DE102020216352A1 - Rezeptoren und spacer für einen fluoreszenzbasierten chemosensor für bleiionen - Google Patents

Rezeptoren und spacer für einen fluoreszenzbasierten chemosensor für bleiionen Download PDF

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Jonathan Mailoa
Kaushal SAGAR
Mordechai Kornbluth
Soo KIM
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Es sind Chemosensorverbindungen mit der Formel (I) bereitgestellt, die zum Nachweisen eines Ions wie Pb2+in einer wässrigen Probe von Nutzen sind. Ebenso sind Chemosensorvorrichtungen bereitgestellt, die derartige Verbindungen aufweisen, sowie Verfahren zu deren Verwendung.

Description

  • HINTERGRUND
  • Die Trinkwasserqualität bleibt in vielen Regionen weltweit heute ein zentrales Thema. Dies ist hauptsächlich auf sehr unterschiedliche Trinkwasserquellen zurückzuführen, beispielsweise Bohrlöcher, Seen, Flüsse, Regenwasser usw. Schwermetalle als Verunreinigung im Trinkwasser sind einer der gefährlichsten Schadstoffe, die bei längerem Kontakt gesundheitsschädlich sein können. Blei ist einer der im Trinkwasser vorkommenden klassischen Schadstoffe, der überwacht werden muss. Weitere giftige Schwermetalle umfassen As, Hg, Cr und Cd. Der von der Weltgesundheitsorganisation für Blei (Pb) vorgegebene Wert beträgt 10 Mikrogramm pro Liter. Dieser Schadstoffgehalt lässt sich jedoch schwer nachweisen, insbesondere zu geringen Kosten. Es besteht deshalb weiter Bedarf an chemischen Sensoren mit einer hohen Empfindlichkeit gegenüber Wasserschadstoffen, die kostengünstiger hergestellt werden können.
  • KURZDARSTELLUNG
  • In einem Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung eine Verbindung mit der Formel (I) oder Salze davon bereit: R1-CH2NH-G (I), in der
    R1 eine cyclische Gruppe mit 5 bis 12 Gliedern ist, wobei mindestens ein Ringatom N, O oder S ist, die optional mindestens eine Doppelbindung zwischen zwei benachbarten Ringatomen aufweist, wobei R1 optional mit 1, 2, 3 oder 4 RA substituiert ist und wobei R1 optional mit 1 oder 2 -(X-R2) substituiert ist;
    X bei jedem Vorkommen unabhängig eine Bindung, CH2, O, S, NH oder N(CH3) ist;
    R2 bei jedem Vorkommen unabhängig eine cyclische Gruppe mit 5 bis 12 Gliedern ist, die optional mindestens eine Doppelbindung zwischen zwei benachbarten Ringatomen aufweist, wobei R2 optional mindestens ein Ringatom N, O oder S aufweist, und wobei R2 optional mit 1, 2, 3 oder 4 RB substituiert ist;
    RA und RB bei jedem Vorkommen unabhängig aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus -CH3, -CH2CH3, -CH2OH, -CH2NH2, -COCH3, - COOH, -CONH2, -CN, -OH, -OCH3, -NH2, -NHCH3, -N (CH3) 2, -SH, - SCH3, Halogen und Halomethyl besteht;
    G ein cyclisches Fluorophor ist, wobei G an der Ausgangsmoleküleinheit über ein Ringatom angelagert ist und wobei G optional mit -L-T substituiert ist;
    L ein Linker ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Bindung, C1-4-Alkylen, OC1-4-Alkylen, NHC1-4-Alkylen, SO2C1-4-Alkylen und C1-4-Alkylen-C6H4 besteht,
    T aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Abgangsgruppe, -OH, -NH2, -C(O)OH, einer geschützten Hydroxy-, einer geschützten Amino- und einer geschützten Carboxygruppe besteht.
  • In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung eine Chemosensorvorrichtung bereit, umfassend:
    • eine wie vorliegend beschriebene Verbindung oder ein Salz davon,
    • einen optischen Detektor,
    • eine Lichtquelle und
    • eine Aufnahme, die so ausgelegt ist, dass sie eine wässrige Probe berührt.
  • In noch einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Nachweisen eines Ions in einer wässrigen Probe bereit, umfassend:
    • Berühren der wässrigen Probe mit einer wie vorliegend beschriebenen Chemosensorvorrichtung;
    • Bestrahlen der wässrigen Probe mit Licht, woraufhin die Verbindung der Chemosensorvorrichtung an das Ion bindet, wodurch bewirkt wird, dass die Verbindung ein Fluoreszenzsignal erzeugt; und
    • Detektieren des Fluoreszenzsignals.
  • Weitere Aspekte der Anmeldung werden unter Berücksichtigung der ausführlichen Beschreibung und beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt einen repräsentativen Schwermetallionen-Echtzeitsensor für Wasserreiniger.
    • 2 zeigt einen vorliegend beschriebenen repräsentativen Rezeptor-Spacer-Fluorophor-Sensor.
    • 3 zeigt eine simulierte Bindungsgestaltung eines Chemosensors mit Pyrimidinyl-Ethanolamin als Rezeptor-Spacer-Gruppen. Die Simulation zeigt, dass das Molekül wegen der Nähe zwischen dem Ion und dem Fluorophor trotz Pb-Bindung nicht fluoreszieren würde.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Bevor Ausführungsformen der Anmeldung ausführlich beschrieben werden, sollte nachvollzogen werden, dass die Anmeldung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Anordnung von Komponenten beschränkt ist, die in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt oder in den folgenden Zeichnungen veranschaulicht sind. Bei der Anmeldung sind weitere Ausführungsformen möglich und sie kann auf unterschiedliche Weise praktisch umgesetzt oder ausgeführt werden.
  • Die Begriffe „umfassen“ bzw. „umfasst“, „aufweisen“ bzw. „aufweist“, „mit“, „beinhalten“ bzw. „beinhaltet“, „können“ bzw. „kann“, „enthält“ bzw. „enthalten“ sowie Varianten davon sollen bei Verwendung im vorliegenden Dokument offene Überleitungsformulierungen, Begriffe oder Worte sein, die die Möglichkeit zusätzlicher Handlungen oder Strukturen nicht ausschließen. Die Singularformen „ein“, „eine“ sowie „der“, „die“ und „das“ umfassen, sofern laut Zusammenhang nicht eindeutig etwas Anderes vorgegeben ist, Bezüge im Plural. Die vorliegende Offenbarung berücksichtigt auch weitere Ausführungsformen, die die vorliegend dargelegten Ausführungsformen oder Elemente „umfassen“, „daraus bestehen“ und „im Wesentlichen daraus bestehen“, unabhängig davon, ob dies ausdrücklich so angegeben ist.
  • Der in Verbindung mit einer Größe verwendete Modifikator „ungefähr“ beinhaltet den angegebenen Wert und hat die vom Zusammenhang vorgegebene Bedeutung (beinhaltet beispielsweise zumindest den Fehlergrad, der mit der Messung der konkreten Größe zusammenhängt). Es sollte berücksichtigt werden, dass der Modifikator „ungefähr“ auch den Bereich offenbart, der durch die Absolutwerte der beiden Endpunkte festgelegt ist. Der Ausdruck „von ungefähr 2 bis ungefähr 4“ beispielsweise offenbart auch den Bereich „von 2 bis 4“. Der Begriff „ungefähr“ kann sich auf plus minus 10% der angegebenen Zahl beziehen. So kann beispielsweise „ungefähr 10%“ einen Bereich von 9% bis 11% angeben und „ungefähr 1“ kann 0,9 bis 1,1 bedeuten. Andere Bedeutungen von „ungefähr“ können sich aus dem Kontext ergeben, beispielsweise Abrundung, so kann beispielsweise „ungefähr 1“ auch 0,5 bis 1,4 bedeuten.
  • Bei der Angabe von Zahlenbereichen im vorliegenden Dokument wird jede Zwischenzahl dazwischen mit demselben Genauigkeitsgrad ausdrücklich in Erwägung gezogen. So werden beispielsweise bei dem Bereich von 6 bis 9 zusätzlich zu 6 und 9 die Zahlen 7 und 8 berücksichtigt und bei dem Bereich 6, 0 bis 7,0 sind ausdrücklich die Zahlen 6,0, 6,1, 6,2, 6,3, 6,4, 6,5, 6,6, 6,7, 6,8, 6,9 und 7,0 berücksichtigt.
  • Der wie vorliegend verwendete Begriff „Alkylen“ betrifft eine zweiwertige Gruppe, die aus einem unverzweigten oder verzweigten Kohlenwasserstoff mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen abgeleitet ist, beispielsweise mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen. Repräsentative Beispiele für Alkylen umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2- und -CH2CH2CH2CH2-.
  • Der wie vorliegend verwendete Begriff „Aryl“ betrifft eine Phenylgruppe oder kondensierte Ringsysteme aus bicyclischen Arylen oder tricyclischen Arylen. Bicyclische kondensierte Ringsysteme sind beispielhaft durch eine Phenylgruppe dargestellt, die an der Ausgangsmoleküleinheit haftet und an eine Phenylgruppe ankondensiert ist. Tricyclische kondensierte Ringsysteme sind beispielhaft durch eine Phenylgruppe dargestellt, die an der Ausgangsmoleküleinheit haftet und an zwei weiteren Phenylgruppen ankondensiert ist. Repräsentative Beispiele für bicyclische Aryle umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Naphthyl. Repräsentative Beispiele für tricyclische Aryle umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Anthracenyl. Die monocyclischen, bicyclischen und tricyclischen Aryle sind mit der Ausgangsmoleküleinheit über jedes beliebige in den Ringen enthaltene Kohlenstoffatom verbunden.
  • Der wie vorliegend verwendete Begriff „Cycloalkyl“ betrifft ein carbocyclisches Ringsystem, das drei bis zehn Kohlenstoffatome und keine Heteroatome enthält und optional 1 oder 2 Doppelbindungen enthält. Repräsentative Beispiele für ein Cycloalkyl umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl, Cyclooctyl, Cyclononyl und Cyclodecyl.
  • Der wie vorliegend verwendete Begriff „Halogen“ oder „Halo“ bedeutet Cl, Br, I oder F.
  • Der wie vorliegend verwendete Begriff „Halomethyl“ steht für eine Methylgruppe, in der ein, zwei oder drei Wasserstoffatome durch ein Halogen ersetzt sind. Repräsentative Beispiele für ein Halomethyl umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Chlormethyl, Difluormethyl und Trifluormethyl.
  • Der wie vorliegend verwendete Begriff „Heteroaryl“ betrifft einen aromatischen monocyclischen Ring oder ein aromatisches bicyclisches Ringsystem oder ein aromatisches tricyclisches Ringsystem. Die aromatischen monocyclischen Ringe sind fünf- oder sechsgliedrige Ringe, die mindestens ein Heteroatom enthalten, das unabhängig aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus N, O und S besteht (z.B. 1, 2, 3 oder 4 Heteroatome, die unabhängig aus O, S und N ausgewählt sind). Die fünfgliedrigen aromatischen monocyclischen Ringe weisen zwei Doppelbindungen auf und die sechsgliedrigen aromatischen monocyclischen Ringe weisen drei Doppelbindungen auf. Die bicyclischen Heteroarylgruppen sind beispielhaft durch einen monocyclischen Heteroarylring dargestellt, der an der Ausgangsmoleküleinheit haftet und an einer wie vorliegend definierten monocyclischen Cycloalkylgruppe, einer wie vorliegend definierten monocyclischen Arylgruppe, einer wie vorliegend definierten monocyclischen Heteroarylgruppe oder einem wie vorliegend definierten monocyclischen Heterocyclus ankondensiert ist. Die tricyclischen Heteroarylgruppen sind beispielhaft durch einen monocyclischen Heteroarylring dargestellt, der an der Ausgangsmoleküleinheit haftet und an zwei Gruppen aus einer wie vorliegend definierten monocyclischen Cycloalkylgruppe, einer wie vorliegend definierten monocyclischen Arylgruppe, einer wie vorliegend definierten monocyclischen Heteroarylgruppe oder einem wie vorliegend definierten monocyclischen Heterocyclus ankondensiert ist. Repräsentative Beispiele für ein monocyclisches Heteroaryl umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Pyridinyl (darunter Pyridin-2-yl, Pyridin-3-yl, Pyridin-4-yl), Pyrimidinyl, Pyrazinyl, Thienyl, Furyl, Thiazolyl, Thiadiazolyl, Isoxazolyl, Pyrazolyl und 2-Oxo-1,2-dihydropyridinyl. Repräsentative Beispiele für ein bicyclisches Heteroaryl umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Chromenyl, Benzothienyl, Benzodioxolyl, Benzotriazolyl, Chinolinyl, Thienopyrrolyl, Thienothienyl, Imidazothiazolyl, Benzothiazolyl, Benzofuranyl, Indolyl, Chinolinyl, Imidazopyridin, Benzooxadiazolyl und Benzopyrazolyl. Repräsentative Beispiele für ein tricyclisches Heteroaryl umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Dibenzofuranyl und Dibenzothienyl. Die monocyclischen, bicyclischen und tricyclischen Heteroaryle sind mit der Ausgangsmoleküleinheit über jedes beliebige in den Ringen enthaltene Kohlenstoffatom oder Stickstoffatom verbunden.
  • Der wie vorliegend verwendete Begriff „Heterocyclus“ oder „heterocyclisch“ steht für einen monocyclischen Heterocyclus, einen bicyclischen Heterocyclus oder einen tricyclischen Heterocyclus. Der monocyclische Heterocyclus ist ein drei-, vier-, fünf-, sechs-, sieben- oder achtgliedriger Ring, der mindestens ein Heteroatom enthält, das unabhängig aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus O, N und S besteht. Der drei- oder viergliedrige Ring enthält keine oder eine Doppelbindung und ein Heteroatom, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus O, N und S besteht. Der fünfgliedrige Ring enthält keine oder eine Doppelbindung und ein, zwei oder drei Heteroatome, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus O, N und S besteht. Der sechsgliedrige Ring enthält keine, eine oder zwei Doppelbindungen und ein, zwei oder drei Heteroatome, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus O, N und S besteht. Der sieben- und achtgliedrige Ring enthält keine, eine, zwei oder drei Doppelbindungen und ein, zwei oder drei Heteroatome, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus O, N und S besteht. Repräsentative Beispiele für monocyclische Heterocyclen umfassen Azetidinyl, Azepanyl, Aziridinyl, Diazepanyl, 1,3-Dioxanyl, 1,3-Dioxolanyl, 1,3-Dithiolanyl, 1,3-Dithianyl, 1,3-Dimethylpyrimidin-2,4(1H,3H)-dion, Imidazolinyl, Imidazolidinyl, Isothiazolinyl, Isothiazolidinyl, Isoxazolinyl, Isoxazolidinyl, Morpholinyl, Oxadiazolinyl, Oxadiazolidinyl, Oxazolinyl, Oxazolidinyl, Oxetanyl, Piperazinyl, Piperidinyl, Pyranyl, Pyrazolinyl, Pyrazolidinyl, Pyrrolinyl, Pyrrolidinyl, Tetrahydrofuranyl, Tetrahydropyranyl, Tetrahydropyridinyl, Tetrahydrothienyl, Thiadiazolinyl, Thiadiazolidinyl, 1,2-Thiazinanyl, 1,3-Thiazinanyl, Thiazolinyl, Thiazolidinyl, Thiomorpholinyl, 1,1-Dioxidothiomorpholinyl (Thiomorpholinsulfon), Thiopyranyl und Trithianyl, ohne darauf beschränkt zu sein. Der bicyclische Heterocyclus ist ein monocyclischer Heterocyclus, der an eine Phenylgruppe ankondensiert ist, oder ein monocyclischer Heterocyclus, der an ein monocyclisches Cycloalkyl ankondensiert ist, oder ein monocyclischer Heterocyclus, der an ein monocyclisches Cycloalkenyl ankondensiert ist, oder ein monocyclischer Heterocyclus, der an einen monocyclischen Heterocyclus ankondensiert ist, oder eine spiroheterocyclische Gruppe oder ein monocyclisches Heterocyclus-Brückenringsystem, in dem zwei nicht benachbarte Atome des Rings über eine Alkylenbrücke mit 1, 2, 3 oder 4 Kohlenstoffatomen oder eine Alkenylenbrücke mit zwei, drei oder vier Kohlenstoffatomen verknüpft sind. Repräsentative Beispiele für bicyclische Heterocyclen umfassen Benzopyranyl, Benzothiopyranyl, Chromanyl, 2,3-Dihydrobenzofuranyl, 2,3-Dihydrobenzothienyl, 2,3-Dihydroisochinolin, 2-Azaspiro[3.3]heptan-2-yl, Azabicyclo[2.2.1]heptyl (darunter 2-Azabicyclo[2.2.1]hept-2-yl), 2,3-Dihydro-1H-indolyl, Isoindolinyl, Octahydrocyclopenta[c]pyrrolyl, Octahydropyrrolopyridinyl und Tetrahydroisochinolinyl, ohne darauf beschränkt zu sein. Tricyclische Heterocyclen sind beispielhaft durch einen bicyclischen Heterocyclus dargestellt, der an eine Phenylgruppe ankondensiert ist, oder einen bicyclischen Heterocyclus, der an ein monocyclisches Cycloalkyl ankondensiert ist, oder einen bicyclischen Heterocyclus, der an ein monocyclisches Cycloalkenyl ankondensiert ist, oder einen bicyclischen Heterocyclus, der an einen monocyclischen Heterocyclus ankondensiert ist, oder einen bicyclischen Heterocyclus, in dem zwei nicht benachbarte Atome des bicyclischen Rings über eine Alkylenbrücke mit 1, 2, 3 oder 4 Kohlenstoffatomen oder eine Alkenylenbrücke mit zwei, drei oder vier Kohlenstoffatomen verknüpft sind. Beispiele für tricyclische Heterocyclen umfassen Octahydro-2,5-epoxypentalen, Hexahydro-2H-2,5-methanocyclopenta[b]furan, Hexahydro-1H-1,4-methanocyclopenta[c]furan, Aza-adamantan (1-Azatricyclo [3.3.1.13,7] decan) und Oxaadamantan (2-Oxatricyclo [3.3.1.13,7] decan), ohne darauf beschränkt zu sein. Die monocyclischen, bicyclischen und tricyclischen Heterocyclen sind mit der Ausgangsmoleküleinheit über jedes beliebige in den Ringen enthaltene Kohlenstoffatom oder Stickstoffatom verbunden.
  • Der wie vorliegend verwendete Begriff „Hydroxy“ steht für eine -OH-Gruppe.
  • In einigen Fällen ist die Anzahl an Kohlenstoffatomen in einem Hydrocarbyl-Substituenten (z.B. Alkylen, Alkyl oder Cycloalkyl) mit dem Präfix „Cx-y“ angegeben, wobei x die Mindestanzahl und y die Höchstanzahl an Kohlenstoffatomen im Substituenten ist. So bezieht sich beispielsweise „C1-4-Alkylen“ auf ein Alkylen, das 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthält.
  • Ein Ansatz zum Nachweis von Ionen ist die fluoreszenzbasierte Detektion, bei der sich das Ion an ein Molekül anlagert, das eine Fluoreszenz bewirkt oder löscht. Das (z.B. mit einer Elektronik wie einer Fotodiode gekoppelte) optische Signal kann zur Bestimmung der Ionenkonzentration verwendet werden. Eine Klasse von Sensoren auf Basis einer Fluorophor/Spacer/Rezeptor-Chemie wurde als Natriumsensor verwendet. Das Fluorophor ist zwar beispielsweise allein bei Anregung nativ fluoreszierend, jedoch ist aufgrund des lichtinduzierten Elektronentransfers (photoinduced electron transfer, PET) zwischen Rezeptor und Fluorophor, der in Konkurrenz zur Fluoreszenzemission steht, kein Leuchtstoff bei fehlender Bindung des Metallions an den Rezeptor zu beobachten. Mit der Bindung an ein Metallion wird das Rezeptor-Energieniveau angepasst, wodurch der konkurrierende PET gelöscht und das Fluoreszenzsignal „aktiviert“ wird.
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft fluoreszenzbasierte chemische Sensoren mit einem kurzen Spacer (z.B. Methylamin, - CH2NH-) zwischen einer starren Ionenrezeptorgruppe und einem Fluorophor. Bemerkenswert ist, dass die hier beschriebenen Sensoren die „Faltungslöschung“ verhindern können, zu der es bei herkömmlichen Sensoren kommt, und dass sie für eine verbesserte Empfindlichkeit gegenüber Wasserschadstoffen sorgen können.
  • In einem Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung eine Verbindung mit der Formel (I) oder Salze davon bereit: R1-CH2NH-G (I), in der
    R1 eine cyclische Gruppe mit 5 bis 12 Gliedern ist, wobei mindestens ein Ringatom N, O oder S ist, die optional mindestens eine Doppelbindung zwischen zwei benachbarten Ringatomen aufweist, wobei R1 optional mit 1, 2, 3 oder 4 RA substituiert ist und wobei R1 optional mit 1 oder 2 -(X-R2) substituiert ist;
    X bei jedem Vorkommen unabhängig eine Bindung, CH2, O, S, NH oder N(CH3) ist;
    R2 bei jedem Vorkommen unabhängig eine cyclische Gruppe mit 5 bis 12 Gliedern ist, die optional mindestens eine Doppelbindung zwischen zwei benachbarten Ringatomen aufweist, wobei R2 optional mindestens ein Ringatom N, O oder S aufweist, und wobei R2 optional mit 1, 2, 3 oder 4 RB substituiert ist;
    RA und RB bei jedem Vorkommen unabhängig aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus -CH3, -CH2CH3, -CH2OH, -CH2NH2, -COCH3, - COOH, -CONH2, -CN, -OH, -OCH3, -NH2, -NHCH3, -N(CH3)2, -SH, - SCH3, Halogen und Halomethyl besteht;
    G ein cyclisches Fluorophor ist, wobei G an der Ausgangsmoleküleinheit über ein Ringatom angelagert ist und wobei G optional mit -L-T substituiert ist;
    L ein Linker ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Bindung, C1-4-Alkylen, OC1-4-Alkylen, NHC1-4-Alkylen, SO2C1-4-Alkylen und C1-4-Alkylen-C6H4 besteht,
    T aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Abgangsgruppe, -OH, -NH2, -C(O)OH, einer geschützten Hydroxy-, einer geschützten Amino- und einer geschützten Carboxygruppe besteht.
  • R1 kann eine starre cyclische Gruppe sein, die in der Lage ist, mit einem Ion ein Chelat oder einen Komplex zu bilden. In einigen Ausführungsformen umfasst R1 mindestens eine Doppelbindung zwischen zwei benachbarten Ringatomen. R1 kann beispielsweise 1, 2, 3, 4 oder 5 Doppelbindungen zwischen Ringatomen enthalten. In einigen Ausführungsformen ist R1 ein optional substituiertes Heteroaryl. R1 kann beispielsweise ein optional substituiertes Thiazol, ein optional substituiertes Diazin (wie 1,2-Diazin, 1,3-Diazin oder 1,4-Diazin) oder ein optional substituiertes Pyridin sein. In einigen Ausführungsformen ist R1 ein optional substituiertes Thiazol.
  • In einigen Ausführungsformen fehlt RA. In einigen Ausführungsformen ist mindestens ein RA vorhanden. In einigen Ausführungsformen ist R1 mit 1 oder 2 RA substituiert, die jeweils unabhängig ausgewählt sind aus -CH3, -CH2CH3, -CH2OH, - CH2NH2, -COCH3, -COOH, -CONH2, -CN, -OH, -OCH3, -NH2, -NHCH3, - N(CH3)2, -SH, -SCH3, Halogen und Halomethyl. In einigen Ausführungsformen ist R1 durch 1 oder 2 RA substituiert, das jeweils unabhängig aus -N(CH3)2, -SCH3 und -CF3 ausgewählt ist. R2 kann eine starre cyclische Gruppe sein, die optional 1, 2 oder 3 Heteroatome aufweist, die aus N, O und S ausgewählt sind. In einigen Ausführungsformen weist R2 mindestens eine Doppelbindung zwischen zwei benachbarten Ringatomen auf. In einigen Ausführungsformen ist R2 ein optional substituiertes Aryl, ein optional substituiertes Heteroaryl oder ein optional substituierter Heterocyclus mit mindestens einer Doppelbindung zwischen zwei benachbarten Ringatomen. R2 kann beispielsweise ein optional substituiertes Phenyl, ein optional substituiertes Pyrrolidin oder ein optional substituiertes Pyrimidin sein.
  • In einigen Ausführungsformen fehlt RB. In einigen Ausführungsformen ist mindestens ein RB vorhanden. In einigen Ausführungsformen ist R2 mit 1 oder 2 RB substituiert, die jeweils unabhängig ausgewählt sind aus -CH3, -CH2CH3, -CH2OH, - CH2NH2, -COCH3, -COOH, -CONH2, -CN, -OH, -OCH3, -NH2, -NHCH3, - N(CH3)2, -SH, -SCH3, Halogen und Halomethyl. In einigen Ausführungsformen ist R2 durch 1 oder 2 RB substituiert, das jeweils unabhängig aus -N(CH3)2, -SCH3 und -CF3 ausgewählt ist.
  • In einigen Ausführungsformen ist X eine Bindung. In einigen Ausführungsformen ist X O, S oder NH.
  • In einigen Ausführungsformen weisen die Verbindungen mit der Formel (I) oder Salze davon eine Struktur mit der Formel (I-a) auf:
    Figure DE102020216352A1_0001
    in der X, R2 und G wie in Formel (I) definiert sind.
  • In einigen Ausführungsformen weisen die Verbindungen eine Struktur mit der Formel (I-a) auf, in der X eine Bindung ist. In einigen Ausführungsformen weisen die Verbindungen eine Struktur mit der Formel (I-a) auf, in der R2
    Figure DE102020216352A1_0002
    oder
    Figure DE102020216352A1_0003
    ist.
  • In einigen Ausführungsformen weisen die Verbindungen mit der Formel (I) oder ein Salz davon eine Struktur mit der Formel (I-b) auf:
    Figure DE102020216352A1_0004
    in der RA und G wie in Formel (I) definiert sind.
  • In einigen Ausführungsformen weisen die Verbindungen eine Struktur mit der Formel (I-b) auf, in der RA -N(CH3)2 ist.
  • G kann jedes beliebige geeignete Fluorophor sein, sodass die Verbindung beim Binden eines Ions an der Verbindung im Vergleich zu dem Signal, das von der Verbindung bei fehlender Bindung an ein Ion erzeugt wird, ein deutlich höheres Fluoreszenzsignal erzeugt. Die Verbindungen erzeugen zum Beispiel bei fehlender Bindung an ein Ion möglicherweise lediglich eine vernachlässigbare oder sogar nicht nachweisbare Fluoreszenz. Bei der Bindung an ein Ion können die Verbindungen ein stabiles, problemlos messbares Fluoreszenzsignal erzeugen.
  • Geeignete Fluorophore umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Xanthenderivate (z.B. Fluorescein, Rhodamin), Benzol, Anthracen, Naphthalen und Derivate (z.B. Dansyl, Prodan), Oxadiazolderivate (z.B. Pyridyloxazol, Nitrobenzoxadiazol, Benzoxadiazol usw.), Pyrenderivate (z.B. Cascade Blue), Oxazinderivate (z.B. Nilrot, Nilblau, Kresylviolett, Oxazin 170 usw.), Acridinderivate (z.B. Proflavin, Acridinorange, Acridingelb usw.), Arylmethinderivate (z.B. Auramin, Kristallviolett, Malachitgrün usw.), Tetrapyrrolderivate (z.B. Porphin, Phtalocyanin, Bilirubin usw.), 1,2-bis(2-Aminophenoxy)ethan-N,N,N',N'-tetraessigsäure (BAPTA), 2-(2'-Morpholino-2'-oxoethoxy)-N,N-bis(hydroxycarbonylmethyl)anilin (MOBHA), Carbazol, Diphenylfuran und 1,8-Naphthalimid.
  • In einigen Ausführungsformen weisen die Verbindungen eine Struktur mit der Formel (I), (I-a) oder (I-b) auf, in denen G Anthracen, Benzol, Carbazol, Diphenylfuran, Naphthalen, 1,8-Naphthalimid, Porphyrin, Pyren oder Derivate davon ist bzw. sind. In einigen Ausführungsformen ist G unsubstituiert. In einigen Ausführungsformen ist G mit einer wie im vorliegenden Dokument beschriebenen -L-T-Gruppe substituiert. In einigen Ausführungsformen ist G 1,8-Naphthalimid, das optional mit -L-T substituiert ist. In einigen Ausführungsformen ist G
    Figure DE102020216352A1_0005
    das optional mit -L-T substituiert ist.
  • Die -L-T-Gruppe kann in der Lage sein, eine kovalente Bindung mit einem Trägermaterial oder einer stationären Phase wie einem Polymerwerkstoff auszubilden. Die -L-T-Gruppe kann beispielsweise mit einer funktionellen Gruppe einer Polymerbeschichtung auf einem Substrat reagieren und so eine kovalente Bindung ausbilden, wodurch die Verbindungen, wie im vorliegenden Dokument beschrieben, auf dem Substrat immobilisiert werden.
  • In einigen Ausführungsformen ist L eine Bindung, SO2C1-4-Alkylen oder C1-4-Alkylen-C6H4. In einigen Ausführungsformen ist L CH2C6H4, beispielsweise
    Figure DE102020216352A1_0006
    In einigen Ausführungsformen ist L SO2C2H4.
  • In einigen Ausführungsformen ist T eine Abgangsgruppe wie Chlorid, Bromid, Iodid, Tosylat, Mesylat oder Triflat. In einigen Ausführungsformen ist T -OH, -NH2 oder -C(O)OH.
  • In einigen Ausführungsformen ist T eine Hydroxy-, eine Amino- oder eine Carboxygruppe, die mit einer Schutzgruppe geschützt ist. Die geschützten Gruppen können entschützt werden und so eine -OH-, -NH2- beziehungsweise -C(O)OH-Gruppe liefern. Der Begriff „Schutzgruppe“ betrifft eine Einheit, die verhindert, dass an einem Heteroatom (wie N, O oder S), an dem diese Schutzgruppe angelagert ist, chemische Reaktionen stattfinden. Verschiedene Schutzgruppen sind im Fachgebiet hinreichend bekannt und umfassen die, die ausführlich beschrieben sind in Protective Groups in Organic Synthesis, T. W. Greene and P. G. M. Wuts, 5. Auflage, John Wiley & Sons, 2014, das hierin vollständig durch Bezugnahme aufgenommen ist. Geeignete AminoSchutzgruppen umfassen beispielsweise, sind jedoch nicht beschränkt auf, Carbobenzyloxy (-NHCO-OCH2C6H5 oder -NH-Cbz); t-Butyloxycarbonyl (-NHCO-OC(CH3)3 oder -NH-Boc); 9-Fluorenylmethyloxycarbonyl (-NH-Fmoc), 2,2,2-Trichlorethyloxycarbonyl (-NH-Troc) und Allyloxycarbonyl (-NH-Alloc). In jeder der vorangehenden Gruppen stellt -NH- den Stickstoff aus der Aminogruppe dar, die geschützt wird. Geeignete Hydroxy-Schutzgruppen umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Methoxymethylether (MOM), Tetrahydropyranylether (THP), t-Butylether, Allylether, Benzylether, Trimethylsilyl (TMS), t-Butyldimethylsilyl (TBDMS), Acetyl, Benzoyl und Pivalinsäureester. Geeignete Carboxy-Schutzgruppen umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Methylester, t-Butylester und Benzylester.
  • In einigen Ausführungsformen ist -L-T
    Figure DE102020216352A1_0007
    einigen Ausführungsformen ist G
    Figure DE102020216352A1_0008
  • In einigen Ausführungsformen sind die wie vorliegend beschriebenen Verbindungen ausgewählt aus
    Figure DE102020216352A1_0009
    Figure DE102020216352A1_0010
    Figure DE102020216352A1_0011
    Figure DE102020216352A1_0012
    und
    Figure DE102020216352A1_0013
    oder einem Salz davon.
  • In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung eine Chemosensorvorrichtung bereit, umfassend:
    • eine wie vorliegend beschriebene Verbindung oder ein Salz davon,
    • einen optischen Detektor,
    • eine Lichtquelle und
    • eine Aufnahme, die so ausgelegt ist, dass sie eine wässrige Probe berührt.
  • Die wie vorliegend beschriebenen Verbindungen können als fluoreszenzbasierte chemische Sensoren (Chemosensorverbindungen) verwendet werden. Bemerkenswert ist, dass diese Verbindungen die „Faltungslöschung“ des Fluoreszenzsignals verhindern können und dass sie für eine verbesserte Empfindlichkeit beim Nachweis von Ionen in einer wässrigen Probe sorgen können.
  • Die Chemosensorvorrichtung kann jeden beliebigen optischen Detektor aufweisen, der in der Lage ist, ein Fluoreszenzsignal zu erfassen und/oder zu messen. In einigen Ausführungsformen weist der optische Detektor eine Fotodiode auf. Die Lichtquelle kann jede beliebige Quelle für sichtbares Licht aufweisen. In einigen Ausführungsformen weist die Lichtquelle eine Leuchtdiode (LED) auf. Die Aufnahme kann ein Rohr, ein Kanal oder eine Fläche sein, das bzw. der bzw. die zum Berühren der wässrigen Probe ausgelegt ist. Die Auswahl von optischen Detektoren, Lichtquellen und Aufnahmen sind Bestandteil des Wissens im Fachgebiet. Die Chemosensorvorrichtung kann beispielsweise eine Fotodiode als optischen Detektor, eine LED als Lichtquelle und ein Einlassrohr als Aufnahme für die zu erfassende Probe (wie in 1 dargestellt) aufweisen.
  • Die Chemosensorvorrichtung kann eine Fläche aufweisen, auf der die Chemosensorverbindungen immobilisiert sind. In einigen Ausführungsformen umfasst die Fläche eine Polymerbeschichtung oder Polymerschicht. Das Polymer kann beispielsweise auf ein massives Substrat aufgetragen werden. Geeignete Polymere umfassen jene mit einer funktionellen Gruppe (beispielsweise Hydroxy-, Amino- oder Abgangsgruppe), die mit der T-Gruppe einer wie vorliegend beschriebenen Verbindung reagieren kann und so eine kovalente Bindung entsteht, wodurch bewirkt wird, dass die Verbindung an der Polymerfläche oder der Polymerschicht immobilisiert wird. Nicht einschränkende Beispiele für Polymere umfassen beispielsweise Aminocellulose.
  • Die Chemosensorvorrichtung kann zusätzlich eine oder mehrere funktionelle Einheiten für den Betrieb der Vorrichtung aufweisen, beispielsweise eine Energiequelle, ein Bedienfeld, ein Digitalprozessor, eine Aufzeichnungsvorrichtung, eine Datenspeichereinheit und ein Drucker.
  • In einigen Ausführungsformen ist die Chemosensorvorrichtung mit einer einzelnen oder mehreren chemischen Prozesseinheiten verbunden. So können beispielsweise Echtzeitanalysen wässriger Proben, die aus den chemischen Prozesseinheiten gewonnen werden, durchgeführt und die Ergebnisse aufgezeichnet werden.
  • In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung eine Maschine bereit, die eine wie vorliegend beschriebene Chemosensorvorrichtung aufweist. Die Maschine kann in einer Anwendung eingesetzt werden, in der ein Wasservolumen vorhanden ist und die Wasserqualität überwacht wird. Die Maschine kann beispielsweise ein Wasserentsalzer, ein Wasserenthärter, ein Wasserreiniger, ein Wassertestgerät, ein Kraftstofftestgerät, eine Kaffeemaschine, eine Waschmaschine, eine Eismaschine, ein Boiler oder ein Bluttestgerät sein. In einigen Ausführungsformen wird eine wässrige Probe beim Betrieb der Maschine entnommen und dem Chemosensor zugeführt, damit er Ionen in der Probe nachweist.
  • In noch einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Nachweisen eines Ions in einer wässrigen Probe bereit, umfassend:
    • Berühren der wässrigen Probe mit einer wie vorliegend beschriebenen Chemosensorvorrichtung;
    • Bestrahlen der wässrigen Probe mit Licht, woraufhin die Verbindung der Chemosensorvorrichtung an das Ion bindet, wodurch bewirkt wird, dass die Verbindung ein Fluoreszenzsignal erzeugt; und
    • Detektieren des Fluoreszenzsignals.
  • Die wässrige Probe kann aus jeder beliebigen natürlichen oder industriellen Wasserquelle oder aus jedem beliebigen Industriegerät, medizinischen Gerät oder Haushaltsgerät entnommen werden, das mit Wasser arbeitet, Wasser behandelt oder befördert. In einigen Ausführungsformen wird die wässrige Probe aus einem Wasserentsalzer, einem Wasserenthärter, einem Wasserreiniger, einem Wassertestgerät, einem Kraftstofftestgerät, einer Kaffeemaschine, einer Waschmaschine, einer Eismaschine, einem Boiler oder einem Bluttestgerät entnommen.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine wie vorliegend beschriebene Chemosensorvorrichtung oder eine Maschine, die diese Vorrichtung aufweist, mit einer einzelnen oder mehreren chemischen Prozesseinheiten verbunden und das Verfahren zum Nachweisen eines Ions wird kontinuierlich durchgeführt. Die wässrige Probe kann der Vorrichtung oder Maschine beispielsweise kontinuierlich zugeführt werden und das Nachweisverfahren kann kontinuierlich durchgeführt werden, damit die Wasserqualität in der Probe aufgezeichnet und/oder überwacht wird. Der kontinuierliche Zufuhr-, Nachweis-, Aufzeichnungs- und/oder Überwachungsprozess kann automatisiert und gemäß einem programmierbaren Zeitplan durchgeführt werden.
  • In einigen Ausführungsformen ist die Chemosensorvorrichtung so ausgelegt, dass sie ein Ion nachweist, das aus Pb2+, Ca2+, K+, Na+, Cr3+, Hg2+, Cd2+, Mg2+, As3+, As5+ und einer Kombination daraus ausgewählt ist. In einigen Ausführungsformen ist das Ion Pb2+, Ca2+, Hg2+, Cd2+, Mg2+ oder eine Kombination daraus. In bestimmten Ausführungsformen ist das Ion Pb2+, beispielsweise Pb2+ in einer natürlichen Wasserquelle oder Pb2+ in einer Probe, die aus einem Wasserentsalzer, einem Wasserenthärter, einem Wasserreiniger, einem Wassertestgerät, einem Kraftstofftestgerät, einer Kaffeemaschine, einer Waschmaschine, einer Eismaschine, einem Boiler oder einem Bluttestgerät entnommen wird.
  • Beispiel
  • Mittels Computermodellierung werden Bindungsenergien und Fluoreszenzspektren von verschiedenen Spacern und Rezeptoren für die Bindung eines Bleiions (Pb2+) simuliert. Als Beispiele weisen die untersuchten Moleküle ein 1,8-Naphthalimid-Fluorophor, einen Methylamin- oder Ethylamin-Spacer und eine optional substituierte Thiazolgruppe als Rezeptor für die Bindung von Pb2+ auf (2). Die vorliegend beschriebenen Moleküle können unter Verwendung von gängigen (darunter handelsüblichen) Präkursoren unter Verwendung von im Fachgebiet bekannten gängigen organischen Syntheseverfahren synthetisiert werden.
  • Die Bindungsstärke hängt mit der Dissoziationskonstante (und damit der Titrationskurve) auf Grundlage der bekannten Gleichung Kd = c0 eΔG/kBT zusammen, in der Kd die Dissoziationskonstante, c° die Standardbezugskonzentration (1 mol), ΔG die freie Bindungsenergie (für gewöhnlich in der Größenordnung von -50 bis -1.000 meV) und kBT die Boltzmann-Konstante mal die Absoluttemperatur ist. Es können weitere Korrekturen für korrelierte Effekte vorgenommen werden (Hill-Koeffizient). Die Bindungsenergie wird berechnet als die Gesamtenergie des Moleküls mit dem Ion abzüglich der Gesamtenergie von Molekül und Ion getrennt (d.h. ΔEBindung = E0,gesamt - (E0,Molekül + E0,Ion), wobei E0 die berechnete innere Energie ist, die aus der Simulation entnommen werden kann).
  • Für diese Berechnungen wird der Quantenchemie-Code ORCA verwendet. Bei den Abläufen für die Berechnungen werden mehrere Basissätze verwendet. Die Geometrie wird unter Verwendung einer lokalen Dichtenäherung (LDA) mit dem impliziten Solvatisierungsmodell CPCM (Wasser) und eines Basissatzes def2-svp (Karlsruhe-Valenz-Doppelzeta mit Polarisierung) optimiert. Die Gesamtenergie wird unter Verwendung von RI-MP2 berechnet, erneut mit CPCM/def2-svp. Bei der LDA erfolgt bis zu def2-qzvpp (Vierfachzeta-Basissatz) eine Basissatz-Korrektur und bei def2-svp (keine Solvatisierung) erfolgt eine unabhängige Korrelationskorrektur aus DLPNO-CCSD (T). Dies sind die in Tabelle 1 dargestellten Bindungsenergien. Die Fluoreszenz wird ohne Solvatisierung unter Verwendung einer Geometrie von BLYP/def2-svp, einer Hesse-Matrix vom Normalzustand unter Verwendung von BLYP/def2-svp und eines Spektrums unter Verwendung von TD-DFT BLYP/def2-svp berechnet. Die Fluoreszenz wird unter Verwendung des ORCA-ASA-Moduls berechnet.
  • Die Simulationsverfahren werden folgendermaßen validiert. Die Bindungsenergien werden mit der Literatur zu bekannten Rezeptor/Ionen-Paaren verglichen. Diese sind oft 10- bis 30-mal höher als erwartet, da die Bildungsenergien unter Verwendung der impliziten Solvatisierung statt der expliziten Solvatisierung berechnet werden. Die Ergebnisse geben jedoch eine qualitative Reihenfolge der Bindungsstärken genau an. Die optischen Spektren werden mit einem Naphthalimid-Methylamin-Thiazol-Molekül verglichen. Mit BLYP/def2-svp lässt sich übereinstimmend mit Versuchsmessungen Fluoreszenz genau dann erfolgreich vorhersagen, wenn das Pb-Ion gebunden ist.
  • Aus der Rezeptor-Spacer-Chemie ist nicht ersichtlich, welche davon zweckmäßig wären und welche nicht. Es ist bemerkenswert, dass durch Vornehmen der Überprüfung einige wichtige Eigenschaften für ein wirkungsvolles Fluorophor erkannt werden können. Alle untersuchten Moleküle zeigen eine berechnete Fluoreszenz, wenn das Pb-Ion an der Stelle der geringsten Energie gebunden ist, und keine Fluoreszenz, wenn das Pb nicht gebunden ist (in gewissem Maße mit Ausnahme von Pyrimidinyl-Ethanolamin als Rezeptor-Spacer). Jede Rezeptor-Spacer-Chemie gibt eine optimale Bindungsstelle für das Stickstoffatom des Spacers und ein oder mehrere der Stickstoff- und Schwefelatome des Rezeptors an.
  • Die Geometrieoptimierungen geben an, dass jede Chemie mit dem Ethylamin-Spacer eine gefaltete Gestaltung bewirkt hat, bei der der Rezeptor so umgeklappt ist, dass er näher am Fluorophor liegt. Der Energiegewinn durch diese Faltung beträgt ungefähr 100 meV pro Molekül (LSD CPCM/def2-svp), was darauf hinweist, dass es sich um einen stabilen Normalzustand handelt. Bei mindestens einem Rezeptor (Pyrimidinyl-Ethanolamin) lassen die anschließende Pb-Bindung und Fluoreszenzberechnung auf eine stabile Bindungsstelle schließen, die nah am Fluorophor liegt (3), was die PET bewirkt und die Fluoreszenz löscht. Im Allgemeinen können deshalb Rezeptor/Spacer-Paare weggelassen werden, die eine Nähe zwischen einer Ionenbindungsstelle und einem Fluorophor zulassen. Insbesondere kann die Anzahl an Bindungen, die sich drehen können (d.h. Einfachbindungen), auf eine Mindestanzahl gebracht werden, damit diese „Faltungslöschung“ verhindert wird. Unter den faltungsfreien Strukturen ist für eine hohe Empfindlichkeit (hohe Bindungsstärke) eine längere Messdauer erforderlich, sodass je nach Zusammenhang verschiedene Verbindungen zweckmäßig sein können - bei einer schnellen Messung mit geringer Empfindlichkeit können die Strukturen „schwacher Rezeptor“ eingesetzt werden, wohingegen bei einer längeren Messung mit hoher Empfindlichkeit die Strukturen „starker Rezeptor“ eingesetzt werden können.
  • Die Entwicklungstendenz bei den Bindungsenergien zeigt, dass das vorrangige Beschreibungsmerkmal für die Bindungsstärke die Anzahl elektronegativer Atome (z.B. N und S) ist, die an das Ion gebunden sind. Die höchste Empfindlichkeit kann deshalb vorliegen, wenn drei Atome nahe der Bindungsstelle liegen, und eine geringere Empfindlichkeit (und deshalb eine kürzere Messdauer), wenn lediglich zwei Atome nahe der Bindungsstelle liegen. Die elektronegativen Atome können sich (in einer Konformation) auf derselben Seite des Moleküls befinden, damit sie an das Kation binden. Je nach Größe, Empfindlichkeit und Haltbarkeit kann die Sensorvorrichtung an den Einsatz mit unterschiedlichen Arten von Chemosensormolekülen angepasst werden, wie in Tabelle 1 angegeben ist. Tabelle 1.
    Rezeptor-Spacer-Einheit Struktur Pb-Bindungsene rgie (eV) Effekt
    (Thiazol-4-yl)methanamino
    Figure DE102020216352A1_0014
         		-1,681 Schwacher bis mäßiger Rezeptor
    ({2-[(Methylthio)methyl] -1,3-thiazol-4-yl}methyl) amino
    Figure DE102020216352A1_0015
         		-2,22 Starker Rezeptor
    1-[2-(2-Pyrimidinyl)-1,3-thiazol-4-yl]methanamino
    Figure DE102020216352A1_0016
         		-2, 102 Starker Rezeptor
    1-(2-Pyrrolidin-1-yl-1,3-thiazol-4-yl)methanamino
    Figure DE102020216352A1_0017
         		-1,907 Mäßiger Rezeptor
    (2-(N,N-Dimethylamino)thiazo 1-4-yl)methanamino
    Figure DE102020216352A1_0018
         		-1,837 Mäßiger Rezeptor
    (2-Methylthiazol-4-yl)methanamino
    Figure DE102020216352A1_0019
         		-1,609 Schwacher Rezeptor
    {2-[4-(Trifluormethyl)phen yl]-1,3-thiazol-4-yl}methylamino
    Figure DE102020216352A1_0020
    -    		 -1,524 Schwacher Rezeptor
    2-[2-(2-Pyrimidinyl)-1,3-thiazol-4-yl]ethanamino
    Figure DE102020216352A1_0021
         		-2,427 Faltung
    2-(2-Isopropyl-1,3-thiazol-4-yl)ethanamino
    Figure DE102020216352A1_0022
         		-1,769 Faltung
    2-(2-Methyl-1,3-thiazol-4-yl)ethylamino
    Figure DE102020216352A1_0023
         		-1,668 Faltung
    (2-{2-[(Methylthio)methyl] -1,3-thiazol-4-yl}ethyl) amino
    Figure DE102020216352A1_0024
         		-2,145 Faltung
    2-(1,3-Thiazol-4-yl)ethanamino
    Figure DE102020216352A1_0025
         		-1,599 Faltung
    2-(2-Amino-(1,3-thiazol-4-yl))ethanamino
    Figure DE102020216352A1_0026
         		-1,747 Faltung
  • Ausführungsbeispiele umfassen Folgendes:
  • Beispiel 1. Verbindung mit der Formel (I) oder Salze davon: R1-CH2NH-G (I), in der
    R1 eine cyclische Gruppe mit 5 bis 12 Gliedern ist, wobei mindestens ein Ringatom N, O oder S ist, die optional mindestens eine Doppelbindung zwischen zwei benachbarten Ringatomen aufweist, wobei R1 optional mit 1, 2, 3 oder 4 RA substituiert ist und wobei R1 optional mit 1 oder 2 -(X-R2) substituiert ist;
    X bei jedem Vorkommen unabhängig eine Bindung, CH2, O, S, NH oder N(CH3) ist;
    R2 bei jedem Vorkommen unabhängig eine cyclische Gruppe mit 5 bis 12 Gliedern ist, die optional mindestens eine Doppelbindung zwischen zwei benachbarten Ringatomen aufweist, wobei R2 optional mindestens ein Ringatom N, O oder S aufweist, und wobei R2 optional mit 1, 2, 3 oder 4 RB substituiert ist;
    RA und RB bei jedem Vorkommen unabhängig aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus -CH3, -CH2CH3, -CH2OH, -CH2NH2, -COCH3, -COOH, -CONH2, -CN, -OH, -OCH3, -NH2, -NHCH3, -N(CH3)2, -SH, -SCH3, Halogen und Halomethyl besteht;
    G ein cyclisches Fluorophor ist, wobei G an der Ausgangsmoleküleinheit über ein Ringatom angelagert ist und wobei G optional mit -L-T substituiert ist;
  • L ein Linker ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Bindung, C1-4-Alkylen, OC1-4-Alkylen, NHC1-4-Alkylen, SO2C1-4-Alkylen und C1-4-Alkylen-C6H4 besteht,
    T aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Abgangsgruppe, -OH, -NH2, -C(O)OH, einer geschützten Hydroxy-, einer geschützten Amino- und einer geschützten Carboxygruppe besteht.
  • Beispiel 2. Verbindung nach Anspruch Beispiel 1 oder ein Salz davon, wobei R1 ein optional substituiertes Heteroaryl ist.
  • Beispiel 3. Verbindung nach Beispiel 1 oder 2, wobei R1 ein optional substituiertes Thiazol ist.
  • Beispiel 4. Verbindung nach einem der Beispiele 1 bis 3, wobei R2 ein optional substituiertes Aryl, ein optional substituiertes Heteroaryl oder ein optional substituierter Heterocyclus mit mindestens einer Doppelbindung zwischen zwei benachbarten Ringatomen ist.
  • Beispiel 5. Verbindung nach Beispiel 1 oder ein Salz davon, mit einer Struktur mit der Formel (I-a):
    Figure DE102020216352A1_0027
  • Beispiel 6. Verbindung nach Beispiel 5 oder ein Salz davon, wobei X eine Bindung ist.
  • Beispiel 7. Verbindung nach Beispiel 5 oder 6 oder ein Salz davon, wobei R2
    Figure DE102020216352A1_0028
    oder
    Figure DE102020216352A1_0029
    ist.
  • Beispiel 8. Verbindung nach Beispiel 1 oder ein Salz davon, mit einer Strukturformel (I-b):
    Figure DE102020216352A1_0030
  • Beispiel 9. Verbindung nach Beispiel 8 oder ein Salz davon, wobei RA -N(CH3)2 ist.
  • Beispiel 10. Verbindung nach einem der Beispiele 1 bis 9 oder ein Salz davon, wobei G Anthracen, Benzol, Carbazol, Diphenylfuran, Naphthalen, 1,8-Naphthalimid, Porphyrin oder Pyren ist; und wobei G optional mit -L-T substituiert ist.
  • Beispiel 11. Verbindung nach einem der Beispiele 1 bis 10 oder ein Salz davon, wobei G 1,8-Naphthalimid ist, optional substituiert mit -L-T.
  • Beispiel 12. Verbindung nach einem der Beispiele 1 bis 11 oder ein Salz davon, wobei G
    Figure DE102020216352A1_0031
    ist, optional substituiert mit einem oder mehreren -L-T.
  • Beispiel 13. Verbindung nach einem der Beispiele 1 bis 12 oder
    Figure DE102020216352A1_0032
    ein Salz davon, wobei -L-T ist.
  • Beispiel 14. Verbindung nach Beispiel 1, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
    Figure DE102020216352A1_0033
    Figure DE102020216352A1_0034
    Figure DE102020216352A1_0035
    Figure DE102020216352A1_0036
    und
    Figure DE102020216352A1_0037
    oder einem Salz davon.
  • Beispiel 15. Chemosensorvorrichtung, umfassend: eine Verbindung nach Beispiel 1 oder ein Salz davon, einen optischen Detektor, eine Lichtquelle und eine Aufnahme, die so ausgelegt ist, dass sie eine wässrige Probe berührt.
  • Beispiel 16. Chemosensorvorrichtung nach Beispiel 15, wobei die Vorrichtung mit einer einzelnen oder mehreren chemischen Prozesseinheiten verbunden ist.
  • Beispiel 17. Maschine, die eine Chemosensorvorrichtung nach Beispiel 15 umfasst, wobei die Maschine ein Wasserentsalzer, ein Wasserenthärter, ein Wasserreiniger, ein Wassertestgerät, ein Kraftstofftestgerät, eine Kaffeemaschine, eine Waschmaschine, eine Eismaschine, ein Boiler oder ein Bluttestgerät ist.
  • Beispiel 18. Verfahren zum Nachweisen eines Ions in einer wässrigen Probe, umfassend: Berühren der wässrigen Probe mit einer Chemosensorvorrichtung nach Beispiel 15; Bestrahlen der wässrigen Probe mit Licht, woraufhin die Verbindung der Chemosensorvorrichtung an das Ion bindet, wodurch bewirkt wird, dass die Verbindung ein Fluoreszenzsignal erzeugt; und Detektieren des Fluoreszenzsignals.
  • Beispiel 19. Verfahren nach Beispiel 18, wobei die wässrige Probe aus einem Wasserentsalzer, einem Wasserenthärter, einem Wasserreiniger, einem Wassertestgerät, einem Kraftstofftestgerät, einer Kaffeemaschine, einer Waschmaschine, einer Eismaschine, einem Boiler oder einem Bluttestgerät entnommen wird.
  • Beispiel 20. Verfahren nach Beispiel 18, wobei die Chemosensorvorrichtung mit einer einzelnen oder mehreren chemischen Prozesseinheiten verbunden ist, und wobei das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird.
  • Beispiel 21. Verfahren nach Beispiel 14, wobei das Ion Pb2+, Ca2+, K+, Na+, Cr3+, Hg2+, Cd2+, Mg2+, As3+, As5+ oder eine Kombination daraus ist.
  • Verschiedene Merkmale und Vorteile der Anmeldung sind in den folgenden Ansprüchen dargelegt.

Claims (21)

  1. Verbindung mit der Formel (I) oder Salze davon: R1-CH2NH-G (I), in der R1 eine cyclische Gruppe mit 5 bis 12 Gliedern ist, wobei mindestens ein Ringatom N, O oder S ist, die optional mindestens eine Doppelbindung zwischen zwei benachbarten Ringatomen aufweist, wobei R1 optional mit 1, 2, 3 oder 4 RA substituiert ist und wobei R1 optional mit 1 oder 2 -(X-R2) substituiert ist; X bei jedem Vorkommen unabhängig eine Bindung, CH2, O, S, NH oder N(CH3) ist; R2 bei jedem Vorkommen unabhängig eine cyclische Gruppe mit 5 bis 12 Gliedern ist, die optional mindestens eine Doppelbindung zwischen zwei benachbarten Ringatomen aufweist, wobei R2 optional mindestens ein Ringatom N, O oder S aufweist, und wobei R2 optional mit 1, 2, 3 oder 4 RB substituiert ist; RA und RB bei jedem Vorkommen unabhängig aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus -CH3, -CH2CH3, -CH2OH, -CH2NH2, -COCH3, - COOH, -CONH2, -CN, -OH, -OCH3, -NH2, -NHCH3, -N(CH3)2, -SH, - SCH3, Halogen und Halomethyl besteht; G ein cyclisches Fluorophor ist, wobei G an der Ausgangsmoleküleinheit über ein Ringatom angelagert ist und wobei G optional mit -L-T substituiert ist; L ein Linker ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Bindung, C1-4-Alkylen, OC1-4-Alkylen, NHC1-4-Alkylen, SO2C1-4-Alkylen und C1-4-Alkylen-C6H4 besteht, T aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Abgangsgruppe, -OH, -NH2, -C(O)OH, einer geschützten Hydroxy-, einer geschützten Amino- und einer geschützten Carboxygruppe besteht.
  2. Verbindung nach Anspruch 1 oder ein Salz davon, wobei R1 ein optional substituiertes Heteroaryl ist.
  3. Verbindung nach Anspruch 1, wobei R1 ein optional substituiertes Thiazol ist.
  4. Verbindung nach Beispiel 1 oder ein Salz davon, wobei R2 ein optional substituiertes Aryl, ein optional substituiertes Heteroaryl oder ein optional substituierter Heterocyclus mit mindestens einer Doppelbindung zwischen zwei benachbarten Ringatomen ist.
  5. Verbindung nach Anspruch 1 oder ein Salz davon, mit einer Struktur mit der Formel (I-a):
    Figure DE102020216352A1_0038
  6. Verbindung nach Anspruch 5 oder ein Salz davon, wobei X eine Bindung ist.
  7. Verbindung nach Anspruch 5 oder ein Salz davon, wobei R2
    Figure DE102020216352A1_0039
    oder
    Figure DE102020216352A1_0040
    ist.
  8. Verbindung nach Anspruch 1 oder ein Salz davon, mit einer Strukturformel (I-b):
    Figure DE102020216352A1_0041
  9. Verbindung nach Anspruch 8 oder ein Salz davon, wobei RA - N(CH3)2 ist.
  10. Verbindung nach Anspruch 1 oder ein Salz davon, wobei G Anthracen, Benzol, Carbazol, Diphenylfuran, Naphthalen, 1,8-Naphthalimid, Porphyrin oder Pyren ist; und wobei G optional mit -L-T substituiert ist.
  11. Verbindung nach Anspruch 1 oder ein Salz davon, wobei G 1,8-Naphthalimid ist, optional substituiert mit -L-T.
  12. Verbindung nach Anspruch 1 oder ein Salz davon, wobei G
    Figure DE102020216352A1_0042
    ist, optional substituiert mit einem oder mehreren -L-T.
  13. Verbindung nach Anspruch 1 oder ein Salz davon, wobei
    Figure DE102020216352A1_0043
    -L-T ist.
  14. Verbindung nach Anspruch 1, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
    Figure DE102020216352A1_0044
    Figure DE102020216352A1_0045
    Figure DE102020216352A1_0046
    Figure DE102020216352A1_0047
    und
    Figure DE102020216352A1_0048
    oder einem Salz davon.
  15. Chemosensorvorrichtung, umfassend: eine Verbindung nach Anspruch 1 oder ein Salz davon, einen optischen Detektor, eine Lichtquelle und eine Aufnahme, die so ausgelegt ist, dass sie eine wässrige Probe berührt.
  16. Chemosensorvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Vorrichtung mit einer einzelnen oder mehreren chemischen Prozesseinheiten verbunden ist.
  17. Maschine, die eine Chemosensorvorrichtung nach Anspruch 15 umfasst, wobei die Maschine ein Wasserentsalzer, ein Wasserenthärter, ein Wasserreiniger, ein Wassertestgerät, ein Kraftstofftestgerät, eine Kaffeemaschine, eine Waschmaschine, eine Eismaschine, ein Boiler oder ein Bluttestgerät ist.
  18. Verfahren zum Nachweisen eines Ions in einer wässrigen Probe, umfassend: Berühren der wässrigen Probe mit einer Chemosensorvorrichtung nach Anspruch 15; Bestrahlen der wässrigen Probe mit Licht, woraufhin die Verbindung der Chemosensorvorrichtung an das Ion bindet, wodurch bewirkt wird, dass die Verbindung ein Fluoreszenzsignal erzeugt; und Detektieren des Fluoreszenzsignals.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die wässrige Probe aus einem Wasserentsalzer, einem Wasserenthärter, einem Wasserreiniger, einem Wassertestgerät, einem Kraftstofftestgerät, einer Kaffeemaschine, einer Waschmaschine, einer Eismaschine, einem Boiler oder einem Bluttestgerät entnommen wird.
  20. Verfahren nach Beispiel 18, wobei die Chemosensorvorrichtung mit einer einzelnen oder mehreren chemischen Prozesseinheiten verbunden ist, und wobei das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird.
  21. Verfahren nach Beispiel 14, wobei das Ion Pb2+, Ca2+, K+, Na+, Cr3+, Hg2+, Cd2+, Mg2+, As3+, As5+ oder eine Kombination daraus ist.
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