JPH08127561A - カリックスアレーン誘導体ならびにそれを用いたカルシウムイオンの溶媒抽出分離剤 - Google Patents

カリックスアレーン誘導体ならびにそれを用いたカルシウムイオンの溶媒抽出分離剤

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JPH08127561A
JPH08127561A JP26714294A JP26714294A JPH08127561A JP H08127561 A JPH08127561 A JP H08127561A JP 26714294 A JP26714294 A JP 26714294A JP 26714294 A JP26714294 A JP 26714294A JP H08127561 A JPH08127561 A JP H08127561A
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JP
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formula
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calixarene
calcium ion
calixarene derivative
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JP26714294A
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Seiji Shinkai
征治 新海
Kiyoshi Fujimoto
潔 藤本
Michiko Ogata
道子 緒方
Yoshifumi Harada
芳文 原田
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FUKUOKA PREF GOV
Fukuoka Prefecture
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FUKUOKA PREF GOV
Fukuoka Prefecture
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はカリックスアレーン誘導体に関し、
特に金属イオンの選択的分離、抽出に有用な新規カリッ
クスアレーン誘導体を得ることを目的とする。 【構成】 下記一般式(I) で表されるカリックス[4] ア
レーン誘導体。 【化1】 (図中、X1 、X2 は水素および炭素数1〜18の直鎖
または分岐のアルキン基を表し、R1 、R2 は同じある
いは異なっていてもよく、直鎖または分岐のアルキン基
あるいはそれらのアルキン基や、アルコキシ基で置換さ
れてもよいフェニル基を表す。)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はカリックスアレーン誘導
体に関し、特に金属イオンの選択的分離、抽出に有用な
新規カリックスアレーン誘導体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】カリックスアレーンはフェノールとホル
ムアルデヒドの縮合反応によって得られる環状オリゴマ
ーであり、下記一般式(II)で表され、
【0003】
【化2】
【0004】その構造がギリシャ製の聖杯(calix) に似
ている芳香族化合物(arene) であるため、慣用的にこの
名称がつけられた。カリックスアレーンは、1950年
前後にZinkらによってフェノール−ホルムアルデヒド樹
脂中に見いだされたが(A.Zink,E. Zegler, Chem. Ber.,
77, 264(1944)) 、当時その構造を支持するデータは乏
しくその後1970年代になって、Kaemmerer らにより
段階的方法ながら環状4〜6量体が合成され、初めて同
定された(H. Kaemmerer, G. Happel, V. Bohmer,and D.
Rathay, Monatsh. Chem., 109, 767(1987)) 。さらに
1970年代後半ワシントン大学のGutsche らは、p-te
rt- ブチルフェノールとホルムアルデヒドから一段階で
4、6、8量体を収率よく合成することに成功した(C.
D. gutsche, Acc. Chem. Res., 16, 161(1985)) 。これ
によりカリックスアレーンは安価にかつ大量に合成する
ことが可能となり、各種カリックスアレーン誘導体の製
造方法、構造ならびに物性について詳細な検討が行われ
るようになった。
【0005】カリックスアレーンは、フェノール環員
数を変えることによる空孔径の異なる化合物を合成でき
る、空孔のまわりに環状かつ固定されたフェノール性
水酸基を有する、フェノール性水酸基の置換反応ある
いは芳香族置換反応を利用して種々の官能基の導入が可
能である、という特徴を有することから種々のイオンや
分子との相互作用が期待され、ホスト−ゲスト化学にお
ける研究材料として注目を集めるとともに、実用面でも
機能性材料として応用研究が盛んに行われている。
【0006】カリックスアレーン誘導体としては、フェ
ノール性水酸基(OH)の存する低縁(lower lim) およびそ
の反対側の上縁(upper lim) にアルキル基、エステル
基、エーテル基など種々の官能基を導入し、各種用途向
に開発されたものが報告されている。例えば、特開昭5
9−205990号公報には upper lim にスルホン酸
基を導入して水溶性とし、酵素反応や触媒反応への応用
が、また特開昭62−136242号公報では水溶性カ
リックスアレーン誘導体がウラン吸着剤として、さらに
特開平2−201378号公報、特開平5−11953
5号公報などでは静電潜像現像用トナーにおける荷電制
御剤としてその応用が報告されている。
【0007】さらに上記のウラン吸着剤としての応用に
見られるように、カリックスアレーン誘導体は金属イオ
ンに対する優れた認識能が期待され、金属イオノフォア
としての研究、特にアルカリ金属イオンやアルカリ土類
金属イオンとの相互作用についての研究が盛んに行われ
ている。しかし、報告されているカリックスアレーン誘
導体はアルカリ金属イオンに対する認識能は高いが、ア
ルカリ土類金属イオンに対する認識能は低く、実用の範
疇にはない。アルカリ土類金属イオンの溶媒抽出試薬は
従来殆ど知られておらず、特にカルシウムイオンに選択
的な抽出剤は数少ない。カルシウムは各種金属の中でも
我々の生活において身近な元素であり、これを他の金属
イオンから選択的に分離したり、定量を必要とする機会
は多いと言える。また、カルシウムは生体内の必須元素
であり、その情報伝達物質としての働きは筋収縮の研究
から明らかになり、その他にも代謝調節、生理活性物質
の分泌現象などの細胞機能においてもカルシウムの重要
性が認識されている。生化学の分野におけるカルシウム
イオノフォアとしては、抗生物質の A23187(P. W.Reed,
and H. A. Lardy, J. Biol. Chem. 247, 6970(1972))
やイオノマイシン(U. S. Patent 3873693) などが報告
され、実用化されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これら生化学
の分野で用いられているカルシウムイオノフォアは、常
温での安定性が著しく低いため特性安定性などが未だ充
分でなく、また高価であることから他分野への応用は困
難であった。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは前記の問題
点を解決するために、カリックスアレーン誘導体による
カルシウムイオンの選択的分離について鋭意研究の結
果、カリックスアレーンのlower lim にカルボン酸基な
らびにアミド基を導入した誘導体がカルシウムイオノフ
ォアとして極めて優れた特性を有することを見出し、本
発明をなすに至った。即ち、本発明は下記一般式(I) で
表されるカリックス[4] アレーン誘導体
【0010】
【化1】
【0011】(図中、X1 、X2 は水素および炭素数1
〜18の直鎖または分岐のアルキン基を表し、R1 、R
2 は同じあるいは異なっていてもよく、直鎖または分岐
のアルキン基あるいはそれらのアルキン基や、アルコキ
シ基で置換されてもよいフェニル基を表す。)を提供す
るものである。
【0012】さらに、本発明は一般式(I) で表されるカ
リックスアレーン誘導体よりなるカルシウムイオンの溶
媒抽出分離剤を提供するものである。
【0013】
【作用】一般にカリックスアレーン(一般式(II))は前
記Gutsche らによる公知の方法により、p置換フェノー
ルとホルムアルデヒドを水酸化ナトリウムや水酸化カリ
ウムのような塩基とともに適当な条件下で反応させるこ
とにより得ることができる。また、一般式(I) で表され
る本発明のカリックスアレーン誘導体は、例えば、一般
式(II)で表されるカリックスアレーンと酸塩化物を適当
な条件下で反応させジエステル体とした後、ジアミド化
し、さらにエステル基を加水分解してカルボン酸基とす
ることによって得ることができる。
【0014】本発明のカリックスアレーン誘導体はカル
シウムイオンの溶媒抽出分離剤として優れた特性を有す
るが、その具体的な製造方法ならびに作用については以
下の実施例に基づいて述べる。しかし、本発明はこれら
実施例に示すものに限定されたものではない。
【0015】
【実施例】
(実験例1)p-tert- ブチルフェノール 100.0gと37%
ホルムアルデヒド62.5ミリリットルならびに水酸化ナトリウム
1.26gを4時間加熱還流後、窒素気流下で加熱撹拌を行
って系内の水を除去、続いて 247℃で2時間加熱還流し
た。冷却後、酢酸エチル1リットル ならびに酢酸10ミリリットルを
加えて一晩撹拌した。生成物を濾別後ソックスレー抽出
器を用いてトルエンで抽出、放冷後析出した結晶を濾別
して97.1gの白色結晶を得た。これは、IR, 1H-NMR分析
よりp-tert- ブチルカリックス[4] アレーンであると同
定された。
【0016】このようにして得られたp-tert- ブチルカ
リックス[4] アレーン 5g、ブロモ酢酸エチル7.5ミリリット
ル 、炭酸カリウム1.85gおよびアセトン50ミリリットルを窒素
気流下、7時間加熱還流した。不溶物を濾別後溶媒を留
去、残渣をクロロホルムに溶解して1N塩酸ならびに水で
洗浄、脱水後、クロロホルム−メタノール混合系で再結
晶を行い、3.76gの白色結晶を得た。
【0017】次に、窒素気流下でヨウ化ナトリウム2.19
gならびにα−クロロ−N、N −ジエチルアセトアミド1.
22ミリリットルをアセトン中30分撹拌後、上記生成物 3gと
炭酸カリウム5.04gを添加し、18時間加熱還流させ
た。不溶物を濾別、溶媒を留去後、残渣をクロロホルム
に溶解し、1N塩酸、10%チオ硫酸ナトリウム水溶液およ
び水で洗浄した。脱水後溶媒を減圧留去し、石油エーテ
ルで再結晶を行って白色結晶0.77gを得た。
【0018】得られた生成物0.77g、15%水酸化テトラ
メチルアンモニウム水溶液0.90ミリリットルならびにテトラヒ
ドロフラン(THF)50ミリリットル を混合し、24時間加熱還流
した。放冷後、1N塩酸でpHを約3に調整し、2時間撹拌
した。 THF層を分取、溶媒を留去後、クロロホルムに溶
解して水で洗浄し、脱水を行った。溶媒を減圧留去後、
クロロホルム−アセトニトリル混合系で沈澱させて白色
固体0.54gを得た。この白色固体の融点は 258〜259 ℃
であり、IR, 1H-NMRならびに元素分析の結果から生成物
は下記構造式(III) で表されるカリックスアレーン誘導
体であることがわかった。
【0019】IR(Nujol): νC=O 1655, 1755cm-1, νOH
3050-3100cm-1 1 H-NMR(CDCl3, 25℃, 250MHZ): δ 0.85(t-Bu, s, 18
H), 1.31(t-Bu, s, 18H), 1.17(CH2CH3, t, 12H), 3.28
(ArCH2Ar, d(J=13.0HZ), 4H), 4.61(ArCH2Ar,d(J=13.0H
Z), 3.3-3.4(NCH2, m, 8H), 4.58(OCH3, S, 4H), 4.77
(OCH3, S, 4H), 6.60(ArH, s, 4H), 7.13(ArH, s, 4H) 元素分析:計算値 C; 72.69, H; 8.34, N; 2.83 測定値 C; 72.48, H; 8.47, N; 2.91
【0020】
【化3】
【0021】実験例1で得られたカリックスアレーン誘
導体(III) 5×10-5Mを溶解したクロロホルム溶液 4ミリ
リットルをCa(NO3)2 1×10-4Mを含有するpH4〜10の水溶
液 4ミリリットルと混合、25℃で30分間撹拌してカルシウム
イオンの抽出を行った。静置後、クロロホルム層を分取
し、1N塩酸と混合、30分間撹拌して逆抽出を行った。
静置後水層を分取して、水層中に含まれるカルシウムイ
オン濃度をICP発光分析法により測定し、カリックス
アレーン誘導体により抽出されたカルシウムイオンの抽
出率を求めた。また、カリックスアレーン誘導体(III)
5×10-5Mを溶解したクロロホルム溶液4ミリリットル を4種
のアルカリ土類金属硝酸塩(M(NO3)2, M=Mg, Ca, Sr, B
a) をそれぞれ 1×10-4M含有するpH4〜10の水溶液4
ミリリットル と混合し、上記と同様の抽出実験を行い、アル
カリ土類金属イオンの抽出率を求めた。
【0022】〔比較例1〕実験例1において、下記構造
式(IV)で表されるカリックスアレーン誘導体を用いた以
外は実験例1と全く同様にして抽出操作を行った。
【0023】
【化4】
【0024】〔比較例2〕実験例1において、下記構造
式(V) で表されるカリックスアレーン誘導体を用いた以
外は実験例1と全く同様にして抽出操作を行った。
【0025】
【化5】
【0026】〔比較例3〕実験例1において、下記構造
式(VI)で表される天然カルシウムイオノフォアA23187を
用いた以外は実験例1と全く同様にして抽出操作を行っ
た。但し、A23187は2分子で1個の金属イオンを抽出す
ると想定して抽出率を求めた。
【0027】
【化6】
【0028】カルシウムイオン単独での抽出実験の結果
を図1に、4種のアルカリ土類金属イオンが共存する状
態での抽出実験の結果を表1に示す。図1より、本発明
のカリックスアレーン誘導体はpH5以上でカルシウムイ
オンを抽出し、さらにpH6以上では約90%の極めて高い
抽出率を示すことがわかる。一方、比較例1ではカルシ
ウムイオンの抽出は観測されず、比較例2、3では高pH
領域においてカルシウムイオンの抽出が観測されるのみ
である。また、表1から明らかなように、本発明のカリ
ックスアレーン誘導体はマグネシウム、カルシウム、ス
トロンチウムならびにバリウムの4種のアルカリ土類金
属イオンが共存する溶液中から、pH5以上でカルシウム
イオンを選択的に抽出する。しかし、比較例1では金属
イオンの抽出は観測されず、また比較例2ではpH10に
おいて金属イオン抽出が観測されるが、選択性は低い。
天然のカルシウムイオノフォアを用いた比較例3はカル
シウムイオン単独の抽出では高い抽出能を示したが、ア
ルカリ土類金属イオンが共存する状態ではマグネシウム
イオンを選択的に抽出することがわかった。
【0029】
【表1】
【0030】
【発明の効果】このように、本発明のカリックスアレー
ン誘導体はカルシウムイオンに対する高い抽出力を有
し、また、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム
ならびにバリウムのアルカリ土類金属イオンが共存する
中においてもカルシウムイオンを選択的に抽出する能力
を有する。また、本発明のカリックスアレーン誘導体は
安定性に優れ、安価にかつ大量に合成することが可能で
ある。従って、本発明のカリックスアレーン誘導体はカ
ルシウムイオンの分離が必要とされる化学あるいは生化
学分野、さらには工業的分野にも利用することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実験例および比較例におけるカルシウムイオン
の抽出率を示すものである。
【符号の説明】
○ 実験例1 ● 比較例1 △ 比較例2 ▲ 比較例3

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式(I) で表されるカリックス
    [4] アレーン誘導体。 【化1】 (図中、X1 、X2 は水素および炭素数1〜18の直鎖
    または分岐のアルキン基を表し、R1 、R2 は同じある
    いは異なっていてもよく、直鎖または分岐のアルキン基
    あるいはそれらのアルキン基や、アルコキシ基で置換さ
    れてもよいフェニル基を表す。)
  2. 【請求項2】 一般式(I) で表されるカリックスアレー
    ン誘導体よりなるカルシウムイオンの溶媒抽出分離剤。
JP26714294A 1994-10-31 1994-10-31 カリックスアレーン誘導体ならびにそれを用いたカルシウムイオンの溶媒抽出分離剤 Pending JPH08127561A (ja)

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