• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Artikler fra Dansk KemiOrganisk kemi07. 10. 2026 | Heidi Thode

Biotin[6]uril – en makrocyklisk forbindelse, der vekselvirker med anioner

Artikler fra Dansk KemiOrganisk kemi07. 10. 2026 | Heidi Thode

Ved at udnytte at reaktionen mellem formaldehyd og d-Biotin (et vitamin, og et naturligt forekommende N,N’-dialkylurinstof) er reversibel, kan oligomeriseringsreaktionen guides ved at tilsætte en templat. I dette bidrag forklarer jeg, hvordan dette er blevet udnyttet til at syntetisere makrocykler, der vekselvirker stærkt og selektivt til anioner, som var blevet brugt som templat i syntesen af makrocyklen, biotin[6]uril.

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder
(læs originalartiklen her)

Af Michael Pittelkow. Kemisk Institut, Københavns Universitet

Hvis man lader urinstof (CO(NH2)2) reagere med formaldehyd (CH2O) i koncentreret svovlsyre (H2SO4), får man en hård polymer (en såkaldt thermoset polymer), hvor de to NH2-grupper har reageret et antal gange med formaldehyd og er krydsbundet med CH2-grupper. De individuelle urinstof-enheder er altså forbundet via såkaldte aminal-funktionaliteter (figur 1).
Denne polymer kan dernæst nedbrydes, hvis man koger den i vandig syre, for eksempel vandig koncentreret saltsyre. Dette er helt klassisk, og observationen, at polymeren kan dannes og nedbrydes, åbner interessante muligheder for at bruge denne type af reaktion til at danne molekyler og materialer, der kan tilpasse sig de eksperimentelle omstændigheder, da den kemiske reaktion er reversibel (aminal-dannelsen) [1].
Hvis man i stedet for at bruge simpel urea reagerer formaldehyd med et N,N’-di-substitueret urinstof, så får man ikke længere krydsbundne polymerer, men i stedet enten lineære polymerer eller cykliske forbindelser. To eksempler på cykliske forbindelser er stofklasserne cucurbit[n]uriler og hemicucurbit[n]uril (n er antallet af monomere enheder) som er vist i figur 2 [2-3].
Når hhv. hemicucurbit[n]uril og cucurbit[n]uril syntetiseres, er de konkrete betingelser vigtige, da koncentrationen og arten af den valgte syre influerer udfaldet af syntesen. Som et eksempel dannes hemicucurbit[6]uril i næsten kvantitativt udbytte i 4 m HCl, hvorimod udfaldet er næsten kvantitativt til dodecameren hemicucurbit[12]uril, når 1 m HCl bruges. Faktisk kan hemicucurbit[6]uril dannes fra hemicucurbit[12]uril ved at opløse den i 4 m HCl, hvilket bekræfter, at aminal-dannelse er reversibel. Ligeledes kan størrelsen af makrocykler af cucurbit[n]uril-arten påvirkes betragteligt ved at ændre reaktionsbetingelserne (valg af syre, temperatur og koncentration).

Biotin[6]uril – en makrocyklisk forbindelse, der vekselvirker med anioner
I vores forskningsgruppe på Kemisk Institut på KU beskrev vi for nogle år siden den første vandopløselige makrocykel af N,N‘-ethylenurea-familien [4]. Med udgangspunkt i d-biotin lykkedes det os at syntetisere biotin[6]uril ved brug af betingelser, der minder om dem, der blev brugt i den oprindelige hemicucurbit[6]uril-syntese (figur 3).
Biotin[6]uril kan syntetiseres under en række forskellige betingelser, men det højeste udbytte opnåede vi ved at reagere d-biotin og paraformaldehyd i 3,5 m H2SO4 med NaBr som additiv. Makrocyklen blev isoleret som en enkelt isomer med et udbytte på 63 procent (figur 3). Vi har sidenhen succesfuldt syntetiseret mere end et kilo af Biotin[6]uril.
Makrocyklen består af seks d-biotin-monomerer og den alternerende rumlige orientering af carbonylgrupperne, der er forbundet via methylenbroer ved urea-kvælstofatomerne. Dette skaber en hydrofob indre af makrocyklen med tolv C-H-grupper, der peger ind i kaviteten. Det er de H’er, der sidder i brohovederne på den konvekse del af d-biotin-enhederne. Kaviteten i biotin[6]uril kan inkludere (binde) en række småmolekyler (ethanol, vand) samt anioner så som iodid.
Røntgenstrukturen af biotin[6]uril-iodid-bindingskomplekset med iodid bundet er vist i figur 4 [4].
Vi udførte syntesen af biotin[6]uril ved forskellige koncentrationer af HCl og fandt, at 7 m HCl gav den reneste reaktion. Det var bemærkelsesværdigt, at et reaktionsmedium med samme H+-koncentration (3,5 m H2SO4) og en halidskabelon (chlorid eller bromid) resulterede i det samme produkt, hvilket beviser, at syntesen bliver guidet af binding til anionen. Dette kaldes en ”termodynamisk templateffekt” [5].
Monovalente anioner bindes af biotin[6]uril i vand ved pH 7,5 med præference for blødere anioner, hvilket ses af præferencerækkefølgen SCN– > I– > Br– > Cl– [6]. 1:1-Støkiometri blev observeret for alle undersøgte anioner ved hjælp af Jobs metode og massespektrometri-analyse. Biotin[6]uril vekselvirker ikke væsentligt med kationer som Na+, K+ og Cs+, og ændring af pH fra 10,8 til 7,5 påvirkede ikke bindingsisotermer (ITC). Ved anvendelse af ITC til undersøgelser i vand fandt vi, at det enthalpiske bidrag er væsentligt og stort, mens det entropiske bidrag er lille. Biotin[6]uril binder anioner via C-H···anion-vekselvirkninger fra de tolv hydrogenatomer, der peger ind i kaviteten.
Biotin[6]uril blev gjort opløselig i organiske opløsningsmidler ved at omdanne carboxylsyrerne til estere – henholdsvis methyl- (bio[6]me), ethyl- (bio[6]et) og butylestere (bio[6]bu). Dette blev gjort ved hjælp af en Fischers estersyntesesstrategi direkte på biotin[6]uril (figur 5) [7].
¹H-NMR- og ITC-titreringer blev brugt til at undersøge bindingsvekselvirkningerne i hexaestrene. Anioner som Cl–, NO3–, HCO3– og SO42- blev undersøgt i acetonitril, og biotin[6]uril-hexaestrene havde sammenlignelige bindingsaffiniteter, uanset om undersøgelserne blev udført med bio[6]me, bio[6]et eller bio[6]bu for både chlorid og nitrat. Igen blev der observeret 1:1-støkiometri for alle anioner. Bindingsvekselvirkningen for chlorid blev bestemt ved ITC og var både enthalpisk og entropisk favorabel i modsætning til, hvad der blev fundet for bio[6] i vand, hvor entropien var ufavorabel.
I det organiske opløsningsmiddel binder chlorid-ioner cirka to størrelsesordener stærkere end NO3– og HCO3–, mens der ikke blev observeret binding for SO42--anionen. HCO3– er mere basisk end de øvrige anioner og er derfor normalt den bedre acceptor for konventionelle hydrogenbindinger (HNO3 pKₐ = -1,3; H2CO3 pKₐ = 3,6 og 10,3), så de lignende Kₐ-værdier for NO3– og HCO3– indikerer forskellen mellem konventionelle hydrogenbindinger og C-H···anion-vekselvirkninger.
Vi testede anion-transport for biotin[6]uril-hexaestrene ved brug af unilamellære vesikler bestående af POPC, kolesterol (70/30) og bio[6]-hexaester ved hjælp af lucigenin-assayet, der er blevet udviklet af Davis-gruppen i Bristol. Chlorid-ion transport blev fulgt ved brug af emissionen fra lucigenin på grund af quenching af lucigenin ved den stigende chloridkoncentration inde i vesiklen (figur 6).
Ved tilsætning af chlorid blev der observeret et fald i emissionen ved 535 nm, hvilket viste, at bio[6]-estrene transporterede chlorid ind i vesiklerne. Alle tre bio[6]-estere viste transport, hvor butylesteret var den hurtigste transporter.
Interessant nok medførte en ændring fra NO3– til SO42- i lucigenin-assayet, at transporten stoppede fuldstændigt, hvilket indikerer, at biotin[6]uril-hexaestrene ikke kan transportere intravesikulært SO42- ud af vesiklerne, når Cl– transporteres ind. Dette er forventeligt, da det divalente sulfation ikke bindes af bio[6]-strukturen. NO3– er i stand til at transporteres ud af vesiklerne for at opretholde elektroneutralitet. Denne ændring fra nitrat til sulfat viser også, at bio[6]-estrene ikke transporterer Na+-ioner, da indstrømning af Na+ ligeledes ville opretholde elektroneutralitet.
Dette eksperiment viser høj selektivitet for chloridtransport frem for bicarbonat- og sulfattransport. Den bemærkelsesværdige selektivitet af bio[6]-estere i både aniontransport og anionbinding kan muligvis skyldes den relativt “bløde” karakter af C-H-hydrogenbindingen sammenlignet med andre hydrogenbindingsdonorer, hvilket favoriserer blødere anioner frem for hårde anioner (Cl– frem for eksempelvis HCO3–).

Konklusioner og fremtidig forskning
I min gruppe arbejder vi på nye aspekter af kemien af biotin[6]uril – især hvordan vi kan funktionalisere makrocyklen på nye måder til for eksempel at binde anioner stærkere, og til selektivt at kunne binde både anioner og kationer samtidigt.

Tak
Tak til nuværende og tidligere gruppemedlemmer, mine skønne kollegaer på KU, samt samarbejdspartnere.

E-mail:
Michael Pittelkow: pittel@chem.ku.dk

Referencer
1. B. Tollens, Chem. Ber., 1884, 17, 653-659.
2. N.N. Andersen, M. Lisbjerg, K. Eriksen, M. Pittelkow, Isr. J. Chem., 2018, 3-4 (58), 435-448.
3. L. Isaccs, Chem. Commun., 2009, 619-629.
4.  M. Lisbjerg, B.M. Jessen, B. Rasmussen, B.E. Nielsen, A.Ø. Madsen, M. Pittelkow. Chem. Sci., 2014, 5(7), 2647-2650.
5. P.T. Corbett, J. Leclaire, L. Vial, K.R. West, J.-L. Wietor, J.K.M. Sanders, S. Otto, Chem. Rev., 106(9), 3652-3711.
6. a) N.N. Andersen, K. Eriksen, M. Lisbjerg, M.E. Ottesen, B.O. Milhoej, S.P.A. Sauer, M. Pittelkow, J. Org. Chem., 2019, 84, 5, 2577-2584. b) M. Lisbjerg, B.E. Nielsen, B.O. Milhøj, S.A.P. Sauer, M. Pittelkow, Org. Biomol. Chem., 2015, 13, 369-373.
7. M. Lisbjerg, H. Valkenier, B.M. Jessen, H. Al-Kerdi, A.P. Davis, M. Pittelkow, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137(15), 4948-4951.

Skrevet i: Artikler fra Dansk Kemi, Organisk kemi

Seneste nyt fra redaktionen

Grundstoffer med kant

Artikler fra Dansk KemiBranchenyt07. 10. 2026

Thomas Just Sørensen: Universets byggeklodser. 283 sider. Boganmeldelsen er bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Anmeldt af Søren Kiil, professor, DTU Kemiteknik Det periodiske system er kemiens

Evaluering af rustbeskyttende maling under barske maritime forhold

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik07. 10. 2026

Ny viden og avanceret testning skal sikre mere holdbare og bæredygtige beskyttelsessystemer til fremtidens infrastruktur. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Ziyou Li, Joshua

Hvordan får vi saftige plantebøffer? Rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein

Artikler fra Dansk KemiFødevarekemi07. 10. 2026

Tekstureret vegetabilsk protein bruges til at fremstille plantebaserede kødanaloger. pH og ionstyrke påvirker proteiners konformation og interaktion med vandmolekyler, så vi satte os for at undersøge, hvordan pH og ionstyrke påvirker rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein. Artiklen har

Hvad skal kalken bruges til?

Artikler fra Dansk Kemi07. 10. 2026

Fra en brønd på en jysk mark til borekerner i kælderen under Aarhus Universitet: 55 millioner år gammel vulkansk aske kan måske hjælpe med at gøre CO₂ til sten. Samtidig forsøger dansk industri at vende kalkens gamle kulstofkredsløb på hovedet. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og

Biotin[6]uril – en makrocyklisk forbindelse, der vekselvirker med anioner

Artikler fra Dansk KemiOrganisk kemi07. 10. 2026

Ved at udnytte at reaktionen mellem formaldehyd og d-Biotin (et vitamin, og et naturligt forekommende N,N'-dialkylurinstof) er reversibel, kan oligomeriseringsreaktionen guides ved at tilsætte en templat. I dette bidrag forklarer jeg, hvordan dette er blevet udnyttet til at syntetisere makrocykler,

“I dybden med kemi” og “Klædt på til skriftlig kemi”

Artikler fra Dansk KemiBranchenyt07. 10. 2026

I dybden med kemi af Lone Brun Jakobsen og Klædt på til skriftlig kemi af Lone Brun Jakobsen m.fl. Begge udgivelser på Nucleus Forlag ApS, 2026, 1. udgave, 1. oplag. Boganmeldelsen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder (læs

Fra sjældne ædelmetaller til jern og mangan: Jagten på bæredygtige fotoaktive materialer

Analytisk kemiArtikler fra Dansk Kemi07. 10. 2026

Hvordan kan nogle af jordskorpens mest almindelige metaller omdanne lys til kemisk energi, og hvilke udfordringer skal løses, før de kan erstatte ruthenium og iridium i fremtidens lysdrevne teknologier? Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer

Fra kvantekemi til AI: Nye værktøjer til overfladekemi

Artikler fra Dansk Kemi07. 10. 2026

Kvantekemi gav os evnen til at forstå kemiske processer på atomart niveau. AI gør det nu muligt at anvende denne forståelse på realistiske og komplekse systemer. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs

Fra elastik til batteri

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik07. 10. 2026

Princippet bag en almindelig elastik kan måske hjælpe med at løse en af den grønne omstillings største udfordringer: Lagring af energi. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Agnete

Ny erfaren institutdirektør på DTU Kemi

BranchenytTop06. 10. 2026

Professor Søren Kegnæs vil sætte fokus på blandt andet digitalisering, innovation og trivsel i sin nye rolle som institutdirektør på DTU Kemi. DTU har udpeget professor og nuværende viceinstitutdirektør Søren Kegnæs til ny institutdirektør på DTU Kemi med tiltrædelse 1. november 2026.Søren

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Mikrolab – Frisenette overtager aktiviteterne i MD Scientific

  • DENIOS ApS

    Vil du opvarme dine materialer effektivt?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Reduktion af energiomkostninger og forlængelse af vakuumpumpens levetid i fødevarepakning

  • Holm & Halby

    VidensDag’26 hos Holm & Halby

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Tilbud på GreenTips pipettespidser fra nerbe plus

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Forudkonfigurerede R&D-pakker fra Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions til forenklet opsætning af undersøgelser

  • DENIOS ApS

    Hvilke risici skal du være opmærksom på ved tekniske gasser?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    De 10 mest almindelige fejl ved brug af turbomolekylære vakuumpumper, og hvordan man undgår dem.

  • Holm & Halby

    Haier Biomedical går ind på markedet for rysteinkubatorer

  • Holm & Halby

    Ny generation af -86 °C frysere halverer næsten energiforbruget

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Grundstoffer med kant

    07.10.2026

  • Evaluering af rustbeskyttende maling under barske maritime forhold

    07.10.2026

  • Hvordan får vi saftige plantebøffer? Rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein

    07.10.2026

  • Hvad skal kalken bruges til?

    07.10.2026

  • Biotin[6]uril – en makrocyklisk forbindelse, der vekselvirker med anioner

    07.10.2026

  • “I dybden med kemi” og “Klædt på til skriftlig kemi”

    07.10.2026

  • Fra sjældne ædelmetaller til jern og mangan: Jagten på bæredygtige fotoaktive materialer

    07.10.2026

  • Fra kvantekemi til AI: Nye værktøjer til overfladekemi

    07.10.2026

  • Fra elastik til batteri

    07.10.2026

  • Ny erfaren institutdirektør på DTU Kemi

    06.10.2026

  • 30 års overvågning viser, at antibiotikaresistens kan presses tilbage

    05.10.2026

  • Spiseolier – de onde, de gode og den virkelig gode

    29.09.2026

  • Gekkoen kan hele sit hjerte uden arvæv

    29.09.2026

  • Hydrogensulfid og biokul

    22.09.2026

  • Fremtidens cement er levende

    22.09.2026

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia ApS
Gammel Strandvej 20, 1th
DK - 2990 Nivå
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk

Privatlivspolitik
Cookiepolitik
Administrer samtykke
For at give dig de bedste oplevelser bruger vi teknologier som cookies til at gemme og/eller få adgang til enhedsoplysninger. Hvis du giver dit samtykke til disse teknologier, kan vi behandle data som f.eks. browsingadfærd eller unikke ID'er på dette websted. Hvis du ikke giver dit samtykke eller trækker dit samtykke tilbage, kan det have en negativ indvirkning på visse funktioner og egenskaber.
Funktionsdygtig Altid aktiv
Den tekniske lagring eller adgang er strengt nødvendig med det legitime formål at muliggøre brugen af en specifik tjeneste, som abonnenten eller brugeren udtrykkeligt har anmodet om, eller udelukkende med det formål at overføre en kommunikation via et elektronisk kommunikationsnet.
Præferencer
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for det legitime formål at lagre præferencer, som abonnenten eller brugeren ikke har anmodet om.
Statistikker
Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til statistiske formål. Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til anonyme statistiske formål. Uden en stævning, frivillig overholdelse fra din internetudbyders side eller yderligere optegnelser fra en tredjepart kan oplysninger, der er gemt eller hentet til dette formål alene, normalt ikke bruges til at identificere dig.
Marketing
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for at oprette brugerprofiler med henblik på at sende reklamer eller for at spore brugeren på et websted eller på tværs af flere websteder med henblik på lignende markedsføringsformål.
  • Vælg muligheder
  • Administrer tjenester
  • Administrer {vendor_count} leverandører
  • Læs mere om disse formål
Vælg fra liste
  • {title}
  • {title}
  • {title}