JP2020091192A - 化合物及びその使用 - Google Patents

Abstract

【課題】重金属元素を含まず、安全性が高いフッ化物イオンの検出剤を提供する。【解決手段】下記式（１）で表される化合物（式（１）中、Ｒ１は、水素原子、ハロゲン原子、置換されていてもよい炭素数１〜２０のアルキル基又は置換されていてもよい炭素数１〜２０のアリール基を表し、Ｒ２は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又は置換されていてもよい炭素数１〜６のアルキル基を表す。）。［化１］【選択図】なし

Description

本発明は、化合物及びその使用に関する。より具体的には、化合物及びフッ化物イオン検出剤に関する。

従来、フッ化物イオンの検出に利用することができる化合物が知られている。例えば、特許文献１には、ジルコニウム（ＩＶ）とピロカテコールバイオレットと多座配位子とからなるジルコニウム系多核錯体を用いて、水溶液中のフッ化物イオンを検出できることが記載されている。

また、非特許文献１には、ジメシチルボリル基（ＢＭｅｓ_２；Ｍｅｓは２，４，６−トリメチルフェニル基を表す。）を有するフェニルキノリンを導入したイリジウム（ＩＩＩ）錯体が、フッ化物イオンの添加により赤色発光から消光するＯＮ−ＯＦＦ型のセンサーとして機能することが記載されている。非特許文献１にはまた、ジスルファンニトリルを有する白金（ＩＩ）錯体にフッ化物イオンを添加すると発光強度が大幅に減少し、目視での消光が確認できたことが記載されている。

特許第４０５８５２２号公報

日本大学生産工学部第４８回学術講演会講演概要、２０１５年１２月５日、第５２１頁

しかしながら、特許文献１や非特許文献１に記載された化合物は、重金属元素を含んでいる。このため、これらの化合物は生体に対する毒性を有することが懸念される。また、これらの化合物が環境中に拡散すると環境汚染につながることが懸念される。このため、これらの化合物は、使用中の安全対策や使用後の廃棄等が煩雑である。そこで、本発明は、重金属元素を含まず、安全性が高いフッ化物イオン検出剤を提供することを目的とする。

本発明は以下の態様を含む。
［１］下記式（１）で表される化合物。
［式（１）中、Ｒ^１は、水素原子、ハロゲン原子、置換されていてもよい炭素数１〜２０のアルキル基又は置換されていてもよい炭素数１〜２０のアリール基を表し、Ｒ^２は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又は置換されていてもよい炭素数１〜６のアルキル基を表す。］
［２］前記Ｒ^２が全て水素原子である、［１］に記載の化合物。
［３］［１］又は［２］に記載の化合物を有効成分として含有するフッ化物イオン検出剤。
［４］被験試料中のフッ化物イオンの検出方法であって、被験試料に［１］又は［２］に記載の化合物を接触させる工程と、前記化合物が接触した前記被験試料に波長３００〜４００ｎｍの光を照射し、発生する蛍光の波長を測定する工程と、を含み、前記蛍光が波長５００〜５７０ｎｍの光を含むことが、前記被験試料がフッ化物イオンを含有することを示す、方法。

本発明によれば、重金属元素を含まず、安全性が高いフッ化物イオン検出剤を提供することができる。

（ａ）〜（ｄ）は、実験例２の結果を示す写真である。 （ａ）及び（ｂ）は、実験例３の結果を示す写真である。 （ａ）〜（ｄ）は、実験例４の結果を示す写真である。 （ａ）〜（ｄ）は、実験例５の結果を示す写真である。 （ａ）〜（ｄ）は、実験例６においてＮ，Ｎ−ビス（トリメチルシリル）−９−アミノアントラセン（Ｓｉ９ＡＡ）とフッ化物イオンを反応させた結果を示すＮＭＲスペクトルである。 （ａ）〜（ｄ）は、実験例６においてＳｉ９ＡＡと塩化物イオンを反応させた結果を示すＮＭＲスペクトルである。 （ａ）〜（ｄ）は、実験例６においてＳｉ９ＡＡと臭化物イオンを反応させた結果を示すＮＭＲスペクトルである。 （ａ）〜（ｄ）は、実験例６においてＳｉ９ＡＡとヨウ化物イオンを反応させた結果を示すＮＭＲスペクトルである。 （ａ）〜（ｆ）は、実験例６においてＳｉ９ＡＡとフッ化物イオンを反応させた結果を示すＮＭＲスペクトルである。 （ａ）〜（ｄ）は、実験例６においてＳｉ９ＡＡと塩化物イオンを反応させた結果を示すＮＭＲスペクトルである。 （ａ）〜（ｄ）は、実験例６においてＳｉ９ＡＡとシアン化物イオンを反応させた結果を示すＮＭＲスペクトルである。 （ａ）〜（ｄ）は、実験例６においてＳｉ９ＡＡとＰＦ_６ ⁻イオンを反応させた結果を示すＮＭＲスペクトルである。 （ａ）は実験例７における吸収スペクトルの測定結果を示すグラフである。（ｂ）は実験例７における蛍光スペクトルの測定結果を示すグラフである。 （ａ）及び（ｂ）は、実験例８の結果を示す写真である。 実験例９におけるメシチル９ＡＡの吸収スペクトルの測定結果を示すグラフである。 実験例９におけるメシチル９ＡＡの蛍光スペクトルの測定結果を示すグラフである。

［化合物］
１実施形態において、本発明は、下記式（１）で表される化合物を提供する。

［式（１）中、Ｒ^１は、水素原子、ハロゲン原子、置換されていてもよい炭素数１〜２０のアルキル基又は置換されていてもよい炭素数１〜２０のアリール基を表し、Ｒ^２は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又は置換されていてもよい炭素数１〜６のアルキル基を表す。］

上記式（１）で表される化合物は新規化合物である。実施例において後述するように、発明者らは、上記式（１）で表される化合物がフッ化物イオンと反応すると、上記式（１）で表される化合物のトリメチルシリル基が容易に水素原子に置換され、蛍光特性が変化することを明らかにした。また、この反応はフッ化物イオンに特異的であった。

上記式（１）で表される化合物は、重金属元素を含まないため、生体に対する安全性が高い。また、このため、使用後の廃棄等も簡便である。また、上記式（１）で表される化合物は、フッ化物イオンと反応すると消光するのではなく、蛍光波長を変化させる。このため、フッ化物イオンを明確に検出することができ、より簡便にフッ化物イオンの検出を行うことができる。

上記式（１）で表される化合物のトリメチルシリル基が水素原子に置換した化合物は、不安定であり、経時的に蛍光波長を変化させる場合がある。これに対し、上記式（１）で表される化合物において、Ｒ^１で表される基が嵩高い基であると、蛍光波長が変化せず、安定である傾向にある。本明細書において、Ｒ^１で表される基が嵩高いとは、Ｒ^１で表される基の分子量が概ね９０〜１０００であることを意味する。

上記式（１）において、Ｒ^１で表される炭素数１〜２０のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基等の直鎖状アルキル基；イソプロピル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｔｅｒｔ−アミル基等の分枝鎖状のアルキル基；シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基；１−アダマンチル基、２−アダマンチル基、９−トリプチシル基等の嵩高いアルキル基等が挙げられる。

また、Ｒ^１で表される炭素数１〜２０のアルキル基の置換基としては、例えばハロゲン原子が挙げられる。ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。

上記式（１）において、Ｒ^１で表される置換された炭素数１〜２０のアルキル基としては、例えば、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、２，２，２−トリフルオロエチル基、クロロメチル基、トリクロロメチル基、ブロモメチル基、トリブロモメチル基等が挙げられる。

上記式（１）において、Ｒ^１で表されるアリール基としては、例えば、フェニル基、２−メチルフェニル基、３−メチルフェニル基、４−メチルフェニル基、４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル基、２，４，６−トリメチルフェニル基（メシチル基）、２，６−ジメチルフェニル基、２，６−ジエチルフェニル基、２，６−ジイソプロピルフェニル基、２，６−ジメトキシフェニル基、２，６−ジエトキシフェニル基、２，６−ジイソプロポキシフェニル基、２，６−ジｔｅｒｔ−ブトキシフェニル基等が挙げられる。

上記式（１）において、Ｒ^１で表されるアリール基の置換基としては、例えばハロゲン原子、炭素数１〜３のハロゲン化アルキル基等が挙げられる。ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。

上記式（１）において、Ｒ^１で表される置換されたアリール基としては、例えば、２−フルオロフェニル基、３−フルオロフェニル基、４−フルオロフェニル基、２，４−ジフルオロフェニル基、２，６−ジフルオロフェニル基、３，４−ジフルオロフェニル基、２，４，６−トリフルオロフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、４−トリフルオロメチルフェニル基等、２−ブロモフェニル基、３−ブロモフェニル基、４−ブロモフェニル基、３，４−ジブロモフェニル基、２，６−ジクロロフェニル基、２，６−ジブロモフェニル基、２，６−ジヨードフェニル基等が挙げられる。

上記式（１）において、Ｒ^２で表される炭素数１〜６のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基等の直鎖状アルキル基；イソプロピル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｔｅｒｔ−アミル基等の分枝鎖状のアルキル基；シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基等が挙げられる。

上記式（１）において、Ｒ^２で表されるアルキル基の置換基としては、例えばハロゲン原子等が挙げられる。ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。

上記式（１）において、Ｒ^２で表される置換された炭素数１〜６のアルキル基としては、例えば、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、２，２，２−トリフルオロエチル基、クロロメチル基、トリクロロメチル基、ブロモメチル基、トリブロモメチル基等が挙げられる。

本実施形態の化合物において、上記式（１）におけるＲ^２は全て水素原子であってもよいし、１個又は複数のＲ^２が、置換されていてもよい炭素数１〜６のアルキル基であってもよい。

例えば、癌の早期発見等に使われるポジトロン・エミッション・トモグラフィー（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、ＰＥＴ）検査では、グルコースの一部を放射性フッ化物イオン（^１８Ｆ）で置き換えた^１８Ｆ−フルオロデオキシグルコース（^１８Ｆ−ＦＤＧ）が検査薬として使われる。

^１８Ｆ−ＦＤＧは静脈注射で体内に注入されるが、成人の体重や体格指数（Ｂｏｄｙ Ｍａｓｓ Ｉｎｄｅｘ、ＢＭＩ）により、その注入量が変化する。また、^１８Ｆ−ＦＤＧが体内で代謝されるとフッ化物イオン（^１８Ｆ）が排出される。^１８Ｆは半減期が１０９．５分のガンマ線を放出する放射性元素であり、ＰＥＴ検査を終えても完全に放射性が無くならないまま代謝されることが懸念される。また、フッ化物イオンは、斑状歯形成への影響、腎機能低下、骨フッ素症等の発症に影響することが知られている。

このため、ＰＥＴ検査後、体内に残存するフッ化物イオン（^１８Ｆ）を、安全・簡便・迅速・安価に検出する技術に対する需要があると考えられる。本実施形態の化合物は、このような用途にも好適に用いることができる。

［フッ化物イオン検出剤］
１実施形態において、本発明は、上記式（１）で表される化合物を有効成分として含有するフッ化物イオン検出剤を提供する。実施例において後述するように、発明者らは、上記式（１）で表される化合物をフッ化物イオンの検出の用途に使用できることを明らかにした。

より具体的には、上記式（１）で表される化合物に波長約３６５ｎｍの励起光を照射すると波長約４７３ｎｍの青色蛍光を発する。また、上記式（１）で表される化合物にフッ化物イオンを接触させると、トリメチルシリル基が水素原子に置換され、波長約３６５ｎｍの励起光を照射すると波長約５１８ｎｍの緑色蛍光を発するようになる。このため、肉眼で容易にフッ化物イオンの存在を検出することができる。

［被験試料中のフッ化物イオンの検出方法］
１実施形態において、本発明は、被験試料中のフッ化物イオンの検出方法であって、被験試料に上記式（１）で表される化合物を接触させる工程と、前記化合物が接触した前記被験試料に波長３００〜４００ｎｍの光を照射し、発生する蛍光の波長を測定する工程と、を含み、前記蛍光が波長５００〜５７０ｎｍの光を含むことが、前記被験試料がフッ化物イオンを含有することを示す、方法を提供する。実施例において後述するように、本実施形態の方法により、簡便にフッ化物イオンを検出することができる。

本実施形態の方法において、波長３００〜４００ｎｍの光を照射し、発生する蛍光の波長を測定する工程は、肉眼で実施してもよい。波長３００〜４００ｎｍの光、例えば波長約３６５ｎｍの励起光を照射した場合に緑色蛍光が観察された場合、蛍光が波長５００〜５７０ｎｍの光を含むということができる。この場合、被験試料中にフッ化物イオンが存在していたと判断することができる。

次に実施例を示して本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実験例１］
（Ｎ，Ｎ−ビス（トリメチルシリル）−９−アミノアントラセンの合成）
下記反応スキーム（１）にしたがって、Ｎ，Ｎ−ビス（トリメチルシリル）−９−アミノアントラセンを合成した。

具体的には、まず、１００ｍＬ三口フラスコに９−アミノアントラセン（以下、「９ＡＡ」という場合がある。）０．５８２ｇ（３．０１ｍｍｏｌ）とテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）２０ｍＬを入れ、温度計、三方コック、セプタムを設置し、三方コックに窒素風船をつけた。

続いて、デュワー瓶にエタノールと液体窒素を入れ、スターラの上に設置した。この際−７０℃を超えないように撹拌した。３０分後１．５５ｍｏｌ／Ｌのｎ−ＢｕＬｉ ４．３ｍＬ（６．６ｍｍｏｌ）をゆっくりと加えた。このとき溶液は紫色に変化した。

その後撹拌しながらフラスコ内の温度が−８５℃になるように液体窒素を加えた。４０分後、トリメチルシリルクロリド０．９ｍＬ（７．０９ｍｍｏｌ）のＴＨＦ（５ｍＬ）溶液をトランスファーチューブからゆっくりと加え２５時間撹拌した。このとき色は紫色から黒色、深青色、黄色、茶色と変化した。

続いて、２００ｍＬナスフラスコに移し、ロータリーエバポレーターでヘキサンとトリメチルシリルクロリドを減圧留去した。得られた黒色液体を１００ｍＬナスフラスコに入れ、ヘキサン（２０ｍＬ）を加え、ロータリーエバポレーターで減圧留去した。

続いて、クロロホルム（２５ｍＬ）を加えてロータリーエバポレーターで留去し、得られた液体をヘキサン（１０ｍＬ）で桐山漏斗を用いて吸引ろ過し不純物を取り除いた。

続いて、深緑色のろ液をメンブレンフィルターでろ過し、ロータリーエバポレーターで減圧留去し、残留物をヘキサン（７ｍＬ）に溶かし、冷蔵庫に２日間静置したところ結晶が析出した。

桐山漏斗を用いてこの結晶を吸引ろ過した結果、Ｎ，Ｎ−ビス（トリメチルシリル）−９−アミノアントラセン（０．６５２ｇ，１．９２ｍｍｏｌ）（以下、「Ｓｉ９ＡＡ」という場合がある。）が無色結晶として収率６４％で得られた。

^１Ｈ ＮＭＲ（６００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３） δ＝０．０７（１８Ｈ，ｓ，ＴＭＳ ｇｒｏｕｐ），７．４７−７．４０（４Ｈ，ｍ，２，３，６，７−Ｈ），７．９８−７．９５（２Ｈ，ｍ，４，５−Ｈ），８．２１（１Ｈ，ｓ，１０−Ｈ），８．３４−８．３２（２Ｈ，ｍ，１，８−Ｈ）．

^１３Ｃ｛^１Ｈ｝ ＮＭＲ（１５１ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３） δ＝２．３０（ｐ，ＣＨ_３−Ｓｉ），１２３（ｔ，Ｃ１０），１２４（ｔ，Ｃ２，７），１２５（ｔ，Ｃ３，６），１２６（ｔ，Ｃ１，８），１２８（ｔ，Ｃ４，５），１３１（ｑ，Ｃ９），１３２（ｑ，Ｃ４ａ，１０ａ），１４２（ｑ，Ｃ８ａ，９ａ）

質量分析 ＥＳＩ−ＭＳ（ＣＨ_３ＣＮ，ｐｏｓｉｔｉｖｅ）
Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｆｏｒｍｕｌａ： Ｃ_２０Ｈ_２７ＮＳｉ_２ ＋Ｈ：３３８．１７５５
Ａｎａｌ：３３８．１７６４

［実験例２］
（Ｓｉ９ＡＡの蛍光特性の検討１）
シリカゲルＴＬＣプレートに、フッ化テトラ−ｎ−ブチルアンモニウム（ｎ−Ｂｕ_４ＮＦ）、塩化テトラ−ｎ−ブチルアンモニウム（ｎ−Ｂｕ_４ＮＣｌ）、臭化テトラ−ｎ−ブチルアンモニウム（ｎ−Ｂｕ_４ＮＢｒ）、ヨウ化テトラ−ｎ−ブチルアンモニウム（ｎ−Ｂｕ_４ＮＩ）を１スポットずつスポットした。なお、ｎ−Ｂｕ_４ＮＦはフッ化物イオン源であり、ｎ−Ｂｕ_４ＮＣｌは塩化物イオン源であり、ｎ−Ｂｕ_４ＮＢｒは臭化物イオン源であり、ｎ−Ｂｕ_４ＮＩはヨウ化物イオン源である。

続いて、上記のＴＬＣプレートにＮ，Ｎ−ビス（トリメチルシリル）−９−アミノアントラセン（以下、「Ｓｉ９ＡＡ」という場合がある。）のメタノール溶液（７．７０×１０^−４ｍｏｌ／Ｌ）を１０ｍＬスプレー瓶から吹きかけた。続いて、ＴＬＣプレートに、波長約３６５ｎｍの励起光を照射し、蛍光を観察した。蛍光の観察にあたってはフィルターを使用しなかった。これにより、蛍光波長の変化を肉眼で観察することができた。

図１（ａ）〜（ｄ）は、ＴＬＣプレートにＳｉ９ＡＡを吹きかけてから２．５時間後に波長約３６５ｎｍの励起光を照射し、蛍光を検出した結果を示す写真である。図１（ａ）はＳｉ９ＡＡにフッ化物イオンを接触させた結果であり、図１（ｂ）はＳｉ９ＡＡに塩化物イオンを接触させた結果であり、図１（ｃ）はＳｉ９ＡＡに臭化物イオンを接触させた結果であり、図１（ｄ）はＳｉ９ＡＡにヨウ化物イオンを接触させた結果である。

その結果、Ｓｉ９ＡＡの蛍光は、フッ化物イオンを接触させた場合のみ、波長約４７３ｎｍの青色蛍光から波長約５１８ｎｍの緑色蛍光に変化することが明らかとなった。これは、Ｓｉ９ＡＡがフッ化物イオンと接触するとトリメチルシリル基が水素原子に置換されて９ＡＡに変化するためである。なお、発明者らは、以前に、９ＡＡに波長約３６５ｎｍの励起光を照射すると、波長約５１８ｎｍの緑色蛍光を発することを明らかにしている。

図１（ｂ）、（ｃ）でも蛍光が観察されたが、これらの蛍光は波長約４７３ｎｍの青色蛍光であった。

［実験例３］
（Ｓｉ９ＡＡの蛍光特性の検討２）
Ｓｉ９ＡＡのテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）溶液（７．７０×１０^−４ｍｏｌ／Ｌ）を２本のメスフラスコに入れ、一方に１３ｍｇのｎ−Ｂｕ_４ＮＦを添加した。具体的には、１．０ｍｏｌ／Ｌのｎ−Ｂｕ_４ＮＦ（２６１．５ｇ／ｍｏｌ）のＴＨＦ溶液を０．０５ｍＬ加えた。続いて、ｎ−Ｂｕ_４ＮＦの添加から１分後に、双方のフラスコに波長約３６５ｎｍの励起光を照射し、蛍光を観察した。蛍光の観察にあたってはフィルターを使用しなかった。これにより、蛍光波長の変化を肉眼で観察することができた。

図２（ａ）及び（ｂ）は各フラスコの蛍光を撮影した写真である。図２（ａ）はＳｉ９ＡＡのＴＨＦ溶液の写真であり、図２（ｂ）はＳｉ９ＡＡのＴＨＦ溶液にフッ化物イオンを添加した写真である。

その結果、Ｓｉ９ＡＡのＴＨＦ溶液は、波長約４７３ｎｍの青色蛍光を発したのに対し、Ｓｉ９ＡＡのＴＨＦ溶液にフッ化物イオンを添加すると、青色蛍光が変化し、波長約５１８ｎｍの緑色蛍光を発することが明らかとなった。これは、Ｓｉ９ＡＡがフッ化物イオンと接触してトリメチルシリル基が水素原子に置換されて９ＡＡに変化したためである。

［実験例４］
（Ｓｉ９ＡＡの蛍光特性の検討３）
Ｓｉ９ＡＡ（７．６９×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）及びｎ−Ｂｕ_４ＮＦ（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を含むＴＨＦ溶液、Ｓｉ９ＡＡ（７．６９×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）及びｎ−Ｂｕ_４ＮＣｌ（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を含むＴＨＦ溶液、Ｓｉ９ＡＡ（７．６９×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）及びｎ−Ｂｕ_４ＮＢｒ（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を含むＴＨＦ溶液、Ｓｉ９ＡＡ（７．６９×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）及びｎ−Ｂｕ_４ＮＩ（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を含むＴＨＦ溶液をそれぞれＮＭＲ管に入れ、５分後に波長約３６５ｎｍの励起光を照射し、蛍光を観察した。蛍光の観察にあたってはフィルターを使用しなかった。これにより、蛍光波長の変化を肉眼で観察することができた。

図３（ａ）〜（ｄ）は各ＮＭＲ管を撮影した写真である。図３（ａ）はＳｉ９ＡＡ及びｎ−Ｂｕ_４ＮＦを含むＴＨＦ溶液の写真であり、図３（ｂ）はＳｉ９ＡＡ及びｎ−Ｂｕ_４ＮＣｌを含むＴＨＦ溶液の写真であり、図３（ｃ）はＳｉ９ＡＡ及びｎ−Ｂｕ_４ＮＢｒを含むＴＨＦ溶液の写真であり、図３（ｄ）はＳｉ９ＡＡ及びｎ−Ｂｕ_４ＮＩを含むＴＨＦ溶液の写真である。

その結果、Ｓｉ９ＡＡ及びｎ−Ｂｕ_４ＮＦを含むＴＨＦ溶液のみが波長約５１８ｎｍの緑色蛍光を発することが明らかとなった。これは、Ｓｉ９ＡＡがフッ化物イオンと接触してトリメチルシリル基が水素原子に置換されて９ＡＡに変化したためである。この結果は、Ｓｉ９ＡＡがフッ化物イオンを特異的に検出することができることを更に支持するものである。

［実験例５］
（Ｓｉ９ＡＡの蛍光特性の検討４）
Ｓｉ９ＡＡ（７．６９×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）、フッ化カリウム（ＫＦ）（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）及び１８−クラウン−６（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を含むＴＨＦ溶液、Ｓｉ９ＡＡ（７．６９×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）及び１８−クラウン−６（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を含むＴＨＦ溶液、Ｓｉ９ＡＡ（７．６９×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）、シアン化カリウム（ＫＣＮ）（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）及び１８−クラウン−６（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を含むＴＨＦ溶液、Ｓｉ９ＡＡ（７．６９×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）、ヘキサフルオロリン酸カリウム（ＫＰＦ_６）（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）及び１８−クラウン−６（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を含むＴＨＦ溶液をそれぞれＮＭＲ管に入れ、５分後に波長約３６５ｎｍの励起光を照射し、蛍光を観察した。蛍光の観察にあたってはフィルターを使用しなかった。これにより、蛍光波長の変化を肉眼で観察することができた。

図４（ａ）〜（ｄ）は各ＮＭＲ管を撮影した写真である。図４（ａ）はＳｉ９ＡＡ、ＫＦ及び１８−クラウン−６を含むＴＨＦ溶液の写真であり、図４（ｂ）はＳｉ９ＡＡ、ＫＣｌ及び１８−クラウン−６を含むＴＨＦ溶液の写真であり、図４（ｃ）はＳｉ９ＡＡ、ＫＣＮ及び１８−クラウン−６を含むＴＨＦ溶液の写真であり、図４（ｄ）はＳｉ９ＡＡ、ＫＰＦ_６及び１８−クラウン−６を含むＴＨＦ溶液の写真である。

その結果、Ｓｉ９ＡＡ、ＫＦ及び１８−クラウン−６を含むＴＨＦ溶液のみが波長約５１８ｎｍの緑色蛍光を発することが明らかとなった。これは、Ｓｉ９ＡＡがフッ化物イオンと接触してトリメチルシリル基が水素原子に置換されて９ＡＡに変化したためである。この結果は、Ｓｉ９ＡＡがフッ化物イオンを特異的に検出することができることを更に支持するものである。なお、Ｓｉ９ＡＡ、ＫＰＦ_６及び１８−クラウン−６を含むＴＨＦ溶液で緑色蛍光が観察されなかったのは、ＰＦ_６ ⁻イオンが安定であり、フッ化物イオンとしての性質を有しないためである。

［実験例６］
（Ｓｉ９ＡＡのＮＭＲスペクトルの検討）
Ｓｉ９ＡＡに、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン及びヨウ化物イオンをそれぞれ接触させ、^１Ｈ ＮＭＲ（６００ＭＨｚ，ＴＨＦ−ａｃｅｔｏｎｅ−ｄ_６）スペクトルの変化を観察した。また、比較のために、９ＡＡに、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン及びヨウ化物イオンをそれぞれ接触させた試料についてもＮＭＲスペクトルを測定した。また、対照として、Ｓｉ９ＡＡ及び９ＡＡのＮＭＲスペクトルも測定した。

（フッ化物イオン１）
図５（ａ）〜（ｄ）は、Ｓｉ９ＡＡにフッ化物イオンを接触させた場合のＮＭＲスペクトルの比較を示すグラフである。図５（ａ）はＳｉ９ＡＡのＮＭＲスペクトルである。図５（ｂ）は、Ｓｉ９ＡＡ（７．６９×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）及びｎ−Ｂｕ_４ＮＦ（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を混合し、１０分後に測定したＮＭＲスペクトルである。図５（ｃ）は９ＡＡのＮＭＲスペクトルである。図５（ｄ）は、９ＡＡ（１２．４×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）及びｎ−Ｂｕ_４ＮＦ（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を混合し、１０分後に測定したＮＭＲスペクトルである。

これらのＮＭＲスペクトルの比較から、Ｓｉ９ＡＡにフッ化物イオンを接触させた結果、Ｓｉ９ＡＡが９ＡＡに変化したことが明らかとなった。

（塩化物イオン１）
図６（ａ）〜（ｄ）は、Ｓｉ９ＡＡに塩化物イオンを接触させた場合のＮＭＲスペクトルの比較を示すグラフである。図６（ａ）はＳｉ９ＡＡのＮＭＲスペクトルである。図６（ｂ）は、Ｓｉ９ＡＡ（７．６９×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）及びｎ−Ｂｕ_４ＮＣｌ（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を混合し、１０分後に測定したＮＭＲスペクトルである。図６（ｃ）は９ＡＡのＮＭＲスペクトルである。図６（ｄ）は、９ＡＡ（１２．４×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）及びｎ−Ｂｕ_４ＮＣｌ（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を混合し、１０分後に測定したＮＭＲスペクトルである。

これらのＮＭＲスペクトルの比較から、Ｓｉ９ＡＡに塩化物イオンを接触させても、Ｓｉ９ＡＡは変化しないことが明らかとなった。

（臭化物イオン）
図７（ａ）〜（ｄ）は、Ｓｉ９ＡＡに臭化物イオンを接触させた場合のＮＭＲスペクトルの比較を示すグラフである。図７（ａ）はＳｉ９ＡＡのＮＭＲスペクトルである。図７（ｂ）は、Ｓｉ９ＡＡ（７．６９×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）及びｎ−Ｂｕ_４ＮＢｒ（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を混合し、１０分後に測定したＮＭＲスペクトルである。図７（ｃ）は９ＡＡのＮＭＲスペクトルである。図７（ｄ）は、９ＡＡ（１２．４×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）及びｎ−Ｂｕ_４ＮＢｒ（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を混合し、１０分後に測定したＮＭＲスペクトルである。

これらのＮＭＲスペクトルの比較から、Ｓｉ９ＡＡに臭化物イオンを接触させても、Ｓｉ９ＡＡは変化しないことが明らかとなった。

（ヨウ化物イオン）
図８（ａ）〜（ｄ）は、Ｓｉ９ＡＡにヨウ化物イオンを接触させた場合のＮＭＲスペクトルの比較を示すグラフである。図８（ａ）はＳｉ９ＡＡのＮＭＲスペクトルである。図８（ｂ）は、Ｓｉ９ＡＡ（７．６９×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）及びｎ−Ｂｕ_４ＮＩ（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を混合し、１０分後に測定したＮＭＲスペクトルである。図８（ｃ）は９ＡＡのＮＭＲスペクトルである。図８（ｄ）は、９ＡＡ（１２．４×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）及びｎ−Ｂｕ_４ＮＩ（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を混合し、１０分後に測定したＮＭＲスペクトルである。

これらのＮＭＲスペクトルの比較から、Ｓｉ９ＡＡにヨウ化物イオンを接触させても、Ｓｉ９ＡＡは変化しないことが明らかとなった。

（フッ化物イオン２）
図９（ａ）〜（ｆ）は、Ｓｉ９ＡＡにフッ化物イオンを接触させた場合のＮＭＲスペクトルを示すグラフである。図９（ａ）はＳｉ９ＡＡのＮＭＲスペクトルである。図９（ｂ）は、Ｓｉ９ＡＡ（７．６９×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）、ＫＦ（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）及び１８−クラウン−６（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を混合し、１０分後に測定したＮＭＲスペクトルである。図９（ｃ）は、Ｓｉ９ＡＡ（７．６９×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）、ＫＦ（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）及び１８−クラウン−６（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を混合し、１．５時間後に測定したＮＭＲスペクトルである。図９（ｄ）は、Ｓｉ９ＡＡ（７．６９×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）、ＫＦ（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）及び１８−クラウン−６（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を混合し、１２時間後に測定したＮＭＲスペクトルである。図９（ｅ）は９ＡＡのＮＭＲスペクトルである。図９（ｆ）は、９ＡＡ（１２．４×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）、ＫＦ（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）及び１８−クラウン−６（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を混合し、１０分後に測定したＮＭＲスペクトルである。

これらのＮＭＲスペクトルの比較から、ＫＦがＴＨＦに溶解しないため、反応が遅いものの、Ｓｉ９ＡＡにフッ化物イオンを接触させた結果、Ｓｉ９ＡＡが９ＡＡに変化したことが明らかとなった。

（塩化物イオン２）
図１０（ａ）〜（ｄ）は、Ｓｉ９ＡＡに塩化物イオンを接触させた場合のＮＭＲスペクトルを示すグラフである。図１０（ａ）はＳｉ９ＡＡのＮＭＲスペクトルである。図１０（ｂ）は、Ｓｉ９ＡＡ（７．６９×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）、ＫＣｌ（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）及び１８−クラウン−６（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を混合し、１０分後に測定したＮＭＲスペクトルである。図１０（ｃ）は９ＡＡのＮＭＲスペクトルである。図１０（ｄ）は、９ＡＡ（１２．４×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）、ＫＣｌ（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）及び１８−クラウン−６（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を混合し、１０分後に測定したＮＭＲスペクトルである。

これらのＮＭＲスペクトルの比較から、Ｓｉ９ＡＡに塩化物イオンを接触させても、Ｓｉ９ＡＡは変化しないことが明らかとなった。

（シアン化物イオン）
図１１（ａ）〜（ｄ）は、Ｓｉ９ＡＡにシアン化物イオンを接触させた場合のＮＭＲスペクトルを示すグラフである。図１１（ａ）はＳｉ９ＡＡのＮＭＲスペクトルである。図１１（ｂ）は、Ｓｉ９ＡＡ（７．６９×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）、ＫＣＮ（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）及び１８−クラウン−６（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を混合し、１０分後に測定したＮＭＲスペクトルである。図１１（ｃ）は９ＡＡのＮＭＲスペクトルである。図１１（ｄ）は、９ＡＡ（１２．４×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）、ＫＣＮ（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）及び１８−クラウン−６（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を混合し、１０分後に測定したＮＭＲスペクトルである。

これらのＮＭＲスペクトルの比較から、Ｓｉ９ＡＡにシアン化物イオンを接触させても、Ｓｉ９ＡＡは変化しないことが明らかとなった。

（ＰＦ_６ ⁻イオン）
図１２（ａ）〜（ｄ）は、Ｓｉ９ＡＡにＰＦ_６ ⁻イオンを接触させた場合のＮＭＲスペクトルを示すグラフである。図１２（ａ）はＳｉ９ＡＡのＮＭＲスペクトルである。図１２（ｂ）は、Ｓｉ９ＡＡ（７．６９×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）、ＫＰＦ_６（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）及び１８−クラウン−６（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を混合し、１０分後に測定したＮＭＲスペクトルである。図１２（ｃ）は９ＡＡのＮＭＲスペクトルである。図１２（ｄ）は、９ＡＡ（１２．４×１０^−３ｍｏｌ／Ｌ）、ＫＰＦ_６（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）及び１８−クラウン−６（０．１０ｍｏｌ／Ｌ）を混合し、１０分後に測定したＮＭＲスペクトルである。

これらのＮＭＲスペクトルの比較から、Ｓｉ９ＡＡにＰＦ_６ ⁻イオンを接触させても、Ｓｉ９ＡＡは変化しないことが明らかとなった。これは、ＰＦ_６ ⁻イオンが安定であり、フッ化物イオンとしての性質を有しないためである。

［実験例７］
（Ｓｉ９ＡＡの吸収スペクトル及び蛍光スペクトルの検討）
Ｓｉ９ＡＡのＴＨＦ溶液（４．４４×１０^−５ｍｏｌ／Ｌ）、及びＳｉ９ＡＡのＴＨＦ溶液４．００ｍＬに１．０ｍｏｌ／Ｌのフッ化テトラ−ｎ−ブチルアンモニウム（ｎ−Ｂｕ_４ＮＦ）を０．０２ｍＬ添加した試料について、吸収スペクトル及び蛍光スペクトルを測定した。

図１３（ａ）は吸収スペクトルの測定結果を示すグラフである。図１３（ａ）中、「Ｓｉ９ＡＡ」はＳｉ９ＡＡのＴＨＦ溶液の測定結果を示し、「Ｓｉ９ＡＡ＋ｎ−Ｂｕ_４ＮＦ」はＳｉ９ＡＡのＴＨＦ溶液にｎ−Ｂｕ_４ＮＦを添加した試料の測定結果を示す。また、縦軸は吸光度を示し、横軸は波長（ｎｍ）を示す。その結果、Ｓｉ９ＡＡのＴＨＦ溶液の吸収スペクトルから、Ｓｉ９ＡＡに帰属できる、３２６、３４０、３５７、３７６、３９６ｎｍの吸収帯が観察された。

また、Ｓｉ９ＡＡのＴＨＦ溶液にｎ−Ｂｕ_４ＮＦを添加した試料の吸収スペクトルから、９ＡＡに帰属できる４３２ｎｍの吸収帯が観察された。この結果は、Ｓｉ９ＡＡにフッ化物イオンを接触させた結果、Ｓｉ９ＡＡが９ＡＡに変化したことを更に支持するものである。

また、図１３（ｂ）は、波長３６５ｎｍの励起光を照射した場合の蛍光スペクトルの測定結果を示すグラフである。図１３（ｂ）中、「Ｓｉ９ＡＡ」はＳｉ９ＡＡのＴＨＦ溶液の測定結果を示し、「Ｓｉ９ＡＡ＋ｎ−Ｂｕ_４ＮＦ」はＳｉ９ＡＡのＴＨＦ溶液にｎ−Ｂｕ_４ＮＦを添加した試料の測定結果を示す。また、縦軸は蛍光強度（相対値）を示し、横軸は波長（ｎｍ）を示す。

その結果、Ｓｉ９ＡＡのＴＨＦ溶液の蛍光スペクトルから、Ｓｉ９ＡＡに帰属できる、４０４、４２３、４４８、４７３ｎｍの蛍光が観察された。また、Ｓｉ９ＡＡのＴＨＦ溶液にｎ−Ｂｕ_４ＮＦを添加した試料の蛍光スペクトルから、９ＡＡに帰属できる５１８ｎｍの蛍光が観察された。この結果は、Ｓｉ９ＡＡにフッ化物イオンを接触させた結果、Ｓｉ９ＡＡが９ＡＡに変化したことを更に支持するものである。

［実験例８］
（９ＡＡ及びメシチル９ＡＡの蛍光特性の検討）
９ＡＡ及びメシチル９ＡＡの蛍光特性を検討した。下記式（２）に９ＡＡの化学式を示し、下記式（３）にメシチル９ＡＡの化学式を示す。メシチル９ＡＡは、９ＡＡの１０位の位置に嵩高い置換基を導入した化合物である。

シリカゲルＴＬＣプレート上、様々な溶媒の存在下で９ＡＡ及びメシチル９ＡＡ（Ｍｅｓ９ＡＡ）の蛍光を観察した。溶媒としては、ラウリン酸（ＬａｕＣＯ_２Ｈ）、テトラデカノール（ＴｅｔＯＨ）、ラウリルアミン（ＬａｕＮＨ_２）を使用した。これらの溶媒の種類を変えることにより、異なる酸素条件にすることができる。特に、ラウリルアミン存在下は、ラウリルアミンが酸素と反応して酸素を消費することから、低酸素条件であることが知られている。

具体的には、ＴＬＣプレート上に上記の各溶媒及び９ＡＡの混合物、又は上記の各溶媒及びメシチル９ＡＡの混合物を塗布し、５分後及び２４時間後に、３６５ｎｍの励起光を照射して蛍光を観察した。蛍光の観察にあたっては、フィルターを使用しなかった。これにより、蛍光波長の変化を肉眼で観察することができた。

図１４（ａ）及び（ｂ）は蛍光を観察した結果を示す写真である。図１４（ａ）は試料の塗布から５分後の結果であり、図１４（ｂ）は試料の塗布から２４時間後の結果である。図１４（ａ）及び（ｂ）中、「Ｍｅｓ９ＡＡ」はメシチル９ＡＡの結果であることを示す。

その結果、時間の経過と共に９ＡＡの蛍光波長が変化したことが肉眼で観察された。より具体的には、９ＡＡの蛍光は、時間の経過と共に緑色から黄色に変化した。これは、９ＡＡの一部が赤色蛍光を発するように変化した結果であると考えられる。

一方、ラウリルアミン存在下のメシチル９ＡＡは、２４時間後においても５分後とほぼ同じ波長の蛍光を発することが明らかとなった。この結果は、９ＡＡが蛍光波長を変化させるのに対し、メシチル９ＡＡは蛍光波長を変化させないことを示す。

上述したように、ラウリルアミン存在下は低酸素条件であると考えられる。このため、ラウリルアミン以外の溶媒の存在下でメシチル９ＡＡの蛍光が消失したのは、メシチル９ＡＡが酸素と反応した結果であることが明らかとなった。

以上の結果から、９ＡＡは時間の経過と共に蛍光波長が変化させるのに対し、メシチル９ＡＡは、蛍光波長を変化させない特性を有することが明らかとなった。

９ＡＡの蛍光波長が変化する理由として、９ＡＡが多量体化することが考えられる。これに対し、９ＡＡの１０位の位置に置換基が導入された９ＡＡ誘導体は多量体化しにくく、このため、蛍光波長が変化しないと考えられる。また、１０位の置換基が嵩高いほど多量体化しにくいことが期待されるため、１０位の置換基が嵩高い９ＡＡ誘導体は、蛍光波長がより変化しにくい傾向にあるといえる。

［実験例９］
（メシチル９ＡＡの蛍光特性の検討）
窒素雰囲気下のメシチル９ＡＡ及び酸素を反応させた後のメシチル９ＡＡの吸収スペクトルをそれぞれ測定した。

図１５は、メシチル９ＡＡの吸収スペクトルの測定結果を示すグラフである。その結果、窒素雰囲気下における吸収スペクトルと、酸素を反応させた後の吸収スペクトルには、ほとんど違いが認められないことが明らかとなった。

この結果は、メシチル９ＡＡと酸素との反応において、メシチル９ＡＡの基底状態が変化しなかったことを示す。このことから、メシチル９ＡＡと酸素との反応は平衡反応であることが明らかとなった。

続いて、窒素雰囲気下のメシチル９ＡＡ及び酸素を反応させた後のメシチル９ＡＡに３２０ｎｍの励起光を照射し、蛍光スペクトルをそれぞれ測定した。

図１６は、メシチル９ＡＡの蛍光スペクトルの測定結果を示すグラフである。その結果、窒素雰囲気下でメシチル９ＡＡに３２０ｎｍの励起光を照射すると、５１２ｎｍの緑色蛍光を発することが観察された。一方、酸素を反応させた後のメシチル９ＡＡでは、５１２ｎｍの緑色蛍光の強度の減少が観察された。また、メシチル９ＡＡでは、緑色蛍光から赤色蛍光への蛍光波長の変化は起こらないことが明らかとなった。

本発明によれば、重金属元素を含まず、安全性が高いフッ化物イオン検出剤を提供することができる。

Claims (4)

1. 下記式（１）で表される化合物。
   ［式（１）中、Ｒ^１は、水素原子、ハロゲン原子、置換されていてもよい炭素数１〜２０のアルキル基又は置換されていてもよい炭素数１〜２０のアリール基を表し、Ｒ^２は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又は置換されていてもよい炭素数１〜６のアルキル基を表す。］
2. 前記Ｒ^２が全て水素原子である、請求項１に記載の化合物。
3. 請求項１又は２に記載の化合物を有効成分として含有するフッ化物イオン検出剤。
4. 被験試料中のフッ化物イオンの検出方法であって、
   被験試料に請求項１又は２に記載の化合物を接触させる工程と、
   前記化合物が接触した前記被験試料に波長３００〜４００ｎｍの光を照射し、発生する蛍光の波長を測定する工程と、を含み、
   前記蛍光が波長５００〜５７０ｎｍの光を含むことが、前記被験試料がフッ化物イオンを含有することを示す、方法。