contienen la función nucleófila, preferentemente moléculas que contienen grupos amino, hidroxilo o tiol, son otro objetivo de la presente invención, así como su utilización para la detección de una molécula diana y/o el cribado de la interacción con otras moléculas.

En los últimos años, se ha convertido en una práctica común utilizar agentes de acoplamiento inorgánicos/orgánicos para construir una capa intermedia entre un sustrato inorgánico y una matriz orgánica con el objetivo de preparar un dispositivo que tiene moléculas inmovilizadas en su superficie, tales como ácidos nucleicos o proteínas. Dichos dispositivos son útiles para la detección de moléculas diana en una muestra.

Son conocidos diferentes procedimientos para unir una capa orgánica a la superficie de un sustrato de sílice: organización de la capa por fisisorción, tal como por ejemplo, utilizando el procedimiento muy conocido de Langmuir-Blodgett (G. Nonglaton, I.O. Benítez, I. Guisle, M. Pipelier, J. Léger, D. Dubreuil, C. Tellier, D.R. Talham, B. Bujoli, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 1497) , organización de la capa por quimisorción; unión de un grupo alquilo sobre un substrato de platino a partir de una función de alcohol o amino o la unión de un alquiltiol en un sustrato de oro o plata, o sobre un sustrato de alúmina a partir de una función de ácido carboxílico; unión de moléculas orgánicas sobre una superficie que tiene grupos hidroxilo libres mediante la construcción de un enlace covalente, a partir de organosilanos, tales como alquilalcoxisilanos o alquilaminosilanes (A. Ulman y otros, Chem. Rev., 1996, 96, 15331554) . También se conoce cómo hacer reaccionar organosilanos con moléculas que tienen un hidrógeno como grupo reactivo tales como ácidos, alcoholes y tioles, de E. Lukevics y otros, J. Am. Chem. Soc., 1999, 121, 12184. Este proceso, sin embargo, requiere la utilización de un catalizador tal como una base de Lewis, o un disolvente nucleófilo.

También se conoce del documento WO 2003/006676, cómo hacer reaccionar un organotrialcoxisilano que comprende un grupo terminal de isocianato con una superficie que tiene grupos hidroxilo libres. Sin embargo, un trialcoxisilano, cuando se hace reaccionar sobre dicha superficie tiene una reactividad reducida, requiere condiciones de reacción severas. Dicho reactivo también puede conducir a la producción de agregados, que dan resultados no reproducibles en una aplicación de cribado adicional.

Así, se ha demostrado por AFM en O. Melnyk y otros, Bioconjug. Chem., 2004, 15, 317-325, que el aminopropil trietoxisilano, cuando se une sobre una placa de vidrio, produce aproximadamente dos capas de unión.

No hay ninguna información relacionada con la homogeneidad de unión en el documento WO 2003/006676. Sin embargo, es evidente de este documento que la unión es tridimensional. Por otra parte, la catálisis ácida en un disolvente prótico, tal como el procedimiento descrito en este documento, puede dar lugar a una hidrólisis parcial de la función de isocianato y a otras reacciones secundarias.

Es un objetivo de la presente invención resolver los inconvenientes de la técnica anterior y en particular: preparar una molécula que puede reaccionar con una superficie mineral para producir una monocapa bidimensional autoorganizada de tipo isocianato de alquilo que puede crear un enlace covalente cuando se hace reaccionar con un grupo nucleófilo, tal como una función de hidroxilo o tiol, preferentemente con una función de amino.

Se ha demostrado que el grupo isocianato es particularmente importante como agente de acoplamiento en una amplia área de la química, de la ingeniería de materiales a la ciencia biomoléculas (A.R. Katritsky, C.W. Rees, O. Meth-Cohn, Comprehensive Organic Funcional Group Transformations 1995, Pergamon) . A pesar de la importancia de este grupo, se han descrito muy pocos ejemplos de sustratos de sílice funcionalizados con un isocianato en la superficie, porque este grupo se hidroliza y se condensa fácilmente. Hasta el momento se han descrito dos estrategias.

La primera de ellas se ha descrito en el documento WO 2003/006676 y está asociada con los inconvenientes descritos anteriormente.

La segunda consiste en hacer reaccionar diisocianatos con los grupos hidroxilo en la superficie del portaobjetos de vidrio (Chun Y.S., Ha K., Lee Y.J., Lee J.S., Kim H.S., Park Y.S., Yoon K.B., Chem. Com. 2002, 1846) , pero las dos funciones de isocianato pueden ser unidas, y se informó de condiciones severas (tolueno, 110 ºC) que limitan la utilización de este procedimiento.

Los triclorosilanos han demostrado superior reactividad y una mejor organización que los trialcoxisilanos (Gauthier S., Aimé J.P., Bouhacian T., Attias A.J., Desbat B., Langmuir, 1996, 12, 5126; Ulman A., Chem. Rev., 1996, 96, 1533) para la preparación de monocapas autoensambladas.

Sin embargo, los triclorosilano alquil isocianatos son casi desconocidos. Sólo tres patentes (US 4097511; US 3511866; DE 1938743) describen la síntesis de triclorosililpropil isocianato, se informa brevemente su utilización en la química de polímeros, y sólo una publicación de los años sesenta (Fan Y.L. y otros, J. Org. Chem., 1973, 38,

2410) se refiere a este compuesto para la preparación de sililalquil peróxido isocianato.

No era predecible a la vista de estos documentos que se podrían utilizar los triclorosilano alquil isocianatos para la unión sobre un sustrato mineral y podrían producir una monocapa autoensamblada, con una estructura bidimensional, evitando al mismo tiempo reacciones secundarias y degradación de la función de isocianato.

Un primer objetivo de la presente invención es una molécula que responde a la fórmula (I) :

X-E-SiCl3 (I)

en la que:

X representa la función de isocianato -N=C=O,

E representa una cadena de alquilo, lineal, ramificado o cíclico, que comprende de 4 a 30 átomos de carbono y en la 20 que X y SiCl3 están separados por una cadena, como mínimo, de 4, y preferentemente de 10, átomos de carbono.

Esta definición pretende abarcar:

-cadenas de n-alquilo del tipo - (CH2) n- en la que 30 ≥ n ≥ 4, 25 -cadenas ramificadas o cíclicas del tipo:

en la que:

-j representa un número entero seleccionado del grupo que comprende 1 ... 50;

-n1, n2...nj representan independientemente un número entero seleccionado del grupo que comprende de 0 a 50; 35 -m1...mj son números enteros seleccionados independientemente de 0, 1;

-R1...Rj representan independientemente un grupo alquilo C1-C3, y dos grupos Ri consecutivos pueden formar juntos un cicloalquilo;

Además, esta cadena E de alquilo puede comprender una función de puente seleccionada del grupo que comprende: -O-, -S-, -NH-, -COO-, arilo.

Según una realización preferente de la presente invención, E es una cadena de n-alquilo del tipo - (CH2) n- en la que 30 ≥ n ≥ 4.

Preferentemente, 30 ≥ n ≥ 8. Aún más preferentemente, 25 ≥ n ≥ 10.

El organotriclorosilano de fórmula (I) se puede preparar según el siguiente procedimiento: se hace reaccionar triclorosilano con un 1-alquenil isocianato en presencia de un catalizador organometálico, tales como Rh, Pd, Pt, catalizador de Karstedt, catalizador de Speier. Dicha reacción se muestra en detalle en la parte experimental. Con el catalizador de Karstedt se obtienen los mejores resultados y es el catalizador preferente para llevar a cabo esta reacción. El producto resultante (I) es estable durante meses en atmósfera inerte y es fácil de manipular.

En un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para la preparación de un dispositivo que comprende un soporte mineral (MS) y unido al mismo una monocapa autoensamblada (SAM) de moléculas de la fórmula (Ibis) :

en la que:

X y E tienen la misma definición que en (I) , y en la que X y Si están separados por una cadena, como mínimo, de 4 átomos de carbono.

Dicho procedimiento se lleva a cabo preferentemente de la siguiente manera:

Se hace reaccionar un sustrato mineral que comprende funciones de hidroxilo en su superficie, preferentemente funciones silanol, con una molécula de fórmula (I) en un disolvente aprótico, preferentemente en presencia de una base... [Seguir leyendo]

1. Molécula que responde a la fórmula (I) :

X-E-SiCl3

en la que:

X representa la función de isocianato -N=C=O,

E representa una cadena de alquilo, lineal, ramificado o cíclico, que comprende de 4 a 30 átomos de carbono, E puede comprender una función de puente seleccionada del grupo que comprende: -O-, -S-, -NH-, -COO-, arilo,

y en la que X y SiCl3 están separados por una cadena, como mínimo, de 4 átomos de carbono. 15

2. Molécula, según la reivindicación 1, en la que E se selecciona del grupo que comprende:

-cadenas de n-alquilo del tipo - (CH2) n- en la que 30 ≥ n ≥ 4,

-cadenas ramificadas o cíclicas del tipo: 20

en la que.

25. j representa un número entero seleccionado del grupo que comprende 1 ... 50;

-n1, n2...nj representan independientemente un número entero seleccionado del grupo que comprende de 0 a 50;

-m1...mj son números enteros seleccionados independientemente de 0, 1; 30

-

consecutivos pueden formar

juntos un cicloalquilo;

3. Molécula, según la reivindicación 1, en la que:

E es una cadena de n-alquilo del tipo - (CH2) n- en la que 30 ≥ n ≥ 4.

4. Molécula, según la reivindicación 3, en la que: 40 30 ≥ n ≥ 8.

5. Procedimiento para la preparación de un dispositivo que comprende un soporte mineral (MS) y unido al mismo una monocapa autoensamblada (SAM) de moléculas que responden a la fórmula (Ibis) :

en la que:

X representa la función de isocianato -N=C=O,

E representa una cadena de alquilo, lineal, ramificado o cíclico, que comprende de 4 a 30 átomos de carbono, E puede comprender una función de puente seleccionada del grupo que comprende: -O-, -S-, -NH-, -COO-, arilo,

y en la que X y Si están separados por una cadena, como mínimo, de 4 átomos de carbono,

comprendiendo dicho procedimiento las etapas que comprenden: hacer reaccionar un sustrato mineral (MS) que comprende funciones de hidroxilo sobre su superficie con una molécula de fórmula (I) : 5 X-E-SiCl3 (I)

en un disolvente aprótico.

6. Procedimiento, según la reivindicación 5, en el que la reacción se lleva a cabo en presencia de una base de Lewis.

7. Procedimiento, según la reivindicación 6, en el que la base de Lewis se selecciona del grupo que comprende:

trietilamina y diisopropiletilamina. 15

8. Procedimiento, según la reivindicación 5, en el que las funciones de hidroxilo son funciones de silanol.

9. Procedimiento, según la reivindicación 5, en el que el disolvente aprótico se selecciona del grupo que 20 comprende: tetracloruro de carbono, tricloroetileno, tolueno.

10. Procedimiento, según la reivindicación 5, en el que el sustrato mineral que comprende funciones de hidroxilo sobre su superficie se selecciona del grupo que comprende: silicio de tipo oblea cubierto por una capa de sílice o un trozo de vidrio.

11. Procedimiento, según la reivindicación 10, en el que el sustrato mineral se somete a un tratamiento seleccionado del grupo que comprende:

-sumergir el sustrato en una solución acuosa de HF con una concentración de HF, como mínimo, del 10%, a la 30 vez que se somete a tratamiento por ultrasonidos, lavar con agua seguido de tratamiento con ozono bajo UV;

-someter el sustrato a un flujo de oxígeno a una temperatura elevada;

-someter el sustrato a una oxidación química básica;

-someter el sustrato a una oxidación química ácida.

12. Procedimiento, según la reivindicación 5, en el que el organotriclorosilano se solubiliza en un disolvente aprótico con una concentración comprendida de 10-3 a 10-1 mol/l.

13. Procedimiento, según la reivindicación 7, en el que el sustrato se sumerge durante un periodo de tiempo de 15

minutos a 3 horas en la solución de organotriclorosilano que comprende DIEA, bajo condiciones de temperatura 40 controlada y en atmósfera inerte.

14. Sustrato unido a monocapa autoensamblada que responde a la fórmula (II) :

en la que:

X representa una función de isocianato -N=C=O,

E representa una cadena de alquilo, lineal, ramificado o cíclico, que comprende de 4 a 30 átomos de carbono y en la 50 que X y Si están separados por una cadena, como mínimo, de 4 átomos de carbono MS representa un sustrato mineral que comprende funciones de hidroxilo sobre su superficie.

15. Sustrato, según la reivindicación 14, en el que:

- E es una cadena de n-alquilo del tipo - (CH2) n, en la que 30 ≥ n ≥ 8

- MS se selecciona del grupo que comprende: silicio de tipo oblea cubierto por una capa de sílice o un trozo de vidrio;

16. Utilización de un sustrato de fórmula (II) , según la reivindicación 14, para la unión adicional de una molécula –Y-Z, en el que dicha unión se hace funcionar poniendo en contacto el sustrato unido (II) con una solución de una molécula de fórmula HY-Z (III) en un disolvente, en la que HY es una función que reacciona con las funciones de isocianato y Z no reacciona.

17. Utilización, según la reivindicación 16, en el que dicha unión se lleva a cabo en una solución de HY-Z en un disolvente, a una concentración de HY-Z comprendida entre 10-2 mol/l y 1 mol/l, la puesta en contacto del sustrato (II) con la solución de reactivo HY-Z tiene una duración entre ½ hora y 8 horas, dicha reacción se lleva a cabo a una temperatura controlada y en atmósfera inerte.

18. Sustrato unido a monocapa autoensamblada a que responde a la fórmula (III)

en la que: 20

- Y-Z se selecciona del grupo que comprende: p-toluidina, p-anisidina, terc-butilcarbazato, Fmoc-hidracina, 1dodecanotiol y p-bromotiofenol;

-MS es un disco de silicio

-E es n-decilo. 25

19. Utilización de un sustrato unido (III) que responde a la fórmula (III) .

en ensayos para la detección de una molécula diana y/o la detección de la interacción con otras moléculas.