JP2018154577A - 水溶性ワープドナノグラフェン化合物及びその用途 - Google Patents

Abstract

【課題】新規なワープドナノグラフェン化合物及びその用途の提供。【解決手段】式（１）で表される水溶性ワープドナノグラフェン化合物。［Ｒは各々独立にＨ又は置換基、Ｒの少なくとも１つは親水基；Ｒ’は各々独立にＨ又は置換基；ｎは各々独立に０〜２の整数］【効果】前記化合物は水及びＤＭＳＯへの良好な溶解性及び適度な蛍光収率を有する。【選択図】なし

Description

本発明は、水溶性ワープドナノグラフェン化合物及びその用途に関する。

これまで、高機能ナノカーボンとして、フラーレン（球状）、カーボンナノチューブ（筒状）、グラフェン（シート状）などが報告されており、これらはいずれも様々な分野で応用されている。しかしながら、例えばナノグラフェンは溶媒中で凝集しやすい等、それぞれ取扱いしにくい問題点も有する。

本発明者らは、これらのナノカーボンとは異なる「第４のナノカーボン」として、Ｃ_８０Ｈ_３０で表されるワープドナノグラフェン（ＷＮＧ）の合成に成功した（非特許文献１参照）。ワープドナノグラフェンは、フラーレン、カーボンナノチューブ、及びグラフェンとは異なり、下記に示す通り、５つの七角形構造に由来する「うねり」（湾曲）構造を有するナノカーボンである。

ワープドナノグラフェンは、有機溶媒への溶解性に優れる、電子を繰り返し出し入れが可能である、光を効率的に吸収して緑色の蛍光を放つ、などの平面シート状のグラフェンとは明らかに異なる優れた特徴を有しており、バイオイメージング材料や有機半導体材料などへの応用が期待されている。しかしながら、ワープドナノグラフェンは有機溶媒には溶解しやすいものの、水への溶解性を示さないことから、水溶性が要求される用途に活用することが困難である。

また、最近では、ワープドナノグラフェンの生成メカニズムの解明や、合成中間体の結晶に新たなスタッキング様式が発見されるなど、ワープドナノグラフェン誘導体の研究も進められている（例えば、下記非特許文献２参照）。

Ｎａｔ．Ｃｈｅｍ．，２０１３，５，７３９−７４４ Ｃｈｅｍ．Ａｓｉａｎ．Ｊ．，２０１５，１０，１６３５−１６３９

本発明は、上記した従来技術の現状に鑑みてなされたものであり、新規なワープドナノグラフェン化合物及びその用途を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記した課題を達成すべき鋭意研究を重ねた結果、新規なワープドナノグラフェン化合物の合成に成功した。さらに、当該ワープドナノグラフェン化合物は、水への溶解性に優れることを見出した。さらに、当該ワープドナノグラフェン化合物は、特定の波長に蛍光特性を有し、光安定性が高いことを見出した。

即ち、本発明は、代表的には、以下の項に記載の主題を包含する。

項１．一般式（１）：

［一般式（１）中、Ｒは、同一又は異なって、水素原子又は置換基を示す。Ｒの少なくとも１つは親水基である。Ｒ’は、同一又は異なって、水素原子又は置換基を示す。ｎは同一又は異なって、０〜２の整数を示す。］
で表される水溶性ワープドナノグラフェン化合物。

項２．前記一般式（１）において、Ｒ’がいずれも水素原子である、項１に記載のワープドナノグラフェン化合物。

項３．前記一般式（１）において、Ｒがいずれも親水基である、項１又は２に記載のワープドナノグラフェン化合物。

項４．前記一般式（１）において、Ｒのうち５個が親水基であり、他の５個が親水基以外の基である、項１又は２に記載のワープドナノグラフェン化合物。

項５．前記一般式（１）において、Ｒのうち１個が親水基であり、他の９個が親水基以外の基である、項１又は２に記載のワープドナノグラフェン化合物。

項６．項１〜５のいずれかに記載のワープドナノグラフェン化合物を含む、マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析用マトリックス。

項７．項１〜５のいずれかに記載のワープドナノグラフェン化合物を含む、蛍光色素。

本発明によれば、水への溶解性に優れたワープドナノグラフェン化合物を提供することができる。さらに、本発明の水溶性ワープドナノグラフェン化合物は、マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析用マトリックスや蛍光色素として好ましく用いることができる。

熱振動楕円体作画ソフト（ＯＲＴＥＰ）による、化合物４の存在率５０％によるＸ線結晶構造である。 熱振動楕円体作画ソフト（ＯＲＴＥＰ）による、化合物５の存在率５０％によるＸ線結晶構造である。 実施例１において化合物７を用いた群（グルコース）のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳスペクトルを示す。 実施例１において化合物７を用いた群（スクロース）のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳスペクトルを示す。 実施例１においてＤＨＢを用いた群（グルコース）のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳスペクトルを示す。 実施例１においてＤＨＢを用いた群（スクロース）のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳスペクトルを示す。 実施例１において化合物７又はＣＨＣＡを用いた群（ＭＲＦＡ）のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳスペクトルを示す。 実施例１において化合物７又はＤＨＢを用いた群（カフェイン）のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳスペクトルを示す。 実施例１において化合物７又はＤＨＢを用いた群（ＧｌｃＮＡｃ）のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳスペクトルを示す。 官能基化されたワープドナノグラフェン（化合物４及び７）の光物性である。a) 実線はＵＶ−ｖｉｓ吸収スペクトルであり、破線は蛍光スペクトルである。また、灰色はＣＨ_２Ｃｌ_２中の化合物４、緑色はＣＨ_２Ｃｌ_２中の化合物７、橙色は水中の化合物７のデータである。b) 波長３６５ｎｍの光を照射した際のＣＨ_２Ｃｌ_２（左）及び水（右）中の化合物７の溶液を写真である。 a) 化合物７の吸収及び蛍光スペクトルである。b) 水中の化合物７の蛍光スペクトルのピークフィッティングである。 様々な溶媒中の化合物７の蛍光極大波長を、Ｅ_ｔ（３０）値に対してプロットした図である。 Taylor分散解析の結果である。 化合物４、化合物７及びAlexa 430色素の光安定性の結果である。a) 水中の化合物７（緑四角）及びAlexa 430色素（赤丸）の吸収強度の光照射時間による変化である。b) ジクロロメタン中の化合物４（紫丸）及び化合物７（緑四角）の吸収強度の光照射時間による変化である。いずれも、４５０±１０ｎｍのバンドパスフィルターを用いて、Ｘｅランプ（３００Ｗ）で照射した。溶液濃度は４５０ｎｍにおける光学密度に関して同等となるように調整した。 ＭＴＴアッセイにおける化合物７によるＨｅＬａ細胞の細胞生存率である。データは、蛍光色素を含まない場合をコントロールとして百分率（±標準偏差を意味する）で示す（ｎ＝６）。 ５．０μＭの化合物７及び１００ｎＭのLysoTracker Red DND-99で染色されたＨｅＬａ細胞の共焦点イメージである。a)〜c) ３７℃で５時間染色した。d)〜f) ４℃で５時間染色した。a)、d) 参照スペクトルを用いた化合物７の線形非混合イメージである。b)、e) 参照スペクトルを用いたLysoTracker Red DND-99の線形非混合イメージである。c)、f) 合成イメージである。細胞を４８８ｎｍレーザーで励起し、蛍光スペクトルを４９０ｎｍ〜６９３ｎｍで記録した。

以下、本発明について詳細に説明する。

１．水溶性ワープドナノグラフェン化合物
本発明は、水溶性ワープドナノグラフェン化合物を包含する。本発明の水溶性ワープドナノグラフェン化合物は、下記一般式（１）：

［一般式（１）中、Ｒは、同一又は異なって、水素原子又は置換基を示す。Ｒの少なくとも１つは親水基である。Ｒ’は、同一又は異なって、水素原子又は置換基を示す。ｎは同一又は異なって、０〜２の整数を示す。］
で表される構造を有する。つまり、一般式（１Ａ）：

［一般式（１）中、Ｒ^１〜Ｒ^１０は、同一又は異なって、水素原子又は置換基を示す。Ｒ^１〜Ｒ^１０の少なくとも１つは親水基である。Ｒ^１１〜Ｒ^２０は、同一又は異なって、水素原子又は置換基を示す。ｎは同一又は異なって、０〜２の整数を示す。］
で表される水溶性ワープドナノグラフェン化合物を意味する。

一般式（１）中、Ｒは、同一又は異なって、水素原子又は置換基を示す。Ｒの少なくとも１つは親水基である。なお、親水基の好ましい数については、用途によって異なるため、用途に応じて１〜１０の範囲で適宜選択することが好ましい。親水基の数は、１〜１０であり、例えば好ましくは１、５又は１０である。例えば、親水基の数が５個である場合は、Ｒの任意の５カ所に親水基を有し得る。この場合、合成の観点からは、一般式（１Ａ）において、Ｒ^１〜Ｒ^５は同一の基であり、かつＲ^６〜Ｒ^１０は同一の基であることが好ましい。一態様として、Ｒの一つのみが親水基で残りは親水基以外の基とすることもできるし、他の態様としてＲ^１〜Ｒ^５と、Ｒ^６〜Ｒ^１０とが異なる基であることがより好ましく、別の態様として、Ｒの全てが同一の基であることがより好ましい。また、一態様として、Ｒ^１〜Ｒ^５がいずれも親水基であり、かつＲ^６〜Ｒ^１０がいずれも親水基以外の基であること、又はＲ^６〜Ｒ^１０がいずれも親水基であり、かつＲ^１〜Ｒ^５がいずれも親水基以外の基であることが好ましく、別の態様として、Ｒの全てが親水基であることがより好ましい。なお、この場合親水基は上記したものを採用でき、親水基以外の基は水素原子、後述のアルキル基、後述のアリール基、後述のヘテロアリール基等を採用できる。

一般式（１）のＲで示される置換基としての親水基は、ワープドナノグラフェンの水への溶解性を高めることのできる基であれば特に限定的ではなく、例えば、一般式（2）〜（10）：

［式中、−ＯＨはアルコール性水酸基又はフェノール性水酸基を示す。Ｒ^３１はアルカリ金属又はＮＨ_４を示す。Ｒ^３２は２価の有機基を示す。Ｒ^３３ａ、Ｒ^３３ｂ、Ｒ^３３ｃ、Ｒ^３４ａ、Ｒ^３４ｂ、Ｒ^３４ｃ、Ｒ^３４ｄ、Ｒ^３５ａ及びＲ^３５ｂは同一又は異なって、水素原子又は１価の有機基を示す。Ｒ^３６〜Ｒ^３８は同一又は異なって、水素原子、アルカリ金属、ＮＨ_４又は有機アンモニウムを示す。Ｘは水酸基又はハロゲン原子を示す。一般式（4）の酸素原子はエーテル結合であり、鎖状エーテル及び環状エーテルを包含する。］
等の1種以上を含む基が挙げられる。具体的には、ヒドロキシ基、カルボキシ基、スルホン酸基、ヒドロキシアルキル基、アミド基、アルキレンオキシド基、アンモニウム基、下記式（１１）：

［式（１１）中、Ｒ^３９は分子内に水酸基を２個以上有する多価アルコール基を示す。多価アルコール基を構成する多価アルコールとしては、例えば、ブタンジオール、プロピレングリコール、ペンタンジオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン等を挙げることができる。ｍは１〜５の整数を示す。］
で表される基等が挙げられる。式（１１）で表される基としては、具体的には、

［式中、ＴＥＧはテトラエチレングリコール基を示す。］
等が挙げられる。

一般式（１）のＲで示される置換基としては、特に限定的ではなく、上記した親水基の他、例えば、置換又は無置換のアルキル基、置換又は無置換のアリール基、置換又は無置換のヘテロアリール基、置換又は無置換のアルコキシ基、置換又は無置換のアリール基、置換又は無置換のアリールオキシ基、置換又は無置換のヘテロアリール基、置換又は無置換のアミノ基、並びにその他の親水基や親水基以外の基等が挙げられる。なお、親水基の好ましい種類（又は大きさ）については、用途によって異なるため、用途に応じて適宜選択することが好ましい。

一般式（１）のＲで示される置換基としてのアルキル基は、直鎖状、分岐鎖状、又は環状であってもよく、直鎖状又は分岐鎖状であることが好ましい。直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基の炭素数は、特に限定的ではなく、例えば１〜２０、好ましくは１〜１２、より好ましくは１〜６、さらに好ましくは１〜４（即ち、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、イソブチル基、又はｔｅｒｔ−ブチル基）である。また、環状のアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基などが挙げられる。

一般式（１）のＲで示される置換基としてのアルコキシ基は、直鎖状、分岐鎖状、又は環状であってもよく、直鎖状又は分岐鎖状であることが好ましい。直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基の炭素数は、特に限定的ではなく、例えば１〜２０、好ましくは１〜１２、より好ましくは１〜６、さらに好ましくは１〜４（即ち、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｓｅｃ−ブトキシ基、イソブトキシ基、又はｔｅｒｔ−ブトキシ基）である。また、環状のアルキル基としては、例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、シクロヘプチルオキシ基などが挙げられる。

上記したアルキル基及びアルコキシ基は、置換されていてもよいし、置換されていなくてもよい。置換されている場合の置換基としては、例えば、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、ヘテロアリール基、アミノ基等が挙げられる。これらの説明及び好ましい例としては、上記のアルコキシ基、下記のアリール基、下記のアリールオキシ基、下記のヘテロアリール基、及び下記のアミノ基と同様である。また、置換基の数は、特に限定的ではなく、例えば０〜３個とすることができる。

一般式（１）のＲで示される置換基としてのアリール基は、単環芳香族由来の基であってもよいし、多環芳香族由来の基であってもよく、単環芳香族由来の基であることが好ましい。アリール基の炭素数は、特に限定的ではなく、例えば６〜２２、好ましくは６〜１８、より好ましくは６〜１４、さらに好ましくは６〜１０（即ち、フェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基等）である。

一般式（１）のＲで示される置換基としてのアリールオキシ基は、単環芳香族由来の基であってもよいし、多環芳香族由来の基であってもよく、単環芳香族由来の基であることが好ましい。アリールオキシ基の炭素数は、特に限定的ではなく、例えば６〜２２、好ましくは６〜１８、より好ましくは６〜１４、さらに好ましくは６〜１０（即ち、フェニルオキシ基、１−ナフチルオキシ基、２−ナフチルオキシ基等）である。

上記したアリール基及びアリールオキシ基は、置換されていてもよいし、置換されていなくてもよい。置換されている場合の置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、ヘテロアリール基、アミノ基などが挙げられる。これらの説明及び好ましい例としては、上記のアルキル基、上記のアルコキシ基、上記のアリール基、上記のアリールオキシ基、及び下記のアミノ基と同様である。また、置換基の数は、特に限定的ではなく、例えば０〜３個とすることができる。

一般式（１）のＲで示される置換基としてのヘテロアリール基は、単環芳香族複素環由来の基であってもよいし、多環芳香族複素環由来の基であってもよく、単環芳香族複素環由来の基であることが好ましい。このようなヘテロアリール基の環員数としては、特に限定的ではなく、例えば５〜５０、好ましくは５〜２０である。例えば、フリル基、チエニル基、ピロリル基、イミダゾリル基、チアゾリル基、チアジアゾリル基、シラシクロペンタジエニル基、オキサゾリル基、オキサジアゾリル基、アクリジニル基、キノリル基、キノキサロイル基、フェナンスロリル基、ベンゾチエニル基、ベンゾチアゾリル基、インドリル基、カルバゾリル基、ピリジル基、ピロリル基、ベンゾオキサゾリル基、ピリミジル基、イミダゾリル基などが挙げられる。

上記したヘテロアリール基は、置換されていてもよいし、置換されていなくてもよい。置換されている場合の置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基などが挙げられる。これらの説明及び好ましい例としては、上記のアルキル基、上記のアルコキシ基、上記のアリール基、上記のアリールオキシ基、及び下記のアミノ基と同様である。また、置換基の数は、特に限定的ではなく、例えば０〜３個とすることができる。

一般式（１）のＲで示される置換基としてのアミノ基は、置換されていてもよいし、置換されていなくてもよい。置換されている場合のアミノ基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、ヘテロアリール基などが挙げられる。これらの説明及び好ましい例としては、上記のアルキル基、上記のアルコキシ基、上記のアリール基、上記のアリールオキシ基、及び上記のヘテロアリール基と同様である。

一般式（１）中、Ｒ’は、同一又は異なって、水素原子又は置換基を示す。中でも、Ｒ’は、いずれも水素原子であることが好ましい。

一般式（１）のＲ’で示される置換基としては、特に限定的ではなく、例えば、置換又は無置換のアルキル基、置換又は無置換のアルコキシ基、置換又は無置換のアリール基、置換又は無置換のアリールオキシ基、置換又は無置換のヘテロアリール基、置換又は無置換のアミノ基、親水基、ボロン酸又はそのエステル基等が挙げられる。これらの説明及び好ましい例としては、上記のアルキル基、上記のアルコキシ基、上記のアリール基、上記のアリールオキシ基、上記のヘテロアリール基、上記のアミノ基、及び上記の親水基と同様である。

上記した一般式（１）で表されるワープドナノグラフェン化合物としては、例えば、下記式（１２）及び（１３）で表される化合物などが挙げられる。

［式（１２）中、ＴＥＧはテトラエチレングリコール基を、^ｔＢｕは、ｔｅｒｔ−ブチル基をそれぞれ示す。］

［式（１３）中、^ｔＢｕは、ｔｅｒｔ−ブチル基を示す。］
本発明のワープドナノグラフェン化合物は、例えば、既報（Ｎａｔ．Ｃｈｅｍ．，２０１３，５，７３９−７４４；非特許文献１）に記載の方法に従って、コラニュレンにパラジウム・オルトクロラニル触媒を用いて置換基を有するビフェニルを導入し、次いで、酸化剤の存在下で縮環反応させることによりワープドナノグラフェンを合成することができる。また、下記の合成例１〜５に示すように、鈴木−宮浦カップリングによりコラニュレンに置換基を有するビフェニルを導入し、次いで、酸化剤の存在下で縮環反応させることによってもワープドナノグラフェンを合成することができる。このようにして合成したワープドナノグラフェンに親水基を導入することにより合成することができる。

鈴木−宮浦カップリングを採用する場合、ボロン酸（エステル）基を導入したコラニュレンとハロゲン原子及び置換基を導入したビフェニルとを反応させてもよいし、ハロゲン原子を導入したコラニュレンとボロン酸（エステル）基及び置換基を導入したビフェニルとを反応させてもよい。この場合、ビフェニルの使用量は、ハロゲン原子又はボロン酸（エステル基）を導入したコラニュレンに対して過剰量とすることが好ましく、通常、ハロゲン原子又はボロン酸（エステル基）を導入したコラニュレン１モルに対して、２〜２０モルが好ましく、５〜１０モルがより好ましい。

パラジウム触媒としては、特に制限されず、金属パラジウムをはじめ、有機化合物等の合成用触媒として公知のパラジウム化合物等が挙げられる。パラジウム触媒としては、具体的には、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム、トリス（ジベンジリデンアセトン）二パラジウム（Ｐｄ_２（ｄｂａ）_３）、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム、ビス（トリｔｅｒｔ−ブチルホスフィノ）パラジウム、酢酸パラジウム、ハロゲン化パラジウム（ＰｄＣｌ_２、ＰｄＢｒ_２、ＰｄＩ_２）等の１種又は２種以上が挙げられる。本発明においては、反応収率等の観点から、トリス（ジベンジリデンアセトン）二パラジウム（Ｐｄ_２（ｄｂａ）_３）が好ましい。パラジウム触媒の使用量は、通常、ハロゲン原子又はボロン酸（エステル基）を導入したコラニュレン１モルに対して、通常、０．０１〜１．００モルが好ましく、０．０２〜０．５０モルがより好ましい。

本発明においては、上記パラジウム触媒とともに、パラジウム原子に配位し得る配位子化合物を使用することができる。配位子化合物を使用しなくても反応を進行させることができるが、配位子化合物を使用することにより、反応収率をさらに向上させることも可能である。このような配位子化合物は、ホスフィン化合物が好ましく、例えば、トリフェニルホスフィン、トリメトキシホスフィン、トリエチルホスフィン、トリイソプロピルホスフィン、トリイソプロポキシホスフィン、トリシクロペンチルホスフィン、トリメシチルホスフィン、ジフェニルホスフィノメタン、１，２−ビス（ジフェニルホスフィノ）エタン、２−ジシクロヘキシルホスフィノ−２’，６’−ジメトキシビフェニル（ＳＰｈｏｓ）等の１種又は２種以上が挙げられる。これらの配位子化合物は、溶媒和物であってもよい。なかでも、反応収率等の観点から、２−ジシクロヘキシルホスフィノ−２’，６’−ジメトキシビフェニル（ＳＰｈｏｓ）が好ましい。配位子化合物の使用量は、反応収率等の観点から、パラジウム触媒１モルに対して、０．５〜１０．０モルが好ましく、１．０〜５．０モルがより好ましい。

本発明においては、塩基を使用することが好ましい。塩基としては、アルカリ金属リン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属フッ化物塩等が好ましい。このような塩基としては、例えば、リン酸リチウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム等のアルカリ金属リン酸塩；炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム等のアルカリ金属炭酸塩；フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属フッ化物塩等の１種又は２種以上が挙げられる。なかでも、本工程では、合成の容易さ、収率等の観点から、アルカリ金属炭酸塩が好ましく、炭酸セシウムがより好ましい。本発明において、塩基の使用量は、合成の容易さ、収率等の観点から、ハロゲン原子又はボロン酸（エステル基）を導入したコラニュレンに対して過剰量が好ましく、通常、ハロゲン原子又はボロン酸（エステル基）を導入したコラニュレン１モルに対して、２〜２０モルが好ましく、５〜１０モルがより好ましい。

上記反応は、通常溶媒中で実施することができる。溶媒としては、例えば、水の他、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジメトキシエタン、シクロペンチルメチルエーテル、ｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテル等の鎖状エーテル；テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジオキサン等の環状エーテル；ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素；ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等の脂肪族ハロゲン化炭化水素；ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等の芳香族炭化水素；クロロベンゼン、トリフルオロトルエン等の芳香族ハロゲン化炭化水素；メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール等の１種又は２種以上が挙げられる。本工程では、収率及び合成の容易さの観点から、水及び芳香族炭化水素が好ましく、水及びトルエンがより好ましい。

上記反応は、不活性ガス雰囲気（窒素ガス、アルゴンガス等）下で行うことが好ましく、反応温度は、加熱下、常温下及び冷却下のいずれも採用でき、通常、０〜１５０℃程度が好ましく、５０〜１００℃程度がより好ましい。反応時間は、反応が進行する時間とすることができ、通常、１０分〜４８時間程度が好ましく、３０分〜３６時間程度がより好ましい。

反応終了後は、必要に応じて通常の単離及び精製工程を経て、次の工程を行うことができる。

次に、縮環反応を行うために使用される酸化剤としては、例えば、ｏ−クロラニル、ｐ−クロラニル、塩化鉄(III)、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−ｐ−ベンゾキノン（ＤＤＱ）、二酸化マンガン、ジョーンズ試薬、クロロクロム酸ピリジニウム、二クロム酸ピリジニウム、トリフルオロメタンスルホン酸等の１種又は２種以上が挙げられる。本工程では、収率及び合成の容易さの観点から、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−ｐ−ベンゾキノン（ＤＤＱ）及びトリフルオロメタンスルホン酸が好ましい。酸化剤の使用量は、通常、ビフェニルを導入したコラニュレンに対して過剰量が好ましく、例えば、ビフェニルを導入したコラニュレン１モルに対して、５〜２０モルが好ましく、８〜１５モルがより好ましい。

縮環反応は、通常溶媒中で実施することができる。溶媒としては、例えば、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジメトキシエタン、シクロペンチルメチルエーテル、ｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテル等の鎖状エーテル；テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジオキサン等の環状エーテル；ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素；ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等の脂肪族ハロゲン化炭化水素；ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等の芳香族炭化水素；クロロベンゼン、トリフルオロトルエン等の芳香族ハロゲン化炭化水素；メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール等の１種又は２種以上が挙げられる。本工程では、収率及び合成の容易さの観点から、脂肪族ハロゲン化炭化水素が好ましく、ジクロロメタンがより好ましい。

水酸基を導入する反応は、不活性ガス雰囲気（窒素ガス、アルゴンガス等）下で行うことが好ましく、反応温度は、加熱下、常温下及び冷却下のいずれも採用でき、通常、−５０〜５０℃程度が好ましく、−２０〜３０℃程度がより好ましい。反応時間は、反応が進行する時間とすることができ、通常、１０分〜１２時間程度が好ましく、３０分〜６時間程度がより好ましい。

反応終了後は、必要に応じて通常の単離及び精製工程を経て、親水基を導入したワープドナノグラフェンを得ることができる。 また、本発明のワープドナノグラフェン化合物は、下記の合成例６及び７に示すように、ワープドナノグラフェンに任意の置換基（例えばボロン酸（エステル）基等）を導入した後に、親水基を導入することにより合成することもできる。

ワープドナノグラフェンに親水基を導入する方法としては、特に限定的ではなく、例えば、イリジウム触媒の存在下にワープドナノグラフェンとボロン酸（エステル）化剤とを反応させることでボロン酸（エステル）基を導入し、次いで、酸化剤で酸化することでボロン酸（エステル）基の位置に水酸基を導入することができる。他の親水基についても、常法で導入することが可能である。

ボロン酸（エステル）化剤としては、例えば、メトキシボロン酸、エトキシボロン酸、ビス（ピナコレート）ジボロン（Ｂ_２（ｐｉｎ）_２）、メトキシボロン酸ピナコールエステル、エトキシボロン酸ピナコールエステル等の１種又は２種以上が挙げられる。なかでも、合成の容易さ、収率等の観点から、ビス（ピナコレート）ジボロン（Ｂ_２（ｐｉｎ）_２）等が好ましい。ボロン酸（エステル）化剤の使用量は、通常、ワープドナノグラフェンに対して過剰量が好ましく、例えば、ワープドナノグラフェン１モルに対して、５〜３０モルが好ましく、１０〜２０モルがより好ましい。

イリジウム触媒としては、例えば、金属イリジウム、水酸化イリジウム、塩化イリジウム、臭化イリジウム、ヨウ化イリジウム、シアン化イリジウム、（１，５−シクロオクタジエン）（メトキシ）イリジウム（Ｉ）ダイマー（［Ｉｒ（ＯＭｅ）ＣＯＤ］_２）、トリス（アセチルアセトナト）イリジウム、クロロトリカルボニルイリジウム（Ｉ）等の１種又は２種以上が挙げられる。なかでも、本工程では、合成の容易さ及び収率の観点から、（１，５−シクロオクタジエン）（メトキシ）イリジウム（Ｉ）ダイマー（［Ｉｒ（ＯＭｅ）ＣＯＤ］_２）が好ましい。イリジウム触媒の使用量は、通常、ワープドナノグラフェン１モルに対して、０．２〜５．０モルが好ましく、０．５〜２．０モルがより好ましい。

ボロン酸（エステル）基を導入する反応は、通常溶媒中で実施することができる。溶媒としては、例えば、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジメトキシエタン、シクロペンチルメチルエーテル、ｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテル等の鎖状エーテル；テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジオキサン等の環状エーテル；ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素；ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等の脂肪族ハロゲン化炭化水素；ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等の芳香族炭化水素；クロロベンゼン、トリフルオロトルエン等の芳香族ハロゲン化炭化水素；メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール等の１種又は２種以上が挙げられる。本工程では、収率及び合成の容易さの観点から、環状エーテルが好ましく、テトラヒドロフランがより好ましい。

ボロン酸（エステル）基を導入する反応は、不活性ガス雰囲気（窒素ガス、アルゴンガス等）下で行うことが好ましく、反応温度は、加熱下、常温下及び冷却下のいずれも採用でき、通常、５０〜１５０℃程度が好ましく、７０〜１２０℃程度がより好ましい。反応時間は、反応が進行する時間とすることができ、通常、１０分〜１０日間程度が好ましく、３０分〜８日間程度がより好ましい。

反応終了後は、必要に応じて通常の単離及び精製工程を経て、次の工程を行うことができる。

次に、水酸基を導入するために使用される酸化剤としては、例えば、ｏ−クロラニル、ｐ−クロラニル、塩化鉄(III)、ペルオキシ一硫酸カリウム、過酸化水素、過安息香酸、ｍ−クロロ過安息香酸、過酢酸、モノペルオキシフタル酸マグネシウム等の１種又は２種以上が挙げられる。本工程では、収率及び合成の容易さの観点から、ペルオキシ一硫酸カリウムが好ましい。酸化剤の使用量は、通常、ボロン酸（エステル）を導入したワープドナノグラフェンに対して過剰量が好ましく、例えば、ボロン酸（エステル）を導入したワープドナノグラフェン１モルに対して、２〜３０モルが好ましく、５〜１５モルがより好ましい。

水酸基を導入する反応は、通常溶媒中で実施することができる。溶媒としては、例えば、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジメトキシエタン、シクロペンチルメチルエーテル、ｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテル等の鎖状エーテル；テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジオキサン等の環状エーテル；ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素；ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等の脂肪族ハロゲン化炭化水素；ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等の芳香族炭化水素；クロロベンゼン、トリフルオロトルエン等の芳香族ハロゲン化炭化水素；メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール等の１種又は２種以上が挙げられる。本工程では、収率及び合成の容易さの観点から、環状エーテルが好ましく、テトラヒドロフランがより好ましい。

水酸基を導入する反応は、不活性ガス雰囲気（窒素ガス、アルゴンガス等）下で行うことが好ましく、反応温度は、加熱下、常温下及び冷却下のいずれも採用でき、通常、−５０〜１００℃程度が好ましく、０〜５０℃程度がより好ましい。反応時間は、反応が進行する時間とすることができ、通常、１０分〜４８時間程度が好ましく、３０分〜２４時間程度がより好ましい。

反応終了後は、必要に応じて通常の単離及び精製工程を経て、水酸基を導入したワープドナノグラフェンを得ることができる。他の親水基も同様に導入することが可能である。

２．ワープドナノグラフェン化合物の用途
上記一般式（１）で表されるワープドナノグラフェン化合物は、その構造中に親水基を有することから、水への溶解性に優れる。従って、上記一般式（１）で表されるワープドナノグラフェン化合物は、水溶性の要求される用途において幅広く用いることができる。

例えば、上記一般式（１）で表されるワープドナノグラフェン化合物は、酸化還元反応に対して安定であり、特定の波長の光を吸収するため、レーザー光を吸収し光電子移動によって容易にイオン化される特性が求められるマトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）質量分析用マトリックス、好ましくは、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析（ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ）用マトリックスとして好ましく用いることができる。換言すると、本発明は、上記一般式（１）で表されるワープドナノグラフェン化合物を含む、マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析用マトリックス、好ましくはマトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析用マトリックスを包含する。

本発明のマトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析用マトリックスは、従来の低分子マトリックスと比較して、低分子領域におけるマトリックス由来の夾雑ピークが抑制されるため、特に、タンパク質、脂質、糖類（例えば、グルコース、スクロース、ＧｌｃＮＡｃ等）などの生体分子の質量分析において好ましく用いることができる。

また、本発明は、上記したマトリックス支援レーザーイオン化質量分析用マトリックスを用いて行うマトリックス支援レーザーイオン化質量分析方法をも包含する。当該方法の具体的な手順としては、特に限定的ではなく、常法に従って行うことができる。

上記一般式（１）で表されるワープドナノグラフェン化合物は、上記の通り、特定の波長に蛍光特性を示し、光安定性が高いことから、蛍光色素として好ましく用いることができ、特に生細胞の蛍光色素としてより好ましく用いることができる。換言すると、本発明は、上記一般式（１）で表されるワープドナノグラフェン化合物を含む、蛍光色素を包含する。

具体的には、本発明の蛍光色素は、生体細胞のバイオイメージング材料（特に、生体細胞のライブイメージング材料）として使用することも可能である。本発明の蛍光色素は長寿命であることから、例えば時間依存性細胞イメージング材料として有望である。また、本発明の蛍光色素は、エンドサイトーシスによって取り込まれリソソーム内に特異的に蓄積することから、リソソームの可視化のための蛍光色素（細胞リソソームイメージング材料）としても好ましく用いることができる。

なお、細胞（HeLa細胞等）に光照射を繰り返すことにより、細胞死に至らしめることが可能である。本発明の蛍光色素がリソソーム内に特異的に蓄積しつつ耐光性に優れる特徴を生かして、光照射後に本発明の蛍光色素を用いて観察し続けることにより、細胞の光誘導死へ向かう挙動をリアルタイムで観察することが可能である。例えば、本発明の蛍光色素と、死細胞の核酸染色色素（ヨウ化プロピジウム等）とを併用して、４５０〜５５０ｎｍ程度の波長の光を照射し続けた後、５５０〜７００ｎｍ程度の範囲の蛍光イメージを観察し続けることにより、細胞死に向かう挙動を観察することが可能である。このことから、本発明の蛍光色素を、癌細胞等の特定の細胞を対象とした光線力学的治療法又は光熱療法の材料（光線力学的治療又は診断剤、光熱治療又は診断剤）として使用することも期待できる。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の例に限定されるものではない。

特に制約しない限り、乾燥溶媒を含む全ての材料は、市販品を精製せずに使用した。また、ジクロロメタン（ＣＨ_２Ｃｌ_２）は、有機溶媒精製装置（Ｇｌａｓｓ Ｃｏｕｎｔｅｒ社）を用いて精製を行い、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−ｐ−ベンゾキノン（ＤＤＱ）は東京化成工業（株）から購入し、使用前にクロロホルムを用いて再結晶を行った。全ての反応は、標準的な真空ライン技法及びシュレンク技法を用いて行った。全ての後処理及び精製手順は、空気中で試薬グレードの溶媒を用いて行った。

1,3,5,7,9-ペンタキス(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル）コラニュレン（化合物１）は既報（J. Am. Chem. Soc. 134, 15169-15172.）に従い合成した。2-(2-ブロモ-5-(tert-ブチル)フェニル)-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン（化合物２）は既報（J. Org. Chem. 71, 9080-9087.）に従い合成した。化合物６は既報（J. Am. Chem. Soc. 130, 8886-8887.）に従い合成した。

分析用薄層クロマトグラフィー（ＴＬＣ）は、Ｅ．Ｍｅｒｃｋシリカゲル６０ Ｆ２５４プレコートプレート（０．２５ｍｍ）を用いて行った。得られたクロマトグラムは、ＵＶランプ（２５４ｎｍ）で分析した。フラッシュカラムクロマトグラフィーは、Ｅ．Ｍｅｒｃｋシリカゲル６０（２３０−４００メッシュ）を用いて行った。紫外可視近赤外（ＵＶ−ｖｉｓｉｂｌｅ−ＮＩＲ）スペクトルは、紫外可視近赤外分光光度計（Ｓｈｉｍａｄｚｕ社；ＵＶ−３６００）を用いて測定した。ＣＶ測定は、電気化学アナライザー（ＢＡＳ社；ＡＬＳ−６００Ｄ）を用いて測定した。蛍光スペクトルは、分光計（ＪＡＳＣＯ社；ＦＰ−６６００）を用いて測定した。高分解能質量スペクトル（ＨＲＭＳ）は、Ｂｕｒｋｅｒ Ｄａｌｔｏｎｉｃｓ Ｕｌｔｒａｆｌｅｘ ＩＩＩ ＴＯＦ／ＴＯＦ（ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ）で行った。融点は、ＭＰＡ１００型融点測定装置（Ｏｐｔｉｍｅｌｔ）を用いて測定した。分取サイクルゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）は、溶離液としてクロロホルムを用いてＪＡＩＧＥＬ−１Ｈ／ＪＡＩＧＥＬ−２Ｈカラムを備えたＪＡＩ ＬＣ−９２６０ ＩＩ ＮＥＸＴを用いて行った。

核磁気共鳴（ＮＭＲ）スペクトルは、ＵｌｔｒａＣｏｏｌ ｐｒｏｂｅ（^１Ｈ ６００ＭＨｚ、^１３Ｃ １５０ＭＨｚ）を備えたＪＥＯＬ ＥＣＡ ６００ＩＩ分光計、又はＵｌｔｒａＣｏｏｌ ｐｒｏｂｅ（^１Ｈ ５００ＭＨｚ、^１３Ｃ １２５ＭＨｚ）を備えたＪＥＯＬ ＥＣＡ ５００分光計で記録した。^１Ｈ ＮＭＲの化学シフトは、ＣＨＣｌ_３（δ ７．２６ｐｐｍ）、Ｃ_２ＨＤＣｌ_４（δ ５．９８ｐｐｍ）、及びＣＨＤＣｌ_２（δ ５．３２ｐｐｍ）の相対的な百万分率（ｐｐｍ）で表した。^１３Ｃ ＮＭＲの化学シフトは、ＣＤＣｌ_３（δ ７７．０ｐｐｍ）、Ｃ_２Ｄ_２Ｃｌ_４（δ ７３．８ｐｐｍ）、及びＣＤ_２Ｃｌ_２（δ ５３．８ｐｐｍ）の相対的な百万分率（ｐｐｍ）で表した。データは、化学シフト、多重度（ｓ＝シングレット，ｄ＝ダブレット，ｔ＝トリプレット，ｄｔ＝ダブルトリプレット，ｍ＝マルチプレット）、カップリング定数（Ｈｚ）、及び積分の順に表記する。

合成例：ワープドナノグラフェン化合物の合成
本合成例１〜７では、各種ワープドナノグラフェン化合物（化合物７及び９）の合成を行った。

合成例１：化合物２の合成
本合成例１におけるスキームを下記に示す。

ＤＭＦ（３０ｍＬ）中のテトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム−（Ｐｄ（ＰＰｈ_３）_４）（１．００ｇ，８９０μｍｏｌ，１０ｍｏｌ％）の溶液に、２−（２−ブロモ−５−（ｔｅｒｔ−ブチル）フェニル）−４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン（３．００ｇ，８．９０ｍｍｏｌ，１．０当量）、ヨードベンゼン（３．６２ｇ，１７．８ｍｍｏｌ，２．０当量）、及びＫ_２ＣＯ_３（２．４５ｇ，１７．８０ｍｍｏｌ，２．０当量）を加え、得られた混合物をアルゴン下、１００℃で２４時間撹拌した。当該混合物を室温まで冷却した後、混合物を酢酸エチルで抽出し、一体化された有機層をＭｇＳＯ_４で乾燥した後、減圧下で溶媒を除去した。得られた粗生成物をシリカゲルクロマトグラフィー（溶離液：ヘキサン）で精製することにより、無色油状の化合物２（２．４９ｇ，収率９７％）を得た。

合成例２：化合物３の合成
本合成例２におけるスキームを下記に示す。

トルエン（２０ｍＬ）中の、トリス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム−クロロホルム（Ｐｄ_２（ｄｂａ）_３・ＣＨＣｌ_３）（２２３ｍｇ，２２０μｍｏｌ，２０ｍｏｌ％）及び２−ジシクロヘキシルホスフィノ−２’，６’−ジメトキシビフェニル（ＳＰｈｏｓ）（１８０ｍｇ，４３０μｍｏｌ，４０ｍｏｌ％）の溶液に、化合物１（９５０ｍｇ，１０．８ｍｍｏｌ，１．０当量）、化合物２（２．４９ｇ，８．６３ｍｍｏｌ，８．０当量）及びＣｓ_２ＣＯ_３（３．５２ｇ，１０．８ｍｍｏｌ，１０当量）水溶液（５ｍＬ）を加え、得られた混合物をアルゴン下、８０℃で２４時間撹拌した。当該混合物を室温まで冷却した後、混合物をジクロロメタンで抽出し、一体化された有機層をＭｇＳＯ_４で乾燥した後、減圧下で溶媒を除去した。得られた粗生成物をシリカゲルクロマトグラフィー（溶離液：ヘキサン／クロロホルム＝８：１〜４：１）で精製することにより、無色固体の化合物３（１．３７ｇ，収率９８％）を得た。

合成例３：化合物４の合成
本合成例３におけるスキームを下記に示す。

乾燥ジクロロメタン（１１６ｍＬ）中の化合物３（８４０ｍｇ，６５０μｍｏｌ，１．０当量）の溶液に、０℃でＤＤＱ（１．６２ｇ，７．１４ｍｍｏｌ，１１当量）を加えて５分間撹拌した後、トリフルオロメタンスルホン酸（１３．２ｍＬ）を加え、０℃で９０分間撹拌した。得られた混合物を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で中和した後、ジクロロメタンで抽出し、一体化された有機層をＭｇＳＯ_４で乾燥した後、減圧下で溶媒を除去した。得られた粗生成物にクロロホルムを加えて溶解させ、得られた溶液を分取ＴＬＣプレートに供した。分取ＴＬＣはヘキサン：クロロホルム（４：１）で展開することにより、橙色固体の化合物４（４２０ｍｇ，収率５０％）を得た。

合成例４：化合物５の合成
本合成例４におけるスキームを下記に示す。

乾燥ＴＨＦ（１．０ｍＬ）中の化合物４（１５０ｍｇ，１１８μｍｏｌ，１．０当量）の溶液に、ビス（ピナコラト）ジボロン（Ｂ_２ｐｉｎ_２）（３００ｍｇ，１．１８ｍｍｏｌ，１０当量）、ビス（１，５−シクロオクタジエン）ジ−μ−メトキシジイリジウム（Ｉ）（［Ｉｒ（ＯＭｅ）ｃｏｄ］_２）（１６．０ｍｇ，２４．０μｍｏｌ，２０ｍｏｌ％）、及び４，４’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−２，２’−ビピリジン（１３．０ｍｇ，４８．０μｍｏｌ，４０ｍｏｌ％）を加え、得られた混合物をアルゴン下、８０℃で３日間撹拌した。当該混合物を室温まで冷却した後、混合物を酢酸エチルで抽出し、一体化された有機層をＭｇＳＯ_４で乾燥した後、減圧下で溶媒を除去した。得られた粗生成物をＧＰＣで精製し、橙色固体の化合物５（１７０ｍｇ，収率７６％）を得た。

合成例５：ワープドナノグラフェン化合物（化合物７）の合成
本合成例５におけるスキームを下記に示す。

トルエン（２．０ｍＬ）中の、Ｐｄ_２（ｄｂａ）_３・ＣＨＣｌ_３（１０．４ｍｇ，１０．４μｍｏｌ，２０ｍｏｌ％）及びＳＰｈｏｓ（８．６ｍｇ，２０．８μｍｏｌ，４０ｍｏｌ％）の溶液に、化合物５（１００．０ｍｇ，５２．０μｍｏｌ，１．０当量）、化合物６（４０８ｍｇ，５２０．０μｍｏｌ，１０当量）、及び水（１．０ｍＬ）中のＣｓ_２ＣＯ_３（１７０．０ｍｇ，５２０μｍｏｌ，１０当量）の溶液を加え、得られた混合物をアルゴン下、８０℃で３６時間撹拌した。当該混合物を室温まで冷却した後、混合物をトルエンで抽出し、一体化された有機層をＮａ_２ＳＯ_４で乾燥した後、減圧下で溶媒を除去した。得られた粗生成物を逆相シリカゲルクロマトグラフィー（溶離液：アセトン：水＝２：１〜４：１）で精製することにより、淡黄色油状の化合物７（１７７．０ｍｇ，収率７２％）を得た。

疎水性多環芳香族コアに１５個の親水性テトラエチレングリコール基を導入した化合物７は、非極性溶媒（トルエン、クロロホルム、ジエチルエーテル等）、極性非プロトン溶媒（酢酸エチル、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド等）、極性プロトン溶媒（メタノール、水等）等の様々な溶媒に容易に溶解させることができた。

合成例６：ワープドナノグラフェン化合物（化合物９）の合成
本合成例６におけるスキームを下記に示す。

化合物５（４０．０ｍｇ，０．０２１ｍｍｏｌ，１．０当量）の乾燥ＴＨＦ溶液（６．０ｍＬ）に、オキソン（１３０．０ｍｇ，０．２１１ｍｍｏｌ，１０当量）の脱気溶液（アセトン０．８ｍＬ及び水０．４ｍＬ）を加え、得られた混合物をアルゴン下、室温で３時間撹拌した。当該混合物を０℃に冷却し、飽和チオ硫酸ナトリウム水溶液を滴下添加した後、ジクロロメタンで抽出し、一体化された有機層をＮａ_２ＳＯ_４で乾燥した後、減圧下で溶媒を除去した。得られた粗生成物にＴＨＦを加えて溶解させ、得られた溶液を分取ＴＬＣプレートに供した。分取ＴＬＣはヘキサン：酢酸エチル（１：１）で展開することにより、暗赤色固体の化合物９（２５ｍｇ，収率８８％）を得た。

合成例７：化合物８の合成
本合成７におけるスキームを下記に示す。なお、本合成例７において用いたワープドナノグラフェン（ＷＮＧ）は既報（Ｎａｔ．Ｃｈｅｍ．，２０１３，５，７３９−７４４；非特許文献１）に従って合成したものである。

ＷＮＧ（９．９１ｍｇ，０．０１ｍｍｏｌ，１．０当量）の乾燥メシチレン溶液（１．０ｍＬ）に、Ｂ_２ｐｉｎ_２（３８．１ｍｇ，０．１５０ｍｍｏｌ，１５当量）、［Ｉｒ（ＯＭｅ）ＣＯＤ］_２（６．６ｍｇ，０．０１０ｍｍｏｌ，１．０当量）、及び４，４’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−２，２’−ビピリジン（５．３７ｍｇ，０．０２０ｍｍｏｌ，２．０当量）を加え、得られた混合物をアルゴン下、１００℃で５日間撹拌した。当該混合物を室温まで冷却した後、混合物をクロロホルムで希釈し、クロロホルムでショートパスシリカゲルクロマトグラフィーを行い、減圧下で溶媒を除去した。得られた粗生成物をＧＰＣ（溶離液：クロロホルム）で精製することにより、橙色固体の化合物８（０．０１４ｇ，収率６２％）を得た。得られた化合物８を用いれば、公知のカップリング反応（例えば鈴木−宮浦カップリング等）により、最大で１０個の親水基を導入することも可能である。これにより、化合物７よりも多くの親水基を導入し、水溶性をさらに高めることも期待される。

実験例：Ｘ線結晶解析
化合物４及び５の結晶データの詳細及び強度データ収集パラメータを表１に示す。また、各化合物の熱振動楕円体作画ソフト（ORTEP）による、存在率５０％によるＸ線結晶構造を図１〜２に示す。いずれの場合も、適切な結晶をガラスファイバー上にミネラルオイルを用いてマウントし、Rigaku PILATUS diffractometerのゴニオメーターに移した。黒鉛単色化ＭｏＫα線を使用した。構造は、(SIR-97)（J. Appl. Crystallogr. 32, 115-119.）を用いた直接法によって決定し、Yadokari-XGプログラム（Software for Crystal Structure Analyses, 2001）を用いてF²(SHELXL-2014/3)（Acta Crystallogr., Sect. A 64, 112-122.）に対するフルマトリックス最小二乗法により精密化した。強度はローレンツ及び分極効果について補正した。非水素原子は異方性的に精密化した。AFIX instructionsを使用して水素原子を配置した。

実施例１：ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ用マトリックスとしての利用
上記合成例５で得られたワープドナノグラフェン化合物（化合物７）を水に溶かし（０．１ｍｇ／ｍＬ）、生体分子として、グルコース水溶液（１００μＭ〜１０ｍＭ）又はスクロース水溶液（１００μＭ〜１０ｍＭ）と１：２（マトリックス：生体分子）で混合して測定用プレートに塗布し、自然乾燥させた後測定を行った。測定には、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析計（ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ；ＡＢＳＣＩＥＸ社製）を用いた。なお、比較として、マトリックスなし、及びＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ用マトリックスとして汎用されている２，５−ジヒドロキシ安息香酸３０％エタノール水溶液（ＤＨＢ，１０ｍｇ／ｍＬ）を用いた。

以上の結果、マトリックスを用いなかった群では、グルコース又はスクロース由来のピークが確認されなかった。一方、マトリックスとして化合物７を用いた群、及びＤＨＢを用いた群では、グルコース又はスクロース由来のピークが確認された。マトリックスとして化合物７を用いた群の結果を図３（グルコース）及び図４（スクロース）に、マトリックスとしてＤＨＢを用いた群の結果を図５（グルコース）及び図６（スクロース）にそれぞれ示す。

図３〜６から、化合物７を用いた群では、ＤＨＢを用いた群と共に、１００μＭまでグルコース及びスクロース由来のピーク（ナトリウムイオン付加体、グルコース：２０３．０Ｄａ、スクロース：３６５．１Ｄａ）を検出することができることが分かった。

図３及び４と図５及び６とを比較すると、ＤＨＢを用いた群では、グルコース又はスクロース由来のピークの他に、マトリックス由来と考えられるピークが比較的高い強度で確認されたのに対して、化合物７を用いた群では、マトリックス由来と考えられるピークはほとんど確認されず、目的とするグルコース又はスクロース由来のピークが高い強度で確認された。なお、図４及び６において２００ｍ／ｚ付近に確認されるピークはスクロースの分解で生じたグルコース由来のピークであると推測される。

次に、上記合成例５で得られたワープドナノグラフェン化合物（化合物７）を水に溶かし（０．１ｍｇ／ｍＬ）、生体分子として、ＭＲＦＡの０．１％トリフルオロ酢酸溶液（ＭＲＦＡ、５ｍＭ）と１：１（マトリックス：生体分子）で混合して測定用プレートに塗布し、自然乾燥させた後測定を行った。なお、比較として、α−シアノ−４−ヒドロキシケイ皮酸０．１％トリフルオロ酢酸含有５０％アセトニトリル水溶液（ＣＨＣＡ １０ｍｇ／ｍＬ）を用いた。測定には、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析計（ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ；ＡＢＳＣＩＥＸ社製）を用いた。この結果、化合物７は一般的に使用されるマトリックスＣＨＣＡとともに、ＭＲＦＡのピーク（プロトン付加体、５２４．３Ｄａ；１ナトリウムイオン付加体、５４６．３Ｄａ；２ナトリウムイオン付加体、５６８．３Ｄａ）を検出した。結果を図７に示す。

次に、上記合成例５で得られたワープドナノグラフェン化合物（化合物７）を０．１％トリフルオロ酢酸含有５０％アセトニトリル水溶液に溶かし（０．１ｍｇ／ｍＬ）、生体分子として、カフェインの５０％アセトニトリル水溶液（カフェイン、１μＭ〜５ｍＭ）と１：１（マトリックス：生体分子）で混合して測定用プレートに塗布し、自然乾燥させた後測定を行った。なお、比較として、２，５−ジヒドロキシ安息香酸０．１％トリフルオロ酢酸含有５０％アセトニトリル水溶液（ＤＨＢ，１０ｍｇ／ｍＬ）を用いた。測定には、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析計（ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ；ＡＢＳＣＩＥＸ社製）を用いた。この結果、化合物７は一般的に使用されるマトリックスＤＨＢとともに、１μＭまでカフェインのピーク（プロトン付加体、１９５．１Ｄａ）を検出した。結果を図８に示す。

次に、上記合成例５で得られたワープドナノグラフェン化合物（化合物７）を水に溶かし（０．１ｍｇ／ｍＬ）、生体分子として、ＧｌｃＮＡｃ水溶液（ＧｌｃＮＡｃ、１ｍＭ）と１：１（マトリックス：生体分子）で混合して測定用プレートに塗布し、自然乾燥させた後測定を行った。なお、比較として、２，５−ジヒドロキシ安息香酸３０％エタノール水溶液（ＤＨＢ，１０ｍｇ／ｍＬ）を用いた。測定には、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析計（ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ；ＡＢＳＣＩＥＸ社製）を用いた。この結果、化合物７は一般的に使用されるマトリックスＤＨＢとともに、ＧｌｃＮＡｃ由来のピーク（ナトリウムイオン付加体、２４４．１Ｄａ）を検出した。結果を図９に示す。

以上の結果から、本発明のワープドナノグラフェン化合物は、マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析用マトリックスとして有用であることが分かった。さらに、従来のマトリックスと比較して、マトリックス由来の夾雑物イオンピークが低減された測定結果を得ることができることが分かった。

実施例２：光物性
［吸収及び蛍光特性］
全ての測定には、１ｃｍ四方の石英セル内の脱気スペクトルグレードのジクロロメタン中の希釈溶液を使用した。ＵＶ−ｖｉｓ吸収スペクトルを、０．５ｎｍの分解能を有するShimadzu UV-3510 spectrometerで記録した。蛍光スペクトルは、F-4500 Hitachi spectrometer又はShimadzu RF-6000を用いて０．４ｎｍの分解能で測定した。絶対蛍光量子収量（Φ_Ｆ）は、較正積分球システム（207-21460-41）を備えたShimadzu RF-6000を用いて測定した。

［蛍光寿命特性］
光源は、２００ｆｓのパルス持続時間及び２００ｋＨｚの繰り返し速度を有する再生増幅モード同期Ｔｉ：サファイアレーザーに基づく波長可変光パラメトリック増幅器を用いた。励起波長は、吸収ピーク波長の１つに対応する４３５ｎｍに調整した。放出された光子は、アバランシェフォトダイオード（SPD-050-CTE-N1；ＭＰＤ）を有する単一のモノクロメーターを用いて検出した。検出波長は、各サンプルについて蛍光ピーク波長に調整した。各光子到着時間は、時間相関単一光子計数板（SPC-130EM-N1；Becker＆Hickl GmbH）を用いて記録した。

［Taylor分散解析］
Taylor分散解析は、Viscosizer TD（Malvern Instruments Ltd.）によって行った。各試料溶液（５０μＭ）を５０ｍｂａｒで負荷し、２８０ｍｂａｒでフラッシュした。サンプルは２１４ｎｍのＵＶ吸収により検出した。水中の化合物７の他、1,1,2,2-テトラクロロエタン（ＴＣＥ）中の化合物７及び４も比較実験として測定した。

［結果］
化合物４及び両親媒性化合物７のＵＶ−ｖｉｓ吸収及び蛍光特性を図１０に示す。ワープドナノグラフェン化合物である化合物４及び７は、ＣＨ_２Ｃｌ_２中では非常に類似の吸収および発光スペクトルを有していた（図１０ａ）。化合物４及び７の吸収極大波長は、それぞれ４２１ｎｍ及び４３３ｎｍであり、蛍光極大波長は、それぞれ５０８ｎｍ及び５２８ｎｍであった。化合物７の吸収及び蛍光ピーク波長は、π骨格の拡張に起因して、化合物４よりもわずかに長波長シフトした。また、化合物７の蛍光量子収率（Φ_Ｆ＝０．３７）は、化合物４（Φ_Ｆ＝０．２２）より高かった。化合物７の陽性ソルバトフルオロクロミック挙動（Chem. Rev. 94, 2319-2358 (1994).）も観察された（図１１）。すなわち、蛍光スペクトルはＥ_ｔ（３０）値（図１２）の良好な相関で、溶媒の極性に依存して長波長領域にシフトした（図１１においてトルエン＜ジクロロメタン＜アセトニトリル）が、吸収スペクトルは溶媒の違いによっては変化しなかった。化合物７の水溶液は、吸収スペクトルのピークがブロードになり、蛍光スペクトルは長波長シフトして黄色を呈した（図１０ｂ）。テイラー分散解析（図１３）の結果から、水中ではナノ粒子（直径約５ｎｍ）の形成が観察されたので、化合物７が凝集することが示唆されており、図１０及び１１において水中の吸収スペクトルにおけるピークがブロード化していることと合致している。特に、化合物７は水中で長い蛍光寿命を有していた（τ＝１０．０ｎｓ）。時間依存性細胞イメージングの際には、蛍光色素は、細胞からの自己蛍光を排除するために長寿命を有することが必須である（Chem. Rev. 110, 2641-2684 (2010).）が、この寿命の値は、時間依存性細胞イメージングへの適用に有望である。

４５０±１０ｎｍのバンドパスフィルターを用いてＸｅランプ（３００Ｗ）で２時間照射して光安定性を評価した。化合物７と同様に、４３０ｎｍで極大吸収を示し、５４１ｎｍで極大蛍光を示すAlexa 430を、比較色素として選択した。照射後、化合物７は、水中において光照射に対して優れた耐性を示し、吸収強度は初期値の８３％を維持していた（図１４ａ）。対照的に、Alexa 430色素の場合は吸収強度は初期値の４８％に過ぎなかった。ワープドナノグラフェンの光安定性に対する官能化の影響を評価するため、化合物４及び７の光安定性もジクロロメタン中で評価した。２時間の照射後、化合物４及び７の双方が光退色に対して優れた耐性を示し、吸収強度は初期値の９０％以上を維持していた（図１４ｂ）。

実施例３：生物実験
［細胞培養］
１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ，Ｓｉｇｍａ）を含むDulbecco's modified Eagle's medium（ＤＭＥＭ，Ｗａｋｏ）中、５％ＣＯ_２／９５％空気インキュベーター内で３７℃で、ＨｅＬａ細胞（ＲＩＫＥＮ Ｃｅｌｌ Ｂａｎｋ，Ｊａｐａｎ）を６ウェルプレートに播種した。

［細胞生存率アッセイ］
培養培地（１０％ＦＢＳを含むＤＭＥＭ）中のＨｅＬａ細胞を平底９６ウェルプレート（１×１０^４細胞／ウェル）上で２４時間培養した。培地を、種々の濃度（１μＭ、５μＭ又は１０μＭ）の水溶性ワープドナノグラフェン（化合物７）を含有する培地で置き換え、細胞をさらに２４時間インキュベートした。培地を除去した後、０．５ｍｇ／ｍＬのＭＴＴ試薬を各ウェルに添加し、プレートをＣＯ_２インキュベーター中で、さらに３７℃で４時間インキュベートした。ホルマザン結晶を５％ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）を含む５ｍＭ ＨＣｌに可溶化し、プレートをＣＯ_２インキュベーター中で、３７℃で一晩培養した。各ウェルの吸光度をEnSpire multimode plate reader（PerkinElmer）により５６０ｎｍで測定した。

［細胞染色及び蛍光イメージング］
化合物７によるＨｅＬａ細胞の染色実験の際には、イメージングの１日前にガラス底８ウェルスライド上に細胞（２×１０^４細胞／ウェル）を移した。ＨｅＬａ細胞を０．１％ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を含有するＤＭＥＭ中５μＭの化合物７とともに、３７℃又は４℃で５時間インキュベートし、次いで１０ｍＭ ＨＥＰＥＳ（ｐＨ７．４）を含むＤＭＥＭで３回リンスした。リソソーム染色には、ｐＨベースの蛍光色素であるLysoTracker Red DND-99（Thermo Fisher Scientific）も１００ｎＭの濃度で使用した。蛍光イメージングには、LD C-Apochromat 40×/ 1.10NA対物レンズを備えた共焦点レーザー走査型顕微鏡（ＬＳＭ７８０，Ｚｅｉｓｓ）を用いた。化合物７及びLysoTracker Red DND-99染色細胞を４８８レーザーラインで励起し、その蛍光スペクトルを４９０ｎｍ〜６９３ｎｍの範囲で記録した。化合物７、LysoTracker Red DND-99及び細胞自己蛍光の参照スペクトルを使用して線形非混合イメージを取得した。

［結果］
上記で検討した化合物７の基本的な物性、つまり、水及びジメチルスルホキシド中での良好な溶解性、長い蛍光寿命を伴う適度な蛍光量子収率及び優れた光安定性の結果から、化合物７は蛍光色素としてバイオイメージングに適用可能であることを示している。生体サンプルに使用する前に、化合物７の生体適合性をＨｅＬａ細胞でＭＴＴアッセイによって評価した。細胞生存率は、１０μＭの化合物７で２４時間処理しても有意に影響しなかった（図１５）。これは、化合物７は細胞毒性が低いことを意味する。その後、さらに、化合物７を用いて生存しているＨｅＬａ細胞のイメージングを行った。培養細胞とともに５時間インキュベートした後、化合物７は細胞内のリソソームと思われる領域に選択的に蓄積し、緑色の蛍光を発した。リソソームは酸性オルガネラとして知られ、低ｐＨを利用したリソソーム標識化プローブが市販されている。その一つであるLysotracker red DND-99と化合物７を用いて共染色したところ、蛍光シグナルが重なる領域がみられた（図１６ａ〜ｃ）。このことから、化合物７はリソソームに局在することが示唆された。
これらの結果から、化合物７がリソソームに特異的であり、細胞リソソームイメージング用蛍光プローブ（細胞リソソームイメージング材料）として有用であることを示唆している。細胞の共染色実験中、化合物７の細胞摂取が遅いことを見出した。化合物７の取り込み速度が遅いことは、大きな分子構造及び内在化機構に起因する。大きな分子構造を考慮すると、エンドサイトーシスによって化合物７が取り込まれ得る可能性がある。低温ではエンドサイトーシス経路が減少することが知られているので、化合物７の取り込み経路を同定するため、化合物７及びLysotracker redを４℃で共染色した。蛍光イメージングの結果から、化合物７がリソソームに取り込まれておらず、LysoTracker redのみが細胞内に存在することが理解できる（図１６ｄ〜ｆ）。この結果は、化合物７がエンドサイトーシスによってリソソームに取り込まれることを示唆している。

Claims (7)

1. 一般式（１）：
   ［一般式（１）中、Ｒは、同一又は異なって、水素原子又は置換基を示す。Ｒの少なくとも１つは親水基である。Ｒ’は、同一又は異なって、水素原子又は置換基を示す。ｎは同一又は異なって、０〜２の整数を示す。］
   で表される水溶性ワープドナノグラフェン化合物。
2. 前記一般式（１）において、Ｒ’がいずれも水素原子である、請求項１に記載のワープドナノグラフェン化合物。
3. 前記一般式（１）において、Ｒがいずれも親水基である、請求項１又は２に記載のワープドナノグラフェン化合物。
4. 前記一般式（１）において、Ｒのうち５個が親水基であり、他の５個が親水基以外の基である、請求項１又は２に記載のワープドナノグラフェン化合物。
5. 前記一般式（１）において、Ｒのうち１個が親水基であり、他の９個が親水基以外の基である、請求項１又は２に記載のワープドナノグラフェン化合物。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のワープドナノグラフェン化合物を含む、マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析用マトリックス。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載のワープドナノグラフェン化合物を含む、蛍光色素。