KR100598374B1 - 파라-삼차-부틸 칼릭스〔4〕아렌 파이렌아미드 카르복실산형광 유도체, 그 제조방법 및 그 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 칼슘 이온에 선택적으로 감응하는 하기 화학식 1로 표기되는 수용성의 새로운 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산 형광 유도체, 그 제조방법 및 그 용도에 관한 것으로, 이는 우리 몸의 성장, 유지, 생식 등에 필수 영양소인 칼슘금속을 추출할 수 있을 뿐만 아니라 형광체가 도입되어 특정 금속이온과 착물을 이루었을 때 형광 변화로 인한 화학센서로서 사용이 가능한 이점이 있다.
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파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산, 형광 유도체, 칼슘이온 선택 감응제

Description

파라-삼차-부틸 칼릭스〔4〕아렌 파이렌아미드 카르복실산 형광 유도체, 그 제조방법 및 그 용도{Fluorogenic Para-tert-butylcalix[4]arene Pyreneamide Carboxylic Acid Derivatives, Their Preparation and Use Thereof}
본 발명은 칼슘 이온에 선택적으로 감응하는 새로운 수용성 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산 형광 유도체, 그 제조방법 및 상기 화합물을 함유하는 칼슘 감응 센서로서의 용도에 관한 것이다.
호스트-게스트 화학(Host-guest chemistry)이 발달함에 따라 많은 화학자들에게 관심을 끈 것은 유기리간드의 합성 및 그의 착물 형성인 것이다.
또한, 이를 광학적 센서로서 이용할 수 있다는 것이다. 대표적인 예로서 파이렌아미드의 질소가 특정한 금속이온과 착물을 잘 형성할 수 있고 카르복실산의 산소 역시 특정한 금속이온과 착물을 잘 형성한다. 특히, 두 파이렌 간의 분자 간 인력에 의해 생성되는 형광 엑시머의 크기를 비교함으로써 착물형성 시 결합 위치 및 리간드의 형태 변형 정도 등 물리적인 파라미터도 알 수 있다. 이러한 형광세 기가 변하게 되는 특성으로 이 형광 유도체와 여러 금속과의 착물형성에 대한 연구뿐만 아니라 분자인식에 대한 연구도 활발히 진행되었다 (Czech, A.; Czech, B. P.; Bartsch, R. A. J. Org. Chem. 5, 53, 1988, Aoki, I.; Kawabata, H.; Nakashima, K.; Shinkai, S. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1771, 1991).
이와 같이 이온인식 물질을 이용한 금속이온의 분리에 관한 연구가 유기화학의 한 부류로 자리를 잡으면서 최근 칼릭스아렌의 합성 및 금속과의 흡착에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
하기 화학식 2a로 표시되는 칼릭스[4]아렌(Calix[4]arene)은 일반적으로 원추형(cone), 부분 원추형(partial cone), 1,2-교대형(1,2-alternate) 및 1,3-교대형(1,3-alternate)의 네 가지의 입체이성질체를 갖는다. 근래에 들어 이 칼릭스[4]아렌의 금속에 대한 선택도에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다 (Vogtle, F.; Weber, E. In Host Guest Complex Chemistry Macrocycles, Springer-Verlag, 378, 1985).
하기 화학식 2b로 표시되는 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 (para-tert-butylcalix[4]arene)은 삼차-부틸기의 입체적 장애로 인해 칼릭스[4]아렌 화학식 2a 보다 구조적으로 변화가 적다.
본 특허에서는 화학식 2b를 출발물질로 사용하여 원추형(cone)구조의 화합물을 합성할 수 있었다.
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발색단 및 형광단 분자를 칼릭스아렌에 접목시킨 사례는 몇몇 연구자에 의해 이미 발표되었는데, 하기 화학식 3a과 같이 니트로페놀기(nitrophenol)를 칼릭스아렌에 접목시킨 후 pH의 변화에 따른 흡광도를 실험한 결과 pH=12에서 칼륨에 대한 선택성이 크게 나타났으며, 또한 가장 강렬한 색깔을 나타내었다. 그 이유는 니트로페놀기의 OH가 탈 수소화 되었을 때 3차원적으로 칼릭스아렌 아자크라운 고리 안에서 포획되며 이 때 그 포획하는 고리가 칼륨이온과 잘 어울리는 크기임이 증명되었고, 이때 칼륨이온과 칼릭스아렌의 1,3-교대구조(1,3-alternate) 위치의 벤젠과 π-금속 착물(π-metal complex)을 잘 형성하여 칼륨에 대한 선택성이 커지기 때문 인 것으로 발표되었다(J. Org. Chem., 2000, 65, 2386).
한편, 화학식 3b는 K+ 이온과 결합하면 이들의 흡광도에서 큰 차이(장파장쪽 이동)를 보이며 이는 금속 착화합물에서 아조페놀(azophenol)이나 니트로페놀(nitrophenol)의 해리에 의한 것으로 설명되어지고 있다(Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1995, 34, 1364).
또한, 화학식 3c은 본 발명에서 개발한 화합물과 구조적으로 비슷하기는 하나 카르복실산기가 없기 때문에 수용액에 불용성이며, 가지에 질소 대신 산소가 있어서 금속이온 센서로서의 기능이 본 발명 물질과는 다르다. 이 물질은 강한 들뜬 엑시머 발광을 보이다가 Na+와 착화합물을 만들게 되면 이러한 들뜬 엑시머 발광이 줄어들고 단위체 발광이 커지는 현상을 보인다고 발표되었다(Chem. Commun. 1999, 681). 즉, 나트륨에 선택적인 화합물이라고 할 수 있겠다.
비슷한 시도로, 화학식 3d의 파이렌(pyrene)은 니트로벤질(nitrobenzyl) 그룹에 의해 형광이 소광되었다가 Na+ 이온과 착화합물을 만들게 되면 파이렌과 니트로벤질 그룹이 분리되어 이러한 소광현상을 방해하게 된다(J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 3782).
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이렇게 구조적인 특이성을 가진 칼릭스아렌을 모체로 하는 형광 칼릭스아렌 은 아직 국내는 물론 외국 선진국에서도 연구가 많이 진행되고 있지 않다.
다만, 미국 등록특허 제5,705,620호에는 칼슘 감응 광학 센서의 활성 성분으로 칼릭스[4]아렌 유도체를 적용한 사례가 개시되어 있다.
결과적으로, 본 발명자들은 선택적으로 칼슘이온을 흡착하는 유기리간드를 개발하기 위해 노력한 결과, 화학식 1로 표시되는 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산 유도체를 합성하였으며 상기 화합물들이 칼슘이온을 선택적으로 흡착할 뿐 아니라 발광체를 포함하고 있어 금속이온을 포획하는 동작(encapsulation)을 UV-Vis 분광광도계를 이용하여 간편하고 정확하게 예측할 수 있음을 밝혀 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명에서 개발한 수용성 형광 발광성 유기리간드(화학식 1)는 기존에 발표되었던 물질(예, 화학식 3c)과 구조적으로 비슷하지만 그 응용 성능이 다르고 아직 미발표된 물질이며 그 합성 방법도 본 발명에서 처음 개발하였다. 이 화학식 1은 형광 변화에 대한 연구에서 선택적으로 칼슘이온을 감응한다는 것을 알 수 있었다.
본 발명의 목적은 하기 화학식 1로 표시되는, 수용액상에서 특정 칼슘 이온 을 보다 높은 선택성으로 감응할 수 있는 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산 형광 유도체(fluorogenic para-tert-butylcalix[4]arene pyreneamide carboxylic acid derivatives), 그 제조방법 및 그 용도를 제공하기 위한 것이다.
[화학식 1]
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상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하기 화학식 1로 표기되는 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산 형광 유도체를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112004050687587-pat00009
또한, 상기의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은:
1) 염기 존재 하에 구조식 (Ⅰ)로 표시되는 칼릭스[4]아렌을 구조식 (Ⅱ)로 표시되는 파이렌아미드(pyreneamide)와 반응시켜 구조식 (Ⅲ)의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 화합물을 제조하는 단계(단계 1);
2) 상기 구조식 (Ⅲ)의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 화합물에 브로모아세트산 에틸을 사용하여 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 디에스테르를 제조하는 단계(단계 2); 및
3) 상기 구조식 (Ⅳ)의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 디에스테르를 가수분해시켜 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산 화합물을 제조하는 단계(단계 3)로 이루어지는 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산 형광유도체의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기의 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산 화합물을 포함하는, 칼슘이온에 대한 선택 감응제로서의 용도를 제공한다.
본 발명에 따른 칼릭스[4]아렌 유도체는 물에 대한 용해도가 우수하여 칼슘이온에 대한 선택성 및 추출성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 칼릭스[4]아렌 유도체는 말단기에 카르복실산기가 있어 물에 가용성이므로 손쉽게 칼슘이온과 착물을 형성할 수가 있다. 화학식 1은 형광 변화에 대한 연구에서 선택적으로 칼슘이온을 감응한다는 것을 알 수 있었다.
본 발명의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산 화합물이 칼슘이온에 대한 선택성을 보이는 것은 크라운 구조내 동공(cavity)의 크기가 칼슘이온의 크기와 잘 일치하기 때문이며, 상기 화합물이 칼슘이온과 흡착되었을 때 칼슘이온을 수용성 카르복실산 고리의 전자주개(electron donor)인 산소에 의해서 흡착이 되고, 상기 본 발명의 화합물 내 벤젠 고리에 의해 Ca2+-π 전자간의 흡착이 용이하게 이루어지기 때문이다.
본 발명의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산 화합물의 제조방법은 하기 모식도 1에 나타낸 바와 같다.
<모식도 1>
Figure 112004050687587-pat00010
먼저, 염기 존재 하에 구조식 (Ⅰ)로 표시되는 칼릭스[4]아렌을 구조식 (Ⅱ)로 표시되는 파이렌아미드(pyreneamide)와 반응시켜 구조식 (Ⅲ)의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 화합물을 제조한다(단계 1).
합성 단계는 모식도 1에서 보여주는 것처럼 (Ⅰ) 물질을 파이렌아미드 (Ⅱ)와 염기로서 탄산칼륨(K2CO3)을 이용하여 반응시키면 되는데, 반응용매로서 아세토니트릴을 사용한다. 이때 반응이 잘 진행되도록 하기 위한 촉매제로 요오드화나트륨을 사용하였으며, 적절한 분리과정을 통하여 원하는 중간 생성물 (Ⅲ)을 80 %의 수득률로 얻을 수 있었다.
이어서, 상기 구조식 (Ⅲ)의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 화합물에 브로모아세트산 에틸을 사용하여 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 디에스테르를 제조한다(단계 2).
형광 유도체 형성의 중요한 반응으로서 (Ⅲ)에 브로모아세트산 에틸을 이용하여 또 하나의 착물 형성 자리를 만들기 위한 반응인데 이때 염기로서 탄산칼륨을 사용하면 합성 수득률이 많이 좋아진다. 아세토니트릴 반응 용매 하에서 반응시켜 원하는 물질 (Ⅳ)을 40 %의 수득률로 얻었다.
마지막 단계로서, 적절한 용매 하에서 상기 구조식 (IV)의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 디에스테르를 가수분해시켜 파라-삼차-부틸 칼릭스[4] 아렌 파이렌아미드 카르복실산 화합물을 제조한다(단계 3).
본 단계는 상기 단계 2에서 제조된 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 디에스테르 화합물의 에틸기를 제거하여 수용액에 응용하기 위한 과정으로 수산화나트륨을 사용하여 에스테르기를 카르복실산으로 바꾸어 최종 물질 (Ⅴ)을 84 %의 수득률로 얻었다.
반응 용매로서는 증류수와 에탄올을 공용매로 사용하였다. 본 단계에서 주의할 점은 분리 및 정제과정에서 산 처리를 해야 된다는 것이다. 왜냐하면, 반응시킬 때 염기(수산화나트륨)를 사용하기 때문에 반응 종결 후 나트륨 이온이 카르복실산에 이온결합으로 염(salt)을 형성할 수 있기 때문이다. 이렇게 되면 분리과정에서 쉽지 않고 실제 칼슘이온에 대한 형광 실험도 어려워진다.
각 단계별 합성 물질의 구조 확인은 수소핵자기 공명 스펙트럼, 탄소핵자기 공명 스펙트럼, 적외선 스펙트럼 및 질량분석기기로 확인할 수 있었고, 각각의 피크해석은 실시예에 자세히 기술하였다.
이하에서는 각 단계별로 얻어지는 중간 생성물들에 대한 특성을 고찰해 본다.
화학식 2b로 표시되는 칼릭스[4]아렌에 파이렌아미드를 도입하여 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드를 아래 화학식 4처럼 합성하였다. 일반적으로 마주보는 두개의 파이렌으로 구성된 화합물(예, 화학식3c)은 두 파이렌 간의 π-π 적층(stacking)이 매우 잘 형성되어 엑시머(excimer)가 크게 나타난다고 알려져 있다(Sahoo, D.; Narayanaswami, V.; Kay, C, M.; Ryan, R, O. J. Am. Chem. Soc. 6112-6113, 122, 2000).
Figure 112004050687587-pat00011
그러나, 이 화합물(화학식 4)에 대한 형광 실험을 한 결과 예상과는 달리 엑시머가 나타나지 않는 것을 알 수 있었다. 화학식 4의 화합물에서 엑시머가 일어나지 않는 이유는 방향족 페놀기의 산소와 파이렌아미드 질소의 수소와 수소결합을 하며, 반대로 방향족 페놀기 산소의 수소와 파이렌아미드 질소와의 수소 결합으로 인해 화학식 4의 구조와 같은 형태로 되어 두 파이렌이 서로 엇갈린 형태를 가지고 있어서 엑시머가 나타나지 않음을 알 수 있었다. 이러한 현상은 본 발명자에 의해 X선 결정 구조로 증명하였다. 또한, 금속이온의 흡착에 대한 연구를 수행하였는데, 중금속인 인듐이온(In3+)에 대한 흡착 선택도가 상당히 컸음을 보여 주었다. 그 이유로서 인듐이 페놀기 산소와 결합하여 기존에 유지하고 있던 수소 결합이 깨 지기 때문에 엑시머가 증가하는 것으로부터 알 수 있다.
더불어, 아래 화학식 5와 같이 칼릭스[4]아렌에 파이렌아미드 뿐만 아니라, 브로모아세트산 에틸을 도입하여 파라-삼차-부틸칼릭스[4]아렌 파이렌아미노 디에스테르(par a-tert-butylcalix[4]arene pyreneamino diester)를 합성하였다. 이 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 디에스테르는 대체적으로 중금속과 착물을 잘 형성한다. 납과 착물 형성 시 엑시머의 감소 현상을 보인다. 하지만, 알칼리 금속인 나트륨과 착물을 형성했을 때는 엑시머의 증가를 보였다. 이는 중금속이 아미드의 질소와 착물을 형성함으로써 수소결합이 깨지게 되어 결국 두 파이렌 간의 π-π 적층이 잘 형성됨을 알 수 있고 그로 인해 엑시머가 증가된다고 볼 수 있다. 또한, 화학식 5에는 착물 형성 자리가 두 곳이 있기 때문에 어느 한 곳에 금속이 결합하였을 때 또 다른 금속을 첨가하면 처음의 금속이 빠져나가면서 첨가한 금속이 착물을 형성하는 것도 알 수 있었다. 이런 현상은 구조가 다른 1,3-교대형(1,3-alternate)에서 더욱 더 잘 일어난다.
Figure 112004050687587-pat00012
하지만, 위에 열거한 대부분의 화합물들은 최종 물질을 합성하기 위한 전구 물질들로, 이들은 물에 난용성이기 때문에 실용 면에서 어려움이 있다. 또한, 칼슘이온에 대한 선택도도 많이 떨어지는 것을 알 수 있었다.
더불어, 종래 기술에서 보고된 대부분의 물질들은 유기 용매를 사용하여야 하는 난수용성이기 때문에 실제 응용에서 즉, 생체 내에서 칼슘을 정량하는 실험에서 사용을 못하고 있는 실정이다. 그러나, 본 발명의 물질은 물에 잘 녹는 수용성 물질이므로 응용 면에서 탁월한 효과를 나타낼 수 있다.
이에 본 발명자들은 말단기 에스테르를 카르복실산으로 바꾸어 물에 가용성이고 칼슘이온에 선택적인 새로운 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산 형광체를 개발하였으며, 본 발명의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 형광 유도체는 우리 몸의 성장, 유지, 생식 등에 필수 영양소인 칼슘금속을 추출할 수 있을 뿐만 아니라, 형광체가 도입되어 특정 금속이온과 착물을 이루었을 때 형광 변화로 인한 생체 내 화학센서로서 사용이 가능한 새로운 물질이다.
<실시예 1> 파라-삼차 -부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산의 합성
(단계 1) 25,27-Bis[( N -(1-pyrenylmethyl)aminocarbonyl)methoxy]-
para-tert -butylcalix[4]arene (Ⅲ)의 합성.
질소 하에서 100 mL의 정제된 아세토니트릴에 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 (I) (1.00 g, 1.22 mmol), 파이렌아미드 유도체 (II) (0.80 g, 2.59 mmol) 와 탄산칼륨 (0.51 g, 3.69 mmol)을 가하고 24시간 동안 환류 한다. 반응이 완료된 것을 TLC(Thin-Layer Chromatography)로 확인한 후 아세토니트릴을 감압 증류시키고, 물 100 mL와 100 mL의 염화메틸렌을 첨가하고 잘 흔든 후 유기 층을 분리한다. 유기 층을 물 (2 X 100 mL)로 세척하고 무수 황산 마그네슘으로 건조시키고 무수 황산 마그네슘을 거른 뒤 유기용매를 감압 증류하여 제거한다. 감압 증류하고 남은 황색의 오일은 디에틸 에테르를 사용하여 재결정시켜 80 % (1.20 g)의 고체 분말의 목적화합물을 얻었다.
수득률 : 1.20 g (80 %)
Mp: 236-240 oC;
IR (KBr pellet, cm-1): 3321, 1765.
1H NMR (200MHz, CDCl3): 8.62 (broad t, 2 H, NH), 8.38-7.58 (m, 18 H, Ar-H, pyrene), 6.28 (s, 4 H, Ar-H m ), 6.19 (s, 4 H, Ar-H m ), 5.41 (s, 4 H, ArOCH 2 ), 5.21 (s, 2 H, ArOH), 4.04 (d, 4 H, NHCH 2 , pyrene, J= 2.59 Hz), 2.61 (d, 4 H, ArCH 2 Ar, J= 13.19 Hz), 2.4 (d, 4 H, ArCH 2 Ar, J= 13.19 Hz), 1.04 (s, 18 H, Ar-t-bu), 0.66 (s, 18 H, Ar-t-bu) ppm. 13C NMR (50 MHz, CDCl3): 169.4, 149.2, 148.9, 148.4, 142.3, 132.4, 129.2, 126.5, 126.3, 125.3, 34.3, 32.4, 31.5 ppm. FAB MS m/z (M+) calcd 1191.54. found 1190.2.
(단계 2) 25,27-Bis(ethylacetoxy)-26,28-bis[( N -(1-pyrenylmet
hyl)aminocarbonyl)methoxy]- para-tert -butylcalix[4]arene(Ⅳ)의 합성
질소 하에서 25,27-비스[(N-(1-파이레닐메틸)아미노카르보닐)메톡시]-파라-삼차-부틸칼릭스[4]아렌 (25,27-bis[(N-(1-pyrenylmethyl)aminocarbonyl)meth
oxy]-para-tert-butylcalix[4]arene) (Ⅲ) (2.00 g, 2.44 mmol), 브로모아세트산 에틸 (1.57 g, 5.12 mmol)과 100 mL의 아세토니트릴을 3구 둥근 바닥 플라스크에 넣고 탄산칼륨 (1.00 g, 7.31 mmol)을 첨가하고 촉매로서 요오드화 나트륨을 소량 첨가한 후 24시간 동안 교반 시킨다. 반응이 완료된 것을 TLC로 확인한 후 아세토니트릴을 감압 증류하여 제거한 후, 100 mL의 물과 100 mL의 염화메틸렌을 첨가하고 잘 흔든 후 유기 층을 분리하였다. 유기 층을 100 mL의 물로 두 번 세척하고 무수 황산마그네슘으로 건조시켰다. 무수 황산 마그네슘을 거른 뒤 유기용매를 감압 증류하여 제거한다. 감압 증류하고 남은 황갈색의 오일은 아세트산 에틸 : 헥산 (2 : 1)의 전개용매를 사용하여 관 크로마토그래피로 40 % (1.10 g)의 노란색 고체 분말 (Rf=0.3)을 얻었다.
수득률 : 1.10 g (40 %)
IR (KBr pellet, cm-1): 3310, 1721.
1H NMR (200 MHz, CDCl3): 8.45 (t, 2 H, CONHCH2), 8.16-7.87 (m, 18 H, Ar-H, pyrene), 7.07(s, 4 H, Ar- H m ), 7.05 (s, 4 H, Ar- H m ), 5.31 (d, 4 H, NHCH 2 pyrene, J= 5.20 Hz), 4.65 (s, 4 H, ArOCH 2 CON), 4.46 (s, 4 H, ArOCH 2 COO), 4.35 (d, 4 H, ArCH 2 Ar, J= 12.00 Hz), 3.81 (q, 4 H, ArOCH2COOCH 2 CH3), 3.30 (d, 4 H, ArCH 2 Ar, J= 12.80 Hz), 1.53 (s, 6 H, CH2COOCH2CH 3 ), 1.04 (s, 18 H, Ar-t-bu), 0.66 (s, 18 H, Ar-t-bu) ppm. 13C NMR (CDCl3): 178.2, 170.0, 149.4, 140.3, 134.5, 133.0, 132.7, 132.6, 131.8, 128.5, 126.0, 124.8, 76.7, 47.9, 31.9, 25.4, 11.6 ppm; FAB MS m/z (M+): calcd, 1391.77. Found, 1392.79.
(단계 3) 25,27-Bis(hydroxycarbonylmethoxy)-26,28-bis[( N -(1-pyrenylmet
hyl)aminocarbonyl)methoxy]- para-tert -butylcalix[4]arene (Ⅴ)의 합성
질소 하에서 100 mL의 증류수와 정제된 에탄올에 25,17-비스(에틸아세톡시)-26,28-비스[(N-(1-파이레닐메틸)아미노카르보닐)메톡시]-파라-삼차-부틸칼릭스[4]아렌 (25,27-bis(ethyl acetoxy)-26,28-bis[(N-(1-pyrenylmethyl)aminocarbonyl)methoxy]-para-tert-butylcalix[4]arene) (Ⅳ) (1.00 g, 0.73 mmol)와 수산화나트륨 (0.29 g, 7.26 mmol)을 첨가하고 24시간 동안 환류한다. 반응이 완료된 것을 TLC로 확인한 후 에탄올을 감압 증류 시킨 후, 100 mL의 물과 100 mL의 아세트산 에틸을 첨가하고 잘 흔든 후 유기 층을 분리한다. 이때 유기 층을 분리하기 전 물 층에 남아 있는 반응물을 유기 층으로 넘기기 위하여 100 mL의 10 % 염산용액을 넣은 후 잘 흔들어준다. 그런 후 무수 황산 마그네슘으로 건조시킨다. 무수 황산 마그네슘을 거른 뒤 유기용매를 감압 증류하여 제거하고 감압 증류하고 남은 노란색의 고체를 10 mL의 염화메틸렌으로 녹인 후 100 mL의 디에틸 에테르로 재결정하여 목적화합물 84% (0.8 g)을 얻었다.
수득률 : 0.8 g (84 %)
IR (KBr pellet, cm-1): 3356, 3310, 1784, 1219.
1H NMR (200 MHz, CDCl3): 8.41 (t, 2H, CONHCH2), 8.05-7.77 (m, 18 H, Ar-H, pyrene), 7.01(s, 4 H, Ar- H m ), 6.43 (s, 4 H, Ar- H m ), 5.35 (broad d, 4 H, NHCH 2 pyrene), 4.40-4.31 (m, 12 H, ArCH 2 Ar, ArOC H 2CON, ArOCH 2COOH), 3.10-3.04 (d, 4 H, ArCH 2 Ar, J= 18.19 Hz), 1.27 (s, 18 H, Ar-t-bu), 0.77 (s, 18 H, Ar-t-bu) ppm. 13C NMR (100 MHz, CDCl3): 167.9, 151.9, 133.8, 130.82, 130.45, 127.4, 77.1, 76.3, 31.8, 25.1, 23.2 ppm; FAB MS m/z (M+): calcd, 1307.6. Found, 1307.2.
상기의 구성을 갖는 본 발명의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 형광 유도체는 수용액상에서 특정 칼슘 이온을 보다 높은 선택성으로 감응할 수 있다. 또한, 우리 몸의 성장, 유지, 생식 등에 필수 영양소인 칼슘금속을 선택적으로 우수하게 흡착, 추출할 수 있을 뿐만 아니라, 형광체가 도입되어 특정 금속이온과 착물을 이루었을 때 형광 변화로 인한 화학센서로서 사용이 가능한 새로운 물질이다.

Claims (10)

  1. 하기 화학식 1로 표기되는 칼슘을 선택적으로 인식할 수 있는 수용성 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산 유도체.
    [화학식 1]
    Figure 112004050687587-pat00013
  2. 1) 염기 존재 하에 구조식 (Ⅰ)로 표시되는 칼릭스[4]아렌을 구조식 (Ⅱ)로 표시되는 파이렌아미드(pyreneamide)와 반응시켜 구조식 (Ⅲ)의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 화합물을 제조하는 단계(단계 1);
    2) 상기 구조식 (Ⅲ)의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 화합물에 브로모아세트산 에틸을 사용하여 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 디에스테르를 제조하는 단계(단계 2); 및
    3) 용매 하에서 상기 구조식 (Ⅳ)의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 디에스테르를 가수분해시켜 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산 화합물을 제조하는 단계(단계 3)로 이루어지는 청구항 제 1 항의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산 형광유도체의 제조방법.
    [모식도 1]
    Figure 112004050687587-pat00014
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 단계 1)에서 염기는 탄산칼륨으로 선택되는 것을 특징으로 하는 청구항 제 1 항의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산의 전구물질로서 구조식 (Ⅲ)의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 화합물의 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 단계 1)에서 반응 용매는 아세토니트릴로 선택되는 것을 특징으로 하는 청구항 제 1 항의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산의 전구물질로서 구조식 (Ⅲ)의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 화합물의 제조방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 단계 2)에 염기로 탄산칼륨이 첨가되는 것을 특징으로 하는 청구항 제 1 항의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산의 전구물질로서 구조식 (Ⅳ)의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 디에스테르 화합물의 제조방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 단계 2)에서 반응 용매는 아세토니트릴로 선택되는 것을 특징으로 하는 청구항 제 1 항의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산의 전구물질로서 구조식 (Ⅳ)의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 디에스테르 화합물의 제조방법.
  7. 제 2 항에 있어서, 단계 3)에 염기로 수산화나트륨이 첨가되는 것을 특징으로 하는 청구항 제 1 항의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산 화합물의 제조방법.
  8. 제 2 항에 있어서, 단계 3)에서 반응 용매는 증류수와 에탄올을 공용매로 하는 것을 특징으로 하는 청구항 제 1 항의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산 화합물의 제조방법.
  9. 제 2 항에 있어서, 반응 환경은 질소 또는 아르곤의 비활성 기체 내에서 실시하는 것을 특징으로 하는 청구항 제 1 항의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산 화합물의 제조방법.
  10. 청구항 제 1 항의 파라-삼차-부틸 칼릭스[4]아렌 파이렌아미드 카르복실산 화합물을 포함하는 칼슘이온에 대한 선택 감응제.
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