Cyclen

Cyclen, beziehungsweise 1,4,7,10-Tetraazacyclododecan, ist ein cyclisches Polyamin. Cyclen ist der Ausgangsstoff für DOTA und DOTA-Derivate, die eine breite Anwendung als Arzneistoffe haben.

Strukturformel
Allgemeines
Name	Cyclen
Andere Namen	1,4,7,10-Tetraazacyclododecan
Summenformel	C8H20N4
Kurzbeschreibung	weißer Feststoff
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 294-90-6 EG-Nummer 425-450-9 ECHA-InfoCard 100.102.391 PubChem 64963 ChemSpider 58488 Wikidata Q416407
Eigenschaften
Molare Masse	172,27 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Schmelzpunkt	110–113 °C
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP), ggf. erweitert Gefahr H- und P-Sätze H: 302​‐​311​‐​314​‐​410 P: 260​‐​273​‐​280​‐​301+312​‐​303+361+353​‐​305+351+338
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Synthese

Cyclen kann durch die Kombination von zwei nukleophilen Substitutions-Reaktionen hergestellt werden. Mit der zuerst 1974 von Richman und Atkins beschriebenen Synthese lassen sich auch viele verwandte makrocyclische Polyazaalkane herstellen.

Cyclen-Synthese

Ausgangsprodukt ist dabei Diethylentriamin (1), das mit 3 Äquivalenten Tosylchlorid in Pyridin zu (3) umgesetzt wird. In Natriumethanolat wird je ein Proton der beiden primären Amine des Diethylentriamin abgespalten und durch Natrium-Ionen ersetzt (4). Als zweite Ausgangsverbindung wird Diethanolamin (2) eingesetzt. Es wird ebenfalls mit 3 Äquivalenten Tosylchlorid zu (5) umgesetzt. Beide Verbindungen (4) und (5) werden in Dimethylformamid in großer Verdünnung zur Reaktion gebracht um eine Polymerisation zu langen Ketten zu vermeiden. Im letzten Schritt werden die Tosyl-Gruppen mit Schwefelsäure entfernt und das Cyclen (7) wird erhalten. Das Rohprodukt ist meistens durch Verunreinigungen leicht gelblich gefärbt. Durch Sublimation kann Cyclen sehr rein als weißer Feststoff erhalten werden.

Verwendung

Cyclen hat ausgezeichnete Komplexierungseigenschaften. So werden ähnlich den Kronenethern selektiv Kationen gebunden.
Ein großer Teil des Cyclens wird technisch weiterverarbeitet und mit Bromessigsäure umgesetzt um DOTA beziehungsweise DOTA-Derivate zu erhalten. Da die Stickstoffatome im Gegensatz zu den Sauerstoffatomen der Kronenether eine weitere Bindung zulassen, werden, ähnlich dem DOTA, auch (mehrere) größere Reste, wie z. B. Adenosin, angekoppelt um neue Eigenschaften zu erhalten. Diese sehr starken Komplexbildner werden sowohl in der Diagnostik, als auch in der Therapie vielfältig eingesetzt.

Literatur

• C. Wängler, B. Wängler, M. Eisenhut, U. Haberkorn, W. Mier: Improved syntheses and applicability of different DOTA building blocks for multiply derivatized scaffolds, in: Bioorganic & Medicinal Chemistry, 2008, 16 (5), S. 2606–2016; PMID 18065226.
• R. Delgado, V. Félix, L. M. Lima, D. W. Price: Metal complexes of cyclen and cyclam derivatives useful for medical applications: a discussion based on thermodynamic stability constants and structural data, in: J. Chem. Soc., Dalton Trans., 2007, 26, S. 2734–2745; PMID 17592589.
• Julien Massue, Sally E. Plush, Célia S. Bonnet, Doireann A. Moore and Thorfinnur Gunnlaugsson: Selective mono N-alkylations of cyclen in one step syntheses, in: Tetrahedron Letters, 2007, 48, S. 8052–8055; doi:10.1016/j.tetlet.2007.09.022.
• X. Y. Tan, J. Zhang, Y. Huang, Y. Zhang, L. H. Zhou, N. Jiang, H. H. Lin, N. Wang, C. Q. Xia, X. Q. Yu: Synthesis and DNA-cleavage properties of metal complexes of 1,4,7,10-tetraazacyclododecane (cyclen) functionalized with a pendant benzocrown ether, in: Chem. Biodivers., 2007 4 (9), S. 2190–2197; PMID 17886837.
• E. Delgado-Pinar, J. C. Frías, L. J. Jiménez-Borreguero, M. T. Albelda, J. Alarcón, E. García-España: One-pot preparation of surface modified boehmite nanoparticles with rare-earth cyclen complexes, in: Chem. Commun. (Camb.), 2007, 32, S. 3392–3394; PMID 18019508.
• K. E. Borbas, J. I. Bruce: Synthesis of asymmetrically substituted cyclen-based ligands for the controlled sensitisation of lanthanides, in: Org. Biomol. Chem., 2007, 5, S. 2274–2282; PMID 17609759.
• Katell Sénéchal-David, Simon J. A. Pope, Susan Quinn, Stephen Faulkner, Thorfinnur Gunnlaugsson: Sensitized Near-Infrared Lanthanide Luminescence from Nd(III)- and Yb(III)-Based Cyclen-Ruthenium Coordination Conjugates, in: Inorg. Chem., 2006, 45 (25), S. 10040–10042; doi:10.1021/ic061706i.