JPH10316683A - 蛍光イオノホア化合物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた光安定性を示す蛍光イオノホア化合物
を提供すること。 【解決手段】 クリプタンド又はクラウンエーテル部分
のような錯化部分とクマリン部分のような発蛍光部分と
を含む蛍光イオノホア化合物を開示する。前記クマリン
部分は、その３位で置換芳香族基又はそのα位のうちの
少なくとも１箇所にヘテロ原子を有する置換複素環式基
のような電子吸引性又は分極性基により置換されていて
もよい。優れた光安定性を示すこの化合物を、適切な位
置にある共有結合によりカチオン検出用複合構造物に組
み込むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カチオン、特にア
ルカリ金属カチオンの検出に使用することができる蛍光
イオノホア化合物及びそれらの使用方法に関する。本発
明は、これらの化合物を含み、かつ、連続検出用途に有
用なカチオン検出用複合構造物にも関する。

【０００２】

【従来の技術】種々の流体中のイオン成分の濃度測定は
ますます普及している方法である。環境試験方法は、１
種以上の金属イオン、特に重金属イオンの濃度を頻繁
に、そして時には連続的に決定することを伴う場合があ
る。同様に、医療診断方法及び治療方法は、患者の１種
以上の体液中に含まれる１種以上のイオンの濃度を頻繁
に又は連続的に決定することを伴う場合がある。

【０００３】より良い連続試験方法に対する要求は拡大
している。医療処置に関し、特に血液及び他の体液中の
血清カリウムイオンレベルの連続同時監視が、特に心臓
バイパス外科手術中に、非常に望ましい。

【０００４】金属イオン濃度の測定に関して幾つかの方
法がこれまで報告されている。例としては、イオン交換
膜に基づく検出；試薬の存在を伴う分光光度技術及び蛍
光分析技術；湿式電極；及びイオノホアに基づく検出法
がある。

【０００５】しかしながら、上記方法のうちの幾つかは
アルカリ金属イオン濃度を決定するのに有効ではない。
これらの方法のうちアルカリ金属イオン濃度を決定する
ために通常使用されている方法は、そのようなイオン
（又はそれらの錯体）を含む溶液の種々の光学的特性を
監視する方法である。これらのうち蛍光を測定する技術
は、励起（プローブ）及び発光（シグナル）波長の本質
的分離に基づく感度及び操作上の利点を有するために、
他の分光学的観測に基づくものよりも好ましい。生体外
カチオン濃度決定に有用な化合物は、例えば米国特許第
４，８０８，５３９号明細書及びAnthony Czarnick編集
のFluorescent Chemosensors for Ion andMolecule Rec
ognition に記載されている。これらのカチオンには、
アルカリ金属のみならずＡｇ⁺ 、Ｐｂ²⁺、Ｍｎ²⁺、Ｚｎ
²⁺、Ｈｇ²⁺、Ｔｉ⁺ 、及びＣｄ²⁺も含まれる。

【０００６】生体内システムを製造するためにファイバ
ーオプチック化学センサーを使用することも開示されて
いる。例としては、化学センサーが被検体と相互作用し
て光学的変化を検出するようにファイバーオプチック導
波管に化学センサーを導入すること；ファイバーオプチ
ック導波管内の化学センサーとして蛍光エネルギー転移
指示体の束縛対（tethered pair)の使用；共鳴エネルギ
ー転移が起こり得るほど吸収体物質に十分に近接してい
る基材に固定化された蛍光体（substrate-immobilized
fluorescer) により発生するシグナルを監視するための
ファイバーオプチックスの使用；光吸収性配位子及び光
吸収性錯体と組み合わされた発蛍光物質を含む系におけ
る蛍光を検出するためのファイバーオプチックスの使
用；並びに特定のアルカリ金属イオンに対して選択性の
ある可動イオノホアと半透膜を通して接触している重合
体カチオン物質と蛍光アニオン物質とを含む溶液を含む
系におけるファイバーオプチックスによる蛍光の検出が
ある。

【０００７】生体内／生体外での使用に適合させること
ができる可能性のある幾つかの蛍光分析法が開示されて
いる。例えば、発蛍光団としてのローダミンエステル及
びメロシアニン540 とイオノホアとしてのバリノマイシ
ンからなる蛍光プローブが既知である。最近、２，２−
ビス［３，４−（１５−クラウン−５）−２−ニトロフ
ェニルカルバモキシメチル］テトラデカノール−１４
と、発蛍光団として錯体カリウムイオンに選択的に結合
したローダミンＢを使用するファイバーオプチックセン
サーが開示された。この後者の装置は生体内用途に適す
るように特別に設計されている。

【０００８】前述の方法の幾つかは、生理的濃度での、
特に生理的pHの水性媒体中でのアルカリ金属イオンに対
する感度及び選択性の不足に悩まされてきた。選択性の
問題の幾つかを解消する方法であって、クリプタンドを
選択的にカリウムと錯化させる方法が開示されている。
この方法の感度は乏しい。また、この方法は有機塩基の
存在下で有機溶剤中で実施されねばならないため、連続
的な血液又は流体の測定には向かない。

【０００９】種々のクリプタンドに結合した４−メチル
−クマリン部分に基づく一群の蛍光を発するイオノホア
も開示されている（米国特許第５，１６２，５２５号、
Masilamani等）。カリウムイオンに対して選択性のある
［２．２．２］クリプタンド誘導体：

【００１０】

【化３】

【００１１】は、前述の選択性の制限をうけず、蛍光に
よるカリウムイオン濃度決定を可能にする。しかしなが
ら、その最大励起は３３０nm付近にあり、慣用的なガラ
ス光学部材との併用には問題がある。

【００１２】関連出願本願は、米国特許出願第０８／１
４０，２５７号（現在は米国特許第５，４７４，７４３
号）の分割出願である米国特許出願明細書第０８／５２
１，８６９号の一部係属出願である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明は、イオンを結合するため
の錯化部分及び発蛍光部分を含む蛍光イオノホア化合物
（「イオノホア」）を提供する。この化合物の吸収極大
波長は少なくとも約３５０nmである。これらの化合物を
含むセンサーも開示する。

【００１４】適切な発蛍光部分は好ましくは近接してい
るｎπ^* 及びππ^* 励起状態を含む。適切な発蛍光部分
は、適切な錯化部分に結合した場合に、好ましくはイオ
ン依存性のある面外パッカリング（out-of plane pucke
ring) をすることができるものである。また、適切な発
蛍光部分のππ^* 状態は、好ましくはイオン依存性のあ
る混成が基底状態への無放射カップリングを支配するほ
ど十分にエネルギーが高い。特に好ましい発蛍光部分に
はクマリン部分が包含されるが、他の芳香族カルボニル
若しくはニトロ芳香族又はＮ−複素環式部分が使用され
てもよい。

【００１５】適切なイオン錯化部分にはイオンを捕捉す
ることができる環状「ケージ（cage）」部分が包含され
る。このケージはイオンを選択的に捕捉することができ
るものであることが好ましい。好ましいイオン錯化部分
にはクリプタンド及びクラウンエーテル部分が包含さ
れ、クリプタンド部分が特に好ましい。

【００１６】本発明の化合物を使用して検出することが
できるイオンには、例えば、Ａｇ⁺、Ｂａ⁺²、Ｃａ⁺²、
Ｃｅ⁺ 、Ｃｄ²⁺、Ｆｒ⁺ 、Ｈｇ²⁺、Ｋ⁺ 、Ｌｉ⁺ 、Ｍｇ
⁺²、Ｍｎ²⁺、Ｎａ⁺ 、Ｐｂ⁺²、Ｒｕ⁺ 、Ｓｒ⁺²、Ｔｉ⁺
及びＺｎ²⁺が包含される。所望であれば、この化合物は
イオン選択膜と共に使用される。

【００１７】一態様において、本発明は、下記一般式
（式「Ａ」）：

【化４】 により表される蛍光イオノホア化合物を提供する。ここ
で、Ｔは、ＴがＯである場合にｑが０であり、かつ、ｎ
が０〜２であること並びにＴがＮである場合にｑが１で
あり、かつ、ｎが独立に０又は１であることを条件とし
て、Ｏ又はＮであり；各Ｒ² は独立に、水素、ハロゲ
ン、ヒドロカルビル含有基、複素非環式基、又は式：
（ＣＨ₂ Ｘ）_a Ｅ（式中、ＸはＯ、ＮＨ若しくは単結合
であり、Ｅは活性水素を含有する官能基であり、ａは１
〜１００の整数である）により表される基のような部分
を包含する立体障害作用のない基であり、好ましくは各
Ｒ² 基は水素、ハロゲン、Ｃ₁ 〜Ｃ₂₀アルキル、Ｃ₁ 〜
Ｃ₂₀アルコキシ、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₈アルケニル、Ｃ₁ 〜Ｃ₂₀ヒ
ドロカルビルアミノ、Ｃ₂ 〜Ｃ₂₀ジ（ヒドロカルビル）
アミノ及び式：（ＣＨ₂ Ｘ）_a Ｅ（式中、Ｘ及びＥは上
記定義の通りのものであり、ａは１〜２５の整数であ
る）により表される基からなる群から独立に選ばれ、よ
り好ましくは各Ｒ² 基は水素、ハロゲン、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₀ア
ルキル、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₀アルコキシ、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₀アルケニ
ル、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₀アルキルアミノ、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₀ジアルキル
アミノ及び式：（ＣＨ₂ Ｘ）_a Ｅ（式中、Ｘ及びＥは上
記定義の通りのものであり、ａは１〜１０の整数であ
る）により表される基からなる群から独立に選ばれ、最
も好ましくは各Ｒ² 基は水素、メチル、エチル、プロピ
ル、ブチル、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、Ｃ₂ 〜
Ｃ₁₀アルケニル、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₀ジアルキルアミノ、塩素、
臭素、又は式：（ＣＨ₂ Ｘ）_a Ｅ（式中、Ｘ及びＥは上
記定義の通りのものであり、ａは１〜３の整数である）
により表される基からなる群から独立に選ばれ；Ｒ
³ は、適切な電子吸引性基及び非電子吸引性基から選ば
れる。適切なＲ³ 基には、水素、ヒドロカルビル含有
基、複素非環式基、複素環式基、又は式：（ＣＨ₂ Ｘ）
_b Ｅ（式中、Ｘ及びＥは上記定義の通りのものであり、
ｂは０〜１００の整数である）により表される基のよう
な電子吸引性基及び非電子吸引性部分が包含され、好ま
しくは各Ｒ³ 基は水素、Ｃ₁ 〜Ｃ₂₀アルキル、Ｃ₃ 〜Ｃ
₁₈シクロアルキル、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₈アリール、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₈ア
リールオキシ、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₈ヒドロキシアリール、Ｃ₆ 〜
Ｃ₁₈アリールカルボキシ、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₈カルボキシアリー
ル、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₈アルケニル及び式：（ＣＨ₂ Ｘ）_b Ｅ
（式中、Ｘ及びＥは上記定義の通りのものであり、ｂは
０〜２５の整数である）により表される基からなる群か
ら独立に選ばれる非電子吸引性基であり、より好ましく
は各Ｒ³ 基は水素、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₀アルキル、Ｃ₅ 〜Ｃ₈ シ
クロアルキル、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₀アリール、少なくとも１個の
Ｏ、Ｎ又はＳ原子を含む複素環式基、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₀アルケ
ニル及び式：（ＣＨ₂ Ｘ）_b Ｅ（式中、Ｘ及びＥは上記
定義の通りのものであり、ｂは０〜１０の整数である）
により表される基からなる群から独立に選ばれ、最も好
ましくは各Ｒ³ 基は水素、メチル、エチル、プロピル、
ブチル、Ｃ₅ 〜Ｃ₈ シクロアルキル、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₀アリー
ル、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₀アルケニル、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₀ジアルキルアミ
ノ又は式：（ＣＨ₂ Ｘ）_b Ｅ（式中、Ｘ及びＥは上記定
義の通りのものであり、ｂは０〜３の整数である）によ
り表される基からなる群から独立に選ばれ；Ｒ¹ は、カ
ルボキシル、カルボキサミド、スルホニルアリール、エ
ステル、ケト−アルキルエステル、複素環式部分及び芳
香族基（好ましくは１箇所以上の位置で置換されたも
の）のような部分を包含する適切な電子吸引性基及び分
極性基から選ばれ、好ましくはＲ¹ 基はエステル（より
好ましくはエチルエステル）、ケトーアルキルエステル
（より好ましくは−（ＣＯ）ＣＨ₂ ＣＨ₂ ＣＨ₂ （Ｃ
Ｏ）ＯＣＨ₂ ＣＨ₃ ）、並びに置換されたフェニル、ベ
ンゾイミダゾリル、ベンゾオキサゾリル及びベンゾチア
ゾリルのような置換芳香族基を包含し、最も好ましくは
Ｒ¹ 基は一般式（式「Ｃ」）：

【００１８】

【化５】

【００１９】（上式中、Ｙ及びＹ’は、それらの少なく
とも一方がＯ、Ｓ又はＮＨ_x であることを条件として独
立にＯ、Ｓ、ＮＨ_x 又はＣＨ_y （式中、ｘは０又は１で
あり、ｙは１又は２である）であり、各Ｒ⁴ 基は水素、
ハロゲン、ヒドロカルビル含有基、複素非環式基、複素
環式基若しくは式：（ＣＨ₂ Ｘ）_c Ｅ（式中、Ｘ及びＥ
は上記定義の通りのものであり、ｃは０〜１００の整数
である）により表される基からなる群から独立に選ばれ
るものであるか、又は両方のＲ⁴ 基がそれらが結合して
いる炭素原子と共に５員若しくは６員環を形成し、この
５員若しくは６員環に任意に１個以上のさらなるＲ⁴ 基
が結合していてもよく、好ましくは各Ｒ⁴基は水素、ハ
ロゲン、Ｃ₁ 〜Ｃ₂₀アルキル、Ｃ₁ 〜Ｃ₂₀アルコキシ、
Ｃ₃ 〜Ｃ₁₈シクロアルキル、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₈アリール、Ｃ₆
〜Ｃ₁₈アリールオキシ、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₈ヒドロキシアリー
ル、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₈アリールカルボキシ、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₈カルボ
キシアリール、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₈アルケニル、Ｃ₁ 〜Ｃ₂₀ヒド
ロカルビルアミノ、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₈アリールアミノ、Ｃ₆ 〜
Ｃ₁₈アミノアリール、Ｃ₂ 〜Ｃ₂₀ジ（ヒドロカルビル）
アミノ、少なくとも３個の環原子を有する複素環式基、
カルボキサミド（−Ｃ（Ｏ）ＮＲ¹ Ｒ² ）若しくは式：
（ＣＨ₂ Ｘ）_c Ｅ（式中、Ｘ及びＥは上記定義の通りの
ものであり、ｃは０〜２５の整数である）により表され
る基からなる群から独立に選ばれるものであるか、又は
両方のＲ⁴ 基がそれらが結合している炭素原子と共に５
員若しくは６員環を形成し、この５員若しくは６員環に
任意に１個以上のさらなるＲ⁴ 基が結合していてもよ
く、より好ましくは各Ｒ⁴ 基は水素、ハロゲン、Ｃ₁ 〜
Ｃ₁₀アルキル、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₀アルコキシ、Ｃ₅ 〜Ｃ₈ シク
ロアルキル、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₀アリール、少なくとも１個の
Ｏ、Ｎ若しくはＳ原子を含む複素環式基、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₀ア
ルケニル、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₀アルキルアミノ、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₀ジア
ルキルアミノ若しくは式：（ＣＨ₂ Ｘ）_c Ｅ（式中、Ｘ
及びＥは上記定義の通りのものであり、ｃは０〜１０の
整数である）により表される基からなる群から独立に選
ばれるものであるか、又は両方のＲ⁴ 基がそれらが結合
している炭素原子と共に５員若しくは６員環を形成し、
この５員若しくは６員環に任意に１個以上のさらなるＲ
⁴ 基が結合していてもよく、最も好ましくは各Ｒ⁴ 基は
水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、メトキシ、
エトキシ、プロポキシ、Ｃ₅ 〜Ｃ₈ シクロアルキル、少
なくとも１個のＯ、Ｎ若しくはＳ原子を含む５員若しく
は６員複素環式基、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₀アリール、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₀ア
ルケニル、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₀ジアルキルアミノ、塩素、臭素若
しくは式：（ＣＨ₂ Ｘ）_c Ｅ（式中、Ｘ及びＥは上記定
義の通りのものであり、ｃは０〜３の整数である）によ
り表される基からなる群から独立に選ばれるものである
か、又は両方のＲ⁴ 基がそれらが結合している炭素原子
と共に５員若しくは６員環を形成し、この５員若しくは
６員環に任意に１個以上のさらなるＲ⁴ 基が結合してい
てもよい）により表される置換複素環式部分を包含し；
並びにＺはＯ又はＮＲ⁵ （式中、Ｒ⁵ は水素又はヒドロ
カルビル含有基であり、より好ましくはＲ⁵ はＨ又はＣ
₁ 〜Ｃ₄ アルキル基であり、最も好ましくはＲ⁵ はＨで
ある）である。

【００２０】青色光源と共に使用する特に好ましい態様
において、本発明は、一般式（「Ｂ」）：

【００２１】

【化６】

【００２２】（式中：ｍ及びｎは独立に０又は１であ
り、ＺはＯ又はＮＲ⁵ （式中、Ｒ⁵ はＨ又はアルキル基
であり、より好ましくはＲ⁵ はＨ又はＣ１〜Ｃ４アルキ
ル基であり、最も好ましくはＲ⁵ はＨである）であり；
Ｙ及びＹ’は、それらの少なくとも一方がＯ、Ｓ又はＮ
Ｈ_x であることを条件として独立にＯ、Ｓ、ＮＨ_x 又は
ＣＨ_y （式中、ｘは０又は１、ｙは１又は２である）で
あり；Ｒ² 、Ｒ³ 及びＲ⁴ は式Ａに関して既に定義した
通りである）により表される蛍光イオノホア化合物を提
供する。このイオノホアは基材に共有結合される場合に
は、Ｒ² 、Ｒ³ 又はＲ⁴ の少なくとも１つはＨ以外のも
のでなくてはならない。

【００２３】概して、式Ａにより表される化合物の励起
波長は少なくとも約３５０nmであり、発光波長は好まし
くは約５００nm以下である。式Ｂにより表される化合物
の励起波長は少なくとも約３８０nm、好ましくは少なく
とも約３９０nmであり、そして発光波長は約５００nm以
下、好ましくは約４８０nm以下である。これらの化合物
の励起波長と発光波長とは好ましくは少なくとも約１０
nm離れており、このことによってこれらの化合物は蛍光
に基礎を置くカチオン濃度測定技術において有用なもの
となることができる。

【００２４】一態様において、本発明はある種のクマロ
クリプタンドを教示する。クマロ［２．２．２］クリプ
タンドイオノホアは、Ｐｂ⁺²又はＢａ⁺²の不在下では、
Ｋ⁺に対して非常に選択性が高いが、クリプタンドケー
ジの大きさが異なるクマロクリプタンドは他の一価及び
二価カチオンに対して非常に選択性が高い。例えば、ク
マロ［２．２．１］クリプタンドは臨床上適切なレベル
のＫ⁺ 及びＣａ²⁺を含む水溶液中のＮａ⁺ に対して非常
に選択性が高い。都合良いことに、本発明の［２．２．
２］クマロクリプタンドは、水性媒体中で使用された場
合に、Ｋ⁺ に対する高い選択性を保つ（すなわち、Ｋ⁺
／Ｎａ⁺ 錯化比は少なくとも２０：１である）。本発明
のイオノホアのクリプタンド部分がカチオンと錯化する
場合に、蛍光分析により個々の試料におけるカチオン濃
度を決定することができるようにこのイオノホアの光学
的特性は変化する。特に好ましい態様において、本発明
のイオノホアの励起（すなわち、吸収）極大波長が３８
０nmを超える波長に集中するように、クマリン環上の置
換基及びそれらの位置が選択される。このことによっ
て、本発明のイオノホアは、例えば青色ＬＥＤ及びレー
ザーのような固体光源と共に使用できるものとなる。置
換基及びそれらの位置も、５００nm未満の発光波長を保
つように好ましくは選ばれ、それによりイオノホアの応
答はこの種の指示体に適するものに保たれる。結局、置
換基及びそれらの位置は、基材への共有結合に任意性を
提供するために選ばれることが好ましい。好ましくは、
指示体が結合される基材は、均一かつ再現性のあるイオ
ノホアの応答を維持するように及びイオノホアの応答に
及ぼす生理的pH変化の影響を最低限に抑えるように選ば
れる。

【００２５】さらなる観点において、本発明は、基材と
式Ａ又はＢにより表される蛍光イオノホア化合物とを含
むカチオン検出用複合構造物を提供する。好ましくは、
このイオノホア化合物は少なくとも１個のＥ基を含み、
そしてこのイオノホア化合物は結合（すなわち、Ｅが基
材上の共反応性基と直接に反応する）又はＥと当該イオ
ノホアが結合すべき基材上の官能基との両方と反応する
ことができる別の「連結基」化合物により基材に（例え
ば１個以上のＲ基を介して）共有結合する。連結基が使
用される場合には、連結基が両末端に官能基を含み、そ
の片方の末端に位置する官能基がＥに対して相補的であ
り、かつ、もう一方の末端に位置する官能基が基材上の
官能基に対して相補的であることが好ましい。共有結合
に適するカップリング剤は米国特許第５，０５３，５２
０号明細書に記載されている。ホモ二官能性及び／又は
ヘテロ二官能性カップリング剤は国際特許出願明細書第
ＷＯ９６／０７２６８号及び第ＷＯ９６／１０７４７号
に記載されている。

【００２６】さらなる観点において、本発明は、（ａ）
前記検出用複合構造物を、イオン輸送可能なカチオン含
有媒体に接触させ、カチオンを前記検出用複合構造物に
拡散させるか又はカチオンを前記検出用複合構造物に拡
散させる手段を提供し、当該検出用複合構造物の蛍光イ
オノホア化合物との平衡錯体を形成させる工程であっ
て、前記イオノホア化合物錯体が、λ₁ を中心とする波
長範囲の光に暴露された場合にλ₂ を中心とする波長範
囲の光を放射することができるものであり、ここでλ₂
はλ₁ よりも少なくとも１０nm大きく、λ₁ は少なくと
も約３５０nmであり、より好ましくは少なくとも約３８
０nmであり、λ₂ は好ましくは約５００nm以下である工
程；並びに（ｂ）前記錯体にλ₁ を中心とする波長範囲
の光を、集光されて検出される波長λ₂ の可視光を前記
錯体が放射するのに十分な時間当てる工程を含むカチオ
ンの存在を検知する方法を提供する。適切なアルゴリズ
ムによって、カチオン含有媒体中のカチオンの濃度と発
光量とを相関させることができる。

【００２７】定義 特に断らない限り、本明細書において以下の定義を適用
する：「基」若しくは「化合物」又は「部分」とは、所
望の生成物を阻害しない一般的な置換基により置換する
ことができる化学種を意味し；「ＬＥＤ」とは発光ダイ
オードを意味し；「クマロクリプタンド」とは、クマリ
ンの典型的には６及び７位にオルト縮合したクリプタン
ド部分を有するクマリン部分を意味し；「アルキル」と
は、最も長い鎖中に１〜３０個の炭素原子を有する直鎖
又は分枝有機基を意味し；「芳香族」とはその１つの環
又は複数の環中に５〜１５個の炭素原子又はヘテロ原子
を有し、環電子が非局在化している環又は縮合環系を意
味し；「カルボキシル」とは、例えば、酸ハロゲン化
物、アジド、アミド、イミダゾールアミド、エステル及
びニトリルを包含するカルボン酸基又はそれらの誘導体
を意味し；「呼びかけ（interrogate)」とは、励起放射
線源に暴露し、放射線の変化を監視することを意味し；
「非電子吸引性基」とは、ハメットσ_p 値が０．２以下
である任意の化学基（例えば、J.E. Leffler及びE. Gru
nwald のRates and Equilibria of Organic Reactions,
第172 頁(John Wiley and Sons, NY) に記載されてい
るハメット置換定数を参照、引用によりその教示をここ
に含めることにする）を意味し；「立体障害作用のない
基」とは、ケージの機能を立体的に妨害しない任意の化
学基を意味し；「近接している」ｎπ^* 及びππ^* 励起
状態とは、ｎπ^* 励起状態とππ^* 励起状態の間の１電
子ボルト（ｅＶ）未満のエネルギー差を意味し；ππ^*
状態に関して「エネルギーが高い」とは、イオン依存性
のある混成が基底状態への無放射カップリングを支配す
るのに十分に発蛍光部分のエネルギーが高いことを意味
し；６，７−ジオキソ置換クマリンに関して「面外パッ
カリング」とは、２個の環内酸素原子（１及び２位）に
対する２個の環外酸素原子（６及び７位）の非対称運動
を伴う分子振動を意味し；「蛍光量子収率」とは、励起
過程のうち蛍光放出をもたらすものの割合を意味し；
「ストークスシフト（Stokes shift）」とは、蛍光分子
に関する発光極大波長と吸収極大波長の波長差を意味
し；「レッドシフト（red shift ）」とは、指示体の吸
収波長がより長波長側に移動するように指示体を化学修
飾することを意味し；そして「活性水素」とは、穏やか
な条件下で化学的に反応性であるようにヘテロ原子に結
合している水素原子を意味する。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の蛍光イオノホア化合物
は、（ｉ）イオンの結合用の錯化部分と（ii）発蛍光部
分を含む。この化合物の吸収極大波長は少なくとも約３
５０nmである。

【００２９】ある態様において、本発明の蛍光イオノホ
アは上記一般式Ａにより表される。現在のところ好まし
いある態様において、本発明の蛍光イオノホアは上記一
般式Ｂにより表される。クマリン環上の３位（すなわ
ち、式ＡのＲ¹ ）に電子吸引性又は分極性基を配置する
ことによって、本発明のイオノホアの励起波長は、慣用
的なガラスオプチックスを使用する系で使用できる点ま
でレッドシフトし得る。

【００３０】このイオノホアは、青色光源を使用する系
で使用することができる点までレッドシフトすることが
より好ましい。結合部位に対してαの位置（すなわち、
α位）の片方又は両方の位置にヘテロ原子を有する５員
複素芳香環をクマリン環上の３位に配置することによっ
て、本発明のイオノホアの励起波長は、青色光源を使用
する系で使用することができる点までレッドシフトし得
る。励起波長は少なくとも３８０nmであることが好まし
く、少なくとも約３９０nmであることがより好ましく、
少なくとも約４００nmであることが最も好ましい。

【００３１】励起波長が実質的にレッドシフトすること
が好ましいと同時に、発光波長は約５００nm以下である
ことが好ましく、約４８０nm以下であることがより好ま
しく、約４７０nm以下であることが最も好ましい。この
特定の種類の化合物に関し、当該イオノホアの応答は、
吸収波長に依存せずに発光波長の増大とともに減衰する
ようである。５００nmを超える発光波長に関し、Ｋ⁺ に
対するイオノホアの応答は微々たるものである。これと
は対照的に、血液パラメーターの監視に対しては、発光
波長が約４７０nm未満である場合が最適であるようであ
る。

【００３２】本発明のイオノホアは２種の単位（例え
ば、クリプタンドとクマリン、又はクラウンエーテルと
クマリン）を含み、この２種の単位は一緒になって特定
のカチオンを選択的に検出することを可能にする。

【００３３】錯化部分（例えば、クリプタンド又はクラ
ウンエーテル部分）は分析すべきカチオンと相互作用す
る。当業者はどのクリプタンド及びクラウンエーテル部
分が特定のカチオンを錯化するのに有用なものであるの
かを認識することができるが、この論題についてのさら
なる情報に関して、参考文献としてLehn及びSauvageの
“[2]-Cryptates: Stability and Selectivity of Alka
li and Alkaline-Earth Macrobicyclic Complexes,”J.
Am. Chem. Soc. 第97巻, 第6700〜6707頁（1975）を挙
げることができる。

【００３４】クリプタンドケージに関し、酸素及び窒素
原子により規定される［２．２．２］ケージ（例えば、
上記式Ｂにおいてｍ及びｎが双方とも１である場合）に
よりこの単位は同様な直径を有するカチオン（例えば、
Ｋ⁺ 、Ｐｂ⁺²、Ｓｒ⁺²及びＢａ⁺²）に対して相当に選択
性の高いものとなり；［２．２．１］ケージ（すなわ
ち、ｍ及びｎのうちの一方が１であり、他方が０である
場合）によりこの単位は同様な直径を有するカチオン
（例えば、Ｎａ⁺ 及びＣａ⁺²）に対して相当に選択性の
高いものとなり；［２．１．１］ケージ（すなわち、ｍ
及びｎの双方が０である場合）によりこの単位は同様な
直径を有するＬｉ⁺ 及びＭｇ⁺²のようなカチオンに対し
て非常に選択性の高いものとなる。このサイズ選択性
は、例えばＫ⁺に加えてＫ⁺ 以外のイオンを含有する生
理的試料について［Ｋ⁺ ］を分析する場合に重要であ
る。Ｋ⁺ 、Ｎａ⁺ 又はＬｉ⁺ の生理的濃度を測定する系
にこれらのクリプタンドを導入する場合に、より重い金
属がこれらのイオンのうちの１つの分析を妨害する濃度
で存在し難いことは都合良い。クリプタンド基は、被検
体のpHに依存してモノプロトン化又はジプロトン化され
た形態で存在することができる。架橋窒素で起こるプロ
トン化は、生理的pH範囲にわたって（他の金属イオン以
上に）Ｋ⁺ に対する当該クリプタンドの選択性に実質的
な影響を及ぼさないが、クリプタンド種の合計蛍光強度
に影響を及ぼしうる。

【００３５】クラウンエーテル部分に関し、酸素原子に
より規定される１５−クラウン−５ケージ（例えば、式
Ａにおいてｑが０であり、ｎが０である場合）の大きさ
によりこの単位はＮａ⁺ に対する選択性が適切であるも
のとなり；１８−クラウン−６ケージ（例えば、式Ａに
おいてｑが０であり、ｎが１である場合）の大きさによ
りこの単位はＫ⁺ に対する選択性が適切であるものとな
り；２１−クラウン−７ケージ（例えば、式Ａにおいて
ｑが０であり、ｎが２である場合）の大きさによりこの
単位はＫ⁺ に対する選択性が相当に高く、かつ、Ｎａ⁺
に対する選択性がないものとなる。

【００３６】本発明のイオノホアの第２の特殊な単位は
発蛍光部分である。この発蛍光部分は「情報伝達」単位
と見なすことができる。例として生理的試験を用いる
と、錯化部分ケージ内にプロトン、Ｎａ⁺ 又は幾つかの
他のカチオンが存在する場合に、発蛍光部分（例えばク
マリン単位）は特徴的な蛍光強度対波長プロットを示
す。錯化部分ケージの酸素及び／又は窒素原子とＫ⁺ が
錯化する場合に、蛍光強度の増加が観測される。換言す
れば、カリウム錯体の形成によって、発蛍光部分の蛍光
量子収率が増加する。特定の錯化部分に選択的な他のカ
チオンについてもこれと同様な機構があてはまる。適切
な発蛍光部分にはクマリン部分が包含されるが、他の芳
香族カルボニル又はニトロ芳香族若しくはＮ−複素環式
部分が使用されてもよい。好ましい発蛍光部分には３位
で置換されたクマリンが包含される。

【００３７】クマリン単位は２位にカルボニル官能基を
有する（すなわち、ＺがＯである）ことが好ましいが、
このカルボニル官能基の代わりに当該イオノホアの性能
に著しい影響を及ぼすことなくイミン官能基（例えば、
ＺがＮＨ）を使用することができる。しかしながら、本
発明のイオノホアが水性酸性環境中で使用される場合に
は、イミン官能基はカルボニル基に加水分解し得る。

【００３８】本発明の蛍光イオノホアにおいて、クマリ
ン単位の３位は電子吸引性基又は分極性基（例えば、式
ＡのＲ¹ ）により置換されていてもよい。３位に置換基
を配置することによって、本発明のイオノホアはMasili
mani等により説明されているもののように４位で置換さ
れたクマリンよりも幾分高い（例えば２０％以下高い）
量子収率を有する。このことは、低い励起強度を用いる
ことができ、それによって光分解の起こりやすさを減少
させることが可能であり、またより低強度の光源を使用
することができることを意味する。有用な電子吸引性基
又は分極性基には、カルボキシル基、カルボキサミド
基、スルホニルアリール基、エステル基、ケト−アルキ
ルエステル基及び芳香族基（好ましくは１箇所以上の位
置で置換されたもの）が包含される。好ましいＲ¹ 基に
は、エステル、ケト−アルキルエステル、複素環式部分
及び置換芳香族基、例えば置換されたフェニル、ベンゾ
イミダゾリル、ベンゾオキサゾリル及びベンゾチアゾリ
ルが包含される。エステルのうちでエチルエステルが特
に好ましく、ケト−アルキルエステルのうちで−（Ｃ
Ｏ）ＣＨ₂ ＣＨ₂ ＣＨ₂ （ＣＯ）ＯＣＨ₂ ＣＨ₃ が特に
好ましい。好ましい芳香族の基置換基には、アミン、カ
ルボン酸及びスルホン酸が包含される。これらのクマロ
クリプタンドの励起波長は概して及び好ましくは少なく
とも３５０nmである。例えば、６，７−Ｏ，Ｏ−［２．
２．２］−クリプタンド−３−カルボエトキシクマリン
の励起波長は約３５４nmである。

【００３９】クマリン単位の３位は、クマロクリプタン
ドへの結合位置に隣接する位置（すなわち、α位）の片
方又は両方の位置にヘテロ原子を有する複素芳香族基に
より置換されることがより好ましい。適切な複素芳香族
基には、一般式（式Ｃ）：

【００４０】

【化７】

【００４１】（上式中、Ｙ及びＹ’は、それらの少なく
とも一方がＯ，Ｓ又はＮＨ_x であることを条件として独
立にＯ、Ｓ、ＮＨ_x 又はＣＨ_y （式中、ｘは０又は１で
あり、ｙは１又は２である）であり、各Ｒ⁴ 基は、水
素、ハロゲン、ヒドロカルビル含有基、複素非環式基、
複素環式基、若しくは式：（ＣＨ₂ Ｘ）_c Ｅ（式中、Ｘ
及びＥは上記定義の通りであり、ｃは０〜１００の整数
である）により表される基であるか、又は両方のＲ⁴ 基
がそれらが結合している炭素原子と共に５員若しくは６
員環を形成し、この５員若しくは６員環に任意に１個以
上のさらなるＲ⁴ 基が結合していてもよい）により表さ
れる５員基が包含される。

【００４２】好ましくは、各Ｒ⁴ 基は、水素、ハロゲ
ン、Ｃ₁ 〜Ｃ₂₀アルキル、Ｃ₁ 〜Ｃ₂₀アルコキシ、Ｃ₃
〜Ｃ₁₈シクロアルキル、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₈アリール、Ｃ₆ 〜Ｃ
₁₈アリールオキシ、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₈ヒドロキシアリール、Ｃ
₆ 〜Ｃ₁₈アリールカルボキシ、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₈カルボキシア
リール、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₈アルケニル、Ｃ₁ 〜Ｃ₂₀ヒドロカル
ビルアミノ、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₈アリールアミノ、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₈ア
ミノアリール、Ｃ₂ 〜Ｃ₂₀ジ（ヒドロカルビル）アミ
ノ、少なくとも３個の環原子を有する複素環式基、カル
ボキサミド（−Ｃ（Ｏ）ＮＲ¹ Ｒ² ）若しくは式：（Ｃ
Ｈ₂ Ｘ）_c Ｅ（式中、Ｘ及びＥは上記定義の通りのもの
であり、ｃは０〜２５の整数である）により表される基
からなる群から独立に選ばれるものであるか、又は両方
のＲ⁴ 基がそれらが結合している炭素原子と共に５員若
しくは６員環を形成し、この５員若しくは６員環に任意
に１個以上のさらなるＲ⁴ 基が結合していてもよい。よ
り好ましくは、各Ｒ⁴ 基は、水素、ハロゲン、Ｃ₁ 〜Ｃ
₁₀アルキル、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₀アルコキシ、Ｃ₅ 〜Ｃ₈ シクロ
アルキル、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₀アリール、少なくとも１個のＯ、
Ｎ若しくはＳ原子を含む複素環式基、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₀アルケ
ニル、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₀アルキルアミノ、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₀ジアルキ
ルアミノ若しくは式：（ＣＨ₂ Ｘ）_c Ｅ（式中、Ｘ及び
Ｅは上記定義の通りのものであり、ｃは０〜１０の整数
である）により表される基からなる群から独立に選ばれ
るものであるか、又は両方のＲ⁴ 基がそれらが結合して
いる炭素原子と共に５員若しくは６員環を形成し、この
５員若しくは６員環に１個以上のさらなるＲ⁴ 基が結合
していてもよい。最も好ましくは、各Ｒ⁴ 基は、水素、
メチル、エチル、プロピル、ブチル、メトキシ、エトキ
シ、プロポキシ、Ｃ₅ 〜Ｃ₈ シクロアルキル、少なくと
も１個のＯ、Ｎ若しくはＳ原子を含む５員若しくは６員
複素環式基、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₀アリール、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₀アルケニ
ル、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₀ジアルキルアミノ、塩素、臭素若しくは
式：（ＣＨ₂ Ｘ）_c Ｅ（式中、Ｘ及びＥは上記定義の通
りのものであり、ｃは０〜３の整数である）により表さ
れる基からなる群から独立に選ばれるものであるか、又
は両方のＲ⁴ 基がそれらが結合している炭素原子と共に
５員若しくは６員環を形成し、この５員若しくは６員環
に１個以上のさらなるＲ⁴ 基が結合していてもよい。

【００４３】クマリン単位の３位に置換基を限定するこ
とによって、特定の５員複素芳香族環式基が、青色光源
と共に使用することが可能になるほど十分に（すなわ
ち、少なくとも３８０nmより上に）レッドシフトした励
起極大波長を有するイオノホアを提供することが見出さ
れた。

【００４４】ＧａＮ発光ダイオードのような固体光源
は、吸収極大波長が少なくとも約３８０nm、好ましくは
少なくとも約３９０nm、より好ましくは少なくとも約４
００nmであるイオノホアの使用を必要とする。従来の化
合物により提供されるものを上回る吸収極大波長のレッ
ドシフトが必要である。しかしながら、レッドシフトし
た後の励起最大波長が３５０を超えるクマロクリプタン
ドの全てが有用であるとは限らない。例えば、６，７−
Ｏ，Ｏ−［２．２．２］−クリプタンド−４−シアノ−
３−カルボエトキシクマリンは吸収極大波長が約４２５
nmであるが、Ｋ⁺の存在下でも殆ど又は全く応答を示さ
ない。

【００４５】特定の理論に束縛されるわけではないが、
励起状態の「近接効果」は、カチオンに対するクマロク
リプタンドの蛍光応答に一役を果たすと考えられる。特
に、クリプタンドケージが適切な大きさのカチオン（す
なわち、「標的カチオン」）と錯化していない場合に、
分子の面外パッカリング振動は放射性ππ^* 状態とその
近傍の無放射性ｎπ^* 状態との混成を誘発し、その結
果、当該イオノホアの蛍光を弱くする。このパッカリン
グは、２つの環外クマリン酸素原子の逆位相面外振動と
調和するクマリン部分の６位及び７位にある２つの環外
酸素の逆位相（反対称）面外振動を伴う。標的カチオン
がクリプタンドケージ内で錯化すると、このパッカリン
グは禁止され、蛍光が増加する。しかしながら、ππ^*
状態のエネルギーが低すぎる（すなわち、発光波長が長
すぎる）と、面内振動がππ^* 状態と基底状態の直接混
成を誘発し、標的カチオンの応答は低下するか又は失わ
れ得る。このもう１つのエネルギー散逸過程は、６，７
−Ｏ，Ｏ−［２．２．２］−クリプタンド−４−シアノ
−３−カルボエトキシクマリン及び特定の他のレッドシ
フトしたクマロクリプタンドが標的カチオンの存在下で
不適切な応答を示す理由であると考えられる。

【００４６】上記記載に基づき、有用なイオノホアを設
計することに関して次の３つの指針を導き出すことがで
きる：（１）ππ^* 及びｎπ^* 状態はそれらの混成が可
能になるほどエネルギー的に近接していることが好まし
い；（２）ππ^* 状態は、基底状態への無放射カップリ
ングが優勢にならないか又は基底状態への無放射カップ
リングがｎπ^* 状態とππ^* 状態の標的カチオン依存性
のある混成と非常に強く競合しないように十分にエネル
ギーが高いことが好ましい；並びに（３）クマロクリプ
タンドをレッドシフトさせるために使用されるいかなる
クマリン置換基も当該クマロクリプタンドの面外パッカ
リング振動を妨害しないことが好ましい。

【００４７】上記指針のうちの最初の指針は、吸収極大
波長がレッドシフトされる一方で、それに対応して発光
波長が増加するのを妨げなければならないこと、すなわ
ちストークスシフトを比較的小さく保たねばならないこ
とを意味する。（当然のことながら、蛍光の検出が可能
であるように特定の最低限のストークスシフトを保つ必
要がある。典型的には、このシフトは少なくとも約１０
nm、好ましくは少なくとも約２０nm、より好ましくは少
なくとも約２５nm、最も好ましくは少なくとも約３０nm
である。）前記の第２番目の指針は、発光波長が約５０
０nm以下、好ましくは約４８０nm以下、より好ましくは
約４７０nm以下であることを示す。前記の第３番目の指
針は、吸収極大波長をレッドシフトするために使用する
ことができる置換基の種類を限定する。特に、当該イオ
ノホアのクマリン部分は、概して当該クマリン部分に縮
合した環系を有することができず、このクマリン置換基
は少なくとも３５０nmに（より好ましくは少なくとも３
８０nmに）吸収極大波長をレッドシフトさせなくてはな
らないが、５００nmを超えるほどまで吸収極大波長をレ
ッドシフトさせてはならない。

【００４８】これらの指針に基づいて、可能性のあるク
マリン及びクマロクリプタンド候補分子を調査した。こ
の調査には３種のモデル化合物：６，７−エチレンジオ
キシクマリン（ＥＤＯ）、６，７−メチレンジオキシク
マリン（ＭＤＯ）及び６，７−ジメトキシクマリン（Ｄ
ＭＯ）を使用した。ＥＤＯ型化合物は、それらがクマロ
クリプタンドにおける優れた標的イオン応答に必要とさ
れる面外パッカリング振動モードと同様な面外パッカリ
ング振動モードを維持することが示されたことから、未
錯化クマロクリプタンドに対して好ましいモデルである
ことが見出された。前記ＤＭＯ及びＭＤＯ型化合物は、
それらが平面構造を維持することから、錯化クマロクリ
プタンドに好ましいモデルであることが見出された。予
想されるように、ＤＭＯ及びＭＤＯ型化合物の蛍光量子
収率は、対応するＥＤＯ型化合物のそれよりも大きい。
表１６ｅに示されるように、ＤＭＯ／ＥＤＯ及びＭＤＯ
／ＥＤＯ量子収率比は、対応するクマロクリプタンドイ
オノホア応答の優れた予測者である。これらの相関によ
って、種々のレッドシフト性置換基に対して対応するク
マロクリプタンドのＫ⁺ 応答を予測するために、ＥＤＯ
型及びＤＭＯ型化合物に関する分子起軌道計算を使用す
ることが可能となる。多数のＥＤＯ型モデル化合物に関
する分子軌道計算（下記表１６ｃ参照）によって、少な
くとも１個のヘテロ原子がα位に位置する複素芳香環に
より３位で置換されたクマリンは、約３９０nmの望まし
い範囲内にあるレッドシフトした吸収波長に８０nmの範
囲内にあるストークスシフトを与える能力を有すること
が示された。

【００４９】本発明のクマロクリプタンドイオノホアの
調製法は、引用によりここに含めることにする米国特許
第５，４７４，７４３号明細書に詳細に記載されている
一般スキームに基づく。典型的な反応スキームが便宜上
示されている。以下の議論の中で、ビス−クロロエトキ
シ種を「基本中間体」と表示するが、任意の脱離基を末
端基とするビス−エトキシ−２−ヒドロキシベンズアル
デヒドを使用することができる。

【００５０】このビス−クロロエトキシ基本中間体の調
製は、Landini 及びMontanari によるSynthesis, 第22
3 〜225 頁（1978）に記載されている方法により調製す
ることができる１，２−ビス−（２’−ヒドロキシエト
キシ）ベンゼンを用いて開始することができる。過剰の
塩化チオニルとの反応によりこの出発物質を１，２−ビ
ス−（２’−クロロエトキシ）ベンゼン（Ｉ）に転化さ
せることができる。化合物Ｉを塩化チタンの存在下で
１，１−ジクロロメチルメチルエーテルと反応させ、加
水分解させると１，２−ビス（２’−クロロエトキシ）
ベンズアルデヒド（II）が生成する。化合物IIと過酸化
水素及び硫酸との反応によって、３，４−ビス−（２’
−クロロエトキシ）フェノール(III) が生成する。塩化
チタンの存在下で化合物III を１，１−ジクロロメチル
メチルエーテルにより処理し、加水分解させると、上記
ビス−クロロエトキシ基本中間体種が生成する。

【００５１】この基本中間体をシアノ置換５員芳香環化
合物（Ｙ及びＹ’は上記定義の通り）により処理し、続
いてＨＣｌと反応させると、３−（複素芳香族）−６，
７−ビス（２’−クロロエトキシ）クマリン（IV）が生
成する。塩素をヨウ素により置換して化合物Ｖとした
後、アセトニトリルのような溶剤中での４，１３−ジア
ザ−１８−クラウン−６との反応によって、この化合物
を６，７−［２．２．２］−クリプタンド−３−（複素
芳香族）−クマリン（VI）に直接転化させることができ
る。所望であれば、化合物VII が提供されるように酸加
水分解によりエステル基をカルボン酸基に転化させるこ
とができる。

【００５２】これらの反応を以下のスキームにまとめ
た。

【００５３】

【化８】

【００５４】当業者は、前記［２．２．２］種以外のク
マロクリプタンドは、４，１３−ジアザ−１８−クラウ
ン−６以外のジアザクラウンエーテルを使用することに
より調製できることを認識するであろう。例えば、
［２．２．１］クマロクリプタンドが望ましい場合に
は、１，４，１０−トリオキサ−７，１３−ジアザシク
ロペンタデカンを使用することができる。さらに詳細な
点については下記実施例１８及び２０を参照されたい。

【００５５】α位のうちの少なくとも１箇所にヘテロ原
子を有する好ましい５員芳香環はフラン（例えば、Ｙが
Ｏであり、Ｙ’がＣＨである）である。他の有用な５員
芳香環基には、限定するわけではないが、

【００５６】

【化９】

【００５７】が含まれる。

【００５８】電子状態に関する指針の上記議論に基づ
き、当業者は、式Ａの化合物に関してＲ¹ 、Ｒ² 及びＲ
³ 基の選択が重要であることを認識することができる。

【００５９】当該化合物のレッドシフトに対するその寄
与が特に重要であるＲ¹ は既に述べた。適切なＲ² 基に
は、立体障害作用のない任意の基が含まれる。適切な基
には、水素、ハロゲン、ヒドロカルビル含有基、複素非
環式、又は式：（ＣＨ₂ Ｘ）_aＥ（式中、Ｘ及びＥは上
記定義の通りであり、ａは１〜１００の整数である）に
より表される基のような部分が包含される。好ましく
は、各Ｒ² 基は、水素、ハロゲン、Ｃ₁ 〜Ｃ₂₀アルキ
ル、Ｃ₁ 〜Ｃ₂₀アルコキシ、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₈アルケニル、Ｃ
₁ 〜Ｃ₂₀ヒドロカルビルアミノ、Ｃ₂ 〜Ｃ₂₀ジ（ヒドロ
カルビル）アミノ、又は式：（ＣＨ₂ Ｘ）_a Ｅ（式中、
Ｘ及びＥは上記定義の通りのものであり、ａは１〜２５
の整数である）により表される基からなる群から独立に
選ばれる。より好ましくは各Ｒ² 基は、水素、ハロゲ
ン、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₀アルキル、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₀アルコキシ、Ｃ₂
〜Ｃ₁₀アルケニル及びＣ₁ 〜Ｃ₁₀アルキルアミノ、Ｃ₁
〜Ｃ₁₀ジアルキルアミノ、又は式：（ＣＨ₂ Ｘ）_a Ｅ
（式中、Ｘ及びＥは上記定義の通りのものであり、ａは
１〜１０の整数である）により表される基からなる群か
ら独立に選ばれる。最も好ましくは各Ｒ² 基は、水素、
メチル、エチル、プロピル、ブチル、メトキシ、エトキ
シ、プロポキシ、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₀アルケニル、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₀ジ
アルキルアミノ、塩素、臭素、又は式：（ＣＨ₂ Ｘ）_a
Ｅ（式中、Ｘ及びＥは上記定義の通りのものであり、ａ
は１〜３の整数である）により表される基からなる群か
ら独立に選ばれる。

【００６０】Ｒ³ に対して多くの種々の基が選択されて
よい。好ましいＲ³ 基には任意の非電子吸引性基が包含
される。適切な基には、水素、ヒドロカルビル含有基、
複素非環式基、複素環式基、又は式：（ＣＨ₂ Ｘ）_b Ｅ
（式中、Ｘ及びＥは上記定義の通りのものであり、ｂは
０〜１００の整数である）により表される基のような非
電子吸引性部分が包含される。好ましくは各Ｒ³ 基は、
水素、Ｃ₁ 〜Ｃ₂₀アルキル、Ｃ₃ 〜Ｃ₁₈シクロアルキ
ル、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₈アリール、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₈アリールオキシ、
Ｃ₆ 〜Ｃ₁₈ヒドロキシアリール、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₈アリールカ
ルボキシ、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₈カルボキシアリール、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₈
アルケニル、又は式：（ＣＨ₂ Ｘ）_b Ｅ（式中、Ｘ及び
Ｅは上記定義の通りのものであり、ｂは０〜２５の整数
である）により表される基からなる群から独立に選ばれ
る。より好ましくは各Ｒ³ 基は、水素、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₀アル
キル、Ｃ₅ 〜Ｃ₈ シクロアルキル、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₀アリー
ル、少なくとも１個のＯ、Ｎ又はＳ原子を含む複素環式
基、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₀アルケニル、又は式：（ＣＨ₂ Ｘ）_b Ｅ
（式中、Ｘ及びＥは上記定義の通りのものであり、ｂは
０〜１０の整数である）により表される基からなる群か
ら独立に選ばれる。最も好ましくは各Ｒ³ 基は、水素、
メチル、エチル、プロピル、ブチル、Ｃ₅ 〜Ｃ₈シクロ
アルキル、Ｃ₆ 〜Ｃ₁₀アリール、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₀アルケニ
ル、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₀ジアルキルアミノ、又は式：（ＣＨ
₂ Ｘ）_b Ｅ（式中、Ｘ及びＥは上記定義の通りのもので
あり、ｂは０〜３の整数である）により表される基から
なる群から独立に選ばれる。

【００６１】本発明のイオノホア化合物を基材に結合さ
せるべき場合には、少なくとも１個のＲ基は、活性水素
を有する官能基（すなわち、Ｅ基）を含まなくてはなら
ない。そのような基の導入によって、共有結合を形成す
るような共反応性官能基との反応が可能となる。

【００６２】各Ｒ² 及びＲ³ が水素であり、Ｒ¹ が一般
式（式「Ｃ」）：

【００６３】

【化１０】

【００６４】（上式中、Ｙ及びＹ’はそれらの少なくと
も一方がＯ、Ｓ又はＮＨ_x であることを条件として独立
にＯ、Ｓ、ＮＨ_x 又はＣＨ_y （式中、ｘは０又は１であ
り、ｙは１又は２である）であり、一方のＲ⁴ は水素で
あり、もう一方のＲ⁴ はカルボン酸基である）により表
される置換芳香族部分であることが好ましい。

【００６５】Ｋ⁺ の検出に特に好ましい本発明のイオノ
ホアは式：

【００６６】

【化１１】

【００６７】（上式中、ＹはＯ、Ｓ又はＮＨであり、特
にＹはＯである）により表される。

【００６８】Ｒ¹ 、Ｒ² 及びＲ³ のうちの少なくとも１
つ又は少なくとも１つのＲ⁴ 基が活性水素を含む基であ
る場合には、本発明の蛍光イオノホアは、他の分子及び
／又は基材への都合の良い共有結合手段を有する。本発
明のイオノホアは、直接又は分子テザー（molecular te
ther）（すなわち、連結基）を通じて基材に結合して検
出用組成物を形成することができるものであり、連続検
出装置又はフロースルー（flow-through）装置にこの検
出用組成物を導入することができる。

【００６９】本発明のイオノホアをそのような連結基を
通じて基材に結合させるべき場合に、その最も長い連続
鎖は好ましくは５〜１２５個の炭素原子及び／又は酸
素、窒素、硫黄等のようなヘテロ原子、より好ましくは
１０〜７０個の炭素原子及び／又はヘテロ原子、最も好
ましくは５〜１５個の炭素原子及び／又はヘテロ原子を
含み、その少なくとも１つの末端に官能基はない。これ
らの連結基は、当該イオノホアとの金属イオンの相互作
用能を阻害しないように親水性であることが好ましい。
しかしながら、当該系の種々の物理的特性にこの連結基
が寄与することが望ましい場合又は基材が十分に親水性
である場合には、その繰返し単位及び末端基の官能性を
それに応じて変性させることができる。

【００７０】当該クマロクリプタンドのＲ基のうちの１
つと選択的に反応するようにこれらの連結基の官能基を
選択することができる。可能な官能基には、アミン類、
アミド類、エステル類、オキシラン類、オレフィン類、
尿素類、イソシアネート類、チオイソシアネート類、カ
ルバメート類、スルホン酸、スルホンアミド類、塩化ス
ルホニル類、カルボン酸類、カルボキシル類、シラノー
ル類、クロロトリアジン類、ヒドラジン類、ヒドラジド
類及びアルデヒド類（又は当該クマロクリプタンドのＲ
基のうちの１つと反応することによって、アミン類、ア
ミド類、エステル類、エーテル類、尿素類、ウレタン
類、スルホンアミド類、シラン類及びヒドラジド類を形
成する基）が包含される。

【００７１】この連結基は、好ましいことに当該イオノ
ホアとの反応前に基材に結合することができる。これは
２通りの態様のうちの一方で行われる。第１の態様で
は、当該イオノホアを結合させる前に、連結基を基材と
反応させることができる。この選択肢を選ぶ場合には、
各連結基は二反応性である（すなわち、各テザーの各端
に同種又は異種の官能基を有する）ことが好ましく、基
材はテザーの官能基のうちの１つの官能基と反応するこ
とができる相補的官能基を有することが好ましい。第２
の態様では、予め結合した連結基を用いて基材を形成す
ることができる。このことは、例えば、連結基が前もっ
て結合するように基材ポリマーを選択することを伴う。

【００７２】検出用複合構造物を形成するために本発明
のイオノホアを基材上に固定化（すなわち、直接又は連
結基を通じて）すべき場合に、種々の形態の基材を使用
することができる。当該検出用複合体を連続監視装置に
導入すべき場合には、単に当該装置の寸法及び形態のた
めに、平面状基材がおそらく好ましいであろう。

【００７３】平面状基材又は平面状に容易に作製可能な
基材の例には、膜又はフィルムの形態にある自己支持性
ポリマー、及びコーティング可能なポリマー（すなわ
ち、基材上にコーティングすることができるポリマー）
が包含される。自己支持性膜は、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル（ＰＶ
Ｃ）、ポリスルホン、セルロース、官能化セルロース及
びナイロン、並びにシリカキセロゲル若しくは多孔質ガ
ラスのようなシリカを包含する種々のポリマーから形成
される。（ある種のナイロン膜は、不十分な可逆複合材
料、すなわち金属イオン濃度の変化に伴う強度変化を徐
々に示さなくなる前に、高カチオン濃度と低カチオン濃
度の間で僅かに数サイクルだけしか使用することができ
ない複合材料を提供する。）有用な基材は好ましくはイ
オン透過性であり、場合に応じて、Ｒ基の官能基と相補
的な、Ｒ基の官能基と反応する基により官能化されたも
のであるか、又はそのような基を本質的に有するように
処理（例えば、空気酸化）されたものである。

【００７４】イオノホアを基材表面に結合させるべき場
合にイオノホアの濃度をできる限り高くするために、多
孔質基材又は膜を使用すること、又は当該イオノホアを
結合させる前に、膜、特にシリカを含む膜の表面を粗く
することが望ましいであろう。

【００７５】水不溶性のコーティング可能なポリマーが
好ましい基材である。そのようなポリマーには、ポリ塩
化ビニル（ＰＶＣ）、塩化ビニルのコポリマー及びター
ポリマー、スチレンとマレイン酸及び無水マレイン酸の
うちの少なくとも１種とのコポリマー、アルキルビニル
エーテルとマレイン酸及び無水マレイン酸のうちの少な
くとも１種とのコポリマー、ビニルジメチルアズラクト
ンのポリマー及びコポリマー、並びにアクリレートエス
テル及びメタクリレートエステル（又はアクリルアミド
及びメタクリルアミド）のうちの１種とアクリル酸及び
メタクリル酸のうちの１種とのコポリマーが包含され
る。本発明のイオノホアがいったんこれらのポリマーの
うちの１種に（直接又は連結基を通じて）共有結合した
ならば、場合に応じてポリマー−イオノホア複合体を上
記の膜のうちの１つの上に塗布することができる。代わ
りに、（場合に応じて連結基と反応した）コーティング
可能なポリマーにより膜をコーティングし、次に本発明
のイオノホアの溶液中で反応させてもよい。どちらが行
われても、基材は当該イオノホアを有するコーティング
可能なポリマーを加えた膜となる。

【００７６】特に好ましい複合構造物は、本発明の３位
置換クマロクリプタンドと（直接又はテザーを通じて）
反応したポリマーによって場合に応じてコーティングさ
れた前記基材である。有効な予備形成されたポリマー基
材のうちで好ましい例には、ＰＣＴ特許出願明細書第Ｗ
Ｏ９２／０７８９９号に記載されているようなＰＶＣで
オーバーコートされた親水性多孔質ポリプロピレン（Ｈ
ＰＰＰ）が包含される。カーボンブラックでオーバーコ
ートされたヘキサンジアミン（ＨＤＡ）官能セルロース
も好ましい。

【００７７】当業者は、プロトン（又はヒドロニウムイ
オン）を選択的に透過し得る基材又は膜を選択すること
によって、種々の濃度の金属イオンの存在下でpHセンサ
ーとして機能する複合構造物を調製できることを認識す
るであろう。一定濃度の金属イオンが保たれる場合に
は、そのような選択性膜が必要でないこともありうる。

【００７８】フロースルー装置を使用する場合には、例
えば、固体複合構造物を粉末に粉砕するか（又はクマロ
クリプタンド化合物を市販入手可能な粉末若しくはビー
ズに結合させてもよい）、又はヒドロゲル、アクリルア
ミド若しくはアクリレート型ゲルのようなイオン透過性
マトリックス内に封入することができる。当該複合構造
物が粉末であるならば（又は粉末に粉砕されるなら
ば）、所望であれば平面状の基材に当該複合構造物を付
着させることができる。

【００７９】連続検出が望ましい場合に、基材は当該基
材付近に存在するカチオンと相互作用しないか又は当該
基材付近に存在するカチオンとの可逆的相互作用を可能
にしないため、特定の基材形態に関わらず、カチオン
は、結合しているイオノホアと可逆的錯体を容易に形成
することができる。カチオン／イオノホア平衡の阻害を
最低限に抑えるために、この相互作用の可逆性がカチオ
ン濃度が変化したときに著しく変わらないような態様
で、選択された基材材料がカチオンと相互作用すること
が好ましい。基材自体は、好ましくはカチオンと不可逆
的に反応せず、かつ、カチオンを不可逆的に吸着せず、
負の実効電荷を有し、親水性である。選択された基材が
本質的にこれらの好ましい特性を持たないならば、選択
された基材が本質的にこれらの好ましい特性を持つよう
に基材を変性させることができる。例えば、この組成物
に全負電荷を与え、その親水性を高めるために、前記連
結基と共にスルホネート基又はホスフェート基を結合さ
せることができる。

【００８０】結合したイオノホアにカチオンが達するに
はカチオンが基材中を拡散しなくてはならない装置に当
該検出用組成物を使用すべき場合には、基材が少なくと
も幾分イオン透過性であるか又は微孔質であることが必
要である。さらに、光の呼びかけビームが使用されるか
どうか（及びどのように光の呼びかけビームを使用する
か）に依存して、半透明又は透明基材と不透明の反射性
又は光吸収性オーバーコートを提供することが望ましい
であろう。典型的なオーバーコートには、ポリマーのよ
うなキャリア又は適切な溶媒中にカーボンブラック又は
他の顔料を含む分散液が包含される。

【００８１】被検体溶液中のカチオンの濃度を定量的に
決定すべき場合には、平衡イオン−イオノホア錯体濃度
を測定することができる分析技術が好ましい。分光分析
法が特に有用であることが見出された。蛍光分析法が特
に好ましい。そのような方法を任意に改良して励起光及
び放射光の伝送にファイバーオプチックスを使用しても
よい。例えば、励起波長λ₁ を中心とする波長範囲の呼
びかけ光を導入するため及び発光波長λ₂ を中心とする
波長範囲の放射光を検出器に送信するために、１本以上
の光学繊維を使用することができる。

【００８２】光源を使用するシステムは産業上の有用性
があることが証明されているが、固体ＬＥＤ及びレーザ
ーダイオード光源が好ましい。これらの固体光源は、概
して、光電子システムの信頼度を高め、コストを抑え、
サイズを小さくし、ノイズ／ドリフト特性を改良する。
日本国のニチア化学工業により販売されているＧａＮ青
色ＬＥＤは、多芳香族炭化水素系蛍光指示体系のための
実際的なＬＥＤ型電子光学システムの開発を可能にして
きた。特に、ＧａＮ発光ダイオードの発光（３９０〜４
２０nm）は、本明細書に開示するレッドシフトしたイオ
ノホアの吸収極大波長に一致させることができる。さら
に、新しいＧａＮレーザーダイオードは４０５nmの光を
発するものであって、位相変調型イオノホア検出を持続
させるのに十分な周波数で変調させることができるもの
である。

【００８３】本発明の蛍光イオノホア化合物は、特定の
カチオンの濃度の決定が望まれる種々の用途に使用する
ことができる。Ｋ⁺ 又はＮａ⁺ に対して選択性があるイ
オノホアは、これらのイオンの濃度を決定する際に、特
に生物学的系において特に有用である。これらのイオノ
ホアは、現存する試験用キットに組み込まれても、種々
の基材上にコーティングされても、ファイバーオプチッ
ク型分析装置に組み込まれてもよい。Ｐｂ⁺²に対して選
択性があるイオノホアは、環境試験で、あるいは生物学
的試験でも有用であり得る。シリコーンゴム又は同様な
気体透過性膜の内側（又はことによると後方）の適切に
緩衝化された水が充填された区画内に、pH近傍のpK_a 、
好ましくはジプロトン化種のpK_a を有するクマロクリプ
タンドイオノホアを限定することによって、［ＣＯ₂ ］
を決定することも可能となる（すなわち、イオノホア
は、Ｈ₂ ＣＯ₃ へのＣＯ₂ の水和により発生する酸性種
と相互作用し得る）。これらのイオノホアを使用する他
の検出及び濃度決定用途は当業者に明らかであろう。

【００８４】本発明の複合構造物の顕著な利点は、pHが
それらの蛍光強度に影響を及ぼさないことである。例え
ば、約４mMの生理学的Ｋ⁺ 濃度で生理学的pH範囲（７．
３〜７．５）を包含する約６．９８〜約７．８のpH範囲
にわたってのそのような検出用複合構造物の蛍光強度の
変化は、全蛍光強度の僅かに約６％であった（図４ｂ参
照）。対照的に、米国特許第５，４７４，７４３号明細
書に記載されている先行技術のクマロクリプタンドは同
様なpH範囲にわたって約３３％の蛍光強度の変化を示し
た（図４ａ参照）。

【００８５】特に好ましい態様において、当該イオノホ
アは、血液のような流体の１種以上のパラメーターを測
定するためのシステムの一部であるカセットであって、
米国特許第４，６４０，８２０号及び第４，７８６，４
７４号明細書、並びに同時係続出願である米国特許出願
番号第０８／８１０，９５４号に記載されているような
カセットを包含するカセットに組み込まれる。当該イオ
ノホアを、多層集成体にさらに組み込まれる膜であっ
て、前記多層集成体がカセットに接着させることができ
るものである膜に共有結合させることが好ましい。その
ような多層集成体は、感圧接着剤層であって、その片面
に貼り付けられた剥離ライナー（例えば、ポリエチレン
テレフタレート、接着剤業界でＰＥＴとして知られてい
るもの）と、その対向面に薄い可撓性膜、例えばＰＶＣ
又はポリカーボネートとを有する感圧接着剤層を含み得
る。本発明の検出用イオノホアが共有結合した又は本発
明の検出用イオノホアによりコーティングされた好まし
くはＨＰＰＰ又は変性セルロースのようなキャリア基材
を含むこの検出用基材は、可撓性膜に接着剤により接着
されるか又は可撓性膜に貼り合わされる。この多層集成
体の最外面（例えば、当該検出用基材の露出面）で、不
透明コーティングが当該検出用基材を被覆していること
が好ましい。個々の層については前述の通りである。

【００８６】既に述べたもののような流体パラメーター
測定システムに有用なカセットには、フロースルー型又
はシャント型の少なくとも２種類がある。フロースルー
カセットは、動脈又は静脈路内での検出に有用であるこ
とができ、一方、シャントカセットは、例えば開胸外科
手術でのシャント路内での検出に有用であることができ
る。シャント路は、患者からの血液を主心肺循環回路に
接続されているが主心肺循環回路から分かれている回路
に流す手段を包含する。以下で述べる一体型カセット集
成体は、それが典型的にはより小さな流体チャンバーを
有し、当該システムから容易に取り外し、慣用的なオー
トクレーブ法により殺菌することができるものであるた
め、シャント路で使用されることが好ましい。都合良い
ことに、本発明のクマロクリプタンドイオノホアを含む
多層検出用集成体は、オートクレーブ殺菌（約１２０
℃）の前後で実質的に同じイオン応答及びスペクトル特
性を示す。

【００８７】フロースルーカセットによって、動脈及び
静脈路に沿う流体の通過を、監視前に妨害されずに保つ
ことが可能となる。フロースルーカセットは、典型的に
は、血液流を制限しないようにより直径が大きい入口と
出口を有する。半透膜が使用される場合に、半透膜は、
本明細書に記載するような１つ以上の較正された検出用
膜が組み込まれた本体に封着されるフロースルーケーシ
ングの上部開口部をシールする。この検出用本体は、以
下で詳しく説明する図１１の装置２００のような測定装
置に接続されることが好ましい。いったん流体パラメー
ターを測定したならば、このカセットは装置２００から
取り外され、廃棄される。フロースルーカセットは、通
常オートクレーブ処理されることを予定されていない。

【００８８】血液のような流体の１種以上の特性又はパ
ラメーターを測定するためのシステム１０を図１１に示
す。システム１０は概してカセット１０内の流体のパラ
メーターを測定するための測定装置１４に加えて流体を
受容するカセット１２を具備する。

【００８９】カセット１２を図１２により詳細に示す。
このカセット１２は、ケーシング１６の軸線に沿って延
びる細長い内部フロースル流体チャンバー１８を画定す
る壁部分を有する細長いケーシング１６を具備する。流
体チャンバー１８は、チャンバー１８に流体を入れるた
めの第１口又は「入口」を有する第１部分２０と、流体
が流体チャンバー１８から流出させるための第２口又は
「出口」を有する第２部分２２と、部分２０と２２の間
に位置する中央部分とを具備する。（この記載は、第１
部分２０を通ってチャンバー１８に流入し、第２部分２
２を通ってチャンバー１８から排出される流体を示すも
のであるが、所望であれば流体が第２口を通ってチャン
バー１８に入り、そして第１口を通って出るように、流
体がチャンバー１８を通って逆方向で流れてもよいこと
が理解されるべきである。）

【００９０】ケーシング１６の外側は、概して長円形の
窪み２６を有する中央部分を具備する。チャンバー１８
内の流体の１種以上のパラメーターを決定するための少
なくとも１つのセンサーが、ケーシング１６に搭載され
る。図示されている態様において、一連の４つのセンサ
ーは窪み２６と流体チャンバー１８の中間部分２４との
間に配置されており、これらのセンサーは、ケーシング
１６の軸線に沿って整列して互いに離間した関係で設け
られた４つのキャビティ内に配置されている。図４に示
されているように、これらのセンサーは、キャビティ２
７、２９、３１、３３のそれぞれの中に収容されている
カリウムセンサー２８、pHセンサー３０、二酸化炭素セ
ンサー３２及び酸素センサー３４を包含する。

【００９１】ケーシング１６内の穴は、pHセンサー３０
と二酸化炭素センサー３２の間に設けられている。熱電
対収容用縦穴３６はケーシング１６に取り付けられてお
り、前記穴に延びている。縦穴３６は、流体チャンバー
１８の中央部分に面するケーシング１６の壁部分に接着
剤により接着されたリムを有する帽子型の形態を有す
る。適切な接着剤は、Loctite Corporation 製の商標
「UV Cure 」の接着剤のようなアクリルウレタン系接着
剤である。縦穴３６は金属のような伝熱性を有する耐蝕
性材料、例えば厚さ０．００４インチ（０．１mm）のチ
タンから作製されたものであることが好ましい。縦穴３
６は、流体チャンバー１８内の流体との本質的な熱的接
触を提供するように、流体チャンバー１８の中央部分２
４中に突き出ている。

【００９２】ケーシング１６は、窪み２６を画定し、そ
してケーシング１６の軸線から離れる方向に外側に向か
って延びる概して長円形のリム４０も具備する。図１２
を参照すると分かるように、長円形の窪み２６と周囲の
リム４０の主軸は一致しており、センサー２８、３０、
３２、３４及び縦穴３６の中心を横切って延びており、
またケーシング１６及び流体チャンバー１８の軸線と平
行である。

【００９３】半円筒形の整合キー４２はリム４０の内壁
に一体的に連結されている。また、ケーシング１６の軸
線に垂直であり且つセンサー３２とセンサー３４の間に
等距離に延びる基準面が整合キー４２の直径面に沿って
整合キー４２を二等分するように整合キー４２が配向さ
れることが好ましい。

【００９４】カセット１２は、測定装置１４にケーシン
グ１６を着脱可能に連結するための第１雄カップリング
を具備する。カップリング４４は、ケーシング１６の軸
線に垂直な方向に、凸状の概してＵ字形の形状を有す
る。カップリング４４は、ケーシング１６の前述の中央
部分と、リム４０の外延方向とは反対側にケーシング１
６から外側に延びる対向脚部４６とを具備する。各脚部
４６は、各脚部４６の外面と平行である同一平面上の平
らな外面４７を有する支持部分の対を具備する。好まし
くは、対向脚部４６の外面４７は、ケーシング１６に収
束し、約２８度〜約３２度の範囲内の角度で互いに向か
い合う各基準面に沿って延びている。より好ましくは、
外面４７は、約３０度の角度で互いに向かい合う各基準
面に沿って延びている。

【００９５】フランジ４８は、各脚部４６の外端に一体
的に連結されている。フランジ４８は、ケーシング４８
の軸線と平行な共通基準面内にある。脚部４６は、幾分
可撓性であり、指圧の作用下でもう一方の方向に若干移
動することができるが、いったん指圧を解放すると、そ
れらの原形に即座に且つ繰返し戻るのに十分な記憶も有
する。

【００９６】各脚部４６の外側の中央端領域は、前記支
持部分の間に存在するくさび形タブ５０に一体的に連結
されている。タブ５０は、一方に対して約８０度の角度
で配向している各基準面に沿って各脚部４６から外側に
向かって互いに反対側に延びている。さらに各タブ５０
の末端は、フランジ４８の延長方向に対して２５度の角
度で配向している基準面内で延びている。タブ５０の最
外端は、各脚部４６の隣接する領域に対して外側に間隔
をおいて拡がっており、且つ、ケーシング１６の軸線と
フランジ４８を含む上記基準面との間の共通基準面内に
存在する。

【００９７】好ましくは、ケーシング１６は、医療用ポ
リカーボネートのような比較的透明のプラスチック材料
から作製されたものであって、射出成形に続いて互いに
接合された２個以上の元々は別々の部品から構成された
ものである。適切な２個構成構造の例を図１３に示す。
図１３において、ケーシング１６の一部品は窪み２６及
びリム４０を具備してセンサー２８、３０、３２及び３
４を搭載し、そして第２の部品は図示されているような
脚部４７、入口及び出口並びに他の要素を具備する。こ
れらの部品は、超音波溶接、溶着又は接着により互いに
連結される。当然のことながら、他の構造（一体的な１
個構成構造又は３個構成構造）も可能である。

【００９８】図１１〜１３に例示されているように、ケ
ーシング１６は第１部分２０の入口を取り囲む第１おね
じ付き部分を有する。この第１おねじ付き部分は、カセ
ット１２がチャンバー１８を流れる流体のパラメーター
を測定するために使用される場合に、めねじ付きLuer型
コネクタに係合的に連結するような構造に作られたもの
であることが好ましい。コネクタ５２はチャンバー１８
の方に流体を向けるフレキシブルチューブの部分に締り
嵌め継手を提供するためのリブ付き部分を有する。

【００９９】第２ねじ付き部分は第２流体チャンバー部
分２２の出口を取り囲む。図１１に示されているよう
に、取付部品５６は、第２ねじ付き部分を係合的に受容
するめねじ付き部分を場合に応じて有する。取付部品５
６は、放射状に内側に延びるリブを有する後方に延びる
つばを具備する。ケーシング１６は、取付部品５６がケ
ーシング１６から部分的に抜けたときには常に標準環境
下での取付部品５６の脱離を防止するために、限界を画
する外側に放射状に延びるリブであって、止め具として
機能し、且つ、当該リブに物理的障害を提供する第２ね
じ付き部分に隣接するリブ６０を有する。

【０１００】測定装置１４は、２部品型の細長いハウジ
ング２００を具備する。この２個の部品は、（スナップ
合わせ集成体用の）内側にかえしのあるコネクタにより
又はねじにより結合させることができる。ハウジング２
００は、ポリカーボネートとアクリロニトリル−ブタジ
エン−スチレン（ＡＢＳ）ポリマーの混合物のような耐
衝撃性プラスチック材料から作製されたものであって、
殺菌を容易にするために滑らかな外面を有する。場合に
応じて、ハウジング２００の内面は電磁適合性のある材
料によりコーティングされる。

【０１０１】測定装置１４は、陽極酸化されたアルミニ
ウムのような金属材料から任意に作製された第２雌カッ
プリング２０２を具備する。カップリング２０２は、ハ
ウジング２００の軸線に垂直な方向に概してＵ字形の凹
形窪みを有する。この窪みは、中央湾曲部２０６により
相互連結される２つの平らな対向側壁部２０４を具備す
る。好ましくは、対向側壁部２０４は、湾曲部２０６に
収束し、約２８度〜約３２度の範囲内の角度で互いに向
かい合う各基準面に沿って延びている。より好ましく
は、外面４７は、約３０度の角度で互いに向かい合う各
基準面に沿って延びている。各側壁部２０４の外端部
は、ハウジング２００の軸線に平行な方向に延びる細長
い溝２０８を有する。

【０１０２】本発明の理解を助けるために次の実施例を
示すが、この実施例が本発明の範囲を限定するものであ
ると理解されるべきではない。特に断らない限り、全て
の部及び百分率は重量で表されている。

【０１０３】

【実施例】実施例１〜６及び１８〜２１は、フリル置換
クマロクリプタンド（ＦＣＣＣ）の調製法を説明する。
実施例７〜１１はチオフェン置換クマロクリプタンド
（ＴＣＣＣ）の調製法を説明する。実施例１２〜１６
は、ＦＣＣＣの誘導体を含むセンサーの作製法を説明す
る。実施例１７は、このセンサーについて実施した試験
結果を説明する。実施例２６〜３６は、６，７−［２．
２．２］−クリプタンド−３−カルボエトキシ−クマリ
ン(VII) の調製法における種々の工程を説明する。実施
例３７は、この化合物のエステル部分の加水分解を説明
する。

【０１０４】実施例１ エチル−（５−ブロモエチル）−２−フロエート Ａ．ルート１ Bull. Chem. Soc. Japan, 第60巻、第1907〜1912頁（19
87）に記載されているTsuboi等の手順を用いて二酸化セ
レンによりエチルソルベートを酸化させ、エチル−ｔ−
メチル−２−フロエート及びエチル−５−メチル−２−
セレノフェノカルボキシレートの混合物とした。１８ｇ
のエチルソルベート、２６ｇのＳｅＯ₂ 及び７５mlのキ
シレンの混合物を還流下で約２時間加熱した。濾過後、
蒸留により溶剤を除去した。残留油をシリカゲル上で２
種の生成物にクロマトグラフ分離（ヘプタン−酢酸エチ
ル４：１を使用）した。エチル−５−メチル−２−フロ
エートの収量は５．１２ｇであった。 H¹ NMR(CDCl₃): d 1.38 (t, 3H, CH₃); d 2.40 (s, 3H,
CH₃); d 4.38 (q, 2H,CH₂); d 6.11 (d, 1H, Ar-H); d
7.07 (d, 1H, Ar-H).

【０１０５】Textbook of Practical Organic Chemistr
y, B. Furniss 等（編集者）、第４版、Longman, Londo
n （1978）の第402 頁にVogel により記載されている手
順に従って、１５０mlのクロロホルムに、１６．４ｇの
Ｎ−ブロモスクシンイミド及び０．５ｇの過酸化ベンゾ
イルと共に１４．２ｇの上記生成物を加えた。この混合
物を窒素下で約２時間還流させ、次に一晩冷却した。沈
殿したスクシンイミドを濾過し、回転減圧蒸発器により
ＣＨＣｌ₃ を除去した。エチル−（５−ブロモエチル）
−２−フロエートの収量は１５．５ｇであった。 H¹ NMR(CDCl₃): d 1.38 (t, 3H, CH₃); d 4.36 (t, 2H,
CH₂); d 4.50 (s, 1H,CH₂Br); d 6.50 (d, 1H, Ar-H);
d 7.12 (d, 1H, Ar-H).

【０１０６】Ｂ．ルート２ OPPI Briefs, 第17巻、第203 頁（1985）に記載されて
いるMoore 等の手順を用いてスルファミン酸及び亜塩素
酸ナトリウムにより５−メチル−２−フルフラルアルデ
ヒドを酸化させた。２リットルの水に５０ｇの５−メチ
ル−２−フルフラルアルデヒド及び４４ｇのスルファミ
ン酸を溶解させた。別の５００mlの水に４１ｇの亜塩素
酸ナトリウムを溶解させ、この第２溶液を前記第１溶液
に加えた。組み合わせた溶液を一晩攪拌し、１００mlの
酢酸エチルを用いて３回抽出し、次に濃縮すると油とな
り、この油は放置すると結晶化した。５−メチル−２−
フロ酸の収量は２７．５ｇであった。 H¹ NMR(CDCl₃): d 2.35 (s, 3H, CH₃); d 6.09 (d, 1H,
Ar-H); d 7.08 (d, 1H,Ar-H).

【０１０７】この手順から得た生成物２２ｇと触媒量の
Ｈ₂ ＳＯ₄ を５００mlのエタノールに加えた。２日間還
流後、溶液を１リットルの水に注ぎ入れ、酢酸エチルを
用いて抽出した。回転減圧蒸発器を使用して酢酸エチル
を除去（すなわち、濃縮）した。残留物を２０mlのヘプ
タンに溶解させ、フラスコの底部で形成されていた少量
の褐色固形物からデカントした。

【０１０８】このヘプタン溶液を濃縮し、１４．６ｇの
褐色液体を得た。この反応の収率は、少量の２，６−ジ
−ｔ−ブチル−４−メチルフェノールを酸化防止剤とし
て加えることにより向上した。ＮＭＲスペクトルは、エ
チルソルベートのＳｅＯ₂ 酸化から得られた生成物（す
なわち、エチル−５−メチル−２−フロエート）に一致
した。前述のようなＮ−ブロモスクシンイミドによる臭
素化によって、エチル−（５−ブロモメチル）−２−フ
ロエートが生成した。

【０１０９】実施例２ エチル−（５−シアノメチル）−２−フロエート Ａ．ルート１ ２０mlのエタノールに、１５．５ｇのエチル−（５−ブ
ロモメチル）−２−フロエート（実施例１から）を加
え、これに１０mlの水に２．７ｇのＮａＣＮを含む溶液
を加えた。組み合わせたものを約１時間還流させ、次に
冷却し、水に注ぎ入れ、生成物を酢酸エチル中に抽出さ
せた。この溶液を濃縮し、純度約５０％の褐色液体１
０．８ｇを得た。 H¹ NMR: d 1.15 (t, 3H, CH₃); d 4.24 (q, 2H, CH₂);
d 4.30 (s, 2H, CH₂CN);d 6.60 (d, 1H, Ar-H); d 7.26
(d, 1H, Ar-H).

【０１１０】Ｂ．ルート２ 代わりに、市販入手可能なエチル（５−クロロメチル）
−２−フロエート（ワイオミング州ミルウォーキー所在
のAldrich Chemical Co.製）から以下のようにエチル−
（５−シアノメチル）−２−フロエートを調製した：２
５．８９ｇのＫＣＮ、５００mlのＤＭＳＯ及び２００ml
のＴＨＦを含む機械攪拌機が装着された５リットル３口
丸底フラスコに、５００mlのＴＨＦ中の５０ｇのエチル
−（５−シアノメチル）−２−フロエートを４分間にわ
たって滴下添加した。混合物を２３℃で一晩攪拌し、次
に２リットルの５℃の水及び１リットルのクロロホルム
と共に１０分間攪拌した。水性相を分離し、５００mlの
クロロホルムで２回抽出した。組み合わせたクロロホル
ム相を１リットルの飽和ＮａＣｌ水溶液で洗浄し、２７
０ｇの硫酸ナトリウム上で乾燥させ、濾過し、回転減圧
蒸発器で蒸発させた。残留物をシリカゲルカラム上でフ
ラッシュ濾過し、酢酸エチル：石油エーテル１５：８５
混合物を使用して所望の生成物を溶出させた。収量は１
３．７７ｇであり、特性評価は上記のようにＮＭＲによ
り行った。

【０１１１】実施例３ ６，７−ビス−（２’−クロロエトキシ）−３−［２''
−５''−カルボエトキシ）−フリル］クマリン １００mlのエタノールに、１０．８３ｇの粗製エチル−
（５−シアノメチル）−２−フロエート（実施例２か
ら、純度約５０％）、１６．９ｇの４，５−ビス−
（２’−クロロエトキシ）−２−ヒドロキシ−ベンズア
ルデヒド（米国特許第５，４７４，７４３号明細書の実
施例４に記載されている手順に従って調製したもの）及
び触媒量のピペリジンを組み合わせた。混合物を約１時
間還流させ、冷却し、次いで２０mlの濃ＨＣｌにより処
理した。数分後、沈殿物が形成された。スラリーを冷却
し、４．８ｇの固形物を採集した。 H¹ NMR(d₆ DMSO): d 1.31 (t, 3H, CH₃); d 3.98 (m, 4
H, CH₂Cl); d 4.32 (m,4H, CH₂); d 4.42 (t, 2H, C
H₂); d 7.22 (d+s, 2H, Ar-H); d 7.40 (d, 1H, Ar-H);
d 7.65 (s, 1H, Ar-H); d 8.43 (s, 1H, Ar-H).

【０１１２】実施例４ ６，７−ビス−（２’−ヨードエトキシ）−３−［２''
−（５''−カルボエトキシ）−フリル］クマリン ４．３ｇの６，７−ビス−（２’−クロロエトキシ）−
３−［２''−５''−カルボエトキシ）−フリル］クマリ
ン（実施例３から）及び４．１ｇのＮａＩを１００mlの
メチルエチルケトン中で３日間還流させた。溶液を冷却
し、４．３ｇの沈殿物を採集した。この沈殿物は対応す
るヨウ素化クマリンであることが示された。 H¹ NMR(d₆ DMSO): d 1.31 (t, 3H, CH₃); d 3.50 (m, 4
H, CH₂I); d 4.32 (m, 4H, CH₂); d 4.40 (t, 2H, C
H₂); d 7.08 (s, 1H, Ar-H); d 7.18 (d, 1H, Ar-H); d
7.34 (d, 1H, Ar-H); d 7.58 (s, 1H, Ar-H); d 8.38
(s, 1H, Ar-H).

【０１１３】実施例５ ＦＣＣＣ−エステル （６，７−［２．２．２］−クリプタンド−３−［２''
−（５''−カルボエトキシ）フリル］クマリン） ４．３ｇの６，７−ビス−（２’−ヨードエトキシ）−
３−［２''−（５''−カルボエトキシ）フリル］クマリ
ン（実施例４から）、２．１２ｇの１，４，１０，１３
−テトラオキサ−７，１６−ジアザシクロオクタデカ
ン、及び４．３ｇのＮａ₂ ＣＯ₃ を４００mlの乾燥アセ
トニトリル中で３日間還流させた。その後、所望の生成
物の量のさらなる増加はＨＰＬＣにより検出できなかっ
た。溶液を濃縮させ、残留物を不活性中性アルミナ上で
クロマトグラフ分離した。ジヨード出発物質をまずＣＨ
₂ Ｃｌ₂ により溶出させた。次に、生成物をＣＨ₂Ｃｌ
₂ 中の５％エタノールにより溶出させた。最終的に、エ
タノール中の５％酢酸を使用し、カラム上の任意のＦＣ
ＣＣ−酸を除去した。代わりに、熱メタノール中に溶解
させ、シクロヘキサンと酢酸エチルの５：１混合物を加
えることにより粗製ＦＣＣＣ−エステルを結晶化させ、
固体ＦＣＣＣ−エステルを得ることができる。この手順
において、カラムクロマトグラフィーは必要ではない。
５％エタノール画分を組み合わせ、回転減圧蒸発器によ
り濃縮した。ＦＣＣＣ−エステルの収量は３．４ｇであ
った。 H¹ NMR(d₆ DMSO): d 1.31 (t, 3H, CH₃); d 3.50〜4.0
(m, 24H,クリプタンドのCH₂); d 4.32 (q, 2H, OCH₂);
d 4.50 (t, 2H, CH₂); d 4.60 (t, 2H, CH₂); d7.16
(d, 1H, Ar-H); d 7.30 (s, 1H, Ar-H); d 7.42 (d, 1
H, Ar-H); d 7.75(s, 1H, Ar-H); d 8.50(s, 1H, Ar-
H).

【０１１４】実施例６ ＦＣＣＣ−酸 （６，７−［２．２．２］−クリプタンド−３−［２''
−（５''−カルボキシ）フリル］クマリン） ＦＣＣＣ−エステル（実施例５から）を２ＮのＨＣｌ水
溶液中で約１時間還流させることにより加水分解させ
た。反応の進行をＨＰＬＣにより追跡した。エステル出
発物質の１１．８５分間の保持時間に対し、酸生成物は
１０．４２分間の保持時間を示した。加水分解時間がよ
り長くなると、第３成分（すなわち、エステル又は酸以
外のもの）が生成した。未反応エステルを溶出させるた
めにエタノール（「ＥｔＯＨ」）を、そして酸生成物を
溶出させるためにＥｔＯＨ／５％酢酸を使用し、不活性
中性アルミナ上でのカラムクロマトグラフィーにより酸
を精製した。ＥｔＯＨ／５％酢酸画分を組み合わせ、回
転減圧蒸発器に続いて減圧ポンプを使用して濃縮した。
カボチャ色の固形物が得られた。４．３ｇのＦＣＣＣ−
エステルの加水分解を幾つかのバッチで行った。例え
ば、０．９５ｇのエステルは、クロマトグラフ分離後に
０．５ｇの純粋なＦＣＣＣ−酸を与えた。

【０１１５】代法として、以下の手順に従って、エステ
ルの加水分解を行った。９０mlのＴＨＦ中に５．６ｇの
ＦＣＣＣ−エステル（実施例５から）を含む混合物を２
９mlのメタノールと共に攪拌及び混合した。この混合物
に５６mlの水の中に３．７ｇの水酸化リチウム一水和物
を含む溶液を加えた。得られた混合物を２３℃で３０分
間攪拌し、次に８４mlの６ＮのＨＣｌにより稀釈し、続
いてさらに１時間攪拌した。回転減圧蒸発器を使用し、
２０分間を要して３８℃で溶剤を除去し、残留物を１２
０mlのメタノール（「ＭｅＯＨ」）及び１２０mlのＴＨ
Ｆの溶液中に溶解させ、次に溶剤のストリッピングを継
続した。ＭｅＯＨ／ＴＨＦストリッピングを数回繰り返
すと、残留水の殆どが除去され、黄色固形分が得られ
た。０．０１mmHgで一晩乾燥させると、９．７ｇのＦＣ
ＣＣ−酸が得られた。

【０１１６】実施例７ エチル−（５−ブロモメチル）−２−チオフェンカルボ
キシレート 実施例１Ｂにおけるように５−メチル−２−チオフェン
カルボン酸の２５ｇの試料をエステル化し、２９．９ｇ
のエチル−５−ブロモメチル−２−チオフェンカルボキ
シレートを得た。 H¹ NMR(CDCl₃): d 1.35 (t, 3H, CH₃); d 2.36 (s, 3H,
CH₃); d 4.33 (q, 2H,CH₂); d 6.02 (d, 1H, Ar-H); d
7.00 (d, 1H, Ar-H). ２７．５６ｇのＮ−ブロモスクシンイミドを用いてこの
生成物を実施例１Ａにおけるように臭素化すると、３
６．２３ｇのエチル−（５−ブロモメチル）−２−チオ
フェンカルボキシレートを橙色液体として得た。 H¹ NMR(CDCl₃): d 1.35 (t, 3H, CH₃); d 4.30 (t, 2H,
CH₂); d 4.40 (s, 1H,CH₂Br); d 7.19 (d, 1H, Ar-H);
d 7.70 (d, 1H, Ar-H).

【０１１７】実施例８ エチル−（５−シアノメチル）−２−チオフェンカルボ
キシレート ３６．２３ｇのエチル−（５−ブロモメチル）−２−チ
オフェネカルボキシレート（実施例７から）を実施例２
に記載したようにＮａＣＮと反応させ、２６ｇのエチル
−（５−シアノメチル）−２−チオフェンカルボキシレ
ートを褐色液体として得た。 H¹ NMR: d 1.23 (t, 3H, CH₃); d 3.93 (s, 1H, CH₂B
r); d 4.24 (q, 2H, CH₂);d 6.98 (d, 1H, Ar-H); d 7.
60 (d, 1H, Ar-H).

【０１１８】実施例９ ６，７−ビス−（２’−クロロエトキシ）−３−［２''
−（５''−カルボエトキシ）−チオフェン］クマリン エタノール中に４．８ｇのエチル−（５−シアノメチ
ル）−２−チオフェンカルボキシレート（実施例８か
ら）を含む溶液を６．５ｇの４，５−ビス−（２’−ク
ロロエトキシ）−２−ヒドロキシベンスアルデヒドによ
り実施例３に記載したように処理し、所望のクマリンに
対応する黄色固形物４．８ｇを得た。 H¹ NMR (d₆ DMSO): d 1.29 (t, 3H, CH₃); d 3.98 (m,
4H, CH₂Cl); d 4.30 (m,4H, CH₂); d 4.40 (t, 2H, C
H₂); d 7.20 (s, 1H, Ar-H); d 7.39 (s, 1H, Ar-H); d
7.78 (s+d, 2H, Ar-H); d 8.68 (s, 1H, Ar-H).

【０１１９】実施例１０ ６，７−ビス−（２’−ヨードエトキシ）３−［２''−
（５''−カルボエトキシ）−チオフェン］クマリン ６，７−ビス−（２’−クロロエトキシ）−３−［２''
−（５''−カルボエトキシ）−チオフェン］クマリン
（実施例９から）の２．４４ｇの試料を実施例４に記載
したようにＮａＩと反応させ、所望のヨードクマリンに
対応する黄色固形物２．０ｇを得た。 H¹ NMR (d₆ DMSO): d 1.31 (t, 3H, CH₃); d 3.58 (m,
4H, CH₂); d 4.30 (t, 2H, CH₂); d 7.23 (s, 1H, Ar-
H); d 7.40 (s, 1H, Ar-H); d 7.81 (s+d, 2H, Ar-H);
d 8.73 (s, 1H, Ar-H).

【０１２０】実施例１１ ＴＣＣＣ−エステル （６，７−［２．２．２］−クリプタンド−３−［２''
−（５''−カルボエトキシ）チオフェニル］クマリン） 実施例１０のヨードクマリンの全てを実施例５に記載し
たように１，４，１０，１３−テトラオキサ−７，１６
−ジアザシクロオクタデカンと共に加熱した。得られた
混合物のＨＰＬＣにより多くの生成物が示され、幅の広
いピークに取り囲まれた鋭いピークは所望の生成物と一
致した。不活性アルミナ上でのカラムクロマトグラフィ
ーによる粗生成物の精製（ＣＨ₂ Ｃｌ₂ 中に７％のエタ
ノールを含むものを使用して溶出）によって、前記鋭い
ピークにほぼ対応する１つの画分を得た。この画分を濃
縮し、０．１７ｇの所望のＴＣＣＣ−エステルを得た。 H¹ NMR (d₆ DMSO): d 1.31 (t, 3H, CH₃); d 3.5〜4.0
(m, 24H, クリプタンドのCH₂); d 4.35 (q, 2H, OCOCH
₂); d 4.39 (t, 2H, CH₂); d 4.50 (t, 2H, CH₂); d 7.
39 (d, 1H, Ar-H); d 7.60 (s83 (d, 1H, Ar-H); d 8.8
1 (s, 1H, Ar-H).

【０１２１】実施例１２ アズラクトン官能ＨＰＰＥ上に固定化されたＦＣＣＣ Ａ．アミン官能ＨＰＰＥ膜 寸法が７．６cm×７．６cmの親水性アズラクトン官能多
孔質ポリエチレン（ＨＰＰＥ）膜（引用によりここに含
めることにする米国特許第５，３３４，７０１号明細書
の開示に従って作製）を、６．５ｇの Jeffamine^TM ED9
00（ニューヨーク州ロンコンコマ（Ronkonkoma）所在の
Fluka Chemical Corp 製のビス（２−アミノプロピル）
ポリエチレングリコール８００）と１５滴の１，８−ジ
アザビシクロ［５．４．０］ウンデク−７−エンとを含
む４０mlのＣＨＣｌ₂ 中に入れ、約１８時間攪拌した。
膜を取り出し、ＣＨＣｌ₂ により４回洗浄し、次に風乾
させた。

【０１２２】Ｂ．膜への染料のカップリング 広口ジャー内の約３０mlのジメチルホルムアミド中に約
２００mgのＦＣＣＣ−酸（実施例６から）を溶解させ
た。これに２mlの１，３−ジイソプロピルカルボジイミ
ド（ＤＩＣ）及び約２００mgのヒドロキシベンゾトリア
ゾール水和物（ＨＯＢｔ）を加えた。混合物を回転混合
機で約１０分間攪拌した。その後、１mlのＮ，Ｎ−ジイ
ソプロピルエチルアミン（ＤＩＥＡ）及び寸法が各々
７．６cm×７．６cmである全段落に記載のアミン官能膜
４枚を加えた。上記混合物を回転混合機で一晩攪拌し、
その後、膜を取り出し、風乾させる前にジメチルホルム
アミドで４回及びＣＨ₂ Ｃｌ₂ で４回洗浄した。

【０１２３】代法として、１０mlのＤＩＣ、４８０mgの
ＨＯＢｔ及び１mlのＤＩＥＡを含む５０mlの塩化メチレ
ンに部分加水分解したアズラクトン官能ＨＰＰＥ膜を加
えた。フラスコを回転混合機で約６時間穏やかに攪拌
し、その後、膜を取り出し、塩化メチレンによりしっか
り洗浄した。アズラクトン官能基の再現は、赤外スペク
トルでの１８２３cm^-1のピークの存在により確認され
た。場合に応じて、残留アミンを除去するための追加の
アセチル化工程を、１０mlの無水酢酸及び１mlのＤＩＥ
Ａを含む１０mlのＣＨ₂ Ｃｌ₂ 溶液中に膜を入れること
により行ってもよい。しかしながら、生成物のアセチル
化の後においてセンサーの性能の向上を認めることはで
きなかった。

【０１２４】実施例１３ ＨＰＰＰ上にコーティングされた固定化ＦＣＣＣ 米国特許第５，４７４，７４３号明細書に記載の実施例
１７〜１９の方法を使用し、ＦＣＣＣ染料にカップリン
グしたポリマーによりコーティングされたＨＰＰＰ膜を
作製した。カルボキシル化ＰＶＣ（「ＰＶＣ−ＣＯＯ
Ｈ」、Aldrich ）をJeffamine ED-900^TMによりエステル
化し、得られたアミン官能ポリマーをＦＣＣＣ−酸（実
施例６から）と反応させた。染料がカップリングしたＰ
ＶＣ−ＣＯＯＨをＨＰＰＰ上に溶液塗布した。乾燥され
た被覆ＨＰＰＰウェブを使用して本発明のカリウムセン
サーを作製した。

【０１２５】実施例１４ アミン官能 Cuprophan^TM膜上に固定化されたＦＣＣＣ 合計８枚の各々３０．５cm×３０．５cm×０．０１mmの
グリセロールがしみ込んだ Cuprophan^TMセルロースのシ
ート（イリノイ州シカゴ（Chicago ）所在のAkzo Nobel
Chemicals製）を５００mlの脱イオン水中で２回洗浄
（１０分間）し、グリセロールを除去した。各シートを
２３．５cm×２６cmのガラスプレート上に延ばし、室温
（約２１℃）で乾燥させた。

【０１２６】Ａ．オーバーコート ４．５ｇのデキストラン（MW 2,000,000）及び２２５ml
の脱イオン水を広口５００mlボトルに加えることにより
オーバーコート溶液を調製した。混合物をオーブン内で
５０℃に加熱し、デキストランを溶解させた。次に、
２．２５ｇの Marasperse DBOS-4^TM分散剤（ワイオミン
グ州ロスチャイルド（Rothschild）所在Diashowa Chemi
cals, Inc.製）を加え、混合物を振盪した。その後、
４．５ｇの Monarch-700^TMカーボンブラック（マサチュ
ーセッツ州ウォールサム（Waltham ）所在のCabot Cor
p. 製）を攪拌しながら加えた。氷水浴中で、各サイク
ルの間に振盪しながら、Model W-385 音波処理機（ニュ
ーヨーク州ファーミングデール（Farmingdale ）所在の
Misonix Inc.製）により５回（３分間のサイクル時間
で）音波処理した。カーボンブラックの均一な水性分散
液を得た。この分散液に４．５ｇの５０％ＮａＯＨ溶液
（水溶液）を加え、そして分散液をさらに１分間振盪し
た。その後、脱イオン水中に６．７５ｇの５０％エチレ
ングリコールジグリシジルエーテル（ＥＧＤＧＥ）を含
む溶液を加え、続いて１分間振盪した。振盪せずに室温
で１０分間エージングした後、得られたオーバーコート
溶液を Cuprophan^TM膜の各シート上に均一に吹き付け
た。Model 8452A UV分光光度計（カリフォルニア州パロ
アルト（Palo Alto ）所在のHewlett-Packard Instrume
nts Corp.製）を使用し、４６４nmでのシートの不透明
度を監視した（ほぼ３の吸収単位）。シートをガラス板
上で１時間乾燥させた。

【０１２７】Ｂ．架橋 １リットルビーカー内で、３５４mlの脱イオン水中に
３．１ｇの５０％ＮａＯＨ溶液を含む溶液を調製した。
これに混合しながら８６ｇのＤＭＳＯを加えた。その
後、４４３ｇの５０％ＥＧＤＧＥ水溶液を加え、混合し
た。架橋溶液をシート上に流延し、シート上に保つこと
ができるように、８枚の板の全ての上に枠を載せ、クラ
ンプで締めた。溶液（約１００ml）を各板の上に流延
し、５０〜６０分間を要して架橋させた。新しい溶液が
Cuprophan^TMシートと接触するようにこの時間の間に静
かに板を回転させた。その後、枠に沿って Cuprophan^TM
膜を切断し、２０００mlの脱イオン水で３回濯いだ。

【０１２８】Ｃ．ＨＤＡ（１，６−ヘキサンジアミン）
反応 ４リットルビーカー内の２．０リットルの脱イオン水中
に１２０ｇの７０％ＨＤＡを含む溶液に、室温で、架橋
した Cuprophan^TM膜を１０５分間浸漬した。ガラス棒を
用いてシートに渦を巻かせることによりトラップされた
気泡を注意深く除去した。ビーカーからシートを取り出
し、２０００mlの脱イオン水により５回濯ぎ、過剰のＨ
ＤＡを洗い落とし、次に脱イオン水に浸漬した。（この
段階で、次の工程にシートを即座に使用することができ
る。代わりに、シートを脱イオン水／酸浴（２リットル
の脱イオン水中に１mlの１２ＮのＨＣｌを含む）中で一
晩貯蔵してもよい。）

【０１２９】Ｄ．ＦＣＣＣカップリング反応 ３０mlのＤＭＦを含む直径１５．２cmのペトリ皿内で３
０mgのＦＣＣＣ（実施例６から得たもの）を１０〜１５
分間攪拌することにより溶解させることによって、染料
溶液を調製した。その後、０．８mlのＤＩＣ及び１９０
mgのＨＯＢｔを加え、１５分間攪拌し、その後に、０．
４mlのＤＩＥＡを加え、攪拌を約５分間継続した。ＨＤ
Ａ官能化 Cuprophan^TMシートを脱イオン水から取り出
し、１０．２cm×１０．２cm試験片に切断し、紙タオル
上に載せて過剰の水を吸い取った。そのような２枚の試
験片を一度に染浴中に（平坦に保ったまま）２４時間浸
漬し、その後、試験片を取り出し、２５０mlのＤＭＦに
よる洗浄を２回行い、５００mlの希ＨＣｌ水溶液（pH 2
〜3.5 ）で２回洗浄した。各洗浄に約３分間を要した。

【０１３０】代法として、ＨＤＡ官能膜を２．５％Ｎａ
₂ ＣＯ₃ 中で３０分間洗浄し、続いて水中で３回及びア
セトン中で１回洗浄した。３５mlのアセトンに１００mg
のＦＣＣＣ（実施例６から得たもの）を溶解させ、続い
て１mlのＤＩＣ、５０mgのＨＯＢｔ及び１mlのＤＩＥＡ
を添加した。この溶液を回転混合機で１５分間混合し、
その後、洗浄した膜を加えた。３日後、膜を取り出し、
アセトンで１回及び水で３回洗浄した。次に、洗浄した
膜を、１０mlの無水酢酸及び１mlのＤＩＥＡを含む２０
mlのアセトン溶液に加え、２０分間回転混合した。溶液
から膜を取り出し、アセトンで１回及び水で３回洗浄し
た。

【０１３１】この塊状材料について、１６ビットＡ／Ｄ
コンバーター及びLab VIEW^TMソフトウェア（テキサス州
オースチン（Austin）所在のNational Instruments製）
により変更された S400 モニター（CDI/3M Health Car
e）により、pH 7.34 のＮ−（２−ヒドロキシエチル）
ピペラジン−Ｎ’−エタンスルホン酸（ＨＥＰＥＳ）緩
衝液（ミズーリー州セントルイス（St. Louis ）所在の
Sigma Chemical Corp.製）中８mMのＫ⁺ で強度を測定す
ることができる。標準ゲイン構成に基づき、計数１．３
×１０⁵ 〜１．５×１０⁵ の優れた強度を得た。

【０１３２】実施例１５ センサー−カセット集成体 Flexobond^TM 430（カリフォルニア州アービン（Irvin
e）所在のBacon Industries, Inc.製）のような２液型
ポリウレタン接着剤を使用し、薄い（０．１７５mm）ポ
リカーボネートシート（ドイツ国レーヴァークーゼン
（Leverkusen）所在のBayer AG製）に、染料がカップリ
ングした Cuprophan^TMシート（実施例１４から得たも
の）を貼り合わせた。ポリカーボネート側に、CW14^TM感
圧接着シート（ウィスコンシン州ラシーン（Racine）所
在のRSW Inc., Specialty Tape Div. 製）を取り付け、
剥離ライナーを剥がした。穿穴機を使用して積層体から
ディスクを打ち抜き、このディスクをS400カセット（カ
リフォルニア州タスティン（Tustin）所在のCDI/3M Hea
lth Care製）のpHチャンネル及びＡＯ₂ チャンネル上に
配置した。前記変更されたS400モニターに対し、カリウ
ム検出チャンネルとして適切なオプチックスと共にこれ
らの２つのチャンネルを使用した。

【０１３３】実施例１６ａ ＬＥＤテストベッド 図１０は、本発明のレッドシフトしたＫ⁺ センサーを試
験するために使用したＬＥＤに基づく位相変調ブレッド
ボードの概略図１００を示すものである。このブレッド
ボードは、血液ガスを検出するための振幅及び位相変調
法の両方を評価するように設計されたものである。

【０１３４】カリウムセンサー試験に関し、日本国徳島
県所在のニチア化学工業製又はトヨダ合成株式会社製
（商品名Ledtronics^TMで製造されているもの）のGaN LE
D １１０を、３０ｋＨｚの搬送周波数、０．２秒間のバ
ースト持続時間、５秒間の繰返し時間及び２．５ｍＷの
平均出力で振幅変調させた。光を集束させ、バンドパス
励起フィルター１１２（３９０nm±２５nm；％Ｔ＝５２
％；帯域外ブロッキング（out-of-band blocking）＝
０．００１％Ｔ；マサチューセッツ州ウォバーン（Wobu
rn）所在のSpectroFilm から入手可能）に通し、ファイ
バーオプチックケーブル１１４に再集束させた。このケ
ーブルの末端にはCDI S400オプチカルヘッド１１６があ
った。ランダム化ファイバー束１１８により戻された変
調蛍光は、SpectrumFilmから入手可能なもののような帯
域発光フィルター１２０（４７５±３５nm；％Ｔ＝６４
％；帯域外ブロッキング＝０．００１％Ｔ）に戻る。次
に、ろ波された光学信号をOPTO-8^TM光電子増倍管検出器
１２２又はS1337-33-BR ^TMフォトダイオード検出器（双
方ともニュージャージー州ブリッジウォーター（Bridge
water)所在のHamamatsu Corp. から入手可能）の活性領
域上に集束させた。励起ファイバー１２４のほんの一部
を検出器集成体に直接送り、ニュートラル密度フィルタ
ー１２６により減衰させ、ＬＥＤからの基準光学信号を
提供した。

【０１３５】計算機により制御される光シャッター１２
８を使用すると、光検出器は励起信号と蛍光戻り信号と
を交互にサンプリングする。これによって、ＬＥＤ出力
振幅の揺らぎを補正する光学的標準が提供される。さら
に、検出器の光電流と発振器１３２からの３０ｋＨｚの
電気的基準信号とを交互にサンプリングするために電子
スイッチ１３０を使用した。検出器の出力は、フォトダ
イオード検出器からの光電流を電圧に変換する３段階電
子回路に送った。減衰及びスイッチ段階１３０を使用
し、ＬＥＤ駆動発振器１３２からの基準電気信号を減衰
させ、この減衰された基準信号と未減衰光信号とを切り
換えた。トランスインピーダンスプレアンプ段階１３４
で、OPA627演算増幅回路を使用して光電流又は基準電気
信号を電圧に変換した。次段階１３６は２基のOPA627演
算増幅器を使用する２段階Delyiannisスタイル帯域フィ
ルターであった。この段階は、ノイズのパワーを帯域限
定する一方で、信号をさらに増幅する。３段階回路のゲ
インは７．３×１０⁸ Ｖ／Ａ（１７７dB）であって、約
３０kHz を中心周波数として４００Hzに帯域限定された
ものであった。

【０１３６】増幅された光信号又は基準電気信号は、位
相、振幅及び信号対ノイズ比（ＳＮＲ）の最小二乗推定
法を使用する LabVIEW^TMバーチャル・インスツルメント
・ソフトウェア（virtual instrument software ）を使
用し、１００kHz 毎にディジタル方式でサンプリング及
び加工した。これらのサンプリング条件下で、ノイズの
パワーを１Hz未満に帯域限定し、ＳＮＲをさらに増加さ
せた。動作時に、 LabVIEW^TMソフトウェアは、光学セン
サーの信号、光学的基準信号及び電気的基準信号を交互
にサンプリングした。ＬＥＤ揺らぎのために集められた
光学的基準信号及び電子ドリフトのために集められた電
気的基準信号は、温度、湿度及び無線周波数（ＲＦ）整
流との相関がある。

【０１３７】実施例１６ｂ ＦＣＣＣ及びＦＣＣＣに基づくセンサーに関するスペク
トル調査 図１ａ及び１ｂは、溶液中でのＦＣＣＣ（実施例６）と
６，７−［２．２．２］−クリプタンドクマリン−３−
カルボン酸（「ＣＣＣ」、米国特許第５，４７４，７４
３号明細書の実施例１１）のカリウム応答を比較するも
のである。等モル濃度の溶液（０．０８ＡＵＦＳ）をpH
7.3の１００mMＨＥＰＥＳ緩衝液中で調製した。発光ス
ペクトルを、図１ａ及び１ｂにぞれぞれ示されているよ
うに３９２nm及び３５４nmで、０．０、１．０、２．
０、３．９、７．７及び１５mMのカリウム濃度でそれぞ
れ測定し、図１ａ及び１ｂの双方においてそれぞれＡ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦと標識付けした。図１ｃは、３９
２nmの励起波長を使用した場合の、０mM（Ａ）及び１５
mM（Ｂ）のカリウムイオン濃度でのＦＣＣＣの応答を、
０mM（Ｃ）及び１５mM（Ｄ）のカリウムイオン濃度での
ＣＣＣの応答に対して比較するものである。図１ａ〜１
ｃは、既に調製されているイオノホア（ＣＣＣ）に対
し、本発明のイオノホアの広いカリウムイオン濃度域に
対する応答が著しく改良されたこと及び好ましい波長
（３９２nm）での励起に対する応答が非常に増強された
ことを示すものである。

【０１３８】ＦＣＣＣ及びＣＣＣが、それらの各吸収極
大波長（３９２対３５４nm）で励起される場合には、Ｆ
ＣＣＣはレッドシフトした吸収極大波長（４６０nm対４
４０nm）に一致する僅かに減少したカリウム応答（８mM
のＫ⁺ に対する呼びかけではＣＣＣの２９％対４８％）
を示した。百分率で表される「カリウム応答」は、カリ
ウムイオンの不在下での発光強度に対する所定のカリウ
ムイオン濃度での発光強度の増加百分率を意味する。図
１ｃが、ＧａＮ青色ＬＥＤ又はフラッシュラップのろ波
された出力に似せるために両方の試料が３９２nmで励起
した場合に、ＦＣＣＣ蛍光戻りはＣＣＣの蛍光戻りの１
４倍であったこと（すなわち、曲線「Ｂ」対曲線
「Ｄ」）を示すものであることは重要である。ＦＣＣＣ
のレッドシフト及び増加した効率は、ランプ型カリウム
検出系の性能を実質的に改良した。ＦＣＣＣは、パルス
ＧａＮ青色ＬＥＤ及びフォトダイオード検出器によるカ
リウム検出を促進するほど十分な追加の信号を提供する
が、ＣＣＣはそうではなかった。ＦＣＣＣ及びＣＣＣの
蛍光寿命が位相変調に基づくＫ⁺ 検出を可能にするカリ
ウム濃度の関数であることが示されたことは重要であ
る。

【０１３９】図２は、ＨＤＡ官能Cuprophan （実施例１
４ｄ）上のＦＣＣＣ指示体のカリウム応答を表すもので
ある。図２において、曲線Ａは初期の０mM K⁺ 濃度を表
し、曲線Ｂは８mMカリウムイオン濃度で３９０nmの励起
光を２分間露光した後の放射強度を表し、そして曲線Ｃ
は曲線Ｂに関して露光した直後の０mMカリウムイオン濃
度に対する応答を表している。ＦＣＣＣ−ＨＤＡ−Cupr
ophan センサーは、カリウムイオンに対して強く（３１
％）、速く（＜２分）、可逆的な応答を示した。溶液中
で観測されるカリウム応答は、固定化により完全に一定
のまま保たれる。ポリマー支持体の選択は非常に重要で
ある。ＦＣＣＣ−ＥＤ９００−ＰＶＣセンサー（実施例
１３）は、非常に弱いカリウム応答（６％）を示す。Ｆ
ＣＣＣ−アズラクトン−ＨＰＰＥ系センサー（実施例１
２）は速く（＜１分）、可逆的な応答を示すが、溶液
（２９％）に対して低下したカリウム応答（１５％）を
示す。

【０１４０】ＦＣＣＣ系センサーの光分解は、ＦＣＣＣ
−アズラクトン／ＨＰＰＥセンサー（実施例１２）に関
して図３に示されているように、遅く且つ単原子的であ
った。照射する前に、０mM（曲線Ａ）及び１６mM（曲線
Ｂ）のカリウムイオン濃度で３９０nmの励起光での応答
が示された。センサー膜をＨＥＰＥＳ緩衝液中に浸漬
し、次いで、１mmの励起スリット幅を使用し、SPEX Flu
orolog^TMシリーズ分光蛍光計（ニュージャージー州エジ
ソン（Edison）所在のSPEX industries, Inc. 製）内で
３９０nmで１時間連続照射した。照射後においても、０
mM（曲線Ｃ）及び１６mM（曲線Ｄ）のカリウムイオン濃
度で３９０nmの励起光での応答が示された。繰返し測定
することにより分解速度が予測可能なものであることが
観測された。

【０１４１】ＦＣＣＣセンサーは、pH 7.4のＨＥＰＥＳ
緩衝液中で１２０℃で２時間オートクレーブ殺菌された
後でもそれらのカリウム応答及びスペクトル特性を失わ
ない。

【０１４２】図４ａ及び４ｂは、両方とも上記実施例１
２に記載した方法に従って作製したＣＣＣ−アズラクト
ン／ＨＰＰＥセンサー（図４ａ）及びＦＣＣＣ−アズラ
クトン／ＨＰＰＥセンサー（図４ｂ）のpH依存性のある
応答を比較するものである。Type924 トランスファーテ
ープ接着剤（3M Company）を使用してこれらのセンサー
をS400フロースルーカセット（CDI/3M Health Care）に
取り付け、一晩水和させた。ＨＥＰＥＳ緩衝液（１００
mM、０mMカリウム）の溶液を、ＨＣｌ（１Ｍ）を使用し
てpH 3.76 まで滴定し、蠕動ポンプを使用してセンサー
に循環させた。次に、ＮａＯＨ（１Ｍ）を使用して溶液
を各連続pHに対して滴定し、３７０nm（ＣＣＣセンサ
ー）又は３９０nm（ＦＣＣＣセンサー）で照射した。図
４ａ及び４ｂにおいて、pHを表す曲線を次のように区別
した：Ａ＝pH 6.98 ；Ｂ＝pH 7.18；Ｃ＝pH 7.4；Ｄ＝p
H 7.62 ；及びＥ＝pH 7.83 。各pHで平衡化（３分間）
後、発光スペクトルを記録した。両センサーともpKa ＝
5.8 を示した。しかしながら、発光強度のpH依存性、す
なわち最低から最高までの強度変化は、おおよそ７．０
〜７．８の生理的pH範囲にわたってＣＣＣセンサー（３
３％）に対してＦＣＣＣセンサーはかなり小さい（６
％）。

【０１４３】図５は、S400フロースルーカセットに組み
込まれたＦＣＣＣ−アズラクトン／ＨＰＰＥ膜から得た
データであって、図１０に概略的に示した位相変調ＬＥ
Ｄブレッドボードにより測定されたデータである。カセ
ットを一晩水和させ、その後、センサーをＨＥＰＥＳ緩
衝液（100mM 、pH 7.4）中で０mM K⁺ と１６mM K⁺ の間
で周期的に循環させた。センサーを、光学的濾過された
（３９０nm）ＬＥＤ（ニチア化学工業）からの３０kHz
の振幅変調光の０．２秒間のバーストに露光した。応答
曲線のうちの「Ａ」の部分は０mMカリウムイオン濃度に
対応し、一方、「Ｂ」の部分のカリウムイオン濃度は１
６mMであった。約４００mVの振幅の違い及び出力電圧の
急激な（約０．０２５秒間の）変化によって、波長がよ
り短い光源を利用するように変更された市販入手可能な
センサーに使用される本発明のイオノホアを用いると有
効なカリウムイオン検出が可能であることが示された。

【０１４４】光度測定によって、検出器で集められた蛍
光戻りが２０nWよりも多いことが示された。２０nWは、
パルス集積法と組み合わされた場合に高い信号対ノイズ
比を維持するのに十分な光学的戻りであった。帯域幅が
１０kHz （フィードバック１０Mohm及びキャパシタ１．
４pF）及びゲインが５μW であるOPA-627 オペアンプを
使用すると、２０nWの蛍光戻りは、パルス当たり１００
μV のノイズフロア（noise floor ）で１００mVの電気
的信号を提供した。これによって、パルス当たり０．１
％のノイズフロアが与えられた。多重パルスを平均化す
ることによりさらなる改良が得られた。コンパクトなガ
ラスファイバーGaN LED オプチックスモジュールの設計
にこの方法を使用した。固体光源及び検出器をコンパク
トモジュールに取り付けた。オンボードＡ／Ｄコンバー
ターは、任意のホストモニターに向けることができるデ
ジタル化された出力信号を提供した。前記モジュール
は、例えば図１１におけるようにフロースルーカセット
センサーと直接接続させた。

【０１４５】実施例１６ｃ レッドシフト性置換基に関する調査 式Ａにより表される化合物がレッドシフト式Ｋ⁺ 検出を
支えるであろうという結論を支持するために８０種以上
のクマロクリプタンド誘導体を調製した。我々は、Ｋ⁺
依存性のある電荷移動機構が作用した場合に予測される
であろうＫ⁺ 依存性のあるスペクトルシフトに関する証
拠を得られなかった。その代わりに、我々は、カリウム
依存性のある振電カップリング機構に関する証拠を得
た。

【０１４６】種々のＥＤＯ型、ＭＤＯ型及びＤＭＯ型ク
マリン誘導体に関する実験データを表１６ｄに示す。Ph
otochemical Research Associates （ＰＲＡ）System 3
000蛍光寿命測定装置を使用し、脱酸素化されたメチル
アルコール中で、ジメトキシ（ＤＭＯ）、メチレンジオ
キシ（ＭＤＯ）及びエチレンジオキシ（ＥＤＯ）クマリ
ンモデル化合物に関する蛍光寿命データを得た。標準散
乱溶液を対照とする時間相関信号フォトン計数技術を使
用して蛍光減衰を測定し、グローバル最小法（global m
inimization)により分析した。

【０１４７】

【表１】

【０１４８】前記表中、Φは量子収率；τは緩和時間；
ｋ_f は蛍光減衰の速度定数；及びｋ_nrは無放射減衰の速
度定数である。前記速度定数は、式（４）及び（５）：

【０１４９】

【数１】

【０１５０】を解くことにより導かれる。６，７−エチ
レンジオキシ（ＥＤＯ）クマリンモデル化合物の蛍光量
子収率は、対応する６，７−メチレンジオキシ（ＭＤ
Ｏ）誘導体又は６，７−ジメトキシ（ＤＭＯ）誘導体の
蛍光量子収率よりも常に小さかった。ＥＤＯ型化合物
が、面外パッカリング振動を維持することができ、一
方、この振動はＭＤＯ型及びＤＭＯ型化合物では抑制さ
れることは重要である。表１６ｄに示した蛍光寿命の調
査は、化合物１、２及び３におけるそのような面外パッ
カリングが無放射速度定数ｋ_nrを増大させ、放射又は蛍
光速度定数ｋ_f を実質的に変化させないことを表す。こ
のパッカリングは、近接しているｎπ^* 状態とππ^* 状
態の混成に寄与し得る。発光極大波長が５３５nmである
比較用化合物４Ｃは、おそらくはππ^* 状態と基底状態
の直接混成のために全ての類似体で大きなｋ_nrを示す。

【０１５１】表１６ｅに示すデータは、ＤＭＯ型及びＭ
ＤＯ型モデル化合物の両方が、本発明のクマロクリプタ
ンドのカリウムイオンに対する応答（例えば、面外パッ
カリングの抑制）を予測するのに有用であり得るという
観測結果を追認するものである。特に、図６ａ及び６ｂ
に示されるように、幾つかのクマロクリプタンド誘導体
のカリウム応答と対応するモデル化合物のＭＤＯ／ＥＤ
Ｏ量子収率比との間に強い相関が存在する。「Ｋ⁺ 応
答」は、カリウムオンの不在下での発光強度に対する所
定のカリウムイオン濃度（８mM）での発光強度の増加百
分率を意味する。図６ａ及び６ｂにおいて、「１」、
「３」、「５」及び「１２」と標識付けしたデータ点
は、表１６ｃに記載のＭＤＯ型化合物（図６ａ）及びＤ
ＭＯ型化合物（図６ｂ）の１、３、５及び１０の測定さ
れた量子収率の対応するＥＤＯ型化合物の測定された量
子収率に対する比にそれぞれ対応するものであって、同
様に置換されたクマロクリプタンドのカリウムイオンの
不在下で８mMカリウムイオン濃度での応答に対してプロ
ットしたものである。

【０１５２】これは、ＭＤＯ型及びＤＭＯ型化合物が面
外パッカリング振動を抑制するのと同様に、クリプタン
ド酸素へのＫ⁺ の結合が無放射減衰の原因である面外パ
ッカリング振動を抑制することを示唆するものである。
放射緩和の速度（ｋ_f ）及び無放射緩和の速度（ｋ_nr）
は、作動するカリウムセンサーが得られるように拮抗す
るものでなくてはならない。発色団が剛性であり過ぎる
と、ｋ_nrは非常に小さくなり、量子収率Φは大きいまま
となる。ｋ_nrが大き過ぎると、Ｋ⁺ 依存性のある変調が
かき消され、蛍光量子収率は小さいままとなる。実験的
研究及び理論的研究によって、本発明のレッドシフトし
たクマロクリプタンド誘導体はカリウム検出のための優
れた候補であることが示された。表１６ｄに掲載されて
いるデータは、振幅及び寿命測定の両方が、例えばカリ
ウムイオンの定量的測定に使用できるものであることを
示している。

【０１５３】

【表２】

【０１５４】理論に束縛されるわけではないが、クマリ
ン類の無放射緩和に関して提案する機構を使用すること
ができる。提案する機構において、クマリンは、最初に
Ｓ₀基底状態からＳ₁ （ππ^* ）励起状態に光励起され
る。π電子密度の変化によって、全ての核の位置がその
基底状態配置から少しエネルギー的に励起した状態にあ
る核配置に変化する。クマリン類のような平面状の芳香
族化合物に対し、Ｓ₁（ππ^* ）励起状態は、芳香環系
の平面に主として閉じ込められる分子歪みを通じて緩和
する。

【０１５５】Ｓ₁ （ππ^* ）励起状態が緩和すると、Ｓ
₁ （ππ^* ）励起状態は直交するＳ₂ （ｎπ^* ）励起状
態とほぼ等エネルギー的になる。面外振動はこれらの２
つの状態を混成させ、それらのポテンシャルエネルギー
面を変化させ、そして適切な条件下では、Ｓ₁ （π
π^* ）状態から基底Ｓ₀ 状態への無放射遷移を促進す
る。

【０１５６】そのような励起状態過程に関する軌道エネ
ルギーは図７に示されている。図７の中で図７Ａは、弱
いカップリングを表し、図７Ｂは強いカップリングを表
し、そして図７Ｃは非常に強いカップリングを表してい
る。ここで「カップリング」とは、Ｓ₁ （ππ^* ）（曲
線２）状態とＳ₂ （ｎπ^* ）（曲線１）状態の全体的に
非対称な振電的カップリングを意味する。非混成状態は
点線で示されており、振電カップリングした状態は実線
で示されている。無放射遷移に対する障壁幅は、矢印
Ａ、Ｂ及びＣでそれぞれ示されている。Ｓ₂ （ｎπ^* ）
軌道のほうがかなりエネルギーが高い場合には、明らか
に振電カップリングは好ましくない（スキームＡ）。こ
の場合には、蛍光量子収率は大きいままであり、カリウ
ム応答は観測されない。Ｓ₂ （ｎπ^* ）及びＳ₁ （ππ
^* ）が非常に強くカップリングする場合（スキームＣ）
には、無放射減衰が支配的である。この場合には蛍光量
子収率は非常に小さく、Ｋ⁺ 結合に依存しない。これら
の２種の極端な振電カップリングの間で、適度な無放射
減衰速度がＫ⁺ 感度（スキームＢ）のあるものとなる。

【０１５７】結局、初期Ｓ₁ （ππ^* ）と無放射遷移の
最終Ｓ₀ 状態との間のエネルギーギャップが減少するに
つれて面外パッカリングモードのエネルギー受容能が減
少する。また、面内モードは、近くにＳ₂ （ｎπ^* ）状
態を必要とすることなく、Ｓ₁ （ππ^* ）状態とＳ₀ 状
態とをより有効に直接カップリングさせる。従って、Ｓ
₁ （ππ^* ）−Ｓ₀ 間のエネルギーギャップが減少する
ほど、すなわち蛍光波長が増加するほど、Ｋ⁺ 応答がは
っきり現れなくなる。

【０１５８】このことは、図８に本発明のクマロクリプ
タンドに対して実験的に示されている。表８で、データ
点の数字は表１６ｃ中に示したクマリン置換パターンに
対応する。データ点「１」は、ＤＭＯ型クマリン化合物
及びＥＤＯ型クマリン化合物に関して実験的に得られた
相対量子収率Φに対応する。この相対量子収率は、本発
明の対応する置換クマロクリプタンドの実験的に得られ
た蛍光発光極大波長に対してプロットしたものである。
蛍光発光極大波長が増加するにつれて、（Φ_DMO ／Φ
_EDO 比から分かるように）カリウム応答は減少する。蛍
光波長が４７０nmを超えると、カリウム応答は市販用型
センサーにおいて有効でなくなるほど非常に小さくな
る。

【０１５９】適切なセンサーを選別するために分子モデ
リングを用いた。当該イオノホアが、（１）芳香族カル
ボニル、ニトロ芳香族及びＮ−置換複素環式系において
見出されるような近接しているＳ₂ （ｎπ^* ）及びＳ₁
（ππ^* ）励起状態；（２）クリプタンドのヘテロ原子
と複素環のヘテロ原子とを連結させることを伴うフレキ
シブルな面外振動モード；並びに（３）４８０nm未満で
の蛍光極大、を示す。

【０１６０】吸収波長を予測するために基底状態分子軌
道計算を、そして蛍光波長を予測するために励起状態分
子軌道計算を使用し、可能性のある候補を選別すること
ができる。レッドシフトしたクマリン誘導体の大部分が
上記基準を満足せず、優れたカリウム指示体とならない
ことは重要である。

【０１６１】種々の置換パターンを有するＥＤＯ型クマ
リン誘導体に関して計算された発光波長及び吸収波長、
ストークスシフト及びＫ⁺ 応答（上記定義の通り）を表
１６ｃに示す。表中、ｙ₁ 及びｙ₂ は、下記式（１）及
び（２）に従って計算された値からそれぞれ導かれた予
測された吸収波長及びストークスシフトに対応する。図
６ｂ及び８から、観測された「Ｋ⁺ 応答」をクマリン化
合物の観測された発光波長λ_emと相関させるために単純
な実験式：

【０１６２】

【数２】

【０１６３】を導入することができる。この式（３）を
使用して表１６ｃに示す通りのクマリン誘導体のＫ⁺ 応
答を計算した。

【０１６４】

【表３】

【０１６５】

【表４】

【０１６６】

【表５】

【０１６７】

【表６】

【０１６８】

【表７】

【０１６９】

【表８】

【０１７０】

【表９】

【０１７１】

【表１０】

【０１７２】

【表１１】

【０１７３】初期分子構造は、市販の分子構築ソフトウ
ウェアＥＤＩＴＯＲ（オレゴン州ビーバートン（Beaver
ton ）所在のCAChe Scientific製）を使用することによ
り構築した。Ｓ₀ 基底状態のコンホメーションは、２種
のソフトウェアパッケージ：ＭＭ２（CAChe Scientific
製）及びＭＯＰＡＣ６．０（ＰＭ３パラメーターを使
用）を使用することにより決定した。Ｓ₁ （ππ^* ）励
起状態のコンホメーションは、制限つきハートリー−フ
ォック（restrict Hartree-Fock ）（ＲＨＦ）開殻配置
間相互作用計算（ＣＩ）によるＭＯＰＡＣ６．０（ＰＭ
３パラメーターを使用）を使用することにより決定し
た。幾何配置最適化の部分として、２種のＣＩ計算：
（ａ）ＨＯＭＯ及びＬＵＭＯのみを用いる小規模ＣＩ計
算（ＣＩ＝２）（ＭＯＰＡＣパラメータＭＩＣＲＯＳは
４（又は３））と、（ｂ）０．０５よりも大きなＳ
₁ （ππ^* ）状態でのＣＩ拡張係数を有する全てのマイ
クロステート（Microstate）を用いる大規模ＣＩ計算
（１０＞ＣＩ＞２）（全てのマイクロステートが含まれ
るようにＭＯＰＡＣパラメーターＭＩＣＲＯＳは５〜２
５）を行った。

【０１７４】種々の分子に関する吸収極大波長及び蛍光
波長は、入力幾何配置として基底状態及び励起状態の分
子コンホメーションをそれぞれ用いるＺＩＮＤＯ、ＭＯ
ＰＡＣ６．０（ＰＭ３パラメーターを使用）又はＬＡＮ
ＬＰＡＣを使用することにより決定した。ＺＩＮＤＯか
らの全ての結果は、２６の配置間相互作用（ＣＩ）ウィ
ンドウ（占有軌道数１３及び非占有軌道数１３）を使用
することにより得た。ＭＯＰＡＣ計算において、種々の
励起状態のエネルギーは、５１個の制止用波動関数（de
termental wavefunctions ）を用いるＣＩ計算を使用し
て決定した。これらの波動関数は、１つの基底状態配置
と５０個の（５つの最高占有分子軌道から５つの最低非
占有分軌道への）単一励起を含んでいた。これらの計算
から各分子に関するストークスシフトを決定することが
できる。

【０１７５】調査した分子種に関する実験的に測定され
た波長に、計算された吸収波長及び蛍光波長を較正する
ことが必要であった。典型的には、計算された波長と実
験的に測定された波長との間に線形相関が存在した。こ
れらの既定された相関及びモデリングの結果から、幾つ
かの新規誘導体に関する吸収波長、ストークスシフト、
蛍光波長及びＫ⁺ 応答を予測することができる。

【０１７６】モデリング手段の３つの組み合わせを使用
して吸収極大波長：λ_abs （ＰＭ３，ＺＩＮＤＯ）、λ
_abs （ＰＭ３，ＬＡＮＬＰＡＣ）及びλ_abs （ＭＭ２，
ＺＩＮＤＯ）を計算した。これらの３通りの方法から得
られた結果のうち、λ_abs （ＭＭ２，ＺＩＮＤＯ）は、
表９ａに示されるように実験データと最も高い線形相関
を与えた。

【０１７７】ＥＤＯ型化合物に対してこの方法により計
算された吸収波長を、同じ置換パターンを有する本発明
のクマロクリプタンドに対して８mMカリウムイオンの存
在下で実験的に得られた吸収波長に対してプロットし
た。図９ａ中のデータ点は、表１６ｃに示した化学構造
及び置換パターンに対応する。理論吸収波長ｘ₁ を算出
したならば、式（１）：

【０１７８】

【数３】

【０１７９】に従って、表１６ｃに記載した予測される
吸収波長に理論吸収波長ｘ₁ を変換する。

【０１８０】モデリング手段の３つの組み合わせを使用
して発光極大波長：λ_em（ＰＭ３，ＣＩ＝２，ＺＩＮＤ
Ｏ）、λ_em（ＰＭ３，ＣＩ＝２，ＬＡＮＬＰＡＣ）及び
λ_em（ＭＭ２，ＣＩ＞２，ＬＡＮＬＰＡＣ）を計算し
た。これらの３通りの方法から得られた結果のうち、λ
_em（ＰＭ２，ＣＩ＞２，ＬＡＮＬＰＡＣ）は、実験デー
タと最も高い線形相関を与えた。

【０１８１】ＥＤＯ型モデル化合物の理論的ストークス
シフト｛Δλ＝λ_em（ＰＭ３，ＣＩ＞２，ＬＡＮＬＰＡ
Ｃ）−λ_abs （ＰＭ３，ＬＡＮＬＰＡＣ）｝と本発明の
同様に置換されたクマロクリプタンドイオノホアの実験
的的ストークスシフトとの間に線形相関が存在した。ス
トークスシフトの計算された値ｘ₂ を式（２）：

【０１８２】

【数４】

【０１８３】に従って予測される値ｙ₂ に変換し、この
予測される値を表１６ｃに記載した。図９ａ及び９ｂに
関し、ＦＣＣＣ−エステル（データ点１１）が、カリウ
ム応答が実質的に残るようにレッドシフトした吸収と小
さなストークスシフトの独特の組み合わせを提供するこ
とは明らかである。

【０１８４】図９ａ及び９ｂ並びに式（１）、（２）及
び（３）に従って確立される相関に基づいて、可能性の
ある指示体の候補を選別することが可能である。表１６
ｃは、我々がモデル化し、指示体の理論（計算される）
吸収極大波長と発光極大波長を示した幾つかのＥＤＯ型
クマリン誘導体の構造を表すものである。

【０１８５】表１６ｃのデータから幾つかの結論を導き
出すことができる： （１）ヘテロ原子に対してα位で結合しているクマリン
環の３位に存在する５員複素環は、望ましいレッドシフ
トを提供すると同時にＫ⁺ 応答を維持する。ヘテロ原子
に対してβ位で結合しているモデル化した５員複素環は
そうではないこと； （２）３−置換クマリン類の４位に存在する電子吸引性
置換基は、それらの未置換類似体又は４位に電子供与性
置換基を有する３−置換クマリン類に対し、Ｋ⁺ 応答を
著しく低下させること；並びに （３）３−置換クマリン類の５又は８位に存在する電子
吸引性置換基は、４位に存在する電子吸引性置換基より
もかなり小さい影響をＫ⁺ 応答に及ぼすこと。同様な方
法を使用すると、イオノホアに基づく検出を支持するの
に必要な近接するｎπ^* 及びππ^* 励起状態を有する他
の種類の芳香族カルボニル、ニトロ芳香族及びＮ−複素
環系を確認することが可能である。

【０１８６】実施例１７ カリウムサンサーの臨床試験 カリウムセンサー膜を実施例１５に記載した通りのセン
サーカセットに取り付け、このカセットを心臓外科患者
の血液中の［Ｋ⁺ ］を測定するのに使用されるCDI/3M H
ealth Care Model S400^TM臨床モニターに取り付けた。
前記膜は、取り付け前にpH 7.32 のＨＥＰＥＳ緩衝液中
で１１カ月間エージングさせたものであった。フラッシ
ュランプを使用してセンサーを照らし、 LabVIEW^TMソフ
トウェアを使用し、１６ビットＡ／Ｄコンバーターを通
じて結果を得た。

【０１８７】これらの実験的試験において、２点ＨＥＰ
ＥＳ緩衝液シリンジ較正又は１標準［Ｋ⁺ ］緩衝液及び
１血液点較正のいずれかを使用し、Model 865 臨床血液
ガス分析計（ＢＧＡ）（マサチューセッツ州メドフィー
ルド（Medfield）所在のCibaCorning Diagnostics Cor
p.製）に関し、６回の心臓バイパス外科手術で［Ｋ⁺］
を監視した。S400^TM臨床モニターのチャンネル１及び２
でカリウムイオンを監視した。全ての場合において、Ｋ
⁺ 濃度−１．８mMの一定オフセットを観測した。

【０１８８】各手術に対して５又は６つのデータ点を測
定した。表１７ａにおいて、データ点はＭ−Ｎで示され
ており、ここでＭは手術であり、Ｎはデータ点である。

【０１８９】表示した通りの３及び８mMの［Ｋ⁺ ］、１
３９mMの［Ｎａ⁺ ］濃度及び血液温度で２点ＨＥＰＥＳ
緩衝液シリンジ較正を実施した。この方法に関して表１
７ａに示されているデータは、−１．８mMのオフセット
で調整されたものではない。シリンジと血液較正のデー
タに関し、シリンジ緩衝液点は９．８mM（１．８mMのオ
フセットを調整）で一定であり、血液点は臨床試験に依
存して３．６〜４．４mM K⁺ の間であった。表１７ａに
示されているこの方法に関するデータは、−１．８mMの
オフセットを調整したものである。

【０１９０】

【表１２】

【０１９１】表１７ａのデータから、２点ＨＥＰＥＳ緩
衝液を使用して測定されたカリウム濃度に関し、６４の
カリウム試料測定値のうちの６つが（ＢＧＡ測定値に関
する）±０．５mMの誤差範囲の外にあり、１４の試料が
±０．３mM K⁺ 濃度の範囲外にあることが示される。１
シリンジ緩衝液点及び１血液点を使用して測定されたカ
リウム濃度に関しては、６４のカリウム試料測定値のう
ちの１０が±０．５mMの誤差範囲の外にあり、２１の試
料が±０．３mM［Ｋ⁺ ］の範囲外にある。

【０１９２】表１７ａ中のデータは、本発明のカリウム
センサーが、pH 7.32 で２３℃で１１カ月間貯蔵された
後、７．２〜７．５の血液pH範囲、１８〜３６℃の温度
範囲及び２．３〜６．０mMの［Ｋ⁺ ］範囲にわたって適
切な強度及び傾きを示したことを表している。

【０１９３】実施例１８ ６，７−［２．２．１］−クリプタンド−３−［２''−
（５''−カルボエトキシ）フリル］クマリン（２．２．
１−ＦＣＣＣ−エステル） １６０mlアセトニトリル中に１．２ｇの６，７−ビス
（２−ヨードエトキシ）−３−［２''−（５''−カルボ
エトキシ）フリル］クマリン、０．４１９７ｇの１，
４，１０−トリオキサ−７，１３−ジアザシクロペンタ
デカン及び１．０１９ｇのＮａ₂ ＣＯ₃ を含む溶液を攪
拌し、窒素下で３６日間還流させた。冷えた混合物を濾
過し、溶剤を減圧除去し、残留物を３部の１００ml熱ヘ
キサン、３部の１００ml熱酢酸エチルを用いて粉砕し、
次に１００mlのクロロホルム中に溶解させ、濾過した。
溶剤を除去すると固形物が得られ、この固形物を１５ml
のメタノールと７mlのシクロヘキサン／酢酸エチルの８
５：１５(v/v) 溶液との混合物から再結晶化させた。得
られた固形物を０．１mmHgで乾燥させると、０．４９ｇ
の所望のクリプタンドが得られた。

【０１９４】実施例１９ ６，７−［２．２．１］−クリプタンド−３−［２''−
（５''−カルボキシ）フリル］クマリン（２．２．１−
ＦＣＣＣ−酸） 実施例１８のＦＣＣＣ−エステルを、２．７mlのメタノ
ールが加えられた７．８mlのＴＨＦと共に攪拌した。こ
の混合物に５．４mlの水中に０．３６ｇの水酸化リチウ
ム一水和物を含む溶液を加えた。２３℃で３０分間攪拌
後、８．１mlの６ＮのＨＣｌ水溶液を加え、６０分間攪
拌を続けた。回転減圧蒸発器により３８℃で２０分間を
要して溶剤を除去し、残留物を２５mlのメタノール及び
２５mlのＴＨＦ中に繰返し溶解させてストリッピング
し、水を除去した。残留物を０．２mmHgで数日間乾燥さ
せると、０．９７ｇの所望の酸（Ｈ¹ ＮＭＲにより８
４．４相対重量％）が得られた。

【０１９５】実施例２０ ６，７−［２．１．１］−クリプタンド−３−［２''−
（５''−カルボエトキシ）フリル］クマリン（２．１．
１−ＦＣＣＣ−エステル） １６０mlアセトニトリル中に１．２ｇの６，７−ビス
（２−ヨードエトキシ）−３−［２''−（５''−カルボ
エトキシ）フリル］クマリン（実施例４から）、０．３
３５０ｇの１，７−ジアザ−１２−クラウン−４（ペン
シルヴェニア州ピッツバーグ（Pittsburgh）所在のAcro
s Organics製）及び１．０１９ｇのＮａ₂ＣＯ₃ を含む
溶液を攪拌し、窒素下で３６日間還流させた。冷えた混
合物を濾過し、溶剤を減圧除去し、残留物を３部の１０
０ml熱ヘキサン、３部の１００ml熱酢酸エチルを用いて
粉砕し、次に１００mlのクロロホルム中に溶解させ、濾
過した。溶剤を除去すると固形物が得られ、この固形物
を１５mlのメチルアルコールと７mlのシクロヘキサン／
酢酸エチルの８５：１５(v/v) 溶液との混合物から再結
晶化させた。得られた固形物を０．１mmHgで乾燥させる
と、０．４３ｇの所望のクリプタンドが得られた。

【０１９６】実施例２１ ６，７−［２．１．１］−クリプタンド−３−［２''−
（５''−カルボキシ）フリル］クマリン（２．１．１−
ＦＣＣＣ−酸） 実施例２０のＦＣＣＣ−エステルを、２．５mlのメチル
アルコールが加えられた６．９mlのＴＨＦと共に攪拌し
た。この混合物に５．０mlの水中に０．３４２ｇの水酸
化リチウム一水和物を含む溶液を加えた。２３℃で３０
分間攪拌後、７．７mlの６ＮのＨＣｌ水溶液を加え、６
０分間攪拌を続けた。回転減圧蒸発器により３８℃で２
０分間を要して溶剤を除去し、残留物を２５mlのメチル
アルコール及び２５mlのＴＨＦ中に繰返し溶解させてス
トリッピングし、水を除去した。残留物を０．２mmHgで
数日間乾燥させると、０．９７ｇの所望の酸（Ｈ¹ ＮＭ
Ｒにより６４．５相対重量％）が得られた。

【０１９７】２−フルフリルローダミン ３４０mlの氷酢酸中に６８．４ｇのローダミン、１２
８．３５ｇの酢酸ナトリウム、及び４３ml（４９．８
ｇ）の２−フルアルデヒドを含む溶液を加熱し、時々攪
拌しながら３０分間沸騰させた。溶液を少し冷却し、
２．６リットルの水中に注いだ。その結果生成した固形
物を採集し、１．４リットルの水、５００mlのエチルア
ルコール及び２００mlのジエチルエーテルにより連続的
に濯いだ。アセトンからの再結晶化によって、９７．４
ｇの２−フルフリルローダミンが得られた。

【０１９８】実施例２３ ３−α−フリル−３−チオケトプロパン酸 １５０mlの１５（重量）％ＮａＯＨ水溶液中に３４．０
ｇの２−フルフリルローダミン（実施例２２）を含む溶
液を３０分間沸騰させ、次に２３℃に冷却し、濾過し
た。濾液を氷の上で冷却し、２００mlの１０（重量）％
ＨＣｌ水溶液により酸性にした。その結果として生成し
た黄色結晶を濾過により捕集し、メチルアルコールから
再結晶化させた。所望の生成物の構造をＮＭＲにより決
定した。

【０１９９】実施例２４ ３−α−フリル−３−オキシイミノプロパン酸 １６mlの水中に１８．０ｇのヒドロキシルアミン塩酸塩
を含む溶液を全ての固形物が溶解するまで加熱すること
により調製し、その後、１８７mlのエチルアルコール中
に２２．０ｇのナトリウムエトキシドを含む溶液を加え
た。その結果として生成した塩沈殿物を濾過により除去
し、そして濾液に２０．０ｇの３−α−フリル−３−チ
オケトプロパン酸（実施例２３）を加えた。得られた溶
液を熱水浴上で３０分間沸騰させ、次に氷の上で冷却
し、６０mlの５（重量）％水酸化ナトリウム水溶液と混
合した。混合物を濾過し、冷却し、次いで５６mlの１０
（重量）％ＨＣｌ水溶液により酸性にした。生成物をジ
エチルエーテル（５×１０ml）中に抽出させ、溶液を硫
酸マグネシウム上で乾燥させた。溶剤の蒸発によって、
橙色固形物として所望のオキシムが得られた。

【０２００】実施例２５ ２−フルフリルアセトニトリル 無水酢酸中に３−α−フリル−３−オキシイミノプロパ
ン酸（実施例２４）を含む混合物（それぞれ１ｇ：４．
８３mlの比で混合）を熱水上で還流下３０分間加熱し
た。得られた混合物の蒸気蒸留によって、９０〜１００
℃で所望のニトリルと水の共沸混合物が得られた。黄色
共沸混合物をジエチルエーテルにより抽出し、残留水性
相を飽和炭酸ナトリウム水溶液により中和し、次に再び
ジエチルエーテルにより抽出した。組み合わせたエーテ
ル溶液を硫酸マグネシウム上で乾燥させた。エーテルの
除去後、残留物の減圧蒸留によって、１０５〜１１５℃
で所望のニトリルが得られた。

【０２０１】実施例２６ １，２−ビス−（２’−クロロエトキシ）ベンゼン ４００mlのトルエンと６mlのピリジン中に６ｇ（０．０
３mol ）の１，２−ビス−（２’−ヒドロキシエトキ
シ）ベンゼン（Landini 及びMontanari の手法に従って
調製）を含む溶液を窒素下で４０℃に加熱した。過剰の
塩化チオニル（９．２ml、０．１３mol ）を攪拌しなが
ら２５分間にわたって加えた。反応混合物を沸点（約１
１０℃）に加熱し、還流を３時間保った。デカントする
前に溶液を室温に冷却し、保存した。残留物を粉砕し、
水に溶解させ、トルエンにより抽出した。トルエン溶液
を組み合わせ、まず２ＮのＨＣｌにより洗浄し、次に飽
和炭酸水素ナトリウム水溶液により洗浄した。乾燥させ
た溶液を減圧蒸発させると４．５ｇ（６４％）の粗生成
物が得られ、これをクーゲルロア（Kugelrohr ）により
アスピレーター圧力で蒸留すると、融点が５５〜５６．
５℃である分析的に純粋な試料４．４３ｇが得られた。
分光分析によって、この生成物は１，２−ビス−（２’
−クロロエトキシ）ベンゼンであることが確認された。

【０２０２】実施例２７ １，２−ビス−（２’−クロロエトキシ）ベンズアルデ
ヒド この手法は、Org. Synth. Coll.,第Ｖ巻、第49〜51頁
（1973）及びChem. Ber., 第96巻、第308 〜313 頁（19
63）に記載されているようなメシトアルデヒドの合成に
使用される方法に変更を加えたものである。６０mlの塩
化メチレン中に２５ｇ（０．１１mol ）の実施例６の生
成物を含む溶液を０℃に冷却した。この溶液を０℃の反
応温度に保ちながら、全部で２０ml（０．１８mol ）の
四塩化チタン（ワイオミング州ミルウォーキ所在のAldr
ichChem. Corp. 製）を窒素下３０分間にわたって攪拌
しながらシリンジにより加えた。１０mlの塩化メチレン
中に１３．５ｇ（０．１１７mol ）の１、１−ジクロロ
メチルメチルエーテル（Aldrich ）を０℃で１５分間に
わたって加えた。０℃での攪拌を５分間続けた。この溶
液が室温に達するまで水槽上でこの溶液を２０分間温め
た。次に、溶液を１５分間還流させた。溶液を冷却した
後、溶液を粉砕された氷の上に注いだ。分液漏斗内で混
合物を振盪した後、塩化メチレン層を分離し、水性層を
２部の１００mlのクロロホルムにより抽出した。クロロ
カーボン溶液を組み合わせ、まず水で、次に塩化ナトリ
ウム水溶液で徹底的に洗浄した。有機層を乾燥させ、減
圧蒸発させると、沸点が４９〜５１℃の刺激性の臭気が
あるサフラン黄色固形物として２４．５ｇの前記アルデ
ヒド（８７％）が得られた。分光分析によって、この生
成物は１，２−ビス−（２’−クロロエトキシ）ベンズ
アルデヒドであることが確認された。

【０２０３】実施例２８ ３，４−ビス−（２’−クロロエトキシ）フェノール この化合物を、まず３−クロロペルオキシ安息香酸又は
モノペルオキシフタル酸マグネシウムを使用して実施例
２７から得たベンズアルデヒドをギ酸エステルにバイヤ
ー−ビリガー（Baeyer-Villiger ）酸化し、続いて酸触
媒加水分解することにより調製した。しかしながら、こ
の方法は、スケールアップすると、分解により生成物の
大きな損失を引き起こす。従って、バイヤー−ビリガ−
法の代替方法を使用した。オーバーヘッッド攪拌機及び
冷却浴を備えた２リットルフラスコ内に、実施例２７の
生成物１６２ｇ（０．６１６mol ）及び冷（１０℃の）
メタノール１．５リットルを入れた。この溶液に予冷さ
れた３３（重量）％硫酸溶液４８ｇを加えた。

【０２０４】１２５mlのメタノールに９４ｇ（０．８３
mol ）の３０（重量）％過酸化水素溶液を加え、攪拌及
び冷却しながら５分間にわたってこの混合物を上記溶液
に加えた。この結果として得られた溶液は濁ったが、２
時間攪拌した後に透明になった。

【０２０５】反応フラスコの底部で形成された褐色油
（１１ｇ、廃棄した）からこの溶液をデカントした。デ
カントした溶液を室温で一晩攪拌した。粗生成物の４０
０mlのクロロホルム及び１００mlの水を加える前に、反
応混合物からメタノールをストッリピングした。この混
合物を攪拌した。

【０２０６】各層を分離した後、水性層をクロロホルム
でさらに抽出した。クロロホルム層を組み合わせ、中性
pHになるまで水で洗浄した。有機層を、４００mlの水中
に３０ｇ（０．７５mol ）のＮａＯＨを含む溶液で抽出
し、次に同様に調製された第２のＮａＯＨ溶液２００ml
により抽出した。水性抽出液を組み合わせ、２００mlの
６ＮのＨＣｌにより酸性にし、次いで４００mlの新しい
クロロホルムにより抽出した。クロロホルム層を硫酸ナ
トリウム上で乾燥させ、シリカの５cm×５cmプラグに通
した。溶剤を除去すると、８４ｇ（５４％）の僅かに褐
色の固形物が得られた。プロトンＮＭＲによって、生成
物の構造を確認した。

【０２０７】実施例２９ ４，５−ビス−（２’−クロロエトキシ）−２−ヒドロ
キシベンズアルデヒド この基本中間体は、実施例２７において１，２−ビス−
（２’−クロロエトキシ）ベンゼンにアルデヒド官能基
を導入するために使用した方法によって調製した。６０
mlの塩化メチレン中で、実施例２８から得た粗生成物１
２．４ｇ（４９．４mmol）を１６．３ml（１４８mmol）
の四塩化チタンで処理し、続いて４．５ml（５０mmol）
の１，１−ジクロロメチルメチルエーテルにより処理
し、５．２ｇ（３７％）の基本中間体を得た。この生成
物をオイルポンプ減圧で昇華させ、沸点が１０２〜１０
２．５℃の乳白色結晶４．３５ｇを得た。分光分析によ
って、この生成物が前記基本中間体であることを確認し
た。

【０２０８】実施例３０ ６，７−ビス−（２’−クロロエトキシ）−３−カルボ
エトキシクマリン（第１方法） この方法は、実施例２９の２−ヒドロキシベンズアルデ
ヒドに対する標準的なクネーフェナーゲル（Knoevenage
l ）縮合であり、Balaiah 等のProc. Indian Acad. Sc
i., 第16A 巻、第68〜82頁（1942）（Chem. Abs., 第3
7巻、第1429頁（1943））；Borsche 等のChem. Ber.,
第85巻、第198 〜202 頁（1952）；Fukui等のBull. Che
m. Soc. Japan, 第35巻、第1321〜1323頁（1962）に記
載されている方法に基づくものである。

【０２０９】６．０３ｇ（３７．６mmol）のジエチルマ
ロネート（Aldrich ）に実施例２９の生成物１０ｇ（３
６mmol）を加え、完全に混合した。この混合物を窒素
下、蒸気浴上で加熱した。溶解後、２滴のピペリジンを
加えた。加熱を３０分間続けた。次に溶液を冷却し、ス
ラリーが得られるまでエタノールにより溶液を稀釈し
た。濾過及び風乾後、１１．５（８５％）の黄褐色粉末
が得られた。この粉末は、融点が１０２〜１０３．５℃
であった。そのプロトンＮＭＲスペクトルは、実施例３
１の生成物から得られたものに一致した。

【０２１０】実施例３１ ６，７−ビス−（２’−クロロエトキシ）−３−カルボ
エトキシクマリン（第２方法） BisselのSunthesis,第846 〜848 頁（1982）に基づくこ
の方法は、一貫性がなく、うまく行ったとしても収率が
低い。その１つの利点は、この方法が実施例２８のフェ
ノールから化合物Ｖを直接提供するため、工程が１つ減
ることである。実施例２８から得たフェノールの０．９
ｇ（４mmol）を０．９ml（５mmol）のジエチルエトキシ
メチレンマロネート（Aldrich ）と混合した。この溶液
に、４０mlの塩化メチレンと共に１ＭのＺｎＣｌ₂ 溶液
（Aldrich ）５mlを加えた。この溶液を窒素下で２４時
間還流させ、回転減圧蒸発器でアスピレーター圧力で減
圧蒸留することにより溶剤を除去し、水で失活させた。
この混合物をクロロホルムにより抽出した。溶出溶剤と
して塩化メチレンを使用するアルミナ短カラムによるク
ロマトグラフ分離によって、０．３３ｇ（２４％）の生
成物を得た。プロトンＮＭＲによって、この生成物が
６，７−ビス−（２’−クロロエトキシ）−３−カルボ
エトキシクマリンであることが示された。

【０２１１】実施例３２ ６，７−ビス−（２’−ヨードエトキシ）−３−カルボ
エトキシクマリン（第１方法） この実施例は、米国特許第５，１６２，５２５号明細書
の対応する４−メチル誘導体に関する実施例３に記載さ
れている方法に従うものである。実施例３０から得たビ
ス−クロロエトキシクマリン０．７５（２．０mmol）と
ヨウ化ナトリウム０．９ｇ（６mmol）を２５mlのアセト
ン中に溶解させた。この溶液を窒素下で２日間還流させ
た。その後、追加の０．４５ｇのヨウ化ナトリウムを加
えた。この溶液をさらに２４時間還流させた。（アセト
ンの代わりにメチルエチルケトンを使用すると、総反応
時間が約２４時間に短縮されることをその後発見し
た。）最後の０．４５ｇのヨウ化ナトリウムを加えた。
還流をさらに６時間続けた。元の反応容積を維持するた
めに必要に応じてアセトンを加えた。溶液を冷却し、減
圧蒸発させた。塩化メチレンとクロロホルムの混合物に
より残留物を抽出した。生成物を含むクロロカーボン溶
液を１０％チオ硫酸ナトリウム（形成されたヨウ化物を
ヨウ素に還元するため）で洗浄し、硫酸マグネシウム上
で乾燥させ、回転減圧蒸発器で乾燥するまで蒸発させ
た。残留物をエタノールから結晶化させると、沸点が１
６４〜１６６℃である淡黄色粉末０．９２ｇ（８２％）
が得られた。生成物のプロトンＮＭＲスペクトルは、実
施例３４の生成物のものと一致した。

【０２１２】実施例３３ ４，５−ビス−（２’−ヨードエトキシ）−２−ヒドロ
キシベンズアルデヒド この実施例は、実施例３４のビス−ヨードエトキシクマ
リン誘導体（IV）に対する２通りの代替方法のうちの１
つを提供する。２０mlのアセトンに２．２１ｇ（１４．
７mmol）のヨウ化ナトリウム及び実施例２９の生成物
１．３７ｇ（４．９１mmol）を溶解させた。この溶液を
４日間還流させた。その後、１０mlのアセトン及び第２
のヨウ化ナトリウム（０．７３ｇ，２．６mmol）を溶解
させ、溶液をさらに２４時間還流させた。この溶液を冷
却し、濾過した。回転減圧蒸発器で溶剤を除去し、残留
物をクロロホルムに溶解させた。クロロホルム溶液を水
で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥させた後、溶剤を除去
すると、２．０５ｇ（８９％）の生成物が得られた。プ
ロトンＮＭＲによって、この生成物の構造を確認した。

【０２１３】実施例３４ ６，７−ビス−（２’−ヨードエトキシ）−３−カルボ
エトキシクマリン（第２方法） 実施例３３から得たビス−ヨードエトキシ−ヒドロキシ
ベンズアルデヒド１．７３ｇ（１０．８mmol）に、ジエ
チルマロネート２．１ｇ（４．６mmol）を加え、この混
合物を蒸気浴上で加熱した。混合物が均質になった時
に、２滴のピペリジンを加えた。混合物を冷却した後、
沈殿物が形成された。この溶液を数ミリリットルのエタ
ノールで稀釈し、蒸気浴上で沸騰するまで再加熱した。
溶液を冷却した後、溶液を濾過すると沈殿生成物が残っ
た。この生成物は、沸点が１６２〜１６５℃である固体
であった。プロトンＮＭＲによって、この生成物の構造
を確認した。

【０２１４】実施例３５ ６，７−［２．２．２］−クリプタンド−３−カルボエ
トキシクマリン 米国特許第５，１６２，５２５号明細書の対応する４−
メチル誘導体に関する実施例４に記載されている方法を
使用してこのクマロクリプタンドを調製した。ビス−ヨ
ードエトキシ−クマリン（実施例３２又は実施例３４か
ら）の１．０ｇ（１．８mmol）の試料及び０．４７ｇ
（１．８mmol）の１，４，１０，１３−テトラオキサ−
７，１６−ジアザシクロオクタデカン（すなわち、４，
１３−ジアザ−１８−クラウン−６）を別々に５０mlの
乾燥アセトニトリルに溶解させた。混合溶液（合計１０
０ml）を５当量（０．９４ｇ）の無水炭酸ナトリウムの
存在下、窒素下で６日間還流させた。この反応の間、粒
子の粗い炭酸ナトリウムは非常に細かい微粉末になっ
た。冷却した反応混合物を濾過し、溶液を乾燥するまで
減圧蒸発させた。残留物を塩化メチレンに溶解させ、溶
液を濾過した。回転減圧蒸発器を使用してアスピレータ
ー圧力で、続いてオイルポンプ圧力で塩化メチレンを蒸
発させると、黄色気泡体（計算した収率の１００％を超
える）が得られた。未反応出発物質の溶出に塩化メチレ
ンを使用し、続いて生成物の溶出に１〜５％エタノール
／塩化メチレン混合物を使用し、粗生成物を不活性中性
アルミナ上でのクロマトグラフィーにより精製した。本
質的に所望の生成物(VII) からなる生成物を理論量の約
５０％回収した。Ｃ₂₈Ｈ₄₀Ｎ₂ Ｏ₁₀に対するLRMS FAB
（トリエタノールアミン）理論ｍ／ｅは５６４．２７で
あるが、実測ｍ／ｅは５８７であった。［VIII(N
a)］⁺ ；遊離 [VII]⁺ は観測されなかった。ＵＶ（ホス
フェートにより緩衝された塩化ナトリウム水溶液）ｌ
_max ＝３７４nm、３１２nmであった。蛍光（ホスフェー
トにより緩衝された塩化ナトリウム水溶液）はｌ_ex＝３
７１nm及びｌ_em＝４５３nmであった。さらにクロマトグ
ラフィーにより精製した同様に調製した試料の構造をプ
ロトンＮＭＲによって確認した。

【０２１５】実施例３６ 実施例３５のクマロクリプタンドの加水分解 実施例３５の０．２５ｇの試料を２５mlの２ＮのＨＣｌ
に溶解させ、蒸気浴上で３０分間加熱した。溶解を促進
するために必要に応じて少量のメタノールを加えた。反
応の揮発性成分（すなわち、水、過剰のＨＣｌ、アルコ
ール類）をまず回転減圧蒸発器でアスピレーター圧力で
蒸発させ、次にオイルポンプ減圧で穏やかに蒸発させる
と、３−カルボキシクリプタンドクマリン塩酸塩がカボ
チャ黄色固形物として得られた。プロトンＮＭＲによっ
て所望の生成物であることを確認した。実施例３７〜３
９は、他のクマロクリプタンドの調製法を説明するもの
である。

【０２１６】実施例３７ ６，７−ビス−（２’−クロロエトキシ）−３−（１’
−オキソ−４’−カルボエトキシブチル）クマリン 実施例３０に記載の方法を使用し、１００mlのエタノー
ル中に２．１２ｇ（７．６０mmol）の実施例２９の生成
物及び１．７６ｇ（７．６４mmol）のジエチル３−オキ
ソ−ピメレート（Aldrich ）を含む溶液を蒸気浴上で加
熱した。約２０滴のピペリジンを加えた。混合物を３０
分間還流させ、次いで室温に冷却した。形成された沈殿
物を濾過により単離し、乾燥させると収量３．５３ｇ
（９６％）の生成物が得られた。生成物の構造をプロト
ンＮＭＲにより確認した。

【０２１７】実施例３８ ６，７−ビス（２’−ヨードエトキシ）−３−（１’−
オキソ−４’−カルボエトキシブチル）クマリン ３００mlのメチルエチルケトン中に３．５ｇ（７．５mm
ol）の実施例１２の生成物及び３．４ｇ（２３mmol）の
無水ヨウ化ナトリウムを含む溶液を窒素下で加熱して４
８時間還流させた。混合物を室温に冷却し、次いで回転
減圧蒸発器により溶剤を減圧除去した。残留物を約２０
mlの水により処理した。残った固形物を濾過により単離
し、トルエン中に溶解させた。トルエンを回転減圧蒸発
器により減圧除去し、残留水を除去した。生成物を高真
空下で乾燥させ、４．５ｇ（９５％）の生成物を得た。
プロトンＮＭＲを使用して生成物の構造を確認した。

【０２１８】実施例３９ ６，７−［２．２．２］−クリプタンド−３−（１’−
オキソ−４’−カルボエトキシブチル）クマリン 実施例３５に記載の方法を次のように変更した：磁気攪
拌機、還流冷却器及び窒素パージ源を備えた２５０mlフ
ラスコ内で０．７９ｇ（１．３mmol）の実施例３８の生
成物を乾燥アセトニトリル（４５ml、シリカゲル及び
０．４nm分子篩上で乾燥させ、水素化カルシウムから蒸
留したもの）に溶解させた。１当量（０．３３ｇ）の
４，１３−ジアザ−１８−クラウン−６を第２（２０m
l）の乾燥アセトニトリルに溶解させ、この溶液を前記
第１溶液に加えた。０．６２ｇ（５．８mmol）の炭酸ナ
トリウムを加える前に、反応混合物を７０℃に加熱し
た。窒素下で溶液を７日間還流させた。その後、６０ml
のクロロホルムを加え、溶液を濾過した。

【０２１９】溶剤をストリッピングした後、約１ｇの黄
色粘着性油が得られた。この油に６０mlのクロロホルム
と２０mlの塩化ナトリウム水溶液を加え、この組み合わ
せたものを混合した。有機層を分離し、硫酸ナトリウム
上で乾燥させた。溶剤をストリッピングすることによっ
て、０．８５ｇの油状生成物を得た。これを、まず酸化
アルミニウム粉末の２cm×６cmカラムに通すフラッシュ
クロマトグラフィー（溶出溶剤として７０mlの塩化メチ
レンを使用）により精製すると、０．６５ｇの生成物が
残った。次に、この物質を塩化メチレン／ヘキサンの
１：２混合物を使用して酸化アルミニウムの第２のカラ
ムに慎重に通すと、３７０mg（４６％）の黄色粘着性粉
末である本質的に純粋な生成物が得られた。プロトンＮ
ＭＲ及びＩＲ分光分析法によって生成物の構造を確認し
た。ＵＶ分光分析（ホスフェートにより緩衝された塩化
ナトリウム水溶液）結果：ｌ_max ＝３８２nm、３１７n
m。

【０２２０】実施例４０ クマリン誘導体の光安定性の比較 次のモデル化合物を使用し、クマリン類の３位及び４位
に存在する官能基の変化が相対的光安定性に及ぼす影響
を評価した。エタノール中に化合物VIII、IX、Ｘ及びXI
を含み、吸光度が０．０５≦Ａ_max≦０．１の範囲内に
ある溶液を調製し、各溶液を、最大光源スリット幅（バ
ンドパス３０nm）でｌ_max でSPEX Fluorog 2^TMシリーズ
分光蛍光計（ニュージャージー州エジソン所在のSPEX I
ndustries, Inc. 製）で１時間連続照射した。試料位置
で測定された励起光源の測定された輝度は３０〜５０mW
/cm²に及んだ。照射中にそれぞれに対して発光極大で蛍
光強度を監視した。

【０２２１】Ｘに対して規格化したデータを表４０ａに
示す。（化合物VIII、IX及びＸの光安定度は１回の実験
で測定したものであり、化合物XIの光安定度はそうでは
ないが、比較しやすいためにそれらの結果を１つの表に
した。）

【０２２２】時間０での強度の違いは、誘導体の相対的
な蛍光効率を反映している。３−カルボエトキシ誘導体
(VIII)は、優れた光安定性と４−メチル誘導体（IX）又
はカルボキシメチル誘導体（XI）よりも僅かに改良され
た蛍光効率とを併せ持つ。

【０２２３】

【化１２】

【０２２４】

【表１３】

【０２２５】

【表１４】

【０２２６】実施例４１ 生理的濃度の［Ｋ⁺ ］の変化に対する実施例３５のクマ
ロクリプタンドの応答 リン酸ナトリウムのみで緩衝された塩化ナトリウム水溶
液（２０℃、pH＝7.36、［Ｎａ⁺ ］＝１３４mM、
［Ｋ⁺ ］＝０mM、［Ｃｌ^- ］＝６４mM）を用いて、実施
例３５の生成物（Ａ_372nm ＝０．１）の約１０^-5Ｍ溶液
を調製した。［Ｋ⁺ ］＝０．２Ｍのホスフェートにより
緩衝された塩化ナトリウム水溶液のアリコート（３６μ
l ）をキュベット内の３mlの溶液に加え、０から１２mM
まで段階的に２．４mMごとに［Ｋ⁺ ］を変化させた。各
段階で、蛍光発光強度を２７０nmの励起波長で４００nm
から６００nmまで測定した。

【０２２７】［Ｋ⁺ ］＝０mM及びｌ＝４４５nmでの強度
に対してデータを規格化した。表４１ａに示す規格化し
たデータは、［Ｋ⁺ ］の増加とともに蛍光強度が単調増
加することを示している。［Ｎａ⁺ ］を１４５mMまで増
加させると、蛍光がほんの僅か減少した。実施例３９の
生成物について同様な結果を得た。

【０２２８】

【表１５】

【０２２９】実施例４２ 分子テザーによるコーティング可能なポリマーの官能化 室温の１リットルのテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に２
０ｇのポリ（塩化ビニル）カルボキシル化（ＰＶＣ−Ｃ
ＯＯＨ）ポリマー（ＣＯＯＨ１．８％）（Aldrich ）を
溶解させた。これに、ＴＨＦ中に４．９ｇ（３当量）の
ジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）（Aldrich
）を含む溶液７５mlを加えた。室温で蓋付きフラスコ
内で混合物を３０〜６０分間攪拌した後、７２ｇ（１０
当量）のJeffamine ED-900^TMビス（２−アミノプロピ
ル）ポリエチレングリコール800 （ニューヨーク州ロン
コンコマ所在のFluka Chemical Corp.製）を活性ポリマ
ー溶液に素早く加えると、濁った溶液／懸濁液となっ
た。これを室温で１８時間攪拌した。回転減圧蒸発器
（６０℃）で溶液を約３００mlに濃縮し、急速攪拌して
いる容器に水（約１８リットル）を素早く加えた。（小
さな粒子の発生を防止するため及び容易に濾過及び精製
することができるポリマー沈殿物を提供するためには、
水の低剪断流動、すなわち渦を巻かせることが必要であ
る。）

【０２３０】水からポリマーを取り出し、プラスチック
のメッシュシートを使用して濾過し、次に約５００mlの
メタノール中に懸濁させ、再び濾過した。ポリマーを減
圧乾燥させる前に、残留水を減少させ、そして反応副生
成物を除去するために、さらに２回、ポリマーをメタノ
ール中に懸濁させ、濾過した。

【０２３１】ポリマーを約１リットルの室温のＴＨＦ中
に再溶解させ、そしてまずポリプロピレンフィルター布
に通し、次にポリ（プロピレン）フィルター布上にCeli
te^TM545（ペンシルヴェニア州ピッツバーグ所在のFishe
r Scientific 製）珪藻土の厚い（３〜４cmの）パッド
を具備するポリエチレンブフナー漏斗（３５０〜６００
ml）に通すことにより濾過した。透明濾液を集め、回転
減圧蒸発器で６０℃で２００mlに濃縮した。

【０２３２】上記のように水中でのポリマー溶液の沈殿
及びポリマーの濾過を実施した。減圧乾燥前に、最終工
程として水中でのポリマーの微細断（ブレンダーを使
用）を実施した。

【０２３３】官能化ポリマーフィルムの赤外スペクトル
を捕捉し、反応（ＣＯＯＨ基の吸収特性１７２０cm^-1の
消失）を確認した。ポリマーのゲル透過クロマトグラフ
ィーによって、分子量がＰＶＣ−ＣＯＯＨ出発物質の分
子量（すなわち、ＰＶＣ−ＣＯＯＨロットに依存して16
0,000 〜220,000 ）から本質的に変化していないことが
示された。

【０２３４】Anal. Biochem., 第117 巻、第147 頁（19
81）のSarin 等の方法を次のように変更した：試験管内
の乾燥ポリマー試料２０mgに、（ａ）フェノール及びＫ
ＣＮのピリジン溶液０．４０ml、及び（ｂ）ニンヒドリ
ンのエタノール溶液０．１０mlを加えた（両方とも前記
引例に記載されているように調製した）。試験ブランク
を同様に調製した。両方の試験管を１００℃で約１０分
間加熱した。それぞれの試験管に２mlのテトラヒドロフ
ラン（ＴＨＦ）を加える前に、冷水中で両方の試験管を
冷却した。試験管の内容物を分離用２５mlメスフラスコ
に移し入れた後、それらを２５mlのＴＨＦで稀釈した。
吸光係数が１．２×１０^-4Ｍ^-1cm^-1であるＵＶ分光分析
（ｌ_abs ＝６０４nm）を使用してニンヒドリン濃度を決
定した。このことから。有効なアミンの濃度はポリマー
の０．２mmol/gであることが決定された。

【０２３５】実施例４３ コーティング可能なポリマーへの化合物VII の結合 実施例４２から得たＰＶＣ／ビス（２−アミノプロピ
ル）−ポリ（エチレングリコール）の２００mgの試料を
１０mlのジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解させ
た。２mlのＤＭＦ中に５０mgの加水分解したVII を含む
第２の溶液も調製した。第２の溶液に４２ml（０．２７
mmol）のジイソプロピルカルボジイミド（Aldrich ）及
び４０mg（０．２７mmol）のヒドロキシベンジルチアゾ
ール（Aldrich ）を加え、この混合物を第１の溶液に加
える前に約２０分間攪拌した。（第２の溶液を含んでい
たフラスコを１mlのＤＭＦで洗浄して完全に移した。）
組み合わせた混合物に５０ml（０．２７mmol）のジイソ
プロピルエチルアミン（Aldrich ）を加えた。これを窒
素雰囲気下、暗室内で一晩攪拌した。

【０２３６】回転減圧蒸発器により４０℃で溶剤の容積
を減少させた。濃縮された溶液を攪拌しながら２００ml
の水に徐々に加えた。水性分散液を８０メッシュスクリ
ーン上に注ぐことにより綿状の沈殿物を集めた。沈殿物
を水で４回洗浄し、メタノールで３回洗浄した。沈殿物
を安全剃刀の刃でより微細な細片に細断した後、細片を
メタノール中で３回洗浄した。官能化ポリマーを減圧乾
燥させた。

【０２３７】試薬としてニンヒドリンを使用するAnal.
Biochem., 第34巻、第595 頁（1970）のKaiserの方法に
よると、テザー化したビス（２−アミノプロピル）ポリ
（エチレングリコール）のアミン基のうちの９５％を超
えるアミン基が、恐らくはVII とのカップリングを通じ
て消費されたことが示された。

【０２３８】実施例４４ 多孔質膜上への官能化ポリマーのコーティング ＴＨＦ及び水の９０／１０(v/v) 混合物中に実施例４３
の官能化ポリマーを含む２％(w/w) 溶液を、幅６インチ
のスロット供給ナイフダイを使用し、親水性多孔質ポリ
プロピレン（ＷＯ９２／０７８９９参照）のロール（幅
２７．９cm、厚さ７９mm）上に押出塗布した。（ＨＰＰ
Ｐウェブは、最大孔径が１．３mmであり、多孔度が７７
％であった。）ウェブ速度は３ｍ／分であり、溶液送出
量は６７ml／分であった。コーティングされたウェブを
送風オーブン（１５．６℃）に通して溶剤を蒸発させ
た。得られた乾燥皮膜重量は約２．５g/m²であった。

【０２３９】０〜８mMのＫ⁺ 溶液への浸漬及び応答百分
率の計算によって、ダイと接触した膜の側面に加えられ
た物質の殆どが存在するＨＰＰＰウェブの内部細孔表面
中に非対称官能ポリマーコーティングが分布することが
示された。

【０２４０】実施例４５ コーティングされた膜の試験 実施例４４のＨＰＰＰ膜から円形ディスクを打ち抜い
た。これらを使用し、当該検出用複合材料の可逆性、pH
依存性及び安定性（緩衝液中及び血液中の両方）を試験
した。

【０２４１】可逆性 カリウムイオン濃度の変化に対する当該センサーの可逆
性を、３９５nmの励起光源を具備し、４４０nm以上の波
長の蛍光を検出する CDI^TM S400 モニター（カリフォル
ニア州タスティン所在のCDI/3M Health Care製）を使用
してセンサーの蛍光強度を測定することにより決定し
た。約１３８mMのＮａＣｌを含み、［Ｋ⁺］濃度が２、
４、６又は８mMとなるのに十分なＫＣｌを加えた５０mM
のＮ−（２−ヒドロキシエチル）ピペラジン−Ｎ’−
（エタンスルホン酸）緩衝液（ミズーリー州セントルイ
ス所在のSigma Chemical Corp.製）（以下、ＨＥＰＥＳ
と表す）を急速循環させることによりカリウムイオン濃
度を変化させた。（被検体のＫ⁺ 濃度の変化に対する）
実際のセンサーの応答時間は短い（すなわち、約６０〜
１２０秒）かったが、平衡の８分後に蛍光強度を測定し
た。これらの測定結果を表４５ａに示す。

【０２４２】

【表１６】

【０２４３】表４５ａは、実施例４４におけるように作
製されたセンサーがバイパス手術の間に通常観測される
カリウムイオン濃度変化（すなわち、３〜６mM）よりも
大きいカリウムイオン濃度変化に関して可逆性であるこ
とを示している。

【０２４４】pH依存性 Ｋ⁺ 濃度２、４及び６mMで上記ＨＥＰＥＳ緩衝液のpHの
関数としてセンサーの蛍光強度の変化を CDI^TM S400 モ
ニターにより測定した。これらの測定結果を表４５ｂに
示す。

【０２４５】

【表１７】

【０２４６】表４５ｂは、実施例４４におけるように作
製されたセンサーが、特に生理的pH範囲で、変化するpH
での（変化する［Ｋ⁺ ］に対して）応答の変化が小さい
ことを示している。より詳細には、生理的pH（すなわ
ち、７．３〜７．５）及び生理的カリウムイオン濃度
（すなわち、約４mM）でのセンサーの蛍光強度の変化
は、pH＝7.07からpH＝7.90までに観測された全蛍光変化
の約２％であった。これは、非ＰＶＣマトリックスに結
合した同じクマロクリプタンドの約６％以上のpH依存性
及び同様なpH範囲の水性緩衝液中にある固定化されてい
ないクマロクリプタンドのより大きな依存性に匹敵す
る。

【０２４７】安定性 検出用複合材料の安定性を緩衝液中及び血液中の両方で
測定した。 Ａ．緩衝液 AVL 9120^TMナトリウム／カリウム分析計（ジョージア州
ロスウェル（Roswell）所在のAVL Scientific Corp.
製）により測定した場合に１３８mMのＮａＣｌを含むＨ
ＥＰＥＳの５０mM溶液を Lauda^TM RC 20恒温水槽（ドイ
ツ所在のLauda Dr. R. Wobser CmbH & Co. KG 製）内で
一定温度に保ち、モデル13400 蠕動ポンプ（ミシガン州
アナーバー（Ann Arbor ）所在のSarns/3M Health Care
製）によりセンサーループを通して循環させた。７〜８
にわたる溶液のpHを Orion^TM pH 計（ナサチューセッツ
州ケンブリッジ（Cambridge ）所在のOrion Research
製）により監視した。２８５〜３０５mOsmにわたる溶液
の浸透圧モル濃度を AdvancedWide-Range Osmometer 3W
2^TM（マサチューセッツ州ニーダムハイツ（Needham Hei
ghts ）所在のAdvanced Instrument Inc.製）により測
定した。緩衝液の［Ｋ⁺］をIL 643^TM炎光光度計（マサ
チューセッツ州レキシントン（Lexington ）所在のInst
rumental Laboratories 製）により決定した。

【０２４８】２組の［Ｋ⁺ ］「段階的」実験を（両方と
も室温で）実施した。まず、［Ｋ⁺］を０〜８mMの間で
変化させた。実施例４４に記載した通りの検出用複合材
料を８mMのＫＣｌ溶液に浸漬する前に０mMのＫＣｌ溶液
で平衡にし、その後、当該検出用複合材料を新たな［Ｋ
⁺ ］で（完全な平衡は非常に速かったが）５〜１０分間
を要して平衡にさせた。５時間にわたってこの操作を５
回繰り返した。両方の溶液の蛍光強度（すなわち、 CDI
^TM S400 モニターにより測定した場合の０mM溶液でのカ
ウント数は約４８８、８mM溶液でのカウント数は約５６
７）は、実験時間中に実質的に変化しなかった。

【０２４９】第２の「段階的」実験は、IL 643^TM炎光光
度計により測定した場合に３及び７mM（バイパス手術の
際に通常遭遇する濃度範囲）である［Ｋ⁺ ］を使用し
た。検出用複合材料を７mMのＫＣｌ溶液に浸漬する前に
３mMのＫＣｌ溶液で平衡にし、その後、当該検出用複合
材料を数分間を要して新たな［Ｋ⁺ ］で（完全な平衡は
約９０秒以内に起こったが）５〜１０分間を要して平衡
にさせた。約３時間半にわたってこの操作を５回繰り返
した。両方の溶液の蛍光強度（すなわち、 CDI^TMS400
モニターにより測定した場合の３mM溶液でのカウント数
は約６４７、７mM溶液でのカウント数は約６７７）は、
実験時間中に実質的に変化しなかった。

【０２５０】Ｂ．血液 前項に記載したようにウシ血液を１３８mMの［Ｎａ⁺ ］
及び３００mOsmの浸透圧モル濃度に調節した。上記のよ
うにＫＣｌを加えることによって、約３及び９mMのカリ
ウムイオン濃度を得た。２．８％のＣＯ₂ 、５．５％の
Ｏ₂ 、９１．７％のＮ₂ からなるガス組成物で連続的に
スパージすることによって、ABL-7 ^TM血液ガス分析計
（デンマーク、コペンハーゲン（Copenhagen）所在のRA
diometer A/S製）で測定した場合に約７．３４±０．０
２となるように血液のpHを保った。血液溶液を試験用ル
ープに導入した後に恒温に保たれた水浴中に貯蔵し、蠕
動ポンプにより循環させた。（前項を参照）センサーを
CDI^TM S400 モニターカセット及び大きさが3/8 インチ
の CDI^TM Model 6730 Quik-cell 血液ガス監視装置（CD
I/3M Health Care製）に固定した。

【０２５１】２種の［Ｋ⁺ ］溶液を交換するために、３
mM溶液で初期センサー強度を得、そして９mM溶液を直接
導入する前に試験ループを空にした。この操作を逆にし
た時に、試験ループを［Ｋ⁺ ］＝３mMの血液洗浄液で濯
ぎ、３mM試験溶液の混入を防いだ。（この洗浄操作は、
血液溶液の交換の間にセンサーが空気に暴露する原因と
なり、その結果、センサーの応答時間が長くなる。８mM
のＫ⁺ と少量のTriton^TM X-100又は Tween^TM 80 （両方
ともAldrich から入手可能）、好ましくは内用薬用途に
対するその認可のために後者のような界面活性剤を含む
ＨＥＰＥＳ緩衝液中でセンサーを水和させると安定した
センサー強度が得られることが見出された。）

【０２５２】血液溶液の交換の間に中間洗浄浴を使用し
ない場合に、［Ｋ⁺ ］が３mMから９mMになるまでの応答
時間（９５％）は約４０秒間であり、９mMから３mMにな
るまでの応答時間は約６５秒間であた。

【０２５３】センサーは約５時間にわたって優れた安定
性を示した。９mM溶液により得られた強度は試験期間中
に徐々に（すなわち、約５カウント）減少したが、この
ことは交換した３mM溶液によりこの溶液が稀釈されたた
めであると考えられる。

【０２５４】本発明の範囲及び真意から逸脱することな
く、本発明の種々の改良及び変更が当業者には明らかに
なるであろう。また、本発明は本明細書に記載した例示
的態様に無論のこと限定されない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１ａ、１ｂ及び１ｃは、それぞれ、Ｋ⁺ 濃度
の増加に対する本発明のクマロクリプタンドイオノホア
の蛍光発光応答のグラフ図（図１ａ）及び従来のクマロ
クリプタンドの蛍光発光応答のグラフ図（図１ｂ）と、
０及び１５mMのＫ⁺ 濃度でのクマロクリプタンドの応答
を比較するグラフ図（図１ｃ）である。

【図２】図２は、０、８及び０mMのＫ⁺ 濃度の連続変化
にそれぞれかけられた本発明のクマロクリプタンドイオ
ノホアの蛍光発光応答のグラフ図である。

【図３】図３は、本発明のカリウムセンサーに及ぼす照
射効果を表すグラフ図である。

【図４】図４ａ及び４ｂは、本発明のクマロクリプタン
ドイオノホア（図４ｂ）及び従来のクマロクリプタンド
（図４ａ）に対する、カリウム濃度が測定されるべき生
理的媒体のpH変化の効果を表すグラフ図である。

【図５】図５は、ＨＥＰＥＳ緩衝液中での０mMＫ⁺ と１
６mMＫ⁺ の間で循環させた本発明のカリウム検出用装置
の応答を表すグラフ図である。

【図６】図６ａ及び６ｂは、特定の置換クマロクリプタ
ンドのＫ⁺ 応答と同様に置換されたモデル化合物ＭＤＯ
及びＥＤＯ（図６ａ）並びにモデル化合物ＤＭＯ及びＥ
ＤＯ（図６ｂ）の相対量子収率との間の相関を表すグラ
フ図である。

【図７】図７は、分子内無放射遷移に関する障壁幅に対
する弱い、強い及び非常に強い振電カップリング効果を
表すポテンシャルエネルギー図である。

【図８】図８は、実験的蛍光発光極大波長と置換された
モデル化合物ＤＭＯ及びＥＤＯに関する発光率との間の
相関を表すグラフ図である。

【図９】図９ａは、ＥＤＯ型モデル化合物群について計
算及び測定された吸収波長間の相関を表すグラフ図であ
る。図９ｂは、ＥＤＯ型モデル化合物群について計算及
び測定されたストークスシフト間の相関を表すグラフ図
である。

【図１０】図１０は、モデル化合物及び本発明のクマロ
クリプタンドイオノホアのカリウム応答を評価するため
に使用した３０kHz 位相変調ブレッドボードの略図であ
る。

【図１１】図１１は、本発明のクマロクリプタンドイオ
ノホアを使用することができる流体パラメーター測定装
置と共に較正用及び流体パラメーター測定カセットを表
す斜視図である。

【図１２】図１２は、図１１に示した測定装置の部分拡
大図であって、前記カセットと前記装置を結合させた場
合に当該測定装置と向かいあうカセットの側から見た図
である。

【図１３】図１３は、図１１に示したカセットのみの拡
大斜視図であって、例示のために前記カセットの２構成
構造を別の角度から示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シ ヒュン チョ アメリカ合衆国，ミネソタ 55144−1000, セント ポール，スリーエム センター (72)発明者 ジョン イー．トレンド アメリカ合衆国，ミネソタ 55144−1000, セント ポール，スリーエム センター (72)発明者 エリサ エム．クロス アメリカ合衆国，ミネソタ 55144−1000, セント ポール，スリーエム センター (72)発明者 クレイ エー キプケ アメリカ合衆国，ミネソタ 55144−1000, セント ポール，スリーエム センター (72)発明者 マサオ ヤフソ アメリカ合衆国，カリフォルニア 92780, ツスティン，バレンシア アベニュ 1311，シーディーアイ スリーエム ヘル ス ケア (72)発明者 サンジャ エル．パティ アメリカ合衆国，カリフォルニア 92780, ツスティン，バレンシア アベニュ 1311，シーディーアイ スリーエム ヘル ス ケア

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオンの選択的結合用の錯化部分と近接
   しているｎπ^* 及びππ^* 励起状態を含む発蛍光部分と
   を含む蛍光イオノホア化合物であって、吸収極大波長は
   少なくとも約３５０nmであり、且つ、発光極大波長は約
   ５００nm以下であり、イオン依存性のある面外パッカリ
   ングをすることができ、イオン依存性のある混成が基底
   状態への無放射カップリングを支配するほど十分に前記
   発蛍光部分のππ^* 状態はエネルギーが高い蛍光イオノ
   ホア化合物。
2. 【請求項２】 錯化部分が、クリプタンド部分及びクラ
   ウンエーテル部分からなる群から選ばれ、発蛍光部分が
   置換クマリン部分からなる群から選ばれる請求項１記載
   の化合物。
3. 【請求項３】 一般式： 【化１】 （上式中：Ｔは、ＴがＯである場合にｑが０であり、か
   つ、ｎが０〜２であること並びにＴがＮである場合にｑ
   が１であり、かつ、ｍ及びｎが独立に０又は１であるこ
   とを条件として、Ｏ又はＮである；各Ｒ² は独立に立体
   障害作用のない基である；Ｒ³ は適切な電子吸引性基及
   び非電子吸引性基から選ばれる；Ｒ¹ は適切な電子吸引
   性基及び分極性基から選ばれる；並びにＺはＯ又はＮＲ
   ⁵ （式中、Ｒ⁵ は水素又はヒドロカルビル含有基であ
   る）である）により表される請求項１記載のイオノホア
   化合物。
4. 【請求項４】 Ｒ¹ が一般式： 【化２】 （上式中：Ｙ及びＹ’は、それらの少なくとも一方が
   Ｏ、Ｓ又はＮＨ_x であることを条件として独立にＯ、
   Ｓ、ＮＨ_x 又はＣＨ_y （式中、ｘは０又は１であり、ｙ
   は１又は２である）である；並びに各Ｒ⁴ 基は、水素、
   ハロゲン、ヒドロカルビル含有基、複素非環式基、複素
   環式基若しくは式：（ＣＨ₂ Ｘ）_c Ｅ（式中、ＸはＯ、
   ＮＨ又は単結合であり、Ｅは活性水素を含む官能基であ
   り、ｃは０〜１００の整数である）により表される基で
   あるか、又は両方のＲ⁴ 基がそれらが結合している炭素
   原子と共に５員若しくは６員環を形成し、この５員若し
   くは６員環に任意に１個以上のさらなるＲ⁴基が結合し
   ていてもよい）により表される置換された部分である請
   求項３記載の化合物。
5. 【請求項５】 流体チャンバーを有するカセットに提供
   されるカチオン検出用構造物であって、前記流体チャン
   バー内に収容される流体中のＫ⁺ イオンとイオン連絡が
   あるカチオン検出用構造物を形成するように基材に結合
   される、Ｋ⁺に対して選択性がある上記請求項のうちの
   いずれか一項に記載の化合物。
6. 【請求項６】 流路を有するカセットに取り付けられる
   イオンセンサーであって、オートクレーブ殺菌に耐えう
   るイオンセンサーに組み込まれる上記請求項のうちのい
   ずれか一項に記載の化合物。
7. 【請求項７】 入口及び出口とイオン透過性膜で被覆さ
   れた開口部とを有する第１フロースルーカセットケーシ
   ング並びに第２イオン検出カセット本体を具備するカセ
   ット集成体に取り付けられるイオンセンサーに組み込ま
   れる上記請求項のうちのいずれか一項に記載の化合物。
8. 【請求項８】 高分子基材と上記請求項のうちのいずれ
   か一項に記載の蛍光イオノホア化合物とを含むカチオン
   検出用複合構造物であって、結合及び多官能連結部分の
   うちの１つにより少なくとも１つのＲ¹ 若しくはＲ² 又
   はＲ³ 基を通じて基材に前記化合物が共有結合され、前
   記連結部分の第１官能基がＲ¹ 若しくはＲ² 又はＲ³ 基
   の官能基に対して相補的であり、前記連結部分の第２官
   能基が基材上の官能基に対して相補的であるカチオン検
   出用複合構造物。