DE69733554T2

DE69733554T2 - Kovalent immobilisierte fluorionophore als optische ionensensoren

Info

Publication number: DE69733554T2
Application number: DE69733554T
Authority: DE
Inventors: Mark Steven San Diego BARNARD; Adrian Waldner; David Reinhoudt; Joseph Berger
Original assignee: Novartis AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1996-04-16
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2017-04-05
Also published as: AU2636697A; JP2000508648A; JP4293474B2; US6417005B1; DE69733554D1; WO1997039337A1; ZA973185B; EP0894261A1; ID19667A; EP0894261B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Acridin-Fluoroionophore, die entweder direkt oder über eine Brückengruppe kovalent an organische oder anorganische Materialien gebunden sind, sowie Verfahren zu deren Herstellung. Weitere Gegenstände der Erfindung sind a) ein Sensor zur Bestimmung von Ionen, polaren Substanzen oder lipophilen Substanzen besonders in wässrigen Lösungen, der diese immobilisierten Acridin-Fluoroionophore in der aktiven Schicht enthält; b) ein Verfahren zur qualitativen oder quantitativen Bestimmung von Ionen, polaren Substanzen oder lipophilen Substanzen besonders in wässrigen Lösungen unter Verwendung des optischen Sensors, sowie c) eine Zusammensetzung als Beschichtungsmittel zur Herstellung von Sensoren aus einem Polymer mit kovalent gebundenen Acridin-Fluoroionophoren oder einem Polymer, dem ein feinteiliges organisches Trägermaterial einverleibt ist, an das Acridin-Fluoroionophore kovalent gebunden sind.
Die optische Bestimmung von Ionen hat in letzter Zeit eine erhöhte Bedeutung erlangt, wobei man die Gegenwart oder Konzentration von Ionen zum Beispiel über die Veränderung der Absorption oder Fluoreszenz eines geeigneten Farbstoffs misst. Die auch als Optroden bezeichneten Sensoren bestehen im allgemeinen aus einem transparenten Trägermaterial und einer aktiven Schicht. Diese aktive Schicht enthält in der Regel ein transparentes hydrophobes Polymer und einen lipophilen Weichmacher zur Erzielung einer ausreichenden Ionendiffusion und Löslichkeit der aktiven Bestandteile. Aktive Bestandteile sind ein spezifischer Ionophor als Komplexbildner für Ionen, ein Gegenion zur Aufrechterhaltung der elektrischen Neutralität und eine Indikatorsubstanz, die auf Grund einer chemischen Veränderung oder einer physikalischen Veränderung der Umgebung ein messbares optisches Signal ergibt. Nachteil vieler dieser optischer Sensoren sind zu lange Ansprechzeiten, zu geringe Stabilität, pH-Abhängigkeit, sowie das Auswaschen der aktiven Bestandteile.
Die Ansprechzeiten können durch kovalente Verknüpfung von Ionophor und Fluorophor zu den sogenannten Fluoroionophoren verkürzt werden. Solche Fluorionophore sind aus WO 89/00997 und US 4,367,072 bekannt.
US 5 464 587 beschreibt einen lumineszens-optischen Indikator für die Bestimmung von Alkalimetallen. Der Indikator besteht aus einem Fluoroionophor, das kovalent an eine Polymermatrix gebunden ist.
Perez-Jimenez et al. beschreiben in J. Mater. Chem. 4(1), (1994), S. 145–151 zwei neue Fluoroionophore, die vier Anthraceneinheiten kovalent an Calix[4]aren über eine Amid- oder Esterbindung gebunden enthalten. Dabei können durch die enge Nachbarschaft der vier Anthraceneinheiten im Molekül nachteilige Fluoreszenzlöschungseffekte (Quenching) auftreten.
In EP 0484 865 wird ein optischer Kalium-Sensor beschrieben, der einen Kronenether als Ionophor kovalent mit zwei Fluorophoren verknüpft enthält. Zur Verteilung des Fluoroionophors wird das Polymergel in Gegenwart des von funktionellen Gruppen freien Fluoroionophors hergestellt, wobei das Fluorophor nicht-kovalent an das Polymergel gebunden wird.
In EP 0578630 wird eine Sensormembran für einen optischen Sensor mit einer ionogen an die Polymermatrix der Sensormembran gebundenen Indikatorsubstanz, beschrieben. Die Indikatorsubstanz liegt dabei ebenfalls als Ionenpaar vor und wird durch ein die elektrische Ladung des Farbstoffmoleküls kompensierendes Gegenion in der Polymermembran verankert. Das Gegenion leitet sich von Verbindungen, ab, die eine ionische Gruppe und a) einen Oligomerrest des der jeweiligen Polymermatrix zugrundeliegenden Monomers, b) langkettige Alkyl- oder Alkylengruppen oder c) Silylgruppen enthalten. Bei Verwendung von wässrigen Messproben, wie zum Beispiel Blut, kann auch mit dieser Methode das Auswaschen des Fluoroionophors nicht wirksam verhindert werden.
WO 94/04483 A and K. Toth et al. TALANTA, vol. 41, no. 6, pages 1041–1049 beschreiben chromogene Calix[4]arene, an die 1 bis 3 Hydroxy-nitro-benzyl- or Hydroxy-nitrobenzazolylbenzylreste gebunden sind, als Ionophore für potentiometrische und optische Sensoren. Die Hydroxylgruppe wird im Kontakt mit Alkalimetallen und in Anwesenheit einer Base abgespalten, was eine meßbare Farbveränderung verursacht.
Ein wesentlicher Nachteil der bislang beschriebenen Methoden ist, dass auch die Fluoroionophore im Laufe der Zeit aus der aktiven Schicht eines Sensors ausgewaschen werden. Dies hat zur Folge, dass die Sensoren eine zu kurze Gebrauchsdauer haben und selbst dann noch bei längerem Gebrauch nachkalibriert werden müssen.
Es wurde nun überraschend gefunden, dass Acridin-Fluoroionophore mit einer funktionellen Gruppe am Fluorophor kovalent an die funktionellen Gruppen eines organischen Materials gebunden werden können und auch dann noch für Fluoreszenzdetektionen geeignet sind.
Ein Auswaschen des Fluoroionophors aus der aktiven Schicht des Sensors kann so praktisch vollständig verhindert werden. Die Gebrauchsdauer des Sensors wird dadurch erheblich verlängert. Unerwünschte Fehlerkorrekturen der Messwerte (drift) auf Grund ungenauer Messwerte durch ein Auswaschen des Fluorionophors können praktisch vollständig vermieden werden. Es wurde ferner überraschend gefunden, dass die selektive Bindungsaffinität des Ionophors zu den Ionen durch die kovalente Bindung beziehungsweise die Einführung nur einer funktionellen Gruppe nur unwesentlich oder gar nicht beeinträchtigt wird. Es wurde ferner überraschend gefunden, dass die Bindung von Ionen an die Ionophore der kovalent gebundenen Acridin-Fluoroionophore eine ausreichende Störung der fluoreszierenden Gruppe zur Folge hat, bei welcher die Komplexierung von Ionen über Interaktionen von Fluorophor und Ionophor zu einer messbaren Signaländerung führt und damit eine im wesentlichen pH-unabhängige Messungen ermöglicht wird. Dadurch wird eine direkte Analyse von Ionen in Körperflüssigkeiten (Blut, Urin, Serum), Naturgewässern oder Abässern ermöglicht.
Ein erster Gegenstand der Erfindung sind daher mit reaktiven Gruppen funktionalisierte Fluoroionophore der Formel (I)
worin I für einen monovalenten Rest eines Ionophors steht,
worin G eine polymerisierbare Vinylgruppe darstellt, die unsubstituiert oder mit C₁-C₄-Alkyl substituiert ist,
R₁ und R₂ unabhängig voneinander eine Brückengruppe bedeuten,
eine Brückengruppe R₁ der Formel II -X₁-(R₃)_rX₂- (II),eine Brückengruppe R₂ der Formel III entsprechen, -X₃-(R₄)_s-X₄- (III),worin X₁, X₂, X₃ und X₄ unabhängig voneinander eine direkte Bindung, oder X₁, X₂, X₃ und X₄ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus den Gruppen -O-, -S-, -NR₅-, -C(O)-O-, -O-C(O)-, -O-C(O)-O-, -SO₂-O-, -O-SO₂-, -O-SO₂-O, -NR₅-C(O)-, -C(O)-NR₅-, -NR₅-C(O)-O-, -O-C(O)-NR₅-, -NR₅-C(O)-NR₅-, -NR₅SO₂-, -SO₂-NR₅-, -NR₅-SO₂-O-, -O-SO₂NR₅- oder -NR₅SO₂-NR₅- bedeuten,
R₅ für H oder C₁-C₄-Alkyl steht,
R₃ und R₄ unabhängig voneinander eine bivalente Brückengruppe darstellen,
r und s unabhängig voneinander die Zahlen 0 oder 1 bedeuten, unter der Vorraussetzung, dass r oder s 1 ist, wenn X₁ oder X₃ eine der besagten Gruppen darstellt.
Bevorzugt stellen R₁ und R₂ unabhängig voneinander eine Brückengruppe dar.
Ionophore sind organische, natürliche oder synthetische Verbindungen, die mehrere meist alternierende elektronenreiche Heteroatome wie zum Beispiel S, N und besonders O in einer offenkettigen oder cyclischen Kohlenstoffkette enthalten und die zu messenden Ionen selektiv zu komplexieren vermögen. Solche Ionophore sind zum Beispiel in der US-A-4 645 744 beschrieben.
Bei den monovalenten Ionophoren von denen sich I in der Formel (I) ableitet, kann es sich um Substanzen, die eine Oligoether-, Polyether-, Oligoester-, Polyester-, Oligoamid- oder Polyamid-Struktur haben, handeln. Beispiele solcher geeigneter Substanzen können Kronenether, Coronandene, Kryptandene, Calixarene, Podanden oder deren Derivate sein, ebenso cyclische Peptide wie zum Beispiel Valinomycin, Nonactin, Peptide wie Gramicidin, sowie Peptide, die in Gegenwart des zu bestimmenden Ions ihre Sekundär-, Tertiär oder Quaternär-Struktur zur Bindung des Ions ändern, des weiteren können Tetrahydrofuran enthaltende über Esterbrücken verbundene Makrolide und analoge Substanzen, die den Transport in biologischen Systemen regulieren können, oder cyclische Oligosaccharide, wie zum Beispiel Cyclodextrine oder Cyclophane verwendet werden.
Die polymerisierbare Gruppe ist bevorzugt über die Brückengruppe R₂ an das Fluorophor gebunden. Dieser polymerisierbare Rest kann ausgewählt sein aus der Gruppe -O-R₈, -S-R₈, -NR₇R₈, -NR₇C(O)R₈, -OC(O)R₈, -C(O)OR₈, -C(O)NR₇R₈, -CH=N-O-R₈, -NH-C(O)-NR₇R₈, wobei R₇ H oder C₁-C₄-Alkyl und R₈ eine olefinische Gruppe mit 1 bis 12 C-Atomen, bevorzugt 1 bis 4 C-Atomen bedeuten, wobei diese Gruppen direkt oder über ein C₁-C₂₀-Alkylen an das Fluorphor gebunden sein können. Die polymerisierbaren Reste bedeuten bevorzugt -NR₇C(O)R₈, wobei R₇ dabei bevorzugt H und R₈ eine olefinische Gruppe darstellt.
R₈ bedeutet bevorzugter eine ethylenisch ungesättigte organische Gruppe der Formel (V) -CR₉=CHR₁₀, (V),worin
R₉ H oder C₁-C₄-Alkyl, besonders Methyl bedeutet; und
R₁₀ H darstellt. R₉ bedeutet bevorzugt H oder Methyl und R₁₀ stellt bevorzugt H dar.
Die polymerisierbare Gruppe kann sich von ethylenisch ungesättigten Alkoholen, Aminen und Isocyanaten wie zum Beispiel Allylalkohol, Allylamin, Allylisocyanat, Crotonalkohol; Monoester oder Monoamide von Dicarbonsäuren und ungesättigten Alkoholen und Aminen; funktionelle Styrole wie zum Beispiel Chlormethylstyrol, Hydroxystyrol, Hydroxyethoxystyrol, Styrolamin, Styrol-hydroxyethyl-amin, Styrolcarbonsäure, Styrolsulfonsäure, Vinyl-hydroxyethyl-ether, Acrylsäure, Methacrylsäure, Acryl- und Methacrylsäureamid, Acryl- und Methacrylsäure-C₂-C₆-hydroxyalkyl-amid, Acryl- und Methacrylsäure-C₂-C₆-hydroxyalkylester ableiten.
Beispiele für R₅ sind Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, Butyl, Hexyl und Octyl.
Die bivalente Brückengruppen R₃ und R₄ stellen bevorzugt einen Kohlenwasserstoffrest dar, der unabhängig voneinander bevorzugt 1 bis 30, bevorzugter 1 bis 18, besonders bevorzugt 1 bis 12 und insbesondere bevorzugt 1 bis 8 C-Atome enthält, der unsubstituiert oder mit C₁-C₄-Alkyl, C₁-C₄-Alkoxy oder =O ein- oder mehrfach substituiert ist. Der Kohlenwasserstoffrest kann auch ein- oder mehrfach mit Heteroatomen ausgewählt aus der Gruppe -O-, -S- und -NR₅- unterbrochen sein, wobei R₅ bevorzugt H oder C₁-C₄-Alkyl darstellt.
Bei den bivalenten Brückengruppen R₃ und R₄ kann es sich unabhängig voneinander zum Beispiel um C₁-C₂₀-, bevorzugt C₂-C₁₂-Alkylen handeln, das linear oder verzweigt sein kann. Einige Beispiele sind Methylen, Ethylen, 1,2- oder 1,3-Propylen, 1,2-, 1,3- oder 1,4-Butylen, Pentylen, Hexylen, Octylen, Dodecylen, Tetradecylen, Hexadecylen und Octadecylen.
Bei den bivalenten Brückengruppen R₃ und R₄ kann es sich unabhängig voneinander zum Beispiel um Polyoxaalkylen mit 2 bis 12, bevorzugt 2–6 und besonders bevorzugt 2 bis 4 Oxaalkyleneinheiten und 2 bis 4, bevorzugt 2 oder 3 C-Atomen im Alkylen handeln. Beson ders bevorzugt handelt es sich um Polyoxaethylen und Polyoxapropylen mit 2 bis 6 Oxaalkyleneinheiten.
Bei den bivalenten Brückengruppen R₃ und R₄ kann es sich unabhängig voneinander zum Beispiel um C₅-C₁₂-, bevorzugt C₅-C₈- und besonders bevorzugt um C₅- oder C₆-Cycloalkylen wie zum Beispiel Cyclopentylen, Cyclohexylen, Cyclooctylen oder Cyclododecylen handeln.
Bei der bivalenten Brückengruppe R₃ und R₄ kann es sich zum Beispiel um C₅-C₁₂-, bevorzugt C₅-C₈- und besonders bevorzugt um C₅- oder C₆-Cycloalkyl-C₁-C₁₂- und bevorzugt -C₁-C₄-alkyl handeln. Einige Beispiele sind Cyclopentyl-C_nH_2n- und Cyclohexyl-C_nH_2n-, worin n für eine Zahl von 1 bis 4 steht. Besonders bevorzugt ist -Cyclohexyl-CH₂-.
Bei den bivalenten Brückengruppe R₃ und R₄ kann es sich unabhängig voneinander zum Beispiel um C₅-C₁₂-, bevorzugt C₅-C₈- und besonders bevorzugt um C₅- oder C₆-Cycloalkyl-(C₁-C₁₂-Alkyl)₂- und bevorzugt (-C₁-C₄-alkyl)₂ handeln. Einige Beispiele sind Cyclopentyl-(C_nH_2n-)₂ und Cyclohexyl-(C_nH_2n-)₂, worin n für eine Zahl von 1 bis 4 steht. Besonders bevorzugt ist -CH₂-Cyclohexyl-CH₂-.
Bei den bivalenten Brückengruppe R₃ und R₄ kann es sich unabhängig voneinander zum Beispiel um C₆-C₁₄-Arylen und bevorzugt C₆-C₁₀-Arylen handeln, zum Beispiel um Naphthylen oder bevorzugter um Phenylen.
Bei den bivalenten Brückengruppe R₃ und R₄ kann es sich unabhängig voneinander zum Beispiel um C₇-C₂₀-Aralkylen und bevorzugt um C₇-C₁₂-Aralkylen handeln. Bevorzugter ist Arylen-C_nH_2n-, worin Arylen für Naphthylen und besonders Phenylen und n für eine Zahl von 1 bis 4 steht. Beispiele sind Benzylen und Phenylethylen.
Bei den bivalenten Brückengruppe R₃ und R₄ kann es sich unabhängig voneinander zum Beispiel um Arylen-(C_nH_2n-)₂- handeln, worin Arylen bevorzugt Naphthylen und besonders Phenylen ist und n für eine Zahl von 1 bis 4 steht. Beispiele sind Xylylen und Phenylen-(CH₂CH₂)₂-.
In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Brückengruppe R₂ einen bivalenten Rest dar, in dem X₃ bevorzugt NH, r gleich 1, R₄ C₂ bis C₁₈-Alkylen, X₄ bevorzugt -NR₅-C(O)- mit R₅ gleich H ist, und G Vinyl oder Methallyl bedeutet, und in der Brückengruppe R₁ ist X₁ bevorzugt -NR₅- mit R₅ gleich H, r ist 0 und X₂ ist eine direkte Bindung.
Bei den Ionophoren kann es sich zum Beispiel um Ca²⁺-Ionophore, die sich von der Formel
[J. Org. Chem. 1993, 58, 4681–4684],
oder um Ca²⁺-Ionophore, die sich von der Formel
[J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 4505–4506] ableiten,
oder um Na⁺-Ionophore, die sich von der Formel
ableiten, [ETH 4120-Analoges Anal. Chim. Acta 1990, 233, 295].
Die Ionophore leiten sich bevorzugt von Calix[4]arenen ab, besonders bevorzugt von Calix[4]arenen der Formel (IV),
worin R₀₆ H oder substituiertes oder unsubstituiertes C₁-C₂₀-Alkyl bedeutet, und
R₆ H oder substituiertes oder unsubstituiertes C₁-C₃₀-Alkyl bedeutet.
R₀₆ stellt bevorzugt lineares oder verzweigtes C₁-C₁₂ Alkyl, bevorzugter lineares oder verzweigtes C₁-C₈ Alkyl dar. Beispiele für Alkyl sind Methyl, Ethyl und die Stellungsisomeren von Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, und Decyl.
In einer bevorzugten Ausführungsform stellt R₀₆ H oder C₁-C₄-Alkyl dar. Besonders bevorzugt stellt R₀₆ tertiäres Butyl oder Ethyl dar.
R₆ stellt bevorzugt lineares oder verzweigtes C₁-C₁₀ Alkyl, bevorzugter lineares oder verzweigtes C₁-C₄ Alkyl dar. Beispiele für Alkyl sind Methyl, Ethyl und die Stellungsisomeren von Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, und Decyl.
In einer bevorzugten Ausführungsform stellt R₆ H oder C₁-C₄-Alkyl dar. Besonders bevorzugt stellt R₆ tertiäres Butyl dar.
Die Acridin-Fluorophore in Formel (I) leiten sich bevorzugt von einem Acridin der Formel
ab, wobei R₀₁, und R₀₂ unabhängig voneinander H oder C₁-C₂₀-Alkyl und R₀₃ H oder C₁-C₆-Alkyl bedeuten.
Der Fluorophor leitet sich besonders bevorzugt von 3,6 Diaminoacridinen ab.
Bevorzugter sind Fluoroionophore der Formel I worin R₂ eine Brückengruppe der Formel (III) -X₃-(R₄)_s-X₄- (III)darstellt,
worin X₃ NR₅ mit R₅ gleich H, R₄ C₁-C₁₈-Alkylen, bevorzugt C₁-C₈-Alkylen und besonders bevorzugt C₁-C₃-Alkylen, X₄ -NR₀₄-C(O)- mit R₀₄ gleich H oder C₁-C₈-Alkyl bevorzugt H und s gleich 1 bedeuten.
Bevorzugter sind Fluoroionophore der Formel I worin die Brückengruppe R₁ der Formel (II) entspricht -X₁-(R₃)_r-X₂- (II),worin X₁ die zuvor für die Verbindung der Formel (II) angegebenen Bedeutungen hat und X₁ bevorzugt NH bedeutet, und X₂ eine direkte Bindung und r die Zahl 0 bedeutet.
Besonders bevorzugt sind Fluoroionophore der Formel I, worin R₂ eine Brückengruppe der Formel (III) -X₃-(R₄)_s-X₄- (III)darstellt, worin X₃ NR₅ mit R₅ gleich H, R₄ C₁-C₁₈-Alkylen, bevorzugt C₁-C₈-Alkylen und besonders bevorzugt C₁-C₃-Alkylen, X₄ -NR₀₄-C(O)- mit R₀₄ gleich H oder C₁-C₈-Alkyl, bevorzugt H, und s gleich 1 bedeuten,
worin die Brückengruppe R₁ der Formel (II) entspricht -X₁-(R₃)_r-X₂- (II),worin X₁ die zuvor für die Verbindung der Formel (II) angegebenen Bedeutungen hat, X₁ bevorzugt NH bedeutet, und X₂ eine direkte Bindung, r die Zahl 0 bedeutet, und
worin G eine polymerisierbare Gruppe ist, bevorzugt eine Vinylgruppe, die unsubstituiert oder mit C₁-C₄-Alkyl substituiert ist, bevorzugter eine ethylenisch ungesättigte organische Gruppe der Formel (V) ist, -CR₉=CHR₁₀, (V),worin
R₉ H oder C₁-C₄-Alkyl, besonders Methyl bedeutet; und R₁₀ H ist.
Insbesondere bevorzugt sind Fluoroionophore der Formel I, worin R₂ eine Brückengruppe der Formel (III) darstellt -X₃-(R₄)_s-X₄- (III), worin X₃ NR₅ mit R₅ gleich H, R₄ C₁-C₁₈-Alkylen, bevorzugt C₁-C₈-Alkylen und besonders bevorzugt C₁-C₃-Alkylen, X₄ -NR₀₄-C(O)- mit R₀₄ gleich H oder C₁-C₈-Alkyl bevorzugt H und s gleich 1 bedeuten,
worin die Brückengruppe R₁ der Formel (II) entspricht -X₁-(R₃)_r-X₂- (II),worin X₁ die zuvor für die Verbindung der Formel (II) angegebenen Bedeutungen hat, X₁ bevorzugt NH bedeutet, und X₂ eine direkte Bindung, r die Zahl 0 bedeuten,
und worin G eine polymerisierbare Gruppe ist, bevorzugt eine Vinylgruppe, die unsubstituiert oder mit C₁-C₄-Alkyl substituiert ist, bevorzugter eine ethylenisch ungesättigte organische Gruppe der Formel (V) ist, -CR₉=CHR₁₀, (V)worin
R₉ H oder C₁-C₄-Alkyl, besonders Methyl bedeutet;
R₁₀ H darstellt, und
worin I ein Calixaren bedeutet.
Im einzelnen seien beispielsweise die folgenden Fluoroionophore der Formel
und der Formel
und der Formel
genannt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der Verbindung der Formel (I), das dadurch gekennzeichnet ist, dass man einen Ionophor der Formel I-R₁-Y (Ib)mit einem Fluorophor der Formel
umsetzt,
worin I, R₁, G und R₂ die in Formel (I) angegebenen Bedeutungen haben, und Y und Y' miteinander reagierende funktionelle Gruppen sind.
Zur Herstellung der Verbindung der Formel (I) können die funktionellen Gruppen des bifunktionellen Fluorophors zunächst mit Schutzgruppen asymmetrisch geschützt und zur Anknüpfung einer funktionellen Brückengruppe gegebenenfalls aktiviert werden. Danach kann eine Kettenverlängerung an dieser funktionellen Gruppe vorgenommen und/oder eine polymerisierbare Gruppe durch bekannte Methoden gebunden werden. Bekannte Methoden sind zum Beispiel Veretherung, Veresterung, Amidierung, Harnstoff und Urethanbildung.
Die Verbindungen der Formel (Ic) und (Ib) können in äquimolaren Mengen eingesetzt werden. Eine Aktivierung der funktionellen Gruppen kann über aktivierte Ester erfolgen.
Schutzgruppen und Verfahren zur Derivatisierung von funktionellen Gruppen sind aus Lehrbüchern der organischen Chemie (E. Breitmaier, Günther Jung; Organische Chemie II (1983); Georg Thieme Verlag Stuttgart, New York S. 342, 409 ff) bekannt. Die funktionellen Gruppen können beispielsweise durch Derivatisierung geschützt werden. Funktionelle Gruppen vom Typ -XH (X= O, S, NH) können durch Acylierung geschützt werden, es können so Acylderivate oder Kohlensäurederivate hergestellt werden. Carboxyschutzgruppen sind aus der Peptidsynthese bekannt, beispielsweise Methanol oder Ethanol, Dimethylethylen, p-Toluolsulfonsäure, CH₂N₂. Schutzgruppen für Aminofunktionen können beispielsweise Benzyloxycarbonyl-, tert-Butyloxycarbonyl-p-Toluolsulfonyl, 2-Nitrophenylsulfenyl-, Trifluoracetyl-, Fluorenylmethoxycarbonyl- sein.
Die Verknüpfung über funktionelle Gruppen kann nach allgemein bekannten Verfahren durchgeführt werden. Dabei ist es grundsätzlich auch möglich, vorhandene funktionelle Gruppen in andere funktionelle Gruppen umzuwandeln, zum Beispiel -CH₂OH-Gruppen durch Oxidation in Carbonsäuren, Carbonsäuren in Amide oder Halogenide, Amingruppen in Isocyanatgruppen, Alkohole oder Amine in Carbonate oder Urethane. Ferner ist es möglich, Alkohole oder Amine zuerst mit Halogencarbonsäuren (zum Beispiel Chloressigsäure) umzusetzen. Man kann auch Kettenverlängerungsmittel wie zum Beispiel Epoxide, Aziridine, Diole, Diamine, Dicarbonsäuren oder -ester und Diisocyanate ein- oder mehrfach hintereinander einsetzen, und so die Länge der Brückengruppe definiert bestimmen. Diese Methoden und Verfahren zur Verknüpfung sind bekannt und in der Fachliteratur beschrieben.
Die Reaktionen können mit üblichen inerten organischen Lösungsmitteln und bei Temperaturen von 0°C bis 200°C durchgeführt werden.
Geeignete inerte Lösungsmittel sind zum Beispiel protisch-polare und aprotische Lösungsmittel, die allein oder in Mischungen aus mindestens zwei Lösungsmitteln verwendet werden können. Beispiele sind: Wasser, Alkanole (Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol), Ether (Dibutylether, Tetrahydrofuran, Dioxan, Ethylenglykolmonomethyl- oder -dimethylether, Ethylenglykolmonoethyl- oder -diethylether, Diethylenglykoldiethylether, Triethylenglykoldimethylether), halogenierte Kohlenwasserstoffe (Methylenchlorid, Chloroform, 1,2-Dichlorethan, 1,1,1-Trichlorethan, 1,1,2,2-Tetrachlorethan), Carbonsäureester und Lactone (Essigsäureethylester, Propionsäuremethylester, Benzoesäureethylester, 2-Methoxyethylacetat, γ-Butyrolacton, δ-Valerolacton, Pivalolacton), Carbonsäureamide und Lactame (N,N-Dimethylformamid, N,N-Diethylformamid, N,N-Dimethylacetamid, Tetramethylharnstoff, Hexamethylphosphorsäuretriamid, γ-Butyrolactam, ε-Caprolactam, N-Methylpyrrolidon, N-Acetylpyrrolidon, N-Methylcaprolactam), Sulfoxide (Dimethylsulfoxid), Sulfone (Dimethylsulfon, Diethylsulfon, Trimethylensulfon, Tetramethylensulfon), tertiäre Amine (N-Methylpiperidin, N-Methylmorpholin), aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe wie zum Beispiel Petrolether, Pentan, Hexan, Cyclohexan, Methylcyclohexan, Benzol oder substituierte Benzole (Chlorbenzol, o-Dichlorbenzol, 1,2,4-Trichlorbenzol, Nitrobenzol, Toluol, Xylol) und Nitrile (Acetonitril, Propionitril, Benzonitril, Phenylacetonitril).
Bevorzugte Lösungsmittel sind unter oekologischen Gesichtspunkten Wasser, Alkanole und Gemische aus Wasser und mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln, unter Verwendung von in diesen Lösungsmitteln löslichen polymerisierbaren Monomeren.
Die Verbindungen der Formel (I) können in üblicher Weise durch Fällung, Kristallisation, Destillation oder Extraktion isoliert und gegebenenfalls mittels Umkristallisation oder chromatographischer Methoden gereinigt werden.
Wenn bei den Reaktionen Säuren gebildet werden können, gibt man einen Säurefänger zu, zum Beispiel Alkalimetallcarbonate oder tertiäre Amine, besonders sterisch gehinderte tertiäre Amine.
Weitere Einzelheiten zur Herstellung der Verbindung der Formel (I) sind in den Beispielen beschrieben.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Polymer enthaltend Monomereinheiten eines Acridin-Fluorophors der Formel (I) und gegebenenfalls Comonomereinheiten. Die Polymeren können in Form von Emulsionspolymeren vorliegen, die fein verteilte Materialien enthalten.
Feinteilig bedeutet, dass Partikel vorliegen mit einem bevorzugt kleinen mittleren Durchmesser; der Durchmesser der Partikel kann 5 nm–100 μm, bevorzugt 10 nm–50 μm, bevorzugter 10 nm bis 20 μm, besonders bevorzugt 20 nm bis 100 nm betragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem immobilisierten Acridin-Fluoroionophor um Polymere, an deren Polymerrückgrat monovalente Reste von gleichen oder verschiedenen Acridin-Fluoroionophoren über eine Brückengruppe kovalent gebunden sind. Diese Polymeren können als heterogene Partikel vorliegen, die in einer Sensormembran bei deren Herstellung einverleibt werden. Es kann sich aber auch, was bevorzugt ist, um lösliche Polymere handeln, aus denen man direkt Sensormembranen herstellen kann. Ferner kann das Polymer vernetzt sein, und eine Schicht beziehungsweise Membran bilden.
Bevorzugt sind Polymere auf der Basis von funktionell substituierten ethylenisch ungesättigten Monomeren.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemässen Polymerisate 100 bis 0,001 Mol-% gleiche oder verschiedene Strukturelemente der Formel VII,
und 0 bis 99,9 Mol-% gleiche oder verschiedenen Strukturelemente der Formel VIII,
worin
für I, R₁, X₃, X₄ R₄, r und s unabhängig voneinander die bei Formel VI zuvor angegebenen Bedeutungen und Bevorzugungen gelten,
R₁₂ eine direkte Bindung, C₁-C₁₈-Alkylen, C₅- or C₆-Cycloalkylen, C₆-C₁₀-Arylen or C₇-C₁₂-Aralkylen darstellt,
F- für einen Acridinrest der Formel steht
R₂₃ und R₂₄ unabhängig voneinander H, C₁-C₆-Alkyl, C₆-C₁₀-Aryl oder C₇-C₁₂-Aralkyl bedeuten,
R₂₅ H oder die Gruppe -C(O)O-R₃₀ bedeutet,
R₂₆ H, C₁-C₆-Alkyl, C₆-C₁₀-Aryl oder C₇-C₁₂-Aralkyl bedeutet,
R₂₇ H, F, Cl, CN, C₁-C₆-Alkyl oder C₆-C₁₀-Aryl darstellt,
R₂₈ H, C₁-C₆-Alkyl oder -C(O)O-R₂₉ bedeutet,
R₂₉ für H, C₁-C₆-Alkyl, C₆-C₁₀-Aryl, C₇-C₁₂-Aralkyl, Imidazolyl, Pyrrolidonyl, F, Cl, CN oder die Gruppe X₁-(R₁)_r-(X₂)_s-H steht, und
R₃₀ H, K, Na, C₁-C₁₈-Alkyl, C₁-C₁₈-Hydroxyalkyl, Cyclohexyl, Cyclopentyl, Cyclohexylmethyl, Phenyl, C₁-C₄-Alkylphenyl, Benzyl oder C₁-C₄-Alkylphenylbenzyl darstellt.
R₂₃ und R₂₄ bedeuten als Alkyl bevorzugt C₁-C₄-Alkyl, zum Beispiel Methyl, Ethyl, n- oder i-Propyl und n-, i- oder t-Butyl, als Aryl bevorzugt Naphthyl oder Phenyl und als Aralkyl bevorzugt Benzyl. Besonders bevorzugt steht stehen R₂₃ für H und R₂₄ für H oder Methyl.
R₂₅ bedeutet bevorzugt H, -C(O)OH oder -C(O)O-C₁-C₄-Alkyl.
R₂₆ bedeutet als Alkyl bevorzugt C₁-C₄-Alkyl, zum Beispiel Methyl, Ethyl, n- oder i-Propyl und n-, i- oder t-Butyl, als Aryl bevorzugt Naphthyl oder Phenyl und als Aralkyl bevorzugt Benzyl. Besonders bevorzugt steht R₂₆ für H.
R₂₇ stellt als Alkyl bevorzugt C₁-C₄-Alkyl, zum Beispiel Methyl, Ethyl, n- oder i-Propyl und n-, i- oder t-Butyl, und als Aryl bevorzugt Phenyl und Naphthyl dar. Besonders bevorzugt ist R₂₇ H, Cl, CN, Phenyl oder C₁-C₄-Alkyl.
R₂₈ bedeutet als Alkyl bevorzugt C₁-C₄-Alkyl, zum Beispiel Methyl, Ethyl, n- oder i-Propyl und n-, i- oder t-Butyl. In der Gruppe -C(O)O-R₃₀ bedeutet R₃₀ bevorzugt H oder C₁-C₁₂-Alkyl, bevorzugter C₁-C₆-Alkyl, wie zum Beispiel Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tetradecyl Hexadecyl und Octadecyl. Besonders bevorzugt bedeutet R₂₈ H, -C(O)OH oder -C(O)-O-C₁-C₄-Alkyl.
R₂₉ stellt als Alkyl bevorzugt C₁-C₄-Alkyl, zum Beispiel Methyl, Ethyl, n- oder i-Propyl und n-, i- oder t-Butyl, als Aryl bevorzugt Phenyl und Naphthyl und als Aralkyl bevorzugt Benzyl dar. R₂₉ steht bevorzugt für H, C₁-C₄-Alkyl, Phenyl, Pyrrolidonyl, F, Cl, CN oder die Gruppe X₃-(R₄)_r-(X₄)_s-H.
R₃₀ kann zum Beispiel H, K, Na, C₁-C₆-Alkyl, C₁-C₆-Hydroxyalkyl, Cyclohexyl, Cyclopentyl, Cyclohexylmethyl, Phenyl, Methylphenyl, Benzyl oder Methylphenylbenzyl darstellen.
Die Strukturelemente der Formel VII können in einer Menge von 0,001 bis 100 Mol-%, bevorzugt 0,5 bis 90 Mol-%, bevorzugter 0,5 bis 80 Mol-%, noch bevorzugter 1 bis 80 Mol-%, besonders bevorzugt 1 bis 60 Mol-%, insbesondere bevorzugt 1 bis 50 Mol-%, und ganz besonders bevorzugt 1 bis 30 Mol-% enthalten sein.
Die Strukturelemente der Formel VIII können in einer Menge von 99,9 bis 0 Mol-%, bevorzugt 99,5 bis 0 Mol-%, bevorzugter 99,5 bis 20 Mol-%, noch bevorzugter 99 bis 20 Mol-%, besonders bevorzugt 99 bis 40 Mol-%, insbesondere bevorzugt 99 bis 50 Mol-%, und ganz besonders bevorzugt 99 bis 30 Mol-% enthalten sein.
Die Polymere können auch Strukturelemente mit pendenten ungesättigten Gruppen enthalten, die bei der Membranbildung zur Vernetzung dienen.
Bevorzugt werden Strukturelemente ethylenisch ungesättigter organischer Verbindungen mit kovalent gebundenen Olefingruppen, die in grosser Zahl bekannt sind. Die an das Polymer kovalent gebundenen Reste ethylenisch ungesättigter organischer Verbindungen können zum Beispiel Strukturelementen der Formel X entsprechen,
worin
für X₃, X₄, R₄, R₁₂, r und s unabhängig voneinander die bei Formel VI zuvor angegebenen Bedeutungen und Bevorzugungen gelten,
R₉ H oder C₁-C₄-Alkyl, besonders Methyl bedeutet;
R₁₀ H, C₁-C₁₂-Alkyl, Phenyl oder Benzyl darstellt; und
R₂₆, R₂₇ und R₂₈ die für Formel VIII angegebenen Bedeutungen haben.
R₁₂ enthält als Alkylen bevorzugt 1 bis 12 und besonders bevorzugt 1 bis 6 C-Atome. Besonders bevorzugte Beispiele sind Methylen, Ethylen, 1,2- oder 1,3-Propylen und 1,2-, 1,3- und 1,4-Butylen. R₃ ist als Arylen bevorzugt Phenylen und als Aralkylen Benzylen. R₉ ist bevorzugt H oder Methyl, und R₁₀ ist bevorzugt H.
Die Strukturelemente der Formel X können 0,1 bis 99,9999 Mol-%, bevorzugt 0,5 bis 90 Mol%, bevorzugter 0,5 bis 80 Mol-%, noch bevorzugter 1 bis 80 Mol-%, besonders bevorzugt 1 bis 60 Mol-%, insbesondere bevorzugt 1 bis 50 Mol-%, und ganz besonders bevorzugt 1 bis 30 Mol-% der Strukturelemente der Formel VIII ersetzen.
Die erfindungsgemässen Polymere können ferner mit wenigstens difunktionellen Monomeren vernetzt sein, zum Beispiel 0,01 bis 30 Mol-%, bevorzugt 0,1 bis 15 Mol-% solcher Monomerer, bezogen auf das Polymer. Je nach Art des Polymers können hierzu wenigstens trifunktionelle Carbonsäure, Isocyanate, Alkohole, Amine oder Epoxide verwendet werden, beziehungsweise für Polymerisate wenigstens zwei ethylenisch ungesättigte Gruppen enthaltende organische Verbindungen. Diese Vernetzungsmittel sind in grosser Zahl bekannt. Bei den ethylenisch ungesättigten Vernetzungsmitteln kann es sich zum Beispiel um Divinylbenzol, Bis-dimethylmaleinimid-alkylene (zum Beispiel Bis-(dimethylmaleinimidyl)-methylen oder -ethylen), Acrylsäure- oder Methacrylsäureester oder -amide von Polyolen, bevorzugt Diolen bis Tetrolen, beziehungsweise Polyaminen, bevorzugt Diaminen bis Tetraminen. Bevorzugt sind aliphatische, cycloaliphatische und cycloaliphatisch-aliphatische Diole und Diamine mit besonders bevorzugt 2 bis 12, insbesondere bevorzugt 2 bis 8 C-Atomen. Einige Beispiele für diese Diole sind Alkylendiole wie Ethylenglykol, 1,2- oder 1,3-Propandiol, 1,2-, 1,3- und 1,4-Butandiol, Pentandiol, Hexandiol, Octandiol, Decandiol, Dodecandiol, Cyclohexandiol, Di(hydroxymethyl)-cyclohexan, Polyoxaalkylenglykole von bevorzugt C₂-C₆-Alkylendiolen mit bevorzugt 2 bis 100 Alkylendioleinheiten, besonders bevorzugt 2 bis 50 Alkylendioleinheiten, und ganz besonders bevorzugt 2 bis 20 Alkylendioleinheiten, wie zum Beispiel Polyethylenglykole, Polypropylenglykole, Polybutylenglykole und Polyethylen-/Polypropylenglykole, ferner 1,1,1-Trihydroxymethylethan oder -propan, Pentaerythrit und Dipentaerythrit. Einige Beispiele für Polyamine sind Ethylendiamin, 1,2- und 1,3-Propandiamin, 1,2-, 1,3- und 1,4-Butandiamin, 1,6-Hexandiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin, Cyclohexandiamin, Aminomethylcyclohexanamin, Isophorondiamin und Di(aminomethyl)cyclohexan.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemässen Polymere mindestens ein Strukturelement der Formel XI,
worin R₃₀ H oder Methyl bedeutet, und X₃, X₄, R₄, R₁₂, -F-R₁-I, r und s die zuvor angegebenen Bedeutungen haben, einschliesslich der Bevorzugungen und besonderen Ausführungsformen.
Die Gruppe -X₃-(R₄)_r-(X₄)_s-R₁₂- steht in den Strukturelementen der Formel XI bevorzugt für -C(O)-O-, -C(O)-O-C₁-C₆-Alkylen-O-, -C(O)-O-(C₂-C₆-Alkylen-O)_u- mit u gleich einer Zahl von 2 bis 10, -C(O)-O-(C₂-C₆-Alkylen-O)_u-C₁-C₆-Alkylen- mit u gleich einer Zahl von 2 bis 10, und -C(O)-O-C₁-C₆-Alkylen-S-.
Die bevorzugten Polymerisate können neben den Strukturelementen der Formel XI auch gleiche oder verschiedene Strukturelemente der Formel XII enthalten,
worin R₃₀, X₃, X₄, R₄, R₁₂, r und s die vorher angegebenenen Bedeutungen haben.
Die bevorzugten Polymerisate können neben den Strukturelementen der Formel XI auch gleiche oder verschiedene Strukturelemente der Formel XIII enthalten,
worin
R₃₀ H oder Methyl darstellt, und
R₃₈ H, C₁-C₄-Alkyl, C₁-C₄-Alkoxy, -CN, Cl, Phenyl, Pyrrolidonyl, Pyridinyl, Imidazolyl, -C(O)OR₃₉ oder -C(O)-NR₄₀R₄₁ darstellen,
R₃₉ H oder C₁-C₁₈- und bevorzugt C₁-C₁₂-Alkyl bedeutet, und
R₄₀ und R₄₁ unabhängig voneinander H oder C₁-C₁₂- und bevorzugt C₁-C₆-Alkyl darstellen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die erfindungsgemässen Polymerisate mit Strukturelementen der Formel XI und gegebenenfalls der Formeln XII und XIII mit gleichen oder verschiedenen Strukturelementen der Formeln XIV oder XV vernetzt,
worin
R₃₀ H oder Methyl bedeutet,
X₆ für -O- oder -NH- oder -N(C₁-C₄-Alkyl)- steht, und
R₄₂ C₂-C₁₂- und bevorzugt C₁-C₆-Alkylen, Cyclohexylen, Cyclohexylendimethylen oder X₆ für -O- steht und R₄₂ C₂-C₆-Alkylen-(C₂-C₆-Alkylen-O)_2bis20-C₂-C₆-Alkylen- darstellt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemässen Polymerisate mit Strukturelementen der Formel XI und gegebenenfalls der Formeln XII, XIII, XIV und XV gleiche oder verschiedene Strukturelemente, die ionogene Gruppen wie zum Beispiel -C(O)O^– oder -SO₃ ^– oder Ammoniumgruppen in Seitenketten gebunden enthalten, oder die wenigstens zwei ionenbildende Strukturelemente, zum Beispiel Strukturelemente mit Aminogruppen und Strukturelemente mit -C(O)O^– oder -SO₃ ^– in Seitenketten gebunden enthalten. Bei diesen Polymeren handelt es sich bevorzugt um Emulsionspolymerisate beziehungsweise eine Latex.
Die Polymere mit den Strukturelementen der Formel X enthalten diese Strukturelemente bevorzugt in einer Menge von 0,1 bis 30, bevorzugt 2 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Polymer. Die Strukturelemente der Formel XII können in einer Menge von 99 bis 0, bevorzugt 98 bis 0 Gew.-% enthalten sein. Die Strukturelemente der Formel XIII können in einer Menge von 99,9 bis 0, bevorzugt 98 bis 0 Gew.-% enthalten sein. Die Strukturelemente der Formeln XIV und XV können in einer Menge von 0,1 bis 30, bevorzugt 1 bis 15 Gew.-% enthalten sein.
Bei den erfindungsgemässen Polymeren mit Strukturelementen der Formeln VII oder XI handelt es sich bevorzugt um Emulsionspolymerisate.
Die Herstellung der erfindungsgemässen Polymere kann nach den in der Polymerchemie bekannten Verfahren erfolgen. Die Monomeren sind bekannt oder können nach bekannten Verfahren hergestellt werden. Bekannte Polymerisationsverfahren sind Lösungspolymerisation, Massepolymerisation, Emulsionspolymerisation und Grenzflächenpolymerisation. Vorteilhaft wird das Verfahren der Emulsionspolymerisation bei hohen Rührgeschwindigkeiten angewendet, da man die erfindungsgemässen immobilisierten Fluoroionophore in Form von Mikropartikeln herstellen kann, und nachträgliche Behandlungen wie zum Beispiel ein Mahlen vermeiden kann. Auch das Mahlen von Polymeren zur Herstellung von Mikropartikeln ist allgemein bekannt. Geeignet sind zum Beispiel Kugelmühlen. Zur Schonung der Polymeren kann das Mahlen unter Kühlen vorgenommen werden. Die Herstellung von Mikropartikeln kann auch, wie zuvor für die Modifizierung von Oberflächen in einer heterogenen Reaktion, durch die Umsetzung von natürlichen oder synthetischen Polymeren mit funktionellen Gruppen und funktionalisierten Fluoroionophoren und gegebenenfalls weiteren funktionalisierten Verbindungen wie zum Beispiel funktionellen polymerisierbaren Verbindungen, in Lösung erfolgen. Mikropartikel können dann durch Fällung aus den Lösungen oder Vermahlen der isolierten modifizierten Polymere erhalten werden. Bei dieser Herstellung können ebenfalls die bekannten Methoden zur Einführung von abstandsgebenden Gruppen (Spacer) angewendet werden.
Die erfindungsgemässen Fluoroionophore eignen sich hervorragend als aktive Komponente in optischen Ionensensoren zur Detektion der Ionen über eine Fluoreszenzänderung.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Zusammensetzungen aus einem erfindungsgemäßen Polymer in Abmischung mit einem Polymer Z.
Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist eine Zusammensetzung aus einem Polymer Z, dem ein feinteiliges erfindungsgemäßes Polymer einverleibt ist.
Diese Zusammensetzungen und die erfindungsgemäßen Polymeren sind gegebenenfalls in gelöster Form ausgezeichnete Beschichtungsmittel für die Herstellung von Sensoren.
Die Menge der Polymeren kann zum Beispiel 0,1 bis 80, bevorzugt 0,1 bis 50, bevorzugter 1 bis 20, besonders bevorzugt 1 bis 10 Gew.-% betragen, bezogen auf die Zusammensetzung.
Beim Polymer Z kann es sich um natürliche oder synthetische Polymere handeln. Beispiele für natürliche Polymere sind Polysacharide wie Cellulose, Stärke, Carragenan oder Chitosan, die teilweise mit C₁-C₄-Alkyl verethert oder mit C₁-C₈-Acyl acyliert sein können. Synthetische Polymere sind in grosser Vielzahl bekannt oder können nach analogen Verfahren hergestellt werden. Einige Beispiele für synthetische Polymere sind Polyvinylalkohol und Copolymere mit unsubstituierten oder substituierten Olefinen als Comonomeren; Polymethacrylsäure, Polyacrylsäure und Polymaleinsäure und Copolymere mit unsubstituierten oder substituierten Olefinen als Comonomeren; Polyhydroxyalkylacrylate, Polyhydroxyalkylmethacrylate und Polymaleinsäurehydroxyalkylester und Copolymere mit unsubstituierten oder substituierten Olefinen als Comonomeren; Polyacrylamide und Polymethacrylamide und Copolymere mit unsubstituierten oder substituierten Olefinen als Comonomeren; Polyaminoalkylacrylsäureester, methacrylsäurester und maleinsäureester und Copolymere mit unsubstituierten oder substituierten Olefinen als Comonomeren; Polyhydroxyalkyl- oder Polyaminoalkylvinylalkohol und Copolymere mit unsubstituierten oder substituierten Olefinen als Comonomeren; hydroxylierte Polybutadiene aus Butadien, Isopren oder Chloropren und Copolymere mit unsubstituierten oder substituierten Olefinen als Comonomeren; Hydroxy- oder Aminopolystyrol, Chlormethypolystyrol, und Polystyrolsulfonsäure und Copolymere mit unsubstituierten oder substituierten Olefinen als Comonomeren; Polyglycidylether und hydroxyalkylierte oder aminoalkylierte Polyglycidylether; und Polyester, Polyamide und Polyurethane mit hydroxylgruppenhaltigen Monomeren. Ferner kommen auch Duroplaste in Frage, zum Beispiel Epoxidharze, Melamin-Formaldehyd-Harze und Phenol-Formaldehyd-Harze. Geeignete Comonomere sind zum Beispiel Olefine wie Ethen, Propen, Buten, Penten, Octen; Vinylchlorid, Vinylidenchlorid; Styrol; und Acrylnitril. Ferner kommen vernetzte Polymere in Betracht, zum Beispiel Polymerisate mit Olefinen und diolefinischen Monomeren wie Butadien, Divinylbenzol oder Dioldiacryl- oder -methacrylsäurester. Weitere geeignete Vinylpolymere sind Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylimidazol und Polyvinylpyridin und Copolymere mit unsubstituierten oder substituierten Olefinen als Comonomeren.
Die Zusammensetzungen können direkt oder in gelöster Form auf geeignete Trägermaterialien aufgebracht werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Material aus (a) einem Träger und (b) einer aktiven Schicht auf wenigstens einer Oberfläche, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die aktive Schicht aus einem erfindungsgemässen Polymer oder einem Polymer besteht, in dem Partikel des erfindungsgemässen Polymers einverleibt sind.
Der Träger ist bevorzugt transparent und kann zum Beispiel aus einem Kunststoffmaterial wie zum Beispiel Polycarbonat oder Acrylglas, mineralischen Materialien, Metalloxide oder Glas gebildet sein und von beliebiger Gestalt sein, zum Beispiel Platten, Zylinder, Rohre, Bänder oder Fasern. Bevorzugt sind Gläser.
Die Dicke der Schicht auf dem Träger kann zum Beispiel von 0,01 bis 100 μm, bevorzugt 0,1 bis 50 μm, bevorzugter 0,1 bis 30 μm und besonders bevorzugt 0,1 bis 10 μm betragen.
Die Herstellung solcher Schichten kann in an sich bekannter Weise erfolgen, beispielsweise durch Lösen der Zusammensetzung und gegebenenfalls eines Homo- und/oder Copolymers in einem Lösungsmittel, anschliessendem Giessen zu einem Film und schliesslich Entfernen des Lösungsmittels. Nach dem Entfernen des Lösungsmittels kann man den Film vom Untergrund ablösen und erhält eine freitragende Membran.
Für die Herstellung der Membran sind auch Verfahren denkbar wie sie aus der Lacktechnologie her bekannt sind, beispielsweise Schleuder-, Spritz- oder Rakelverfahren. Schleudergiesverfahren sind bevorzugt. Das erfindungsgemässe Material kann auch über Spritzguss- oder Extrusionsverfahren erhalten werden. Als Lösungsmittel kommen Wasser Alkohole, Ether, Ester, Säureamide, Ketone in Frage. Besonders geeignet sind leicht flüchtige Lösungsmittel, insbesondere Tetrahydrofuran oder Lösungsmittelgemische.
Die Membran kann transparent oder leicht opak sein. Bevorzugt ist sie transparent. Die Schicht ist bevorzugt hydrophil.
Der optische Bereich, in dem das Material als Sensor angeregt werden kann, reicht vom ultravioletten Bereich bis zum Infrarot-Bereich. Die erfindungsgemäss zu verwendenden immobilisierten Fluorophorionophore weisen sehr geeignete Absorptions- und Emissionswellenlängenbereiche auf, die die Anwendung bekannter, geringe Leistung benötigende und preiswerter Lichtquellen erlauben, zum Beispiel Halogen- oder Xenonlampen oder Lichtemittierende Leuchtdioden. Bevorzugt sind Leuchtdioden als Anregungsquelle mit einer Wellenlänge um 400 nm und grösser. Als Detektoren für die Fluoreszenz können zum Beispiel Photodioden eingesetzt werden. Kommerziell erhältliche optische Fasern können bei der Anregung und Detektion ihre Anwendung finden. Der Sensor kann daher nach Gebrauch an einem Patienten ausgetauscht werden.
Der optische Sensor eignet sich besonders zur quantitativen Bestimmung von Ionen, besonders Kationen, ganz besonders Metallkationen, die im Blutplasma vorhanden sind, zum Beispiel Calcium-, Natrium- oder Kaliumkationen, in wässriger Umgebung mittels bevorzugt Fluoreszenzspektrometrie, wobei man zweckmässig im Bereich der Emissionsmaxima misst. Die Bestimmungen können in kurzen Zeiten bei hoher Genauigkeit auch bei kleinen Konzentrationen (zum Beispiel im molaren Bereich bis zum nanomolaren Bereich) vorgenommen werden.
Es ist ein ganz wesentlicher Vorteil der immobilisierten Fluoroionophore, dass mit ihnen Messungen durchgeführt werden können, die vom pH-Wert im wesentlichen unabhängig sind. Man ist dadurch in der Wahl der Fluorionophore viel freier, da für die Detektion der Ionen kein Protonenaustausch am Fluorophor stattfinden muss. Weiter wird eine direkte Messung der Analytlösung ermöglicht, was erhebliche technische Vorteile hat. Falls gewünscht können aber auch in bestimmten Fällen Messungen in gepufferten Analytlösungen durchgeführt werden, wenn zum Beispiel die Fluorophore verwendet werden, die über Protonenaustausch zur Signaländerung führen.
Die Analysen können zum Beispiel direkt in Körperflüssigkeiten (Blut, Urin, Serum), Naturgewässern oder Abwässern vorgenommen werden, wobei möglicherweise störende Kationen zuvor spezifisch gebunden oder entfernt werden können. Die erfindungsgemässe Zusammensetzung eignet sich besonders zur Bestimmung physiologischer Mengen von Kationen in wässrigen Medien, die für Kalium zum Beispiel etwa im Bereich von 0,5 bis 20 mMol liegen können.
Die Ionophore können sowohl Kationen als auch Anionen binden.
Als Kationen kommen zum Beispiel Kationen der Metalle aus den ersten bis fünften Hauptgruppen, den ersten bis achten Nebengruppen des Periodensystems der Elemente, den Lanthaniden und Actiniden in Frage. Einige Beispiele für Metalle sind Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, B, Al, Ga, In, Tl, Sn, Pb, Sb, Bi, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Ru, Os, Rh, Ir, Pt, Pd, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Lu, Ac, Th, Pa, U, Np, Pu. Bevorzugte Kationen sind die Alkali- und Erdalkalimetallionen, besonders Li⁺, Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺ und Sr²⁺, und ganz besonders K⁺, Na⁺ und Ca²⁺. Als Ammoniumkationen sind zum Beispiel NH₄ ⁺ sowie die Kationen protonierter primärer, sekundärer und tertiärer Amine als auch quaternäres Ammonium geeignet. Die Amine können 1 bis 40, bevorzugt 1 bis 20 und besonders bevorzugt 1 bis 12 C-Atome enthalten. Das quaternäre Ammonium kann 4 bis 40, bevorzugt 4 bis 20 und besonders bevorzugt 4 bis 16 C-Atome enthalten. Ausserdem können organische Ionen zum Beispiel Oligoalkylammonium-Ionen, Phosphonium-Ionen, Guanidin-Ionen oder Cholin-Ionen selektiv gebunden werden.
Selektiv können Anionen, die sich von Mineralsäuren, Sauerstoffsäuren und anorganischen Komplexsäuren ableiten gebunden werden. Beispiele sind die Halogenide und Pseudohalogenide F^–, Cl^–, Br^–, I^–, N₃ ^–, CN^–, OCN^– und SCN^–; Anionen der anorganischen Sauerstoffsäuren NO₂ ^–, NO₃ ^–, CO₃ ^2–, PO₄ ^3–, SO₄ ^2–, ClO₄ ^–, MnO₄ ^– und ClO₃ ^–; Anionen der anorganischen Komplexsäuren Fe(CN)₆ ^4– und Co(CN)₆ ^3–; die Anionen von Carbonsäuren, Phenolen; Nukleotidanionen wie Adenosinphosphat.
Beispiele für neutrale polare Substanzen, die selektiv vom Ionophor gebunden werden können, sind Harnstoff, Thioharnstoff, Guanin, Guanidin, Harnsäure, Cholin, Creatinin, Aminosäuren, und Zucker, als lipohile Moleküle können Steroide zum Beispiel Cholesterol oder Lipide wie zum Beispiel Triglyceride oder Lecithin selektiv gebunden werden.
Neben der bevorzugten Fluoreszenzspektroskopie können auch andere optische Messmethoden angewendet werden, zum Beispiel Oberflächenplasmonresonanzspektroskopie, Absorptionsspektroskopie, Reflexionsspektroskopie, Interferometrie oder oberflächenverstärkte Raman- oder Fluoreszenzspektroskopie.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur optischen Bestimmung von Ionen in wässrigen Messproben, bei dem man einen erfindungsgemässen Sensor mit besagter wässriger Messprobe in Kontakt bringt und dann die Änderung der Fluoreszenz vom Fluorophor in der Polymerschicht misst.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann zum Beispiel so durchgeführt werden, dass man den Träger mit der aktiven Polymerschicht in einer optischen Zelle befestigt, in der die aktive Schicht mit der Messprobe in Kontakt kommt. Die optische Zelle enthält ein Fenster, durch das die aktive Schicht zur Anregung bestrahlt und die emittierte Fluoreszenzstrahlung mit einem Spektrofluorometer gemessen werden kann. Die Wellenlängen können so eingestellt werden, dass für die Bestrahlung das Absorptionsmaximum und für die Fluoreszenzmessung das Emissionsmaximum vorliegt. Gemessen wird die Intensität in Abhängigkeit von der Zeit. Das Messsystem kann so ausgebildet sein, dass die Messung diskontinuierlich oder kontinuierlich erfolgt, indem man zum Beispiel die Messlösung durch die Messzelle pumpt. Zur Bestimmung unbekannter Konzentrationen an Kationen kann das System mit Messproben bekannter Konzentration zunächst geeicht werden, indem man die Konzentrationen in Abhängigkeit von der Intensität der Fluoreszenz aufträgt.
Werden pH-abhängige Fluoroionophore verwendet, so werden der Messprobe zweckmässig pH-Puffer zugegeben, da die Empfindlichkeit der Messung wegen der pH-Abhängigkeit des Absorptionsspektrums und folglich auch der Fluoreszenzintensität des Fluorophors vom pH der Messlösung abhängt. In einer anderen Ausführungsform kann diese pH-Abhängigkeit aber auch bestimmt und rechnerisch berücksichtigt werden. Der pH-Bereich der Messprobe kann zum Beispiel 4 bis 8, bevorzugterweise 6,8 bis 7,6 betragen. Geeignete Puffer sind zum Beispiel Citratpuffer und Phosphatpuffer. Weitere Puffersysteme sind in der US-A-4 645 744 beschrieben, insbesondere auch solche, die direkt der aktiven Schicht einverleibt werden, um die Zugabe zur Messprobe zu vermeiden.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung des optischen Sensors zur fluoreszenzspektroskopischen Bestimmung von Kationen oder Anionen.
Die nachfolgenden Beispiel erläutern die Erfindung. In den nachfolgenden Beispielen werden die folgenden Abkürzungen verwendet:
h: Stunden
DMF: Dimethylformamid
MS(FD): Mass Spectrometry Field Desorption
Abs.: Absorption
Em.: Emision
THF: Tetrahydrofuran
MS: Massenspektrum
FAB: Fast Atomic Bombardement
RG: Reaktionsgemisch
RT: Raumtemperatur
RPM: Umdrehungen pro Minute (mM/L) Millimol/Liter
AIBN: Azobisisobutyronitril
η_inh: inhärente Viskosität
A) Herstellung der Fluorionophore
Beispiel A1: Herstellung von Verbindung A1

a)
1 g Monotosyldiaminoacridin, 2,21 g N-(3-Brompropyl)-phthalimid (3 Aequivalente) sowie 0,54 g gemahlenes KOH (3,5 Aequivalente) werden in 15 ml DMF während 3 Tagen bei 50°C gerührt. Das Reaktionsgemisch wird anschliessend auf Wasser gegossen und mit Essigester mehrmals extrahiert. Die organische Phase wird mit Sole gewaschen, getrocknet und eingedampft. Das Rohprodukt wird über eine kurze Säule gereinigt (Kieselgel, Methylenchlorid/Methanol 8:1). Ausbeute 1,33 g (88%).
b)
Die Verbindung 5 wird in Methylenchlorid/Methanol 2:5 gelöst und mit 7 Moläquivalenten Hydrazinhydrat während 24 h bei RT gerührt. Das Reaktionsgemisch wird auf 2 n HCl gegos sen, basisch gestellt und mit Methylenchlorid extrahiert. Die organische Phase wird gewaschen, getrocknet und eingedampft. Ausbeute 26% gelbe Kristalle.
c)
Die Verbindung 6 wird zusammen mit 1,5 Aequivalente Kaliumcarbonat in THF vorgelegt, auf –78°C abgekühlt und mit 1,5 Aequivalente Acrylsäurechlorid versetzt. Das RG wird langsam erwärmt und bei RT weitere 2 h gerührt. Das RG wird auf 2 n NaOH gegossen und mit Methylenchlorid extrahiert. Die organische Phase wird getrocknet und eingedampft. Der Rückstand wird an Kieselgel chromatographiert (Methylenchlorid/Methanol 20:1). Ausbeute 46% gelbe Kristalle.
d)
Die Verbindung 8 wird in einem 5:2 Gemisch von Essigsäure/Schwefelsäure während 16 h bei RT gerührt. Anschliessend wird auf 2 n NaOH gegossen und mit Essigester extrahiert, die org. Phase mit Sole rückextrahiert, getrocknet und eingedampft. Das Rohprodukt wird direkt in der nächsten Stufe eingesetzt.
e)
Calixarenmonosäuretri-t-butylester wird in THF vorgelegt und mit 10 Moläquivalenten Oxalylchlorid versetzt. Nach 3 h bei RT wird eingedampft und der Rückstand im Hochvakuum getrocknet. Der getrocknete Rückstand wird in THF gelöst, mit 2,2 Aequivalente Kaliumcarbonat und 1 Aequivalente der Verbindung 8 versetzt. Durch Zusatz von Triethylamin tritt eine deutliche Reaktionsbeschleunigung auf. Nach 16 h bei RT wird das Reaktionsgemisch auf 2 n HCl gegossen, die wässerige Phase mit Essigester extrahiert, anschliessend die organische Phase mit Sole gewaschen und getrocknet. Nach Eindampfen verbleibt ein Rückstand, welcher an Kieselgel mit Methylenchlorid/Methanol 10:1 chromatographiert wird. Ausbeute 32%. FAB-MS: 1351 [M + H]⁺; 1373 [M + Na]⁺.

Beispiel A2: Herstellung von Verbindung A2

a)
1,8 g Monotosyl-diaminoacridin werden mit 3 Aequivalente N-(8-Bromopropyl)-phthalimid und 8 Aequivalente KOH (gemahlen) in 30 ml DMF während 4 h auf 60°C erhitzt. Das Reaktionsgemisch wird auf Wasser gegossen, mit Essigester zweimal extrahiert. Die organische Phase wird mit Sole gewaschen, getrocknet und eingedampft. Chromatographie an Kieselgel mit Methylenchlorid/Methanol 20:1 bis 1:1 liefert 50% orange, leicht klebrige Kristalle. ¹H-NMR (CDCl₃): 8,55 (s, br., H(9) Acridin); 2,40 (s, 3H, CH₃).
b)
Die Verbindung 10 wird mit 7 Aequivalente Hydrazinhydrat in einem Gemisch von Methylenchlorid/Methanol 2:5 während 26 h bei RT gerührt. Das Reaktionsgemisch wird mit Methylenchlorid verdünnt, filtriert und mit 1 n HCl versetzt. Nach Basischstellen mit 2 n NaOH wird mit Methylenchlorid extrahiert, die org. Phase mit Sole gewaschen, getrocknet und eingedampft. Der braune Rückstand entspricht von der Menge her der theoretischen Erwartung. ¹H-NMR (CDCl₃): 8,55 (s. br., H(9) Acridin); 2,40 (s, 3H, CH₃).
c)
Die Verbindung 11 wird zusammen mit 2 Moläquivalenten Kaliumcarbonat in THF eingetragen und auf –78°C gekühlt. 1 Aequivalente Methacrylsäurechlorid wird in THF gelöst und langsam zur obigen Suspension zugetropft. Nach Erwärmenlassen wird über Nacht bei RT gerührt. Das Reaktionsgemisch wird auf 2 n NaOH gegossen und mit Essigester extrahiert. Die org. Phase wird mit Sole gewaschen, getrocknet und eingedampft. Die Reinigung erfolgt durch Chromatographie an Kieselgel mit Methylenchlorid/Methanol 20:1. Ausbeute 66%. ¹H-NMR (CDCl₃): 8,55 (s, br., H(9) Acridin); 5,85 (s, br., NH); 5,66 (m, HC=C); 5,30 (m, HC=C); 2,40 (s, 3H, CH₃); 1,95 (m, CH₃C=C).
d)
Die Verbindung 12 wird in einem Gemisch von Essigsäure/Schwefelsäure 5:2 während 16 h bei RT gerührt. Das RG wird auf 2 n NaOH gegossen und mit Essigester extrahiert. Die organische Phase wird mit Sole gewaschen, getrocknet und eingedampft. Der Rückstand wird chromatographiert an Kieselgel mit Methylenchlorid/Methanol 9:1 bis 4:1 (+ 5% Triethylamin). Ausbeute 79%. ¹H-NMR (DMSO-d₆): 8,45 (s, br., H(9) Acridin); 5,60 (m, HC=C); 5,28 (m, HC=C); 1,85 (m, CH₃C=C).
e)
Calixarenmonosäuretriethylester (0,311 mMol) wird in 2 ml Thionylchlorid während 2,5 h auf 70°C erhitzt und anschliessend eingedampft und am HV getrocknet. Der Rückstand wird in 15 ml Methylenchlorid gelöst, mit 4 Aequivalente Triethylamin und der Verbindung 13 versetzt und während 20 h bei RT gerührt. Das Reaktionsgemisch wird mit Methylenchlorid verdünnt und mit 5%-iger Essigsäure gewaschen. Die organische Phase wird mit gesättigter Bicarbonatlösung und Wasser gewaschen, getrocknet und eingedampft. Chromatographie an Kieselgel mit Methylenchlorid/Methanol 20:1 liefert 48% reines Produkt. FAB-MS: 1373 [M + Na]⁺.

B) Herstellung des Polymers mit kovalent gebundenen Fluoroionophoren
Beispiel B1: Herstellung des Sensors mit kovalent gebundenen Fluoroionophoren
Herstellung des Polymers B2 mit einpolymerisiertem Fluoroionophor (A2)
In einem Kolben, versehen mit einem Dreiwegehahn, angeschlossen an Stickstoff und Vakuum, werden in 15 ml Dioxan 1,75 g (17,64 mMol) N,N-Dimethylacrylamid (DMAA), 3,25 g (17,64 Mol) 2-Ethylhexylacrylat, 35 mg der Verbindung A2 und 25 mg AIBN gelöst. Die Luft in dem Kolben wird auf bekannte Weise mit Stickstoff ausgetauscht: Der Inhalt der Kolben wird zunächst in flüssigem Stickstoff eingefroren, dann evakuiert, auf ca. 0°C aufgetaut und mit gasförmigem Stickstoff gesättigt. Dieser Vorgang wird dreimal wiederholt, wonach man die Polymerisation in einem auf 60°C temperierten Wasserbad während 4 Tagen durchführt. Die Polymerlösung wird mit einigen ml Dioxan bei 50°C verdünnt und das Polymer in 1,5 l Hexan, gekühlt auf 4°C, gefällt, im Vakuum-Trockenschrank vorgetrocknet und im Hochvakuum bei 50°C 48 Stunden nachgetrocknet. Ausbeute: 3,88 g (78% der theoretischen Ausbeute), Glasumwandlungstemperatur T_g = –10°C (durch DSC bestimmt), inhärente Viskosität von einer 0,5% Lösung in Dioxan bei 25°C ist η_inh = 0,46 dl/g, das Polymere enthält 52 Mol-% DMAA (bestimmt aus der Elementaranalyse).
C) Herstellung von Sensoren
Herstellung der Polymerlösung
300 mg des Copolymers B2 werden in 3 ml Tetrahydrofuran gelöst.
Herstellung des Sensors
200 μl der Polymer-Lösung werden auf einem Glassubstrat mit einem Durchmesser von 18 mm aufgetragen. Das Schleudergiessen erfolgt in einem ersten Schritt 15 Sekunden bei einer Geschwindigkeit von 8000 RPM und in einem zweiten Schritt 60 Sekunden bei 10000 RPM. Das Glassubstrat mit Sensormembran wird bei Raumtemperatur in Petrischalen lichtgeschützt aufbewahrt.
D) Anwendungsbeispiel: Ionendetektion mit den Sensoren
Apparativer Aufbau:
Das Testgerät ist ein konventionelles Fluoreszenzgerät. Der Lichtstrahl einer Wolframhalogenlampe wird als Anregungsquelle verwendet und durch verschiedenen Linsen- und Filter-Systeme (unter anderen einem dichroischen Filter, der auf 45° eingestellt ist) auf die in einer Durchflusszelle befestigte Sensoroberfläche fokussiert. Das emittierte Licht wird auf einen Photodiodendetektor fokusiert und die Fluoreszenzintensität in Volt mit einem Computer aufgezeichnet. Messdaten:

Natriumionenkonzentration [mM] Fluoreszenzsignal [mV]

0 498

1 482

10 464

50 437

100 417

140 403

300 385

500 370

700 354

1000 347

Claims

Acridin-Fluoroionophore, die mit reaktiven Gruppen funktionalisiert sind und der Formel (I) entsprechen,
worin I für einen monovalenten Rest eines Ionophors steht, worin G eine polymerisierbare Vinylgruppe darstellt, die unsubstituiert oder mit C₁-C₄-Alkyl substituiert ist, R₁ und R₂ unabhängig voneinander eine Brückengruppe bedeuten, eine Brückengruppe R₁ der Formel II -X₁-(R₃)_r-X₂- (II),eine Brückengruppe R₂ der Formel III entsprechen, -X₃-(R₄)_s-X₄- (III),worin X₁, X₂, X₃ und X₄ unabhängig voneinander eine direkte Bindung, oder X₁, X₂, X₃ und X₄ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus den Gruppen -O-, -S-, -NR₅-, -C(O)-O-, -O-C(O)-, -O-C(O)-O-, -SO₂-O-, -O-SO₂-, -O-SO₂-O, -NR₅-C(O)-, -C(O)-NR₅-, -NR₅-C(O)-O-, -O-C(O)-NR₅-, -NR₅-C(O)-NR₅-, -NR₅SO₂-, -SO₂-NR₅-, -NR₅-SO₂-O-, -O-SO₂NR₅- oder NR₅SO₂-NR₅- bedeuten, R₅ für H oder C₁-C₄-Alkyl steht, R₃ und R₄ unabhängig voneinander eine bivalente Brückengruppe darstellen, r und s unabhängig voneinander die Zahlen 0 oder 1 bedeuten, unter der Vorraussetzung, dass r oder s 1 ist, wenn X₁ oder X₃ eine der besagten Gruppen darstellt.
Fluoroionophore gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die polymerisierbare Gruppe aus der Gruppe -O-R₈, -S-R₈, -NR₇R₈, -NR₇C(O)R₈, -OC(O)R₈, -C(O)OR₈, -C(O)NR₇R₈, -CH=N-O-R₈, -NH-C(O)-NR₇R₈ ausgewählt ist, wobei R₇ H oder C₁-C₄-Alkyl und R₈ eine unsubstituierte oder mit C₁-C₄-Alkyl substituierte Vinylgruppe bedeutet, und wobei diese Gruppen über ein C₁-C₂₀-Alkylen an das Fluorphor gebunden sind.
Fluoroionophore gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass R₈ eine ethylenisch ungesättigte organische Gruppe der Formel (V) bedeutet, -CR₉=CHR₁₀, (V),worin R₉ H oder C₁-C₄-Alkyl bedeutet und R₁₀ H darstellt.
Fluoroionophore gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass R₉ H oder Methyl bedeutet und R₁₀ H darstellt.
Fluoroionophore gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionophor sich von Calix[4]arenen der Formel (IV) ableitet,
worin R₀₆ H oder substituiertes oder unsubstituiertes C₁-C₂₀-Alkyl bedeutet, und worin R₆ H oder substituiertes oder unsubstituiertes C₁-C₃₀-Alkyl bedeutet.
Fluoroionophore gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Acridinreste in Formel (I) von solchen der Formel
abgeleitet sind, wobei R₀₁ und R₀₂ unabhängig voneinander H oder C₁-C₂₀-Alkyl und R₀₃ H oder C₁-C₆-Alkyl bedeuten.
Fluoroionophore gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie der Formel
entsprechen.
Fluoroionophore gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie der Formel
entsprechen.
Polymere enthaltend Monomereinheiten eines Fluoroionophors der Formel (I) gemäß Anspruch 1 und gegebenenfalls Comonomereinheiten.
Polymere gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die polymerisierbare Gruppe aus der Gruppe -O-R₈, -S-R₈, -NR₇R₈, -NR₇C(O)R₈, -OC(O)R₈, -C(O)OR₈, -C(O)NR₇R₈, -CH=N-O-R₈, -NH-C(O)-NR₇R₈ ausgewählt ist, wobei R₇ H oder C₁-C₄-Alkyl und R₈ eine unsubstituierte oder mit C₁-C₄-Alkyl substituierte Vinylgruppe bedeutet, und wobei diese Gruppen über ein C₁-C₂₀-Alkylen an das Fluorphor gebunden sind.
Polymere gemäss Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass R₈ eine ethylenisch ungesättigte organische Gruppe der Formel (V) bedeutet, -CR₉=CHR₁₀, (V),worin R₉ H oder C₁-C₄-Alkyl bedeutet und R₁₀ H darstellt.
Polymere gemäss Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass R₉ H oder Methyl bedeutet und R₁₀ H darstellt.
Polymere gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionophor sich von Calix[4]arenen der Formel (IV) ableitet,
worin R₀₆ H oder substituiertes oder unsubstituiertes C₁-C₂₀-Alkyl bedeutet, und worin R₆ H oder substituiertes oder unsubstituiertes C₁-C₃₀-Alkyl bedeutet.
Polymere gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Acridinreste in Formel (I) von solchen der Formel
abgeleitet sind, wobei R₀₁ und R₀₂ unabhängig voneinander H oder C₁-C₂₀-Alkyl und R₀₃ H oder C₁-C₆-Alkyl bedeuten.
Polymere gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie Monomereinheiten der Formel
enthalten.
Polymere gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie Monomereinheiten der Formel
enthalten.
Polymere gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Polymer handelt, mit 100 bis 0,001 Mol-% gleichen oder verschiedenen Strukturelemente der Formel (VII),
und 0 bis 99,9 Mol-% gleichen oder verschiedenen Strukturelemente der Formel VIII,
worin I, R₁, R₃, X₄, R₄, r und s unabhängig voneinander die in Anspruch 1 angegebenen Bedeutungen haben, R₁₂ eine direkte Bindung, C₁-C₁₈-Alkylen, C₅-C₆-Cycloalkylen, C₆-C₁₀-Arylen oder C₇-C₁₂-Aralkylen darstellen, und F einen Acridinrest der Formel
bedeutet, R₂₃ und R₂₄ unabhängig voneinander H, C₁-C₆-Alkyl, C₆-C₁₀-Aryl oder C₇-C₁₂-Aralkyl bedeuten, R₂₅ H oder die Gruppe -C(O)O-R₃₀ bedeutet, R₂₆ H, C₁-C₆-Alkyl, C₆-C₁₀-Aryl oder C₇-C₁₂-Aralkyl bedeutet, R₂₇ H, F, Cl, CN, C₁-C₆-Alkyl oder C₆-C₁₀-Aryl darstellt, R₂₈ H, C₁-C₆-Alkyl oder -C(O)O-R₂₉ bedeutet, R₂₉ für H, C₁-C₆-Alkyl, C₆-C₁₀-Aryl, C₇-C₁₂-Aralkyl, Imidazolyl, Pyrrolidonyl, F, Cl, CN oder die Gruppe X₁-(R₁)_r-(X₂)_s-H steht, und R₃₀ H, K, Na, C₁-C₁₈-Alkyl, C₁-C₁₈-Hydroxyalkyl, Cyclohexyl, Cyclopentyl, Cyclohexylmethyl, Phenyl, C₁-C₄-Alkylphenyl, Benzyl oder C₁-C₄-Alkylphenylbenzyl darstellt.
Polymere gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer zusätzliche Strukturelemente eines wenigstens difunktionellen Monomeren als Vernetzungsmittel enthält.
Polymere gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Polymer um ein Emulsionspolymer handelt.
Zusammensetzung enthaltend ein Polymer mit kovalent gebundenen Fluoroionophoren gemäß Anspruch 9 in Abmischung mit einem natürlichen oder synthetischen Polymer.
Zusammensetzung, enthaltend ein natürliches oder synthetisches Polymer, dem ein feinteiliges organisches Trägermaterial gemäß Anspruch 19 einverleibt ist.
Material aus (a) einem Träger und (b) einer aktiven Schicht auf wenigstens einer Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Schicht aus einem Polymer gemäß Anspruch 9 besteht.
Material gemäss Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger transparent ist.
Verwendung der Zusammensetzung gemäss Anspruch 9 oder einer Zusammensetzung gemäß Ansprüchen 20 oder 21 als aktive Schicht in optischen Sensoren zur Bestimmung von Ionen.
Verfahren zur optischen Bestimmung von Ionen in wässrigen Messproben, bei dem man die aktive Schicht des Materials gemäss Anspruch 22 mit einer wässrigen Messprobe in Kontakt bringt und dann die Änderung der Fluoreszenz misst.