JP2012082178A - Method for detecting rare earth metal by using calixarene derivative - Google Patents

Method for detecting rare earth metal by using calixarene derivative Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a material having an ability for selectively detecting a lanthanoid-series rare earth metal group, and to provide a method for sensing the lanthanoid-series rare earth metal group.SOLUTION: The method for sensing the lanthanoid-series rare earth metals (La, Ce, Sm, Ev, Gd, Tb and Dy) includes producing boron dipyrromethene-calix[4]arene represented by structural formula (1) according to the chemical reaction equation, calculating association constants from absorption spectra of mixed solutions of acetylacetonato compounds of the lanthanoid-series rare earth metals with the calixarene, and sensing the metals based on the results.

Description

本発明は、新規なカリックスアレーン誘導体を得ること、この誘導体を用いて、ランタノイド系列の希土類金属、とりわけディスプロニウムと反応させて、ランタノイド系列の希土類金属、とりわけディスプロニウムの濃度変化に応じて極大値のスペクトル波長が変化することを利用して、ランタノイド系列の希土類金属、とりわけディスプロニウムを高選択的にセンシングする方法に関する。   According to the present invention, a novel calixarene derivative is obtained, and this derivative is used to react with a lanthanoid series rare earth metal, particularly dyspronium, in response to a change in the concentration of the lanthanoid series rare earth metal, especially dyspronium. The present invention relates to a method for highly selectively sensing a lanthanoid series rare earth metal, particularly dyspronium, by utilizing the change of the maximum spectral wavelength.

カリックスアレーンは、アルキル基を有することのあるフェノールが、2,6位でメチレン基を介して複数個結合した環状オリゴマーの総称である。環を構成するフェノール数[n]によってカリックス(n)アレーンと表記される。カリックスアレーンの構造に注目して種々な試みが行われてきた。   Calixarene is a general term for cyclic oligomers in which a plurality of phenols having an alkyl group are bonded via the methylene group at the 2,6-positions. The number of phenols constituting the ring [n] is represented as calix (n) arene. Various attempts have been made focusing on the structure of calixarene.

本発明者は、分子の集まりを一つの化学種とする超分子、いわゆるソフトマテリアルの創製及びその利用に鋭意努力してきた。この中でもカリックスアレーンに注目した。
カリックスアレーンはその構造により、包接機能及びカチオン捕捉機能などを有している。この性質を利用しようとするものである。
本発明者らは、1987年以降、フェノールとホルムアルデヒドの縮合によって環状オリゴマーであるカリックスアレーンを合成するにあたり、予めこれを基体とした原子および分子認識素子をできる状態として設計し、これを合成し、これを用いて原子および分子を認識することに成功した。たとえば、フェノールの数を4,6,8と変化させることでカリックス[n]アレーン誘導体はアルカリ金属イオンに選択性があること(非特許文献4)、擬平面6配位構造を有するカリックス[6]アレーン誘導体がウラニルイオンに対して大きな選択性を示す「超ウラン配位子」として機能すること見出して、その利用を明らかにした(非特許文献5)。又、新規な化合物である、5−ホルミル−17−ニトロ−25,27−ジプロポキシ−26,28−ビス(ベンジルオキシ)カリックス[4]アレーンを合成し、電子供与性の基と電子吸引性の基を1,3交互体の位置に有するものであり、これらの基を有することによりカリックス[4]アレーン化合物の誘導体として分子認識能を有する電子移動素子の特性を有する発明をした(特許文献8)。
カリックスアレーンの分野では、多くの研究者が努力を重ねており、興味深い結果が出されている。例えば、免疫測定(イムノアッセイ)用の蛍光検出試薬として、4個のカルボン酸を有する配位子誘導体(特許文献1、2)、アミド結合とアミン部位を有する配位子(特許文献3)、ピリジン環が架橋した配位子(特許文献4)、βジケトン構造が2個あるいは4個含まれる配位子(特許文献5)の報告がある。配位子からランタノイド系金属イオンへのエネルギー移動を効率良く行い、金属イオンの蛍光増幅を研究目的とするので、対象金属はユーロピウムが中心となる。カリックスアレーンは包接機能、カチオン捕捉機能などを有しており、その機能により金属類の除去、センサー化合物、ある種の臨床検査試薬などとして応用されている(特許文献7)。
カリックスアレーンを用いた分子及び原子認識は、今後も大いに研究及び実用化が進められるであろう。
The present inventor has eagerly made efforts to create and use a supramolecule, which is a so-called soft material, having a group of molecules as one chemical species. Of these, we focused on calixarene.
Calixarene has an inclusion function and a cation trapping function depending on its structure. This property is to be used.
Since 1987, the present inventors have synthesized a calixarene, which is a cyclic oligomer by the condensation of phenol and formaldehyde, in advance as a state in which an atomic and molecular recognition element based on this is prepared, and synthesized this. Using this, we succeeded in recognizing atoms and molecules. For example, by changing the number of phenols to 4, 6 and 8, the calix [n] arene derivative has selectivity for alkali metal ions (Non-patent Document 4), and calix [6 It was found that the arene derivatives function as “super uranium ligands” exhibiting great selectivity for uranyl ions, and their use was clarified (Non-patent Document 5). In addition, a novel compound, 5-formyl-17-nitro-25,27-dipropoxy-26,28-bis (benzyloxy) calix [4] arene, was synthesized, and an electron-donating group and an electron-withdrawing group were synthesized. The invention has an electron transfer element having a molecular recognition ability as a derivative of a calix [4] arene compound by having these groups at positions of 1,3 alternations (Patent Document 8). ).
In the field of calixarene, many researchers are making efforts and producing interesting results. For example, as a fluorescence detection reagent for immunoassay (immunoassay), a ligand derivative having four carboxylic acids (Patent Documents 1 and 2), a ligand having an amide bond and an amine moiety (Patent Document 3), pyridine There are reports of ligands in which rings are bridged (Patent Document 4) and ligands containing 2 or 4 β-diketone structures (Patent Document 5). The target metal is mainly europium because the energy transfer from the ligand to the lanthanoid metal ion is performed efficiently and the fluorescence amplification of the metal ion is intended for research. Calixarene has an inclusion function, a cation capturing function, and the like, and is applied as a metal removal, a sensor compound, a certain kind of clinical test reagent, and the like (Patent Document 7).
Molecular and atomic recognition using calixarene will continue to be studied and put to practical use.

現在、希土類金属群は、ステンレス鋼、耐熱材、特殊鋼などの構造材、半導体レーザー、燃料電池、永久磁石、磁気記録素子等の電子/磁性材料、光触媒、光学ガラス、透明電極、水素貯蔵合金などの機能性材料に幅広く使われている。その重要性は各方面でも指摘されている。希土類金属群は、我が国産業分野を支える高付加価値な部材の原料であり、近年その需要が拡大している。今後もこの傾向は続くことが予想される。
希土類金属群の中で、ランタノイド系列と呼ばれる希土類金属群には、ハイブリッド自動車の駆動モータに必須なディスプロニウム、パネルガラス及びPC用ハードディスク内のガラスディスク研磨剤であるセリウム、液晶バックライト用蛍光体に必須なユーロピウム等がある。ランタノイド系列元素群の物理的・化学的性質が互いに似通っているので、資源石の状態、最終的に使用後に回収された製品であるハイエンド部材中に共存する状態で、各存在量を検出し、必要に応じて分離して取り出すことが困難な状況にある。この状況下にあって、もっとも必要とされれる技術は、高度なセンシング技術であり、できるだけ早期に確立する必要がある。
Currently, rare earth metals include structural materials such as stainless steel, heat-resistant materials, special steels, semiconductor / laser, fuel cells, permanent magnets, magnetic recording elements and other electronic / magnetic materials, photocatalysts, optical glass, transparent electrodes, hydrogen storage alloys. It is widely used for functional materials. Its importance has been pointed out in various fields. The rare earth metal group is a raw material for high-value-added members that support the Japanese industrial field, and its demand has been increasing in recent years. This trend is expected to continue.
Among the rare earth metal group, the rare earth metal group called lanthanoid series includes dyspronium, which is essential for the drive motor of hybrid vehicles, cerium, which is a glass disk abrasive in panel hard disks and hard disks for PCs, and fluorescence for liquid crystal backlights. There are europium essential for the body. Since the physical and chemical properties of the lanthanoid series elements are similar to each other, each abundance is detected in the state of resource stones and in the state of coexistence in the high-end member that is the product finally recovered after use, It is difficult to separate and take out as necessary. Under this circumstance, the most needed technology is advanced sensing technology and needs to be established as soon as possible.

しかしながら、これらのセンシング技術は現在未解決のまま残されている。従来のランタノイド系列金属群の配位子を利用する発明の大部分は、医療用蛍光プローブとして利用するための分子設計に関する発明である。その代表的な例を見てみると、以下の通りである。
エチレンジアミン四錯酸と5−ホルミルサリチル酸にレアメタルを配位させ、3原色の蛍光色を出す金属錯体が開示されている(特許文献6)。金属錯体の蛍光発光色スクリーニングの研究である。
アルカリ金属イオンに選択性を示すホスト化合物であるカリックス[8]アレーン誘導体が、ユーロピウム(非特許論文1)およびランタノイド2核金属(ユーロピウム・ネオジミウム、テルビウム・ネオジミウム、ユーロピウム・テルビウム)(非特許論文2)と会合する報告されている。
これらは、エネルギー移動による蛍光強度変化などの光学的特性を研究するものである。また、βおよびγシクロデキストリン誘導体が、プラセオジミウムと会合定数(logKa)3.5〜4.0で錯体を形成する報告がされている。これらの研究は、上記のランタノイド系列金属群の一連の配位子は、錯化したランタノイド系列元素の蛍光強度増幅のために分子設計されており、研究の主なねらいとするところは、配位子からランタノイド金属にエネルギーを如何に多く移動させることができるかに研究の主な点が置かれている。
我々が現在必要としている、共存する状態で、各存在量を検出し、必要に応じて分離して取り出すことについての技術は、未解決であるといわざるをえない。
However, these sensing technologies are currently left unsolved. Most of the inventions that use ligands of conventional lanthanoid series metal groups are inventions related to molecular design for use as a medical fluorescent probe. A typical example is as follows.
A metal complex is disclosed in which rare metals are coordinated to ethylenediaminetetracomplex acid and 5-formylsalicylic acid to produce three primary colors (Patent Document 6). This is a study on fluorescent color screening of metal complexes.
The calix [8] arene derivative, which is a host compound that shows selectivity for alkali metal ions, is europium (non-patent paper 1) and lanthanoid binuclear metals (europium neodymium, terbium neodymium, europium terbium) (non-patent paper 2). ) Has been reported to meet.
They study optical properties such as changes in fluorescence intensity due to energy transfer. In addition, β and γ cyclodextrin derivatives have been reported to form complexes with praseodymium at an association constant (log Ka) of 3.5 to 4.0. In these studies, the series of ligands of the above lanthanoid series metal group has been molecularly designed to amplify the fluorescence intensity of complexed lanthanoid series elements. The main aim of the research is coordination The main point of research is how much energy can be transferred from the child to the lanthanoid metal.
We have to say that the technology that we currently require is to detect each abundance in a coexisting state and to separate and extract it as necessary.

ランタノイド系列元素群は、途上国における著しい需要の拡大や、そもそも他の金属と比較して、金属自体が希少であり、代替性も著しく低く、その偏在性ゆえに特定の産出国への依存度が高いことに注目して、我が国の中長期的な安定供給確保が可能であるかということが、問題とされてきた。その結果、具体的な対策として、平成18年6月、資源エネルギー庁から報告された「非鉄金属資源の安定供給確保に向けた戦略」では、(1)探鉱開発の推進、(2)代替材料の開発等の課題のもとに解決手段が整理され、現在それぞれにおける具体的な対策が進められている。
この中にあっても、回収などに際して、ランタノイド系列金属群センシング技術は重要であると考えられるが、具体的な対策は設けられていないし、そのための準備もなされていない。
いずれにしても、ランタノイド系列金属群のランタノイド系金属イオンを選択的にセンシングしする配位子の設計及び利用に関する発明は、最も重要なテーマであり、次に必要となる分離する段階に移行することを可能にするための重要な基礎となるテーマである。
The lanthanoid group elements have a significant increase in demand in developing countries, and the metals themselves are scarce and have very low substitutability compared to other metals in the first place. Paying attention to the high price, the question has been whether Japan can secure a stable supply over the medium to long term. As a result, as specific measures, the “strategies for securing a stable supply of nonferrous metal resources” reported by the Agency for Natural Resources and Energy in June 2006 included (1) Promotion of exploration and development, (2) Alternative materials Solution methods are organized based on the development issues and specific measures are currently underway.
Even in this, lanthanoid series metal group sensing technology is considered important for recovery, but no specific measures have been provided and preparations have not been made.
In any case, the invention related to the design and use of a ligand that selectively senses lanthanoid metal ions of the lanthanoid series metal group is the most important theme, and the next step is to separate it. It is an important fundamental theme for making this possible.

特開2003−254958号公報JP 2003-254958 A 特表2010−501481号公報Special table 2010-501481 gazette 特開2009−215238号公報JP 2009-215238 A 特表2004−509075号公報Special table 2004-509075 gazette 特開2000−111480号公報JP 2000-111480 A 特開2009−292748号公報JP 2009-292748 A 特開2009−184996号公報JP 2009-184996 A 特許第3882029号明細書Japanese Patent No. 3882029

Chemical Reviews,1998,98,2495−2525.Chemical Reviews, 1998, 98, 2495-2525. Inorganic Chemistry,1993,32,3306−3311.Inorganic Chemistry, 1993, 32, 3306-311. Carbohydrate Research,2005,340, 131−138.Carbohydrate Research, 2005, 340, 131-138. Bull.Chem.Soc.Jpn.,1989,62,1674−1676.Bull. Chem. Soc. Jpn. 1989, 62, 1674-1676. J.Am.Chem.Soc.,1987,109,6371−6376.J. et al. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 6371-6376.

発明が解決しようとする課題は、資源制約を克服し、リサイクル型経済システム構築の見地から、ハイエンド部材産業で重要な役割を果たしている特定のランタノイド系列元素をセンシング(検知)する手段となる新規な材料及びその材料を利用する新規なセンシング方法を提供することにある。   The problem to be solved by the invention is to overcome the resource constraints and to be a new means for sensing specific lanthanoid series elements that play an important role in the high-end materials industry from the viewpoint of building a recycling-type economic system. The object is to provide a novel sensing method using the material and the material.

本発明者は、特定のランタノイド系列金属を検知できる材料及びこの利用方法を検討した。以下の二つのことを確認することにより、発明が解決しようとしている課題を解決できること本発明者らは見出した。
(1) 特定のランタノイド系列元素をセンシング(検知)する手段となる新規な材料の発明
カリックスアレーンを基体として合目的に化学修飾することにより得られる物質によりランタノイド系列金属を取り分けることできるであろうと考えた。
カリックス[4]アレーンの向かい合った2個の水酸基にプロピル基を結合させてクレフトの大きさを制御し、さらに一分子のボロンジピロメテン発光体をフェノールのパラ位に化学修飾させた配位子から成る新規な化合物である、カリックス[4]アレーンの4個の水酸基の形成するクレフトに注目し、新規化合物であるボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)を製造した。
(2) 新規な材料及びその材料を利用する新規なセンシング方法の発明
(a) 工程1 ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)の溶液中に、所定量のランタノイド系列希土類金属を含むMX(Mはランタノイド系列希土類金属を表す。Xはアセチルアセトナート基を表す)を添加してボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)の吸収スペクトルが、等吸収点を通って極大値が移行して吸収スペクトルは変化することを観察する工程 ディスプロニウムイオンについて吸収スペクトルを測定した(図2)。
(b) 工程2 工程1で作成した図より、このスペクトル変化から会合定数を算出する。
ディスプロニウムイオンが会合し、会合体の化学量論比が1:1であることを示しおり、
会合定数は、K=5.4×10であると算出した。
同様に他の所定量のランタノイド系列希土類金属の会合定数を算出する。
(c) 工程3 測定対象がランタノイド系列希土類金属のうちのどの希土類金属に該当するかを調べ、会合定数より希土類金属の濃度を決定する。
This inventor examined the material which can detect a specific lanthanoid series metal, and its utilization method. The present inventors have found that the problem to be solved by the invention can be solved by confirming the following two things.
(1) Invention of a novel material that can be used as a means for sensing a specific lanthanoid series element We believe that lanthanoid series metals can be separated by substances obtained by chemically modifying calixarene as a base. It was.
From a ligand in which a propyl group is bonded to two opposing hydroxyl groups of calix [4] arene to control the size of the cleft, and a single molecule of boron dipyrromethene phosphor is chemically modified at the para position of phenol. The novel compound, boron dipyrromethene-calix [4] arene (1), was produced by paying attention to the cleft formed by the four hydroxyl groups of calix [4] arene.
(2) Invention of novel material and novel sensing method using the material (a) Step 1 MX containing a predetermined amount of lanthanoid series rare earth metal in a solution of boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) 3 (M represents a lanthanoid series rare earth metal, X represents an acetylacetonate group) and the absorption spectrum of boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) has a maximum value through the isoabsorption point. Step of observing that the absorption spectrum changes after migration The absorption spectrum was measured for dyspronium ions (FIG. 2).
(B) Step 2 From the figure created in Step 1, the association constant is calculated from this spectrum change.
Indicating that the dyspronium ion is associated and the aggregate stoichiometry is 1: 1,
The association constant was calculated to be K = 5.4 × 10 7 .
Similarly, association constants of other predetermined amounts of lanthanoid series rare earth metals are calculated.
(C) Step 3 Which rare earth metal of the lanthanoid series rare earth metal corresponds to the measurement object is determined, and the concentration of the rare earth metal is determined from the association constant.

本発明により得られるカリックス[4]アレーン誘導体であるボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)を用いると、ランタノイド系列金属をセンシングすることができる。ハイエンド部材に使用されているランタノイド系列金属、特にディスプロニウムに対して高選択性を示す。これにより、ディスプロニウムの検知を行うことができる。希土類金属資源の乏しい我が国において、廃棄されたハイエンド部材中の希土類金属群のセンシングが可能となり、リサイクル業務の支援策に連携するので、資源制約を克服したリサイクル型経済システム構築に資する。   When the boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) which is a calix [4] arene derivative obtained by the present invention is used, a lanthanoid series metal can be sensed. It shows high selectivity for lanthanoid series metals used for high-end members, especially dyspronium. Thereby, detection of dyspronium can be performed. In Japan, where rare earth metal resources are scarce, it is possible to sense rare earth metals in discarded high-end components and cooperate with support measures for recycling operations, contributing to the construction of a recycling-type economic system that overcomes resource constraints.

比較対象化合物である5−(4−ヒドロキシフェニル)‐ボロンジピロメテン(4)は、25℃、ジメチルホルムアミド(DMF)中、濃度1.0×10−5Mで、505nmに極大吸収(λmax)を有する吸収スペクトルを示す。この溶液にランタノイド系金属の金属塩(MX、Xは、アセチルアセトナト(acac)官能基)を共存させても(〜3.0×10−4M)、化合物(4)の吸収スペクトルは全く変化せず、ランタノイド系金属とのセンシング相互作用は検知できなかったことを示す図である。The comparative compound, 5- (4-hydroxyphenyl) -boron dipyrromethene (4), has a maximum absorption (λmax) at 505 nm at a concentration of 1.0 × 10 −5 M in dimethylformamide (DMF) at 25 ° C. The absorption spectrum which has is shown. Even if a metal salt of lanthanoid metal (MX 3 , X is an acetylacetonato (acac) functional group) coexists in this solution (˜3.0 × 10 −4 M), the absorption spectrum of compound (4) is It is a figure which shows that it did not change at all, and the sensing interaction with a lanthanoid metal was not detected. 濃度1.0×10−5Mのボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)のDMF溶液に対して、25℃で、Dy(acac)の濃度が、2.0×10−6M、4.0×10−6M、6.0×10−6M、8.0×10−6M、1.0×10−5M、2.0×10−5M、となるように調整して、添加した。ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1))の吸収スペクトルは、等吸収点を通って極大波長が変化したことを示す図である。The concentration of Dy (acac) 3 is 2.0 × 10 −6 M at 25 ° C. with respect to a DMF solution of boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) having a concentration of 1.0 × 10 −5 M. 4.0 × 10 −6 M, 6.0 × 10 −6 M, 8.0 × 10 −6 M, 1.0 × 10 −5 M, 2.0 × 10 −5 M Adjusted and added. The absorption spectrum of boron dipyrromethene-calix [4] arene (1)) shows that the maximum wavelength has changed through the isosbestic point.

本発明に係るランタノイド系列金属の検知方法は、カリックス[4]アレーンの合目的な化学修飾による配位子を有する化合物の設計方法及びこの配位子によるランタノイド系列金属のセンシングする方法から成る。   The method for detecting a lanthanoid series metal according to the present invention comprises a method for designing a compound having a ligand by an appropriate chemical modification of calix [4] arene and a method for sensing a lanthanoid series metal using this ligand.

本発明のランタノイド系列金属配位子を検知する化合物である、ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)は、下記構造式(1)で示される新規化合物である。

Figure 2012082178
Boron dipyrromethene-calix [4] arene (1), which is a compound for detecting the lanthanoid series metal ligand of the present invention, is a novel compound represented by the following structural formula (1).
Figure 2012082178

上記ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)は、カリックス[4]アレーンの向かい合った2個の水酸基にプロピル基を結合させてクレフトの大きさを制御し、さらに一分子のボロンジピロメテン発光体をフェノールのパラ位に化学修飾させた配位子から成る新規な化合物である。この構造体は、ランタノイド系列希土類金属と反応する。ランタノイド系金属は、イットリウム(Yb)、ディスプロニウム(Dy)、テルビウム(Tb)、ガドリニウム(Gd)、ユーロピウム(Eu)、サマリウム(Sm)、セリウム(Ce)、ランタン(La)である。特に、ディスプロニウム(Dy)が反応しやすいとされる。   The boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) controls the size of the cleft by binding a propyl group to two opposing hydroxyl groups of the calix [4] arene, and further emits a single molecule of boron dipyrromethene. It is a novel compound consisting of a ligand whose body is chemically modified to the para position of phenol. This structure reacts with a lanthanoid series rare earth metal. The lanthanoid metals are yttrium (Yb), dyspronium (Dy), terbium (Tb), gadolinium (Gd), europium (Eu), samarium (Sm), cerium (Ce), and lanthanum (La). In particular, dyspronium (Dy) is likely to react.

このボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)は、前記ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)は以下の2工程より製造される。
製造工程1
ジピロメタン誘導体の合成方法
ピロールと、モノホルミルカリックスアレーンより、ジピロメタン誘導体を製造する。具体的には以下の通りである。
ピロールにモノホルミルカリックスアレーン(構造式2)を溶解し、アルゴン雰囲気、遮光した状態で、トリフロロ酢酸数滴を加えて、攪拌する。反応終了後塩化メチレンを加え、水酸化ナトリウム水溶液、次いで水により洗浄する。溶媒を減圧留去した後、カラムクロマトグラフにより精製を行って、ジピロメタン誘導体(構造式3)を得る。
The boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) is produced from the following two steps.
Manufacturing process 1
Synthesis method of dipyrromethane derivative A dipyrromethane derivative is produced from pyrrole and monoformylcalixarene. Specifically, it is as follows.
Dissolve monoformylcalixarene (Structural Formula 2) in pyrrole, add a few drops of trifluoroacetic acid in an argon atmosphere and shield from light, and stir. After completion of the reaction, methylene chloride is added and washed with an aqueous sodium hydroxide solution and then with water. After the solvent is distilled off under reduced pressure, purification is performed by column chromatography to obtain a dipyrromethane derivative (Structural Formula 3).

製造工程2
ジピロメタン誘導体と、トリフルオロホウ酸ジエチルエーテル錯体(DDQ)より、目的とするボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)を製造する。具体的には、以下の通りである。
モノジピロメタン−カリックス[4]アレーン(構造式3)を、乾燥トルエンに溶解し、トリフルオロホウ酸ジエチルエーテル錯体(DDQ)を加えて攪拌する。トリエチルアミンとトリフルオロホウ酸ジエチルエーテル錯体を加え、さらに45分攪拌した。反応混合物に塩化メチレンを加え、有機層を水で2回洗浄した。無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、溶媒を減圧留去し、カラムクロマトグラフ法(シリカゲル、塩化メチレン)で精製を行った。さらに、クロロホルムに溶解し、ヘキサンを加えて再沈殿を行った後、メタノールで洗浄を行い、橙色の粉末としてボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)(構造式1)を得る。
Manufacturing process 2
The desired boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) is produced from the dipyrromethane derivative and trifluoroboric acid diethyl ether complex (DDQ). Specifically, it is as follows.
Monodipyromethane-calix [4] arene (Structural Formula 3) is dissolved in dry toluene, and trifluoroboric acid diethyl ether complex (DDQ) is added and stirred. Triethylamine and trifluoroboric acid diethyl ether complex were added, and the mixture was further stirred for 45 minutes. Methylene chloride was added to the reaction mixture, and the organic layer was washed twice with water. After drying over anhydrous sodium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure, and purification was performed by column chromatography (silica gel, methylene chloride). Furthermore, after dissolving in chloroform and reprecipitating by adding hexane, washing with methanol is performed to obtain boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) (Structural Formula 1) as an orange powder.

製造工程1及び2を示すと以下の通りである。

Figure 2012082178
Manufacturing steps 1 and 2 are as follows.
Figure 2012082178

ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)を用いる、ランタノイド系金属(M)のセンシングは以下のとおりである。
センシングの対象とするランタノイド系金属(M)は以下の通りである。イットリウム(Yb)、ディスプロニウム(Dy)、テルビウム(Tb)、ガドリニウム(Gd)、ユーロピウム(Eu)、サマリウム(Sm)、セリウム(Ce)、ランタン(La)である。
中でも、ディスプロニウム(Dy)は最も良好にセンシングができる。
Sensing of the lanthanoid metal (M) using boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) is as follows.
The lanthanoid metal (M) to be sensed is as follows. Yttrium (Yb), dyspronium (Dy), terbium (Tb), gadolinium (Gd), europium (Eu), samarium (Sm), cerium (Ce), and lanthanum (La).
Among them, dyspronium (Dy) can be most satisfactorily sensed.

ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)を用いる、添加量に応じて変化するランタノイド系金属(M)の吸収スペクトルの測定は以下のようにして行う。
図2にその内容を示す。
(1) ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)について、25℃、ジメチルホルムアミド(DMF)中、Dy(acac)の濃度が0の場合には、極大吸収(λmax)の吸収スペクトルのピークは500nmで測定される。この場合に他のピークは測定されない。
(2) 次に、Dy(acac)の濃度が、2.0×10−6Mの場合には、前記の500nmでの極大吸収(λmax)の吸収スペクトルのピークは低下し始めて、次に490nm付近に次の吸収スペクトルの形成が見られる。ピークとピークの間には等吸収点が介在する。また600nm付近にピークが観測されれる。この場合もピークとピークの間には等吸収点が介在する。
(3) Dy(acac)の濃度が、4.0×10−6Mの場合には、前記の500nmでの極大吸収(λmax)の吸収スペクトルのピークは更に低下し、次に490nm付近に次の吸収スペクトルの形成が見られる。この段階で500nmでの極大吸収(λmax)の吸収スペクトルのピークは更に低下し、次に490nm付近のピークは上昇し、ほぼ同じ程度の吸収スペクトルの形成が見られる。ピークとピークの間には等吸収点が介在する。また600nm付近のピークも上昇する。
(4) Dy(acac)の濃度が、6.0×10−6Mの場合には、前記の500nmでの極大吸収(λmax)の吸収スペクトルのピークは更に低下し、次に490nm付近に次の吸収スペクトルの形成が見られる。この段階で500nmでの吸収スペクトルのピークは更に低下し、次に490nm付近のピークはさらに上昇し、次に490nm付近のピークの吸収スペクトルは極大吸収(λmax)の吸収スペクトルとなる。ピークとピークの間には等吸収点が介在する。また600nm付近のピークも更に上昇する。
(5) Dy(acac)の濃度が8.0×10−6M、1.0×10−5M、2.0×10−5Mと変化するにつれて、従来の傾向は一層顕著となり、終には500nmでの吸収スペクトルは消滅し、490nm付近のピークの吸収スペクトルは極大吸収(λmax)が顕著に増加する。ピークとピークの間には等吸収点が介在する。また600nm付近のピークも更に上昇するものの、490nm付近のピークの吸収スペクトルは極大吸収(λmax)を超えることはない。
The absorption spectrum of the lanthanoid metal (M), which varies depending on the addition amount, using boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) is measured as follows.
The contents are shown in FIG.
(1) For boron dipyrromethene-calix [4] arene (1), when the concentration of Dy (acac) 3 is 0 in dimethylformamide (DMF) at 25 ° C., the absorption spectrum of the maximum absorption (λmax) The peak is measured at 500 nm. In this case, no other peak is measured.
(2) Next, when the concentration of Dy (acac) 3 is 2.0 × 10 −6 M, the peak of the absorption spectrum of the maximum absorption (λmax) at 500 nm starts to decrease, and then The following absorption spectrum is formed around 490 nm. An isosbestic point is interposed between the peaks. A peak is observed near 600 nm. Also in this case, an isosbestic point is interposed between the peaks.
(3) In the case where the concentration of Dy (acac) 3 is 4.0 × 10 −6 M, the peak of the absorption spectrum of the maximum absorption (λmax) at 500 nm is further lowered, and then it is around 490 nm. The following absorption spectrum formation is observed. At this stage, the peak of the absorption spectrum of the maximum absorption (λmax) at 500 nm further decreases, and then the peak near 490 nm increases, and almost the same absorption spectrum is formed. An isosbestic point is interposed between the peaks. The peak near 600 nm also increases.
(4) In the case where the concentration of Dy (acac) 3 is 6.0 × 10 −6 M, the peak of the absorption spectrum of the maximum absorption (λmax) at 500 nm is further lowered, and next, it is around 490 nm. The following absorption spectrum formation is observed. At this stage, the peak of the absorption spectrum at 500 nm further decreases, then the peak near 490 nm further increases, and then the absorption spectrum of the peak near 490 nm becomes the absorption spectrum of the maximum absorption (λmax). An isosbestic point is interposed between the peaks. In addition, the peak near 600 nm is further increased.
(5) As the concentration of Dy (acac) 3 changes to 8.0 × 10 −6 M, 1.0 × 10 −5 M, and 2.0 × 10 −5 M, the conventional tendency becomes more prominent. Eventually, the absorption spectrum at 500 nm disappears, and the maximum absorption (λmax) increases remarkably in the absorption spectrum of the peak near 490 nm. An isosbestic point is interposed between the peaks. Although the peak near 600 nm further increases, the absorption spectrum of the peak near 490 nm does not exceed the maximum absorption (λmax).

センシングの工程は、以下の工程1から3により行う。   The sensing process is performed by the following processes 1 to 3.

a 工程1
ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)の溶液中に、所定量のランタノイド系列希土類金属を含むMX(Mはランタノイド系列希土類金属を表す。Xはアセチルアセトナート基を表す)を添加してボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)の吸収スペクトルが、等吸収点を通って極大値が移行して吸収スペクトルの変化を測定する工程。
ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)の溶液に、ランタノイド系金属の金属塩(MX、Mはランタノイド系金属を表す。Xはアセチルアセトナート(acac)を表す)の濃度を変えて(たとえば、前記したように、25℃で、Dy(acac)の濃度が、2.0×10−6M、4.0×10−6M、6.0×10−6M、8.0×10−6M、1.0×10−5M、2.0×10−5M、となるように調整する)、前記ランタノイド系金属の金属塩((MX、Mはランタノイド系金属を表す。Xはアセチルアセトナート(acac)を表す))とボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)が反応することにより、ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)の吸収スペクトルは等吸収点を通り変化することが観察できる(図2)。
具体的な内容については、前に述べたとおりである。
a Step 1
To a solution of boron dipyrromethene-calix [4] arene (1), MX 3 containing a predetermined amount of a lanthanoid series rare earth metal (M represents a lanthanoid series rare earth metal, X represents an acetylacetonate group) is added. The step of measuring the change in the absorption spectrum of the absorption spectrum of boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) through which the maximum value passes through the isoabsorption point.
In a solution of boron dipyrromethene-calix [4] arene (1), the concentration of a metal salt of a lanthanoid metal (MX 3 , M represents a lanthanoid metal, X represents acetylacetonate (acac)) is changed. (For example, as described above, at 25 ° C., the concentration of Dy (acac) 3 is 2.0 × 10 −6 M, 4.0 × 10 −6 M, 6.0 × 10 −6 M, 8. 0 × 10 −6 M, 1.0 × 10 −5 M, 2.0 × 10 −5 M), and the metal salt of the lanthanoid metal ((MX 3 , M is a lanthanoid metal) X represents acetylacetonate (acac))) and boron dipyrromethene-calix [4] arene (1), and the absorption spectrum of boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) is Isospiration Can be observed that the changes through the point (Fig. 2).
The specific contents are as described above.

b 工程2
図2の表を観察すると、ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1))とディスプロニウムイオンが会合し、会合体の化学量論比が1:1であることを示していることがわる。このスペクトル変化をもとに会合定数を算出する。
会合定数については以下のとおりである。
の反応式において会合定数Kaは以下の式で求められる値とする。

Figure 2012082178
Figure 2012082178
ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)とランタノイド系金属群との会合定数の算出方法の手順を示すと以下のとおりである。
会合定数は、ボロンジピロメテン−カリックスアレーン(1)(=[A])の吸収スペクトルが、共存金属イオン(=[B])の濃度を変化させることにより等吸収点を通って変化することから下式より求めた。
Figure 2012082178
Figure 2012082178
Figure 2012082178
Figure 2012082178

式中、OD0、DOcomp、及びODは以下のとおりである。
OD0:ボロンジピロメテンーカリックスアレーン(1)の初期の吸光度
DOcomp:飽和した時の吸光度
OD:共存金属イオンを濃度変化させたときの吸光度

図2の場合の会合定数は、K=5.4×10であると算出した。吸収スペクトル測定には、株式会社島津製作所製、UV−3101PCを使用できる。
同様にしてボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)とランタノイド系金属群との会合定数の算出結果を以下の表1にまとめた。
Figure 2012082178
b Step 2
Observing the table of FIG. 2 indicates that boron dipyrromethene-calix [4] arene (1)) and dyspronium ions are associated with a stoichiometric ratio of 1: 1. Wow. The association constant is calculated based on this spectral change.
The association constant is as follows.
In this reaction formula, the association constant Ka is a value determined by the following formula.
Figure 2012082178
Figure 2012082178
The procedure for calculating the association constant between the boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) and the lanthanoid metal group is as follows.
The association constant is that the absorption spectrum of boron dipyrromethene-calixarene (1) (= [A]) changes through the isoabsorption point by changing the concentration of the coexisting metal ion (= [B]). Obtained from the following equation.
Figure 2012082178
Figure 2012082178
Figure 2012082178
Figure 2012082178

In the formula, OD 0, DO comp , and OD are as follows.
OD 0 : initial absorbance of boron dipyrromethene calixarene (1)
DO comp : Absorbance when saturated
OD: Absorbance when the concentration of coexisting metal ions is changed

The association constant in the case of FIG. 2 was calculated to be K = 5.4 × 10 7 . For the absorption spectrum measurement, UV-3101PC manufactured by Shimadzu Corporation can be used.
Similarly, calculation results of association constants of boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) and the lanthanoid metal group are summarized in Table 1 below.
Figure 2012082178

c 工程3
測定対象である未知試料の濃度変化に応じて吸収スペクトルを測定して対象となる会合定数を算出する。
なお、表1に示すDy(ディスプロニウム)は高選択性を示している。
c Step 3
The absorption constant is measured according to the concentration change of the unknown sample to be measured, and the association constant to be measured is calculated.
In addition, Dy (Dyspronium) shown in Table 1 shows high selectivity.

廃棄されたハイエンド部材中のランタノイド系レアメタルは、センシングに際して、金属塩(MX)(Xはアセチルアセトナートを表す)の状態になっているときには、そのまま用いることができる。この状態にないときには、予めアセトナートの状態としておくことが必要である。レアメタルの錯化は、弱塩基性条件下、アセチルアセトンのアルコール溶液、DMF溶液、アセトン溶液を添加することで可能となる。 The lanthanoid rare metal in the discarded high-end member can be used as it is when it is in a metal salt (MX 3 ) (X represents acetylacetonate) state during sensing. When it is not in this state, it is necessary to be in an acetonate state in advance. Rare metal complexation is possible by adding an alcohol solution of acetylacetone, a DMF solution, or an acetone solution under weakly basic conditions.

以下に本発明を実施例により詳細に説明する。本発明はこれに限定されれるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. The present invention is not limited to this.

ジピロメタン誘導体(3)の合成方法
ピロール15g(0.22mmol)にモノホルミルカリックスアレーン(1.6g,2.5mmol)を溶解し、アルゴン雰囲気、遮光下トリフロロ酢酸数滴を加え30分間攪拌した。反応終了後、塩化メチレン100mlを加え、水酸化ナトリウム水溶液、次いで純水で洗浄した。溶媒を減圧留去した後、カラムクロマトグラフ(SilicagelCHCl:CHCOEt:EtN=90:10:1)により精製を行ってジピロメタン誘導体(前記の構造式3)(1.8g,92%)を得た。
Method for synthesizing dipyrromethane derivative (3) Monoformylcalixarene (1.6 g, 2.5 mmol) was dissolved in 15 g (0.22 mmol) of pyrrole, and several drops of trifluoroacetic acid were added in an argon atmosphere and protected from light, followed by stirring for 30 minutes. After completion of the reaction, 100 ml of methylene chloride was added and washed with an aqueous sodium hydroxide solution and then with pure water. After the solvent was distilled off under reduced pressure, purification was performed by column chromatography (Silicagel CH 2 Cl 2 : CH 3 CO 2 Et: Et 3 N = 90: 10: 1) to obtain a dipyrromethane derivative (the above structural formula 3) (1. 8 g, 92%).

ジピロメタン誘導体の物性は以下の通りである。
mp:140−142°C
H−NMR(CDCl)d1.32(6H,t,J=7.4Hz,OCHCHCH),2.03−2.11(4H,m,OCHCHCH),3.31,3.35,4.28,4.33(each2H,d,J=12.9Hz,Ar−CH−Ar),3.97(4H,t,J=6.3Hz,OCHCHCH),5.35(1H,s,Ar−CH−(pyrrole)),5.95(2H,bs,pyrrole−H),6.16(2H,m,Ar),6.25(2H,d,J=1.6Hz,pyrrole−H),6.65(2H,d,J=1.3Hz,pyrrole−H),6.77(1H,t,J=7.4Hz,Ar),6.79−6.82(2H,m,Ar),6.86(2H,d,J=7.7Hz,Ar),6.87(2H,s,Ar),6.96,7.07(each2H,d,J=7.4Hz,Ar)7.84(2H,bs,pyrrole−NH),8.46,8.49(each1H,s,OH)
massspectrum(FAB)m/z652(M
elemental analysis,calcs for C4344・1/3HO:C,78.39%;H,6.83%;N,4.25%.
Found:C,78.54%;H,6.83%;N,3.96%.
The physical properties of the dipyrromethane derivative are as follows.
mp: 140-142 ° C
1 H-NMR (CDCl 3 ) d 1.32 (6H, t, J = 7.4 Hz, OCH 2 CH 2 CH 3 ), 2.03-2.11 (4H, m, OCH 2 CH 2 CH 3 ), 3.31, 3.35, 4.28, 4.33 (each 2H, d, J = 12.9 Hz, Ar—CH 2 —Ar), 3.97 (4H, t, J = 6.3 Hz, OCH 2 CH 2 CH 3), 5.35 ( 1H, s, Ar-CH- (pyrrole) 2), 5.95 (2H, bs, pyrrole-H), 6.16 (2H, m, Ar), 6. 25 (2H, d, J = 1.6 Hz, pyrole-H), 6.65 (2H, d, J = 1.3 Hz, pyrole-H), 6.77 (1H, t, J = 7.4 Hz, Ar), 6.79-6.82 (2H, m, Ar), 6.86 (2H, d, J = .7 Hz, Ar), 6.87 (2H, s, Ar), 6.96, 7.07 (each 2H, d, J = 7.4 Hz, Ar) 7.84 (2H, bs, pyrolele-NH), 8.46, 8.49 (each1H, s, OH)
massspectrum (FAB) m / z 652 (M + )
elemental analysis, calcs for C 43 H 44 N 2 O 4 · 1 / 3H 2 O: C, 78.39%; H, 6.83%; N, 4.25%.
Found: C, 78.54%; H, 6.83%; N, 3.96%.

ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)の合成方法
ジピロメタン誘導体(前記の構造式3)(1.1g,1.7mmol)を、乾燥トルエンに溶解し、トリフルオロホウ酸ジエチルエーテル錯体(DDQ)0.40g(1.7mmol)を加えて20分間攪拌した。トリエチルアミン1.7mL(12mmol)とトリフルオロホウ酸ジエチルエーテル錯体1.5mL(12mmol)を加え、さらに45分攪拌した。反応混合物に塩化メチレンを加え、有機層を水で2回洗浄した。無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、溶媒を減圧留去し、カラムクロマトグラフ法(シリカゲル、塩化メチレン)で精製を行った。さらに、クロロホルムに溶解し、ヘキサンを加えて再沈殿を行った後、メタノールで洗浄を行い、ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)(構造式(1))を橙色の粉末としてを0.45g(43%)を得た。
Method for synthesizing boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) A dipyrromethane derivative (formula 3 above) (1.1 g, 1.7 mmol) is dissolved in dry toluene, and trifluoroboric acid diethyl ether complex (DDQ ) 0.40 g (1.7 mmol) was added and stirred for 20 minutes. 1.7 mL (12 mmol) of triethylamine and 1.5 mL (12 mmol) of trifluoroboric acid diethyl ether complex were added, and the mixture was further stirred for 45 minutes. Methylene chloride was added to the reaction mixture, and the organic layer was washed twice with water. After drying over anhydrous sodium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure, and purification was performed by column chromatography (silica gel, methylene chloride). Furthermore, after dissolving in chloroform and reprecipitating by adding hexane, washing with methanol was performed to obtain boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) (structural formula (1)) as an orange powder. Obtained .45 g (43%).

ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)の物性
mp:290°C(decomp.)
H−NMR(CDCl)d1.36(6H,t,J=7.4Hz,OCHCHCH),2.08−2.15(4H,m,OCHCHCH),3.42,3.47,4.34,4.39(each2H,d,J=12.9,13.2Hz,Ar−CH−Ar),4.01,4.02(each2H,t,J=6.2Hz,OCHCHCH),6.55(2H,d,J=1.7Hz,pyrrole−H),6.66(1H,t,J=7.4Hz,Ar),6.85(2H,d,J=7.5Hz,Ar),6.96−7.03(6H,m,pyrrole−H,Ar),7.08(2H,d,J=7.4Hz,Ar),7.35(2H,s,Ar),7.90(2H,bs,pyrrole−H),8.48,9.19(each1H,s,OH)
mass spectrum(FAB)m/z698(M
elemental analysis,calcsforC4341BF:C,73.93%;H,5.92%;N,4.01%.
Found:C,74.15%;H,5.83%;N,3.68%.
Physical properties of boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) mp: 290 ° C. (decomp.)
1 H-NMR (CDCl 3 ) d 1.36 (6H, t, J = 7.4 Hz, OCH 2 CH 2 CH 3 ), 2.08-2.15 (4H, m, OCH 2 CH 2 CH 3 ), 3.42, 3.47, 4.34, 4.39 (each 2H, d, J = 12.9, 13.2 Hz, Ar—CH 2 —Ar), 4.01, 4.02 (each 2H, t, J = 6.2 Hz, OCH 2 CH 2 CH 3 ), 6.55 (2H, d, J = 1.7 Hz, pyrrole-H), 6.66 (1H, t, J = 7.4 Hz, Ar), 6.85 (2H, d, J = 7.5 Hz, Ar), 6.96-7.03 (6H, m, polarle-H, Ar), 7.08 (2H, d, J = 7.4 Hz, Ar), 7.35 (2H, s, Ar), 7.90 (2H, bs, pyrolele-H), 8. 8,9.19 (each1H, s, OH)
mass spectrum (FAB) m / z 698 (M + )
elemental analysis, calcsforC 43 H 41 BF 2 N 2 O 4: C, 73.93%; H, 5.92%; N, 4.01%.
Found: C, 74.15%; H, 5.83%; N, 3.68%.

ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)について、ディスプロニウムイオンに対してセンシングを示す状態は以下の通りである。
濃度1.0×10−5Mのボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)のDMF溶液に、25℃で、Dy(acac)の濃度が、2.0×10−6M、4.0×10−6M、6.0×10−6M、8.0×10−6M、1.0×10−5M、2.0×10−5M、となるように調整した。化合物(1)の吸収スペクトルは、等吸収点を通って変化した(図2)。これは、化合物(1)とディスプロニウムイオンが会合し、会合体の化学量論比が1:1であること示す。このスペクトル変化から会合定数(K=5.4×10)を算出した。吸収スペクトル測定には、島津社製、UV−3101PCを使用した。
ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)とランタノイド系金属群との会合定数の算出結果を表1(前述)にまとめた。本発明は、Dy(ディスプロニウム)に対して高選択性を示している。
About boron dipyrromethene-calix [4] arene (1), the state which shows sensing with respect to a dyspronium ion is as follows.
In a DMF solution of boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) having a concentration of 1.0 × 10 −5 M at 25 ° C., the concentration of Dy (acac) 3 is 2.0 × 10 −6 M, 4 0.0 × 10 −6 M, 6.0 × 10 −6 M, 8.0 × 10 −6 M, 1.0 × 10 −5 M, 2.0 × 10 −5 M . The absorption spectrum of compound (1) changed through the isosbestic point (FIG. 2). This indicates that the compound (1) and dyspronium ion are associated, and the stoichiometric ratio of the aggregate is 1: 1. The association constant (K = 5.4 × 10 7 ) was calculated from this spectrum change. Shimadzu UV-3101PC was used for the absorption spectrum measurement.
The calculation results of the association constants of boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) and the lanthanoid metal group are summarized in Table 1 (described above). The present invention shows high selectivity for Dy (Dyspronium).

比較例
本発明のランタノイド系列金属配位子の比較対象化合物は、5−(4−ヒドロキシフェニル)‐ボロンジピロメテン(下記構造式(4)で示される化合物)を用いる。
5−(4−ヒドロキシフェニル)‐ボロンジピロメテンは以下の2工程によって製造される。
(1) 5−(4−ヒドロキシフェニル)ジピロメタン(5)の合成
(2) 5−(4−ヒドロキシフェニル)‐ボロンジピロメテン(4)の合成

Figure 2012082178
Comparative Example 5- (4-hydroxyphenyl) -boron dipyrromethene (compound represented by the following structural formula (4)) is used as a comparative compound of the lanthanoid series metal ligand of the present invention.
5- (4-Hydroxyphenyl) -boron dipyrromethene is produced by the following two steps.
(1) Synthesis of 5- (4-hydroxyphenyl) dipyrromethane (5) (2) Synthesis of 5- (4-hydroxyphenyl) -boron dipyrromethene (4)
Figure 2012082178

5−(4−ヒドロキシフェニル)‐ボロンジピロメテン(下記構造式(4)で示される化合物)は、以下のようにして製造できる。

Figure 2012082178

具体的には以下の通りである。
(1) 5−(4−ヒドロキシフェニル)ジピロメタン(5)の合成
p−ヒドロキシベンズアルデヒド1.2g(10mmol)をピロール25g(0.37mol)に溶解し、アルゴン雰囲気下15分間攪拌した。反応容器を遮光し、触媒量のトリフルオロ酢酸を加え、さらに30分攪拌した。トリエチルアミン2mlを加え、反応を停止しポンプで過剰のピロールを留去した。残さをカラムクロマトグラフ法(シリカゲル、塩化メチレン−酢酸エチル−トリエチルアミン90:10:1)で精製を行った。ポンプを用いて溶媒を留去して5−(4−ヒドロキシフェニル)ジピロメタン(5)を1.9g(81%)を得た。
5−(4−ヒドロキシフェニル)ジピロメタン(5)の物性は以下の通りである。
mp128−129°C
H−NMR(CDCl)d4.69(1H,bs,OH),5.42(1H,s,Ar−CH−(pyrrole)),5.91(2H,m,pyrrole−H),6.15(2H,q,pyrrole−H),6.69(2H,q,pyrrole−H),6.76(2H,d,J=8.8Hz,Ar−H),7.08(2H,d,J=8.8Hz,Ar−H),7.92(2H,bs,NH);
mass spectrum(FAB)m/z238(M
Precise Mass m/z238.1095(C1514O238.1106)
elemental analysis,calcs forC1514O:C,75.61%;H,5.92%;N,11.76%.
Found:C,75.62%;H,5.88%;N,11.68%.
(2) 5−(4−ヒドロキシフェニル)‐ボロンジピロメテン(4)の合成
5−(4−ヒドロキシフェニル)ジピロメタン(5)1.2g(5.2mmol)を乾燥トルエン50mlに溶解しアルゴン雰囲気下10分間攪拌した。この溶液にDDQ1.2g(5.2mmol)加え、20分間攪拌を続けた。トリエチルアミン5.1ml、トリフルオロボランジエチルエーテル錯体4.5mlを加え、さらに45分間攪拌を続けた。この反応溶液に塩化メチレンを100ml加え、水で洗浄し、溶媒を減圧留去した。残さをカラムクロマトグラフ法(シリカゲル、塩化メチレン)で2度精製を行った。ヘキサンで再沈殿を行いオレンジ色の粉末として化合物(4)を500mg(42%)得た。
5−(4−ヒドロキシフェニル)‐ボロンジピロメテン(4)の物性
mp176−178°C
H−NMR(CDCl)d5.40(1H,bs,OH),6.55(2H,d,J=4.0Hz,pyrrole−H),6.99(2H,d,J=8.4Hz,Ar−H),7.49(2H,d,J=8.4Hz,Ar−H),7.93(2H,bs,pyrrole−H)
mass spectrum(FAB)m/z284(M
PreciseMassm/z284.0929(C1512BFO284.0932)
比較例2 5- (4-hydroxyphenyl) -boron dipyrromethene (a compound represented by the following structural formula (4)) can be produced as follows.
Figure 2012082178

Specifically, it is as follows.
(1) Synthesis of 5- (4-hydroxyphenyl) dipyrromethane (5) 1.2 g (10 mmol) of p-hydroxybenzaldehyde was dissolved in 25 g (0.37 mol) of pyrrole and stirred for 15 minutes in an argon atmosphere. The reaction vessel was shielded from light, a catalytic amount of trifluoroacetic acid was added, and the mixture was further stirred for 30 minutes. 2 ml of triethylamine was added to stop the reaction, and excess pyrrole was distilled off with a pump. The residue was purified by column chromatography (silica gel, methylene chloride-ethyl acetate-triethylamine 90: 10: 1). The solvent was distilled off using a pump to obtain 1.9 g (81%) of 5- (4-hydroxyphenyl) dipyrromethane (5).
The physical properties of 5- (4-hydroxyphenyl) dipyromethane (5) are as follows.
mp128-129 ° C
1 H-NMR (CDCl 3 ) d 4.69 (1H, bs, OH), 5.42 (1H, s, Ar—CH— (pyrrole) 2 ), 5.91 (2H, m, pyrorole-H), 6.15 (2H, q, pyrrole-H), 6.69 (2H, q, pyrrole-H), 6.76 (2H, d, J = 8.8 Hz, Ar-H), 7.08 (2H , D, J = 8.8 Hz, Ar-H), 7.92 (2H, bs, NH);
mass spectrum (FAB) m / z 238 (M + )
Precision Mass m / z 238.195 (C 15 H 14 N 2 O 238.1106)
elemental analysis, calcs forC 15 H 14 N 2 O: C, 75.61%; H, 5.92%; N, 11.76%.
Found: C, 75.62%; H, 5.88%; N, 11.68%.
(2) Synthesis of 5- (4-hydroxyphenyl) -boron dipyrromethene (4) 1.2 g (5.2 mmol) of 5- (4-hydroxyphenyl) dipyrromethane (5) was dissolved in 50 ml of dry toluene under an argon atmosphere. Stir for 10 minutes. DDQ 1.2g (5.2mmol) was added to this solution, and stirring was continued for 20 minutes. Triethylamine (5.1 ml) and trifluoroborane diethyl ether complex (4.5 ml) were added, and stirring was further continued for 45 minutes. 100 ml of methylene chloride was added to the reaction solution, washed with water, and the solvent was distilled off under reduced pressure. The residue was purified twice by column chromatography (silica gel, methylene chloride). Reprecipitation was performed with hexane to obtain 500 mg (42%) of Compound (4) as an orange powder.
Properties of 5- (4-hydroxyphenyl) -boron dipyrromethene (4) mp 176-178 ° C
1 H-NMR (CDCl 3 ) d 5.40 (1H, bs, OH), 6.55 (2H, d, J = 4.0 Hz, pyrrole-H), 6.99 (2H, d, J = 8. 4 Hz, Ar-H), 7.49 (2H, d, J = 8.4 Hz, Ar-H), 7.93 (2H, bs, pyrole-H)
mass spectrum (FAB) m / z 284 (M + )
PreciseMassm / z284.0929 (C 15 H 12 BF 2 N 2 O284.0932)
Comparative Example 2

比較対象化合物である5−(4−ヒドロキシフェニル)‐ボロンジピロメテンではランタノイド系金属の金属塩に対してセンシング作用を示さないことを示す事実は以下の通りである。
比較対象化合物である5−(4−ヒドロキシフェニル)‐ボロンジピロメテン(4)は、25℃、ジメチルホルムアミド(DMF)中、濃度1.0×10−5Mで、505nmに極大吸収(λmax)を有する吸収スペクトルを示した。この溶液にランタノイド系金属の金属塩(MX、Xは、アセチルアセトナート基を示す)を共存させても(〜3.0×10−4M)、化合物(4)の吸収スペクトルは全く変化せずレアメタルとのセンシング相互作用は検知できなかった(図1)。
The fact that 5- (4-hydroxyphenyl) -boron dipyrromethene, which is a comparative object compound, does not show a sensing action with respect to a metal salt of a lanthanoid metal is as follows.
The comparative compound, 5- (4-hydroxyphenyl) -boron dipyrromethene (4), has a maximum absorption (λmax) at 505 nm at a concentration of 1.0 × 10 −5 M in dimethylformamide (DMF) at 25 ° C. An absorption spectrum having Even when a metal salt of a lanthanoid metal (MX 3 , X represents an acetylacetonate group) coexists in this solution (˜3.0 × 10 −4 M), the absorption spectrum of the compound (4) is completely changed. No sensing interaction with rare metals could be detected (Fig. 1).

ランタノイド系列金属群のランタノイド系金属イオンを選択的にセンシングし、分離することを可能にする配位子の設計に新たな提案を行い、これらの方法を追求することにより、問題の解決に近づけることができる。また、ランタノイド系金属イオンの分離回収が可能となる方法につなげることも期待できる。   Make new proposals for ligand design that enables selective sensing and separation of lanthanoid metal ions from lanthanoid series metal groups, and by pursuing these methods, approach the solution of the problem Can do. In addition, it can be expected to be connected to a method that enables separation and recovery of lanthanoid metal ions.

Claims (4)

ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)。
Figure 2012082178
Boron dipyrromethene-calix [4] arene (1).
Figure 2012082178
ピロールとモノホルミルカリックスアレーン(構造式(2))より、モノジピロメタン−カリックス[4]アレーン(構造式(3))を製造し、次にモノジピロメタン−カリックス[4]アレーン(構造式(3))とトリフルオロホウ酸ジエチルエーテル錯体(DDQ)より、ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)(構造式(1))を製造することを特徴とするボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)の製造方法。
Figure 2012082178
Monodipyrromethane-calix [4] arene (structural formula (3)) is produced from pyrrole and monoformylcalixarene (structural formula (2)), and then monodipyrromethane-calix [4] arene (structural formula (3)) Boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) (Structure (1)) is produced from a trifluoroboric acid diethyl ether complex (DDQ). ) Manufacturing method.
Figure 2012082178
アルカリ金属イオンあるいはアルカリ土類金属イオンが存在するボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)の溶液に、ランタノイド系列希土類金属であるMX(Mはランタノイド系列希土類金属を表す。Xはアセチルアセトナート基を表す)を添加することにより、ボロンジピロメテン−カリックス[4]アレーン(1)の吸収スペクトルを算出し、この吸収スペクトルより会合定数を算出しておき、未知試料についても同様にして会合定数を算出し、これをもとに、未知試料の濃度を算出することを特徴とするランタノイド系列希土類金属のセンシング方法。 In a solution of boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) in which an alkali metal ion or an alkaline earth metal ion is present, MX 3 which is a lanthanoid series rare earth metal (M represents a lanthanoid series rare earth metal. X represents acetylacetate. The absorption spectrum of boron dipyrromethene-calix [4] arene (1) is calculated by adding (representing a nate group), and the association constant is calculated from this absorption spectrum. A method for sensing a lanthanoid series rare earth metal, comprising calculating a constant and calculating a concentration of an unknown sample based on the constant. 請求項3記載のランタノイド系列希土類金属は、ディスプロニウムであることを特徴とするディスプロニウムのセンシング方法。   4. The dyspronium sensing method according to claim 3, wherein the lanthanoid series rare earth metal is dyspronium.
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