JP5773377B2 - カルバゾールで端部キャップされているビピリジン化合物及びそれらの調製のための方法 - Google Patents
カルバゾールで端部キャップされているビピリジン化合物及びそれらの調製のための方法 Download PDFInfo
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Description
［発明の分野］
本発明は、固体照明、対アニオンの選別、及び二光子生体撮像に有用な一般式Ａの、カルバゾールで端部キャップされているビピリジン化合物及びそれらのＺｎ錯体に関する。
本発明は、固体照明、対アニオンの選別、及び二光子生体撮像に有用な一般式Ａの、カルバゾールで端部キャップされているビピリジン化合物及びそれらのＺｎ錯体に関する。
本発明はまた、一般式Ａの調製のための方法を提供する。
［発明の背景］
改善された特性を有する同調可能な有機フルオロフォアの開発のための探求は、重要である。魅力的で効率的な発光の特徴を有するフルオロフォアは、生物科学における用途、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などの材料科学用途、及びセンシング用途に望ましい。ａ）Ｅ．Ｍ．Ｎｏｌａｎ、Ｓ．Ｊ．Ｌｉｐｐａｒｄ、Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２００８、１０８巻、３４４３ページ、ｂ）Ａｐｐｌｉｅｄ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｉｎ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｂｉｏｌｏｇｙ，ａｎｄ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ（Ｗ．Ｒｅｔｔｉｎｇ、Ｂ．Ｓｔｒｅｈｍｅｌ、Ｓ．Ｓｃｈｒａｄｅｒ、Ｈ．Ｓｅｉｆｅｒｔ編）、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、１９９９、ｃ）Ａ．Ｃ．Ｇｒｉｍｓｄａｌｅ、Ｋ．Ｌ．Ｃｈａｎ、Ｒ．Ｅ．Ｍａｒｔｉｎ、Ｐ．Ｇ．Ｊｏｋｉｓｚ、Ａ．Ｂ．Ｈｏｌｍｅｓ、Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２００９、１０９巻、８９７ページ、ｄ）Ｓ．Ｍ．Ｋｅｌｌｙ、Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ：Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（Ｊ．Ａ．Ｃｏｎｎｏｒ編）、Ｔｈｅ Ｒｏｙａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ、２０００、ｅ）Ｓ．Ｐａｒｋ、Ｊ．Ｅ．Ｋｗｏｎ、Ｓ．Ｈ．Ｋｉｍ、Ｊ．Ｓｅｏ、Ｋ．Ｃｈｕｎｇ、Ｓ．−Ｙ．Ｐａｒｋ、Ｄ．−Ｊ．Ｊａｎｇ、Ｂ．Ｍ．Ｍｅｄｉｎａ、Ｊ．Ｇｉｅｒｓｃｈｎｅｒ、Ｓ．Ｙ．Ｐａｒｋ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００９、１３１巻、１４０４３ページ、ｆ）Ｙ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ、Ｙ．Ｍａｔｓｕｂａｒａ、Ｔ．Ｏｃｈｉ、Ｔ．Ｗａｋａｍｉｙａ、Ｚ．−Ｉ．Ｙｏｓｈｉｄａ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００８、１３０巻、１１３８６７ページ、ｇ）Ｚ．Ｍ．Ｈｕｄｓｏｎ、Ｓ．Ｗａｎｇ、Ａｃｃ．Ｃｈｅ．Ｒｅｓ．２００９、４２巻、１５８４ページ、ｇ）Ｈ．Ｓ．Ｊｏｓｈｉ、Ｒ．Ｊａｍｓｈｉｄｉ、Ｙ．Ｔｏｒ、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．１９９９、３８巻、２７２２ページを参照してもよい。
改善された特性を有する同調可能な有機フルオロフォアの開発のための探求は、重要である。魅力的で効率的な発光の特徴を有するフルオロフォアは、生物科学における用途、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などの材料科学用途、及びセンシング用途に望ましい。ａ）Ｅ．Ｍ．Ｎｏｌａｎ、Ｓ．Ｊ．Ｌｉｐｐａｒｄ、Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２００８、１０８巻、３４４３ページ、ｂ）Ａｐｐｌｉｅｄ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｉｎ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｂｉｏｌｏｇｙ，ａｎｄ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ（Ｗ．Ｒｅｔｔｉｎｇ、Ｂ．Ｓｔｒｅｈｍｅｌ、Ｓ．Ｓｃｈｒａｄｅｒ、Ｈ．Ｓｅｉｆｅｒｔ編）、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、１９９９、ｃ）Ａ．Ｃ．Ｇｒｉｍｓｄａｌｅ、Ｋ．Ｌ．Ｃｈａｎ、Ｒ．Ｅ．Ｍａｒｔｉｎ、Ｐ．Ｇ．Ｊｏｋｉｓｚ、Ａ．Ｂ．Ｈｏｌｍｅｓ、Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２００９、１０９巻、８９７ページ、ｄ）Ｓ．Ｍ．Ｋｅｌｌｙ、Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ：Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（Ｊ．Ａ．Ｃｏｎｎｏｒ編）、Ｔｈｅ Ｒｏｙａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ、２０００、ｅ）Ｓ．Ｐａｒｋ、Ｊ．Ｅ．Ｋｗｏｎ、Ｓ．Ｈ．Ｋｉｍ、Ｊ．Ｓｅｏ、Ｋ．Ｃｈｕｎｇ、Ｓ．−Ｙ．Ｐａｒｋ、Ｄ．−Ｊ．Ｊａｎｇ、Ｂ．Ｍ．Ｍｅｄｉｎａ、Ｊ．Ｇｉｅｒｓｃｈｎｅｒ、Ｓ．Ｙ．Ｐａｒｋ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００９、１３１巻、１４０４３ページ、ｆ）Ｙ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ、Ｙ．Ｍａｔｓｕｂａｒａ、Ｔ．Ｏｃｈｉ、Ｔ．Ｗａｋａｍｉｙａ、Ｚ．−Ｉ．Ｙｏｓｈｉｄａ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００８、１３０巻、１１３８６７ページ、ｇ）Ｚ．Ｍ．Ｈｕｄｓｏｎ、Ｓ．Ｗａｎｇ、Ａｃｃ．Ｃｈｅ．Ｒｅｓ．２００９、４２巻、１５８４ページ、ｇ）Ｈ．Ｓ．Ｊｏｓｈｉ、Ｒ．Ｊａｍｓｈｉｄｉ、Ｙ．Ｔｏｒ、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．１９９９、３８巻、２７２２ページを参照してもよい。
かかる材料を設計し製作するのに決定的な要素は、材料の発光波長の制御である。青色、緑色、及び赤色の発光材料が、フルカラーディスプレイのために必要とされる。有機分子にとって、これは、より強い供与体又は受容体部分での置換を含む、π共役又は置換基を化学的に改変することによって、しばしば達成される。これは、分子のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップを有効に調整することになる。有機材料が発した色を制御するための代替の取り組みは、蛍光発色団をポリマー骨格に付加すること、又は不活性なポリマーマトリックス中へかかる染料をブレンドすることである。ａ）Ｙ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ、Ｔ．Ｔａｎａｋａ、Ｓ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ、Ｔ．Ｗａｋａｍｉｙａ、Ｙ．Ｍａｔｓｕｂａｒａ、Ｚ．−Ｉ．Ｙｏｓｈｉｄａ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００５、１２７巻、９３３２ページ、ｂ）Ｒ．Ａｂｂｅｌ、Ｃ．Ｇｒｅｎｉｅｒ、Ｍ．Ｊ．Ｐｏｕｎｄｅｒｏｉｊｅｎ、Ｊ．Ｗ．Ｓｔｏｕｗｄａｍ、Ｐ．Ｅ．Ｌ．Ｇ．Ｌｅｃｌｅｒｅ、Ｒ．Ｐ．Ｓｉｊｂｅｓｍａ、Ｅ．Ｗ．Ｍｅｉｊｅｒ、Ａ．Ｐ．Ｈ．Ｊ．Ｓｃｈｅｎｎｉｎｇ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００９、１３１巻、８３３ページ、ｃ）Ｇ．Ｋｗａｋ、Ｈ．Ｋｉｍ、Ｉ．−Ｋ．Ｋａｎｇ、Ｓ．−Ｈ．Ｋｉｍ、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ、２００９、４２巻、１７３３ページを参照してもよい。
発光デバイスは、ディスプレイ（例えば、フラットパネルディスプレイ）、コンピューターの画面などの画面、及び照明を必要とするその他の物品中で使用できる。発光デバイスの輝度は、発光デバイスの重要な特色である。ＬＥＤを含む固体発光デバイスは、その低い製作コスト及び長期の耐久性から、極めて有用である。Ｒｕｂｎｅｒら、米国特許第６５４８８３６号、Ｂａｒｅｔｚら、米国特許第６６００１７５号を参照してもよい。有機発光材料として、８−キノリノールアルミニウム錯体又はクマリン化合物などの蛍光を発する有機染料が使用される。有機発光ダイオードは、高い発光の特徴を有するが、発光又は半減期についての安定性の問題を伴う。Ｈｉｒｏｓｅら、米国特許第６６７００５２号を参照してもよい。
Ｃｈｅｎら、米国特許第７１７９５４２号、米国特許第６７１３７８１号による、オキサゾール−、チアゾール−又はイミダゾール−融合フェナントロリン分子が、発光層として使用される、有機発光デバイス。
これまで、種々の方策が、高い固体発光の実現を成し遂げてきた。供与体−受容体の強さを変化させることによる光学バンドギャップの調整は、Ａｊａｙａｇｈｏｓｈ及び共同研究者らによって示された。ａ）Ａ．Ａｊａｙａｇｈｏｓｈ、Ｖ．Ｋ．Ｐｒａｖｅｅｎ、Ｓ．Ｓｒｉｎｉｖａｓａｎ、及びＲ．Ｖａｒｇｈｅｓｅ、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００７、１９巻、４１１ページ、ｂ）Ｃ．Ｖｉｊａｙａｋｕｍａｒ、Ｖ．Ｋ．Ｐｒａｖｅｅｎ、及びＡ．Ａｊａｙａｇｈｏｓｈ、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００９、２１巻、２０５９ページ、Ａｊａｙａｇｈｏｓｈら、国際出願ＰＣＴ／ＩＮ２００８／０００３７２を参照できる。近年、同等の強度で同時に三原色（青色、緑色、及び赤色）を発光して、白色光及び同調可能な方法で別々に純色を生成することが、単一成分発光体から達成された。Ｇ．Ｈｅ、Ｄ．Ｇｕｏ、Ｃ．Ｈｅ、Ｘ．Ｚｈａｎｇ、Ｘ．Ｚｈａｏ、及びＣ．Ｄｕａｎ、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．２００９、４８巻、６１３２ページを参照できる。
しかし、固体状態において相当な量子収率を有する蛍光プローブの合理的な設計は、まだ困難な作業である。したがって、効率的な蛍光材料の設計及び開発に対する需要は、常に科学的関心事である。本発明において、本発明者らは、多色発光デバイスを製作するのに有用な高い固体発光を有する有機発光材料を開発するための単純で容易な手順を提唱する。可視光へのＵＶ光の変換は、３６５ｎｍ発光固体ＬＥＤ上に、色同調可能な材料をコーティングすることによってもまた、実証される。
フルオロフォアの別の用途は、カチオン、アニオン、及び中性分子のセンシングである。ａ）Ａ．Ｐ．ｄｅ Ｓｉｌｖａ、Ｈ．Ｑ．Ｇｕｎａｒａｔｎｅ、Ｔ．Ｇｕｎｎｌａｕｇｓｓｏｎ、Ａ．Ｊ．Ｍ．Ｈｕｘｌｅｙ、Ｃ．Ｐ．ＭｃＣｏｙ、Ｊ．Ｔ．Ｒａｄｅｍａｃｈｅｒ、Ｔ．Ｅ．Ｒｉｃｅ、Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．１９９７、９７巻、１５１５ページ、ｂ）Ｍ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ、Ｍ．Ｉｋｅｄａ、Ａ．Ｓｕｇａｓａｋｉ、Ｓ．Ｓｈｉｎｋａｉ、Ａｃｃ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．２００１、３４巻、８６５ページ、ｃ）Ａ．Ａｊａｙａｇｈｏｓｈ、Ａｃｃ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．２００５、３８巻、４４９ページ、ｄ）Ｅ．Ｌ．Ｑｕｅ、Ｄ．Ｗ．Ｄｏｍａｉｌｌｅ、Ｃ．Ｊ．Ｃｈａｎｇ、Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２００８、１０８巻、１５１７ページ、ｅ）Ｅ．Ｎｏｌａｎ、Ｓ．Ｊ．Ｌｉｐｐａｒｄ、Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２００８、１０８巻、３４４３ページ、ｆ）Ｒ．ＭｃＲａｅ、Ｐ．Ｂａｇｃｈｉ、Ｓ．Ｓｕｍａｌｅｋｓｈｍｙ、Ｃ．Ｊ．Ｆａｈｒｎｉ、Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２００９、１０９巻、４７８０ページ、ｇ）Ｅ．Ｊ．Ｏ’Ｎｅｉｌ、Ｂ．Ｄ．Ｓｍｉｔｈ、Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｒｅｖ．２００６、２５０巻、３０６８ページ、ｈ）Ｓ．Ｗ．Ｔｈｏｍａｓ ＩＩＩ、Ｇ．Ｄ．Ｊｏｌｙ、Ｔ．Ｍ．Ｓｗａｇｅｒ、Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２００７、１０７巻、１３３９ページを参照できる。
これらのセンサーの多くは、特定のカチオン又はアニオンのいずれかに対して特異的である。しかし、関連する対アニオンの観点から、特異的金属塩の選別は、困難なままである。例えば、特異的カチオンを感知する比色定量及び／又は蛍光定量プローブは、関連する対アニオンを差別化すること、及びその逆も、一般的にできないことになる。強い分子内電荷移動（ＩＣＴ）を有するフルオロフォアは、周囲の環境に対して蛍光の実質的な変化を示す（ソルバトクロミックプローブ）。ソルバトクロミック特性をフルオロフォアに分与する方法の一つは、電子供与体（Ｄ）及び電子受容体（Ａ）部分で官能基化することによる。かかる構造は、基底状態と励起状態との間の分子の双極子モーメントの著しい差異をもたらすことになる。供与体及び受容体部分が弱い場合、電荷移動が、励起状態を起こして、それによって蛍光に摂動を与える。正のソルバトクロミズムを有するフルオロフォアは、溶媒極性を上昇させる際、低量子収率で、発光極大において、赤色移動を示す。さらに、ソルバトクロミックプローブは、溶媒極性に対する蛍光寿命の変化にもまた関連することになる。したがって、ソルバトクロミックプローブは、極性感受性生細胞撮像、カチオンセンシング、及びバイオセンシングのためなど、種々の用途に広く使用されてきた。しかし、ソルバトクロミック蛍光特性は、特異的カチオンの異なる塩に含まれる対アニオンを差別化し同定するために、生かされてこなかった。本発明において、本発明者らは、式２の蛍光分子プローブが、多様な対イオンを有する亜鉛塩を区別できることを示す。ａ）Ｓｕｎａｈａｒａ，Ｈ．、Ｕｒａｎｏ，Ｙ．、Ｋｏｊｉｍａ，Ｈ．、Ｎａｇａｎｏ，Ｔ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００７、１２９巻、５５９７ページ、ｂ）Ｓ．Ｍａｒｕｙａｍａ、Ｋ．Ｋｉｋｕｃｈｉ、Ｔ．Ｈｉｒａｎｏ、Ｙ．Ｕｒａｎｏ、Ｔ．Ｎａｇａｎｏ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００２、１２４巻、１０６５０ページ、ｃ）Ｓ．Ｓｕｍａｌｅｋｓｈｍｙ、Ｍ．Ｍ．Ｈｅｎａｒｙ、Ｎ．Ｓｉｅｇｅｌ、Ｐ．Ｖ．Ｌａｗｓｏｎ、Ｙ．Ｗｕ、Ｋ．Ｓｃｈｍｉｄｔ、Ｊ．−Ｌ．Ｂｒｅｄａｓ、Ｊ．Ｗ．Ｐｅｒｒｙ、Ｃ．Ｊ．Ｆａｈｒｎｉ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００７、１２９巻、１１８８８ページを参照してもよい。
ある種の蛍光プローブは、ＵＶ又は可視域の波長で、一つの光子によって励起される場合、高い蛍光を発する。しかし、かかる波長は、その低い透過力のため、並びにまたこの波長での組織及び細胞の吸収が原因で、細胞撮像及び組織撮像にとって不都合である。かかる波長は、著しい自己蛍光及び光毒性もまたもたらす。プローブは、細胞のための二光子撮像プローブとして使用されるために、特定の分析物について特異的であるべきであり、細胞生存率を有し、良好な二光子吸収断面積を有するべきである。
二光子吸収する化合物の多くは、式Ｄ−π−Ｄ、Ａ−π−Ａ、Ｄ−Ａ−Ｄ、及びＡ−Ｄ−Ａを満足させ、式中、Ｄは、電子供与体基であり、Ａは、電子受容体基であり、πは、供与体と受容体とを連結するπ−共役結合の橋を含む。これらの形態を有する分子を、化合物が同時二光子吸収をする方法で作動させるように設計できる。大きな二光子吸収断面積を有する非対称の染料が、Ｒｅｉｎｈａｒｄｔらによって調製されている。米国特許第５７７０７３７号を参照してもよい。
高い蛍光量子収率、高い二光子吸収断面積、及び高い光安定性を有する新規の二光子プローブが、多光子撮像の方法において使用される。この使用において、フルオロフォアは、タンパク質、抗体、ＤＮＡ、及びＲＮＡへの共有結合の特性を有する部分で、官能基化される。細胞膜の親水性及び疎水性ドメインを区別するのに有用な、細胞膜の環境において高い蛍光強度を有する二光子染料が、脂質ラフトのリアルタイム撮像のために使用される。Ｂｅｌｆｉｅｌｄら、米国特許第７２５３２８７号、Ｃｈｏら、米国特許第７５１１１６７号を参照し得る。ジピロメタンボロンジフルオリド染料及びその抱合体は、二光子励起に基づく生化学分析アッセイにおいて使用される。Ｍｅｌｔｏｌａら、米国特許第７７６３４３９号を参照できる。
［発明の目的］
本発明の主要な目的は、固体照明及び関連用途に有用な一般式Ａのカルバゾールで端部キャップされているビピリジン化合物を提供することである。
本発明の主要な目的は、固体照明及び関連用途に有用な一般式Ａのカルバゾールで端部キャップされているビピリジン化合物を提供することである。
本発明の別の目的は、一般式Ａのカルバゾールで端部キャップされているビピリジン化合物の調製のための方法を提供することである。
本発明の別の目的は、一般式Ａの高い固体発光アッセイ用粉末を使用して、３６５ｎｍ発光固体ＬＥＤ上に、色同調可能な材料をコーティングすることによって、ＵＶ光を可視光に変換することである。
本発明の別の目的は、溶液中で異なる対イオンを有する金属塩を選別するための、式２のフルオロフォアを提供することである。
本発明のさらに別の主要な目的は、細胞環境においてＺｎ２＋を検出するための新しい二光子活性蛍光Ｚｎ２＋特異的プローブを開発することである。本発明は、細胞環境におけるＺｎ２＋イオンの二光子撮像のために、式３を有するＺｎ２＋特異フルオロフォアを使用することを目標とする。
［発明の概要］
したがって、本発明は、一般式Ａのカルバゾールで端部キャップされているビピリジン化合物及び一般式Ｂのその亜鉛錯体に関する。
したがって、本発明は、一般式Ａのカルバゾールで端部キャップされているビピリジン化合物及び一般式Ｂのその亜鉛錯体に関する。
本発明の一つの実施形態において、代表的な化合物の構造式は、
である。
である。
本発明の別の実施形態において、一般式Ａの化合物及び一般式Ｂのその亜鉛錯体は、固体状態における可視光へのＵＶ光の変換のために有用である。
本発明の別の実施形態において、化合物１及び２は、それぞれ、固体状態において青色（４９０ｎｍ）及び緑色（５００ｎｍ）へのＵＶ光の変換のために有用である。
本発明の別の実施形態において、亜鉛錯体１Ａ及び亜鉛錯体２Ａは、それぞれ、黄色がかったオレンジ色の光（５８６ｎｍ）及び赤色光（６２２ｎｍ）へ、ＵＶ光を変換する。
本発明の別の実施形態において、化合物２は、溶液状態における亜鉛塩中の対アニオンの同定のために有用である。
本発明の別の実施形態において、溶液状態において使用される溶媒は、クロロホルムである。
本発明の別の実施形態において、亜鉛塩の対アニオンは、塩化物、酢酸塩、臭化物、過塩素酸塩、硝酸塩、及びトリフレートからなる群から選択される。
本発明の別の実施形態は、一般式Ａの化合物及び一般式Ｂのその亜鉛錯体の調製のための方法であって、
ａ．塩基の存在下、溶媒に、置換ビピリジン及び置換カルバゾールモノアルデヒドをモル比１：２で添加するステップと、
ｂ．ステップ（ａ）で得られた反応混合物を３２〜４０℃の範囲の温度で１２〜１４時間の範囲の時間、撹拌するステップと、
ｃ．ステップ（ｂ）で得られた反応混合物を冷却して、沈殿物を得、続いて、溶媒に沈殿物を溶解し、次に、溶媒を蒸発させて、粗生成物を得るステップと、
ｄ．ステップ（ｃ）で得られた粗生成物を、塩基性アルミナ中で溶媒として石油エーテルを使用して、カラムクロマトグラフィーによって精製して、一般式Ａの純粋な化合物を得るステップと、
ｅ．３０〜３５℃の範囲の室温で、溶媒、好ましくはアセトニトリル中で、一般式Ａの化合物をＺｎＣｌ２とモル比１：１で反応させて、式Ｂの亜鉛錯体を得るステップと
を含む、方法である。
ａ．塩基の存在下、溶媒に、置換ビピリジン及び置換カルバゾールモノアルデヒドをモル比１：２で添加するステップと、
ｂ．ステップ（ａ）で得られた反応混合物を３２〜４０℃の範囲の温度で１２〜１４時間の範囲の時間、撹拌するステップと、
ｃ．ステップ（ｂ）で得られた反応混合物を冷却して、沈殿物を得、続いて、溶媒に沈殿物を溶解し、次に、溶媒を蒸発させて、粗生成物を得るステップと、
ｄ．ステップ（ｃ）で得られた粗生成物を、塩基性アルミナ中で溶媒として石油エーテルを使用して、カラムクロマトグラフィーによって精製して、一般式Ａの純粋な化合物を得るステップと、
ｅ．３０〜３５℃の範囲の室温で、溶媒、好ましくはアセトニトリル中で、一般式Ａの化合物をＺｎＣｌ２とモル比１：１で反応させて、式Ｂの亜鉛錯体を得るステップと
を含む、方法である。
本発明の別の実施形態において、ステップ（ａ）で使用される溶媒は、乾燥ＤＭＦ又は乾燥ＴＨＦからなる群から選択される。
本発明の別の実施形態において、ステップ（ａ）で使用される塩基は、カリウムｔｅｒｔ−ブトキシド及び水素化ナトリウムからなる群から選択される。
本発明の別の実施形態において、ステップ（ａ）で使用される置換ビピリジンは、テトラエチル２，２’−ビピリジン−５，５’−ジイルビス（メチレン）ジホスホネート、及び４，４’−ジメチル−２，２’−ビピリジンからなる群から選択される。
本発明の別の実施形態において、ステップ（ａ）で使用される置換カルバゾールモノアルデヒドは、９−置換カルバゾール−３−カルバルデヒドである。
本発明の別の実施形態において、カルバゾールで端部キャップしたビピリジン化合物の収率は、４０〜５０％の範囲内である。
本発明の別の実施形態は、一般式Ａの化合物及び一般式Ｂのその亜鉛錯体を使用することによって調製される固体発光デバイスであって、プロセスステップが、
ａ）２００〜２１０℃まで加熱することによって、乳鉢中で一般式Ａの化合物及び一般式Ｂのその亜鉛錯体を融解するステップと、
ｂ）ＵＶ ＬＥＤ上にステップ（ａ）で得られた前記融解物をコーティングし、１５〜２０分間冷却させて、固体発光デバイスを調製するステップと
を含む、デバイスである。
ａ）２００〜２１０℃まで加熱することによって、乳鉢中で一般式Ａの化合物及び一般式Ｂのその亜鉛錯体を融解するステップと、
ｂ）ＵＶ ＬＥＤ上にステップ（ａ）で得られた前記融解物をコーティングし、１５〜２０分間冷却させて、固体発光デバイスを調製するステップと
を含む、デバイスである。
本発明の別の実施形態において、固体発光デバイスは、４．３％〜４５．６％の範囲内の固体蛍光量子収率を示す。
本発明の別の実施形態は、ＨｅＬａ細胞、ヒト筋細胞からなる群から選択される生体細胞における亜鉛イオンの二光子撮像のための式３の化合物の使用である。
本発明のこれらの並びにその他の特色、態様、及び利点は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲及び付属の図面を参照することによって、よりよく理解されるようになる。
［発明の詳細な説明］
本発明は、固体照明のために有用な式１及び２の高い固体発光性フルオロフォアを提供することである。式１及び２は、それぞれ、青色及び緑色の領域において良好な固体発光を有する。式１及び２の亜鉛錯体は、それぞれ、固体状態において黄色及び赤色の発光を有する。本発明は、式１及び２の高い固体発光アッセイもまた提供して、３６５ｎｍ発光固体ＬＥＤ上に、色同調可能な材料をコーティングすることによって、ＵＶ光を可視光へ変換する。本発明は、溶液中で様々な対イオンを有する金属塩を選別するための、カルバゾールで端部キャップされているビピリジンをさらに提供する。異なる金属塩の識別は、溶液中の蛍光変化を記録することによってモニターできる。異なる対イオンを有する亜鉛塩は、溶液中で異なる発光色を有する。本発明は、細胞環境においてＺｎ２＋を検出するための新しい二光子活性蛍光Ｚｎ２＋特異的プローブもまた開発する。式３でのアッセイは、ＨｅＬａ細胞におけるＺｎ２＋イオンの二光子撮像のための蛍光プローブとして使用される。これは、式３の高い二光子吸収断面積及び蛍光量子収率によって、二光子励起蛍光撮像による細胞環境においてＺｎ２＋を検出するための有用なプローブになった。
本発明は、固体照明のために有用な式１及び２の高い固体発光性フルオロフォアを提供することである。式１及び２は、それぞれ、青色及び緑色の領域において良好な固体発光を有する。式１及び２の亜鉛錯体は、それぞれ、固体状態において黄色及び赤色の発光を有する。本発明は、式１及び２の高い固体発光アッセイもまた提供して、３６５ｎｍ発光固体ＬＥＤ上に、色同調可能な材料をコーティングすることによって、ＵＶ光を可視光へ変換する。本発明は、溶液中で様々な対イオンを有する金属塩を選別するための、カルバゾールで端部キャップされているビピリジンをさらに提供する。異なる金属塩の識別は、溶液中の蛍光変化を記録することによってモニターできる。異なる対イオンを有する亜鉛塩は、溶液中で異なる発光色を有する。本発明は、細胞環境においてＺｎ２＋を検出するための新しい二光子活性蛍光Ｚｎ２＋特異的プローブもまた開発する。式３でのアッセイは、ＨｅＬａ細胞におけるＺｎ２＋イオンの二光子撮像のための蛍光プローブとして使用される。これは、式３の高い二光子吸収断面積及び蛍光量子収率によって、二光子励起蛍光撮像による細胞環境においてＺｎ２＋を検出するための有用なプローブになった。
［実施例］
以下の実施例は、本発明の方法を例証するために示され、本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではない。
以下の実施例は、本発明の方法を例証するために示され、本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではない。
実施例１
式１の調製
（４）（４，４’−ジメチル−２，２’−ビピリジン）２ｍｍｏｌを、乾燥ＤＭＦ（５０ｍＬ）に溶解した。カリウムｔｅｒｔ−ブトキシド（２９０ｍｇ、１２ｍｍｏｌ）を、その溶液に添加し、十分撹拌した。カルバゾールモノアルデヒド（９−置換カルバゾール−３−カルバルデヒド）（５）６ｍｍｏｌを、その反応混合物に添加した。次に、反応物を、１２時間、室温（３２℃）で撹拌した。反応完了後に、反応混合物全体を、氷に注いだ。形成された黄色の沈殿物を、クロロホルム（１００ｍＬ）に溶解し、濃縮した。粗生成物を、溶媒として石油エーテルを使用する塩基性アルミナ上でのカラムクロマトグラフィーによって、精製した。１：ｍｐ１９５〜１９７℃、（収率：４０％）
式１の調製
（４）（４，４’−ジメチル−２，２’−ビピリジン）２ｍｍｏｌを、乾燥ＤＭＦ（５０ｍＬ）に溶解した。カリウムｔｅｒｔ−ブトキシド（２９０ｍｇ、１２ｍｍｏｌ）を、その溶液に添加し、十分撹拌した。カルバゾールモノアルデヒド（９−置換カルバゾール−３−カルバルデヒド）（５）６ｍｍｏｌを、その反応混合物に添加した。次に、反応物を、１２時間、室温（３２℃）で撹拌した。反応完了後に、反応混合物全体を、氷に注いだ。形成された黄色の沈殿物を、クロロホルム（１００ｍＬ）に溶解し、濃縮した。粗生成物を、溶媒として石油エーテルを使用する塩基性アルミナ上でのカラムクロマトグラフィーによって、精製した。１：ｍｐ１９５〜１９７℃、（収率：４０％）
１Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３，δ）：８．７０（ｄ，２Ｈ，Ａｒ Ｈ）、８．６０（ｄ，２Ｈ，Ａｒ Ｈ)、８．３０（ｄ，２Ｈ，Ａｒ Ｈ）、８．１５〜８．１３（ｄ，２Ｈ，Ａｒ Ｈ）、７．７４（ｄ，１Ｈ，Ａｒ Ｈ）、７．７２（ｓ，２Ｈ，Ａｒ Ｈ）、７．６７（ｓ，１Ｈ，Ａｒ Ｈ）、７．５１〜７．４０（ｍ，７Ｈ，Ａｒ Ｈ）、７．２９（ｍ，２Ｈ，ビニルＨ）、７．２１（ｓ，２Ｈ，ビニルＨ）、７．１６（ｓ，１Ｈ，ビニルＨ）、４．３３〜４．２９（ｔ，Ｊ＝１２Ｈｚ，４Ｈ；−ＮＣＨ２）、１．８９（ｍ，４Ｈ；ＣＨ２）、１．３５〜１．２４（ｍ，２８Ｈ；ＣＨ２）、０．８９（ｍ，６Ｈ；ＣＨ３）。
１３Ｃ ＮＭＲ（７５ＭＨｚ，ＴＨＦ−ｄ８，δ）：１５４．８５、１４７．３３、１４４．３０、１３９．１３、１３８．９５、１３２．１３、１２３．７７、１２２．８５、１２１．３７、１２１．０８、１１８．３８、１１８．２１、１１７．５２、１１７．０６、１１５．５３、１０７．０７、４０．８２、２９．９７、２７．６５、２７．０９、２５．２７、２０．６９、１１．５８；ＩＲ（ＫＢｒ）：ｖ＝３０４７、２９２０、２８４８、１６２２、１５８１、１４９２、１４６７、１３７７、１３５５、１３３２、１２３８、１１４３、９６４、８６６、８２３、７５２、６１３；ＦＡＢ−ＭＳ（ｍ／ｚ）：［Ｍ＋Ｈ］＋計算値Ｃ５８Ｈ６７Ｎ４、８１９．５３；実測値、８２０．３８。
実施例２
式２の調製
乾燥ＴＨＦ（５０ｍＬ）中に水素化ナトリウム（１２ｍｍｏｌ、２９０ｍｇ）の懸濁液を、ＴＨＦ５０ｍＬ中にビスホスホネート（テトラエチル２，２’−ビピリジン−５，５’−ジイルビス（メチレン）ジホスホネート）（６）（９１２ｍｇ、２ｍｍｏｌ）及びカルバゾールアルデヒド（（５）、９−置換カルバゾール−３−カルバルデヒド）（４ｍｍｏｌ、１．３５ｇ）の溶液に、ゆっくり添加した。６５℃で、１２時間還流した後で、得られた反応混合物を冷却し、続いて減圧下、ＴＨＦを除去して、黄色の固体残渣を生成した。残渣を、水１００ｍＬ中に懸濁し、ジクロロメタン５０ｍＬで抽出した。有機層を、かん水５０ｍＬで洗浄し、Ｎａ２ＳＯ４上で乾燥し、濃縮して、粗生成物を生成し、この粗生成物を、溶出剤として石油エーテルを使用する塩基性アルミナ上でのカラムクロマトグラフィーによって、さらに精製した。
２：ｍｐ１６９〜１７２℃、収率：５０％
式２の調製
乾燥ＴＨＦ（５０ｍＬ）中に水素化ナトリウム（１２ｍｍｏｌ、２９０ｍｇ）の懸濁液を、ＴＨＦ５０ｍＬ中にビスホスホネート（テトラエチル２，２’−ビピリジン−５，５’−ジイルビス（メチレン）ジホスホネート）（６）（９１２ｍｇ、２ｍｍｏｌ）及びカルバゾールアルデヒド（（５）、９−置換カルバゾール−３−カルバルデヒド）（４ｍｍｏｌ、１．３５ｇ）の溶液に、ゆっくり添加した。６５℃で、１２時間還流した後で、得られた反応混合物を冷却し、続いて減圧下、ＴＨＦを除去して、黄色の固体残渣を生成した。残渣を、水１００ｍＬ中に懸濁し、ジクロロメタン５０ｍＬで抽出した。有機層を、かん水５０ｍＬで洗浄し、Ｎａ２ＳＯ４上で乾燥し、濃縮して、粗生成物を生成し、この粗生成物を、溶出剤として石油エーテルを使用する塩基性アルミナ上でのカラムクロマトグラフィーによって、さらに精製した。
２：ｍｐ１６９〜１７２℃、収率：５０％
１Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３，δ）：８．８２（ｓ，２Ｈ，Ａｒ Ｈ）、８．４４〜８．４２（ｄ，２Ｈ，Ａｒ Ｈ）、８．２８（ｓ，２Ｈ，Ａｒ Ｈ）、８．１７〜８．１５（ｄ，２Ｈ，Ａｒ Ｈ）、８．０３〜８．０１（ｄ，２Ｈ，Ａｒ Ｈ）、７．７２〜７．７０（ｄ，２Ｈ，Ａｒ Ｈ）、７．５２〜７．４０（ｍ，８Ｈ，Ａｒ Ｈ）、７．３０〜７．２７（ｄ，２Ｈ，ビニル，Ｊ＝１５Ｈｚ）、７．１９〜７．１６（ｄ，２Ｈ，ビニル，Ｊ＝１５Ｈｚ）、４．３２〜４．２９（ｔ，４Ｈ−ＮＣＨ２，Ｊ＝１５Ｈｚ）、１．９０（ｍ，４Ｈ；ＣＨ２）、１．６６（ｓ，４Ｈ，ＣＨ２，）、１．４０〜１．３７（ｍ，２４Ｈ；ＣＨ２）、０．９０〜０．８８（ｔ，６Ｈ；ＣＨ３）。
１３Ｃ ＮＭＲ（７５ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３，δ）：１５４．２０、１４７．９２、１４０．８９、１４０．５７、１３３．５２、１３２．９３、１３１．８５、１２７．９１、１２５．９３、１２４．５６、１２３．２６、１２２．８４、１２１．９１、１２０．８５、１２０．４７、１１９．１５、１１９．０６、１０９．００、４３．２４、３１．８６、２９．４０、２２．６７、１４．１２；ＩＲ（ＫＢｒ）：ｖ＝３０５１、２９５６、２９２２、２８５０、１６２４、１５９７、１４６９、１３８１、１３３０、１２５９、１２３４、９６０、８０２、７４４、７２７；ＦＡＢ−ＭＳ（ｍ／ｚ）：［Ｍ＋Ｈ］＋計算値Ｃ５８Ｈ６７Ｎ４、８１９．５３；実測値、８２０．５９。
実施例３
式３の調製
乾燥ＴＨＦ（５０ｍＬ）中に水素化ナトリウム（１２ｍｍｏｌ、２９０ｍｇ）の懸濁液を、ＴＨＦ（５０ｍＬ）中にビスホスホネート（（６）、テトラエチル２，２’−ビピリジン−５，５’−ジイルビス（メチレン）ジホスホネート、９１２ｍｇ、２ｍｍｏｌ）及びカルバゾールアルデヒド（（５）、９−（２−（２−（２−メトキシエトキシ）エトキシ）エチル）−９Ｈ−カルバゾール−３−カルバルデヒド）（４ｍｍｏｌ、１．３６ｇ）の溶液に、ゆっくり添加した。６５℃で、１２時間還流した後で、得られた反応混合物を冷却し、続いて減圧下、ＴＨＦを除去して、黄色の固体残渣を生成した。残渣を、水（１００ｍＬ）中に懸濁し、ジクロロメタン（５０ｍＬ）で抽出した。有機層を、かん水（５０ｍＬ）で洗浄し、Ｎａ２ＳＯ４上で乾燥し、濃縮して、粗生成物を生成し、この粗生成物を、溶出剤として石油エーテルを使用する塩基性アルミナ上でのカラムクロマトグラフィーによって、さらに精製した。
３：収率：５０％
式３の調製
乾燥ＴＨＦ（５０ｍＬ）中に水素化ナトリウム（１２ｍｍｏｌ、２９０ｍｇ）の懸濁液を、ＴＨＦ（５０ｍＬ）中にビスホスホネート（（６）、テトラエチル２，２’−ビピリジン−５，５’−ジイルビス（メチレン）ジホスホネート、９１２ｍｇ、２ｍｍｏｌ）及びカルバゾールアルデヒド（（５）、９−（２−（２−（２−メトキシエトキシ）エトキシ）エチル）−９Ｈ−カルバゾール−３−カルバルデヒド）（４ｍｍｏｌ、１．３６ｇ）の溶液に、ゆっくり添加した。６５℃で、１２時間還流した後で、得られた反応混合物を冷却し、続いて減圧下、ＴＨＦを除去して、黄色の固体残渣を生成した。残渣を、水（１００ｍＬ）中に懸濁し、ジクロロメタン（５０ｍＬ）で抽出した。有機層を、かん水（５０ｍＬ）で洗浄し、Ｎａ２ＳＯ４上で乾燥し、濃縮して、粗生成物を生成し、この粗生成物を、溶出剤として石油エーテルを使用する塩基性アルミナ上でのカラムクロマトグラフィーによって、さらに精製した。
３：収率：５０％
１Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３，ＴＭＳ）δ（ｐｐｍ）：８．８１（ｄ，２Ｈ，芳香族）、８．４３（ｄ，２Ｈ，芳香族）、８．２６（ｓ，２Ｈ，芳香族）、８．１４（ｄ，２Ｈ，芳香族）、８．０３（ｄｄ，２Ｈ，芳香族）、７．７２（ｄｄ，２Ｈ，芳香族）、７．４７（ｍ，８Ｈ，芳香族）、７．２８（２Ｈ，ビニル）、７．２０（２Ｈ，ビニル）、４．５２（ｔ，４Ｈ−ＮＣＨ２）、３．８９（ｔ，４Ｈ，−ＯＣＨ２）、３．５（ｍ，１２Ｈ）、３．４（ｍ，４Ｈ）、３．３（ｓ，６Ｈ，−ＯＣＨ３）。
１３Ｃ ＮＭＲ ＣＤＣｌ３、（７５ＭＨｚ）δ：４３．３４、５９．００、７０．５５、７１．０１、７１．８５、１０９．１７、１１８．９５、１２０．８３、１２２．１９、１２６．０１、１２８．１９、１３１．８３、１３２．９８、１３３．５１、１４０．８０、１４１．０５、１４７．９４、１５４．２４；ＦＡＢ−ＭＳ：［Ｍ］＋計算値Ｃ５６Ｈ６２Ｎ４Ｏ８、８３１．０１；実測値８３２．６６。
実施例４
固体照明のための１及び２のＺｎ錯体を、室温（３５℃）で、少量のアセトニトリル（０．５ｍｌ）と一緒に、１：１の比で、式１及び式２をＺｎＣｌ２と混合することによって調製した。溶媒を減圧蒸発させることによって、アッセイ用固体粉末を得た。アッセイ１の亜鉛錯体の色は、黄色であり、アッセイ２の亜鉛錯体の色は、オレンジ色であった。粉末は、ＵＶ光（３６５ｎｍ）下、高い蛍光性があった。アッセイ１の亜鉛錯体の発光色は、黄色がかったオレンジ色であり、アッセイ２は、３６５ｎｍのＵＶ光下、赤色であった。アッセイ用粉末は、ＵＶ−ＬＥＤ上のコーティングのために使用された。
固体照明のための１及び２のＺｎ錯体を、室温（３５℃）で、少量のアセトニトリル（０．５ｍｌ）と一緒に、１：１の比で、式１及び式２をＺｎＣｌ２と混合することによって調製した。溶媒を減圧蒸発させることによって、アッセイ用固体粉末を得た。アッセイ１の亜鉛錯体の色は、黄色であり、アッセイ２の亜鉛錯体の色は、オレンジ色であった。粉末は、ＵＶ光（３６５ｎｍ）下、高い蛍光性があった。アッセイ１の亜鉛錯体の発光色は、黄色がかったオレンジ色であり、アッセイ２は、３６５ｎｍのＵＶ光下、赤色であった。アッセイ用粉末は、ＵＶ−ＬＥＤ上のコーティングのために使用された。
実施例５
式１は、クロロホルム中、３７７ｎｍで吸収極大を示す。式１は、３６０ｎｍで励起される場合、ヘキサン中で強烈な青色発光（４１９ｎｍ）を示し、これはクロロホルム中では４６７ｎｍに並びにアセトニトリル及びＤＭＳＯ中では４７２ｎｍに移動し、強度を増強した。アセトニトリル（Φｆ＝０．１０９）中の量子収率の増加は、クロロホルム（Φｆ＝０．０６２）と比較した場合、アセトニトリル中の無放射減衰の経路における減少が原因である。無極性から極性の溶媒への分子によって示される５３ｎｍ深色移動は、溶媒緩和状態からの発光が原因である。蛍光減衰プロファイルは、単一指数関数的減衰で、ヘキサンからアセトニトリルまで、寿命の増加を示す。式２は、共役の増加が原因で、クロロホルム中、４０５ｎｍで、広い、赤色移動の吸収バンドを示した。式２は、無極性から極性の溶媒中の漸進的で、大きなソルバトクロミズムを示す。式２は、３９５ｎｍで励起される場合、ヘキサン中、４３０ｎｍで発光極大を示し、ＤＭＳＯ中で５１３ｎｍへさらに移動した。これは、励起状態リガンド内電荷移動の明白な表示である。２の単一指数関数的減衰励起状態の寿命は、ヘキサン（０．８１ｎｓ）からＤＭＳＯ（１．５９ｎｓ）まで、漸進的に増加する。
式１は、クロロホルム中、３７７ｎｍで吸収極大を示す。式１は、３６０ｎｍで励起される場合、ヘキサン中で強烈な青色発光（４１９ｎｍ）を示し、これはクロロホルム中では４６７ｎｍに並びにアセトニトリル及びＤＭＳＯ中では４７２ｎｍに移動し、強度を増強した。アセトニトリル（Φｆ＝０．１０９）中の量子収率の増加は、クロロホルム（Φｆ＝０．０６２）と比較した場合、アセトニトリル中の無放射減衰の経路における減少が原因である。無極性から極性の溶媒への分子によって示される５３ｎｍ深色移動は、溶媒緩和状態からの発光が原因である。蛍光減衰プロファイルは、単一指数関数的減衰で、ヘキサンからアセトニトリルまで、寿命の増加を示す。式２は、共役の増加が原因で、クロロホルム中、４０５ｎｍで、広い、赤色移動の吸収バンドを示した。式２は、無極性から極性の溶媒中の漸進的で、大きなソルバトクロミズムを示す。式２は、３９５ｎｍで励起される場合、ヘキサン中、４３０ｎｍで発光極大を示し、ＤＭＳＯ中で５１３ｎｍへさらに移動した。これは、励起状態リガンド内電荷移動の明白な表示である。２の単一指数関数的減衰励起状態の寿命は、ヘキサン（０．８１ｎｓ）からＤＭＳＯ（１．５９ｎｓ）まで、漸進的に増加する。
式１及び２は、受容体へ供与体が連結する位置を除いて、構造的に類似している。式１において、供与体基（カルバゾール）は、４，４’位でビピリジンに連結されるが、式２の場合、それは、５，５’位で連結される。両方の場合とも、受容体は、良好な金属キレート剤であり、それ故、金属イオンの結合は、式１及び２の光物理特性を著しく変化させることもできる。式１の吸収バンドは、Ｚｎ（ＣｌＯ４）２との結合の際に、４１６ｎｍへ移動した。対応する変化は、発光特性においてもまた観察された。発光極大は、４６８ｎｍから５６３ｎｍ（青色から黄色）へ移動した（図２）。金属イオンの結合によって、励起状態の無放射減衰の経路が減少した。式１の亜鉛錯体の溶液状態の量子収率は、０．４９（標準物質としてローダミンＢ）であるとわかり、アセトニトリル中で量子収率０．１０９を最初に示していた。式２の場合、Ｚｎ（ＣｌＯ４）２での錯体化の際に、吸収は、４５２ｎｍへ移動し、発光は、５０７ｎｍから６１５ｎｍ（緑色からオレンジ色）へ移動した（図２）。アッセイ２は、アセトニトリル中で量子収率０．６２を有する。錯体は、溶液中でかなり良好な量子収率０．３０４を示す。両方の場合とも、１：１の金属リガンド錯体を示す。
式２の吸収及び発光波長における赤色移動は、式１と比較した場合、式２における、より有効な共役が原因である。１及び２のＺｎ２＋様のｄ１０金属イオンでの錯体化は、リガンド内電荷移動（ＩＬＣＴ）を強化することになる。これは、遊離リガンド式１及び２と比較した場合、吸収及び発光をより高い波長へ、さらに移動させることになる。
実施例６
固体照明は、固体状態において発光する発色団を必要とする。分子のほとんどは、固体状態において蛍光の自己消光を示す。この問題は、これらの分子の実際の用途を妨げる。ここに記載される分子は、高度に固体発光する。高い固体発光を有する分子は、液体条件下、亜鉛イオンを検出するために使用された。Ａｊａｙａｇｈｏｓｈら、国際出願ＰＣＴＩＮ２００８０００３７４、Ｓ．Ｓｒｅｅｊｉｔｈ、Ｋ．Ｐ．Ｄｉｖｙａ、及びＡ．Ａｊａｙａｇｈｏｓｈ、Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．、２００８、２９０３ページを参照できる。ここに、カルバゾールを付加したフルオロフォアは、絶対法（積分球法）によって測定された、固体状態におけるかなり良好な量子収率を示す。式１、２及びそれらの亜鉛錯体は、固体状態において、発光極大でわずかな赤色移動を示した（図３）。式１は、量子収率０．１４９で青色発光を有し、そのＺｎ２＋は、量子収率０．０８６で黄色発光を有する。式２は、量子収率０．４５６で緑色発光を有し、式２のＺｎ２＋錯体は、量子収率０．０４３で赤色発光を有する。
固体照明は、固体状態において発光する発色団を必要とする。分子のほとんどは、固体状態において蛍光の自己消光を示す。この問題は、これらの分子の実際の用途を妨げる。ここに記載される分子は、高度に固体発光する。高い固体発光を有する分子は、液体条件下、亜鉛イオンを検出するために使用された。Ａｊａｙａｇｈｏｓｈら、国際出願ＰＣＴＩＮ２００８０００３７４、Ｓ．Ｓｒｅｅｊｉｔｈ、Ｋ．Ｐ．Ｄｉｖｙａ、及びＡ．Ａｊａｙａｇｈｏｓｈ、Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．、２００８、２９０３ページを参照できる。ここに、カルバゾールを付加したフルオロフォアは、絶対法（積分球法）によって測定された、固体状態におけるかなり良好な量子収率を示す。式１、２及びそれらの亜鉛錯体は、固体状態において、発光極大でわずかな赤色移動を示した（図３）。式１は、量子収率０．１４９で青色発光を有し、そのＺｎ２＋は、量子収率０．０８６で黄色発光を有する。式２は、量子収率０．４５６で緑色発光を有し、式２のＺｎ２＋錯体は、量子収率０．０４３で赤色発光を有する。
実施例７
図４は、フルオロフォアコーティングされたＬＥＤからの可視域全体（青色から赤色）における発光を示す。本発明者らは、Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ Ｃｏ．Ｌｔｄ．から市販されているＵＶ−ＬＥＤ（３６５ｎｍ、２０ｍＡ）を購入した。化合物１、２、及びそれらの金属錯体でコーティングされた場合、ＵＶ−ＬＥＤは、可視領域全体において光を発する。式１及び２を、２００℃で、乳鉢中で加熱することによって融解する。固体融解物を、ＵＶ ＬＥＤ上にコーティングし、２０分間冷却させた。これで、ＬＥＤは、照明の準備ができた。亜鉛が結合した式１及び２の融解物が、同じ方法でＵＶ ＬＥＤ上にコーティングされてもまたよい。
図４は、フルオロフォアコーティングされたＬＥＤからの可視域全体（青色から赤色）における発光を示す。本発明者らは、Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ Ｃｏ．Ｌｔｄ．から市販されているＵＶ−ＬＥＤ（３６５ｎｍ、２０ｍＡ）を購入した。化合物１、２、及びそれらの金属錯体でコーティングされた場合、ＵＶ−ＬＥＤは、可視領域全体において光を発する。式１及び２を、２００℃で、乳鉢中で加熱することによって融解する。固体融解物を、ＵＶ ＬＥＤ上にコーティングし、２０分間冷却させた。これで、ＬＥＤは、照明の準備ができた。亜鉛が結合した式１及び２の融解物が、同じ方法でＵＶ ＬＥＤ上にコーティングされてもまたよい。
実施例８
式２の発光スペクトルは、溶媒極性への大きな依存性を示した。ヘキサン中で、構築された発光スペクトルは、４３３ｎｍでの発光極大を有して得られた（Ｃ＝６×１０−６Ｍ、λｅｘ＝４００ｎｍ）。クロロホルム中で、発光スペクトルは、４７６ｎｍで極大を示し、より広くなり、アセトニトリル（λｅｍ＝５０５ｎｍ）及びＤＭＳＯ（λｅｍ＝５１５ｎｍ）中で、より長い波長領域へ移動して、青色から緑色へ発光色を変化させた（図１ｂ）。式２によって示される発光におけるこの大きなソルバトクロミズムは、励起状態における電荷移動状態の安定化が原因であり得る。励起状態は、本質的に極性であるので、極性溶媒中でより安定化されることになる。これは、時間分解蛍光寿命の研究によってさらに立証される。分子は、クロロホルム様の極性がより低い溶媒中で高い発光性であり、量子収率８７％を示したが（標準物質として０．１Ｎ Ｈ２ＳＯ４中の硫酸キニーネ)、一方、発光強度は、アセトニトリル中で低下した（φｆ＝６９％）。
式２の発光スペクトルは、溶媒極性への大きな依存性を示した。ヘキサン中で、構築された発光スペクトルは、４３３ｎｍでの発光極大を有して得られた（Ｃ＝６×１０−６Ｍ、λｅｘ＝４００ｎｍ）。クロロホルム中で、発光スペクトルは、４７６ｎｍで極大を示し、より広くなり、アセトニトリル（λｅｍ＝５０５ｎｍ）及びＤＭＳＯ（λｅｍ＝５１５ｎｍ）中で、より長い波長領域へ移動して、青色から緑色へ発光色を変化させた（図１ｂ）。式２によって示される発光におけるこの大きなソルバトクロミズムは、励起状態における電荷移動状態の安定化が原因であり得る。励起状態は、本質的に極性であるので、極性溶媒中でより安定化されることになる。これは、時間分解蛍光寿命の研究によってさらに立証される。分子は、クロロホルム様の極性がより低い溶媒中で高い発光性であり、量子収率８７％を示したが（標準物質として０．１Ｎ Ｈ２ＳＯ４中の硫酸キニーネ)、一方、発光強度は、アセトニトリル中で低下した（φｆ＝６９％）。
遷移金属塩をクロロホルム中の式２（６×１０−６Ｍ）の溶液に添加すると、４０５ｎｍにおける吸収バンドの著しい低下を示し、およそ４６０ｎｍに新しい赤色移動バンドを同時形成した。新しいバンドは、金属結合でのＬＵＭＯの安定化が原因で、金属結合フルオロフォアの平坦化及びまたＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップの減少を示す。４７６ｎｍでの式２の発光は、亜鉛（ＩＩ）及びカドミウム（ＩＩ）以外の異なる遷移金属イオンによって、著しく消光された。Ｚｎ２＋の場合、４７６ｎｍでの発光バンドは、新しい赤色移動バンドの同時形成によって、消光された。例えば、Ｚｎ（ＮＯ３）２に対するクロロホルム中の式２の蛍光応答は、図５ａに示される。Ｚｎ（ＮＯ３）２の滴定の際、発光極大は、５４７ｎｍでの等発光点を通って、５６３ｎｍにおける新しいバンドの同時形成を伴って、漸進的に減少する。様々な遷移金属イオンに対する式２の個々の発光応答は、図５ｂに示される。選択性は、５倍過剰の様々なカチオンの存在下、式２の蛍光を記録することによって、チェックされた。驚いたことに、本発明者らは、２＋Ｚｎ２＋の赤色移動発光が、亜鉛塩の対アニオンに強い依存性であることがわかった。多様な亜鉛塩による式２の個々の発光応答は、注目すべき変化を示した（図６）。この知見によって、本発明者らは、調査をさらに広げて、多様な対アニオンでの亜鉛（ＩＩ）イオンを識別する式２の能力を見出した。クロロホルム（λｅｍ＝４７６ｎｍ）中の式２の発光ピークは、Ｚｎ（ＣｌＯ４）２との結合の際に５９７ｎｍへ赤色移動し、量子収率０．３０であった。発光ピークは、ＺｎＣｌ２（λｅｍ＝５５４ｎｍ、φｆ＝０．５０）及びＺｎ（ＮＯ３）２（λｅｍ＝５６３ｎｍ、φｆ＝０．４０）と比較して、Ｚｎ（ＯＡｃ）２（λｅｍ＝５４８ｎｍ、φｆ＝０．５０）の場合、青色移動した。対アニオン（couteranion）に依存する発光極大における大きな移動は、対アニオンと亜鉛（ＩＩ）との間の異なる配位能力に原因がある。亜鉛カチオンの正味の電荷量は、亜鉛カチオンと対アニオンとの間の平均距離に依存し、溶液中の亜鉛のイオン化係数によって測定される。亜鉛（ＩＩ）は、対アニオンがＣｌＯ４ −の場合、溶液中のＺｎ（ＣｌＯ４）２のより大きなイオン化平衡係数が原因で、より大きい正味の電荷を持つことがある。Ｚｎ（ＯＡｃ）２のより大きな共有結合特性のために、亜鉛（ＩＩ）上の正味の実効電荷は、低くなることになる。ジョブプロットは、全ての場合において、フルオロフォアとＺｎ２＋との間の１：１の錯体化を明らかにした。ベネシヒルデブランドプロットから計算される結合定数は、結合定数がＺｎ（ＣｌＯ４）２（３．３３×１０５Ｍ−１）について最高であること、及び結合定数がＺｎ（ＮＯ３）２（１．４７×１０５Ｍ−１）からＺｎＣｌ２（７．８×１０４Ｍ−１）へ減少することを示し、Ｚｎ（ＯＡｃ）２は、クロロホルム中で最低の値（１．７７×１０４Ｍ−１）を示す。単一波長励起によって２つの発光極大をモニターする可能性によって、式２は、多様な亜鉛（ＩＩ）塩のための効率的なレシオメトリックプローブとなる（図７）。蛍光特性における差異は、異なる対イオンを有する非結合金属塩の場合、観察されない。例えば、本発明者らは、過塩素酸塩、硝酸塩、塩化物、及び酢酸塩様の多様なナトリウム塩の効果をチェックした。しかし、式２の蛍光特性における差異は見えない。
励起状態の安定化は、Ｚｎ（ＣｌＯ４）２錯体の場合において最大である。安定化は、亜鉛錯体のイオン化が減少するにつれて、漸進的に低下する。これは、２・Ｚｎ２＋錯体の量子収率及び寿命の値から明白である。式２の励起状態はＣＴ状態であるので、多様な亜鉛塩の有効な識別は、プローブ式２を使用することによって、達成可能である。したがって、励起状態の安定化によって、蛍光に、容易に摂動を与えることができる。
実施例９
４３５ｎｍでの励起の際に、ＢｉｏＴｅｃｋの細胞リーダーを使用して、様々な金属塩の存在下で、式２の発光色を記録することにより、対アニオンの選別ができる（図６）。いずれの金属塩も不在の対照実験は、プローブ式２の独自の青色蛍光を示した。蛍光強度対波長のプロットは、視覚的色変化によって容易に見出されない金属塩の測定のために適用できる（図７）。発光特性における変化は、高い溶媒依存性である。例えば、アセトニトリル中での多様な亜鉛塩との結合の際の式２の発光移動は、無視できる。式２の発光は、安定化された電荷移動状態から起こるので、対アニオンの効果は、アセトニトリル中で無視できる。２・Ｚｎ２＋錯体の量子収率は、対アニオンに関わりなく、アセトニトリル中でほとんど同一であったが（φｆ＝０．３０、標準物質としてエタノール中のローダミンＢ）、クロロホルム中で、量子収率は、対アニオンに依存性であった。
４３５ｎｍでの励起の際に、ＢｉｏＴｅｃｋの細胞リーダーを使用して、様々な金属塩の存在下で、式２の発光色を記録することにより、対アニオンの選別ができる（図６）。いずれの金属塩も不在の対照実験は、プローブ式２の独自の青色蛍光を示した。蛍光強度対波長のプロットは、視覚的色変化によって容易に見出されない金属塩の測定のために適用できる（図７）。発光特性における変化は、高い溶媒依存性である。例えば、アセトニトリル中での多様な亜鉛塩との結合の際の式２の発光移動は、無視できる。式２の発光は、安定化された電荷移動状態から起こるので、対アニオンの効果は、アセトニトリル中で無視できる。２・Ｚｎ２＋錯体の量子収率は、対アニオンに関わりなく、アセトニトリル中でほとんど同一であったが（φｆ＝０．３０、標準物質としてエタノール中のローダミンＢ）、クロロホルム中で、量子収率は、対アニオンに依存性であった。
実施例１０
式３は、アセトニトリル中、４０６ｎｍでの吸収極大を有する。式３は、３９０ｎｍでの励起に際して、アセトニトリル中、５１０ｎｍでの発光極大を示す。発光極大は、吸収極大の著しい移動を伴わすに、１：１のアセトニトリル／水中で、５２５ｎｍへ移動した。発光極大は、アセトニトリル又は１：１のアセトニトリル／水中の式３の溶液へ、ＺｎＣｌ２を１当量添加する際に、６１１ｎｍへ赤色移動した。式３の亜鉛錯体の発光強度は、遊離の式３と比較して、４４０ｎｍでの励起に際して、減少した。
式３は、アセトニトリル中、４０６ｎｍでの吸収極大を有する。式３は、３９０ｎｍでの励起に際して、アセトニトリル中、５１０ｎｍでの発光極大を示す。発光極大は、吸収極大の著しい移動を伴わすに、１：１のアセトニトリル／水中で、５２５ｎｍへ移動した。発光極大は、アセトニトリル又は１：１のアセトニトリル／水中の式３の溶液へ、ＺｎＣｌ２を１当量添加する際に、６１１ｎｍへ赤色移動した。式３の亜鉛錯体の発光強度は、遊離の式３と比較して、４４０ｎｍでの励起に際して、減少した。
式３は、８００ｎｍで、二光子吸収（ＴＰＡ）断面積値１０７ＧＭを示していた。興味深いことに、式３のＺｎ２＋錯体は、アセトニトリル溶液中で、ＴＰＡ断面積における１２倍の増強を示す。８６０ｎｍでの二光子励起は、レシオメトリックな発光スペクトルを生成して、Ｚｎ２＋との結合に際しての式３について、赤色移動発光極大であった。二光子励起蛍光スペクトルは、遊離の式３と比較する場合、３・Ｚｎ２＋錯体についての発光強度における増強を示す。これは、Ｚｎ２＋との配位が蛍光強度を減少させる、定常状態の蛍光挙動と対照的である。これは、Ｚｎ２＋との配位が、ＴＰＡ断面積の増加と共に、二光子励起蛍光（ＴＰＥＦ）信号の著しい増強をもたらすことを示す。
二光子励起は、繰り返し周波数８２ＭＨｚ及びパルス幅約１００フェムト秒で、Ｓｐｅｃｔｒａ Ｐｈｙｓｉｃｓ（ツナミ（Ｔｓｕｎａｍｉ）（商標））からのモードロックフェムト秒チタンサファイアレーザーを使用して実行された。チタンサファイアレーザーの同調範囲は、６９０ｎｍ〜１０８０ｎｍである。平均電力０．６〜０．８Ｗでの出力レーザー光線は、垂直に偏光する。
実施例１１
式３で標識されたＨｅＬａ細胞の二光子顕微鏡画像は、明るいＴＰＥＦを示した。式３によって撮像する場合、Ｚｎ２＋でインキュベートされた細胞は、５９５〜６４０ｎｍで増強されたＴＰＥＦを示した。したがって、式３は、二光子顕微鏡撮像による生体細胞における細胞内遊離Ｚｎ２＋イオンの選択的検出のための効率的な蛍光分子プローブとして使用できる。
式３で標識されたＨｅＬａ細胞の二光子顕微鏡画像は、明るいＴＰＥＦを示した。式３によって撮像する場合、Ｚｎ２＋でインキュベートされた細胞は、５９５〜６４０ｎｍで増強されたＴＰＥＦを示した。したがって、式３は、二光子顕微鏡撮像による生体細胞における細胞内遊離Ｚｎ２＋イオンの選択的検出のための効率的な蛍光分子プローブとして使用できる。
［本発明の主要な利点］
１）フルオロフォアに基づく供与体−受容体−供与体の賢明な設計、及びその位置的改変、及び金属イオン結合は、可視領域全体における固体照明を補助した。連結する位置における変化の組合せ及び金属錯体化は、可視領域におけるフルカラーの同調性（ｔｅｎａｂｉｌｉｔｙ）に到達することを助けた。ここにおいて、本発明者らは、３６５ｎｍ発光ＬＥＤ上に、フルオロフォアをコーティングすることによって、可視光へのＵＶ光の変換を実証することに成功した。このようにして、青色発光ＬＥＤによって、本発明者らは、青色、緑色、オレンジ色、及び赤色などの可視スペクトル全体を得ることができ得る。
１）フルオロフォアに基づく供与体−受容体−供与体の賢明な設計、及びその位置的改変、及び金属イオン結合は、可視領域全体における固体照明を補助した。連結する位置における変化の組合せ及び金属錯体化は、可視領域におけるフルカラーの同調性（ｔｅｎａｂｉｌｉｔｙ）に到達することを助けた。ここにおいて、本発明者らは、３６５ｎｍ発光ＬＥＤ上に、フルオロフォアをコーティングすることによって、可視光へのＵＶ光の変換を実証することに成功した。このようにして、青色発光ＬＥＤによって、本発明者らは、青色、緑色、オレンジ色、及び赤色などの可視スペクトル全体を得ることができ得る。
２）蛍光プローブ式２の励起状態電荷移動特性は、様々な対アニオンによる遷移金属塩の有効な選別のために成功裏に使用される。本プローブの容易な合成、高い感度、及び選択性は、本プローブを遷移金属塩の識別のための有望な候補にする。本プローブは、分析試料において、多様な対イオンを有する亜鉛塩の選択的視覚センシングのために使用できる。
３）式３は、二光子顕微鏡撮像による生体細胞における細胞内遊離Ｚｎ２＋イオンの選択的検出のための、効率的なレシオメトリック蛍光分子プローブとして使用できる。
Claims (17)
- 一般式Ａの、カルバゾールで端部キャップされているビピリジン化合物及び一般式Ｂのその亜鉛錯体。
- 代表的な化合物の構造式が、
である、請求項１に記載のカルバゾールで端部キャップされているビピリジン化合物。 - 固体状態において可視光へのＵＶ光の変換に有用である、請求項１に記載の一般式Ａの化合物及び一般式Ｂのその亜鉛錯体。
- 固体状態において、それぞれ、青色（４９０ｎｍ）及び緑色（５００ｎｍ）へのＵＶ光の変換に有用である、請求項２に記載の化合物１及び２。
- それぞれ、黄色がかったオレンジ色光（５８６ｎｍ）及び赤色光（６２２ｎｍ）へＵＶ光を変換する、請求項２に記載の亜鉛錯体１Ａ及び亜鉛錯体２Ａ。
- 溶液状態における亜鉛塩中の対アニオンの同定に有用な、請求項２に記載の化合物２。
- 溶液状態において使用される溶媒がクロロホルムである、請求項６に記載の化合物。
- 亜鉛塩の対アニオンが、塩化物、酢酸塩、臭化物、過塩素酸塩、硝酸塩、及びトリフレートからなる群から選択される、請求項６に記載の化合物。
- 請求項１に記載の一般式Ａの化合物及び一般式Ｂのその亜鉛錯体の調製のための方法であって、
ａ．塩基の存在下、溶媒に、置換ビピリジン及び置換カルバゾールモノアルデヒドをモル比１：２で添加するステップと、
ｂ．ステップ（ａ）で得られた反応混合物を３２〜４０℃の範囲の温度で１２〜１４時間の範囲の時間、撹拌するステップと、
ｃ．ステップ（ｂ）で得られた反応混合物を冷却して、沈殿物を得、続いて、溶媒に沈殿物を溶解し、次に、溶媒を蒸発させて、粗生成物を得るステップと、
ｄ．ステップ（ｃ）で得られた粗生成物を、塩基性アルミナ中で溶媒として石油エーテルを使用して、カラムクロマトグラフィーによって精製して、一般式Ａの純粋な化合物を得るステップと、
ｅ．３０〜３５℃の範囲の室温で、溶媒中で、一般式Ａの化合物をＺｎＣｌ２とモル比１：１で反応させて、式Ｂの亜鉛錯体を得るステップと
を含む、方法。 - ステップ（ａ）で使用される溶媒が、乾燥ＤＭＦ又は乾燥ＴＨＦからなる群から選択される、請求項９に記載の方法。
- ステップ（ａ）で使用される塩基が、カリウムｔｅｒｔ−ブトキシド及び水素化ナトリウムからなる群から選択される、請求項９に記載の方法。
- ステップ（ａ）で使用される置換ビピリジンが、テトラエチル２，２’−ビピリジン−５，５’−ジイルビス（メチレン）ジホスホネート及び４，４’−ジメチル−２，２’−ビピリジンからなる群から選択される、請求項９に記載の方法。
- ステップ（ａ）で使用される置換カルバゾールモノアルデヒドが９−置換カルバゾール−３−カルバルデヒドである、請求項９に記載の方法。
- カルバゾールで端部キャップされているビピリジン化合物の収率が４０〜５０％の範囲内である、請求項９に記載の方法。
- 請求項１に記載の一般式Ａの化合物及び一般式Ｂのその亜鉛錯体を使用することによって調製される固体発光デバイスであって、プロセスステップが、
ａ）２００〜２１０℃まで加熱することによって、乳鉢中で一般式Ａの化合物及び一般式Ｂのその亜鉛錯体を融解するステップと、
ｂ）ＵＶ ＬＥＤ上にステップ（ａ）で得られた前記融解物をコーティングし、１５〜２０分間冷却させて、固体発光デバイスを調製するステップと
を含む、固体発光デバイス。 - 固体発光デバイスが、４．３％〜４５．６％の範囲内の固体蛍光量子収率を示す、請求項１５に記載の固体発光デバイス。
- ＨｅＬａ細胞、ヒト筋細胞からなる群から選択される生体細胞における亜鉛イオンの二光子撮像のための、式３の化合物の使用。
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