JP5308609B2

JP5308609B2 - ポリマー遷移金属錯体及びその用途

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Publication number: JP5308609B2
Application number: JP2001538538A
Authority: JP
Inventors: マオ、フェイ; ヘラー、アダム
Original assignee: Abbott Diabetes Care Inc
Current assignee: Abbott Diabetes Care Inc
Priority date: 1999-11-15
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2020-11-14
Also published as: US20070007132A1; EP1230249B1; WO2001036430A1; WO2001036660A2; US7090756B2; US7918976B2; US9320467B2; CA2391425C; US20140364710A1; US8512534B2; CA2391425A1; AU1607801A; DE60011286D1; US8168052B2; DE60035123T2; US6605201B1; US8828204B2; US20160296147A1; DK1230249T3; US10219730B2

Description

本願は、米国以外の全ての国を指定した２０００年１１月１４日出願の米国内企業であるテラセンス（ＴｈｅｒａＳｅｎｓｅ）の名前でＰＣＴ国際特許出願として出願しているものである。

（技術分野）
本発明は、ポリマー遷移金属錯体ならびに酸化還元メディエーターとしての使用などのそれの使用に関する。さらに本発明は、スペーサーを介してポリマー骨格に結合した遷移金属錯体に関するものでもある。

（発明の背景）
酵素系電気化学的センサーは、臨床、環境、農学及び生物工学的な応用において分析対象（ａｎａｌｙｔｅ）の検出に広く用いられている。ヒト体液の臨床学的アッセイで測定し得る分析対象としては、例えば、グルコース、乳酸、コレステロール、ビリルビン及びアミノ酸がある。血液のような生物流体中のこれらの分析対象の濃度は、疾病の診断及び監視に重要である。

電気化学的アッセイは、通常、少なくとも一つの測定電極すなわち作用電極及び一つの参照電極を含む、二つまたは三つの電極を備えるセル中で行われる。三電極系においては、第三電極は対電極である。二電極系では、参照電極は、対電極としても作用する。電極は、ポテンシオスタットのような回路を介して連結される。測定または作用電極は、非腐食性炭素または金属導体である。作用電極を通じて電流が流れると、酸化還元酵素が電気酸化されるか、または電気還元される。その酵素は、検出すべき分析対象または同分析対象の生成物に特異的である。酵素の代謝回転速度は、通常、試験溶液中の分析対象自体または同分析対象の生成物の濃度に（必然的ではないが、好ましくは直線的に）関連する。

酵素の電気酸化または電気還元は、溶液中または電極上に存在する酸化還元メディエーター（ｒｅｄｏｘｍｅｄｉａｔｏｒ）により促進されることが多い。酸化還元メディエーターは、作用電極と酵素と間の電気伝達を助ける。酸化還元メディエーターは、電極と電気分解的に接触する、分析すべき流体に溶解され得るか、または分析溶液と電気分解的に接触する作用電極上の被膜内に塗布され得る。前記被膜は、水中で膨潤し得るが、水に溶解しないのが好ましい。有用な装置は、例えば、電極を酸化還元メディエーター及び酵素を含むフィルムで被覆することにより形成され得る。この酵素は、所望の分析対象または同分析対象の生成物と触媒作用において特異的である。被覆酸化還元メディエーターと対照的に、水に可溶または不溶の拡散酸化還元メディエーターは、例えば、酵素と電極と間で電子を往復輸送することにより機能する。いずれにせよ、酵素の基質が電気酸化されると、酸化還元メディエーターは、電子を基質還元酵素から電極に輸送する。基質が電気還元されると、酸化還元メディエーターは、電子を電極から基質酸化酵素へ輸送する。

最近の酵素性電気化学的センサーは、単量体フェロセン類、キニン類を含むキノイド化合物（例えば、ベンゾキノン類）、ニッケルシクラメート類及びルテニウムアンミン類のような、多数の異なる酸化還元メディエーターを用いている。大体、これらの酸化還元メディエーターには、一つ以上の次のような制限を有する。すなわち、試験溶液中の酸化還元メディエーターの溶解度が低く、それらの化学的、光、熱またはｐＨ安定性に乏しく、または酵素もしくは電極またはその双方と十分迅速に電子を交換しない。さらに、これらの報告された酸化還元メディエーターの多くの酸化還元電位は、非常に酸化性なので、還元メディエーターが電極上で電気酸化される電位において分析対象以外の溶液成分も電気酸化される。別の場合には、前記酸化還元電位が非常に還元性なので、例えば、溶解酸素のような溶液成分もまた迅速に電気還元される。結果として、メディエーターを用いるセンサーは、十分特異的ではない。

酸化還元メディエーターは、架橋酸化還元ポリマー網目構造に組み込むことができる。そのような酸化還元ポリマーは、酵素もしくは分析対象と電極表面との間の電子伝達を促進する。電子は、架橋ポリマーフィルムの部分間での電子交換を介して、酸化還元ポリマーから電極へ伝わる。電子交換は、酸化還元ポリマー網目構造の異なる部分間での衝突の際に起こり得るものであり、電子が電極表面に到達するまで続き得る。

（発明の概要）
本発明は、新規なポリマー遷移金属錯体及びその酸化還元ポリマー及び酸化還元メディエーターとしての用途に関する。酸化還元ポリマーは、酵素と電極との間で電子を運搬することができる。該ポリマーは、電気化学バイオセンサーにおいて有用となり得る。

一実施形態は、ポリマー骨格、複数のスペーサーならびに複数の遷移金属錯体を含むポリマー遷移金属錯体である。各スペーサーは、ポリマー骨格に共有結合し、その骨格から延びており、−（ＣＲ^rＲ^s）−、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｏ）Ｏ−、−Ｓ（Ｏ）₂ＮＲ^k−、−ＯＣ（Ｏ）ＮＲ^m−、−ＯＣ（Ｓ）ＮＲⁿ−、−Ｃ（Ｏ）ＮＲ^t−、−ＮＲ^u−、−ＣＲ^v＝Ｎ−Ｏ−、−ＣＲ^w＝ＮＮＲ^x−及び（ＳｉＲ^yＲ^z）−のうちから選択される少なくとも１個の非環状官能基を有し、Ｒ^r及びＲ^sは独立に、水素、塩素、フッ素、または置換もしくは未置換のアルキル、アルコキシ、アルケニルまたはアルキニルであり、Ｒ^k、Ｒ^m、Ｒⁿ、Ｒ^t、Ｒ^u、Ｒ^v、Ｒ^w、Ｒ^x、Ｒ^y及びＲ^zは独立に、水素または置換もしくは未置換アルキルである。各遷移金属錯体は、下記式の構造を有する。

Ｍはオスミウム、ルテニウム、バナジウム、コバルトまたは鉄である。Ｌ¹は、複素環を含む配位子であり、かつ複素環のヘテロ原子を介してＭに配位結合している。Ｌ²、Ｌ³、Ｌ⁴、Ｌ⁵及びＬ⁶は配位子であって、Ｌ¹、Ｌ²、Ｌ³、Ｌ⁴、Ｌ⁵及びＬ⁶はそれぞれ独立に、一座配位子であるか、または少なくとも１個の他の配位子と組み合わさって多座配位子を形成している。Ｌ¹、Ｌ²、Ｌ³、Ｌ⁴、Ｌ⁵及びＬ⁶のうちの少なくとも一つが、スペーサーのいずれかに共有結合している。

別の実施形態は、
ａ）ポリマー骨格及びそのポリマー骨格から延びる複数のペンダント基を有するポリマーであって、ペンダント基の少なくとも一部が反応性基を有するポリマーと、
ｂ）複数の遷移金属錯体であって、各遷移金属錯体が下記式の構造を有する錯体との反応生成物を含むポリマー遷移金属錯体である。

上記式中、Ｍはオスミウム、ルテニウム、バナジウム、コバルトまたは鉄である。Ｌ¹は、複素環を含む配位子であり、かつ複素環のヘテロ原子を介してＭに配位結合している。Ｌ²、Ｌ³、Ｌ⁴、Ｌ⁵及びＬ⁶は配位子であって、Ｌ¹、Ｌ²、Ｌ³、Ｌ⁴、Ｌ⁵及びＬ⁶はそれぞれ独立に、一座配位子であるか、または少なくとも１個の他の配位子と組み合わさって多座配位子を形成している。Ｌ¹、Ｌ²、Ｌ³、Ｌ⁴、Ｌ⁵及びＬ⁶のうちの少なくとも一つが、ポリマーの反応性基のいずれかと反応可能な反応性基を有する。

さらに別の実施形態は、ポリマー骨格、複数のスペーサー及び複数の遷移金属錯体を含むポリマー遷移金属錯体である。各スペーサーは、ポリマー骨格に共有結合し、その骨格から延びており、少なくとも４個の原子の可撓性鎖を有する。各遷移金属錯体は、下記式の構造を有する。

本発明の別の実施形態は、上記のポリマー遷移金属錯体のいずれかを有する酸化還元メディエーターである。
さらに別の実施形態は、前記酸化還元メディエーター、作用電極及び対電極を有するセンサーである。前記酸化還元メディエーターは、作業電極に近接して配置する。好ましくは前記酸化還元メディエーターは、作業電極上に配置する。より好ましくは前記酸化還元メディエーターは、浸出しない形で作業電極上に配置される。

（詳細な説明）
本発明は、ポリマー遷移金属錯体及びその酸化還元メディエーターとしての用途に関する。さらに本発明は、スペーサーを介してポリマー骨格に結合した遷移金属錯体に関する。本発明はさらに、ポリマー遷移金属錯体の調製に関するものでもある。少なくとも一部の実施例において、前記ポリマー遷移金属錯体は、特定の範囲の酸化還元電位、ならびに電極と急速に電子を交換し、酸化還元酵素または別の分析対象に特異的な酸化還元触媒存在下で分析対象（ａｎａｌｙｔｅ）の電気酸化または電気還元の速度論を促進する能力という特徴のうちの１つ以上を有する。

本明細書で使用する場合、下記の用語は、以下の定義で定義される。
「アルキル」という用語は、直鎖または分岐の飽和脂肪族炭化水素を含む。アルキル基の例としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチルなどがある。別段の断りがない限り、「アルキル」という用語はアルキル基及びシクロアルキル基の双方を含む。

「アルコキシ」という用語は、酸素原子によって構造の残基に結合したアルキル基を指す。アルコキシ基の例としては、メトキシ、エトキシ、ｎ−プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、ｔｅｒｔ−ブトキシなどがある。さらに、別段の断りがない限り、「アルコキシ」という用語はアルコキシ基及びシクロアルコキシ基の双方を含む。

「アルケニル」という用語は、少なくとも１個の炭素−炭素二重結合を有する不飽和の直鎖または分岐の脂肪族炭化水素を指す。アルケニル基の例としては、エテニル、１−プロペニル、２−プロペニル、１−ブテニル、２−メチル−１−プロペニルなどがある。

「反応性基」とは、別の化合物と反応して、その別の化合物の少なくとも一部を分子に結合させる分子の官能基である。反応性基には、カルボキシ、活性エステル、スルホニルハライド、スルホン酸エステル、イソシアネート、イソチオシアネート、エポキシド、アジリジン、ハライド、アルデヒド、ケトン、アミン、アクリルアミド、チオール、アシルアジド、アシルハライド、ヒドラジン、ヒドロキシルアミン、アルキルハライド、イミダゾール、ピリジン、フェノール、アルキルスルホネート、ハロトリアジン、イミドエステル、マレイミド、ヒドラジド、水酸基及び光反応性アジドアリール基などがある。当業界では明らかな活性化エステル類には、スルホ基、ニトロ基、シアノ基もしくはハロ基などの電子吸引基によって置換されたスクシンイミジル（ｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｙｌ）、ベンゾトリアゾリルまたはアリールのエステル、またはカルボジイミド類によって活性化されたカルボン酸類などがある。

「置換」官能基（例：置換アルキル、アルケニルまたはアルコキシ基）には、ハロゲン、アルコキシ、メルカプト、アリール、アルコキシカルボニル、アルキルアミノカルボニル、ジアルキルアミノカルボニル、−ＯＨ、−ＮＨ₂、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、トリアルキルアンモニウム、アルカノイルアミノ、アリールカルボキシアミド、ヒドラジノ、アルキルチオ、アルケニル及び反応性基から選択される少なくとも１個の置換基を含む。

「生体液」は、例えば血液、間質液、血漿、皮膚液、汗及び涙などの分析対象を測定可能な体液または体液誘導物である。
「電気化学センサー」とは、電気化学的酸化または還元反応を介して、サンプル中の分析対象の有無を検出したり、またはその濃度または量を測定するよう構成された機器である。その反応は代表的には、分析対象の量または濃度に相関させることができる電気信号に変換することができる。

「酸化還元メディエーター」とは、直接または１以上の別の電子伝達剤を介して、分析対象または分析対象還元もしくは分析対象酸化された酵素と電極との間で電子を運搬する電子伝達剤である。

「電気分解」とは、電極で直接、または１以上の電子伝達剤（例：酸化還元メディエーターまたは酵素）を介しての、化合物の電気酸化または電気還元である。

「参照電極」という用語は、別段の断りがない限り、ａ）参照電極及びｂ）対電極としても機能する参照電極（すなわち、対向／参照電極）の双方を含む。
「対電極」という用語は、別段の断りがない限り、ａ）対電極及びｂ）参照電極としても機能する対電極（すなわち、対向／参照電極）の双方を含む。

「可撓性鎖」という用語は、場合により、１以上の炭素原子が、例えばエーテル、チオエーテルまたはアミン基の一部としてのヘテロ原子（例：酸素、硫黄または窒素）によって置き換わっている飽和のＣ₄〜Ｃ₂₄鎖を指す。その鎖は、置換されていても未置換であっても良い。

ポリマー遷移金属錯体
ポリマー遷移金属錯体は、ポリマー骨格と、そのポリマー骨格に共有結合し、その骨格から延びているスペーサーと、それぞれが前記スペーサーのいずれかに共有結合している少なくとも１個の配位子とを備える遷移金属錯体を含む。好適な遷移金属錯体の例としては、米国特許第５，２６２，０３５号、同第５，２６２，３０５号、同第５，３２０，７２５号、同第５，３６５，７８６号、同第５，３７８，６２８号、同第５，３９３，９０３号、同第５，５９３，８５２号、同第５，６６５，２２２号、同第５，９７２，１９９号及び同第６，１４３，１６４号、米国特許出願０９／０３４３７２号、同第０９／０７０６７７号、同第０９／２９５９６２号及び同第０９／４３４０２６号、米国仮特許出願６０／１６５５６５号ならびに本願と同日に出願の「イミダゾール環を有する二座配位子との遷移金属錯体（ＴｒａｎｓｉｔｉｏｎＭｅｔａｌＣｏｍｐｌｅｘｅｓｗｉｔｈＢｉｄｅｎｔａｔｅＬｉｇａｎｄｈａｖｉｎｇａｎＩｍｉｄａｚｏｌｅＲｉｎｇ）」と題された米国特許出願号（これらはいずれも、引用によって本明細書に含まれる）に記載のものなどがある。

代表的には、各遷移金属錯体は、下記式の構造を有する。

式中、Ｍは遷移金属であり、代表的にはオスミウム、ルテニウム、バナジウム、コバルトまたは鉄である。Ｌ¹、Ｌ²、Ｌ³、Ｌ⁴、Ｌ⁵及びＬ⁶は配位子であって、独立に一座配位子であるか、または２個以上の配位子が組み合わさって、１以上の多座配位子を形成し得る。詳細にはＬ¹は、複素環を含む配位子であり、かつ複素環のヘテロ原子を介してＭに配位結合している。Ｌ¹、Ｌ²、Ｌ³、Ｌ⁴、Ｌ⁵及びＬ⁶のうちの少なくとも一つが、スペーサーの１つに共有結合している。

一座配位子と多座配位子のいずれの組合せも使用可能である。例えば、Ｌ¹、Ｌ²、Ｌ³、Ｌ⁴、Ｌ⁵及びＬ⁶を組み合わせて、例えば置換及び未置換の２，２′−ビイミダゾール類、２−（２−ピリジル）イミダゾール類及び２，２′−ビピリジン類から選択される３個の二座配位子などの３個の二座配位子を形成することができる。Ｌ¹、Ｌ²、Ｌ³、Ｌ⁴、Ｌ⁵及びＬ⁶の他の組合せの例としては、
（Ａ）２個の一座配位子及び２個の二座配位子、
（Ｂ）４個の一座配位子及び１個の二座配位子、
（Ｃ）３個の一座配位子及び１個の三座配位子、
（Ｄ）１個の一座配位子、１個の二座配位子及び１個の三座配位子、
（Ｅ）２個の一座配位子及び１個の四座配位子、ならびに

（Ｆ）１個の二座配位子及び１個の四座配位子
などがある。

好適な一座配位子の例としては、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＣＮ、−ＳＣＮ、−ＯＨ、Ｈ₂Ｏ、ＮＨ₃、アルキルアミン、ジアルキルアミン、トリアルキルアミン、アルコキシまたは複素環化合物などがあるが、これらに限定されるものではない。いずれの配位子のアルキル部分またはアリール部分も、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、トリアルキルアンモニウム（アリール部分を除く）、アルコキシ、アルキルチオ、アリールまたは反応性基によって任意に置換される。通常、一座配位子の任意のアルキル部分は、１〜１２個の炭素を有する。より代表的には、そのアルキル部分は１〜６個の炭素を有する。他の実施形態において、一座配位子は、少なくとも１個の窒素、酸素または硫黄原子を有する複素環化合物である。好適な複素環一座配位子の例としては、イミダゾール、ピラゾール、オキサゾール、チアゾール、ピリジン、ピラジン及びそれらの誘導体などがある。好適な複素環一座配位子には、それぞれ下記の一般式４及び５の構造を有する置換及び未置換イミダゾールならびに置換及び未置換ピリジンなどがある。

式４に関してＲ₇は、一般に置換もしくは未置換のアルキル基、アルケニル基またはアリール基である。代表的にはＲ₇は、置換または未置換のＣ₁〜Ｃ₁₂アルキルまたはアルケニルである。イミダゾールによる配位内圏（ｉｎｎｅｒｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｓｐｈｅｒｅ）塩化物陰イオンの置換によっては、酸化方向における酸化還元電位に大きいシフトはないのが普通であり、その点に関して、酸化方向での酸化還元電位の大幅なシフトを生じるのが普通であるピリジン類による置換とは異なる。

Ｒ₈、Ｒ₉及びＲ₁₀は独立に、−Ｈ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＮＯ₂、−ＣＮ、−ＣＯ₂Ｈ、−ＳＯ₃Ｈ、−ＮＨＮＨ₂、−ＳＨ、アリール、アルコキシカルボニル、アルキルアミノカルボニル、ジアルキルアミノカルボニル、−ＯＨ、アルコキシ、−ＮＨ₂、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルカノイルアミノ、アリールカルボキシアミド、ヒドラジノ、アルキルヒドラジノ、ヒドロキシルアミノ、アルコキシアミノ、アルキルチオ、アルケニル、アリールまたはアルキルである。別の形態として、Ｒ₉及びＲ₁₀が組み合わさって、飽和または不飽和の縮合５員環または６員環を形成する。置換基のアルキル部分は、１〜１２個の炭素を有し、代表的には１〜６個の炭素原子を有する。いずれの置換基のアルキル部分またはアリール部分も、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、トリアルキルアンモニウム（アリール部分を除く）、アルコキシ、アルキルチオ、アリールまたは反応性基によって任意に置換され得る。一部の実施形態において、Ｒ₈、Ｒ₉及びＲ₁₀は、−Ｈまたは置換もしくは未置換アルキルである。好ましくはＲ₈、Ｒ₉及びＲ₁₀は−Ｈである。

式５に関して、Ｒ₁₁、Ｒ₁₂、Ｒ₁₃、Ｒ₁₄及びＲ₁₅は独立に、−Ｈ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＮＯ₂、−ＣＮ、−ＣＯ₂Ｈ、アルコキシカルボニル、アルキルアミノカルボニル、ジアルキルアミノカルボニル、−ＯＨ、アルコキシ、−ＮＨ₂、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルカノイルアミノ、アリールカルボキシアミド、ヒドラジノ、アルキルヒドラジノ、ヒドロキシルアミノ、アルコキシアミノ、アルキルチオ、アルケニル、アリールまたはアルキルである。いずれの置換基のアルキルまたはアリール部分も、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、トリアルキルアンモニウム（アリール部分を除く）、アルコキシ、アルキルチオ、アリールまたは反応性基によって任意に置換され得る。通常はＲ₁₁、Ｒ₁₂、Ｒ₁₃、Ｒ₁₄及びＲ₁₅は、−Ｈ、メチル、Ｃ１〜Ｃ２アルコキシ、Ｃ１〜Ｃ２アルキルアミノ、Ｃ２〜Ｃ４ジアルキルアミノまたは反応性基で置換されたＣ１〜Ｃ６低級アルキルである。

一例としては、Ｒ₁₁及びＲ₁₅が−Ｈであり、Ｒ₁₂及びＲ₁₄が同一であってかつ−Ｈまたはメチルであり、Ｒ₁₃が−Ｈ、Ｃ₁〜Ｃ₁₂アルコキシ、−ＮＨ₂、Ｃ１〜Ｃ１２アルキルアミノ、Ｃ２〜Ｃ２４ジアルキルアミノ、ヒドラジノ、Ｃ１〜Ｃ１２アルキルヒドラジノ、ヒドロキシルアミノ、Ｃ１〜Ｃ１２アルコキシアミノ、Ｃ１〜Ｃ１２アルキルチオまたはＣ１〜Ｃ１２アルキルであるものがある。いずれの置換基のアルキルまたはアリール部分も、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、トリアルキルアンモニウム（アリール部分を除く）、アルコキシ、アルキルチオ、アリールまたは反応性基によって任意に置換され得る。

好適な二座配位子の例としては、アミノ酸類、シュウ酸、アセチルアセトン、ジアミノアルカン類、オルト−ジアミノアレン類、２，２′−ビイミダゾール、２，２′−ビオキサゾール、２，２′−ビチアゾール、２−（２−ピリジル）イミダゾール及び２，２′−ビピリジンならびにそれらに誘導体などがあるが、これらに限定されるものではない。酸化還元メディエーターに特に好適な二座配位子には、置換または未置換の２，２′−ビイミダゾール、２−（２−ピリジル）イミダゾール及び２，２′−ビピリジンなどがある。

２，２′−ビイミダゾール配位子の例を下記式４に示す。

Ｒ₁及びＲ₂は、２，２′−ビイミダゾール窒素のうちの２個に結合した置換基であり、独立に置換または未置換のアルキル基、アルケニル基またはアリール基である。通常はＲ₁及びＲ₂は、未置換のＣ１〜Ｃ１２アルキル類である。代表的にはＲ₁及びＲ₂は、未置換のＣ１〜Ｃ４アルキル類である。一部の実施形態において、Ｒ₁及びＲ₂のいずれもメチルである。

Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅及びＲ₆は、２，２′−ビイミダゾールの炭素原子に結合した置換基であり、独立に−Ｈ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＮＯ₂、−ＣＮ、−ＣＯ₂Ｈ、−ＳＯ₃Ｈ、アルコキシカルボニル、アルキルアミノカルボニル、ジアルキルアミノカルボニル、−ＯＨ、アルコキシ、−ＮＨ₂、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルカノイルアミノ、アリールカルボキシアミド（ａｒｙｌｃａｒｂｏｘａｍｉｄｅ）、ヒドラジノ、アルキルヒドラジノ、ヒドロキシルアミノ、アルコキシアミノ、アルキルチオ、アルケニル、アリールまたはアルキルである。別の形態として、Ｒ₃及びＲ₄が組み合わさって、またはＲ₅及びＲ₆が組み合わさって、独立に、飽和または不飽和の５員環または６員環を形成している。その例としては、２，２′−ビベンゾイミダゾール誘導体がある。代表的にはアルキル部分及びアルコキシ部分はＣ１〜Ｃ１２である。置換基のいずれのアルキル部分またはアリール部分も、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、トリアルキルアンモニウム（アリール部分を除く）、アルコキシ、アルキルチオ、アリールまたは反応性基によって任意に置換される。通常はＲ₃、Ｒ₄、Ｒ₅及びＲ₆は、−Ｈまたは未置換アルキル基である。代表的にはＲ₃、Ｒ₄、Ｒ₅及びＲ₆は、−Ｈまたは未置換Ｃ１〜Ｃ１２アルキル基である。一部の実施形態においてＲ₃、Ｒ₄、Ｒ₅及びＲ₆は、いずれも−Ｈである。

２−（２−ピリジル）イミダゾール類の例は、下記一般式５の構造を有する。

Ｒ′₁は、置換または未置換のアリール、アルケニルまたはアルキルである。通常Ｒ′₁は、置換または未置換のＣ１〜Ｃ１２アルキルである。Ｒ′₁は代表的には、メチルまたは反応性基で任意に置換されるＣ１〜Ｃ１２アルキルである。

Ｒ′₃、Ｒ′₄、Ｒ_a、Ｒ_b、Ｒ_c及びＲ_dは独立に、−Ｈ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＮＯ₂、−ＣＮ、−ＣＯ₂Ｈ、−ＳＯ₃Ｈ、一ＮＨＮＨ₂、−ＳＨ、アルコキシカルボニル、アルキルアミノカルボニル、ジアルキルアミノカルボニル、−ＯＨ、アルコキシ、−ＮＨ₂、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルカノイルアミノ、アリールカルボキシアミド、ヒドラジノ、アルキルヒドラジノ、ヒドロキシルアミノ、アルコキシアミノ、アルキルチオ、アルケニル、アリールまたはアルキルである。別の形態として、Ｒ_c及びＲ_dが組み合わさって、またはＲ′₃及びＲ′₄が組み合わさって、飽和または不飽和の５員環または６員環を形成している。代表的にはアルキル部分及びアルコキシ部分は、Ｃ１〜Ｃ１２である。いずれの置換基のアルキル部分またはアリール部分も、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、トリアルキルアンモニウム（アリール部分を除く）、アルコキシ、アルキルチオ、アリールまたは反応性基によって任意に置換される。通常はＲ′₃、Ｒ′₄、Ｒ_a、Ｒ_b、Ｒ_c及びＲ_dは独立に、−Ｈまたは未置換アルキル基である。代表的には、Ｒ_a及びＲ_cは−Ｈであり、Ｒ′₃、Ｒ′₄、Ｒ_b及びＲ_dは−Ｈまたはメチルである。

２，２′−ビピリジン配位子の例は、下記一般式６の構造を有する。

Ｒ₁₆、Ｒ₁₇、Ｒ₁₈、Ｒ₁₉、Ｒ₂₀、Ｒ₂₁、Ｒ₂₂及びＲ₂₃は独立に、−Ｈ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＮＯ₂、−ＣＮ、−ＣＯ₂Ｈ、−ＳＯ₃Ｈ、−ＮＨＮＨ₂、−ＳＨ、アリール、アルコキシカルボニル、アルキルアミノカルボニル、ジアルキルアミノカルボニル、−ＯＨ、アルコキシ、−ＮＨ₂、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルカノイルアミノ、アリールカルボキシアミド、ヒドラジノ、アルキルヒドラジノ、ヒドロキシルアミノ、アルコキシアミノ、アルキルチオ、アルケニルまたはアルキルである。代表的にはアルキル部分及びアルコキシ部分は、Ｃ１〜Ｃ１２である。いずれの置換基のアルキル部分またはアリール部分も、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、トリアルキルアンモニウム（アリール部分を除く）、アルコキシ、アルキルチオ、アリールまたは反応性基によって任意に置換される。

Ｒ₁₆、Ｒ₁₇、Ｒ₁₈、Ｒ₁₉、Ｒ₂₀、Ｒ₂₁、Ｒ₂₂及びＲ₂₃の好適な組合せの具体例には、Ｒ₁₆及びＲ₂₃がＨまたはメチルであり、Ｒ₁₇及びＲ₂₂が同一であってかつ−Ｈまたはメチルであり、Ｒ₁₉及びＲ₂₀が同一であってかつ−Ｈまたはメチルであるものなどがある。別の組合せには、一方で置換基Ｒ₁₆及びＲ₁₇、他方でＲ₂₂及びＲ₂₃の１つ以上の隣接する置換基対が独立に、飽和または不飽和の５員環または６員環を形成しているものがある。別の組合せには、飽和または不飽和の５員環または６員環を形成しているＲ₁₉及びＲ₂₀などがある。

別の組合せには、Ｒ₁₆、Ｒ₁₇、Ｒ₁₉、Ｒ₂₀、Ｒ₂₂及びＲ₂₃が同一でかつ−Ｈであり、Ｒ₁₈及びＲ₂₁が独立に、−Ｈ、アルコキシ、−ＮＨ₂、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルキルチオ、アルケニルまたはアルキルであるものなどがある。いずれの置換基のアルキル部分またはアリール部分も、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、トリアルキルアンモニウム（アリール部分を除く）、アルコキシ、アルキルチオ、アリールまたは反応性基によって任意に置換される。例として挙げると、Ｒ₁₈及びＲ₂₁は同一でも異なっていてもよく、−Ｈ、Ｃ１〜Ｃ６アルキル、Ｃ１〜Ｃ６アミノ、Ｃ１〜Ｃ１２アルキルアミノ、Ｃ２〜Ｃ１２ジアルキルアミノ、Ｃ１〜Ｃ１２アルキルチオまたはＣ１〜Ｃ１２アルコキシであり、置換基のいずれのアルキル部分も、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、アリール、Ｃ２〜Ｃ１２ジアルキルアミノ、Ｃ３〜Ｃ１８トリアルキルアンモニウム、Ｃ１〜Ｃ６アルコキシ、Ｃ１〜Ｃ６アルキルチオまたは反応性基によって任意に置換される。

好適な三座配位子の例としては、ジエチレントリアミン、２，２′，２″−テルピリジン、２，６−ビス（Ｎ−ピラゾイル）ピリジン及びそれら化合物の誘導体などがあるが、これらに限定されるものではない。２，２′，２″−テルピリジン及び２，６−ビス（Ｎ−ピラゾイル）ピリジンは、それぞれ下記一般式７及び一般式８の構造を有する。

式７に関して、Ｒ₂₄、Ｒ₂₅及びＲ₂₆は独立に、−Ｈまたは置換もしくは未置換のＣ１〜Ｃ１２アルキルである。代表的にはＲ₂₄、Ｒ₂₅及びＲ₂₆は−Ｈまたはメチルであり、一部の実施形態においては、Ｒ₂₄及びＲ₂₆が同一であってかつ−Ｈである。式７及び８の化合物のこれらの位置または他の位置に他の置換基を付加させることができる。

式８に関して、Ｒ₂₇、Ｒ₂₈及びＲ₂₉は独立に、−Ｈ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＮＯ₂、−ＣＮ、−ＣＯ₂Ｈ、−ＳＯ₃Ｈ、−ＮＨＮＨ₂、−ＳＨ、アルコキシカルボニル、アルキルアミノカルボニル、ジアルキルアミノカルボニル、−ＯＨ、アルコキシ、−ＮＨ₂、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルカノイルアミノ、アリールカルボキシアミド、ヒドラジノ、アルキルヒドラジノ、ヒドロキシルアミノ、アルコキシアミノ、アルキルチオ、アルケニル、アリールまたはアルキルである。いずれの置換基のアルキル部分またはアリール部分も、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、トリアルキルアンモニウム（アリール部分を除く）、アルコキシ、アルキルチオ、アリールまたは反応性基によって任意に置換される。代表的にはアルキル基及びアルコキシ基はＣ１〜Ｃ１２であり、一部の実施形態においては、Ｒ₂₇及びＲ₂₉は同一であってかつ−Ｈである。

好適な四座配位子の例としては、トリエチレントリアミン、エチレンジアミン二酢酸、テトラアザ大員環及びそれらの類似化合物ならびに誘導体などがあるが、それらに限定されるものではない。

一部の実施形態において、遷移金属錯体は正電荷を有する（例えば、＋１〜＋５の範囲の電荷を有する）。これに代わって、錯体は、例えば配位子や骨格が、カルボキシレート、ホスフェートまたはスルホネート官能基などの十分な数の負電荷を有する官能基で誘導体化されている場合に、負電荷を有することができる（例えば、−１〜−５の範囲の電荷を有する）。１つ以上の対イオンを用いて、電荷の均衡を取ることができる。好適な対イオンの例としては、ハロゲンイオン（例：フッ素、塩素、臭素またはヨウ素）、硫酸イオン、リン酸イオン、ヘキサフルオロリン酸イオン及びテトラフルオロホウ酸イオンなどの陰イオン、ならびにリチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、テトラアルキルアンモニウムイオン及びアンモニウムイオンなどの陽イオン（好ましくは１価の陽イオン）などがある。

一部の実施態様において、遷移金属錯体前駆体には、配位子の一つから延びた反応性基を有する置換基などがある。その反応性基は、前駆体ポリマー上に配置された反応性基と反応して、前記遷移金属錯体前駆体をポリマーに結合させて、ポリマー遷移金属錯体を形成することができる。

一般に、いかなるポリマー骨格も使用可能である。代表的には、ポリマー遷移金属錯体を形成するための前駆体としては、ポリマー骨格から延びるペンダント基を有する前駆体ポリマーを用いる。ペンダント基の少なくとも一部を用いて、スペーサーの少なくとも一部を形成する。好ましくは、遷移金属錯体への結合の前に、前駆体ポリマーのペンダント基の少なくとも一部が、ペンダント基に結合した反応性基を有するようにする。反応性基は、元のポリマーの一部であるか、または例えば含窒素複素環の反応もしくは四級化（ｑｕａｒｔｅｒｎｉｚａｔｉｏｎ）によってポリマーに付加させることができる。好適なポリマー骨格の例としては、部分または完全四級化ポリ（４−ビニルピリジン）及びポリ（Ｎ−ビニルイミダゾール）などがあり、その場合にはそれぞれ四級化されテルピリジン基及びイミダゾール基を用いて、遷移金属錯体との反応（例：錯体形成）によってスペーサーを形成することができる。他の好適な前駆体ポリマーには、例えばポリ（アクリル酸）（式９）、スチレン／無水マレイン酸コポリマー（式１０）、メチルビニルエーテル／無水マレイン酸コポリマー（ＧＡＮＴＲＥＺポリマー）（式１１）、ポリ（ビニルベンジルクロライド）（式１２）、ポリ（アリルアミン）（式１３）、ポリリジン（式１４）、カルボキシペンチル基で四級化されたポリ（４−ビニルピリジン）（式１５）ならびにポリ（４−スチレンスルホン酸ナトリウム）（式１６）などがあるが、これらに限定されるものではない。

スペーサーは、遷移金属錯体をポリマー骨格にカップリングさせる。一部の実施形態においてスペーサーは、−（ＣＲ^rＲ^s）−、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｏ）Ｏ−、−Ｓ（Ｏ）₂ＮＲ^k−、−ＯＣ（Ｏ）ＮＲ^m−、−ＯＣ（Ｓ）ＮＲⁿ−、−Ｃ（Ｏ）ＮＲ^t−、−ＮＲ^u−、−ＣＲ^v＝Ｎ−Ｏ−、−ＣＲ^w＝ＮＮＲ^x−及び（ＳｉＲ^yＲ^z）−のうちから選択される少なくとも１個の非環状官能基を含み、Ｒ^r及びＲ^sは独立に、水素、塩素、フッ素、または置換もしくは未置換のアルキル、アルコキシ、アルケニルまたはアルキニルであり、Ｒ^k、Ｒ^m、Ｒⁿ、Ｒ^t、Ｒ^u、Ｒ^v、Ｒ^w、Ｒ^x、Ｒ^y及びＲ^zは独立に、水素または置換もしくは未置換アルキルである。好ましくはスペーサーは、少なくとも４個、より好ましくは少なくとも８個のこれら非環状官能基を含む。好ましくは、前記非環状官能基は、−（ＣＲ^rＲ^s）−、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｓ（Ｏ）₂ＮＲ^k−、−ＯＣ（Ｏ）ＮＲ^m−、−ＯＣ（Ｓ）ＮＲⁿ−、−Ｃ（Ｏ）ＮＲ^t−及びＮＲ^u−のうちから選択され、Ｒ^k、Ｒ^m、Ｒⁿ、Ｒ^r、Ｒ^s、Ｒ^t及びＲ^uは独立に、水素及び置換もしくは未置換アルキルのうちから選択される。一実施形態において、好ましいスペーサーには、４〜３０原子長の直鎖部分、すなわちＣ−Ｃ、Ｃ−Ｎ、Ｃ−Ｏ、Ｃ−Ｓｉ、Ｃ−Ｓ、Ｓ−Ｎ及びＳｉ−Ｏの結合の任意の組合せを有して４〜３０原子鎖の部分を形成している直鎖部分などがある。

スペーサーは代表的には、反応性基が結合したペンダント基及び配位子のいずれかから延びた反応性基を有する遷移金属錯体を有する前駆体ポリマーの反応生成物である。代表的には、前記反応性基の一方が求電子剤であり、他方の反応性基が求核剤である。反応性基及びそれの相互作用から形成される連結の特定の例を表１に示してある。

一部の実施形態においてスペーサーには、少なくとも４個の原子の可撓性直鎖を含む。好ましくは前記可撓性直鎖は、少なくとも６個または８個の原子であるが、約３０個未満の原子を有する。より好ましくは、可撓性直鎖を形成する原子数は８〜１８の範囲である。一部の例では、スペーサーには個以上の可撓性鎖がある。代表的には、可撓性鎖は、スペーサーがポリマー骨格に対して移動するのを許容することにより、スペーサー末端にある遷移金属錯体は動けるようになる。これは、スペーサーによってポリマー骨格に結合した遷移金属錯体の運動が、遷移金属錯体間及び電極との電子移動を促進することができるので、酸化還元メディエーターとして使用されるポリマー遷移金属錯体において特に有用である。こは、電子移動速度を高めることができ、例えば電極上の架橋及び水和ポリマーによる電子伝導を改善することで電極における所望の電気化学反応を促進することができる。

スペーサーは、前記の鎖に加えて、１つ以上の他の不飽和基を有することができる。例えばスペーサーは、「得られる結合」の表題で表１に挙げられたものなどの不飽和官能基を有することができる。別の例としてスペーサーは、複素環基またはアリール基を有することができる。例えば、ポリ（４−ビニルピリジン）またはポリ（Ｎ−ビニルイミダゾール）のスペーサー基は、ピリジンまたはイミダゾール官能基を有するであろう。これらの具体例において、複素環基またはアリール基は、可撓性鎖とポリマー骨格との間に配置されているが、これはは本発明に必須ではない。

式１７は、本発明のポリマー遷移金属錯体の例を表す。

一般に、ポリマー遷移金属錯体は、１つ以上の種類のペンダント基を備えるポリマー骨格を有する（式１７では、それぞれＬ−Ｔ、Ｘ及びＺとして表してある）。各ポリマー単位の個々のペンダント基Ｌ−Ｔ、Ｘ及びＺは、任意の配置で並び得る。ポリマー単位の数はｐで表され、それは１以上の値を有する整数である。ｐと（ｎ′＋ｎ″＋ｎ′′′）の積は、通常は少なくとも５、好ましくは少なくとも１０であり、５０以上であることができる。

Ｔは、上記で記載の遷移金属錯体である。Ｌは上記のスペーサー基であり、遷移金属錯体Ｔをポリマー骨格に結合させる。各ポリマー単位でポリマー骨格に結合したスペーサー基−遷移金属錯体単位（Ｌ−Ｔ）の数はｎ′で表され、ｎ′は１以上の値を有する整数である。

Ｘは、反応性置換基を有さないペンダント基である。各ポリマー単位でポリマー骨格に結合したそのペンダント基の数はｎ″によって表され、ｎ″はゼロ以上の値を有する整数である。

Ｚは、ピリジル、イミダゾリル、カルボキシ、活性化エステル、スルホニルハライド、スルホン酸エステル、イソシアネート、イソチオシアネート、エポキシド、アジリジン、ハライド、アルデヒド、ケトン、アミン、アクリルアミド、チオール、アシルアジド、アシルハライド、ヒドラジン、ヒドロキシルアミン、アルキルハライド、イミダゾール、ピリジン、フェノール、アルキルスルホネート、ハロトリアジン、イミドエステル、マレイミド、ヒドラジド、ヒドロキシ及び光反応性アジドアリール基を含むがこれらに限定されるものではない反応性置換基で置換されたペンダント基を表す。ペンダント基Ｚは、例えば表面上にポリマーを固定化するときにポリマー骨格を架橋するのに使用することができる。各ポリマー単位でポリマー骨格に結合したそのペンダント基の数はｎ′′′で表され、ｎ′′′はゼロ以上の値を有する整数である。

ポリマー遷移金属錯体は代表的には、少なくとも５０００の重量平均分子量を有する。ただし一部の例において、それより低い分子量のポリマー遷移金属錯体を用いることができる。ポリマー遷移金属錯体の重量平均分子量は、少なくとも１００００、５００００、１０００００またはそれ以上であり得、用途に依存する。前記重量平均分子量は、一般に、架橋によってフィルムを形成する前の重量平均分子量を指す。

ポリマー遷移金属錯体を形成するのに用いることができる前駆体ポリマーの例を式１８として示してある。この前駆体ポリマーは、反応性基で置換されたアルキル部分で四級化されたポリ（４−ビニルピリジン）である。

式中、Ωは反応性基であり、ｍは代表的には１〜１８であり、ｎ及びｎ′は各繰り返しポリマー単位におけるピリジニウム小単位及びピリジン小単位の平均数であり、ｎ″は繰り返しポリマー単位の数である。

この前駆体ポリマーを用いて形成されるポリマー遷移金属錯体の例は、式１９、式２０及び式２１によって示される。

式中、Ωは反応性基であり、ｍは１〜１８であり、Ｌは、Ωへの遷移金属錯体の反応によって形成される上記に記載のスペーサーであり、Ｘは対イオンを表し、ｄは対イオンの数を表し、ｃは錯体の電荷を表す整数であり、Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅、Ｒ₆、Ｒ₈、Ｒ₉、Ｒ₁₀、Ｒ₁₆、Ｒ₁₇、Ｒ₁₈、Ｒ₁₉、Ｒ₂₀、Ｒ₂₁、Ｒ₂₂、Ｒ₂₃、Ｒ′₃、Ｒ′₄、Ｒ_a、Ｒ_b、Ｒ_c及びＲ_dは上記に記載の通りである。

好適なポリマー遷移金属錯体の具体例を、式２２、式２３及び式２４に示してある。

式中、Ｇは、例えば−ＣＯＮＲ₃₀−または−ＮＲ₃₀ＣＯ−の式を有するアミドなどの表１の「得られる結合」のいずれかを表し、Ｒ₃₀は、水素、メチル、エチルまたはその他の炭素数１〜６のアルキルである。Ｅは、Ｏ、ＳまたはＮＲ₃₁であり、Ｒ₃₁は、水素、メチル、エチルまたはその他の炭素数１〜６のアルキルである。ｍ′及びｍは同一であり、代表的には１〜１８の範囲であり、ｍ″は独立に１〜１８の範囲である。

本発明のポリマー遷移金属錯体は、水その他の水系溶媒に可溶であることができる。しかしながら、非水系溶液中である程度のレベルの溶解度を有するある種の金属錯体が形成され得ることが想到される。好ましくは、本発明の遷移金属錯体の溶解度は、２５℃で約０．１Ｍ（モル／リットル）より高い。

上記のポリマー遷移金属錯体は、生体液中の分析対象検出のための電気化学センサーにおける酸化還元メディエーターとして有用であり得る。遷移金属錯体の酸化還元メディエーターとしての用途は、例えば米国特許５，２６２，０３５号、同第５，２６２，３０５号、同第５，３２０，７２５号、同第５，３６５，７８６号、同第５，５９３，８５２号、同第５，６６５，２２２号、同第５，９７２，１９９号及び同第６，１４３，１６４号、ならびに米国特許出願０９／０３４３７２号、同第０９／０７０６７７号、同第０９／２９５９６２号及び同第０９／４３４０２６号（これらはいずれも、引用によって本明細書に含まれる）に記載されている。本明細書に記載のポリマー遷移金属錯体は一般的には、上記の参考文献に記載のものに代えて用いることができる。

一般に、酸化還元メディエーターは、作業電極上または作業電極の近く（例：周囲の溶液中）に配置される。酸化還元メディエーターは、作業電極と分析対象との間で電子を伝達する。一部の実施形態において、その伝達を促進するために、酵素も含有される。例えば酸化還元メディエーターは、グルコースの酵素触媒反応において、作業電極とグルコースとの間で電子を伝達することができる。ポリマー酸化還元メディエーターは、例えば電極上に酸化還元メディエーターを架橋させることで、作業電極上に非浸出性のコーティングを形成するのに特に有用である。

遷移金属錯体により、正確で再現性のある迅速または継続的アッセイを行うことが可能となる。遷移金属錯体酸化還元メディエーターは、高速で酵素から電子を受容したり、または酵素に電子を伝達したり、さらには迅速に電極と電子を交換する。代表的には、その自己交換、すなわち還元型酸化還元メディエーターが酸化型酸化還元メディエーターに電子を伝達する過程は高速である。これは、規定の酸化還元メディエーター濃度で、酵素と電極との間でより高速の電子輸送を提供し、それによってセンサーの応答時間が短縮される。さらには、遷移金属錯体酸化還元メディエーターは、その使用、保存及び輸送で遭遇する環境光及び温度では安定であることができる。好ましくは遷移金属錯体酸化還元メディエーターは、その使用期間において、または保存条件下では、酸化及び還元以外に、実質的な化学変化を受けないが、該酸化還元メディエーターは例えば水または分析対象と反応させることで活性化するよう設計され得る。

遷移金属錯体を、酵素と組み合わせて酸化還元メディエーターとして用いて、分析対象の電気酸化または電気還元を行うことができる。酸化還元メディエーターの酸化還元電位は、分析対象を電気酸化する際は酵素の酸化還元電位より正の側であり（すなわち、より酸化性が高い）、分析対象を電気還元する際は負の側である。例えば、酵素としてのグルコースオキシダーゼまたはＰＱＱ−グルコースデヒドロゲナーゼによるグルコースの電気酸化に使用される最も好ましい遷移金属錯体酸化還元メディエーターの酸化還元電位は、Ａｇ／ＡｇＣｌ参照電極に対して−２００ｍＶ〜＋２００ｍＶの範囲である。

ポリマー遷移金属錯体における架橋
電子輸送には、電極上に配置された架橋フィルムにおける酸化還元ポリマーの部分間（例：上記のように、ポリマー骨格に結合した１つ以上の遷移金属錯体）での電子の交換が関与する。遷移金属錯体は、共有結合、配位結合またはイオン結合を介してポリマー骨格に結合することができるが、共有結合及び配位結合が好ましい。電子交換は、例えば架橋酸化還元ポリマーフィルムの異なる部分の衝突を介して起こる。遷移金属錯体ポリマーを介して輸送される電子は、例えばグルコースオキシダーゼによるグルコースの酸化のような酵素基質の電気酸化から由来し得る。

酸化還元ポリマーの架橋度は、電子またはイオンの輸送に影響し得、よって電気化学反応の速度に影響し得る。ポリマーの過剰の架橋は、酸化還元ポリマーの部分の移動度を低下させ得る。部分の移動度低下は、酸化還元ポリマーフィルムを介しての電子またはイオンの拡散を遅らせ得る。例えば電子の拡散性が低下すると、電子または電子空孔が収集または放出される電極上での膜厚を同時に低下させる必要がある場合がある。分析対象またはそれの生成物を電気酸化する場合、収集される電子は代表的には、酵素の基質に由来するものである。従って、酸化還元ポリマーフィルムにおける架橋度が、例えば酵素からＯｓ²⁺／³⁺金属酸化還元中心などの酸化還元ポリマーの遷移金属酸化還元中心への、酸化還元ポリマーの酸化還元中心間の、そして、その遷移金属酸化還元中心から電極への電子輸送に影響し得る。

酸化還元ポリマーの架橋が不十分であると、酸化還元ポリマーフィルムの過度の膨潤や、酸化還元ポリマーフィルムの成分の浸出が生じる場合がある。また、過度の膨潤によっても、膨潤したポリマーの分析溶液への移動、酸化還元ポリマーフィルムの軟化、剪断による除去に対するフィルムの感受性、またはこれら３種類の効果のいずれかの組合せを生じる場合がある。

架橋はフィルム成分の溶出を低下させることができ、剪断応力下でのフィルムの機械的安定性を向上させることができる。例えば、ビンヤミンらの報告（Ｂｉｎｙａｍｉｎ，Ｇ．ａｎｄＨｅｌｌｅｒ，Ａ、ＳｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＷｉｒｅｄＧｌｕｃｏｓｅＯｘｉｄａｓｅＡｎｏｄｅｓＲｏｔａｔｉｎｇａｔ１０００ｒｐｍａｔ３７℃、ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，第１４６（８）巻、２９６５−２９６７頁、１９９９年、引用によって本明細書に含まれる）に開示のように、例えばポリエチレングリコールジグリシジルエーテルなどの二官能性架橋剤（ｂｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｒ）を、Ｎ，Ｎ−ジグリシジル−４−グリシジルオキシアニリンなどの三官能性架橋剤（ｔｒｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｒ）に置き換えることで、不十分な架橋に関連する浸出及び剪断問題を低減することができる。

他の二官能性、三官能性及び四官能性架橋剤（ｔｅｔｒａｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｒ）の例を以下に示す。

アミン反応性二官能性架橋剤。

ピリジン反応性またはイミダゾール反応性二官能性架橋剤。

ピリジン反応性またはイミダゾール反応性三官能性架橋剤。

ピリジン反応性またはイミダゾール反応性四官能性架橋剤。

別の形態として、架橋部位数は、ポリマー骨格に結合した遷移金属錯体数を減らして、架橋に使用可能なポリマーペンダント基を増やすことで増加させることができる。ポリマー遷移金属錯体の少なくとも一部の一つの重要な利点は、スペーサー基の可撓性に由来する、ペンダント遷移金属錯体官能基の移動度向上である。結果的に、少なくとも一部の実施形態において、所望のレベルの電子拡散性及び分析対象電気酸化もしくは電気還元の電流密度を得るのに必要なポリマー骨格当たりの金属錯体分子が少なくなる。

ポリマー遷移金属錯体における配位
遷移金属錯体は、錯体及びポリマー骨格上の反応性基の有効性（ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ）及び性質に応じて、ポリマー骨格に直接または間接的に結合し得る。例えばポリ（４−ビニルピリジン）におけるピリジン基またはポリ（Ｎ−ビニルイミダゾール）におけるイミダゾール基は、一座配位子として作用できることから、金属中心に直接結合することができる。別の形態として、ポリ（４−ビニルピリジン）におけるピリジン基またはポリ（Ｎ−ビニルイミダゾール）におけるイミダゾール基は、活性化することで、遷移金属錯体のアミンなどの反応性基と共有結合を形成することができるカルボキシレート官能基などの好適な反応性基を有する置換アルキル部分と四級化（ｑｕａｔｅｒｎｉｚｅｄ）され得る（反応性基の他の例のリストについては表１を参照されたい）。

例えばＯｓ²⁺／³⁺などの酸化還元中心には、５個の複素環窒素と例えば塩化物陰イオンなどの別の配位子が配位することができる。そのような配位錯体の例としては、安定な配位結合を形成する２個のビピリジン配位子、比較的弱い配位結合を形成するポリ（４−ビニルピリジン）のピリジン、ならびに最も安定性の低い配位結合を形成する塩化物陰イオンなどがある。

別の形態として、Ｏｓ²⁺／³⁺などの酸化還元中心には、その配位内圏で６個の複素環窒素原子が配位することができる。その６個の配位原子は好ましくは、配位子において対合する。例えば各配位子が少なくとも２個の環からなる。配位原子の対合（ｐａｉｒｉｎｇ）は、本発明の遷移金属錯体ポリマーと共に用いられる電極の電位に影響し得る。

代表的にはグルコース分析の場合、酸化還元ポリマーで被覆された作業電極が平衡化する電位は、ＳＣＥ（標準カロメル電極）に対して＋２５０ｍＶの負である。好ましくはその電極は、ＳＣＥに対して約＋１５０ｍＶの負で平衡化する。これらの電位での電極を平衡化することにより、例えば尿酸塩、アスコルビン酸塩及びアセトアミノフェンなどの生理溶液の構成成分の電気酸化干渉を低減する。その電位は、錯体の配位子構造を変えることで変化させることができる。

本明細書に記載の酸化還元ポリマーの酸化還元電位は、電極が平衡化される電位に関するものである。所望の酸化還元電位を有する酸化還元ポリマーの選択によって、電極が最も良好に平衡化する電位の調節を行うことが可能となる。本明細書に記載の多くの酸化還元ポリマーの酸化還元電位はＳＣＥに対して約＋１５０ｍＶの負であり、またＳＣＥに対して約＋５０ｍＶの負として、電極電位の釣り合いをＳＣＥに対して約＋２５０ｍＶの負、好ましくはＳＣＥに対して約＋１５０ｍＶの負とすることができる。

配位結合の強さは、遷移金属錯体ポリマーの酸化還元中心の電位に影響を与え得る。代表的には、配位結合が強いほど、酸化還元電位はより正となる。遷移金属の配位圏における変化によって生じる酸化還元中心の電位のシフトによって、不安定な遷移金属錯体が生じる場合がある。例えば、Ｏｓ^2+/3+錯体の酸化還元電位が配位圏を変化させることによって低くなると、錯体は不安定となる。そのような不安定な遷移金属錯体は、電子移動メディエーターとして使用される金属錯体ポリマーを形成する際に望ましくないが、配位子として弱く配位する多座複素環を用いることで回避することができる。多座配位子が金属イオンに配位すると、放出されるエネルギーの量は一座配位子の場合よりかなり大きくなることから、個々の配位結合が弱い場合であっても、錯体の安定性は増す。

電極干渉
電極において酸化還元メディエーターとして使用される遷移金属錯体は、例えばＦｅ³⁺またはＺｎ²⁺などの分析試料中の遷移金属の存在によって影響を受け得る。電極の試験を行うのに使用される緩衝液への遷移金属陽イオンの添加によって、得られる電流が低下する。電流低下の程度は、遷移金属陽イオンを沈殿させる緩衝液中の陰イオンの有無によって決まる。サンプル溶液中での遷移金属の残留濃度が低いほど、電流はより安定となる。遷移金属陽イオンの沈殿を助ける陰イオンには、例えばリン酸イオンなどがある遷移金属陽イオン添加による電流低下は、非リン酸緩衝液中で最も顕著であることが認められている。電極を、遷移金属陽イオンを含む緩衝液から遷移金属陽イオンを含まない緩衝液に移すと、元の電流が回復する。

電流低下は、遷移金属陽イオンによって形成されるピリジン含有ポリマー骨格のさらなる架橋によるものと考えられる。遷移金属陽イオンは、ポリマーの異なる鎖及び鎖部分の窒素原子に配位することができる。遷移金属陽イオンによる異なる鎖部分の窒素原子の配位架橋によって、電子の拡散性が低下し得る。

血清及び他の生体液は微量の遷移金属イオンを含有する。該イオンは本発明の酸化還元ポリマーで作製された電極のフィルム中に拡散し得るため、電子の拡散性を低下させ、それによって高分析対象濃度で達する最高電流を低下させる。さらに、鉄及び銅などの遷移金属イオンが、酵素のタンパク質及び酵素の反応中心もしくはチャネルに結合し得、それらの代謝回転速度を低下させる。そうして生じる感度低下は、例えば金属錯体の生成中に用いられる緩衝液中の干渉遷移金属イオンと錯体形成する陰イオンの使用によって改善することができる。例えばピロリン酸塩またはトリリン酸塩などの非環状ポリリン酸塩を用いることができる。例えば、非環状ポリリン酸ナトリウムまたはカリウム緩衝液を用いて、遷移金属イオンを沈殿させない遷移金属錯体における陰イオンをリン酸陰イオンに交換することができる。直鎖リン酸塩を用いることで、有害な遷移金属イオンと強力な錯体を形成してその活性を低下させることにより、感度低下を軽減することができる。電極が平衡化する電位で電気酸化や電気還元を受けない限り他のキレート剤も使用可能である。

酵素損傷及びその軽減
グルコースオキシダーゼは、二酸素（ｄｉｏｘｙｇｅｎ）によるＤ−グルコースのＤ−グルコノ−１，５−ラクトンと過酸化水素への酸化を触媒するフラボタンパク酵素である。例えばＦｅ²⁺などの還元型遷移金属陽イオン及び一部の遷移金属錯体は、過酸化水素と反応し得る。その反応によって、有害なＯＨラジカル及び相当する酸化された陽イオンが形成される。新たに形成されたこれらの遷移金属陽イオンが存在すると酵素が阻害される場合があり、その陽イオンは金属錯体と反応し得る。さらに、酸化遷移金属陽イオンは、酵素のＦＡＤＨ₂中心によって、または遷移金属錯体によって還元され得る。

遷移金属陽イオンによる酵素または遷移金属錯体の活性部位の阻害、ならびにＯＨラジカルとの有害な反応を、上記の非環式ポリリン酸塩を組み込むことで軽減することで、電極の感度及び官能性を高めることができる。ポリリン酸／金属陽イオン錯体は代表的には、高い（酸化）酸化還元電位を有することから、過酸化水素によるそれの酸化速度は通常は緩慢である。別の形態として、例えばカタラーゼなどの酵素を用いて、過酸化水素を分解することができる。

実施例
別段の断りがない限り、化学試薬はいずれも、アルドリッチ・ケミカルズ社（ＡｌｄｒｉｃｈＣｈｅｍｉｃａｌＣｏ．，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）その他の入手先から入手可能である。

ポリマー遷移金属錯体の合成には、反応性基を有する遷移金属錯体の合成と、それに続く錯体のポリマー骨格への付加があり得る。場合によっては、ポリマー骨格を修飾してから、遷移金属錯体の結合を行う。反応性基を有するいくつかの遷移金属錯体の合成については、本願と同日に出願の「イミダゾール環を有する二座配位子との遷移金属錯体（ＴｒａｎｓｉｔｉｏｎＭｅｔａｌＣｏｍｐｌｅｘｅｓｗｉｔｈＢｉｄｅｎｔａｔｅＬｉｇａｎｄｈａｖｉｎｇａｎＩｍｉｄａｚｏｌｅＲｉｎｇ）」と題された米国特許出願号（引用によって本明細書に含まれる）に記載されている。本発明において好適な遷移金属錯体の例を表２に示してある。

実施例１

［Ｏｓ（４，４’−ジメトキシ−２，２’−ビピリジル） ₂ （１−（３−アミノプロピル）イミダゾール）］Ｃｌ ₃ の合成

還流冷却管を取り付けた三つ首丸底フラスコ中、化合物Ａ（米国特許５３９３９０３号（引用によって本明細書に含まれる）に従って製造）（１．５２ｇ）の無水エタノール（１リットル）懸濁液を、１５分間にわたりＮ₂で脱気し、次に１時間還流させた。化合物Ｂ（２５９μＬ）を注射器を用いて１０分間かけて加え、得られた溶液を２４時間還流させた。暗褐色溶液を冷却して室温とし、ロータリーエバポレータによって濃縮して約８０ｍＬとした。エチルエーテル（約４００ｍＬ）を加え、得られた混合物を５分間脱気した。室温で終夜放置後、得られた化合物Ｃの暗褐色沈殿を吸引濾過によって回収した。収量：約１ｇ。

６−ブロモヘキサン酸によるポリ（４−ビニルピリジン）の四級化

化合物Ｄ（２ｇ）をＤＭＦ中に溶かし、それに６−ブロモヘキサン酸（０．５６ｇ）を加えた。得られた溶液を９０℃で２４時間撹拌した。溶液を、急速に撹拌しながらＥｔＯＡｃ２００ｍＬに投入した。沈殿を吸引濾過によって回収し、ＥｔＯＡｃで洗浄し（２０ｍＬで２回）、５０〜６０℃で高真空下に２日間乾燥した。ＮＭＲ（ｄ₆−ＤＭＳＯ）では、ポリマーにおけるピリジル基の約１５％が四級化されていることが示された。収量：約２．１ｇ。

ポリマーオスミウム錯体Ｇの合成

化合物Ｅ（７１ｍｇ）の脱水ＤＭＦ（４ｍＬ）溶液に、Ｏ−（Ｎ−スクシンイミジル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルウロニウム・テトラフルオロボレート（ＴＳＴＵ）（２４ｍｇ）を加えた。溶液を３０分間撹拌後、Ｎ，Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルエチルアミン（１４μＬ）を加え、得られた溶液を４時間撹拌した。化合物Ｃを一気に加え、次に追加のＮ，Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルエチルアミン１４μＬを加えた。溶液の室温での撹拌をさらに２４時間続けた。暗褐色溶液をエーテル１００ｍＬに投入した。沈殿を吸引濾過によって回収し、エーテル（２０ｍＬ）で洗浄し、５０℃で２４時間真空乾燥した。粗生成物をクロライド樹脂（ＡＧ１×４、バイオラド・ラボラトリーズ（Ｂｉｏ−ＲａｄＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．，Ｈｅｒｃｕｌｅｓ，ＣＡ））３０ｍＬとＨ₂Ｏ５０ｍＬ中で混合し、開放空気中で２４時間撹拌した。撹拌を続けながら、不溶性のポリマーＯｓ（ＩＩ）錯体を空気によりゆっくりと酸化して、対陰イオンとして塩化物イオンを有する水溶性ポリマーＯｓ（ＩＩＩ）錯体とした。混合物を吸引濾過し、濾液をＨ₂Ｏで繰り返し限外濾過（ミリポア社（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ，Ｃｏｒｐ．，Ｂｅｄｆｏｒｄ，ＭＡ）からの限外濾過膜：ＰＭ１０、ＮＭＷＬ／１００００）することで透析した。透析されたポリマー濃縮液をＨ₂Ｏで希釈して１０ｍＬとし、凍結乾燥して化合物Ｇを得た。収量：８０ｍｇ。

実施例２

化合物Ｉの合成
混合物を９０℃で３〜４時間撹拌することで、化合物Ｈ（１０％スチレン、アルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ））（２．３７ｇ）をＤＭＦ（２０ｍＬ）に溶かした。６−ブロモヘキサン酸（０．６６ｇ）を１０分間かけて滴下し、得られた溶液を９０℃で２４時間撹拌した。溶液をＥｔＯＡｃ３００ｍＬに投入し、沈殿を吸引濾過によって回収した。ガム状生成物を最小量のメタノールに再度溶かし、エーテル（２００ｍＬ）で析出させた。生成物を５０℃で高真空下に２日間乾燥させた。

２−（６−メチル−２−ピリジル）イミダゾールの合成
温度計及び滴下漏斗を取り付けた２５０ｍＬの三つ首丸底フラスコ中、６−メチルピリジン−２−カルボキシアルデヒド（２６ｇ、０．２１ｍｏｌ）及びグリオキサール（４０％、３０ｍＬ）のＥｔＯＨ（５０ｍＬ）溶液を、ＮａＣｌ／氷浴で撹拌した。溶液が冷却されて５℃以下となった時点で、滴下漏斗から濃ＮＨ₄ＯＨを滴下した。溶液の温度が５℃以下に維持されるように滴下速度を制御した。滴下後、黄色溶液の撹拌を氷浴で１時間、室温で終夜続けた。明黄色結晶を吸引濾過によって回収し、Ｈ₂Ｏ（２０ｍＬ）で洗浄した。結晶をＨ₂Ｏ（２００ｍＬ）に再懸濁させ、短時間沸騰させてから吸引濾過して生成物を回収し、それを高真空下に乾燥した。収率：３５％。

２−（６−メチル−２−ピリジル）−１−（６−フタルイミド）ヘキシル）イミダゾールの合成
２−（６−メチル−２−ピリジル）イミダゾール（２．１６ｇ）及びナトリウムｔ−ブトキシド（１．５７ｇ）の乾燥ＤＭＦ（５０ｍＬ）溶液に、Ｎ−（６−ブロモヘキシル）フタルイミド（４．７２ｇ）を加えた。得られた溶液を、室温で３時間、６０℃で３．５時間撹拌した。溶液をＨ₂Ｏ（８０ｍＬ）に投入し、ＥｔＯＡｃで３回抽出した（１００ｍＬで３回）。合わせたＥｔＯＡｃ抽出液を無水Ｎａ₂ＳＯ₄で脱水し、溶媒留去して乾固させた。生成物について、ＥｔＯＡｃを溶離液として用いるシリカゲルカラムによって精製を行った。収量：約４．２ｇ。

１−（６−アミノヘキシル）−２−（６−メチル−２−ピリジル）イミダゾールの合成
２−（６−メチル−２−ピリジル）−１−（６−フタルイミド）ヘキシル）イミダゾール（４．２ｇ）のＥｔＯＨ（５０ｍＬ）溶液に、ヒドラジン水和物１．５ｍＬを加えた。得られた溶液を８０℃で終夜撹拌した。溶液を冷却して室温とし、吸引濾過を行って沈殿を除去した。濾液の溶媒留去を行って粗生成物を得て、それについて溶離液として５％濃ＮＨ₃Ｈ₂Ｏ／ＣＨ₃ＣＮを用いるシリカゲルカラム精製を行った。収量：約２．５ｇ。

１，１′−ジメチル−２，２′−ビイミダゾールの合成
２，２′−ビイミダゾール（Ｆｉｅｓｅｌｍａｎｎ，Ｂ．Ｆ．ら、Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．、第１７巻、２０７８頁（１９７８年））（４．６ｇ、３４．３ｍｍｏｌ）の乾燥ＤＭＦ（１００ｍＬ）溶液を、氷水浴で冷却した２５０ｍＬ丸底フラスコ中で撹拌しながら、それにＮａＨ（鉱油中６０％品２．７ｇ、６８．６ｍｍｏｌ）を少量ずつ加えた。溶液をＮ₂下に０℃で１時間撹拌した後、トルエンスルホン酸メチル（１０．３ｍＬ、６８．６ｍｍｏｌ）を、注射器を用いて３０分間かけて少量ずつ加えた。溶液の撹拌を氷水浴で１時間、室温で３時間続けた。溶媒を減圧蒸留によって除去した。暗色残留物をエーテルで磨砕し、次に吸引濾過し、真空乾燥した。生成物を昇華によって精製した。収率：８０％。

［Ｏｓ（１，１′−ジメチル−２，２′−ビイミダゾール） ₂ Ｃｌ ₂ ］Ｃｌの合成
ヘキサクロロオスミウム酸カリウム（１ｇ、２．０８ｍｍｏｌ）、１，１′−ジメチル−２，２′−ビイミダゾール（０．６７ｇ、４．１６ｍｍｏｌ）及びＬｉＣｌ（１ｇ、２３．８ｍｍｏｌ）を、還流冷却管を取り付けた２５０ｍＬ三つ首丸底フラスコ中でエチレングリコール４０ｍＬに懸濁させた。懸濁液をＮ₂で１５分間脱気し、Ｎ₂下に油浴にて１７０℃で７〜８時間撹拌して、暗褐色溶液を得た。溶媒を浴温９０〜１００℃での高真空蒸留によって除去した。ガム状固体をアセトンで２回（５０ｍＬで２回）、Ｈ₂Ｏで１回（５０ｍＬ）磨砕した。生成物を、高真空下に５０℃で２４時間乾燥した。

化合物Ｋの合成
［Ｏｓ（１，１′−ジメチル−２，２′−ビイミダゾール）₂Ｃｌ₂］Ｃｌ（０．５２５ｇ）及び１−（６−アミノヘキシル）−２−（６−メチル−２−ピリジル）イミダゾール（０．２４８ｇ）のエチレングリコール（４０ｍＬ）中混合物をＮ₂で１０分間脱気し、Ｎ₂下１４０℃で２４時間撹拌した。エチレングリコールを９０℃での高減圧蒸留によって除去した。残留物をＨ₂Ｏ１５０ｍＬに溶かし、得られた溶液を開放空気中で２４時間撹拌して、Ｏｓ（ＩＩ）を完全に酸化してＯｓ（ＩＩＩ）とした。その溶液を、高速で攪拌されているＮＨ₄ＰＦ₆（４．２ｇ）のＨ₂Ｏ（１００ｍＬ）溶液に投入した。沈殿を吸引濾過によって回収し、Ｈ₂Ｏで洗浄した（１０ｍＬで２回）。粗生成物をＣＨ₃ＣＮ１５ｍＬに再度溶かし、ＮＨ₄ＰＦ₆（２．２ｇ）のＨ₂Ｏ（２００ｍＬ）溶液を撹拌したものに加えた。得られた沈殿を吸引濾過によって回収し、Ｈ₂Ｏ（１００ｍＬ）で洗浄し、高真空下に４５℃で乾燥した。収量：０．６ｇ。

化合物Ｌの合成
化合物Ｇについて記載の方法を用いて、ポリマーＩ及び錯体Ｋから、ポリマーオスミウム化合物を合成した。

実施例３

４−ブロモ−２，２′−ビピリジル−Ｎ−オキサイドの合成
１００ｍＬ丸底フラスコ中で酢酸３０ｍＬに溶かした４−ニトロ−２，２′−ビピリジル−Ｎ−オキサイド（Ｗｅｎｋｅｒｔ，Ｄ．、Ｗｏｏｄｗａｒｄ，Ｒ．Ｂ．Ｊ．、Ｏｒｇ．ｃｈｅｍ．、第４８巻、２８３頁（１９８３年））（５ｇ）に、臭化アセチル１６ｍＬを加えた。黄色混合物を１．５時間還流させ、次にロータリーエバポレータによって乾固させた。得られた明黄色固体は、それ以上精製を行わなくとも、次の段階には十分な純度を有するものであった。収率：９５％。

４−ブロモ−２，２′−ビピリジルの合成
４−ブロモ−２，２′−ビピリジル−Ｎ−オキサイドのＣＨＣｌ₃（６０ｍＬ）懸濁液を撹拌しながら、それにＰＣｌ₃ １２ｍＬを室温で加えた。混合物をＮ₂下に２時間還流させ、次に冷却して室温とした。反応混合物を氷水１００ｍＬに投入した。水相を分液し、保存した。ＣＨＣｌ₃層をＨ₂Ｏで３回抽出し（６０ｍＬで３回）、廃棄した。合わせた水溶液をＮａＨＣＯ₃粉末で中和して約ｐＨ７〜８とした。得られた白色沈殿を吸引濾過によって回収し、Ｈ₂Ｏ（３０ｍＬ）で洗浄し、減圧下に５０℃で２４時間乾燥させた。収率：８５％。

４−（（６−アミノヘキシル）アミノ）−２，２′−ビピリジンの合成
２５０ｍＬ丸底フラスコ中の４−ブロモ−２，２′−ビピリジル（２．５ｇ）及び１，６−ジアミノヘキサン（１５ｇ）の混合物をＮ₂下に油浴で１４０℃にて４〜５時間加熱した。過剰の１，６−ジアミノヘキサンを９０〜１２０℃での高減圧蒸留によって除去した。生成物について、５％ＮＨ₄ＯＨ／イソプロピルアルコールを溶離液とするシリカゲルカラムにより精製した。収率：７０％。

化合物Ｎの合成
化合物Ｋについて記載の方法を用いて、４−（（６−アミノヘキシル）アミノ）−２，２′−ビピリジン及び［Ｏｓ（１，１′−ジメチル−２，２′−ビイミダゾール）₂Ｃｌ₂］Ｃｌから、化合物Ｎを生成した。

化合物Ｏの合成
化合物Ｍ（３７ｍｇ、ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｐｅｃｉａｌｔｙＰｒｏｄｕｃｔｓ，Ｗａｙｎｅ，ＮＪ，ＵＳＡ）のＣＨ₃ＣＮ（２ｍＬ）及びＴＨＦ（０．５ｍＬ）溶液に、化合物Ｎ（５１ｍｇ）を加え、次にＮ，Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルエチルアミン２滴を加えた。得られた溶液を室温で２４時間撹拌した。Ｈ₂Ｏ（５ｍＬ）を加え、溶液をさらに２４時間撹拌した。溶液を追加のＨ₂Ｏ（５０ｍＬ）で希釈し、化合物Ｇの精製について前述したように繰り返し限外濾過によって透析した。透析溶液を凍結乾燥して、化合物Ｏを得た。

本発明は、上記の特定の実施例に限定されるものと解釈すべきではなく、添付の特許請求の範囲で適正に規定された本発明の全ての態様を包含するものと理解すべきである。各種の変更、均等な方法、ならびに本発明を適用可能である多くの構造については、本発明が関係する当業者であれば、本明細書を検討することで容易に理解できよう。

Claims

ポリマー遷移金属錯体において、
ポリマー骨格と、
複数のスペーサーであって、各スペーサーが前記ポリマー骨格に共有結合し、その骨格から延びており、各スペーサーが、−（ＣＲ^rＲ^s）−、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｏ）Ｏ−、−Ｓ（Ｏ）₂ＮＲ^k−、−ＯＣ（Ｏ）ＮＲ^m−、−ＯＣ（Ｓ）ＮＲⁿ−、−Ｃ（Ｏ）ＮＲ^t−、−ＮＲ^u−、−ＣＲ^v＝Ｎ−Ｏ−、−ＣＲ^w＝ＮＮＲ^x−及び（ＳｉＲ^yＲ^z）−のうちから選択される少なくとも１個の非環状官能基を含み、Ｒ^r及びＲ^sが独立に、水素、塩素、フッ素、または置換もしくは未置換のアルキル、アルコキシ、アルケニルまたはアルキニルであり、かつＲ^k、Ｒ^m、Ｒⁿ、Ｒ^t、Ｒ^u、Ｒ^v、Ｒ^w、Ｒ^x、Ｒ^y及びＲ^zが独立に、水素または置換もしくは未置換アルキルであるスペーサーと、
複数の遷移金属錯体であって、各遷移金属錯体が下記式の構造を有する遷移金属錯体とを有するポリマー遷移金属錯体。
【化１】

［式中、
Ｍはオスミウム、ルテニウム、バナジウム、コバルトまたは鉄であり、
Ｌ¹は、複素環を含む配位子であり、かつ該複素環のヘテロ原子を介してＭに配位結合しており、
Ｌ²、Ｌ³、Ｌ⁴、Ｌ⁵及びＬ⁶は含窒素複素環を有する配位子であって、Ｌ¹、Ｌ²、Ｌ³、Ｌ⁴、Ｌ⁵及びＬ⁶はそれぞれ独立に、一座配位子であるか、または少なくとも１個の他の配位子と組み合わさって多座配位子を形成しており、
Ｌ¹、Ｌ²、Ｌ³、Ｌ⁴、Ｌ⁵及びＬ⁶のうちの少なくとも一つが、前記スペーサーのいずれかに共有結合している］
Ｌ¹の前記複素環が含窒素複素環を有し、該複素環の窒素原子を介してＭに配位結合している請求項１に記載のポリマー遷移金属錯体。
前記含窒素複素環が、置換もしくは未置換のピリジン、イミダゾール、２，２’−ビピリジン、２−（２−ピリジル）イミダゾールまたは２，２’−ビイミダゾールを有する請求項２に記載のポリマー遷移金属錯体。
Ｌ ² 、Ｌ ³ 、Ｌ ⁴ 、Ｌ ⁵ 及びＬ ⁶ のそれぞれが含窒素複素環を有する請求項１に記載のポリマー遷移金属錯体。
Ｌ ¹ 、Ｌ ² 、Ｌ ³ 、Ｌ ⁴ 、Ｌ ⁵ 及びＬ ⁶ のうちの少なくとも２個が組み合わさって、少なくとも１個の多座配位子を形成している請求項１に記載のポリマー遷移金属錯体。
Ｌ ¹ 、Ｌ ² 、Ｌ ³ 、Ｌ ⁴ 、Ｌ ⁵ 及びＬ ⁶ のうちの少なくとも４個が組み合わさって、置換及び未置換の２，２’−ビピリジン類、２−（２−ピリジル）イミダゾール類及び２，２’−ビイミダゾール類のうちから選択される少なくとも２個の多座配位子を形成している請求項１に記載のポリマー遷移金属錯体。
前記遷移金属錯体が、少なくとも１個の置換または未置換の２，２’−ビイミダゾールまたは２−（２−ピリジル）イミダゾールを有する請求項６に記載のポリマー遷移金属錯体。
各スペーサーが、−（ＣＲ ^r Ｒ ^s ）−、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｓ（Ｏ） ₂ ＮＲ ^k −、−ＯＣ（Ｏ）ＮＲ ^m −、−ＯＣ（Ｓ）ＮＲ ⁿ −、−Ｃ（Ｏ）ＮＲ ^t −及びＮＲ ^u −のうちから選択される少なくとも４個の非環状官能基を有し、Ｒ ^k 、Ｒ ^m 、Ｒ ⁿ 、Ｒ ^r 、Ｒ ^s 、Ｒ ^t 及びＲ ^u が独立に、水素及び置換もしくは未置換アルキルのうちから選択される請求項１に記載のポリマー遷移金属錯体。
各スペーサーが複素環をさらに有する請求項１に記載のポリマー遷移金属錯体。
前記スペーサーの少なくとも１個の非環状官能基が、前記スペーサーの前記複素環と前記遷移金属錯体との間に配置されている請求項９に記載のポリマー遷移金属錯体。
前記遷移金属錯体が下記式の構造を有する請求項１に記載のポリマー遷移金属錯体。
【化２】

［式中、
Ｍは、鉄、コバルト、ルテニウム、オスミウムまたはバナジウムであり、
Ｌ ¹ 、Ｌ ² 、Ｌ ³ 、及びＬ ⁴ は含窒素複素環を有する配位子であって、Ｌ ¹ 、Ｌ ² 、Ｌ ³ 、及びＬ ⁴ はそれぞれ独立に、一座配位子であるか、または少なくとも１個の他の配位子と組み合わさって多座配位子を形成しており、
Ｒ ₁ 及びＲ ₂ は独立に、置換または未置換のアルキルであり、
Ｒ ₃ 、Ｒ ₄ 、Ｒ ₅ 及びＲ ₆ は独立に、−Ｈ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒまたは置換もしくは未置換Ｃ１〜Ｃ１２アルキルであり、
ｃは、正電荷または負電荷を示す−１〜−５または＋１〜＋５から選択される整数であり、Ｘは少なくとも１個の対イオンを表し、
ｄは、対イオンＸの数を表す１〜５の整数である］
前記遷移金属錯体が下記式の構造を有する請求項１に記載のポリマー遷移金属錯体。
【化３】

［式中、
Ｍは、鉄、コバルト、ルテニウム、オスミウムまたはバナジウムであり、
Ｌ ¹ 、Ｌ ² 、Ｌ ³ 、及びＬ ⁴ は含窒素複素環を有する配位子であって、Ｌ ¹ 、Ｌ ² 、Ｌ ³ 、及びＬ ⁴ はそれぞれ独立に、一座配位子であるか、または少なくとも１個の他の配位子と組み合わさって多座配位子を形成しており、
Ｒ’ ₁ は、置換または未置換アルキルであり、
Ｒ’ ₃ 及びＲ’ ₄ は独立に、−Ｈ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒまたは置換または未置換のアルキルであり、
Ｒ _a 、Ｒ _b 、Ｒ _c 及びＲ _d は独立に、−Ｈ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−ＣＮ、−ＣＯ ₂ Ｈ、−ＳＯ ₃ Ｈ、−ＮＯ ₂ 、−ＮＨ ₂ 、−ＮＨＮＨ ₂ 、−ＳＨ、または置換もしくは未置換のＣ１〜Ｃ１２アルキルアミノ、Ｃ２〜Ｃ２４ジアルキルアミノ、Ｃ１〜Ｃ１２アルコキシまたはＣ１〜Ｃ１２アルキルであり、
ｃは、正電荷または負電荷を示す−１〜−５または＋１〜＋５から選択される整数であ
り、
Ｘは少なくとも１個の対イオンを表し、
ｄは、対イオンＸの数を表す１〜５の整数である］
前記遷移金属錯体が下記式の構造を有する請求項１に記載のポリマー遷移金属錯体。
【化４】

［式中、
Ｍは、鉄、コバルト、ルテニウム、オスミウムまたはバナジウムであり、
Ｌ ¹ 、Ｌ ² 、Ｌ ³ 、及びＬ ⁴ は含窒素複素環を有する配位子であって、Ｌ ¹ 、Ｌ ² 、Ｌ ³ 、及びＬ ⁴ はそれぞれ独立に、一座配位子であるか、または少なくとも１個の他の配位子と組み合わさって多座配位子を形成しており、
Ｒ ₁₈ 及びＲ ₂₁ は独立に、−Ｈ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−ＣＮ、−ＣＯ ₂ Ｈ、−ＯＨ、−ＳＯ ₃ Ｈ、−ＮＯ ₂ 、−ＮＨ ₂ 、−ＮＨＮＨ ₂ 、−ＳＨ、または置換もしくは未置換のＣ１〜Ｃ１２アルキルアミノ、Ｃ２〜Ｃ２４ジアルキルアミノ、Ｃ１〜Ｃ１２アルコキシまたはＣ１〜Ｃ１２アルキルであり、
Ｒ ₁₆ 、Ｒ ₁₇ 、Ｒ ₁₉ 、Ｒ ₂₀ 、Ｒ ₂₂ 及びＲ ₂₃ は独立に、−Ｈまたは置換もしくは未置換Ｃ１〜Ｃ１２アルキルであり、
ｃは、正電荷または負電荷を示す−１〜−５または＋１〜＋５から選択される整数であり、
Ｘは少なくとも１個の対イオンを表し、
ｄは、対イオンＸの数を表す１〜５の整数である］
ポリマー遷移金属錯体において、
ａ）ポリマー骨格及び該ポリマー骨格から延びる複数のペンダント基を有するポリマーであって、該ペンダント基の少なくとも一部が反応性基を有するポリマーと、
ｂ）複数の遷移金属錯体であって、各遷移金属錯体が下記式の構造を有する錯体との反応生成物を含むポリマー遷移金属錯体。
【化５】

［式中、
Ｍはオスミウム、ルテニウム、バナジウム、コバルトまたは鉄であり、Ｌ ¹ は、複素環を含む配位子であり、かつ該複素環のヘテロ原子を介してＭに配位結合しており、
Ｌ ² 、Ｌ ³ 、Ｌ ⁴ 、Ｌ ⁵ 及びＬ ⁶ は含窒素複素環を有する配位子であって、Ｌ ¹ 、Ｌ ² 、Ｌ ³ 、Ｌ ⁴ 、Ｌ ⁵ 及びＬ ⁶ はそれぞれ独立に、一座配位子であるか、または少なくとも１個の他の配位子と組み合わさって多座配位子を形成しており、
Ｌ ¹ 、Ｌ ² 、Ｌ ³ 、Ｌ ⁴ 、Ｌ ⁵ 及びＬ ⁶ のうちの少なくとも一つが、前記ポリマーの反応性基のいずれかと反応可能な反応性基を有する］
ポリマー遷移金属錯体において、
ポリマー骨格と、
複数のスペーサーであって、各スペーサーが前記ポリマー骨格に共有結合し、その骨格から延びており、各スペーサーが少なくとも４個の原子の可撓性鎖を有するスペーサーと、
複数の遷移金属錯体であって、各遷移金属錯体が、下記式の構造を有する遷移金属錯体とを有するポリマー遷移金属錯体。
【化６】

［式中、
Ｍはオスミウム、ルテニウム、バナジウム、コバルトまたは鉄であり、
Ｌ ¹ は、複素環を含む配位子であり、かつ該複素環のヘテロ原子を介してＭに配位結合しており、
Ｌ ² 、Ｌ ³ 、Ｌ ⁴ 、Ｌ ⁵ 及びＬ ⁶ は含窒素複素環を有する配位子であって、Ｌ ¹ 、Ｌ ² 、Ｌ ³ 、Ｌ ⁴ 、Ｌ ⁵ 及びＬ ⁶ はそれぞれ独立に、一座配位子であるか、または少なくとも１個の他の配位子と組み合わさって多座配位子を形成しており、
Ｌ ¹ 、Ｌ ² 、Ｌ ³ 、Ｌ ⁴ 、Ｌ ⁵ 及びＬ ⁶ のうちの少なくとも一つが、前記スペーサーのいずれかに共有結合している］
酸化還元メディエーターにおいて、
ポリマー骨格と、
複数のスペーサーであって、各スペーサーが前記ポリマー骨格に共有結合し、その骨格から延びており、各スペーサーが、−（ＣＲ ^r Ｒ ^s ）−、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｏ）Ｏ−、−Ｓ（Ｏ） ₂ ＮＲ ^k −、−ＯＣ（Ｏ）ＮＲ ^m −、−ＯＣ（Ｓ）ＮＲ ⁿ −、−Ｃ（Ｏ）ＮＲ ^t −、−ＮＲ ^u −、−ＣＲ ^v ＝Ｎ−Ｏ−、−ＣＲ ^w ＝ＮＮＲ ^x −及び（ＳｉＲ ^y Ｒ ^z ）−のうちか
ら選択される少なくとも１個の非環状官能基を有し、Ｒ ^r 及びＲ ^s が独立に、水素、塩素、フッ素、または置換もしくは未置換のアルキル、アルコキシ、アルケニルまたはアルキニルであり、Ｒ ^k 、Ｒ ^m 、Ｒ ⁿ 、Ｒ ^t 、Ｒ ^u 、Ｒ ^v 、Ｒ ^w 、Ｒ ^x 、Ｒ ^y 及びＲ ^z が独立に、水素または置換もしくは未置換アルキルであるスペーサーと、
複数の遷移金属錯体であって、各遷移金属錯体が下記式の構造を有する遷移金属錯体とを有する酸化還元メディエーター。
【化７】

［式中、
Ｍはオスミウム、ルテニウム、バナジウム、コバルトまたは鉄であり、
Ｌ ¹ は、複素環を含む配位子であり、かつ該複素環のヘテロ原子を介してＭに配位結合しており、
Ｌ ² 、Ｌ ³ 、Ｌ ⁴ 、Ｌ ⁵ 及びＬ ⁶ は含窒素複素環を有する配位子であって、Ｌ ¹ 、Ｌ ² 、Ｌ ³ 、Ｌ ⁴ 、Ｌ ⁵ 及びＬ ⁶ はそれぞれ独立に、一座配位子であるか、または少なくとも１個の他の配位子と組み合わさって多座配位子を形成しており、
Ｌ ¹ 、Ｌ ² 、Ｌ ³ 、Ｌ ⁴ 、Ｌ ⁵ 及びＬ ⁶ のうちの少なくとも一つが、前記スペーサーのいずれかに共有結合している］
センサーにおいて、
作業電極と、
対電極と、
前記作業電極に近接して配置された酸化還元メディエーターとを有し、前記酸化還元メディエーターは、
ポリマー骨格と、
複数のスペーサーであって、各スペーサーが前記ポリマー骨格に共有結合し、その骨格から延びており、各スペーサーが、−（ＣＲ ^r Ｒ ^s ）−、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｏ）Ｏ−、−Ｓ（Ｏ） ₂ ＮＲ ^k −、−ＯＣ（Ｏ）ＮＲ ^m −、−ＯＣ（Ｓ）ＮＲ ⁿ −、−Ｃ（Ｏ）ＮＲ ^t −、−ＮＲ ^u −、−ＣＲ ^v ＝Ｎ−Ｏ−、−ＣＲ ^w ＝ＮＮＲ ^x −及び（ＳｉＲ ^y Ｒ ^z ）−のうちから選択される少なくとも１個の非環状官能基を有し、Ｒ ^r 及びＲ ^s が独立に、水素、塩素、フッ素、または置換もしくは未置換のアルキル、アルコキシ、アルケニルまたはアルキニルであり、Ｒ ^k 、Ｒ ^m 、Ｒ ⁿ 、Ｒ ^t 、Ｒ ^u 、Ｒ ^v 、Ｒ ^w 、Ｒ ^x 、Ｒ ^y 及びＲ ^z が独立に、水素または置換もしくは未置換アルキルであるスペーサーと、
複数の遷移金属錯体であって、各遷移金属錯体が下記式の構造を有する遷移金属錯体とを有する、センサー。
【化８】

［式中、
Ｍはオスミウム、ルテニウム、バナジウム、コバルトまたは鉄であり、Ｌ ¹ は、複素環を含む配位子であり、該複素環のヘテロ原子を介してＭに配位結合しており、
Ｌ ² 、Ｌ ³ 、Ｌ ⁴ 、Ｌ ⁵ 及びＬ ⁶ は含窒素複素環を有する配位子であって、Ｌ ¹ 、Ｌ ² 、Ｌ ³ 、Ｌ ⁴ 、Ｌ ⁵ 及びＬ ⁶ はそれぞれ独立に、一座配位子であるか、または少なくとも１個の他の配位子と組み合わさって多座配位子を形成しており、
Ｌ ¹ 、Ｌ ² 、Ｌ ³ 、Ｌ ⁴ 、Ｌ ⁵ 及びＬ ⁶ のうちの少なくとも一つが、前記スペーサーのいずれかに共有結合している］