JPS58134097A - カリウム試薬およびカリウムイオンの分析方法 - Google Patents

カリウム試薬およびカリウムイオンの分析方法

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JPS58134097A
JPS58134097A JP58011617A JP1161783A JPS58134097A JP S58134097 A JPS58134097 A JP S58134097A JP 58011617 A JP58011617 A JP 58011617A JP 1161783 A JP1161783 A JP 1161783A JP S58134097 A JPS58134097 A JP S58134097A
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ライナ−・クリンク
デトレフ・ボダルト
ジヤン「あ」マリ−・レン
ベルント・ヘルフエルト
ロ−ラント・ビツチユ
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    • C07D498/02Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having nitrogen and oxygen atoms as the only ring hetero atoms in which the condensed system contains two hetero rings
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
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    • C07C59/40Unsaturated compounds
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    • C07C59/66Unsaturated compounds containing ether groups, groups, groups, or groups containing six-membered aromatic rings the non-carboxylic part of the ether containing six-membered aromatic rings
    • C07C59/68Unsaturated compounds containing ether groups, groups, groups, or groups containing six-membered aromatic rings the non-carboxylic part of the ether containing six-membered aromatic rings the oxygen atom of the ether group being bound to a non-condensed six-membered aromatic ring
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    • C07D498/00Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having nitrogen and oxygen atoms as the only ring hetero atoms
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/84Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving inorganic compounds or pH

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカリウムイオンの単純で信頼できる迅速分析用
の呈色試薬およびその使用方法に関する。
カリウムイオンの定性的および定量的測定はたとえばプ
ロセスコントロールのための化学的および生化学的技術
において、土壌検査および肥料計量における農業化学分
野で、およびたとえばカリウム/ナトリウム比率の診断
および治療上の監視における医療分野で注目され、重要
性が増大している。非常に大規模な装置を必要とするフ
レーム光度測定法および原子吸光分光分析法以外には、
カリウムの信頼できる分析方法はまだほとんどない。最
近利用できるようになったイオン交換体基体上のイオン
感受性カリウム電極は通常、区別が不十分な結果を与え
る。
簡単で、同時に信頼できるカリウムの定性的および定量
的測定方法は存在しない。たとえば、カリウムイオン用
の有用な呈色試薬がまだ存在していない。
西ドイツ国公開特許出願(DE −O8)第2.842
.862号はイオン分析方法を記載しており、この方法
は原則的に、被測定イオンと錯化剤との間のイオン選択
的錯体結合および錯体生成に際して生起する吸光度の変
化の測定に基づいておシ、この場合に錯化剤を呈色担体
に結合させる。
選択的錯化剤はオリゴ−エーテル、−エステルまたは−
アミド、たとえばクラウンエーテル、クリプタンドまた
は環状ペプチドであることができ、および(または)ポ
リエチレングリコール基またはへテロ原子を含むその他
の基を含有していてもよい。共有的にまたはへテロ極性
的に結合した呈色担体は染料または螢光染料または色原
体であり、その吸光ス4クトルが共鳴系における電荷移
動または干渉による非極性イオンまたは親油性分子との
相互反応により変化するものである。
この原則は本質的にそして工業的に良く知られている。
ヘミン、クロロフィルおよび、たとえば金属錯体染料お
よび金属指示薬(たとえば無色錯化剤EDTAに基づく
キシレノールオレンジおよびメチル・チモール・ブルー
)はこの一般的構成プランに多少関係するものである。
西ドイツ国公開特許出願第2,842.862号に記載
の例はカリウムの分析に係る実施上の要件に対し十分な
ものではない。従って、カリウムイオンとの有用な呈色
反応を遠泳することは不可能であった。
上記錯化剤の一般的問題は、これらが通常、有機媒質中
でだけ反応できるものであシ、これることにある。多く
の場合に、蒸発および有機塩への結合または溶剤抽出に
より、イオンの水溶液を有機媒質に変えることは可能で
あるが。
これは要求されている自動化できる迅速な実施方法とい
う要求を満たすものではない。
本発明は実施が簡単で、迅速な分析ができ、。
そしてまた生成される単−和水性媒質中でカリウムイオ
ンを分析するための信頼できる試薬を開発するという目
的に基づいている。
ここに、成る種の新しいクリプタンドがカリウムの錯化
に対し高度の選択性を有し、これらを発色団と結合させ
ると、強い、分析的に有用な発色反応をもたらすことが
見出された。
本発明は一般式、I :・1′ 1 (式中nは0または1であり、mは0または1であり、
XはNまたはCOHであり、そしてRは−N=Nつ−N
O□ −N=Nす または である) で示される化合物に関する。
これらの化合物の色濃度および安定性はカリウムの簡単
で再現性を有する定量的測定を可能にする。
本発明はさらにまた。一般式Iの化合物を用いるカリウ
ムの分析方法に関し、この方法は液中の被測定カリウム
イオンの反応を水および少なくとも1種の水混和性有機
溶剤の反応媒質中で、有機塩基の存在下に行なわせ、次
いで吸光度の変化を測定することを特徴とする。
大多数の水混和性有機溶剤、たとえばアセトン、メチル
エチルケトンおよび氷酢酸等は反応媒質として不適当で
あることが見出された。驚くべきことに、環状エーテル
、グリコールエーテル、アミド、好ましくは3〜8個の
炭素原子を有する脂肪族アルコールおよび(または)ス
ルホキシド中でモルホリンまたはアミノアルコールの存
在下に、光度計および肉眼の両方で評価できる優れた色
変化階調が得られることが見出された。
特に適する環状エーテルはジオキサンおよびテトラヒド
ロフランであり、適当なグリコールエーテルはエチレン
グリコールモノアルキルエーテル、特にメチル、エチル
、プロピルおよびブチルセロソルブであわ、そして適当
なアミドはホルムアミド、ジメチルホルムアミド(DM
F )、ピロリドンおよびN−アルキル−ピロリドン、
たとえばN−メチル−ピロリドン(NMP )である。
メタノールおよびエタノールのような脂肪好な結果はイ
ソプロパツール、n−プロパツール、ブタノール、アミ
ルアルコール、ヘキサノール、ヘプタツールおよびオク
タツールのような3〜8個の炭素原子を有するアルコー
ル中で達成さする。ジメチルスルホキシドもまた適当な
溶媒である。特に適するアミノアルコールはエタノール
アミン、プロノミノールアミン、アミノ−プロパンジオ
ールおよびN−メチルグルカミンである。水/ジオキサ
ン1モルホリン溶剤系が特に有利であることが証明され
た。
式Iのカリウム錯体の色濃度は媒質の水含有量が増加す
るほど減少する。ブランク値と試料値との間の光度計お
よび肉眼で評価できる色の□ 差異を達成するには、水/有機溶剤の混合比率□ を約1:4〜i:・:6にすることが望ましい、すなわ
ち水性試料溶液1部当り約4〜6部のジオキサンおよび
(または)メタノール等を使用する。水含有量を実質的
に減じると、測定散光が生起する。上記混合比率は一方
で水性相の量を感度増加の目的に対しできるだけ高く保
持し、他方で有機含有量を良好な反応コントラストを有
する着色反応を確保するように、場合に応じて最適であ
るようにする。たとえば、ジオキサン中の試料はメタノ
ール中の同濃度の試料に比較して、可成良好な色変化階
調を示す。
西ドイツ国公開特許出願第2,842,862号に記載
のカリウム試薬は驚くべきことに、上記した媒質依存性
色効果を示さず、この1反応を有用にするものではない
カリウム試薬を用いる多くの実験に基づいて予想され、
実際に多くの場合にカリウムイオンと同時に生じる、一
般にはるかに高い錯体形成傾向を有するイオンを包含す
る関連イオンの干渉作用は、驚くべきことに、下記に示
す最大吸収値に示されているように、生起しなかった。
式■の化合物(ここでnは0であり、mは1であり、X
はCQHであり、そしてRは4−ニトロフェニルアゾで
ある)のアルカリ金属およびアルカリ土類金属錯体の最
大吸光度を次表に示す: カリウム       57() ナトリウム      5】0 リチウム       515 ルビジウム      567 セシウム      500 カルシウム      510 ストロンチウム    517 マグネシウム     425 /9リウム       530 実際上余り意義のないルビジウムだけが干渉作用を有す
るが(Emax 557 nm )、その他の全ての最
大吸光値はカリウムの定量的測定がいずれの分光光度計
を用いても可能なほどはるかに異なっている。
ルビジウムとカリウムとの等濃度における吸光度測定は
1 : 2.5の比を示す。
そのnが0であり、mが1であり、XがCOHであり、
そしてRが である式Iの化合物は、nが0であり、mが1であり、
XがCOHであり、そしてRがニトロフェニルアゾであ
る式Iの上記化合物と同様の挙動を示す。XがNである
式■の同族化合物もまた同様にカリウムイオンと一゛林
析的に有用な着色反応を生じる。・および・1−両方が
1である式Iの化合物は前記化合物i同様に作用し、カ
リウムイオンと有用な着色反応を生起する。
XがNである場合に、窒素上の遊離電子対が錯化により
完全にまたは部分的に結び付いて利用され、この電子対
が発色団との共鳴現象にもはや役立たなくなるだめに、
陽イオンとの相互反応に際して最大吸収値における浅色
シフトが生じる。XがCOHである場合に、逆行現象が
起る、すなわち錯化が生起した後に深色シフトが生起す
る。
カリウムイオンの分光光度計式定量方法に加えて、一般
式Iの化合物で含浸した薄層クロマトグラフィ板を用い
て、カリウムをその他の異なる陽イオンから分離し、測
定することができ、まだは対応する試薬で展開した後に
薄層クロマトグラフィ板に噴霧することもできる。
式Iの新しい化合物は文献〔たとえば、Houben−
Weyl 、 □=、Methoden der or
ganischenChemie (Geor1g’−
Thieme  出版社、Stuttgart市)、T
etrahedron雨、1629〜1645 (19
73年)のような標準的論文〕に記載され、それ自体既
知の方法により、特に既知であって、上記反応に適する
反応条件下に、製造する。
例  1 式r(ここでnは0であり、mはlであり、XはCOH
テありそしてRはN=N−Ph−No2テある)ノ化合
物:30−ヒドロキシ−7−(p−ニトロフェニルアゾ
) −4,10,16,19,24,27−ヘキサオキ
サ−1,13−’;アザトリシクロ〔11・8・8・1
5°9〕トリアコンタ−5,7,9−トリエンの製造 クロル酢酸403 f (4,26モル)を水1000
罰に溶解し、水350Wll中の水酸化ナトリウム17
0y(4,26モル)の溶液を0〜5°Cで加える。ピ
ロガロール271 ? (2,15モル)を加え、この
混合物を還流下に4時間、加温する。この期間中に、水
400m1中の水酸化す) IJウム180vの溶液を
少量づつ加えて、この反応混合物が常にアルカリ性反応
を示すようにする。翌日、塩酸を混合物が強酸性反応を
示すまで加え、この混合物をθ〜5°に冷却させ、分離
した沈殿を単離する。
水から再結晶後に融点176〜178°Cを有する(1
)が53f!得られる。
(1148f (0,2モル)を水200m1!中の水
酸化ナトリウム281の溶液に溶解する。硫酸ジメチル
65m/ (’0.68モル)を10〜20″で1時間
の間に冷却しながら滴下して加え、この混合物を室温で
加時間攪拌すると、最初清明な溶液から油状物が徐々に
分離する。この混合物を還流下に1時間加温し、5〜1
0°Cに冷却させ、混合物が強酸性反応を示すまで濃塩
酸を加える。この混合物を各250m/の酢酸エチルで
4回抽出し、溶剤を蒸発させた後に、生成物を単離する
。この生成物を次に水200d中の水酸化ナトリウム2
0vの溶液中で5時間、還流下に加温する二この混合物
を次いで35〜40°Cに冷却させ、濃塩酸を混合物が
強酸性反応”を示すまで加える。この混合物を0°Cに
冷却させた後に、結晶化した沈殿を吸引戸数し、乾燥さ
せた後に、融点150〜152°Cの生成物35tが得
られる。
(2)の839 (0,33モル)をクロロホルム50
0 WLe中に懸濁する。沸とうしているこの懸濁液に
、塩化チオニル100 ml (1,38モル)を1時
間の間に滴下して加え、この混合物を還流下に一夜にわ
たり沸とうさせる。過剰の塩化チオニルおよび溶剤を減
圧で除去する。残留物・とじて結晶の+3) 94グが
残る。
トルエン2.Ot中の(3)の77 f (0,26モ
ル)の溶液およびトルエン2を中の4.7,13.16
−チトジオキサ−1,10−’;アザーシクロオクタデ
カ768F(0,26モル)とトリエチルアミン59 
tとの溶液をトルエン1.5を中に同じ供給速度で、激
しく攪拌しながら3〜4時間の期間にわたり、同時に加
える。この混合物を70°Cに加温し、不溶性物質を吸
引枦去する。F液を減圧下に濃縮乾固させる。この残留
物(579’)を酢酸エチル1tで徹底的に抽出する。
抽出液を減圧で濃縮し、沈殿した生成物を単離する(5
29)。
王ヱユ (4)の52 r (0,107モル)をテトラヒドロ
フラン500I+!A中のジボラン0.25モルの溶液
中に導入する。この混合物を室温で6時間攪拌し、次い
で15時間、加熱還流させる。溶剤を減圧で完全に留去
し、残−物をクロロホルムで抽出する。
抽出液を濃縮二面させ、この残留物を6N塩酸とともに
6時 加熱還流させる。この混合物を、・ys(。
蒸発乾固させ、残留物を少量の水中に取り、この溶液を
強塩基性イオ/交換体上で濾過する。
溶出液を蒸発乾固させ、固体残留物をベトロリウムスピ
リノトから再結晶させる。融点86〜88゛Cの(5)
の442が得られる。
エン(6) 乾燥ヨウ化リチウム122をピリジ750 tttlに
溶解し、(5)の122を加える。溶液を15時間、9
(1〜100°Cに保持する。ピリジンを減圧で除去し
た後に、残留物を水で抽出し、32%水酸化ナトリウム
溶液を、冷却しそして攪拌しながら、混合物が強アルカ
リ性反応を示すまで加えると、油状物が分離する。これ
はすぐに固化する。この固体生成物を単離し、水から2
回、再結晶させる(11.8f)。この生成物は(6)
のNa塩である。
叫の57を氷酢酸100罰に溶解し、ジアゾ化4−アミ
ノ−1−二トロベンゼン1.42の溶液を1時間に亘っ
て加える。生成した赤褐色溶液を室温で一夜にわたり保
持する。溶液を減圧で蒸発乾固させ、この残留物を水2
50mJで抽出し、水酸化ナトリウム溶液をこの混合物
がアルカリ性反応を示すまで加える。非常に微細な紫色
の沈殿が分離する。これをトルエンで抽出する(各25
0m1のトルエンで5回抽出)。この抽出液を水で洗浄
するとオレンジ−黄色になる。トルエンを減圧で除去し
た後に、固体残留物をメタノ−ごし/水から再結晶させ
る。不明瞭な融点を示す赤褐色結晶((71のNa塩〕
2yが得られる。
この生成物は94〜96°Cで焼結し、そして98〜1
02°Cで融解もしくは分解する。
元素分析: 計算値: C56,2%iH6,4%;N11.8係実
測値:C56,9チ;H6,5%i N 11.8チア
位置にp−ニトロフェニルアゾの代すに、3−フェニル
イソチアゾリル−(5)−アゾ、イソチアゾリル−(5
)−アゾ、チアゾリル−(5)−アゾ、21416− 
) IJニトロフェニルアl1ftld−p−二トロス
チリル基を有する相当するアゾ化合物を例1g)と同様
にして製造する。
Rがp−ニトロスチリルである式Iの化合物はそのRが
一〇H3である化合物をP−ニトロベンズアルデヒドと
反応させることにより得られる。
Rがp−ベンゾキノンモノイミノである式lの化合物は
相当する4−アミン化合物からベンゾキノンとの縮合に
より得られる。さらにまた、ビス−(p−ジメチルアミ
ノフェニル)−ヒドロキシメチル誘導体は、Rが水素で
ある式Iの化合物とミヒラーのケトンとの縮合により得
られる。
例  2 カリウムイオン10 ppmを含有する試料溶液l耐を
ジオキサ75 mlおよびモルホリン0.2+ILlと
混合する。式(1)の化合物(、、←こでnはOであり
、mはlであり、又はCOHそあり、そしてRは4−ニ
トロフェニルアゾである)のりメチルスルホキシド中の
0.05係原液0.2mlを加える。これと平行して、
カリウム含有試料溶液の代りに蒸留水を含むブランク試
料を用いて同じ操作を行なう。試料溶液の色はピンク色
からゲンチアナ紫色に変わる。ブランク試料(Bt )
に対する試料(Sa)の吸収ス4クトル(1)、水に対
する試料(Sa : Wa )の(2)および水に対す
るブランク試料(Bt : Wa )の(3)を測定す
る。この結果を表2に示す。
例  3 カリウムイオンto ppmを含有する試料溶液1dを
テトラヒドロフラン5 mlおよびモルホリン0.2y
dと混合し、原液0.2rulを加える。ピンク色から
紫色への色の変化が記録される。ブランク試料を同様に
作る。BLに対するSaの吸収スペクトル(11、Wa
に対する8aの(2)およびWaに対するBtの(3)
を測定する。この結果を表2に示す。
例  4 イソプロパツール5mgおよびモルホリン3部とエタノ
ールアミン1部との混合物0.2mlをカリウムイオン
10 ppm含有試料溶液に加え、この混合物を例1に
記載の原液0.2mlと混合する。
色は灰ピンク色から鋼青色に変わる。蒸留水を用いたブ
ランク試料を同じ方法で処理する。
吸収スペクトルを測定し、その結果を表2に示す。
例  5 試料溶液(カリウムイオンio ppmを含有する1 
rnl )をモルホリン51と混合し、次いで原液0.
2mlを加える。色は淡い灰青色から深青色に変わる。
ブランク試料を同様にして作る。ス被りトルを記録し、
この結果を表2に示す。
例  6 試料溶液(カリウムイオン101)pmを含有するl 
tril ) tエチレンクリコールモノエチルエーテ
ル5 wlおよびモルホリンとエタノールアミンとの混
合物(3:1)0.2mlと混合する。さらに原@0.
2tulを加える。
淡い赤褐色から青色への色の変化が見られる。
表2に結果を示す。
試料溶液およびブランク溶液の水に対する吸収スペクト
ルおよび相互の吸収スペクトルはこの系がカリウムイオ
ンの定性的および定量的測定に極めて好適であることを
明白に示している。
これらの例が示しているように、この測定方法は簡単で
あり、そして表2のデータが証明しているように、信頼
できる。
反応媒質を最適に選択した場合に、ブランク試料の吸光
度は測定試料(8a )の最大吸光度の領域で低く、そ
して水に対する試料の吸光度とブランクに対する試料の
吸光度との吸光度の差も低い(例1〜3)。
溶媒系を広範囲に変えられるので、意図した用途に正確
に適合した種々の試薬を作ることができる。
例  7 吸光度とカリウムイオンあ濃度との直線的関係を試験し
た。
それぞれ2.4.6.8または10 pl)mのカリウ
ムイオンを含有する水性試料溶液釜1 rugに、ジオ
キサン5WLI!、モルホリン3滴および例1と同様の
原液2滴を加える。ブランク値に対する吸光度をB =
 570 nmで測定した。
表3: 2    0.121    0.06054    
0.25     0.06256    0.4  
   0.06668    0.54     0.
067510   0.66     0.0660吸
光度とカリウムイオン含有景との関係は非常に良好で正
確に直線的であり、このことはそれ自体、低濃度のカリ
ウムの定量的測定を可能にする。
例  8 試料溶液(11tIりをDMF 5 rulおよびN 
−2−1\ ヒドロキシメチル1−モルホリン0.31と、次いで゛
原液0.2ntlと混合する。ピンク色から青色への色
の変化が見られる。− 例  9 試験片 濾紙片をジメチルスルホキシド中の化合物I(n=0、
m=1%X=COHおよびR=4−ニトロフェニルアゾ
)の1チ溶液中に浸し、乾燥させ、次いでN−メチルグ
ルカミンの25%水溶液を充分に噴霧し、再び乾燥させ
、次いでオクタツールを噴霧し、再び乾燥させる。カリ
ウムイオン20 ppmを含有する水溶液1滴を適用す
ると、適用部の部分で淡いベージュ色から紫色に色が変
化する。
特許出願人 メルクリやテント・ガゼルシャフト・ミツ
ト・ベシュレンクテル・ハフソング第1頁の続き ■Int、 C1,3識別記号   庁内整理番号(C
07D 498/18             −2
21100           6675−4C27
3100)           7306−4C@発
 明 者 ブトレフ・ボダルト ドイツ連邦共和国D −6100ダル ムシユタツト・フランクフルチ ル・シュトラーセ250 [相]発 明 者 ジャン−マリ−・レンドイツ連邦共
和国D−6100ダル ムシュタット・フランクフルチ ル・シュトラーセ250 ■発 明 者 ベルント・ヘルフエルトドイツ連邦共和
国D −6100ダル ムシユタツト・フランクフルチ ル・シュトラーセ250 0発 明 者 ローランド・ビツチュ ドイツ連邦共和国D −6100ダル ムシユタツト・フランクフルチ ル・シュトラーセ250

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 m  一般式l (式中nおよびmは0または1であり、XはNまたはC
    OHであり、そしてRは または である) で示される化合物。 (2)一般式■ 口 (式中nおよびmは0または1であり、XはNまたはC
    OHであり、そしてRは N=Nつ−No2 ′1l −N=4− または である) で表わされる化合物を用いて液中のカリウムイオンを分
    析・する方法であって、その分析側11 定のための反1゛応゛1.を、水および少なくとも1種
    の水混和性有機溶剤の反応媒質中で有機塩基の存在下に
    行なわせ次いで吸光度の変化を測定することを特徴とす
    る液中のカリウムイオンの分析方法。 (3)前記の有機溶剤として、環状エーテル、グリコー
    ルエーテル、アミド、脂肪族アルコールおよび(または
    )スルホキシドを使用し、そして前記の有機塩基として
    、モルホリンおよび(または)アミノアルコールを特徴
    する特許請求の範囲第2項に記載の方法。 (4)水および有機溶剤を1:4〜1:6の割合で使用
    する特許請求の範囲第2項または第3項に記載の方法。
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