KR100257373B1 - 티아졸 고리를 포함하는 벤조 크라운 에테르 유도체,그의 제조방법 및 용도 - Google Patents
티아졸 고리를 포함하는 벤조 크라운 에테르 유도체,그의 제조방법 및 용도 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 하기 티아졸 (thiazole) 고리를 포함하는 벤조 크라운 에테르 (benzo crown ether) 유도체 화합물, 그의 제조방법 및 용도에 관한 것으로서, 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 티아졸 고리를 포함하는 벤조 크라운 에테르 유도체인 코로난드 (coronand) 화합물은 호스트-게스트 화학 (host-guest chemistry)에 있어서의 호스트 물질로 사용될 수 있으며, 구체적으로 이온 센서 (ion sensor), 광 센서 (optical sensor), 가스 센서 (gas sensor), 바이오 센서 (biosensor), 크로마토그래피 (chromatography), 광자극 이온 결합 수지 (photostimulated ion-binding resin), 이온 교환 수지 (ion exchange resin) 및 유기 반응 등에 유용하게 사용될 수 있다.
(상기 식에서 W 는 명세서에 정의한 바와 같다)
Description
본 발명은 티아졸 (thiazole) 고리를 포함하는 벤조 크라운 에테르 (benzo crown ether)유도체 화합물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 티아졸 고리를 포함하는 벤조 크라운 에테르 유도체인 코로난드 (coronand) 화합물, 그의 제조방법 및 호스트-게스트 화학 (host-guest chemistry)에 있어서의 호스트 물질로 사용되는 용도에 관한 것이다.
화학식 1
화학식 2
상기 화학식 1 및 화학식 2에서 W 는 수소, 알콕시 카보닐, 니트로, 아미노 또는 알킬 (C1∼C20)이다.
페더슨 (Pedersen)에 의해 처음으로 합성되기 시작한 크라운 에테르 화합물들 중 15-크라운-5 및 18-크라운-6 은 나트륨 및 칼륨과 같은 알칼리 금속 양이온과 쉽게 착물을 형성한다. 또한 이들 화합물들은 전자가 풍부한 환구조의 크기에 따라 알칼리 토금속 양이온, 알킬 암모늄 이온과 몇 가지 다른 이온 종에 대해서도 착물을 형성한다고 알려져 있다. 이러한 다양한 거대환 (macrocycle)의 예를 하기에 나타내었다.
한편 하기에 나타난 바와 같이 티아졸 고리를 포함한 폴리에테르와 코로난드가 최근 합성되었는데 이러한 티아졸 고리를 포함한 거대분자들이 Cu(Ⅱ), Pb(Ⅱ) 및 Ag(Ⅰ) 와 선택적인 착물을 형성하는 것으로 알려져 있다.
즉, 페더슨에 의한 크라운 에테르의 발견은 화학의 새로운 한 분야의 장을 여는 계기가 되었으며, 지난 25 년 동안 포괄적으로 초 분자 화학 (supramolecular chemistry)이라 불려진 크라운 에테르와 크립탄드 (cryptand)에 관한 연구 분야는 일반적으로 호스트-게스트 화학으로 발전되어 왔다.
호스트-게스트 화학이란 분자내 공간에 동공을 가지고 있는 화합물과 이온이나 분자와의 상호작용을 연구하는 분야로, 1971년 모프 교수의 논문에 의해 (Helv. Chim. Acta 1971, 54, 268) 자연계에 존재하는 이온 선택성 물질 (ionophore)이 대부분 항생물질로서 생체막을 통하여 양이온을 선택적으로 이동시키는 능력이 있다고 발표된 이래로 많은 관심의 대상이 되어 왔으며 이를 이용한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이온 선택성 물질은 양이온과 착물을 이룰 때 주게 원자 (donor-atom)와의 정전기적인 인력에 의해 양이온을 안으로 감싸고 말단기에 의해서 유사동공 구조를 이루어, 양이온에 대해서 선택성을 나타낸다고 알려져 있다 (Lutz, W. K.; Fruh, P. V.; Simon, W. Helv. Chim. Acta 1971, 54, 2762). 따라서 금속 이온과 선택적으로 결합하는 이온 선택성 물질이 발견되면 의학계 또는 선택성 전극을 개발하는 연구자들은 분리 기술에 응용해 보기 위하여 유사한 화합물들을 합성하기 시작하였다. 금속이온의 분리기술 중 담체를 운반체로 이용하는 액체막 계가 로브 등 (Ward, W. J.; Robb, W. L. Science 1967, 156, 1481)에 의해서 소개된 이후에 금속 분리, 회수, 유독 폐기물의 분리, 선택성 감응장치, 화학물질의 농축 등 여러 분야에서 연구되고 있다.
한편 이온 선택성 물질이 사용될 수 있는 구체적인 예로서 이온 센서 및 바이오 센서를 들 수 있다.
이온 센서의 일종인 이온 선택성 막전극 (ion-selective membrane electrode)은 전극에 장착된 이온 선택성 막이 특정 이온이나 분자와 결합하여 전하 분리 (charge separation)를 일으켜 발생된 전위차를 측정하는 것이다. 이 전극은 특정 이온에 대한 선택성 (selectivity)이 우수하고, 분석 시간이 짧고, 분석 비용의 저렴하다는 점 (low cost) 등의 장점을 가지고 있으므로 지난 수십 년간 거듭된 발전을 통해 식품 화학, 발효 공정, 환경 분석 그리고 혈액투석 (hemodialysis), 혈종 전해질 연속 자동 측정, 체외 순환 혈액 (extracorporeal blood) 등의 임상 화학 (clinical chemistry) 등에서 이온 종의 측정에 사용되고 있다. 이런 이온 선택성 막전극은 크게 두 가지 형태로 나누어질 수 있는데, 이온 선택성 막과 내부 기준 전극 (inner reference metal electrode) 사이에 내부 기준 용액 (inner reference filling solution)을 가지고 있어야 하는 재래식 이온 선택성 막전극 (convention ion-selective membrane electrode)과 내부 기준 용액을 필요로 하지 않는 고체상 이온 선택성 막전극 (solid-state ion-selective membrane electrode)이 그것이다 (도 1a 및 도 1b 참조).
다양한 중성 운반체 (neutral carrier)를 이온 선택성 물질로 사용하는 이온 선택성 막전극은 생체액 분석시 칼륨 이온 (potassium ion; K+), 나트륨 이온 (sodium ion; Na+), 탄산 이온 (carbonate ion; CO3 2-), 염소 이온 (chloride ion; Cl-), 칼슘 이온 (calcium ion; Ca2+) 등에 대한 전해질 이온 분석에 대하여 성공적으로 적용되고 있다. 이러한 전극에 장착되는 이온 선택성 막전극의 일반적인 조성은 지지체 (matrix)로 사용되는 고분자 (polymer), 특정 이온과 결합하여 전하 분리를 일으키는 이온 선택성 물질 및 비휘발성 유기 용매인 가소제 (plasticizer)로 이루어져 있으며 이온 선택성 막에 따라서 친유성 첨가제 (lipophilic additive)를 첨가하기도 한다.
암모늄 이온 (ammonium ion; NH4 +) 선택성 막전극의 경우, 이온 선택성 물질로는 논액틴 (nonactin)이 지금까지 가장 보편적으로 사용되고 있는데, 논액틴은 실제 시료에서 암모늄 이온을 측정할 경우에 암모늄 이온에 대하여는 우수한 감응성을 나타내지만 나트륨 이온과 칼륨 이온에 대한 방해작용이 있다는 큰 단점이 있다 (도 2 참조). 이러한 방해작용을 제거하기 위해서는 검정 용액 내에 방해 이온을 미리 첨가하여 검정곡선을 얻는 바탕 보정법을 이용하여 보정하거나 칼륨 이온에 대한 방해작용은 부가 전극법을 이용하여 보정을 해줘야 하는 등 사용에 불편을 초래할 수 있다.
또한 바이오 센서 (biosensor)는 여러 가지 효소, 미생물, 항체와 항원 및 동식물 조직 등의 생체 물질을 측정하기 위하여 고안되었으며, 생체 관계 분야를 연구하는 기초과학뿐만 아니라 의료 진단, 식품공학, 환경오염 물질의 측정과 감시 등의 분야에서 광범위하게 응용될 수 있다.
바이오 센서의 실례로, 요소 센서 (urea sensor)는 요소의 농도가 간에 의해 생성되는 양과 신장을 통해 배설되는 양에 의해 결정되므로 간과 신장 기능의 척도가 되는 체내 요소의 농도를 측정하는데 유용하게 사용된다. 요소 센서는 전극 표면에 형성된 우레아제 (urease)가 하기 반응식 1과 같은 반응기전으로 혈액 중의 요소와 반응하여 암모늄 이온을 생성하고, 이때 생성된 암모늄 이온을 신호변환부 역할을 하는 암모늄 이온 선택성 막이 감응하는 원리로 되어있다.
또한 상기와 같은 원리로 작동할 수 있는 바이오 센서의 기질과 효소로는 아데노신 (adenosine)과 아데노신 디아미네이즈 (adenosine deaminase), 크리아티닌 (creatinine)과 크리아티닌 디이미네이즈 (creatinine deiminase) 등이 있으며 (하기 반응식 2 및 반응식 3의 반응기전 참조), 효소에 의한 기질의 생성물질로 암모늄 이온이나 그의 유도체를 내 놓을 수 있는 모든 반응기전에서는 신호변환부로 암모늄 이온 선택성 전극이 사용될 수 있다.
본 발명자들은 상기와 같은 이온 선택성 막전극 및 바이오 센서에 사용되는 이온 선택성 물질의 단점을 개선하고자 연구를 계속하여 오던 중 티아졸 고리를 포함하는 새로운 벤조 크라운 에테르 유도체를 합성하고 이 물질이 호스트-게스트 화학에 있어서 호스트 물질로 유용하게 사용될 수 있어, 이온 센서, 광 센서, 가스 센서, 바이오 센서, 크로마토그래피, 광자극 이온 결합 수지, 이온 교환 수지 및 유기 반응 등에 광범위하게 응용할 수 있음을 알아내어 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 티아졸 고리를 포함하는 벤조 크라운 에테르 유도체 화합물, 그의 제조방법 및 호스트 물질로 사용되는 용도를 제공하는 것이다.
도 1a 는 재래식 이온 선택성 막전극의 단면도이고,
도 1b 는 고체상 이온 선택성 막전극의 단면도이고,
도 2a 는 논액틴을 이온 선택성 물질로 사용하여 제조한 암모늄 이온 선택성 막전극의 암모늄 이온 (ㄱ), 칼륨 이온 (ㄴ), 나트륨 이온 (ㄷ) 및 리튬 이온 (ㄹ)에 대한 감응성을 나타낸 그래프이고,
도 2b 는 논액틴을 이온 선택성 물질로 사용하여 제조한 암모늄 이온 선택성 막전극의 pH 에 대한 감응성을 나타낸 그래프이고,
도 3a 는 실시예 1의 표제 화합물을 사용하고 가소제로 NPOE 및 친유성 첨가제로 KTpClPB 를 사용하여 제조된 이온 선택성 막전극의 암모늄 이온 (ㄱ), 칼륨 이온 (ㄴ), 나트륨 이온 (ㄷ) 및 리튬 이온 (ㄹ)에 대한 감응성을 나타낸 그래프이고,
도 3b 는 실시예 1의 표제 화합물을 사용하고 가소제로 DOA 를 사용하여 제조된 이온 선택성 막전극의 암모늄 이온 (ㄱ), 칼륨 이온 (ㄴ), 나트륨 이온 (ㄷ) 및 리튬 이온 (ㄹ)에 대한 감응성을 나타낸 그래프이고,
도 4a 는 실시예 2의 표제 화합물을 사용하고 가소제로 NPOE 및 친유성 첨가제로 KTpClPB 를 사용하여 제조된 이온 선택성 막전극의 암모늄 이온 (ㄱ), 칼륨 이온 (ㄴ), 나트륨 이온 (ㄷ) 및 리튬 이온 (ㄹ)에 대한 감응성을 나타낸 그래프이고,
도 4b 는 실시예 2의 표제 화합물을 사용하고 가소제로 DOA 를 사용하여 제조된 이온 선택성 막전극의 암모늄 이온 (ㄱ), 칼륨 이온 (ㄴ), 나트륨 이온 (ㄷ) 및 리튬 이온 (ㄹ)에 대한 감응성을 나타낸 그래프이고,
도 5a 는 실시예 1의 표제 화합물을 사용하여 제조된 이온 선택성 막전극의 pH 에 대한 감응성을 나타낸 그래프이고,
-●- (ㄱ) : 가소제 NPOE 및 친유성 첨가제 KTpClPB 를 사용한 경우
-■- (ㄴ) : 가소제 DOA 를 사용한 경우
도 5b 는 실시예 2의 표제 화합물을 사용하여 제조된 이온 선택성 막전극의 pH 에 대한 감응성을 나타낸 그래프이고,
-●- (ㄱ) : 가소제 NPOE 및 친유성 첨가제 KTpClPB 를 사용한 경우
-■- (ㄴ) : 가소제 DOA 를 사용한 경우
도 6 은 실시예 1 및 실시예 2의 표제 화합물을 이온 선택성 물질로 사용하여 제조된 이온 선택성 막의 가소제의 변화에 따른 양이온들에 대한 선택계수를 도시한 그래프이고,
(가) 실시예 1의 화합물이 이온 선택성 물질이고 가소제가 NPOE 인 경우
(나) 실시예 1의 화합물이 이온 선택성 물질이고 가소제가 DOA 인 경우
(다) 실시예 2의 화합물이 이온 선택성 물질이고 가소제가 NPOE 인 경우
(라) 실시예 2의 화합물이 이온 선택성 물질이고 가소제가 DOA 인 경우
(마) 논액틴이 이온 선택성 물질이고 가소제가 DOA 인 경우
도 7a 는 재래식 이온 선택성 전극에 사용되는 암모늄 이온 선택성 막전극에 효소층을 도입하여 전극에 장착한 단면도이고,
도 7b 는 고체상 이온 선택성 전극에 사용되는 암모늄 이온 선택성 막전극에 효소층을 도입하여 전극에 장착한 단면도이고,
도 8a 는 신호변환부의 이온 선택성 물질로 실시예 1 및 실시예 2의 화합물을 사용한 요소 센서의 요소에 대한 감응 그래프이고,
도 8b 는 신호변환부의 이온 선택성 물질로 실시예 1 및 실시예 2의 화합물을 사용한 요소 센서의 암모늄 이온에 대한 감응 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 전극 몸체 20 : 고정체
30 : 내부 기준 전극 (Ag/AgCl) 40 : 내부 기준 용액
50 : 이온 선택성 막 60 : 구리선
70 : 절연체 80 : Ag 막대
90 : 암모늄 이온 선택성 막 100 : 효소 층(enzyme layer)
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 티아졸 고리를 포함하는 새로운 벤조 크라운 에테르 유도체인 코로난드 화합물, 그의 제조방법 및 호스트 물질로서 사용될 수 있는 구체적인 용도를 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서는, 우선 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 티아졸 고리를 포함한 벤조 크라운 에테르 유도체인 코로난드 화합물을 제공한다.
화학식 1
화학식 2
상기 화학식 1 및 화학식 2에서 W 는 수소, 알콕시 카보닐, 니트로, 아미노 또는 알킬 (C1∼C20)이다.
상기 화합물들 중 대표적인 화합물에는 하기와 같은 화합물이 있다.
1) 비스(5,16-티아졸일-1,2,10,11-벤젠)코로난드 18-C-6
2) 1,2-벤젠-5,16-디티아졸일-10,11-(4'-카르보메톡시)벤젠 코로난드 18-C-6
3) 1,2-벤젠-5,17-디티아졸일-10,12-카르보메톡시벤젠 코로난드 19-C-6
또한 본 발명에서는 상기 화학식 1 및 화학식 2의 티아졸 고리를 포함한 벤조 크라운 에테르 유도체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 티아졸 고리를 포함한 벤조 크라운 에테르 유도체의 제조방법은
1) 카테콜과 아이오도아세트아미드 (iodoacetamide) 및 K2CO3를 반응시켜 아미드를 제조하는 단계 (제 1단계);
2) 제 1단계에서 제조된 아미드를 라웨슨 시약 (Lawesson's reagent) 또는 포스포러스 펜타설파이드 (phosphorus pentasulfide)를 이용하여 티오화 (thionation)시켜 티오아미드를 제조하는 단계 (제 2단계);
3) 제 2단계에서 제조된 티오아미드를 에틸 브로모피루베이트 (ethyl bromopyruvate)와 반응시켜 2-치환-4-카베톡시티아졸을 제조하는 단계 (제 3단계);
4) 제 3단계에서 제조된 2-치환-4-카베톡시티아졸을 환원시켜 2-치환-4-히드록시메틸티아졸을 제조하는 단계 (제 4단계);
5) 제 4단계에서 제조된 2-치환-4-히드록시메틸티아졸을 메실화(mesylation)시킨 다음 할로겐화 반응시켜 2-치환-4-할로메틸티아졸을 제조하는 단계 (제 5단계) 및
6) 카테콜 또는 레조르시놀 (resorcinol) 유도체와 KH 를 반응시켜 얻어진 알콕사이드와 제 5단계에서 제조된 2-치환-4-할로메틸티아졸을 반응시켜 본 발명의 티아졸 고리를 포함한 벤조 크라운 에테르 유도체인 코로난드를 제조하는 단계 (제 6단계) 로 이루어진다.
이하 상기 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
제 1단계는 하기 반응식 4에 나타난 바와 같이 카테콜과 아이오도아세트아미드 및 K2CO3를 아세톤 용매하에서 환류 교반시켜 반응시킴으로써 아미드를 제조하는 단계이며, 제 2단계는 이렇게 생성된 아미드를 하기 반응식 5에 나타낸 바와 같이 라웨슨 시약 또는 포스포러스 펜타설파이드를 이용하여 티오화시켜 티오아미드를 제조하는 단계이다.
제 3단계는 반응식 6에 나타낸 바와 같이 제 2단계에서 제조한 티오아미드를 에틸 브로모피루베이트와 함께 에탄올 용매하에서 반응시켜 2-치환-4-카베톡시티아졸을 제조하는 단계인데, 주생성물의 수율을 높이기 위해서 용매인 에탄올을 건조시켜 반응시키는 것이 바람직하다.
제 4 단계는 하기 반응식 7에 나타낸 바와 같이 제 3단계에서 제조한 2-치환-4-카베톡시티아졸을 환원하여 2-치환-4-히드록시메틸티아졸을 제조하는 단계인데, 2-치환-4-카베톡시티아졸의 카베톡시기 (carbethoxy group)는 -45∼-35 ℃의 온도에서 리튬 알루미늄하이드라이드 (lithium aluminumhydride; LAH)를 이용한 환원 반응에 의해 쉽게 히드록시 메틸기로 전환시킬 수 있다. 이 때 사용되는 용매로는 테트라히드로퓨란 (THF) 등이 있다.
제 5단계는 하기 반응식 8에 나타낸 바와 같이 제 4단계에서 제조된 2-치환-4-히드록시메틸티아졸을 건조된 CH2Cl2용매하에서 트리에틸아민 (TEA)과 메탄술포닐 클로라이드 (MsCl)를 0 ℃에서 반응시켜 메실화시킨 다음 할로겐화 금속을 이용하여 할로겐화 반응시켜 2-치환-4-할로메틸티아졸을 제조하는 단계이다.
제 6단계는 하기 반응식 9에 나타낸 바와 같이 카테콜 또는 레조르시놀 유도체와 KH 를 반응시켜 얻어진 알콕사이드와 제 5단계에서 제조된 2-치환-4-할로메틸티아졸을 반응시켜 본 발명의 티아졸 고리를 포함한 벤조 크라운 에테르 유도체인 코로난드 화합물을 제조하는 단계이다.
또한 본 발명에서는 상기 화학식 1 및 화학식 2의 화합물을 호스트-게스트 화학에 있어서의 호스트 물질로 사용하는 용도를 제공한다. 즉 본 발명에서는 코로난드 화합물을 포함하는 호스트 물질용 조성물을 제공한다.
호스트-게스트 화학에 있어서 호스트 물질은 게스트 물질의 운반체 (carrier)와 받게 (receptor) 역할을 하며, 다음과 같은 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 이온 선택성 전극 (ion-selective electrode), 광 센서 (optical sensor) 및 가스 센서 (gas sensor)에서는 특정 이온을 정량할 수 있는 이온 선택성 물질로 사용될 수 있으며, 바이오 센서에서는 신호변환부 역할을 하는 이온 선택성 막으로 사용될 수 있다. 그리고 그 밖에 크로마토그라피 (chromatography)에서는 이온이나 중성 유기물질을 분리하는 정지상으로 사용될 수 있으며, 광자극 이온 결합 수지 (photostimulated ion-binding resin) 및 이온 교환 수지 (ion exchange resin) 등에서는 이온 결합을 이용하여 각종 알칼리 (토)금속 및 중금속을 분리, 회수, 농축 및 제거하는데 사용될 수 있으며, 유기 반응에 있어서 상 전이제로, 플라스틱과 왁스, 고무 등의 유기 고분자 물질의 안정화제 등으로 사용될 수 있다.
따라서 본 발명의 화합물들 역시 상기와 같은 호스트 물질의 용도로 사용될 수 있다.
또한 본 발명에서는 상기 용도의 일예로서, 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 티아졸 고리를 포함하는 벤조 크라운 에테르 유도체인 코로난드 화합물, 지지체인 고분자 및 가소제인 비휘발성 유기용매로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온 센서 및 바이오 센서에 사용되는 호스트 물질용 조성물을 제공한다.
상기 호스트 물질용 조성물에서, 이온 선택성 물질은 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물이면 모두 사용 가능하나 비스(5,16-티아졸일-1,2,10,11-벤젠)코로난드 18-C-6 또는 1,2-벤젠-5,16-디티아졸일-10,11-(4'-카르보메톡시)벤젠 코로난드 18-C-6 인 것이 바람직하다.
상기 호스트 물질용 조성물에서, 지지체는 폴리비닐클로라이드 (이하 "PVC" 라 약칭함), 폴리우레탄 또는 실리콘 고무 등의 고분자 화합물이 사용될 수 있다.
상기 호스트 물질용 조성물에서, 가소제는 비스[2-에틸헥실]아디페이트 (이하 "DOA" 라 약칭함), 비스[2-에틸헥실]세바케이트 (이하 "DOS" 라 약칭함), 비스[2-에틸헥실]프탈레이트 (이하 "DOP" 라 약칭함), 비스[1-뷰틸페닐]아디페이트 (이하 "BBPA" 라 약칭함)및 2-나이트로페닐 옥틸 에테르 (이하 "NPOE" 라 약칭함) 등의 예테르 계열의 화합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.
상기 호스트 물질용 조성물은 상기 조성에 더하여 친유성 첨가제를 더 포함할 수 있는데, 이 때 친유성 첨가제로는 테트라키스(4-클로로페닐)보론 포타슘 (이하 "KTpClPB" 라 약칭함) 또는 테트라도데실암모늄 테트라키스(4-클로로페닐)보레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.
한편, 상기 호스트 물질용 조성물을 바이오 센서에 사용할 경우, 바이오 센서 내의 이온 선택성 막전극에 우레아제 효소층을 도입하여 사용할 수 있다.
상기 호스트 물질용 조성물은 환경 분석시 또는 생체 시료 분석시 시료 중의 암모늄 이온과 그 유도체를 검출하기 위한 각종 센서에 유용하게 사용될 수 있다.
이하 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 이들에 의해서 한정되는 것은 아니다.
〈실시예 1〉 비스(5,16-티아졸일-1,2,10,11-벤젠)코로난드 18-C-6 의 제조
(단계 1) 비스(아미도메틸옥시)벤젠의 제조
카테콜 (catechol, 1 당량), 아이오도아세트아미드 (ICH2CONH2, 1.2 당량) 및 K2CO3(1.2 당량)를 용매하에서 환류 교반시킨 다음 TLC 상에서 반응이 종료되면 감압 증류하여 용매를 제거하고 물 (150 mL)을 첨가하여 결정으로 석출되게 한 후 글래스 필터 (glass filter)에 여과시키고 건조하여 표제 화합물을 76 %의 수율로 제조하였다.
mp 204-206 ℃ (CH2Cl2-헥산); IR 3381, 3194, 1655, 1501, 1414, 1192, 1128, 1045, 746, 709 cm-1; MS (상대 강도, %) m/z 224 (M+, 23), 180 (M-CONH2, 29), 163 (20), 150 (24), 135 (23), 122 (48), 59 (100); C10H12N2O4에 대한 원소분석 계산치 : C, 53.55; H, 5.40; N, 12.50. 원소분석 측정치: C, 52.79; H, 5.10; N, 12.33.
(단계 2) 비스(티오아미도메틸옥시)벤젠의 제조
상기 단계 1의 표제 화합물 (1 당량)과 라웨슨 시약 (Lawesson's reagent, 1.2 당량)을 테트로히드로퓨란 (THF) 용매하에서 환류 교반시킨 다음 반응이 종료되면 감압 증류하여 용매를 제거하고 CH2Cl2(50 mL)을 첨가하여 결정으로 석출되게 한 후 글래스 필터에 여과시키고 건조하여 표제 화합물을 70 %의 수율로 제조하였다.
mp 154-155 ℃ (CH2Cl2-헥산); IR 3374, 3266, 3158, 1621, 1506, 1459, 1251, 1205, 1120, 1035, 965, 741, 625 cm-1;1H NMR δ 9.95 (s, 2H, NH), 9.12 (s, 2H, NH), 6.88-6.96 (m, 4H, Ph), 4.79 (s, 4H, OCH2CSNH2);13C NMR δ 198.8 (CSNH2), 145.5 (C-1 of Ph), 120.6 (C-4,5 of Ph), 112.7 (C-3,6 of Ph), 72.6 (OCH2CSNH2); MS (상대 강도, %) m/z 265 (M+, 2), 222 (3), 196 (M-CSNH2, 2), 182 (1), 109 (M-2(CSNH2)+1, 15) 74 (CH2SNH2, 100); C10H12N2O2S2에 대한 원소분석 계산치 : C, 46.87; H, 4.72; N, 10.94; S, 24.97. 원소분석 측정치: C, 46.78; H, 5.03; N, 10.79; S, 25.49; Rf0.40 (1:1 = 에틸 아세테이트:헥산).
(단계 3) 1,2-비스[2'(4'-카르베톡시)티아졸일]메틸옥시 벤젠의 제조
상기 단계 2의 표제 화합물 (1 당량) 및 에틸 브로모피루베이트 (ethyl bromopyruvate, 2.2 당량)을 에탄올 (50 mL) 용매하에서 환류 교반시켰다. 반응이 종료된 후 감압 증류하여 용매를 제거하고 실리카겔 칼럼 (1:2 = 에틸 아세테이트:헥산)으로 분리 정제하여 표제 화합물을 80 % 의 수율로 제조하였다.
mp 132-133 ℃ (CH2Cl2-헥산); IR 3089, 1722, 1498, 1328, 1228, 1112, 1027, 749 cm-1;1H NMR δ 8.34 (s, 2H, H-5), 6.98-7.10 (m, 4H, Ph), 5.45 (s, 4H, OCH2-Thz), 4.38 (q, J = 6.9 Hz, 4H, CO2CH2CH3), 1.40 (t, J = 6.9 Hz, 6H, CO2CH2CH3);13C NMR δ 167.8 (CO2CH2CH3), 160.7 (C-2), 147.5 (C-4), 146.5 (C-1', 2' of Ph), 128.5 (C-5), 122.7 (C-4', 5' of Ph), 115.2 (C-3', 5' of Ph), 68.2 (OCH2-Thz), 61.0 (CO2CH2CH3), 14.1 (CO2CH2CH3); MS (상대 강도, %) m/z 448 (M+, 7), 403 (5), 340 (27), 278 (30), 170 (100), 142 (23), 121 (42); C20H20N2O6S2에 대한 원소분석 계산치 : C, 53.56; H, 4.50; N, 6.25; S, 14.27. 원소분석 측정치: C, 53.69; H, 4.79; N, 6.04; S, 14.74; Rf0.30 (1:1 = 에틸 아세테이트:헥산).
(단계 4) 1,2-비스[2'(4'-히드록시메틸)티아졸일]메틸옥시 벤젠의 제조
리튬 알루미늄하이드라이드 (1.2 당량)를 건조된 THF (20 mL)에 첨가하고 -40 ℃까지 냉각시킨 후 단계 3의 표제 화합물 (1 당량)을 THF (10 mL)에 녹인 용액을 적하 깔대기 (dropping funnel)을 이용하여 천천히 적하하였다. 반응이 종료된 후 감압 증류하여 용매를 제거한 다음 10 % 염산과 에틸 아세테이트로 추출하여 무수 황산나트륨으로 건조하였다. 감압 증류하여 용매를 제거한 다음 실리카겔 칼럼 (용매 : 100 % 에틸아세테이트)으로 분리 정제하여 표제 화합물을 수율 98 % 로 제조하였다.
mp 112-113 ℃ (CH2Cl2-헥산); IR 3418, 2922, 2857, 1636, 1508, 1360, 1263, 1211, 1130, 1045, 743 cm-1;1H NMR δ 7.27 (s, 2H, H-5), 6.95-7.06 (m, 4H, Ph), 5.39 (s, 4H, OCH2-Thz), 4.75 (s, 4H, Thz-CH2OH);13C NMR δ 166.5 (C-2), 156.8 (C-4), 147.6 (C-1', 2' of Ph), 122.2 (C-4', 5' of Ph), 115.2 (C-3', 6' of Ph), 114.6 (C-5), 68.2 (OCH2-Thz), 60.1 (Thz-CH2OH); MS (상대 강도, %) m/z 364 (M+, 4), 256 (14), 236 (8), 220 (2), 144 (1), 128 (100); C16H16N2O4S2에 대한 원소분석 계산치 : C, 52.74; H, 4.43; N, 7.69; S, 17.58. 원소분석 측정치: C, 52.61; H, 4.32; N, 7.56; S, 17.69; Rf0.16 (에틸 아세테이트).
(단계 5) 1,2-비스[2'(4'-브로모에틸)티아졸일]메틸옥시 벤젠의 제조
건조된 CH2Cl2에 단계 4의 표제 화합물 (178 mg, 0.49 mmol)과 트리에틸아민 (2.72 mL, 1.96 mmol)을 첨가한 후 얼음 조 (ice bath)에서 적하 깔대기를 이용하여 메탄술포닐클로라이드 (0.083 mL, 1.07 mmol)를 천천히 적가하였다. TLC 상에서 출발 물질이 없어진 후 리튬 브로마이드 (357 mg, 4.11 mmol)를 아세톤에 녹인 용액을 적하 깔대기를 이용하여 천천히 적하한 다음 1 시간 동안 상온에서 교반하였다. 반응이 종료된 후 용액을 셀라이트 패드 (celite pad)에 흡입 여과시킨 뒤 감압 증류하여 용매를 제거하고 CH2Cl2으로 추출하여 무수 황산나트륨으로 건조시켰다. 이 용액을 감압 증류하여 용매를 제거한 후 실리카겔 칼럼 (1:4 = 에틸 아세테이트:헥산)으로 분리 정제하여 표제 화합물 213 mg (0.43 mmol, 수율 89 %)을 제조하였다.
mp 115-116 ℃ (CH2Cl2-헥산); IR 3106, 1510, 1361, 1267, 1227, 1130, 1043, 743 cm-1;1H NMR δ 7.58 (s, 2H, H-5), 7.18 (dd, J = 5.99, 3.58 Hz, 2H, H-4', 5' of Ph), 7.07 (dd, J = 5.99, 3.58 Hz, 2H, H-3', 6 of Ph), 5.42 (s, 4H, OCH2-Thz), 4.71 (s, 4H, Thz-CH2Br);13C NMR δ 167.6 (C-2), 152.3 (C-4), 148.1 (C-1', 2' of Ph), 122.7 (C-4', 5' of Ph), 119.2 (C-3', 6' of Ph), 115.8 (C-5), 68.4 (OCH2-Thz), 27.4 (Thz-CH2Br); MS (상대 강도, %) m/z 492 (M++2, 5), 490 (M+, 9), 488 (M+-2, 3), 409 (7), 382 (14), 303 (12), 301 (14), 300 (18), 298 (16), 192 (69), 190 (63), 112 (100); C16H14N2O2Br2S2에 대한 원소분석 계산치 : C, 39.20; H, 2.88; N, 5.71; S, 13.08. 원소분석 측정치: C, 39.69; H, 2.85; N, 5.62; S, 12.84; Rf0.57 (1:1 = 에틸 아세테이트:헥산).
(단계 6) 비스(5,16-티아졸일-1,2,10,11-벤젠)코로난드 18-C-6 의 제조
카테콜 (catechol, 1 당량)을 THF (230 mL)에 용해시킨 후 KH (2.2 당량)를 첨가하고 1 시간 동안 환류 교반한 뒤 시린지 펌프 (syringe pump)를 이용하여 단계 5의 표제 화합물 (1 당량)을 3 시간 동안 천천히 적하하였다. 반응이 종료된 후 감압 증류하여 용매를 제거하고 10 % 염산과 에틸 아세테이트로 추출하고 무수 황산나트륨으로 건조하였다. 감압증류하여 용매를 제거한 다음 실리카겔 칼럼 (1:1 = 에틸 아세테이트:헥산)으로 분리 정제하여 표제 화합물을 66 % 의 수율로 제조하였다.
mp 172-174 ℃ (CH2Cl2-헥산); IR 3109, 3061, 2922, 2861, 1591, 1501, 1454, 1246, 1209, 1119, 1011, 737 cm-1;1H NMR δ 7.20 (s, 2H, H-5' of Thz), 6.95-7.10 (m, 8H, Ph), 5.23 (s, 4H, OCH2-Thz), 5.08 (s, 4H, Thz-CH2O);13C NMR δ 166.3 (C-2' of Thz), 153.4 (C-4' of Thz), 150.5 (C-1, 2), 149.9 (C-10, 11), 124.1 (C-4', 5' of Ph), 123.4 (C-13', 14' of Ph), 118.7 (C-3', 6' of Ph), 118.2 (C-12', 15' of Ph), 117.9 (C-5' of Thz), 70.1 (OCH2-Thz), 69.3 (Thz-CH2O); MS (상대 강도, %) m/z 438 (M+, 30), 330 (35, M-catechol), 317 (M-C6H7O2+1, 8), 313 (11), 278 (M-C8H8O2, 7), 222 (M-C12H8O2, 30), 219 (C11H9NO2S, 9), 197 (20), 112 (CH2-Thz-CH3, 100); C22H18N2O4S2에 대한 원소분석 계산치 : C, 60.26; H, 4.14; N, 6.39; S, 14.62. 원소분석 측정치: C, 59.98; H, 3.89; N, 5.98; S, 14.47; Rf0.22 (1:1 = 에틸 아세테이트:헥산).
〈실시예 2〉 1,2-벤젠-5,16-디티아졸일-10,11-(4'-카르보메톡시)벤젠 코로난드 18-C-6 의 제조
3,4-디히드록시벤조산 메틸 에스테르 (1 당량)을 THF (230 mL)에 용해시킨 후 KH (2.2 당량)를 첨가하고 1 시간 동안 환류 교반한 뒤 시린지 펌프를 이용하여 상기 실시예 1의 단계 5의 표제 화합물 (1 당량)을 3 시간 동안 천천히 적하하였다. 반응이 종료된 후 감압 증류하여 용매를 제거하고 10 % 염산과 에틸 아세테이트로 추출하고 무수 황산나트륨으로 건조하였다. 감압증류하여 용매를 제거한 다음 실리카겔 칼럼 (1:1 = 에틸 아세테이트:헥산)으로 분리 정제하여 표제 화합물을 40 % 의 수율로 제조하였다.
mp 142-144 ℃ (CH2Cl2-헥산); IR 3115, 2947, 2868, 1715, 1595, 1505, 1439, 1271, 1246, 1211, 1119, 1012, 760 cm-1;1H NMR δ 7.73-7.75 (m, 2H, H-12', 14' of Ph), 7.23 (s, 1H, H-5' of Thz), 7.22 (s, 1H, H-5' of Thz), 7.02 -7.12 (m, 5H, H-3',4',5',6' of Ph and H-15 of Ph), 5.24 (s, 4H, OCH2-Thz), 5.22 (s, 4H, OCH2-Thz), 5.13 (s, 4H, Thz-CH2O), 5.12 (s, 4H, Thz-CH2O);13C NMR δ 166.6 (C-2' of Thz), 165.8 (C-2' of Thz), 165.2 (PhCO2CH3), 153.7 (C-4' of Thz), 152.3 (C-4' of Thz), 149.1 (C-1), 148.9 (C-2), 125.0 (C-13' of Ph), 151.7 (C-10), 148.8 (C-11), 123.1 (C-14' of Ph), 123.9 (C-5' of Ph), 123.3 (C-4' of Ph), 118.4 (C-5' of Thz), 118.0 (C-5' of Thz), 117.7 (C-6' of Ph), 117.1 (C-3' of Ph), 114.7 (C-12' of Ph), 69.1 (OCH2-Thz), 68.7 (OCH2-Thz), 68.6 (Thz-CH2OPhCO2CH3), 67.5 (Thz-CH2OPhCO2CH3), 52.0 (PhCO2CH3); MS (상대 강도, %) m/z 496 (M+, 49), 470 (10), 388 (17), 330 (24), 221 (32), 189 (52), 121 (24), 111 (100), 71 (64); C24H20N2O6S2에 대한 원소분석 계산치 : C, 58.06; H, 4.06; N, 5.65; S, 12.89. 원소분석 측정치: C, 57.86; H, 4.40; N, 5.64; S, 13.00; Rf0.15 (1:1 = 에틸 아세테이트:헥산).
〈실시예 3〉 1,2-벤젠-5,17-디티아졸일-10,12-카르보메톡시벤젠 코로난드 19-C- 6 의 제조
3,5-디히드록시벤조산 메틸 에스테르 (1 당량)을 THF (230 mL)에 용해시킨 후 KH (2.2 당량)를 첨가하고 1 시간 동안 환류 교반한 뒤 수동 펌프 (syringe pump)를 이용하여 상기 실시예 1의 단계 5의 표제 화합물 (1 당량)을 3 시간 동안 천천히 적하하였다. 반응이 종료된 후 감압 증류하여 용매를 제거하고 10 % 염산과 에틸 아세테이트로 추출하고 무수 황산나트륨으로 건조하였다. 감압증류하여 용매를 제거한 다음 실리카겔 칼럼 (1:1 = 에틸 아세테이트:헥산)으로 분리 정제하여 표제 화합물을 72 % 의 수율로 제조하였다.
mp 185 ℃ (CH2Cl2-헥산); IR 3121, 2951, 2872, 1723, 1589, 1499, 1456, 1326, 1268, 1268, 1233, 1159, 1069, 1028, 770 cm-1;1H NMR δ 7.33 (d, J=2.4 Hz, 2H, H-13', 15' of Ph), 7.05-7.14 (m, 4H, H-3',4',5',6' of Ph), 6.88 (s, 2H, H-5' of Thz), 6.36 (dd, J=2.6, 2.6 Hz, 1H, H-11), 5.25 (s, 4H, OCH2-Thz), 5.22 (s, 4H, Thz-CH2O), 3.92 (s, 3H, PhCO2CH3);13C NMR δ 166.7 (C-2' of Thz), 166.5 (PhCO2CH3), 158.9 (C-10, 12), 152.0 (C-4' of Thz), 149.2 (C-1, 2), 132.2 (C-14' of Ph), 123.6 (C-4', 5' of Ph), 117.9 (C-5' of Thz), 115.9 (C-3', 6' of Ph), 111.5 (C-13', 15' of Ph), 104.3 (C-11), 69.6 (OCH2-Thz), 66.8 (Thz-CH2OPhCO2CH3), 52.6 (PhCO2CH3); MS (상대 강도, %) m/z 496 (M+, 98), 388 (26), 329 (10), 276 (49), 121 (8), 111 (100); C24H20N2O6S2에 대한 원소분석 계산치 : C, 58.06; H, 4.06; N, 5.65; S, 12.89. 원소분석 측정치: C, 57.97; H, 4.26; N, 5.54; S, 12.80; Rf0.38 (1:1 = 에틸 아세테이트:헥산).
[실험예 1] 이온 센서에 응용
상기 실시예 1 및 실시예 2의 표제 화합물을 이온 선택성 물질로 사용한 이온 선택성 막전극의 암모늄 이온에 대한 감응성을 조사하여 기존의 암모늄 이온 선택성 물질인 논액틴을 대체 할 수 있는지에 대한 여부를 알아보았다.
지지체, 가소제, 실시예 1 과 실시예 2의 표제 화합물 및 친유성 첨가제로 이루어진 암모늄 이온 선택성 전극의 재래식 이온 선택성 전극과 고체상 이온 선택성 전극에 구비되는 이온 선택성 막을 형성하기 위한 조성물을 제조하고 그 막을 장착하여 실험하였다.
실험에 있어서 재래식 암모늄 이온 선택성 막을 제작하기 위하여 조성물을 THF 용매에 녹인 후 유리판 위의 유리 링에 부어 실온에서 하루 정도 건조하여 성형하고, 이와 같이 제조된 이온 선택성 막을 전극에 장착하여 실험하였다. 또한 고체상 전극에 이온 선택성 막을 형성하기 위해서는 THF 용매에 조성물을 녹인 용액을 소형 주사기 (microsyringe) 등을 이용하여 고체상 전극 표면에 코팅한 후 건조시켰다.
암모늄 이온 선택성 막의 제조를 위한 조성물에서 사용된 이온 선택성 물질로는 실시예 1 및 실시예 2의 표제 화합물을 사용하였고, 지지체로는 PVC 를 사용할 수 있다. 가소제로는 DOA, DOS, DOP, NPOE 및 BBPA 등의 에테르 계통의 화합물이 이용될 수 있다. 친유성 첨가제로는 KTpClPB 을 사용하였다.
실시예에서 실험에 사용된 막들 중 실시예 1의 화합물을 이온 선택성 물질로 한 막의 조성을 하기 표 1에 나타내었고, 실시예 2의 화합물을 이온 선택성 물질로 한 막의 조성은 표 2에 나타내었다. 논액틴을 이온 선택성 물질로 한 조성은 표 3에 나타내었다.
| 조성물 번호 | 지지체a | 이온 선택성 물질a | 친유성 첨가제b | 가소제a | |||||
| PVC | 실시예 1의 화합물 | KTpClPB | DOA | DOS | NPOE | DOP | DBP | BBPA | |
| 1 | 33 | 1 | - | 66 | - | - | - | - | - |
| 2 | 33 | 1 | - | - | 66 | - | - | - | - |
| 3 | 33 | 1 | - | - | - | 66 | - | - | - |
| 4 | 33 | 1 | 10 | - | - | 66 | - | - | - |
| 5 | 33 | 1 | - | - | - | - | 66 | - | - |
| 6 | 33 | 1 | - | - | - | - | - | 66 | - |
| 7 | 33 | 1 | - | - | - | - | - | - | 66 |
| a : 중량 %, b : 이온 선택성 물질에 대한 상대 mol% |
| 조성물 번호 | 지지체a | 이온 선택성 물질a | 친유성 첨가제b | 가소제a | |||||
| PVC | 실시예 2의 화합물 | KTpClPB | DOA | DOS | NPOE | DOP | DBP | BBPA | |
| 8 | 33 | 1 | - | 66 | - | - | - | - | - |
| 9 | 33 | 1 | - | - | 66 | - | - | - | - |
| 10 | 33 | 1 | - | - | - | 66 | - | - | - |
| 11 | 33 | 1 | 10 | - | - | 66 | - | - | - |
| 12 | 33 | 1 | - | - | - | - | 66 | - | - |
| a : 중량 %, b : 이온 선택성 물질에 대한 상대 mol% |
| 조성물 번호 | 지지체a | 이온 선택성 물질a | 가소제a |
| PVC | 논액틴 | DOA | |
| 13 | 33 | 1 | 66 |
| a : 중량 % |
이하 상기 표 1 내지 표 3의 조성에 따른 조성물로 형성된 이온 선택성 막의 효과를 알아보기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
이온 선택성 물질로 논액틴을, 지지체로는 PVC 를 사용하고, 가소제는 DOA 를 사용하여 성형된 막을 전극에 장착해서 양이온과 pH 에 대한 감응성을 조사해 암모늄 이온에 대한 전기 화학적 수행 능력을 알아보았다. 도 2a 의 그래프는 표 3의 조성 13으로 논액틴을 이온 선택성 물질로 사용한 경우인데, 그 감응 기울기는 이론적 감응 기울기인 59 mV/decade에 가까운 55.7 mV/decade를 보였고, 암모늄 이온에 대한 방해 이온인 나트륨 이온과 칼륨 이온의 선택계수는 각각 -3.10, -1.14의 수치를 보였다. 도 2b 는 상기 조성으로 이루어진 막의 pH 에 대한 감응성을 나타낸 것이다.
또한 이온 선택성 물질로는 실시예 1의 화합물을, 지지체로는 PVC 를 공통적으로 사용하고, 가소제는 NPOE 를, 친유성 첨가제 KTpClPB 를 사용한 경우 (도 3a)와 가소제로 DOA 를 사용한 경우 (도 3b)에 성형된 막들을 각각 전극에 장착해서 감응성을 조사하여 암모늄 이온에 대한 전기화학적 수행 능력을 알아보았다. 도 3a 의 그래프는 표 1의 조성 4 의 경우로서 감응 기울기는 56.1 mV/decade로 논액틴을 사용한 막보다 향상된 감응 기울기를 보이면서, 암모늄 이온에 대한 방해가 큰 이온인 나트륨 이온과 칼륨 이온에 대한 선택계수는 각각 -3.49 및 -1.23 으로 논액틴보다 방해작용이 줄어들었음을 확인하였다.
또한 이온 선택성 물질로는 실시예 2의 화합물을, 지지체로는 PVC 를 공통적으로 사용하고, 가소제는 NPOE 를, 친유성 첨가제 KTpClPB 를 사용한 경우 (도 4a)와 가소제로 DOA 를 사용한 경우 (도 4b)에 성형된 막들을 각각 전극에 장착해서 감응성을 조사하여 암모늄 이온에 대한 전기화학적 수행 능력을 알아보았다. 도 4a 의 그래프는 표 2의 조성11 의 경우로서 감응 기울기가 58.9 mV/decade로 이론적 감응 기울기를 보이면서, 암모늄 이온에 대한 방해 이온인 나트륨 이온과 칼륨 이온에 대한 선택계수는 각각 -3.53 및 -1.30 으로 논액틴보다 방해작용이 줄어들었고 감응 기울기도 논액틴 막보다 향상되었음을 확인하였다.
한편 도 5의 그래프는 표 1의 조성 1 및 4로 제조된 막 (도 5a)과 표 2의 조성 8 및 11 (도 5b)로 제조된 막의 pH 감응을 실험한 결과로 pH 감응이 2~6 mV 정도로 H+의 방해가 적었음을 확인할 수 있었다.
도 6 은 1, 2 가 양이온들의 암모늄 이온들에 대한 선택 계수를 계산하여 도시한 그래프이다. 실시예 1 및 실시예 2의 표제 화합물을 이온 선택성 물질로 사용한 막 (가∼라)을 논액틴 막 (마)과 비교한 결과, 가소제를 NPOE 로 사용한 경우에 암모늄 이온에 대한 칼륨 이온과 나트륨 이온에 대한 선택성이 감소한 것으로 나타났다.
[실험예 2] 바이오 센서에 응용
바이오 센서의 신호변환부 역할을 하는 이온 선택성 막의 암모늄 이온 선택성 물질로 실시예 1 및 실시예 2의 표제 화합물을 사용한 요소 센서의 암모늄 이온에 대한 감응성을 조사하여 기존의 암모늄 이온 선택성 물질인 논액틴을 대체 할 수 있는지에 대한 여부를 알아보는 실험을 수행하였다.
요소 센서의 재래식 전극과 고체상 전극에 구비되는 이온 선택성 막을 제조하기 위하여 지지체, 가소제, 실시예 1과 실시예 2의 물질 및 친유성 첨가제로 이루어진 조성물을 유기 용매에 녹여서 용액을 형성하고 이 용액을 건조시켜서 여기에 우레아제 효소층을 도입한 막을 전극에 장착시킨다 (도 7 참조).
실험에 있어서 상기 내용에 의해 제조된 막을 전극에 장착하여 재래식 암모늄 이온 선택성 막전극을 제조하였고, 상기 내용에 의해 제조된 용액을 소형 주사기 등을 이용하여 고체상 전극 표면에 코팅한 후 건조시켜 고체상 이온 선택성 막전극을 제조하였다.
이렇게 제조된 막전극을 이용하여 요소 및 암모늄 이온에 대한 감응도를 측정하여 도 8 에 나타내었다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 조성물에 의해 제조된 암모늄 이온 선택성 전극의 표면에 형성된 이온 선택성 막은 논액틴보다 향상된 감응 기울기를 보이고, Na+와 K+, Li+및 H+같은 여러 가지 이온 종에 의한 방해작용이 감소하는 효과가 있다. 또한 본 발명에 따른 조성물로 제조한 이온 선택성 막을 구비하는 암모늄 이온 선택성 전극은 혈액이나 뇨 (urine)와 같은 생체 시료 또는 수질 중의 암모늄 이온 농도를 측정할 때 여러 가지 이온 종에 의한 방해작용이 감소하는 효과와 암모늄 이온과 그 유도체들에 대한 이온 결합 물질로 유용하게 사용되어질 수 있다.
본 발명의 티아졸 고리를 포함하는 신규의 벤조 크라운 에테르 유도체인 코로난드 화합물은 적절한 지지체, 가소제 또는 친유성 첨가제들과 혼합하여 호스트-게스트 화학에 있어서의 호스트 물질로 사용될 수 있는데, 본 발명의 화합물들은 특히 암모늄 이온에 대한 선택성이 우수하여 본 발명에 따른 조성물에 의해 제조된 암모늄 이온 선택성 전극의 표면에 형성된 이온 선택성 막은 기존의 이온 선택성 물질인 논액틴보다 향상된 감응 기울기를 보이고, Na+와 K+, Li+및 H+같은 여러 가지 이온 종에 의한 방해작용이 감소하는 효과가 있어서 혈액이나 뇨 (urine)와 같은 생체 시료 또는 수질 중의 암모늄 이온 농도를 측정할 때에도 암모늄 이온과 그 유도체들에 대한 이온 결합 물질로 유용하게 사용될 수 있다. 이 외에도 본 발명의 화합물들은 이온 센서, 광 센서, 가스 센서, 바이오 센서, 크로마토그래피, 광자극 이온 결합 수지, 이온 교환 수지 및 유기 반응 등에 광범위하게 사용될 수 있어 다양한 분야에의 응용이 가능하다.
Claims (11)
- 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 티아졸 (thiazole) 고리를 포함하는 벤조 크라운 에테르 (benzo crown ether) 유도체인 코로난드 (coronand) 화합물화학식 1화학식 2상기 화학식 1 및 화학식 2에서 W 는 수소, 알콕시 카보닐, 니트로, 아미노 또는 알킬 (C1∼C20)이다.
- 제 1항에 있어서, 화합물은 비스(5,16-티아졸일-1,2,10,11-벤젠)코로난드 18-C-6, 1,2-벤젠-5,16-디티아졸일-10,11-(4'-카르보메톡시)벤젠 코로난드 18-C-6 및 1,2-벤젠-5,17-디티아졸일-10,12-카르보메톡시벤젠 코로난드 19-C-6 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 코로난드 화합물
- 1) 카테콜과 아이오도아세트아미드 (iodoacetamide) 및 K2CO3를 반응시켜 아미드를 제조하는 단계 (제 1단계);2) 제 1단계에서 제조된 아미드를 라웨슨 시약 (Lawesson's reagent) 또는 포스포러스 펜타설파이드 (phosphorus pentasulfide)를 이용하여 티오화 (thionation)시켜 티오아미드를 제조하는 단계 (제 2단계);3) 제 2단계에서 제조된 티오아미드를 에틸 브로모피루베이트 (ethyl bromopyruvate)와 반응시켜 2-치환-4-카베톡시티아졸을 제조하는 단계 (제 3단계);4) 제 3단계에서 제조된 2-치환-4-카베톡시티아졸을 환원시켜 2-치환-4-히드록시메틸티아졸을 제조하는 단계 (제 4단계);5) 제 4단계에서 제조된 2-치환-4-히드록시메틸티아졸을 메실화(mesylation)시킨 다음 할로겐화 반응시켜 2-치환-4-할로메틸티아졸을 제조하는 단계 (제 5단계) 및6) 카테콜 또는 레조르시놀 (resorcinol) 유도체와 KH 를 반응시켜 얻어진 알콕사이드와 제 5단계에서 제조된 2-치환-4-할로메틸티아졸을 반응시켜 본 발명의 티아졸 고리를 포함한 벤조 크라운 에테르 유도체인 코로난드를 제조하는 단계 (제 6단계) 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제 1항의 티아졸 고리를 포함하는 벤조 크라운 에테르 유도체인 코로난드 화합물의 제조방법
- 제 3항에 있어서, 제 3단계 반응은 에탄올 용매를 건조시켜 수행하며, 제 4단계 반응은 -45∼-35 ℃의 온도에서 리튬 알루미늄하이드라이드 (LAH)를 이용하여 테트라히드로퓨란 (THF) 용매하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 코로난드 화합물의 제조방법
- 제 1항의 벤조 크라운 에테르 유도체인 코로난드 화합물을 포함하는 호스트 (host) 물질용 조성물
- 제 5항에 있어서, 코로난드 화합물은 환경 분석시 또는 생체 시료 분석시 시료 중의 암모늄 이온과 그 유도체를 검출하는 것을 특징으로 하는 코로난드 화합물을 포함하는 호스트 물질용 조성물
- 제 5항에 있어서, 조성물은 이온 센서 (ion sensor), 광 센서 (optical sensor), 가스 센서 (gas sensor), 바이오 센서 (biosensor), 크로마토그래피 (chromatography), 광자극 이온 결합 수지 (photostimulated ion-binding resin), 이온 교환 수지 (ion exchange resin) 및 유기 반응에 사용되는 것을 특징으로 하는 코로난드 화합물을 포함하는 호스트 물질용 조성물
- 제 7항에 있어서, 조성물은 특정 이온을 정량할 수 있는 이온 선택성 물질 (ionophore), 신호변환부 역할을 하는 이온 선택성 막 (ion-selective membrane), 이온이나 중성 유기물질을 분리하는 정지상, 이온 결합을 이용하여 각종 알칼리 (토)금속 및 중금속을 분리, 회수, 농축 및 제거하는 용도 또는 상 전이제로 사용되는 것을 특징으로 하는 코로난드 화합물을 포함하는 호스트 물질용 조성물
- 제 7항에 있어서, 이온 센서 및 바이오 센서의 신호변환부에 사용되는 조성물은 이온 선택성 물질인 제 1항의 티아졸 고리를 포함하는 벤조 크라운 에테르 유도체인 코로난드 화합물, 지지체 (matrix)인 고분자 (polymer) 및 가소제 (plasticizer)인 비휘발성 유기용매로 이루어지거나 이에 더하여 친유성 첨가제 (lipophilic additive)를 더 포함하여, 이온 선택성 막전극 (ion-selective membrane electrode)을 구성하는 것을 특징으로 하는 코로난드 화합물을 포함하는 호스트 물질용 조성물
- 제 7항에 있어서, 바이오 센서는 기질에 대한 생성물질로 암모늄 이온 또는 그 유도체를 내 놓을 수 있는 효소층을 포함하는 것을 특징으로 하는 코로난드 화합물을 포함하는 호스트 물질용 조성물
- 제 9항에 있어서, 지지체는 고분자 화합물인 폴리비닐클로라이드, 폴리우레탄 또는 실리콘 고무이고; 가소제는 에테르 계열의 화합물인 비스[2-에틸헥실]아디페이트와 비스[2-에틸헥실]세바케이트, 비스[2-에틸헥실]프탈레이트, 비스[1-뷰틸페닐]아디페이트 또는 2-나이트로페닐 옥틸 에테르이고; 친유성 첨가제는 테트라키스(4-클로로페닐)보론 포타슘 또는 테트라도데실암모늄 테트라키스(4-클로로페닐)보레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 코로난드 화합물을 포함하는 호스트 물질용 조성물
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