KR101173169B1

KR101173169B1 - Copper ion detection via direct displacement using dimeric zinc complexes and preparing method thereof

Info

Publication number: KR101173169B1
Application number: KR1020100043143A
Authority: KR
Inventors: 지. 처칠 데이비드; 카투아 스네하드리나라얀; 김기봉; 강지나
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2012-08-16
Also published as: KR20110123586A

Abstract

본 발명은 수용액상에서 구리 이온을 선택적으로 감지하는 아미노산 쉬프 염기 아연 이핵체 화합물 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수용액 상태에서 생물학적 중요한 구리 이온을 선택적으로 감지하는 아미노산 쉬프 염기 아연 이핵체 화합물의 단단계 과정으로 합성하는 방법을 제공한다.
본 발명은 라이신 쉬프 염기 리간드를 가지는 이핵체 아연 화합물의 합성에 있어서 라이신 리간드를 기본으로 하여 [Zn₂(r,s-lysH)₂(μ-OAc)₂](화합물 1), [Zn₂(s-lysH)₂(NO₃)₂](화합물 2) 및 [H₂lys = 6-amino-2-{(2-hydroxybenzylidene)amino}hexanoic acid]를 in situ 방법으로 합성한다. 이 이핵체 아연 화합물은 L 또는 D/L-라이신 쉬프 염기 리간드를 이용하여 단단계 과정으로 합성되고, 이 화합물은 다양한 분광학적 기술 및 단결정 X-선 회절 방법으로 분석되었다.
본 발명의 화합물 1과 화합물 2는 형광 특성을 가지며 수용액에 좋은 용해도를 가지므로, 이를 이용하여 생리학적으로 중요한 구리 이온을 중심 금속 직접 치환 방법으로 형광성 및 비색성을 이용하여 생리학적으로 안정한 pH에서 감지한다. 이들 화합물은 중심 금속 이온이 뒤틀어진 사각뿔 결합 구조를 가지고 있음을 확인하게 되었다. 또한 화합물의 결합 메카니즘 분석을 위하여, 화합물 2와 구리 이온을 이용하여 직접 합성 하였으며, 화합물 2와 구조는 비슷하고 중심 금속만 구리로 바뀐 화합물 3를 합성하였다. 이를 통하여 화합물 2와 구리 이온 간의 결합비가 1 : 2 임을 명백히 하였다.The present invention relates to an amino acid Schiff base zinc dinuclear compound that selectively detects copper ions in an aqueous solution, and more particularly, to an amino acid Schiff base zinc dinuclear compound that selectively detects biologically important copper ions in an aqueous solution. It provides a method of synthesis in a single step process.
The present invention is based on the lysine ligand in the synthesis of a dinuclear zinc compound having a lysine Schiff base ligand [Zn ₂ ( r , s -lysH) ₂ (μ-OAc) ₂ ] (Compound 1), [Zn ₂ ( s -lysH) ₂ (NO ₃ ) ₂ ] (Compound 2) and [H ₂ lys = 6-amino-2-{(2-hydroxybenzylidene) amino} hexanoic acid] were synthesized by an in situ method. This dinuclear zinc compound was synthesized in a single step process using L or D / L-lysine Schiff base ligands, which were analyzed by various spectroscopic techniques and by single crystal X-ray diffraction methods.
Compounds 1 and 2 of the present invention have fluorescence properties and good solubility in aqueous solution, so that the physiologically important copper ions can be used as a central metal direct substitution method using fluorescent and colorimetric properties at a physiologically stable pH. Detect. These compounds were found to have a twisted square pyramidal bond structure with a central metal ion. Also, for the analysis of the binding mechanism of the compound, compound 2 was directly synthesized using copper ions, and compound 3 was synthesized similar to that of compound 2, and only the central metal was converted to copper. This made it clear that the bonding ratio between compound 2 and copper ions was 1: 2.

Description

Copper ion detection via direct displacement using dimeric zinc complexes and preparing method

본 발명은 아미노산 라이신 리간드를 기본으로 하는 이핵체 화합물 [Zn₂(r,s-lysH)₂(μ-OAc)₂] (화합물 1)와 [Zn₂(s-lysH)₂(NO₃)₂] (화합물 2)의 합성과 화합물 1, 2의 수용액 상에서의 선택적인 구리 금속 이온 감지에 관한 것이다.
The present invention relates to a dinuclear compound based on the amino acid lysine ligand [Zn ₂ ( r, s -lysH) ₂ (μ-OAc) ₂ ] (compound 1) and [Zn ₂ ( s -lysH) ₂ (NO ₃ ) ₂ ] Relates to the synthesis of (Compound 2) and the selective detection of copper metal ions in aqueous solutions of Compounds 1 and 2.

본 발명은 ‘구리 이온 감지’에 관련된 것으로 구리 금속 이온은 자유로운 이온 형태나 구리 금속화합물 형태로서 모두 생물분야나 질병 분야에서 중요한 역할을 한다. 생물학 적으로 구리 이온의 항상성은 생체내의 물질 수송체 및 생명 현상의 균형을 의미한다. 이러한 항상성이 깨지게 되면, 병리학적으로 신경감퇴를 포함한 징후가 나타난다. 이러한 신경감퇴 징후로는 윌슨 병, 알츠하이머 병, 프리온-유발 질병 등이 있다. 따라서 생명 시스템에서 구리 이온의 작용을 이해하기 위해 구리 이온 수송체 및 수용액 상에서 구리 이온의 감지에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.The present invention relates to the detection of copper ions, and copper metal ions play an important role in both biological and disease fields as free ion forms or copper metal compounds. Biologically, homeostasis of copper ions implies a balance of material transporters and life phenomena in vivo. When this homeostasis is broken, there are pathological signs, including neurodegeneration. Signs of such neurodegeneration include Wilson's disease, Alzheimer's disease, and prion-induced disease. Therefore, in order to understand the action of copper ions in the life system, various studies on the detection of copper ions on copper ion transporters and aqueous solutions have been conducted.

화학 및 생화학 분양에서 금속 이온 감지의 중요성은 상당히 주목을 받고 있으며 유기 화학 및 리간드-금속 호스트-게스트 화학 분야를 통한 다양한 접근 방법이 이루어지고 있다. 금속 감지기를 개발하기 위해서는 몇 가지 중요한 특징을 가지고 있어야 한다. 금속 이온에 대한 선택성 및 민감성이 요구 된다. 다양한 금속 이온의 혼합물 속에서 특정 이온만 검출해낼 수 있는 선택성이 요구된다. 또한 수용체의 물리 및 화학적 안정성도 요구되며, 이는 감지기와 감지 대상간의 결합의 가역성도 포함한다. 또한 수용액 상에서 감지를 통하여 형광 특성이 ‘on-off’ 및 ‘off-on’ 변화가 나타나는 감지기도 보고되어 왔다. (L. Zeng, E. W. Miller, A. Pralle, E. Y. Isacoff, C. J. Chang, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 10-11; Y. Zheng, J. Orbulescu, X. Ji, F. M. Andreopoulos, S. M. Pham, R. M. Leblanc, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 2680-2686; S. H. Kim, J. S. Kim, S. M. Park, S.-K. Chang, Org. Lett. 2006, 8, 371-374).The importance of metal ion detection in chemical and biochemical distribution is of considerable interest and various approaches are being made through the fields of organic chemistry and ligand-metal host-guest chemistry. Developing a metal detector requires some important features. Selectivity and sensitivity to metal ions is required. There is a need for selectivity to detect only specific ions in a mixture of various metal ions. Also required is the physical and chemical stability of the receptor, including the reversibility of the binding between the detector and the sensing object. In addition, a sensor has been reported to change the 'on-off' and 'off-on' fluorescence characteristics by sensing in aqueous solution. (L. Zeng, EW Miller, A. Pralle, EY Isacoff, CJ Chang, J. Am. Chem. Soc . 2006, 128, 10-11; Y. Zheng, J. Orbulescu, X. Ji, FM Andreopoulos, SM Pham, RM Leblanc, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 2680-2686; SH Kim, JS Kim, SM Park, S.-K. Chang, Org. Lett. 2006, 8, 371-374).

감지기 설계에 있어서 상대적으로 간단한 합성방법도 큰 장점이다. 이는 재생산성과도 직결되는 문제이다. 이러한 감지기 개발에 있어서 중요한 것은 생체내에서 감지기는 본래의 목적이외의 역할에 대하여서는 간섭하지 않아야 한다. 예를 들어서 중앙 신경 시스템에 관계되는 화학 감지기라면 이는 뇌혈관 장벽의 작용에는 영향을 끼치지 않아야 한다. A relatively simple synthesis method is also a big advantage in detector design. This is also a problem directly related to reproducibility. Important for the development of such a detector is that in vivo the detector must not interfere with any role other than its intended purpose. For example, a chemical sensor associated with the central nervous system should not affect the work of the cerebrovascular barrier.

즉 감지기의 개발에 있어서 선택적인 금속 결합 능력이 있어야 하며, 광학적 특성 변화의 최적화가 이루어져야 한다. In other words, in the development of the detector, there must be selective metal bonding capability and optimization of optical property change should be made.

따라서 본 발명을 통해 단단계 합성 과정을 가지는 수용성 이핵체 아연 화합물의 합성 및 그의 선택적인 구리 이온 감지방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention provides a method for synthesizing a water-soluble dinuclear zinc compound having a single step synthesis process and a selective copper ion detection method thereof.

본 발명의 목적은 수용성의 쉬프 염기 구조를 가지는 이핵체 아연 화합물을 단단계 과정을 통하여 제조하고 직접 치환방법을 통한 구리 이온 감지능력을 확인하는 것에 있다. 이들 화합물의 구리 이온 감지 능력을 갖는 새로운 화학 감지기로서의 가능성을 제시하고, 이를 통하여 화학 감지기를 제공하고자 한다. An object of the present invention is to prepare a dinuclear zinc compound having a water-soluble Schiff base structure through a single step process and to confirm the ability to detect copper ions through a direct substitution method. The present invention presents a possibility as a new chemical detector having a copper ion sensing ability of these compounds, thereby providing a chemical detector.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical subjects which are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the present invention .

상기와 같은 목적으로 달성하고자 본 발명에서는 아미노산 쉬프 염기 리간드를 가지는 수용성의 이핵체 아연 화합물의 단단계 과정을 통한 합성방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a method for synthesizing a water-soluble dinuclear zinc compound having an amino acid Schiff base ligand through a single step process.

나아가 수용액 상에서 이핵체 아연 화합물의 구리 이온에 대한 직접 치환을 통한 선택적 감지성을 확인하였고, 이핵체 아연 화합물과 구리 이온의 직접적인 반응을 통한 결합 메카니즘의 확인하였다.Furthermore, the selective sensitivity was confirmed through the direct substitution of copper ions of the dinuclear zinc compound in the aqueous solution, and the binding mechanism was confirmed through the direct reaction of the dinuclear zinc compound and copper ions.

본 발명인 ‘직접 치환 방법을 통하여 구리 이온을 감지하는 아연 이핵체 화합물과 그의 제조방법’에서 제공하는 이핵체 아연 화합물들은 수용액에서 좋은 용해도를 나타낸다. 나아가 분광학적 기술에 기반한 금속 이온 치환 방법을 통하여 구리 이온을 선택적으로 감지하는 능력을 나타내는 유리한 효과가 있다.The dinuclear zinc compounds provided by the present invention, 'zinc nucleophile compounds for detecting copper ions through a direct substitution method and a method for preparing the same', exhibit good solubility in aqueous solutions. Furthermore, there is an advantageous effect of indicating the ability to selectively detect copper ions through metal ion substitution methods based on spectroscopic techniques.

도 1은 화합물 1 및 화합물 2의 합성 과정을 나타낸 것이다.
도 2는 화합물 1의 결정 구조로서 30% 확률 수준의 열역학적 타원면에 관한 것이다.
도 3은 화합물 1의 결정학적 c-축으로 배열된 2D 결정구조이다. 점선은 수소 결합을 의미한다.
도 4는 화합물 2의 결정 구조이다. 30% 확률 수준의 열역학적 타원면에 관한 것이다.
도 5는 수용액 완충 용액(pH 7.4, 0.01 M HEPES, 물 : 메탄올 = 9 : 1)에서의 구리 이온 양(100 μM)의 증가에 따른 화합물 1(50 μM)의 자외선-가시광선흡수 스펙트럼의 변화에 관한 것이다.
도 6는 수용액 완충 용액(pH 7.4, 0.01 M HEPES, 물 : 메탄올 = 9 : 1)에서의 화합물 1(50 μM)에 다양한 금속 이온(100 μM)의 존재에 따른 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼에 관한 것이다.
도 7은 수용액 완충 용액(pH 7.4, 0.01 M HEPES, 물 : 메탄올 = 9 : 1)에서의 화합물 1(50 μM)에 다양한 금속 이온(100 μM)의 존재에 따른 방출 스펙트럼에 관한 것이다.
도 8는 수용액 완충 용액(pH 7.4, 0.01 M HEPES, 물 : 메탄올 = 9 : 1)에서의 구리 이온 양(100 μM)의 증가에 따른 화합물 1(50 μM)의 방출 스펙트럼의 변화에 관한 것이다.
도 9는 수용액 완충 용액(pH 7.4, 0.01 M HEPES, 물 : 메탄올 = 9 : 1)에서의 화합물 1(50 μM)의 구리 이온(100 μM, 2 당량) 및 아연 이온(40 당량)의 존재에 따른 방출 스펙트럼의 변화에 관한 것이다.
도 10은 (A열) 수용액 완충 용액(pH 7.4, 0.01 M HEPES, 물 : 메탄올 = 9 : 1)에서의 다양한 금속 이온(500 μM)의 존재에 따른 화합물 1(50 μM)의 방출 강도. (B열) 화합물 1(50 μM)과 다른 금속 이온(500 μM) 및 구리 이온(100 μM) 혼합 용액의 방출 강도에 관한 것이다.
도 11은 수용액 완충 용액(pH 7.4, 0.01 M HEPES)에서의 구리 이온 양(100 μM)의 증가에 따른 화합물 2(50 μM)의 자외선-가시광선흡수 스펙트럼의 변화에 관한 것이다.
도 12는 수용액 완충 용액(pH 7.4, 0.01 M HEPES)에서의 화합물 2(50 μM)에 다양한 금속 이온(100 μM)의 존재에 따른 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼에 관한 것이다.
도 13은 수용액 완충 용액(pH 7.4, 0.01 M HEPES)에서의 화합물 2(50 μM)에 다양한 금속 이온(100 μM)의 존재에 따른 방출 스펙트럼에 관한 것이다.
도 14는 수용액 완충 용액(pH 7.4, 0.01M HEPES)에서의 구리 이온 양(100 μM)의 증가에 따른 화합물 2(50 μM)의 방출 스펙트럼의 변화에 관한 것이다.
도 15는 수용액 완충 용액(pH 7.4, 0.01 M HEPES)에서의 철 이온(Fe²⁺) 양(100 μM)의 증가에 따른 화합물 2(50 μM)의 자외선-가시광선흡수 스펙트럼의 변화에 관한 것이다.
도 16은 (A열) 수용액 완충 용액(pH 7.4, 0.01 M HEPES, 물 : 메탄올 = 9 : 1)에서의 다양한 금속 이온(500 μM)의 존재에 따른 화합물 2(50 μM)의 방출 강도. (B열) 화합물 2(50 μM)과 다른 금속 이온(500 μM) 및 구리 이온(100 μM) 혼합 용액의 방출 강도에 관한 것이다.
도 17은 수용액 완충 용액(pH 7.4, 0.01 M HEPES)에서의 구리 이온 양(200 μM)의 증가에 따른 화합물 2(100 μM)의 자외선-가시광선흡수 스펙트럼의 변화이다. 550-750 nm 범위에서 d-d 전이 밴드가 확연하게 나타난 것에 관한 것이다.
도 18은 수용성 완충 용액(pH 7.4, 0.01 M HEPES)에서 화합물 2와 그에 2.0 당량의 구리 이온을 가했을 때의 원편광 이색성 스펙트럼 (셀 길이 = 1 cm )이다.
도 19는 화합물 2의 D₂O 용매에서의 ¹H 핵자기 공명 스펙트럼에 관한 것이다.
도 20은 화합물 2와 2.0 당량의 구리 이온 존재하에서 D₂O 용매에서의 ¹H 핵자기 공명 스펙트럼에 관한 것이다.
도 21은 화합물 1의 D₂O 용매에서의 ¹H 핵자기 공명 스펙트럼에 관한 것이다.
도 22는 화합물 3의 결정구조로서 30% 확률 수준의 열역학적 타원면에 관한 것이다.
도 23은 결정 구조분석을 통하여 화합물 2와 구리 이온이 1 : 2로 결합하고, 용액상에서의 Job plot을 통한 화합물 2와 구리 이온의 직접 치환을 통한 결합비도 1 : 2로 나타남을 확인할 수 있는 그래프이다.
도 24은 구리 이온 존재 유무에 따른 (좌) 자연빛과 (우) 자외선(365 nm) 하에서의 화합물 1 용액의 색변화이다.
도 25는 수용액 완충 용액(pH 7.4, 0.01 M HEPES)에서의 구리 이온 양(200 μM)의 증가에 따른 화합물 1(100 μM)의 자외선-가시광선흡수 스펙트럼의 변화이다. 500-800 nm 범위에서 d-d 전이 밴드가 확연하게 나타난 것에 관한 것이다.
도 26는 결정 구조분석을 통하여 화합물 1과 구리 이온이 1 : 2로 결합하고, 용액상에서의 Job plot을 통한 화합물 1과 구리 이온의 직접 치환을 통한 결합비도 1 : 2로 나타남을 확인할 수 있는 그래프이다. [X = [1]/([1]+[Cu²⁺])]
도 27는 화합물 1의 ESI 질량 스펙트럼이다.1 shows a process for synthesizing Compound 1 and Compound 2.
2 relates to a thermodynamic ellipsoid with a 30% probability level as crystal structure of Compound 1. FIG.
3 is a 2D crystal structure arranged in the crystallographic c-axis of compound 1. FIG. Dashed line means hydrogen bond.
4 is a crystal structure of Compound 2. It is about a thermodynamic ellipsoid with a 30% probability level.
FIG. 5 shows the change of ultraviolet-visible absorption spectrum of Compound 1 (50 μM) with increasing copper ion amount (100 μM) in aqueous buffer solution (pH 7.4, 0.01 M HEPES, water: methanol = 9: 1) It is about.
FIG. 6 relates to the ultraviolet-visible absorption spectrum of the presence of various metal ions (100 μM) in compound 1 (50 μM) in aqueous buffer solution (pH 7.4, 0.01 M HEPES, water: methanol = 9: 1). will be.
FIG. 7 relates to emission spectra depending on the presence of various metal ions (100 μM) in compound 1 (50 μM) in aqueous buffer solution (pH 7.4, 0.01 M HEPES, water: methanol = 9: 1).
FIG. 8 relates to the change in emission spectrum of Compound 1 (50 μM) with increasing copper ion amount (100 μM) in aqueous buffer solution (pH 7.4, 0.01 M HEPES, water: methanol = 9: 1).
9 shows the presence of copper ions (100 μM, 2 equiv) and zinc ions (40 equiv) of compound 1 (50 μM) in aqueous buffer solution (pH 7.4, 0.01 M HEPES, water: methanol = 9: 1) To change in emission spectrum accordingly.
FIG. 10 is the emission intensity of Compound 1 (50 μM) with the presence of various metal ions (500 μM) in (A column A) aqueous buffer solution (pH 7.4, 0.01 M HEPES, water: methanol = 9: 1). (Column B) relates to the emission intensity of Compound 1 (50 μM) and other metal ions (500 μM) and copper ions (100 μM) mixed solution.
FIG. 11 relates to changes in the ultraviolet-visible absorption spectrum of Compound 2 (50 μM) with increasing copper ion amount (100 μM) in aqueous buffer solution (pH 7.4, 0.01 M HEPES).
FIG. 12 relates to ultraviolet-visible light absorption spectra depending on the presence of various metal ions (100 μM) in Compound 2 (50 μM) in aqueous buffer solution (pH 7.4, 0.01 M HEPES).
FIG. 13 relates to emission spectra depending on the presence of various metal ions (100 μM) in compound 2 (50 μM) in aqueous buffer solution (pH 7.4, 0.01 M HEPES).
FIG. 14 relates to the change in emission spectrum of Compound 2 (50 μM) with increasing copper ion amount (100 μM) in aqueous buffer solution (pH 7.4, 0.01 M HEPES).
FIG. 15 relates to changes in the ultraviolet-visible absorption spectrum of Compound 2 (50 μM) with increasing iron ion (Fe ²⁺ ) amount (100 μM) in aqueous buffer solution (pH 7.4, 0.01 M HEPES). .
FIG. 16 is the emission intensity of Compound 2 (50 μM) with the presence of various metal ions (500 μM) in (A column) aqueous solution buffer solution (pH 7.4, 0.01 M HEPES, water: methanol = 9: 1). (Column B) relates to the emission intensity of Compound 2 (50 μM) and other metal ions (500 μM) and copper ions (100 μM) mixed solution.
FIG. 17 is a change in ultraviolet-visible absorption spectrum of Compound 2 (100 μM) with increasing copper ion amount (200 μM) in aqueous buffer solution (pH 7.4, 0.01 M HEPES). The dd transition band is apparent in the 550-750 nm range.
FIG. 18 is a circular dichroism spectrum (cell length = 1 cm) when Compound 2 and 2.0 equivalents of copper ions were added thereto in an aqueous buffer solution (pH 7.4, 0.01 M HEPES).
FIG. 19 relates to a ¹ H nuclear magnetic resonance spectrum in the D ₂ O solvent of Compound 2. FIG.
FIG. 20 relates to a ¹ H nuclear magnetic resonance spectrum in a D ₂ O solvent in the presence of compound 2 and 2.0 equivalents of copper ions. FIG.
FIG. 21 relates to ¹ H nuclear magnetic resonance spectra in D ₂ O solvent of Compound 1. FIG.
FIG. 22 relates to a thermodynamic ellipsoid with a 30% probability level as crystal structure of Compound 3.
23 is a graph showing that the compound 2 and the copper ions are 1: 1 through crystal structure analysis, and the binding ratio is 1: 2 through the direct substitution of the compound 2 and the copper ions through the job plot in solution. to be.
24 is a color change of the compound 1 solution under (left) natural light and (right) ultraviolet light (365 nm) with and without copper ions.
FIG. 25 is a change in ultraviolet-visible absorption spectrum of Compound 1 (100 μM) with increasing copper ion amount (200 μM) in aqueous buffer solution (pH 7.4, 0.01 M HEPES). The dd transition band is apparent in the 500-800 nm range.
FIG. 26 is a graph showing that the compound 1 and copper ions are 1: 1 through crystal structure analysis, and the binding ratios of the compound 1 and copper ions are directly represented by 1: 2 through Job plot in solution. to be. [X = [1] / ([1] + [Cu ²⁺ ])]
27 is an ESI mass spectrum of Compound 1. FIG.

본 발명은 화합물 1인 [Zn₂(r,s-lysH)₂(μ-OAc)₂]과 화합물 2인 [Zn₂(s-lysH)₂(NO₃)₂]을 제조하는 단계, 그들의 결정 구조, 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼 및 방출 스펙트럼, 구리 이온 감지, ¹H 핵자기 공명(NMR) 및 원편광 이색성(CD) 스펙트럼을 확인하는 단계 및 결합 메카니즘 확인을 위한 화합물 3의 제조 단계로 구성된다.
The present invention provides a process for preparing Compound 1 [Zn ₂ ( r, s- lysH) ₂ (μ-OAc) ₂ ] and Compound 2 [Zn ₂ ( s- lysH) ₂ (NO ₃ ) ₂ ], and their crystals. Confirmation of structure, ultraviolet-visible absorption spectrum and emission spectrum, copper ion detection, ¹ H nuclear magnetic resonance (NMR) and circular dichroism (CD) spectra, and the preparation of compound 3 to confirm the binding mechanism do.

이하에서 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의거하여 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

<실시예 1> 화합물 1 [Zn₂(r,s-lysH)₂(μ-OAc)₂]의 제조방법Example 1 Preparation of Compound 1 [Zn ₂ ( r, s- lysH) ₂ (μ-OAc) ₂ ]

Zn(OAc)₂?2H₂O (1.09 g, 5.00 mmol) 수용액을 살리실알데히드 (0.52 mL, 5.00 mmol)를 메탄올에 녹인 용액에 가한다. 상온에서 30분 동안 교반시킨 후, D/L-라이신 일염산 (0.913 g, 5.00 mmol) 수용액을 반응물에 첨가한다. 그 후 수산화나트륨 (0.20 g, 5.00 mmol) 수용액과 소듐아세테이트 (0.41 g, 5.00 mmol) 수용액을 천천히 반응물에 가하여 pH를 7-8 정도로 유지시킨다. 그 후 12 시간동안 교반시키다. 노란색의 침전물이 형성되면 이를 거르고 메탄올로 씻는다. 그 후 공기 중에서 건조시킨다. 물 : 메탄올 (3 : 1) 용액에서 재결정을 통해서 X-선 회절 측정에 적합한 무색의 단결정을 얻을 수 있다. 수득률은 42%에 달한다. Aqueous solution of Zn (OAc) ₂ -2H ₂ O (1.09 g, 5.00 mmol) is added to a solution of salicylic acid (0.52 mL, 5.00 mmol) in methanol. After stirring for 30 minutes at room temperature, an aqueous solution of D / L-lysine monohydrochloric acid (0.913 g, 5.00 mmol) is added to the reaction. Then, an aqueous solution of sodium hydroxide (0.20 g, 5.00 mmol) and aqueous solution of sodium acetate (0.41 g, 5.00 mmol) were slowly added to the reaction to maintain a pH of 7-8. Then stir for 12 hours. If a yellow precipitate forms, filter it out and wash with methanol. It is then dried in air. Recrystallization from a water: methanol (3: 1) solution gives a colorless single crystal suitable for X-ray diffraction measurements. The yield reaches 42%.

C, H, N 원소분석과 관련하여 C₃₀H₄₀N₄O₁₀Zn₂ (M = 747.40 g mol^-1)의 이론값은 C는 48.21, H는 5.39, N은 7.50에 해당하고, 실험값은 C는 48.34, H는 5.22, N는 7.51에 해당한다. FT-IR (KBr, ν_max /cm^-1 )결과 2947, 1638, 1601, 1450, 1384, 1305, 1195, 1155으로 확인되었으며, ¹H-NMR (D₂O : δ 4.63)결과 1.27-1.39 (m, 2Hγ), 1.53-1.60 (m, 2H_δ), 1.79-1.89 (m, 2H_β), 1.83 (s, 3H-O-C(=O)Me), 2.85-2.90 (t, ³J_H-H = 7.6 Hz, 2H_ε), 3.84-3.88 (t, ³J_H-H = 5.9 Hz, 1H_α), 6.65-6.73 (m, 2H_11,13), 7.22-7.31 (m, 2H_10,12), 8.27 (s, 1H_imine)로 확인되었다. 질량분석결과(ESI, C₂₈H₃₅N₄O₈Zn₂ [1 - (CH₃COO^- + 2H⁺)]^-) 이론값(m/z)은 685.1007에 해당하고, 실험값(m/z)은 685.1043에 해당한다([도 1] 참조).With respect to C, H, N elemental analysis, the theoretical value of C ₃₀ H ₄₀ N ₄ O ₁₀ Zn ₂ (M = 747.40 g mol ^-1 ) corresponds to 48.21 for C, 5.39 for H, and 7.50 for N. C corresponds to 48.34, H corresponds to 5.22, and N corresponds to 7.51. FT-IR (KBr, ν _max / cm ^-1 ) was found to be 2947, 1638, 1601, 1450, 1384, 1305, 1195, 1155, and ¹ H-NMR (D ₂ O: δ 4.63) results 1.27-1.39 ( m, 2Hγ), 1.53-1.60 (m, 2H _δ ), 1.79-1.89 (m, 2H _β ), 1.83 (s, 3H-OC (= O) Me), 2.85-2.90 (t, ³ J _HH = 7.6 Hz, 2H _ε ), 3.84-3.88 (t, ³ J _HH = 5.9 Hz, 1H _α ), 6.65-6.73 (m, 2H _11,13 ), 7.22-7.31 (m, 2H _10,12 ), 8.27 (s , 1H _imine ). Mass analysis _{_{(ESI, C 28 H 35 N}} 4 O 8 Zn 2 [1 - (CH 3 COO - + 2H +)] -) Theoretical value (m / z) corresponds, and the experimental data in 685.1007 (m / z) Corresponds to 685.1043 (see FIG. 1).

¹³C-NMR (D₂O/MeOD)결과 (4:1): 22.21 (C₄), 27.64 (C₅), 35.37 (C₃), 40.14 (C₆), 68.69 (C₂), 116.75 (C₁₁), 120.43 (C₈), 122.64 (C₁₃), 135.55 (C₁₀), 136.88 (C₁₂), 169.09 (C₇), 170.71 (C₉), 181.07 (C₁)으로 확인되었다([도 1] 참조).
¹³ C-NMR (D ₂ O / MeOD) Result (4: 1): 22.21 (C ₄ ), 27.64 (C ₅ ), 35.37 (C ₃ ), 40.14 (C ₆ ), 68.69 (C ₂ ), 116.75 ( C ₁₁ ), 120.43 (C ₈ ), 122.64 (C ₁₃ ), 135.55 (C ₁₀ ), 136.88 (C ₁₂ ), 169.09 (C ₇ ), 170.71 (C ₉ ), 181.07 (C ₁ ) 1].

<실시예 2> 화합물 2 [Zn₂(s-lysH)₂(NO₃)₂]의 제조 방법Example 2 Preparation of Compound 2 [Zn ₂ ( s- lysH) ₂ (NO ₃ ) ₂ ]

Zn(NO₃)₂ (1.49 g, 5.00 mmol) 수용액을 살리실알데히드 (0.50 mL, 5.00 mmol)를 메탄올에 녹인 용액에 가한다. 상온에서 30분 동안 교반시킨 후, L-라이신 일염산 (0.731 g, 5.00 mmol) 수용액을 반응물에 천천히 가한다. 그 후 수산화나트륨 (0.20 g, 5.00 mmol) 수용액을 가한다. 트리에틸아민 (0.7 mL, 5.00 mmol)을 메탄올에 녹인 용액을 천천히 반응물에 가하여 pH를 7-8 정도로 유지시킨다. 그 후 12 시간동안 교반시킨다. 반응물을 건조시키고, 용매를 증발시키면 노란색의 고체를 얻을 수 있다. 이 고체를 거르고 에탄올로 씻은 후 진공 하에서 건조시킨다. 물 : 메탄올 (3 : 1) 용액에서 재결정을 통해서 X-선 회절 측정에 적합한 무색의 단결정을 얻을 수 있다. 수득률은 42%에 달한다. C, H, N 원소분석과 관련하여 C₂₆H₄₀N₆O₁₅Zn₂(M = 807.38 g mol^-1)의 이론값은 C는 38.68, H는 4.99, N는 10.41에 해당하고, 실험값은 C는 38.82, H는 5.09, N은 10.38에 해당한다. FT-IR (KBr, ν_max /cm^-1 )결과 3425, 2947, 1639, 1600, 1448, 1385, 1290으로 확인되었으며, ¹H-NMR (D₂O : δ 4.63)결과 1.13-1.28 (m, 2H_γ), 1.44-1.50 (m, 2H_δ), 1.68-1.76 (m, 2H_β), 2.75-2.79 (t, ³J_H-H = 7.6 Hz, 2H_ε), 3.73-3.76 (t, ³J_H-H = 5.8 Hz, 1H_α), 6.58-6.63 (m, 2H_11,13), 7.14-7.20 (m, 2H_10,12), 8.14 (s, 1H_imine)으로 확인되었다. ¹³C-NMR (D₂O/MeOD)결과 (4:1): 22.21 (C₄), 27.64 (C₅), 35.37 (C₃), 40.14 (C₆), 68.69 (C₂), 116.75 (C₁₁), 120.43 (C₈), 122.64 (C₁₃), 135.55 (C₁₀), 136.88 (C₁₂), 169.09 (C₇), 170.71 (C₉), 181.07 (C₁)으로 확인되었다([도 1] 참조).
Aqueous solution of Zn (NO ₃ ) ₂ (1.49 g, 5.00 mmol) was added to a solution of salicylate (0.50 mL, 5.00 mmol) in methanol. After stirring for 30 minutes at room temperature, an aqueous solution of L-lysine monohydrochloric acid (0.731 g, 5.00 mmol) is slowly added to the reaction. Then an aqueous solution of sodium hydroxide (0.20 g, 5.00 mmol) is added. A solution of triethylamine (0.7 mL, 5.00 mmol) in methanol is slowly added to the reaction to maintain a pH of 7-8. Then it is stirred for 12 hours. The reaction is dried and the solvent is evaporated to yield a yellow solid. The solid is filtered off, washed with ethanol and dried under vacuum. Recrystallization from a water: methanol (3: 1) solution gives a colorless single crystal suitable for X-ray diffraction measurements. The yield reaches 42%. With respect to C, H, N elemental analysis, C ₂₆ H ₄₀ N ₆ O ₁₅ Zn ₂ (M = 807.38 g mol ^-1 ) has a theoretical value of 38.68 for C, 4.99 for H, and 10.41 for N. C corresponds to 38.82, H corresponds to 5.09, and N corresponds to 10.38. FT-IR (KBr, ν _max / cm ^-1 ) was found to be 3425, 2947, 1639, 1600, 1448, 1385, 1290, ¹ H-NMR (D ₂ O: δ 4.63) results 1.13-1.28 (m, 2H _γ ), 1.44-1.50 (m, 2H _δ ), 1.68-1.76 (m, 2H _β ), 2.75-2.79 (t, ³ J _HH = 7.6 Hz, 2H _ε ), 3.73-3.76 (t, ³ J _HH = 5.8 Hz, 1H _α ), 6.58-6.63 (m, 2H _11,13 ), 7.14-7.20 (m, 2H _10,12 ), 8.14 (s, 1H _imine ). ¹³ C-NMR (D ₂ O / MeOD) Result (4: 1): 22.21 (C ₄ ), 27.64 (C ₅ ), 35.37 (C ₃ ), 40.14 (C ₆ ), 68.69 (C ₂ ), 116.75 ( C ₁₁ ), 120.43 (C ₈ ), 122.64 (C ₁₃ ), 135.55 (C ₁₀ ), 136.88 (C ₁₂ ), 169.09 (C ₇ ), 170.71 (C ₉ ), 181.07 (C ₁ ) 1].

<실시예 3> 화합물 1의 결정 구조Example 3 Crystal Structure of Compound 1

화합물 1는 삼사정계 공간군 P-1 시스템으로 결정화 된다. 화합물 1의 분자 구조는 [도 2], [도 3]와 같다. X-선 회절분석 결과 3의 비대칭 단위체는 분자의 반쪽만을 포함하며 이는 반전점을 중심으로 하여 위치하여있다. 단위체는 아연 중심 금속에 하나의 D- 또는 L- 라이신 리간드가 붙어있는 형태이다. 아세트산염 리간드는 두 개의 아연 금속 원자를 포함하며 [O₁, N₁, O₂, Zn₁]으로 이루어진 평면과 거의 수직이다. 이러한 결합 형태로 인하여 두 개의 아연 금속을 중심으로 모두 뒤틀어진 사각뿔 형태로 결합이 형성되어있다. 관찰된 Zn-O 결합 길이는 1.982 ~ 2.109 Å이다. 이 화합물은 중성이다. 연결고리 역할을 하는 두 개의 아세트산염 작용기 때문에 NH₂ 작용기는 양성자를 얻게 된다. 본 합성에서는 D/L-라이신을 사용하였기 때문에 이 이핵체 화합물은 라세믹 화합물이며, 두 개의 리간드 이성질체(D-라이신 및 L-라이신)를 포함하고 있다. 고체 상태에서 말단의 NH₃ 작용기의 수소 원자는 쉬프 염기 리간드의 카르복시산염의 산소 원자와 페놀레이트의 산소 원자 방향을 위치해 있음을 알 수 있다([도 1] 및 [도 2] 참조). 이는 수소 결합에 기인하다는 것을 알 수 있으며 이를 통하여 화합물의 2차원 구조를 파악할 수 있다([도 3] 참조).
Compound 1 crystallizes in triclinic space group P-1 system. The molecular structure of compound 1 is the same as in [2] and [3]. X-ray diffraction analysis revealed that the asymmetric monomer of 3 contains only half of the molecule, which is located about the inversion point. The monomer is in the form of one D- or L-lysine ligand attached to a zinc center metal. Acetate ligands contain two zinc metal atoms and are nearly perpendicular to the plane consisting of [O ₁ , N ₁ , O ₂ , Zn ₁ ]. Due to this bond form, the bond is formed in the form of a twisted square pyramid around two zinc metals. The observed Zn-O bond lengths are 1.982-2.109 kPa. This compound is neutral. Because of the two acetate functional groups acting as linkages, the NH ₂ functional group gains protons. Since this synthesis used D / L-lysine, this dinuclear compound is a racemic compound and contains two ligand isomers (D-lysine and L-lysine). It can be seen that the hydrogen atom of the terminal NH ₃ functional group in the solid state is located in the direction of the oxygen atom of the carboxylate of the Schiff base ligand and the oxygen atom of the phenolate (see [FIG. 1] and [FIG. 2]). It can be seen that this is due to hydrogen bonding through which the two-dimensional structure of the compound can be grasped (see FIG. 3).

<실시예 4> 화합물 2의 결정구조Example 4 Crystal Structure of Compound 2

화합물 2는 단사정계 공간군 C2 시스템으로 결정화된다. 두 개의 아연 원자는 모두 뒤틀어진 사각뿔 형태의 결합 구조를 가지며 s-라이신 리간드가 세 군데 위치에서 결합한다. 또한 연결 고리 역할을 하는 페놀레이트 산소 원자가 존재하면 수직 방향으로는 질산염 이온이 존재한다([도 4] 참조).
Compound 2 crystallizes in monoclinic space group C2 system. Both zinc atoms have a twisted square pyramidal binding structure and the s-lysine ligand binds at three positions. In addition, when a phenolate oxygen atom serving as a link ring is present, nitrate ions are present in the vertical direction (see FIG. 4).

<실시예 5> 화합물 1의 구리 이온 감지 실험Example 5 Copper Ion Sensing Experiment of Compound 1

화합물 1은 수용액 상에서 높은 푸른색 형광 특성을 나타낸다(양자 수율 : 0.16). 고체 상에서도 형광 특성을 나타낸다.[도 24] 일반적으로 쉬프 염기 리간드는 금속 이온이 존재하지 않을 때 약간 녹색 형광을 띄지만, 중금속인 수은(Hg²⁺)이나 납(Pb²⁺) 또는 d-족 금속 원소인 구리 이온(Cu²⁺)이 존재할 때에는 형광 증가가 나타나지 않는다. Compound 1 shows high blue fluorescence in aqueous solution (quantum yield: 0.16). Fluorescent properties are also shown in the solid phase. [24] Schiff base ligands generally fluoresce slightly green in the absence of metal ions, but are heavy metals such as mercury (Hg ²⁺ ), lead (Pb ²⁺ ) or d-groups. When the copper element (Cu ²⁺ ), which is a metal element, is present, the increase in fluorescence does not appear.

그러나 아연 이온 존재시에는 이민기(C=N)의 질소 원자가 아연 이온(Zn²⁺)과 강하게 결합함으로써 페닐기에 콘쥬게이션이 일어나지 않게 됨으로 인하여 강한 푸른색의 형광으로 나타난다. 이를 통하여 다른 금속 이온을 이용한 직접 치환 방법을 통한 형광 감소를 예측할 수 있다. However, in the presence of zinc ions, the nitrogen atom of the imine group (C = N) is strongly bound to the zinc ion (Zn ²⁺ ), so that no conjugation occurs to the phenyl group, resulting in a strong blue fluorescence. Through this, it is possible to predict fluorescence reduction through the direct substitution method using other metal ions.

수용액(pH 7.4, 0.01 M HEPES 완충용액, 물 : 메탄올 = 9 : 1)에서 (다양한 금속 이온 존재(Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Mn²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Ag⁺, Hg²⁺, Pb²⁺)에 따른 화합물 1의 흡수 및 방출 스펙트럼의 변화를 살펴보았다. In aqueous solution (pH 7.4, 0.01 M HEPES buffer, water: methanol = 9: 1) (with various metal ions (Na ⁺ , K ⁺ , Ca ²⁺ , Co ²⁺ , Ni ²⁺ , Mn ²⁺ , Cu ²⁾ Changes in the absorption and emission spectra of Compound 1 according to ⁺ , Zn ²⁺ , Cd ²⁺ , Ag ⁺ , Hg ²⁺ , Pb ²⁺ ) were investigated.

화합물 1의 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼을 살펴보면, 267 nm와 354 nm에서 두 개의 밴드가 나타나며 이는 리간드내 전하 이동 전이에 따른 흡수 스펙트럼이다. 2.0 당량의 구리 이온을 가하게 되면, 흡광도가 약간 감소하며 최대 흡수 파장이 358 nm로 적색 이동이 일어난다. 2.0 당량 이후 구리 이온을 더 많은 가하여도 더 이상의 스펙트럼의 변화는 나타나지 않았다(100 당량 까지). 동일한 조건하에서 다른 금속 이온(Ca²⁺, Mn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Hg²⁺, Cd²⁺, Na⁺, K⁺ _,Ca²⁺, Mg²⁺)을 가하였을 때는 흡수 스펙트럼에서 변화가 거의 나타나지 않았다([도 5] 참조). 2 당량의 납 이온(Pb²⁺)을 가하였을 때는 약간의 흡광도 증가가 나타났으며, ~12 nm 정도의 최대 흡수 파장의 청색 이동이 나타났다. 납 이온을 가하였을 시 흡광도의 변화는 있었지만, 방출 스펙트럼에서는 어떠한 변화도 나타나지 않았다([도 6] 참조). Looking at the ultraviolet-visible absorption spectrum of Compound 1, two bands appear at 267 nm and 354 nm, which is the absorption spectrum due to the charge transfer transition in the ligand. The addition of 2.0 equivalents of copper ions slightly reduces the absorbance and causes a red shift with a maximum absorption wavelength of 358 nm. Adding more copper ions after 2.0 equivalents showed no further change in spectrum (up to 100 equivalents). Absorption when other metal ions (Ca ²⁺ , Mn ²⁺ , Co ²⁺ , Ni ²⁺ , Hg ²⁺ , Cd ²⁺ , Na ⁺ , K ⁺ _, Ca ²⁺ , Mg ²⁺ ) are added under the same conditions Almost no change was seen in the spectrum (see FIG. 5). When two equivalents of lead ions (Pb ²⁺ ) were added, a slight increase in absorbance was observed and blue shift of the maximum absorption wavelength of about 12 nm was observed. When lead ions were added, there was a change in absorbance but no change in emission spectrum (see FIG. 6).

화합물 1 용액(100 μM)에 구리 이온 용액을 천천히 가하였을 때 (0-200 μM) 전형적인 구리 이온 화합물의 d-d 전이 흡수 밴드 (500-800 nm)가 나타나는 것을 관찰할 수 있다. 이 역시 구리 이온에 의한 아연 이온의 화합물의 직접 치환의 증거이다([도 25] 참조). It can be observed that d-d transition absorption bands (500-800 nm) of a typical copper ion compound appear when a copper ion solution is slowly added (0-200 μM) to a compound 1 solution (100 μM). This is also evidence of direct substitution of the compound of zinc ions by copper ions (see Fig. 25).

화합물 1은 푸른색 형광을 나타낸다. 354 nm의 빛으로 여기시켰을 때, 452 nm에서 빛을 방출한다. 화합물 1 용액에 여러 금속 이온 2.0 당량을 가했을 때 구리 이온의 경우에만 특별한 특성을 보인다. 다른 이온들을 가했을 때는 부분적으로 방출 강도가 줄어들지만, 구리 이온을 가했을 때는 완전히 없어진다. 2.0 당량을 가하면 약 2660배 정도로 방출 강도가 감소한다([도 7] 참조). 452 nm에 나타나는 방출 밴드가 점차적으로 감소하여 2.0 당량을 가하면 완전히 없어진다. Job' plot 분석을 통하여 화합물 1과 구리 이온이 1 : 2 로 결합하는 것을 알 수 있다.[도 26 참조] 적정을 통하여 얻은 결합 상수(K_a)는 약 1.14 (± 0.012) × 10⁸ M^-1 이다([도 8] 참조). 다른 금속 경우 2.0 당량을 가했을 때 니켈 이온의 경우 1.4배, 코발트 이온의 경우 1.9배의 방출 강도가 감소한다. 이는 구리 이온의 경우 보다 현저히 작은 수치이다. 구리 이온 감지가 화합물 1에 있는 아연 이온과의 치환을 통하여 일어나기 때문에, 그 역반응도 생각해볼 수 있다. 화합물 1과 2.0 당량의 구리 이온이 들어있는 수용액에 다시 40.0 당량의 아연 이온을 가하였을 때, 형광 특성을 회복되지 않았다. 이를 통해 구리 이온이 아연 이온에 비해 r-H₂slys 리간드와 강한 결합성을 가짐을 알 수 있다([도 9] 참조). Compound 1 exhibits blue fluorescence. When excited with light at 354 nm, it emits light at 452 nm. When 2.0 equivalents of various metal ions are added to the solution of Compound 1, only the copper ions show special characteristics. When other ions are added, the emission intensity is partially reduced, but when copper ions are added, they are completely eliminated. The addition of 2.0 equivalents reduced the emission intensity by about 2660 times (see FIG. 7). The emission band appearing at 452 nm gradually decreases and disappears completely when 2.0 equivalents are added. It can be seen from Job 'plot analysis that Compound 1 and copper ions are bound 1: 2. [See FIG. 26] The binding constant (K _a ) obtained by titration is about 1.14 (± 0.012) × 10 ⁸ M ^{− 1} (see FIG. 8). For other metals, the addition of 2.0 equivalents reduces the emission intensity by 1.4 times for nickel ions and 1.9 times for cobalt ions. This is a significantly smaller figure than for copper ions. Since copper ion sensing occurs through substitution with zinc ions in compound 1, the reverse reaction can also be considered. When 40.0 equivalents of zinc ions were added to the aqueous solution containing Compound 1 and 2.0 equivalents of copper ions, the fluorescence was not restored. Through this, it can be seen that copper ions have stronger binding properties with rH ₂ slys ligand than zinc ions (see FIG. 9).

화합물 1은 수용액 상에서 다른 이온의 존재 하에서도 선택적으로 구리 이온을 감지해낼 수 있다. 화합물 1과 다른 금속 이온 10.0 당량 혼합 용액에 2.0 당량의 구리 이온을 가하였을 때 발광 강도가 완전히 감소하는 것을 볼 수 있다([도 10] 참조). 예를 들어 Ni²⁺나 Co²⁺ 2.0 당량을 가하였을 때 각각 2배, 4.9배의 형광 감소가 나타나는 것을 관찰할 수 있다.
Compound 1 can selectively detect copper ions in the presence of other ions in aqueous solution. It can be seen that the emission intensity is completely reduced when 2.0 equivalents of copper ions are added to the mixed solution of Compound 1 and 10.0 equivalents of other metal ions (see FIG. 10). For example, when the Ni ²⁺ or Co ²⁺ 2.0 equivalent is added, it can be observed that the fluorescence reduction of 2 times and 4.9 times respectively occurs.

<실시예 6> 화합물 2의 구리 이온 감지 실험 Example 6 Copper Ion Sensing Experiment of Compound 2

화합물 2는 용액 상에서 높은 푸른색 형광 특성을 가진다(양자 수율 = 0.21). 화합물 1과 같이 아연 이온의 결합에 의한 이민기의 콘쥬게이션이 일어나지 않음으로써 형광 특성을 가지게 된다. 수용액 상(pH 7.4, 0.01 M HEPES 완충용액)에서 화합물 2 용액(50 μM)에 다양한 금속 이온을 첨가하였을 때의 자외선/가시광선 흡수 스펙트럼을 방출 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 스펙트럼에서는 267 nm와 352 nm에서 큰 흡수 밴드가 나타난다. 이 밴드는 리간드내 전하 이동 전이에 의한 것이다. 2.0 당량의 구리 이온(100 μM)을 첨가하였을 때 흡광도가 약간 감소하며 최대흡수파장이 357 nm로 적색 이동이 일어난다. 같은 조건에서 다른 금속 이온(Ca²⁺, Pb²⁺, Mn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Hg²⁺, Cd²⁺)을 첨가하열 때는 스펙트럼의 변화가 거의 나타나지 않는다([도 11] 및 [도 12] 참조). Compound 2 has high blue fluorescence properties in solution (quantum yield = 0.21). As in Compound 1, the conjugation of the imine group by the binding of zinc ions does not occur, thereby having fluorescence characteristics. The emission spectrum was measured by ultraviolet / visible light absorption spectrum when various metal ions were added to the Compound 2 solution (50 μM) in an aqueous phase (pH 7.4, 0.01 M HEPES buffer solution). The absorption spectrum shows large absorption bands at 267 nm and 352 nm. This band is due to charge transfer transitions in the ligand. When 2.0 equivalents of copper ions (100 μM) were added, the absorbance slightly decreased and a maximum absorption wavelength of 357 nm resulted in a red shift. Under the same conditions, when the other metal ions (Ca ²⁺ , Pb ²⁺ , Mn ²⁺ , Co ²⁺ , Ni ²⁺ , Hg ²⁺ , Cd ²⁺ ) were added, almost no change in spectrum was observed (FIG. 11). And [FIG. 12]).

방출 스펙트럼을 살펴보면 다른 이온들을 첨가하였을 때는 방출 강도가 약간 감소하지만 2.0 당량의 구리 이온을 첨가하면 방출 강도가 최대 1290 배 정도 감소한다([도 13] 및 [도 14] 참조). 이 스펙트럼을 통해서 얻어진 결합 상수(K_a)는 1.5 (± 0.14) × 10⁸ M^-1이다. 화합물 1과 마찬가지로 화합물 2의 구리 이온 감지 역시 미리 존재하눈 아연 이온의 치환을 통하여 일어나는 반응이므로, 이 반응의 가역성을 확인해볼 수 있다. 화합물 2와 2.0 당량의 구리 이온을 넣은 용액에 약 40 당량의 아연 이온을 첨가해보았지만, 방출 강도의 변화는 나타나지 않았다. 따라서 s-H₂lys 리간드와 구리 이온 간의 결합이 아연 이온 간의 결합보다 훨씬 강함을 알 수 있다. 또한 화합물 2의 경우에서는 철 이온(Fe²⁺)을 가하였을 때 역시 방출 강도가 완전히 감소하였는데, 이는 반응 중에 Fe²⁺ 이온이 Fe³⁺ 이온으로 산화가 되며, 이 Fe³⁺가 쉬프 염기 리간드를 가수 분해시키기 때문이다([도 15] 참조). Looking at the emission spectrum, the emission intensity decreases slightly when other ions are added, but the addition of 2.0 equivalents of copper ions reduces the emission intensity by up to 1290 times (see FIG. 13 and FIG. 14). The coupling constant (K _a ) obtained through this spectrum is 1.5 (± 0.14) × 10 ⁸ M ^-1 . Like the compound 1, the copper ion detection of the compound 2 is also a reaction occurring through the substitution of zinc ions already present, and thus the reversibility of the reaction can be confirmed. About 40 equivalents of zinc ions were added to the solution containing compound 2 and 2.0 equivalents of copper ions, but no change in emission intensity was observed. Therefore, it can be seen that the bond between the sH ₂ lys ligand and the copper ion is much stronger than the bond between the zinc ions. In addition, in the case of Compound 2, the emission intensity was also completely reduced when iron ions (Fe ²⁺ ) were added, which caused the Fe ²⁺ ions to be oxidized to Fe ³⁺ ions during the reaction, and the Fe ³⁺ was a Schiff base ligand. This is because it hydrolyzes (see FIG. 15).

화합물 2 역시 다른 이온의 존재 하에서도 선택적으로 구리 이온을 감지할 수 있는 능력을 보인다([도 16] 참조). 10.0 당량의 다른 금속 이온 존재 시, 2.0 당량의 구리 이온을 첨가하게 되면 방출 강도가 완전히 감소하는 것을 볼 수 있다.Compound 2 also shows the ability to selectively detect copper ions even in the presence of other ions (see FIG. 16). In the presence of 10.0 equivalents of other metal ions, addition of 2.0 equivalents of copper ions can be seen to reduce the emission intensity completely.

또한 구리 이온을 가함에 따라 500 - 800 nm에서 구리 이온 화합물의 전형적인 d-d 전이 밴드가 나타남을 확인할 수 있다([도 17] 참조). In addition, it can be seen that a typical d-d transition band of a copper ion compound appears at 500 to 800 nm as copper ions are added (see FIG. 17).

<실시예 7> ¹H 핵자기 공명 스펙트럼 및 원편광 이색성 스펙트럼Example 7 ¹ H nuclear magnetic resonance spectrum and circular polarization dichroism spectrum

화합물 2는 L-라이신 존재로 인하여 광학 활성을 가진다. 수용액 완충 용액에서 원편광 이색성 스펙트럼을 살펴보면, 354 nm에서 음의 코튼 효과를 가짐을 알 수 있다. 그리고 구리 이온을 2.0 당량 첨가하면 359 nm에서 새로운 밴드가 나타나고 이는 금속 이온 치환을 통한 새로운 화합물이 형성되었음을 알 수 있다([도 18] 참조). 화합물 2의 ¹H 핵자기 공명 스펙트럼을 살펴보면 2.0 당량의 구리 이온을 가하였을 때 전체적으로 피크가 넓어지고, 이민기와 α-양성자의 피크가 약 0.1 ppm 정도 쉬프트되는 것을 볼 수 있다([도 19] 및 [도 20] 참조). 따라서 위의 원편광 이색성 스펙트럼과 핵자기 공명 스펙트럼의 결과를 통하여 화합물 2의 아연 이온이 구리 이온으로 직접적으로 치환이 일어난다는 것을 알 수 있다. 화합물 1의 ¹H 핵자기 공명 스펙트럼도 측정하였다([도 21] 참조). ¹H 핵자기 공명 스펙트럼을 통하여 각각의 양성자들의 피크들을 확인할 수 있다. 스펙트럼에서 1.83 ppm에서 나오는 피크는 연결역할을 하는 아세테이트 작용기의 메틸기다. 이 피크들은 라이신의 -CH₂기들과 겹쳐서 나타난다 (1.79-1.89 ppm). 또한 ESI 질량 스펙트럼을 통하여 m/z 685.1의 주 피크를 관찰할 수 있는데, 이는 아연 이핵체 화합물에 단지 하나의 아세테이트 연결 작용기가 존재할 때의 질량이다[C₂₈H₃₅N₄O₈Zn₂ {1(CH₃COO + 2H⁺)}]. [도 27] 이를 통하여 화합물 1은 묽은 수용액에서는 경쟁 음이온들이라 용매 물분자의 존재에 의하여 약간 불안정하여 아세테이트 연결 작용기가 쉽게 끊어질 수 있음을 알 수 있다. 그러나 진한 농도의 수용액(0.001 M)에서는 화합물은 상대적으로 안정하다. 3주 정도 놓아두었을 때도 화학적 안정성을 나타냈으며 X선 회절분석에 적합한 단결정(두 개의 아세테이트 작용기 존재 확인)을 얻을 수 있다. 화합물 1은 원편광 이색성 스펙트럼에 비활성 특성을 나타내는데 이는 화합물이 라세믹(racemic)이기 때문이다. 화합물 3 용액은 D-라이신과 L-라이신 쉬프 염기 리간드를 다 가지고 있다.
Compound 2 has optical activity due to the presence of L-lysine. Examining the circular dichroism spectra in aqueous buffer solution, it can be seen that it has a negative cotton effect at 354 nm. And when 2.0 equivalents of copper ions were added, a new band appeared at 359 nm, indicating that a new compound was formed through metal ion substitution (see FIG. 18). Examining the ¹ H nuclear magnetic resonance spectra of compound 2, it can be seen that when 2.0 equivalents of copper ions are added, the peak broadens and the peak of the imine group and the α-proton shifts by about 0.1 ppm (FIG. 19). See FIG. 20). Therefore, it can be seen from the above results of circular dichroism and nuclear magnetic resonance spectra that zinc ions of Compound 2 are directly substituted with copper ions. The ¹ H nuclear magnetic resonance spectrum of Compound 1 was also measured (see FIG. 21). The peaks of each proton can be identified from the ¹ H nuclear magnetic resonance spectrum. The peak at 1.83 ppm in the spectrum is the methyl group of the acetate functional group, which acts as a link. These peaks overlap with the -CH ₂ groups of lysine (1.79-1.89 ppm). The ESI mass spectrum also shows the main peak of m / z 685.1, which is the mass when only one acetate linking functional group is present in the zinc dinuclear compound [C ₂₈ H ₃₅ N ₄ O ₈ Zn ₂ {1 (CH ₃ COO + 2H ⁺ )}]. FIG. 27 shows that Compound 1 is a competitive anion in a dilute aqueous solution, and thus slightly unstable due to the presence of solvent water molecules, which may easily break the acetate-linked functional group. However, in concentrated aqueous solutions (0.001 M), the compounds are relatively stable. The chemical stability was maintained even after 3 weeks, and a single crystal suitable for X-ray diffraction analysis (confirmation of the presence of two acetate functional groups) was obtained. Compound 1 exhibits inactive properties in the circular dichroism spectrum because the compound is racemic. Compound 3 solution contains both D-lysine and L-lysine Schiff base ligands.

<실시예 8> 화합물 2와 구리 이온과의 반응 실험 (화합물 3의 합성)Example 8 Reaction Experiment of Compound 2 with Copper Ions (Synthesis of Compound 3)

화합물 2와 구리 이온간의 확실한 반응 메카니즘을 확인하기 위하여, 화합물 2와 Cu(ClO₄)?6H₂O 및 Na(ClO₄)를 물과 메탄올 (1 : 1) 용매에서 반응시켰다. 반응물은 반응이 진행됨에 따라 노란색에서 초록색으로 변하였고, 에탄올 용매에서 단결정 회절 분석에 적합한 결정을 얻을 수 있다(화합물 3). 화합물 3의 결정구조는 밑의 [도 22]와 같다. 이 화합물은 두 개의 구리 이온을 가지고 있다. 구리 원자 결합 구조는 화합물 2의 아연 원자의 그것과 같이 뒤틀어진 사각뿔 구조를 가지고 있으며, 수직축으로 물분자와 결합하고 있다. 화합물 3의 단위세포 속에는 Na(ClO₄)가 포함되어 있으며 이는 결정화에 도움을 준다. 결정 구조분석을 통하여 화합물 2와 구리 이온이 1 : 2로 결합함이 명백해졌다. 용액상에서 Job plot을 통한 화합물 2와 구리 이온의 직접 치환을 통한 결합비도 1 : 2로 나타난다([도 23] 참조). To confirm the reliable reaction mechanism between compound 2 and copper ions, compound 2 and Cu (ClO ₄ ) -6H ₂ O and Na (ClO ₄ ) were reacted in water and methanol (1: 1) solvent. The reactants changed from yellow to green as the reaction proceeded, and crystals suitable for single crystal diffraction analysis were obtained in ethanol solvent (Compound 3). Crystal structure of the compound 3 is as shown in Figure 22 below. This compound has two copper ions. The copper atom bonding structure has a twisted square pyramid structure like that of the zinc atom of compound 2, and is bonded to water molecules on the vertical axis. The unit cell of compound 3 contains Na (ClO ₄ ), which helps crystallization. Through crystal structure analysis, it became clear that Compound 2 and copper ions were bound 1: 2. The binding ratio through the direct substitution of compound 2 and copper ions through Job plot in the solution is also shown as 1: 2 (see Fig. 23).

이상에서 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의거하여 구체적으로 설명했다. 그러나 이는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위를 이에 한정하고자 하는 것은 아니고, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물이 존재한다. 또한 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되고, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.On the basis of the embodiments with reference to the accompanying drawings it was described in detail. However, this is not intended to limit the scope of the present invention to this intended to illustrate the present invention, there are various equivalents that can replace them. In addition, the terms or words used in the specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors should properly define the concept of terms in order to best explain their invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that it can.

화학 및 생화학 분양에서 금속 이온 감지는 매우 중요하다. 이에 유기 화학 및 리간드-금속 호스트-게스트 화학 분야를 통한 다양한 접근 방법이 이루어지고 있다. 다만 금속 이온 감지기로서 유효한 효과를 가지려면 선택성 및 민감성이 요구되고; 생체 내에서 본래의 목적이외의 역할에 대하여서는 간섭하지 않아야 하며; 선택적인 금속 결합 능력이 있되, 광학적 특성 변화의 최적화가 이루어져야 하고; 나아가 경제적 측면에서 상대적으로 간단한 합성방법에 의해야 한다.Metal ion detection is very important in chemical and biochemical distribution. Accordingly, various approaches have been made through the field of organic chemistry and ligand-metal host-guest chemistry. Only selectivity and sensitivity are required to have an effective effect as a metal ion detector; Must not interfere in a role other than its intended purpose in vivo; Have selective metal bonding capability, but optimization of optical property changes should be made; Furthermore, it should be relatively simple in terms of economics.

이에 본 발명은 단단계 합성 과정을 가지는 수용성 이핵체 아연 화합물의 합성 및 그의 선택적인 구리 이온 감지방법을 제공한다는 점에서 효율성, 안정성은 물론 경제적 측면에서도 산업상 이용가능성이 우수하다고 할 것이다.Accordingly, the present invention is excellent in terms of efficiency, stability and economical industrial applicability in that it provides a method for synthesizing a water-soluble dinuclear zinc compound having a single step synthesis process and a selective copper ion detection method thereof.

나아가 본 발명에서 합성한 쉬프 염기 리간드를 가지는 이핵체 아연 화합물들은 수용액에서 좋은 용해도를 보이며 수용액 상에서 구리 이온을 선택적으로 금속 이온 직접 치환을 통하여 감지할 수 있음을 분광학적 방법을 통하여 확인하였는바, 이러한 쉬프 염기 이핵체 아연 화합물은 새로운 화학 센서 물질로서의 응용이 가능함은 물론, 생리학적으로 중요한 구리 이온을 감지할 수 있는 물질로서 병리학적 측면에서 산업상 이용가능성이 매우 우수하다고 할 것이다.Furthermore, it was confirmed by spectroscopic method that the dinuclear zinc compounds having the Schiff base ligand synthesized in the present invention show good solubility in aqueous solution and can detect copper ions selectively by direct substitution of metal ions in the aqueous solution. The Schiff base dinuclear zinc compound can be applied as a new chemical sensor material and can detect physiologically important copper ions. Therefore, the Schiff base dinuclear zinc compound has excellent industrial applicability in terms of pathology.

Claims

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In the production method of [Zn ₂ ( r, s- lysH) ₂ (μ-OAc) ₂ ] which is a dinuclear compound containing an amino acid shift base capable of selectively detecting copper ions in an aqueous solution,
The preparation method comprises the steps of adding a solution of salicylate (0.52 mL, 5.00 mmol) in methanol, Zn (OAc) ₂ ~ 2H ₂ O (1.09 g, 5.00 mmol) aqueous solution; After stirring at room temperature for 30 minutes, adding an aqueous solution of D / L-lysine monohydrochloride (0.913 g, 5.00 mmol) to the reaction; Then adding an aqueous solution of sodium hydroxide (0.20 g, 5.00 mmol) and an aqueous solution of sodium acetate (0.41 g, 5.00 mmol) and maintaining a pH of about 7-8; Then stirring for 12 hours; Filtering out the precipitate and washing with methanol when a yellow precipitate is formed; Then drying at room temperature; Then recrystallization from a water: methanol (3: 1) solution to obtain a colorless single crystal suitable for X-ray diffraction measurement; Method for producing [Zn ₂ ( r, s -lysH) ₂ (μ-OAc) ₂ ] comprising a.

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In the manufacturing method of [Zn ₂ ( s- lysH) ₂ (NO ₃ ) ₂ ], which is a dinuclear compound containing an amino acid shift base capable of selectively sensing copper ions in an aqueous solution,
The preparation method comprises the steps of adding a solution of Zn (NO ₃ ) ₂ (1.49 g, 5.00 mmol) to a solution of salicylate (0.50 mL, 5.00 mmol) in methanol; After stirring at room temperature for 30 minutes, adding an aqueous solution of L-lysine monohydrochloric acid (0.731 g, 5.00 mmol) to the reaction; Then adding an aqueous solution of sodium hydroxide (0.20 g, 5.00 mmol) and triethylamine (0.7 mL, 5.00 mmol) in methanol, maintaining the pH at 7-8; Then stirring for 12 hours; Then evaporating the solvent to dry; Washing the dried product with ethanol and drying again under vacuum; Then recrystallization from a water: methanol (3: 1) solution to obtain a colorless single crystal suitable for X-ray diffraction measurement; Method for producing [Zn ₂ ( s -lysH) ₂ (NO ₃ ) ₂ ] comprising a.

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