La 1,4-butanosultona es una δ- sultona de seis miembros y el éster cíclico del ácido 4-hidroxibutanosulfónico. Como agente sulfoalquilante , la 1,4-butanosultona se utiliza para introducir el grupo sulfobutil (–(CH 2 ) 4 –SO 3 − ) en compuestos hidrófobos que poseen grupos funcionales nucleofílicos , por ejemplo grupos hidroxi (como en el caso de la β-ciclodextrina [1] ) o grupos amino (como en el caso de los colorantes de polimetina [2] ). En tales casos, el grupo sulfobutil está presente como sal sódica neutra y aumenta considerablemente la solubilidad en agua de los derivados.
La síntesis a escala de laboratorio de 1,4-butanosulfona se inicia a partir de 4,4'-diclorodibutil éter (accesible a partir de tetrahidrofurano tratado con oxicloruro de fósforo y ácido sulfúrico concentrado ), [3] [4] que reacciona con sulfito de sodio formando la correspondiente sal disódica del 4,4'-butanosulfónico. Al pasarlo a través de un intercambiador de iones ácido, la sal disódica se convierte en el ácido disulfónico que forma dos moléculas de 1,4-butanosulfona a temperatura elevada y presión reducida bajo eliminación de agua. Los rendimientos obtenidos varían del 72 al 80%. [5]
A partir de 4-clorobutan-1-ol [6] (a partir de tetrahidrofurano y cloruro de hidrógeno con un rendimiento del 54 al 57 %), se obtiene la sal sódica del ácido 4-hidroxibutan-1-sulfónico con sulfito de sodio. Esta sal se convierte con ácidos fuertes (como el ácido clorhídrico) en el ácido 4-hidroxibutanosulfónico, muy higroscópico , y se cicla a 1,4-butanosulfona mediante eliminación de agua.
La ciclización del ácido 4-hidroxibutanosulfónico en solución acuosa se produce de forma especialmente eficiente cuando se calienta con disolventes de alto punto de ebullición, inmiscibles en agua (por ejemplo, 1,2-diclorobenceno o dietilbenceno , ambos con una ebullición de aproximadamente 180 °C) en los que se disuelve la 1,4-butanosulfona y, por lo tanto, se protege de la hidrólisis en el medio acuoso. La 1,4-butanosulfona se obtiene con rendimientos de hasta el 99 % a reflujo en una hora. [7]
La destilación al vacío de la sal sódica del ácido 4-hidroxibutanosulfónico conduce, en presencia de ácido sulfúrico concentrado, directamente a 1,4-butanosulfona. [8] La sal sódica del ácido 4-clorobutano-1-sulfónico, que se obtiene a partir del 1,4-diclorobutano con sulfito de sodio, también se puede ciclar a 1,4-butanosulfona calentando a 180-250 °C. [9]
La sulfocloración de 1-clorobutano iniciada por radicales libres conduce a una mezcla de sulfocloruros posicionalmente isoméricos y productos de cloración y, por lo tanto, no es adecuada para la preparación directa de 1,4-butanosultona. [10]
La 1,4-butanosulfona es un líquido viscoso, transparente, incoloro e inodoro que reacciona en agua hirviendo (formando ácido 4-hidroxibutanosulfónico) y alcoholes (formando ácido 4-alcoxibutanosulfónico) y se disuelve en muchos disolventes orgánicos. A temperaturas inferiores al punto de fusión, el compuesto cristaliza dando lugar a "grandes y magníficas placas". [11] [3] En comparación con la γ-sultona homóloga 1,3-propanosultona, la 1,4-butanosulfona es significativamente menos reactiva como agente alquilante, pero está clasificada como mutagénica y cancerígena . [12]
La 1,4-butanosultona reacciona suavemente con nucleófilos como el amoníaco para formar las correspondientes sulfobutilbetaínas zwitteriónicas, generalmente muy solubles en agua. [11]
Las sulfobetaínas con cadenas alquílicas más largas (C n H 2n+1 con n > 10) muestran propiedades interesantes como compuestos tensioactivos ( surfactantes , detergentes ) con propiedades antimicrobianas. [13]
En la reacción de N - N -butilimidazol con 1,4-butansultona en tolueno con un rendimiento del 98% se forma 1-butilimidazolio-3-(n-butilsulfonato) [14]
El 1-butilimidazolio-3-(n-butilsulfonato) cataliza como componente de catalizadores multifuncionales la reacción de productos químicos de plataforma de la biomasa (por ejemplo, ácido levulínico o ácido itacónico) en las correspondientes lactonas, dioles o éteres cíclicos.
Los ácidos aminoalquilfosfónicos (como el ácido aminometano difosfónico, accesible a partir del tricloruro de fósforo, la formamida y el ácido fosfónico [15] ) se forman con 1,4-butanosultona ácidos N-(sulfobutil)aminometano difosfónicos:
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El ácido N-(sulfobutil)aminometano difosfónico se caracteriza por una solubilidad en agua muy alta (< 1000 g·l −1 ) y una fuerte capacidad como agente complejante y ablandador de agua . [16]
La sulfobutilación de colorantes de cianina produce compuestos fácilmente solubles en agua que reaccionan con proteínas como anticuerpos y pueden usarse como marcadores de fluorescencia sensibles al pH. [2]
El ácido hidrogenosulfato de 4-trietilamonio butano-1-sulfónico (TEBSA HSO 4 ) líquido iónico se forma mediante la reacción de 1,4-butanosulfona con trietilamina en acetonitrilo al zwitterión (rendimiento del 85 %) y la posterior reacción con ácido sulfúrico concentrado. [17]
El hidrogenosulfato de ácido 4-trietilamonio butano-1-sulfónico puede reemplazar a los ácidos minerales convencionales como catalizador ácido eficaz y fácilmente reciclable en reacciones sin solventes.
La apertura del anillo de 1,4-butanosulfona con sales de cloruro orgánico produce líquidos iónicos del tipo 4-clorobutilsulfonato con rendimiento cuantitativo. [18]
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El átomo de cloro en el anión 4-clorobutilsulfonato se puede sustituir mediante calentamiento con sales inorgánicas (por ejemplo, fluoruro de potasio ) u orgánicas (por ejemplo, acetato de sodio ) por el anión respectivo. [19]
Ya en 1949 se informó de la reacción de 1,4-butanosultona con el polisacárido insoluble en agua celulosa en solución de hidróxido de sodio , lo que conduce a un producto soluble en agua. [20] Derivado de esto, la derivatización de β-ciclodextrina a sulfobutil éter-beta-ciclodextrina (SBECD) es ahora una aplicación importante de 1,4-butanosultona. [21] El sulfobutil éter-beta-ciclodextrina es un compuesto de inclusión soluble en agua para la solubilización y estabilización de componentes escasamente solubles en agua y químicamente inestables. [1] [22] [23] La β-ciclodextrina se puede hacer reaccionar con 1,4-butanosultona en solución de hidróxido de sodio a 70 °C para obtener el sulfobutil éter con rendimientos de hasta el 80% y un grado de sustitución de 6,68. [24]
De esta manera, la solubilidad en agua de la β-ciclodextrina aumenta de 18,5 g · l-1 a más de 900 g · l-1 a 25 °C. [23] La sulfobutil éter-beta-ciclodextrina también encuentra una amplia gama de aplicaciones como vehículo inerte para la administración de fármacos (el transporte y liberación de fármacos). [25]
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