Cucurbit[n]urils je triviální název pro skupinu organických makrocyklických kavitandů o složení (C 6 H 6 N 4 O 2 )n sestavených z několika (5⩽n⩽10) fragmentů glykolurilu spojených methylenovými můstky.
Cucurbituril byl poprvé získán v roce 1905 kondenzací formaldehydu a glykolurilu v kyselém prostředí ( kondenzační produkt močoviny a glyoxalu ). Tehdejší metody však neumožňovaly správně určit jeho složení a strukturu. Krystalová struktura této sloučeniny byla poprvé stanovena až v roce 1981. Podle rentgenové difrakční analýzy je cucurbituril makrocyklický kavitand ve formě dutého sudu, v rovině dna a víka atomy kyslíku karbonylových skupin (portály). Svůj triviální název - cucurbituril ( cucurbituril ) - tento kavitand dostal v souvislosti s vnější podobností tvaru molekuly s dýní (lat. cucurbitus ).
Systematický název podle nomenklatury Chemical Abstract : dodekahydro - 1H, 4H, 14H, 17H - 2, 16: 3, 15 - dimethano - 5H, 6H, 7H, 8H, 9H, 10H, 121H,1H, 121H,1H, N 20H, 21N, 22N, 23N, 24N, 25N, 26N - 2, 3, 4a, 5a, 6a, 7a, 8a, 9a, 10a, 11a, 12a, 13a, 15, 7a, 16, 19, 1 21a , 22a, 23a, 24a, 25a, 26a – tetracosaazabis – pentaleno [1''', 6''' : 5'', 6'', 7''] cyklookta – okta (1, 2, 3 – cd : 5 , 6, 7 – c' d') dipentaleno – 1, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 17, 19, 21, 23, 25 – dodekan.
Cucurbituril je bezbarvá krystalická látka, málo rozpustná ve vodě nebo organických rozpouštědlech, ale vysoce rozpustná v některých minerálních (HCl, H 2 SO 4 , CF 3 SO 3 H) a karboxylových kyselinách (například HCOOH), ve vodných roztocích solí. z mnoha kovů. Jedinečná struktura, snadná příprava, tepelná stabilita (nerozkládá se při zahřátí na 400 °C) jej činí vhodným pro syntézu různých supramolekulárních sloučenin. V současné době je cucurbituril snadno dostupný a zejména je zahrnut v katalogu společnosti Merck.
Rozměry vnitřní dutiny molekuly cucurbiturylu (výška ~6 Å, vnitřní průměr ~5,5 Å) umožňují zahrnout malé organické molekuly nebo ionty (vytvářející komplexy host-hostitel ) a portály tvořené karbonylovými skupinami (průměry portálů jsou ~4 Å) jsou schopny vázat kationty kovů. Stanovení struktury cucurbiturilu dalo podnět k rozsáhlému studiu této sloučeniny jako makrocyklického kavitandu. Podobně jako u α - cyklodextrinu a 18-crown-6- etheru má cucurbituril vyšší záporný náboj na donorových kyslíkových atomech, což zvyšuje stabilitu jeho aduktů s kladně nabitými ionty. Dalším rozdílem mezi cucurbiturilem a jinými kavitandy, například calixareny, je jeho strukturální „tuhost“ — prakticky nemění svůj tvar, když jsou zahrnuty různé hostující molekuly, a proto vykazuje vyšší selektivitu při tvorbě inkluzních sloučenin. Vznik takových inkluzních sloučenin byl prokázán krystalograficky, ale i různými fyzikálně-chemickými metodami - absorpční, fluorescenční a NMR spektra hostujících molekul se mění při přechodu z prostředí rozpouštědla (obvykle slabě kyselé vodné roztoky) do hydrofobní dutiny molekuly. cucurbituril. Cucurbituril tvoří stabilní inkluzní sloučeniny s aminy a diaminy, alkyl a benzylamoniovými ionty a molekulami barviv.
Cucurbituril je zakladatelem nové třídy makrocyklických kavitandů s rigidní molekulární strukturou, cucurbiturilu. Zástupci této třídy se od předka liší velikostí makrocyklu (počet fragmentů glykolurilu) a substituenty v ekvatoriálním kruhu molekuly. Dosud jsou známy cucurbiturily s počtem fragmentů glykolurilu od 5 do 10. Protože systematický název cucurbiturilu je velmi těžkopádný, byla pro označení těchto sloučenin vyvinuta speciální nomenklatura, podobná té, která se používá pro kalixareny : počet fragmentů glykolurilu je označeno číslem v hranatých závorkách uprostřed a počet a typ substituentů v rovníkové oblasti je označen předponou na začátku názvu. Například nové nomenklaturní jméno pro cucurbituril, vytvořené ze 6 fragmentů glykolurilu, bude cucurbit[6]uril, a název sloučeniny vytvořené z 5 fragmentů glykolurilu, ve kterých jsou nahrazeny atomy vodíku rovníkových skupin CH methylovými, je dekamethyl cucurbit[5]uril.
Vlastnosti tykvovitých[ n ]urilů závisí na velikosti molekuly makrocyklu, typu a počtu substituentů v ekvatoriálním kruhu. S nárůstem počtu fragmentů glykolurilu se zvětšuje velikost vnitřní dutiny, což vede k možnosti tvorby komplexů host-hostitel buď s velkým počtem malých molekul hosta, nebo s většími hosty. Změnou substituentů v ekvatoriálním kruhu je možné zvýšit rozpustnost kavitandu v různých médiích. Je třeba poznamenat, že cucurbit[5]uril a cucurbit[7]uril, které mají na rozdíl od jiných homologů lichý počet fragmentů glykolurilu, jsou vysoce rozpustné ve vodě.