Тиолсодержащие соединения для удаления элементов из загрязненной окружающей среды и способы их применения

Тиолсодержащие соединения для удаления элементов из загрязненной окружающей среды и способы их применения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Данная заявка претендует на приоритет в отношении предварительных заявок США, серийные номера 61/246278, 61/246282 и 61/246360, все три поданы 28 сентября 2009, полные описания этих заявок полностью включены в данную заявку.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к соединениям, используемым в ковалентном связывании широким рядом металлов и элементов главных подгрупп, и более конкретно к серосодержащим лигандам и к применению таких лигандов для удаления примесей из твердых веществ, жидкостей и газов.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Загрязнение тяжелыми металлами и элементами основных групп представляет существующую и возрастающую проблему во всем мире. За несколько последних десятилетий федеральное правительство США и правительства штатов установили экологические стандарты для охраны качества поверхностных и грунтовых вод от загрязняющих веществ. В ответ на эти законодательные требования разработаны различные продукты для осаждения загрязняющих веществ из поверхностной воды, грунтовой воды и почвы. Примеры композиций и способов, используемых при осаждении металлов из воды и почвы, подробно описаны в патенте США №6586600, полное описание которого включено в данную заявку посредством ссылки.

В промышленности и экологии существуют различные ситуации, где лиганды, способные к связыванию металлов и элементов главной подгруппы, можно использовать в целях ремедиации. Например, сточная вода, выпускаемая из очистных сооружений, хлоро-щелочной промышленности, металлообрабатывающей промышленности и некоторых мест захоронений городских отходов, часто создает проблемы загрязнения. Подобным образом, содержание металла в воде, выходящей как из действующих, так и из остановленных горных разработок, является значительной экологической проблемой в географических областях с тяжелой горнодобывающей промышленностью. Грунтовые и поверхностные воды, локализованные в областях вблизи насосных станций природного газа, страдают той же проблемой загрязнения металлами. Газы, выбрасываемые из угольных электростанций и в результате сжигания городских и медицинских отходов, содержат ртуть. Следовательно, существует необходимость в лигандах, способных к связыванию и удалению металлов и элементов главной подгруппы из газов, водных и неводных растворов и твердых субстратов.

В данной области техники известно применение серосодержащих соединений для связывания тяжелых металлов. Например, Thio-Red® представляет собой химический реагент, используемый для осаждения двухвалентных тяжелых металлов из воды. Этот продукт представляет собой комплексный водный раствор натрия (с калием или без калия) тиокарбоната, сульфидов и других серосодержащих молекул. Thio-Red® в конечном счете удаляет Cu, Hg, Pb и Zn из водных растворов, вероятнее, посредством образования сульфидов металлов (то есть CuS, HgS, PbS и ZnS), чем тиокарбонатов металлов. Диалкилдитиокарбаматы натрия и калия, такие как НМР-2000®, также широко применяют в качестве осадителей металлов. Однако ограниченная способность большинства реагентов, применяемых в настоящее время на коммерческой основе, к образованию стабильных ковалентных связей с тяжелыми металлами является основной проблемой для применений в ремедиации. Реагенты, в которых отсутствуют достаточные или специфичные к металлам связывающие сайты, могут давать осадки металлов, которые нестабильны со временем и при определенных условиях рН. Такие нестабильные осадки могут высвобождать связанный металл обратно в окружающую среду, в результате чего оказываются неудовлетворительными в качестве агентов обработки или ремедиации. Кроме того, эти реагенты могут образовывать простые сульфиды металлов, которые бактерии способны метилировать (в случае Hg образовывать водорастворимый катион MeHg⁺). Соответственно, существует необходимость в лигандах, которые не только связывают металлы и элементы главной подгруппы, но также связывают эти элементы таким образом, чтобы образовать стабильные нерастворимые осадки, которые удерживают загрязняющий элемент(ы), в широком диапазоне условий окружающей среды в течение продолжительных периодов времени.

Подобным образом, известно применение разнообразных хелаторов для хелатирующей терапии отравления металлами. На сегодняшний день многие исследования отражают возрастающее воздействие на население ртути и других токсичных тяжелых металлов. Примерами одобренных в настоящее время связующих веществ для лечения отравлений тяжелыми металлами, таких как отравление ртутью, являются димеркаптопропансульфонат (ДМПС) и димеркаптоянтарная кислота (ДМЯК), которые были внедрены во время Второй мировой войны для борьбы с индустриальным воздействием тяжелых металлов. Общепринятые соединения, такие как ДМПС и ДМЯК, хотя их часто называют "хелаторами", в действительности не являются хелаторами в химическом смысле этого слова. Это связано с тем, что пространство между атомами серы на соседних атомах углерода недостаточно, чтобы дать возможность большому атому тяжелого металла связаться с обоими атомами серы одновременно, что является требованием к образованию настоящего "хелата". Скорее, ДМПС и ДМЯК образуют связанные многослойные комплексы с металлом, где, например, две молекулы связующего вещества связываются с одним атомом ртути. Это дает более слабое присоединение, чем было бы в случае настоящего хелатора, который образовал бы две связи между тиольными (-SH) группами и Hg²⁺. Кроме того, на основе их свойств отрицательной заряженности связующие вещества, такие как ДМЯК, ДМПС и ЭДТА, обладают неспецифическим притяжением ко всем ионам металлов, включая незаменимые металлы Са²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺ и т.д. Быстрое выведение этих связующих веществ из организма с мочой может обладать отрицательным эффектом истощения этих незаменимых металлов в организме. Происходили смертельные случаи в результате истощения незаменимых металлов за счет заряженных связующих соединений в процессе, называемом хелатирующей терапией, и поэтому данное медикаментозное лечение должен осуществлять опытный врач.

Тяжелые металлы, такие как ртуть, типично являются жирорастворимыми или могут проходить через клеточную мембрану посредством нативных носителей ионов двухвалентных металлов (например, для Са²⁺, Mg²⁺) в форме М²⁺ и могут, следовательно, концентрироваться внутри клетки, и больше всего в адипозной или жировой ткани или в других тканях с высоким содержанием липидов, включая без ограничения центральную нервную систему. Действительно, ртуть и другие тяжелые металлы преимущественно распределяются и концентрируются в гидрофобных аспектах млекопитающих, рыб и тому подобных, таких как жировые ткани, клеточные мембраны, липидсодержащие области внутренней части клетки и тому подобное.

Таким образом, доступные в настоящее время, одобренные связующие вещества тяжелых металлов имеют несколько недостатков в отношении их общей химической природы, которая может быть усовершенствована посредством синтеза хорошо сконструированных, настоящих хелаторов, которые обладают более безопасными экскреторными свойствами, такими как более высокое сродство к металлам и/или элементам главной подгруппы и выведение с фекалиями вместо мочи. Такие хорошо сконструированные настоящие хелаторы должны быть желательно незаряженными, жирорастворимыми или гидрофобными соединениями или альтернативно преобразуемыми из водорастворимых (для пригодности для доставки через кровоток) в жирорастворимые соединения в организме, чтобы дать возможность их распределения в жировые (гидрофобные) ткани, где, прежде всего, локализован груз ртути или другого тяжелого металла. Кроме того, такие хелаторы одни, в отсутствие воздействий тяжелых металлов, должны обладать низкой или, еще лучше, не обладать обнаружимой токсичностью для млекопитающих. Они должны быть настоящими хелаторами, которые связывали бы тяжелые металлы и элементы главной подгруппы исключительно прочно, предупреждая токсические эффекты, а также предупреждая высвобождение или концентрирование в токсичной форме в каком-либо органе организма. Кроме того, было бы желательно, чтобы хелаторы выводились посредством системы билиарного транспорта печени в фекалиях вместо выведения через почки (органа, очень чувствительного к воздействию тяжелых металлов) и в моче. Кроме того, было бы желательно разработать усовершенствованные хелаторы, которые легко преобразуются между водорастворимыми и жирорастворимыми формами, давая возможность их выведения желаемым путем, то есть через почки для водорастворимой формы и через систему билиарного транспорта печени в фекалиях для жирорастворимой формы.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одной форме осуществления хелатирующие лиганды имеют общую формулу:

или

где R¹ выбран из группы, включающей бензол, пиридин, пиридин-4-он, нафталин, антрацен, фенантрен и алкильные группы, R² независимо выбран из группы, включающей атом водорода, алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, органические группы и биологические группы, R³ независимо выбран из группы, включающей алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, органические группы и биологические группы, Х независимо выбран из группы, включающей атом водорода, лития, натрия, калия, рубидия, цезия, франция, алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, цистеин, гомоцистеин, глутатион, липоевую кислоту, дигидролипоевую кислоту, тиофосфат, N-ацетилцистеин, меркаптоуксусную кислоту, меркаптопропионовую кислоту, γ-глутамилцистеин, фитохелатины, тиолсалицилат, органические группы и биологические группы, n независимо равно 1-10, m=1-6, Y независимо выбран из группы, включающей атом водорода, полимеры, кремнеземы и субстраты на кремнеземном носителе, и Z выбран из группы, включающей атом водорода, алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, гидроксильную группу, NH₂, HSO₃, атомы галогенов, карбонильную группу, органические группы, биологические группы, полимеры, кремнеземы и субстраты на кремнеземном носителе, при условии, что, когда R¹ представляет собой алкильную группу, по меньшей мере один Х не может одновременно представлять собой атом водорода.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к способам удаления металлов и/или элементов главной подгруппы из исходного материала. Эти способы включают приведение в контакт исходного материала с эффективным количеством серосодержащего хелатирующего лиганда, как описано выше, в течение достаточного времени, чтобы образовать стабильный комплекс(ы) лиганд - металл и/или лиганд - элемент главной подгруппы, где данный комплекс(ы) лиганд - металл и/или лиганд - элемент главной подгруппы остается по существу необратимо связанным с лигандом во всем диапазоне кислых и щелочных значений рН.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к способам удаления металлов и/или элементов главной подгруппы из ткани, содержащей липиды, в организме человека и/или животного. Эти способы включают внутривенную доставку количества серосодержащего хелатирующего лиганда, как описано выше, в ткань, содержащую липид, в организме, образование комплекса(ов) лиганд - металл и/или лиганд - элемент главной подгруппы и выведение этого комплекса(ов) из организма. Авторы изобретения наблюдали, что некоторые незаряженные гидрофобные соединения предшествующего уровня техники, такие как соединения, раскрытые в патенте США №6586600 авторов Atwood et al., обладают исключительно низкой токсичностью при инъекции или приеме внутрь подопытными животными. Недостатком является то, что нерастворимость в воде этих гидрофобных соединений делает их плохими кандидатами для внутривенных применений. Внутривенное (IV) применение обладает преимуществом скорости общей доставки и возможности лечить пациента без сознания. Поэтому в настоящем изобретении раскрыты аналоги незаряженных нетоксичных хелаторов, которые могли быть изначально разработаны как заряженные, водорастворимые соединения. Эти водорастворимые соединения преобразуются в крови в незаряженные жирорастворимые соединения, которые могут проникать в мембраны и другие гидрофобные аспекты клеток и тканей и даже пересекать гематоэнцефалический барьер.

Кроме того, в настоящем изобретении предложены незаряженные нетоксичные жирорастворимые аналоги, которые могут преобразовываться внутриклеточными ферментами, как только они поглощены, в водорастворимые хелаторы. Те же соединения можно обрабатывать снаружи ферментами (эстеразами), чтобы сделать их водорастворимыми для внутривенных применений. Это может быть особенно полезным, если требуется терапевтический агент, который не проникает в клетки или не пересекает гематоэнцефалический барьер и все же сохраняет высокое сродство к тяжелым металлам и/или элементам главной подгруппы.

В одной форме осуществления данного аспекта описанные хелаторы представляют собой тиолсодержащие/тиолатсодержащие соединения, включающие ароматическую кольцевую структуру, кроме того, включающие дополнительные функциональные группы на органической кольцевой структуре и/или на боковых цепях тиола. Репрезентативная структура этих соединений приведена ниже. В данной структуре Z и Y могут представлять собой разнообразные комбинации органических, металлоорганических и неорганических групп, включающих без ограничения ОН, СООН, NH₂, HSO₃, атомы галогенов и тому подобное. Х может представлять собой одно или более чем одно из атома водорода, атомов галогенов, органических групп, образующих тиоэфиры и родственные производные, или металлов, выбранных без ограничения из элементов Группы 1 и 2, представленных в Периодической таблице элементов, либо может включать заряженные молекулы, имеющие концевой сульфгидрил, включая без ограничения глутатион, цистеин, гомоцистеин, липоевую кислоту, дигидролипоевую кислоту, тиофосфат, N-ацетилцистеин, меркаптоуксусную кислоту, меркаптопропионовую кислоту, γ-глутамилцистеин, фитохелатины, тиолсалицилат и тому подобное. Условное обозначение n может представлять собой любое целое число 1-10. Другие рассматриваемые ароматические группы включают нафталин, антрацен, фенантрен и тому подобное, как изложено выше.

или

Другие аспекты настоящего изобретения станут очевидными специалистам в данной области техники из последующего описания, где представлены и описаны иллюстративные примеры осуществления данного изобретения. При реализации данного изобретения возможны дополнительные формы осуществления, и некоторые его детали можно модифицировать в различных очевидных аспектах без отклонения от изобретения. Соответственно, графические материалы и описания рассмотрены как иллюстративные по природе, но не как ограничивающие.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Нижеследующее подробное описание конкретных форм осуществления настоящего изобретения может быть лучше понято при прочтении в сочетании с нижеследующими графическими материалами, в которых:

на фиг.1 показаны результаты по потере массы на основании термогравиметрического анализа на Si60 в температурном диапазоне от 30°С до 1000°С при повышении температуры на 20°С/мин и скорости тока 110/55 мм Hg (давление на входе/на выходе), проведенного в атмосфере воздуха;

на фиг.2 показаны результаты по потере массы на основании термогравиметрического анализа на SiNH₂ в температурном диапазоне от 30°С до 1000°С при повышении температуры на 20°С/мин и скорости тока 110/55 мм Hg (давление на входе/на выходе), проведенного в атмосфере воздуха;

на фиг.3 показаны результаты по потере массы на основании термогравиметрического анализа на SiAB9, полученном согласно первой экспериментальной методике, в температурном диапазоне от 30°С до 1000°С при повышении температуры на 20°С/мин и скорости тока 110/55 мм Hg (давление на входе/на выходе), проведенного в атмосфере воздуха;

на фиг.4 показаны результаты по потере массы на основании термогравиметрического анализа на SiAB9, полученном согласно второй экспериментальной методике, в температурном диапазоне от 30°С до 1000°С при повышении температуры на 20°С/мин и скорости тока 110/55 мм Hg (давление на входе/на выходе), проведенного в атмосфере воздуха;

на фиг.5 показаны химические структуры различных гидрофобных хелаторов в соответствии с настоящим изобретением, которые преобразуются в гидрофильные хелаторы внутри микроокружения; и

на фиг.6а и 6b показаны химические структуры различных хелаторов в соответствии с настоящим изобретением, которые могут быть введены в организм в гидрофильном состоянии, восстановлены до гидрофобного состояния в организме для распределения в обогащенных липидами областях, а затем ферментативным путем возвращены в гидрофильное состояние in vivo.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ФОРМ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Как кратко изложено выше, настоящее изобретение относится к новым серосодержащим хелатирующим лигандам, которые связывают металлы и/или элементы главной подгруппы с образованием в результате комплекса(ов) лиганд - металл и/или лиганд - элемент главной подгруппы, который остается стабильным в широком диапазоне значений рН. При образовании комплекса(ов) лиганд - металл и/или лиганд - элемент главной подгруппы эти новые лиганды способны к образованию ковалентных связей с металлами и/или с элементами главной подгруппы, которые не могут быть разрушены в самых кислых или щелочных условиях. Лиганды по настоящему изобретению пригодны для связывания металлов и/или элементов главной подгруппы, которые имеют положительную валентность, отвечающую степени окисления, или могут быть приведены в нее, включающих, но не ограниченных ими, иттрий, лантан, гафний, ванадий, хром, уран, марганец, железо, кобальт, никель, палладий, платину, медь, серебро, золото, цинк, кадмий, ртуть, свиней, олово и тому подобное. Лиганды по настоящему изобретению также пригодны для связывания элементов главной подгруппы, которые имеют положительную валентность, отвечающую степени окисления, или могут быть приведены в нее, далее в данной заявке определенные как включающие галлий, индий, таллий, бор, кремний, германий, мышьяк, сурьму, селен, теллур, полоний, висмут, молибден, торий, плутоний и тому подобное.

В одном аспекте настоящее изобретение относится к хелатирующим лигандам, состоящим из органической группы, содержащей по меньшей мере одну алкильную цепь, которая заканчивается серосодержащей группой. Эти хелатирующие лиганды могут иметь общую формулу:

или

где R¹ может быть выбран из группы, включающей органические группы, которые включают, но не ограничены ими, бензол, пиридин, пиридин-4-он, нафталин, антрацен, фенантрен и алкильные группы, такие как (СН₂)_y, где y=2-8, R² может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, другие органические группы, которые включают, но не ограничены ими, ацилы и амиды, и биологические группы, которые включают, но не ограничены ими, аминокислоты и белки, такие как цистеин, R³ может быть независимо выбран из группы, включающей алкилы, арилы, карбоксильные группы, эфиры карбоксилаты, другие органические группы, которые включают, но не ограничены ими, ацилы и амиды, и биологические группы, которые включают, но не ограничены ими, белки и аминокислоты, такие как цистеин, Х может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, лития, натрия, калия, рубидия, цезия, франция, алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, цистеин, гомоцистеин, глутатион, липоевую кислоту, дигидролипоевую кислоту, тиофосфат, N-ацетилцистеин, меркаптоуксусную кислоту, меркаптопропионовую кислоту, γ-глутамилцистеин, фитохелатины, тиолсалицилат, органические группы и биологические группы, n может быть независимо равно 1-10, m может быть равно 1-6, Y может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, полимеры, кремнеземы и субстраты на кремнеземном носителе, и Z может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, гидроксильную группу, NH₂, HSO₃, атомы галогенов, карбонильную группу, органические группы, биологические группы, полимеры, кремнеземы и субстраты на кремнеземном носителе. В некоторых формах осуществления n может быть независимо равно 1-6 или 1-4. В некоторых формах осуществления m может быть равно 1-2 или 4-6, и в некоторых представляющих интерес формах осуществления m равно 2. В формах осуществления, где m≥2, атомы серы множества алкильных цепей могут иметь один общий X. В таких формах осуществления Х может быть независимо выбран из группы, включающей бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий.

Не желая быть связанными какой-либо конкретной теорией, считают, что стабильность комплексов металла и/или элемента главной подгруппы, образованных посредством использования лигандов по настоящему изобретению, является следствием множества взаимодействий между атомами металла и/или элемента главной подгруппы и атомами серы и/или азота на лиганде. Соответственно, считают, что атомы серы и/или азота образуют многозубчатую связывающую структуру с атомом металла и/или элемента главной подгруппы. В формах осуществления лигандов, которые включают множество алкильных цепей (то есть m≥2), атом металла и/или элемента главной подгруппы может быть связан посредством взаимодействий с множеством атомов серы и/или азота лиганда. В формах осуществления лигандов, которые включают единственную алкильную цепь (то есть m=1), атом металла и/или элемента главной подгруппы может быть связан посредством взаимодействий с атомами серы и/или азота множества лигандов. Однако атомы металла и/или элемента главной подгруппы могут также связываться атомами серы и/или азота нескольких лигандов, которые включают множество алкильных цепей. Соответственно, лиганды могут образовать комплексы с металлом и/или элементом главной подгруппы посредством взаимодействий между атомами металла и/или элемента главной подгруппы и атомами серы и/или азота одного лиганда, а также образовать полимерные комплексы с металлом и/или элементом главной подгруппы посредством взаимодействий между атомами металла и/или элемента главной подгруппы и атомами серы и/или азота множества лигандов.

Соединения могут быть связаны с материалом носителя Y при R³. В зависимости от значения m Y может включать полимеры, кремнеземы, субстраты на кремнеземном носителе или атом водорода. Если m=1, то Y может быть выбран из группы, включающей атом водорода, полимеры, кремнеземы и субстраты на кремнеземном носителе, глинозем и другие вещества, представляющие собой оксиды металлов. Если m>1, то каждый Y может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, полимеры, кремнеземы, субстраты на кремнеземном носителе, глинозем и другие вещества, представляющие собой оксиды металлов. Таким образом, где m>1, соединение может быть связано с материалом носителя Y при единственной группе R³, при всех группах R³ или любой их комбинации. Кроме того, Y может включать фильтрационные гранулы или иначе заключен или включен в фильтрационную среду. Например, в одной форме осуществления Y может включать полистирольные гранулы, так что серосодержащие соединения находятся на носителе, представляющем собой полистирольные гранулы, для фильтрования загрязняющих веществ.

В одной полезной форме осуществления хелатирующие лиганды могут иметь общую формулу:

где R¹ может быть выбран из группы, включающей бензол, пиридин, нафталин, антрацен, фенантрен и алкильные группы, R² может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, органические группы и биологические группы, R³ может быть независимо выбран из группы, включающей алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, органические группы и биологические группы, Х может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, лития, натрия, калия, рубидия, цезия, франция, цистеин и глутатион, n независимо равно 1-10, m=1-6, и Y может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, полимеры, кремнеземы и субстраты на кремнеземном носителе, при условии, что, когда R¹ представляет собой алкильную группу, по меньшей мере один Х не может одновременно представлять собой атом водорода.

В другой полезной форме осуществления хелатирующие лиганды могут иметь общую формулу:

где R¹ может быть выбран из группы, включающей бензол, пиридин, нафталин, антрацен, фенантрен и алкильные группы, R² может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, органические группы и биологические группы, R³ может быть независимо выбран из группы, включающей алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, органические группы и биологические группы, Х может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, лития, натрия, калия, рубидия, цезия, франция, цистеин и глутатион, n независимо равно 1-10, m=1-6, и Y может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, полимеры, кремнеземы и субстраты на кремнеземном носителе.

В другой полезной форме осуществления настоящее изобретение относится к хелатирующим лигандам, состоящим из органической группы, содержащей две алкильные цепи, заканчивающиеся серосодержащими группами. Эти хелатирующие лиганды могут иметь общую формулу:

или

где R¹ может быть выбран из группы, включающей бензол, пиридин, пиридин-4-он, нафталин, антрацен, фенантрен и алкильные группы, R² может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, органические группы и биологические группы, R³ может быть независимо выбран из группы, включающей алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, органические группы и биологические группы, Х может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, лития, натрия, калия, рубидия, цезия, франция, цистеин и глутатион, n независимо равно 1-10, Y может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, полимеры, кремнеземы и субстраты на кремнеземном носителе, и Z может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, гидроксильную группу, NH₂, HSO₃, атомы галогенов, карбонильную группу, органические группы, биологические группы, полимеры, кремнеземы и субстраты на кремнеземном носителе.

В другой полезной форме осуществления настоящее изобретение относится к хелатирующим лигандам, состоящим из органической группы, содержащей две алкильные цепи, заканчивающиеся серосодержащими группами. Однако в данной форме осуществления два атома серы этих двух алкильных цепей имеют один общий X. Эти хелатирующие лиганды могут иметь общую формулу:

или

где R¹ может быть выбран из группы, включающей бензол, пиридин, пиридин-4-он, нафталин, антрацен, фенантрен и алкильные группы, R² может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, органические группы и биологические группы, R³ может быть независимо выбран из группы, включающей алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, органические группы и биологические группы, Х может быть выбран из группы, включающей бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий, n независимо равно 1-10, Y может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, полимеры, кремнеземы и субстраты на кремнеземном носителе, и Z может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, гидроксильную группу, NH₂, HSO₃, атомы галогенов, карбонильную группу, органические группы, биологические группы, полимеры, кремнеземы и субстраты на кремнеземном носителе.

В другой полезной форме осуществления настоящее изобретение относится к хелатирующим лигандам, состоящим из кольцевой структуры, содержащей две алкильные цепи, заканчивающиеся серосодержащими группами. Эти хелатирующие лиганды могут иметь общую формулу:

или

где R² может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, органические группы и биологические группы, R³ может быть независимо выбран из группы, включающей алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, органические группы и биологические группы, Х может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, лития, натрия, калия, рубидия, цезия, франция, цистеин и глутатион, n независимо равно 1-10, и Y может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, полимеры, кремнеземы и субстраты на кремнеземном носителе. Как раскрыто в патенте США №6586600, хелатирующие лиганды приведенной выше общей формулы, где группы R³ (а также группы R²) включают атом водорода, оба n равны 1 и оба Y включают атом водорода, могут называться "В9".

В другой полезной форме осуществления В9 хелатирующие лиганды имеют формулу:

или

где n независимо равно 1-10. Хелатирующие лиганды этой общей формулы могут называться "глутатион В9" или сокращенно "GB9".

В одной полезной форме осуществления GB9 хелатирующий лиганд имеет формулу:

или

В другой полезной форме осуществления настоящее изобретение относится к хелатирующим лигандам, состоящим из кольцевой структуры, содержащей две алкильные цепи, заканчивающиеся серосодержащими группами. В данной форме осуществления два атома серы двух алкильных цепей имеют одну общую группу X. Эти хелатирующие лиганды могут иметь общую формулу:

или

где R² может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, органические группы и биологические группы, R³ может быть независимо выбран из группы, включающей алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, органические группы и биологические группы, Х может быть выбран из группы, включающей бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий, n независимо равно 1-10, и Y может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, полимеры, кремнеземы и субстраты на кремнеземном носителе.

В другой полезной форме осуществления хелатирующие лиганды имеют формулу:

или

где R¹ может быть выбран из группы, включающей бензол, пиридин, нафталин, антрацен, фенантрен и алкильные группы, R² может быть независимо выбран из группы, включающей алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, органические группы и биологические группы, Х может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, лития, натрия, калия, рубидия, цезия, франция, цистеин и глутатион, n независимо равно 1-10, и Y может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, полимеры, кремнеземы и субстраты на кремнеземном носителе. Хелатирующие лиганды этих общих формул могут называться "кислый В9" или сокращенно "АВ9".

В одной полезной форме осуществления АВ9 хелатирующие лиганды имеют формулу:

или

где R¹ может быть выбран из группы, включающей бензол, пиридин, нафталин, антрацен, фенантрен и алкильные группы, R² может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, органические группы и биологические группы, Х может быть независимо выбран из группы, включающей бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий, n независимо равно 1-10, и Y может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, полимеры, кремнеземы и субстраты на кремнеземном носителе.

В другой полезной форме осуществления АВ9 хелатирующие лиганды имеют формулу:

или

где R² может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, органические группы и биологические группы, n независимо равно 1-10, и Y может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, полимеры, кремнеземы и субстраты на кремнеземном носителе.

В другой полезной форме осуществления АВ9 хелатирующие лиганды имеют формулу:

или

где Y может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, полимеры, кремнеземы и субстраты на кремнеземном носителе.

В другой полезной форме осуществления АВ9 хелатирующие лиганды имеют формулу:

или

где R² может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, алкилы, арилы, карбоксильную группу, эфиры карбоксилаты, органические группы и биологические группы, n независимо равно 1-10, и Y может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, полимеры, кремнеземы и субстраты на кремнеземном носителе. Хелатирующие лиганды этой общей формулы могут называться "глутатион АВ9" или сокращенно "GAB9".

В одной полезной форме осуществления GAB9 хелатирующий лиганд имеет формулу:

или

где Y может быть независимо выбран из группы, включающей атом водорода, полимеры, кремнеземы и субстраты на кремнеземном носителе.

В другой полезной форме осуществления АВ9 АВ9 может представлять собой материал на носителе, имеющий структуру:

где PS может представлять собой полистирол или сополимер, содержащий полистирол. В одной даже более конкретной форме осуществления PS может представлять собой сополимер хлорметилированного полистирола и дивинилбензола (2% DVB, 200-400 меш).

В одной конкретной форме осуществления материала на носителе АВ9 этот материал может быть дериватизирован перед присоединением АВ9 или его эквивалента с получением структуры формулы:

Альтернативно АВ9 может быть присоединен на кремнезем, функционализированный амином (кремнезем-NH₂). В одной примерной форме осуществления кремнезем-NH₂, полученный путем связывания γ-аминопропилтриэтоксисилана на кремнеземе-60 (Si60), можно кипятить с обратным холодильником в растворе АВ9 в этаноле с получением структуры формулы: