JP2002510672A - アニオン複合化合物、その製造方法、イオン選択性膜及びこのような化合物又は膜を備えたセンサー - Google Patents

アニオン複合化合物、その製造方法、イオン選択性膜及びこのような化合物又は膜を備えたセンサー

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JP2002510672A
JP2002510672A JP2000542292A JP2000542292A JP2002510672A JP 2002510672 A JP2002510672 A JP 2002510672A JP 2000542292 A JP2000542292 A JP 2000542292A JP 2000542292 A JP2000542292 A JP 2000542292A JP 2002510672 A JP2002510672 A JP 2002510672A
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マルテン マルクス ガブリエル アントニッセ
ディヴィッド ニコラース レインハウド
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ペーテル ティンメルマン
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プリファ ホールディング ベースローテン フェンノートシャップ
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Abstract

(57)【要約】 アニオン複合化合物(I)であって、式中、R1及びAは、芳香族6員環を表し、Y'は、−NHC(X)NH−基を表し、かつY''は、群−NHC(X')−、−C(X')NH−及び−NHC(X')NH−から選択される残基を表し、式中、X及びX'は、相互に独立的にイオウ又は酸素原子を表す化合物が開示される。R4、R4'は、同一の種々の基を表すか、又は化合物が巨大環状構造を有するように一緒に1つの基を表す。また、本発明は、このような化合物の調製方法、イオン選択性膜及びこのような化合物又は膜を備えたセンサーにも関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、フォーミュラシートの式Iを有するアニオン複合化合物であって、
式中、 R1は、フォーミュラシートの式II、III、及びIVを有する残基の群より選択さ れる残基であり;その環は1〜3個の相互に異なり或いは異ならないR2基で置
換され或いは置換されておらず、R2は、アルキル又はアルコキシを表し; Y'は、−NHC(X)NH−基を表し、かつ Y''は、群−NHC(X')−、−C(X')NH−及び−NHC(X')NH−から選 択される残基を表し、式中、 X及びX'は、相互に独立的にイオウ又は酸素原子を表し; Aは、1又は2個のR3基で置換され或いは置換されない芳香族6員環を表し、
R3基は、相互に独立的にアルキル、アルコキシ、NO2、又はフッ素及び塩素 からなる群より選択されるハライドを表し;かつ R4、R4'は、 a)同一の、1又は2個のR3基で置換され或いは置換されないアリール、ア
ルキル、アシル及び1又は2個のR3基で置換され或いは置換されないアリール
スルホニルを表すか;又は b)一緒に単一の残基を形成し、残基が、フォーミュラシートの式Vを有する
残基であって、1又は2個のR3基で置換され或いは置換されない残基、及び式
−(CH2)n−を有し、nが2〜6であるアルキル基の群より選択される; アニオン複合化合物に関する。
【0002】 本出願のアルキルは、分岐した或いは分岐していない1〜15個の炭素原子の
鎖長を有する炭化水素残基と解釈される。用語アルコキシは−OR基であって、
Rが前記定義のアルキルであることを意味するものと解釈される。アリールは、
フォーミュラシートの式Vの基であり、式中Rは前記定義のとおりであると解釈
される。アシル基は、−C(O)R又は−C(O)Arであって、式中Rがアルキル
でArがアリールを意味し、両者は前記定義のとおりであると解釈される。 Nishizawa,S.ら(参照文献1)は、アニオン複合化活性を有する中性尿素及びチ
オ尿素によるアニオン認識について記載している。これら化合物は、具体的には
(チオ)尿素基によって与えられる水素結合のより少ない数(2)により、本発
明の化合物とは異なる。(チオ)尿素基を連結するR1として、1,3−ビス(アミ
ノメチル)ベンゼンから誘導される残基が記載されている。
【0003】 Buehlmann P.ら(参照文献2;参照文献1と同一著者)は、中性のビス−(チオ)
尿素化合物について記載している。該化合物は、具体的には(チオ)尿素基によ
って与えられるより少ない水素結合数(2)において、本発明の化合物とは異な
る。また、(チオ)尿素基を結合するR1として、2,7−ジ−tert.−ブチル−
9,9−ジメチル−4,5−キサンテンが記載されている。 Nishizawa,S.ら(参照文献3)は、参照文献1で開示された化合物のアニオン選
択性電極への応用について記載している。 Kiao,K.P.ら(参照文献4、共著者は、とりわけNishizawa及びBuehlmannである
)は、参照文献2で記載されたビス−チオ−尿素キサンテン誘導体の膜における 塩素イオン選択性電極への使用について記載している。
【0004】 上記すべての先行技術の化合物は、負電荷イオンを結合するための4つの水素
結合を供与可能なビス(チオ)尿素化合物に関する。本発明の化合物は、公知の化
合物とは異なり、具体的には与えられる水素結合数が多い(6以上)。負電荷イオ
ンは、(チオ)尿素から最大4つまでの水素結合で結合されるという事実にもかか
わらず、本発明の化合物は、驚くべきことに、(二水素)リン酸イオンに対して強
い親和性を有することがわかった。 好ましい実施形態により、Y''は(チオ)尿素基、R4及びR4'はアリール基 を表す。
【0005】 驚くべきことに、R4及びR4'がアリールスルホニルであるが、特にアリー ルである本発明の化合物は、2つの(二水素)リン酸基を結合し、そのリン酸基が
水素結合によって相互作用を有していることがわかった。いかなる理論にも限定
するつもりではないが、前記相互作用が観察される親和定数の増加を導くと考え
られる。 さらに好ましい実施形態によれば、少なくとも1つのX及びX'は、イオウ原 子である。 このような化合物は、(二水素)リン酸イオンに対してより高い親和定数を示す
ことがわかった。 さらに好ましい実施形態によれば、R1は、2個のR2基で置換されている。
【0006】 このような化合物は、アニオンをよく結合できることがわかった。いかなる理
論にも拘束するものではないが、置換基が、水素結合及びπ−πスタックのよう
な本発明の化合物の分子間相互作用を妨げるのを助け、その結果もはやアニオン
を結合するのに利用できない水素結合を生じるものと考えられる。好適なR2基
は、例えばイソプロピル基である。
【0007】 フォーミュラシートの式Iを有するアニオン複合化合物の調製方法は、フォー
ミュラシートの化合物VI、VII及びVIIIからなる群より選択され、かつR2が前 記定義のとおりである化合物が、NH2の数に応じて、フォーミュラシートの式I
Xで、式中R3が前記定義のとおりである化合物の化学量論量と反応して、フォ ーミュラシートの式Xで、R1が式II、III及びIVの1つを有する対応残基を表 す中間生成物を生成し; 式Xの化合物が還元されてフォーミュラシートの式XIの化合物を生成し;かつ 式XIの化合物が、R5NCX'、R5COCl、R5SO2Cl、R6(NCX'
)2、R6(COCl)2、及びR6(SO2Cl)2からなる群より選択される化合物 であって、式中、R5が、1又は2個のR3基で置換され或いは置換されないア
リール、アルキル、アシル及び1又は2個のR3基で置換され或いは置換されな
いアリールスルホニルを表し;かつR6が、フォーミュラシートの式Vを有する
残基であって、1又は2個のR3基で置換され或いは置換されない残基、及び式
−(CH2)nを有し、nが2〜6であるアルキル基からなる群より選択される残基
を表す;化合物と反応して、式Iの化合物を生成する。
【0008】 最後の工程について、R5含有化合物との反応によって非巨大環状化合物が生
じ、R6含有化合物との反応で、式Iの巨大環状化合物が生成することが観察さ
れる。 さらに、本発明は、本発明の化合物が高分子担体材料中に取込まれているイオ
ン選択性膜に関する。 このような膜は、分離、分析を行うのに、特にセンサー用に利用できる。好適
な高分子担体材料は、例えばPVCである。本発明の化合物は、技術的に公知の
結合法に従って高分子担体材料に結合されうる。代わりに、化合物を高分子担体
材料に溶解してもよい。特に、基R2及びR3は、この目的のために適宜選択で
き、例えば、アルキルでよい。
【0009】 従って、本発明は本発明の化合物又は膜を備えたセンサーにも関する。 センサー自体は、ISPETのような技術的に公知のいずれの適切なセンサー
でもよい。技術的に一般に知られる表面に分子を結合させる方法を使用して、本
化合物を任意に共有結合的にセンサーの表面に施用できる。 当業者にとっては、本出願で定義される化合物は、化合物のアニオン複合化活
性、すなわち親和性及び/又は選択性を本質的に変えない1つ以上の基で任意に
置換されうることは明かだろう。これは、例えば、化合物が担体に結合しなけら
ばならず、又はそれが取込まれるマトリックスと適合しなければならない場合で
ある。このような化合物は、本発明の範囲内に包含される。
【0010】 ここで、本発明について例示的実施形態及び図面を参照して説明する。 以下の化合物の調製については、調製法が図1に模式的に示されており、かつ
R1、R3、R4、R5、R6、X、X'及びY'は、上記に定義されており、使
用したジメチルホルムアミド(DMF)は、CaCl2の存在下蒸留して分子ふる い(4Å)上に貯蔵した。(チオ)イソシアネートとの反応は、アルゴン下で行った
【0011】実施例1 テトラキス尿素化合物XIII a)1,3−ビス(メチレン(N'−2−ニトロフェニルウレイレン(ureylene)) −4,6−ジイソプロピル−m−キシレン 参照文献5)に記載の方法で得た2.3mmolの1,3−ビス(アミノメチル)−4,6
−ジイソプロピル−ベンゼンを、乾燥アルゴン雰囲気下4時間200mlの乾燥C
2Cl2中で、2.6mmolの2−ニトロフェニルイソシアネートと共に撹拌する。 ろ過によって沈殿した黄色固体を得、真空乾燥して表題の生成物を得た。 収率 1.0g(80%)。融点 258℃。 C283266の化学分析 計算 C:61.3 H:5.9 N:15.3 実測 C:61.2 H:5.9 N:15.1
【0012】 b)1,3−ビス(メチレン(N'−アミノフェニルウレイレン(ureylene))−4,
6−ジイソプロピル−m−キシレン ビスニトロ誘導体をテトラヒドロフランとメタノールの1:1混合物(100m
l)に溶解した。0.44mlのヒドラジンモノハイドレートを触媒量の(2.5g;水中5
0%スラリー)ラネーニッケルと共に加え、溶液を一晩中還流した。その溶液をH
yflo(Fluka,Buchs,Switzerland)上に充填し、溶媒をエバポレートして表題の生 成物を得た。 収率 100%。生成物は290℃で分解した。 C283662の化学分析 計算 C:68.8 H:7.4 N:17.2 実測 C:69.0 H:7.5 N:17.4
【0013】 テトラキス尿素化合物XIII c)前工程で得た0.10g(0.2mmol)のジアミンに、10mlの乾燥ジメチルホルム アミド中で、0.5mmolのフェニルイソシアネートを加える。溶液を夜中室温で撹 拌する。水を加えて過剰のイソシアネートを除去し、溶液をエバポレーションで
濃縮する。粗生成物をメタノールと共に撹拌する。ろ過により、白色固体として
表題の生成物を得た。 収率 0.11g(75%)。生成物は247℃で分解した。 C424684.0.5MeOHの化学分析 計算 C:68.7 H:6.5 N:15.1 実測 C:68.9 H:6.5 N:15.1
【0014】実施例2 テトラキス尿素化合物XVII 工程c)で、フェニルイソシアネートに代えてプロピルイソシアネートを使用
すること以外は、実施例1の方法を繰り返した。 収率 0.08g(60%)。その物質は245℃で分解した。 C365084.MeOHの化学分析 計算 C:64.3 H:7.9 N:16.2 実測 C:64.6 H:1.5 N:16.5
【0015】実施例3 テトラキス尿素化合物XIV 工程2a)及び2b)は、実施例1の工程a)及びb)と同一である。 c)ビス尿素−ビスチオ尿素化合物XIV この工程は、実施例1のc)と同一であるが、フェニルイソシアネートをフェ
ニルイソチオイソシアネートで置き換えた。 収率 0.09g(60%)。融点:163〜166℃。 C4246822.MeOHの化学分析 計算 C:65.3 H:6.4 N:14.2 S:8.1 実測 C:65.1 H:6.1 N:14.3 S:8.3
【0016】実施例4 フォーミュラシートの式XVを有する巨大環状テトラキス尿素化合物 実施例1工程b)で得た生成物0.25g(0.51mmol)で出発し、その出発物を50
mlの乾燥DMFに溶かし、0.51mmolの1,3−ビス(イソシアネートメチル)ベン ゼンを加えて、表題の生成物を得る。その溶液を一晩中撹拌し、溶媒をエバポレ
ートし、粗生成物をメタノールと共に撹拌する。ろ過後、白色固体として表題の
生成物を得る。 収率 0.29g(85%)。生成物は230℃で分解した。 C3844842の化学分析 計算 C:67.4 H:6.6 N:16.6 実測 C:67.7 H:6.6 N:16.5
【0017】実施例5 フォーミュラシートの式XVIを有する巨大環状テトラキス尿素化合物 実施例4に記載の方法を、1,3−ビス(イソシアネートメチル)ベンゼンを1,
4−ジイソシアネートブタンに置き換えて繰り返した。0.30gの生成物を得(収 率85%)、それは280℃で分解した C344484の化学分析 計算 C:65.0 H:7.1 N:17.8 実測 C:65.2 H:7.2 N:18.1
【0018】アニオン複合化特性の研究 ジメチルスルホキシド中の250MHz1H−NMR分光法によって、アニオンを
結合する能力を調べた。この目標のため、実施例1、2及び4の1つの化合物12
.5mmolを5mlのDMSO-d6中に溶解した。DMSO-d6中のCl-、Br-
NO3 -、HSO4 -及びH2PO4 -のテトラブチルアンモニウム塩溶液(2.5mmol/ リットル)を加えた。観測されたR1のプロトン置換を、二水素ホスフェート濃 度に対してプロットした(図2の左側のグラフ)。また、実測値に基づき、Jobプ ロットを作成した。
【0019】 テトラキス尿素化合物XIIIのH2PO4 ―複合化のJobプロットは、最大複合 体濃度はH2PO4 :XIIIの結合比が1.9で生じることを示している。複合体の 化学量論が2:1と仮定すると、5×107-2の会合定数が計算される。このよ うな会合定数は、用いたNMR法によって測定できる上限である。Br-、NO3 - 、又はHSO4 -はいずれも、NMRスペクトルにおける置換を誘発しない。1 当量のCl-のみが、尿素プロトンのわずかな置換(約0.02ppm)を引き起こす。H 2 PO4で誘発される置換はずっと多い。テトラキス尿素化合物XIVは、用いた検 出方法の上限であるXIIIに匹敵する会合定数を与える(示さず)。Cl-は、比1 :1でXIVに結合することがわかり、会合定数は250M-1に決定された。
【0020】 図2bは、実施例2の化合物(XVIIで、R4がアルキル基である)が、二水素ホ
スフェートを1:1複合体として結合するが、また1:2複合体としても結合す
ることを示している(Jobプロットが0.56で最大値を示す)。このため、会合定数 を正確には計算できない。 図2cは、実施例4の巨大環状テトラキス尿素化合物XVは、1:1化学量論で
2PO4 -を排他的に結合することを示している。測定された置換に基づき、2.5
×103-1という会合定数が計測された。この化合物のCl-の複合化により、芳
香族尿素プロトンの7.93及び7.89ppmにおける全複合化で0.08ppmの置換が生じる
。Cl-については、500M-1という会合定数が計算された。
【0021】 実施例5の巨大環状テトラキス尿素化合物XVIは、H2O-に対しては似通っ
た結合強度(4.0×103-1)を有することが示されるが、Cl-の結合性はかなり 低い(Ka<50M-1)(示さず)。結果として、実施例の化合物は、Cl-よりも 少なくとも100倍選択的に5H2PO4 -を結合する。
【0022】
【化1】
【0023】
【化2】
【0024】 参照文献 1.Nishizawa,S.ら Tetrahedron Letters,36(36),pp.6483-6486(1995)。 2.Buehlmann,P.ら Tetrahedron,53(5),pp.1647-1654(1997)。 3.Nishizawa,S.ら Analytica Chimica Acta,358,pp.35-44(1998)。 4.Xiao,P.K.ら Anal.Chem.,69,pp.1038-1044(1997)。 5.Seto,C.T.ら J.Am.Chem.Soc.,115,pp.1321-1329(1993)。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の化合物調製の反応スキームを示す。
【図2】 図2a、2b及び2cは、それぞれ本発明のすべての3化合物についての2つ
のグラフを示す。左側のグラフでは、NMR測定された化学置換が二水素ホスフ
ェートの濃度に対してプロットされている。右側のグラフは左側のグラフのJob プロットである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB ,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ, DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,GE,G H,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP ,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR, LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,M W,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD ,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR, TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 シェーリンク リュエール ビアンカ ヘ ンリエッテ マリア オランダ エヌエル−7577 エムイェー オルデンザール アルデヘラーン 6 (72)発明者 ティンメルマン ペーテル オランダ エヌエル−7559 イェーエス ヘンゲロ ズトックホルムストラート 91 Fターム(参考) 4H006 AA01 AB80 AB90

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フォーミュラシートの式Iを有するアニオン複合化合物であ
    って、式中、 R1は、フォーミュラシートの式II、III、及びIVを有する残基の群より選択さ れる残基であり;その環は1〜3個の相互に異なり或いは異ならないR2基で置
    換され或いは置換されておらず、R2は、アルキル又はアルコキシを表し; Y'は、−NHC(X)NH−基を表し、かつ Y''は、群−NHC(X')−、−C(X')NH−及び−NHC(X')NH−から選 択される残基を表し、式中、 X及びX'は、相互に独立的にイオウ又は酸素原子を表し; Aは、1又は2個のR3基で置換され或いは置換されない芳香族6員環を表し、
    R3基は、相互に独立的にアルキル、アルコキシ、NO2、又はフッ素及び塩素 からなる群より選択されるハライドを表し;かつ R4、R4'は、 a)同一の、1又は2個のR3基で置換され或いは置換されないアリール、ア
    ルキル、アシル及び1又は2個のR3基で置換され或いは置換されないアリール
    スルホニルを表すか;又は b)一緒に単一の残基を形成し、残基が、フォーミュラシートの式Vを有する
    残基であって、1又は2個のR3基で置換され或いは置換されない残基、及び式
    −(CH2)n−を有し、nが2〜6であるアルキル基の群より選択される; アニオン複合化合物。
  2. 【請求項2】 Y''が(チオ)尿素基を表し、かつR4及びR4'がアリール 基であることを特徴とする請求項1に記載の化合物。
  3. 【請求項3】 少なくとも1つのX及びX'が、イオウであることを特徴と する請求項1又は2に記載の化合物。
  4. 【請求項4】 R1が、R2基で置換されていることを特徴とする請求項1
    〜3のいずれか1項に記載の化合物。
  5. 【請求項5】 フォーミュラシートの式Iを有するアニオン複合化合物の調
    製方法であって、フォーミュラシートの化合物VI、VII及びVIIIからなる群より 選択され、かつR2が前記定義のとおりである化合物が、NH2の数に応じて、 フォーミュラシートの式IXで、式中R3が前記定義のとおりである化合物の化学
    量論量と反応して、フォーミュラシートの式Xで、R1が式II、III及びIVの1 つを有する対応残基を表す中間生成物を生成し; 式Xの化合物が還元されてフォーミュラシートの式XIの化合物を生成し;かつ 式XIの化合物が、R5NCX'、R5COCl、R5SO2Cl、R6(COC l)2、R6(COCl)2、及びR6(SO2Cl)2からなる群より選択される化合 物であって、式中、R5が、1又は2個のR3基で置換され或いは置換されない
    アリール、アルキル、アシル及び1又は2個のR3基で置換され或いは置換され
    ないアリールスルホニルを表し;かつR6が、フォーミュラシートの式Vを有す
    る残基であって、1又は2個のR3基で置換され或いは置換されない残基、及び
    式−(CH2)nを有し、nが2〜6であるアルキル基からなる群より選択される残
    基を表す;化合物と反応して、式Iの化合物を生成する方法。
  6. 【請求項6】 高分子担体材料に取込まれた請求項1〜4に記載の1つの化
    合物を含んでなるイオン選択性膜。
  7. 【請求項7】 請求項1〜4に記載の1つの化合物又は請求項6に記載の膜
    を備えたセンサー。
JP2000542292A 1998-04-02 1999-04-01 アニオン複合化合物、その製造方法、イオン選択性膜及びこのような化合物又は膜を備えたセンサー Pending JP2002510672A (ja)

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