KR101528256B1 - Preparation method of BODIPY based dual fluorogenic probe for tandem superoxide and Hg2+ chemosensing - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수은금속이온과 활성산소를 동시에 탐지하는 형광분자인 보디피 유도체 화합물에 관한 것이다. 구체적으로, 보디피(BODIPY) 기반 형광 베이스에 금속 결합을 위한 산소원소, 황원소, 셀레늄 원소 혹은 텔루륨 원소와 아릴기를 포함하여, 수은금속이온과 활성산소와 결합시 형광특성을 나타내고, 매우 낮은 농도에서도 검출이 가능한 효과를 갖는 보디피 유도체 및 그 제조방법이 제공된다.The present invention relates to a bipyridyl derivative compound which is a fluorescent molecule that simultaneously detects mercury metal ions and active oxygen. More specifically, the present invention relates to a fluorescent material which exhibits fluorescence characteristics when bound to a mercury metal ion and an active oxygen including an oxygen element, a sulfur element, a selenium element or a tellurium element and an aryl group for metal bonding in a BODIPY-based fluorescent base, And a method for producing the same.
Description
본 발명은 수은 이온과 활성산소를 동시에 화학적 탐지하는 보디피(BODIPY) 기반 형광 물질인 화학 센서 화합물 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical sensor compound which is a BODIPY-based fluorescent substance which simultaneously chemically detects mercury ions and active oxygen, and a method for producing the same.
인체내에서 활성산소(Reactive oxygen species, ROS)는 생리대사 작용과정에서 발생하는 강한 산화력이 있는 물질로 알려져 있다. 특히 노화, 각종 암, 신경퇴행성질환에서 활성산소는 중요한 원인물질로 알려져 있다. 그러나 활성 산소의 발생시점, 장소, 원인 등에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 활성산소의 발생이나 분포 등을 탐지할 수 있는 시스템을 개발한다면 병의 진단이나 치료에 핵심적인 도움이 된다.Reactive oxygen species (ROS) in the body are known to have strong oxidizing power during the physiological action. In particular, active oxygen is known to be an important causative agent in aging, various cancers, and neurodegenerative diseases. However, the timing, location and cause of active oxygen are not well known. Development of a system that can detect the generation and distribution of active oxygen is a key aid in the diagnosis and treatment of disease.
수은이온은 기압계나 온도계, 전지, 수은등, 치과용 아말감 등 많은 산업에서 사용되고 있는 물질이다. 그 만큼 사람은 수은에 잠재적 혹은 직접적으로 노출되어 있는 상태로 살아간다. 수은은 피부나 점막을 통해서 흡수될 수 있으며, 수은 증기는 호흡을 통하여 흡수될 수 있다. 체내에서 흡수될 경우, 쉽게 배출되지 않으며, 독성이온으로 작용하여 뇌혈관을 침투하여 중추신경계에 영향을 주며, 소화기관, 신장에 질병을 야기하며, 특히 미나마타 병 등의 질병을 야기할 수 있다. 즉 수은 환경에 노출되어 있는 사람이나 동물의 경우, 필요시 즉시 수은 분석을 실행할 수 있어야 한다.Mercury ions are used in many industries such as barometers, thermometers, batteries, mercury lamps, and dental amalgam. As many people live with the potential or direct exposure to mercury. Mercury can be absorbed through the skin or mucous membranes, and mercury vapor can be absorbed through the respiration. When absorbed in the body, it is not easily released and acts as a toxic ion to infiltrate the cerebral blood vessels, affecting the central nervous system, causing diseases in digestive organs and kidneys, and especially diseases such as Minamata disease. That is, in the case of a person or animal exposed to a mercury environment, it should be possible to perform mercury analysis immediately if necessary.
이렇게 수은과 활성산소는 생체 내에서 노화나 독성을 야기하는 매우 위험한 물질로 알려져 있다. 따라서, 체내에 존재하는 수은과 활성산소를 값싸고 손쉽게 탐지 및 진단하는 방법을 개발하는 것이 필요하다.Thus, mercury and active oxygen are known to be very dangerous substances that cause aging or toxicity in vivo. Therefore, it is necessary to develop a method for easily detecting and diagnosing mercury and active oxygen present in the body cheaply and cheaply.
활성산소와 수은의 탐지방법은 고가의 분석장비에 의한 전기화학적 방법, 생물학적 방법, 화학적 방법으로 탐지가 가능하지만 최근 화학적 방법에 의한 탐지 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 많은 기술이 개발되고 있다. 화학적 탐지 방법은 높은 민감도와 선택성을 갖고 경제적인 방법으로 탐지가 가능하다. 특히 화합물을 이용하여 발색이나 형광에 의한 화학 탐지 기술이 유력한 기술로 알려져 있으며, 분석물질에 대한 높은 선택성과 민감성, 경제성, 제조의 용이성, 탐지의 용이성이 훌륭하여 많은 연구가 진행되고 있다. Although the detection method of active oxygen and mercury can be detected by an electrochemical method, a biological method, and a chemical method using expensive analytical equipment, researches on a detection method by a chemical method have been actively conducted, and many technologies have been developed . Chemical detection methods have high sensitivity and selectivity and can be detected in an economical way. In particular, chemical detection technology using coloring or fluorescence using a compound is known as a powerful technique. Many researches have been carried out because of high selectivity for analytes, sensitivity, economy, ease of manufacture, and ease of detection.
그러나 기존의 화학탐지를 위한 화합물은 보통 하나의 화합물로 한 종류의 분석물질만 분석할 수 있기 때문에, 다양한 종류를 탐지하기 위해서는 각 기능에 맞는 여러 개의 화학 센서 화합물을 별도로 사용해야 하는 문제가 있다.However, existing chemical compounds for chemical detection are usually a single compound, and only one kind of analyte can be analyzed. Therefore, in order to detect various kinds of compounds, it is necessary to use several chemical sensor compounds for each function separately.
또한 수은은 일반적으로 형광을 소광시키는 물질로 알려져 있다. 소광하는 방법으로 센싱을 할 수 있지만, 소광보다는 발색 및 형광의 발광이 더 효과적인 방법이라고 볼 수 있다. 그러나, 기존의 탐지 방법은 높은 농도의 검출한계를 가지며, 수은과 활성산소를 동시에 탐지하지 못하였다.Mercury is also generally known as a substance that quenches fluorescence. Sensing can be done by quenching method, but coloring and fluorescence emission is more effective than quenching. However, existing detection methods have high detection limits and can not detect mercury and active oxygen at the same time.
본 발명은 하나의 화합물을 이용하여 손쉽게, 높은 민감도를 가지며 수은과 활성산소를 동시에 탐지할 수 있는 보디피 유도체인 화학 센서 화합물 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.The present invention provides a chemical sensor compound and a method for producing the same, which can easily detect mercury and active oxygen simultaneously with high sensitivity using one compound.
또한 본 발명의 다른 목적은 매우 낮은 농도에 대해서도 발색 및 형광 특성을 나타내어 수은 이온과 활성산소를 탐지할 수 있으며, 저렴한 비용으로 용이하게 제조할 수 있는 보디피 유도체인 화학 센서 화합물 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.It is another object of the present invention to provide a chemical sensor compound which is capable of detecting mercury ions and active oxygen, exhibiting color development and fluorescence even at a very low concentration, and which can be easily produced at low cost, .
본 발명은 하기 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 화합물 중에서 선택되는, 화학 센서 화합물을 제공한다.The present invention provides a chemical sensor compound selected from compounds represented by the following general formulas (1) and (2).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
[화학식 2](2)
상기 화학식 1 및 2의 식에서, In the formulas (1) and (2)
E1, E2 및 E3는 각각 독립적으로 O, S, Se 또는 Te이고,E 1 , E 2 and E 3 are each independently O, S, Se or Te,
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소 혹은 탄소수 1 내지 20 의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30 의 아릴기이고, 이들은 헤테로 원자를 포함할 수 있으며.R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, which may contain a hetero atom;
X는 할로겐 원소이다.X is a halogen element.
상기 화학 센서 화합물은 수은 금속 이온이나 활성산소와 결합할 때 형광특성의 변화를 보이거나, 흡광 및 발색이 일어나는 특징을 나타내어, 수은금속이온, 활성산소물질(ROS) 또는 수은금속이온과 활성산소물질(ROS)을 동시에 탐지하는 기능을 갖는다.The chemical sensor compound exhibits a change in fluorescence property when it is combined with a mercury metal ion or active oxygen, or exhibits absorption and color development, and is characterized in that a mercury metal ion, an active oxygen atom (ROS) or a mercury metal ion and an active oxygen atom (ROS) at the same time.
이러한 화학 센서 화합물에서 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 2-피리딜기인 것이 바람직하다.In such a chemical sensor compound, it is preferable that R 1 and R 2 are each independently a 2-pyridyl group.
또한, 상기 화학 센서 화합물에서 상기 E1, E2 및 E3는 각각 독립적으로 S인 것이 바람직하다.In the chemical sensor compound, it is preferable that each of E 1 , E 2, and E 3 is independently S.
또한, 본 발명은 용매, 염기 및 루이스 산 촉매하에,The present invention also relates to a process for the preparation of a compound of formula
하기 화학식 3 또는 화학식 4의 치환기를 가지는 알데히드 화합물과, 2,4-디메틸피롤 및 p-클로라닐을 반응시키는 단계Reacting an aldehyde compound having a substituent represented by the following formula (3) or (4) with 2,4-dimethylpyrrole and p-chloriranyl
를 포함하는, 상술한 화학 센서 화합물의 제조방법을 제공한다.A method for producing the chemical sensor compound described above.
[화학식 3](3)
[화학식 4][Chemical Formula 4]
상기 화학식 3 및 4의 식에서, In the formulas (3) and (4)
E1, E2 및 E3는 각각 독립적으로 O, S, Se 또는 Te이고,E 1 , E 2 and E 3 are each independently O, S, Se or Te,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 혹은 탄소수 1 내지 20 의 알킬기 또는 1 내지 20 의 아릴기이고, 이들은 헤테로 원자를 포함할 수 있으며,R 1 and R 2 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or an aryl group having 1 to 20 carbon atoms, which may contain a hetero atom,
X는 할로겐 원소이다.
X is a halogen element.
본 발명은 수은과 활성산소와 동시에 반응할 경우, 형광 혹은 발색하는 방법을 통하여, 높은 민감도와 선택성을 가지며, 수용액상에서 혹은 세포 등의 생체 내에서 수은과 활성산소의 동시검출이 가능한 화학 센서 화합물을 제공하는 효과가 있다.
The present invention relates to a chemical sensor compound capable of simultaneous detection of mercury and active oxygen in aqueous solution or in a living body such as a cell by high sensitivity and selectivity through fluorescence or coloring when reacting with mercury and active oxygen simultaneously There is an effect to provide.
도 1은 실시예 1의 화합물 1-1의 활성산소(ROS)와 수은 이온에 대한 형광 특성을 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 2의 화합물 2-1의 활성산소(ROS)에 대한 형광 특성을 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 2의 화합물 2-1의 결정 구조를 나타낸 것이다 (a: 옆에서 본 모습, b: 밑에서 본 모습).
도 4는 실시예 1의 화합물 1-1의 금속 이온(Cd2 +, Hg2 +, Fe2 +, Ca2 +, Cu2 +, Co2 +, Mn2+, Mg2 +, Pb2 +, Zn2 +, Ag+ )에 대한 선택성 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 1의 화합물 1-1의 다양한 아미노산에 의한 가역반응 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 실시예 1의 화합물 1-1과 수은의 결합비 확인을 위한 Job 플럿 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 실시예 1의 화합물 1-1에 대하여 KO2의 농도를 고정한 상태에서 다양한 농도의 Hg2 + 이온, 프로브에 따른 Stern-Volmer plot을 나타낸 것이다.
도 8은 뉴로블로스토마 세포에서 실시예 1의 화합물 1-1의 반응성을 나타낸 것이다 (a: 화합물 1-1을 처리한 경우, b: 화합물 1-1, Hg2 +, KO2를 동시 처리).
도 9는 실시예 1의 화합물 1-1과 O2 -, Hg2 + 가 반응할 때, 작용하는 이중의 PET 통로 메커니즘을 나타낸 것이다.
도 10은 실시예 1의 화합물 1-1의 'AND' 분자 논리 회로를 나타낸 것이다.Fig. 1 shows the fluorescence properties of active oxygen (ROS) and mercury ion of the compound 1-1 of Example 1. Fig.
Fig. 2 shows fluorescence characteristics for the active oxygen (ROS) of the compound 2-1 of Example 2. Fig.
Fig. 3 shows the crystal structure of the compound 2-1 of Example 2 (a: viewed from the side, and b: viewed from below).
Figure 4 is the first embodiment of the metal ion of the compound 1-1 (Cd 2 +, Hg 2 + ,
FIG. 5 shows the results of reversible reaction of Compound 1-1 of Example 1 with various amino acids. FIG.
6 shows the results of Job plot analysis for confirming the binding ratio of the compound 1-1 of Example 1 with mercury.
FIG. 7 shows Stern-Volmer plots of various concentrations of Hg 2 + ions and probes with the concentration of KO 2 fixed to the compound 1-1 of Example 1. FIG.
8 shows the reactivity of the compound 1-1 of Example 1 in neuroblasticoma cells (a: when Compound 1-1 was treated, b: Compound 1-1, Hg 2 + , and KO 2 were treated simultaneously ).
9 shows a double PET passage mechanism acting upon the reaction of Compound 1-1 of Example 1 with O 2 - , Hg 2 + .
10 shows the 'AND' molecular logic circuit of the compound 1-1 of Example 1. FIG.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
그러면, 이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 화합물 중에서 선택되는, 화학 센서 화합물이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, there is provided a chemical sensor compound selected from compounds represented by Chemical Formulas 1 and 2 below.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
[화학식 2](2)
상기 화학식 1 및 2의 식에서, In the formulas (1) and (2)
E1, E2 및 E3는 각각 독립적으로 O, S, Se 또는 Te이고,E 1 , E 2 and E 3 are each independently O, S, Se or Te,
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소 혹은 탄소수 1 내지 20 의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30 의 아릴기이고, 이들은 헤테로 원자를 포함할 수 있으며.R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, which may contain a hetero atom;
X는 할로겐 원소이다.X is a halogen element.
본 발명은 수은 이온과 활성산소를 동시에 화학적 탐지하는 형광물질인 화학센서 화합물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 보디피(BODIPY) 기반 형광 베이스에 금속 결합을 위한 산소원소, 황원소, 셀레늄 원소 혹은 텔루륨 원소와 아릴기(바람직하게 질소원자를 포함하는 작용기)가 배위 결합하도록 하여 수은 금속이 결합할 때 발색 및 형광을 변화시키는 화학 센서 화합물을 제공한다. 또한 본 발명은 화합물 중 포함된 산소원자, 황원자, 셀레늄 원자 혹은 텔루륨에 활성산소가 결합하여 발색 및 형광을 변화시킴으로써, 수은 및 활성산소를 동시에 탐지할 수 있는 화학 센서 화합물과 그 제조 방법을 제공한다. 이러한 본 발명의 방법은 체내외의 활성산소와 수은을 화학적 방법을 탐지하는 기술에 대한 것이다.The present invention relates to a chemical sensor compound which is a fluorescent substance that simultaneously chemically detects mercury ions and active oxygen, and a method for producing the same. More particularly, the present invention relates to a method for preparing a fluorophosphate-based fluorescent base, which is capable of coordinating an oxygen element, a sulfur element, a selenium element or a tellurium element with an aryl group (preferably a nitrogen atom-containing functional group) Thereby providing a chemical sensor compound that changes color and fluorescence when mercury metal binds. The present invention also provides a chemical sensor compound capable of simultaneously detecting mercury and active oxygen by changing coloring and fluorescence by binding oxygen atom, sulfur atom, selenium atom or tellurium contained in the compound to active oxygen, and a method for producing the same. do. Such a method of the present invention relates to a technique for detecting a chemical method of active oxygen and mercury outside the body.
형광분자는 외부에서 빛이 가해졌을 경우 분자 특유의 성질로 인하여 특정 가시광의 파장을 강하게 발하는 물질이다. 본 발명에서는 보론-디피로메탄(boron-dipyrromethene, BODIPY) 분자를 기본 형광물질로 사용한다. 보디피(BODIPY)는 두개의 피롤분자가 연결되고, 보론다이플로라이드에 의해 결합된 안정한 형광물질이다. 또한 상기 화합물은 쉽게 변성되지 않는 안정성을 갖고 있으며 다양한 작용기를 첨가하여 여러 외부 물질에 대해 다양하게 반응하게 형광의 변화를 탐지하여 검출을 하는 물질이다. 특히 형광은 마이크로몰 혹은 나노몰 등의 극미량의 농도에 대해서도 강한 특정 형광을 발하므로 탐지가 용이한 방법이다.A fluorescent molecule is a substance that strongly emits a wavelength of a specific visible light due to a characteristic peculiar to a molecule when light is externally applied. In the present invention, a boron-dipyrromethene (BODIPY) molecule is used as a basic fluorescent material. BODIPY is a stable fluorescent material with two pyrrole molecules attached and bonded by boron difluoride. In addition, the compound has stability that is not easily denatured, and it is a substance that detects and detects changes in fluorescence by reacting various external substances by adding various functional groups. In particular, fluorescence is a method that is easy to detect because it emits a specific fluorescence even at a trace concentration of micromolar or nanomolar.
이러한 점에 착안하여, 본 발명은 형광 특성을 나타내는 보디피 화합물을 기반으로 하여 수은이온, 활성산소 또는 이들을 동시에 탐지할 수 있는 선택성을 가지는 형광분자 화합물로서, 상기 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 보디피 유도체 화합물 중에서 선택된 화학 센서 화합물을 제공한다.In view of this point, the present invention relates to a fluorescent molecule compound having mercury ion, active oxygen, or a selectivity capable of simultaneously detecting mercury ions, active oxygen, or the like based on a body fluid compound exhibiting fluorescence properties, Or a derivative thereof.
이러한 본 발명의 상기 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물에서, 상기 E1, E2 및 E3는 각각 독립적으로 S인 것이 바람직하다. 또한, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 2-피리딜기,R3 - R6는 각각 메틸, X는 브롬인 것이 바람직하다.In the compounds of formula (1) or (2) of the present invention, it is preferable that each of E 1 , E 2 and E 3 is independently S. Each of R 1 and R 2 independently represents a 2-pyridyl group, R 3 - R 6 is preferably methyl, and X is bromine.
따라서, 본 발명의 화학 센서 화합물은 하기 화학식 1-1 또는 화학식 2-1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.Accordingly, the chemical sensor compound of the present invention may include a compound represented by the following general formula (1-1) or (2-1).
[화학식 1-1][Formula 1-1]
[화학식 2-1][Formula 2-1]
본 발명의 화학 센서 화합물은 서브나노 몰농도에서 수나노 몰농도의 낮은 농도에 대해서도 강한 형광신호를 발생하므로, 이를 이용하여 수은 및 활성산소의 탐지가 가능한 화합물을 제공할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 화학 센서 화합물은 수은금속이온, 활성산소물질(ROS) 또는 수은금속이온과 활성산소물질(ROS)을 동시에 탐지하는 기능을 갖는 특징이 있다.The chemical sensor compound of the present invention generates a strong fluorescence signal even at a low concentration of several nanometers to a few nanometers to a subnumolar concentration, so that a compound capable of detecting mercury and active oxygen can be provided. Therefore, the chemical sensor compound of the present invention is characterized in that it has the function of simultaneously detecting mercury metal ions, active oxygen species (ROS), or mercury metal ions and active oxygen species (ROS).
또한 본 발명에서는 수은의 경우 Turn-OFF 방식이 아니라 Turn-ON 방식으로 작동하는 형광 탐지화합물을 제공함을 목적으로 한다. 이를 위해서는 금속이온을 결합할 수 있는 특정 작용기의 개발이 무엇보다 중요하다. 또한, 활성산소의 탐지를 위해서는 활성산소에 반응하는 작용기가 필요하다. In addition, the present invention aims to provide a fluorescent detection compound that operates in a turn-on manner instead of a turn-off method in the case of mercury. For this purpose, the development of specific functional groups capable of binding metal ions is of utmost importance. In addition, for the detection of active oxygen, a functional group reactive with active oxygen is required.
따라서, 본 발명은 보론다이피롤 (boron dipyrrole, BODIPY)를 기반으로 하여 황을 포함하는 설파이드와 티에닐 작용기를 가지거나, 혹은 상기 황 대신 산소, 셀레늄 혹은 텔루륨으로 치환한 화합물을 이용한, 보디피 유도체인 화학 센서 화합물을 제공한다. 상기 화학 센서 화합물은 수은 금속 이온과 활성산소에 반응할 수 있는 작용기를 가지므로, 기존 대기 경제적으로 수은 및 활성산소를 탐지하여 병의 진단이나 치료에 도움을 줄 수 있다.Accordingly, the present invention is based on the finding that the use of boron dipyrrole (BODIPY) as a catalyst for the synthesis of sulfur-containing sulphides and thienyl functional groups, or the use of compounds substituted with oxygen, selenium or tellurium instead of sulfur, Which is a derivative thereof. Since the chemical sensor compound has a functional group capable of reacting with mercury metal ion and active oxygen, it can detect mercury and active oxygen in the conventional atmosphere economically and can help diagnosis and treatment of disease.
본 발명의 화학적 센싱은 3-티에닐 황원소를 측면으로 하고 아릴 설파이드 그룹을 연결하여, 전자 주개 및 전자 받개의 이합체에서 민감도가 높은 분자를 설계하는 것이다. 또한, 본 발명은 상기 황원소 대신 산소나 셀레늄, 텔루륨을 이용하여 화학적 센싱을 할 수 있다.The chemical sensing of the present invention is to design a highly sensitive molecule in the electron donor and electron acceptor duplex by connecting the 3-thienyl sulfur element side to the aryl sulfide group. In addition, the present invention can perform chemical sensing using oxygen, selenium or tellurium instead of the sulfur element.
또한 본 발명의 화학식 1 또는 화학식 2에서, E1, E2, E3가 각각 황원소일 경우, 화학 센세 화합물은 화합물 내에 작용기인 설파이드 그룹이 ROS 물질과 반응하여 설폭사이드(Sulfoxide) 혹은 R2S-OO- 물질로 변경될 수 있다. 이러한 화학식 1 또는 화학식 2의 화학 센서 화합물에서 E1, E2, E3가 각각 상기 황원소 대신 산소원소로 치환된 화합물을 이용하면, 화합물 내에 작용기인 에테르 그룹이 ROS 물질과 반응하여 옥사이드 물질로 바뀌는 현상이 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 방법을 이용하여 ROS 물질을 탐지할 수 있다.When E 1 , E 2 and E 3 are respectively sulfur atoms in the
또한, 화학식 1 또는 화학식 2의 화학 센서 화합물에서 E1, E2, E3가 각각 상기 황원소 대신 셀레늄 원소로 치환된 화합물을 이용하면, 화학 센서 화합물 내에 작용기인 셀레나이드 그룹이 ROS 물질과 반응하여 셀레늄 옥사이드 물질로 바뀌는 현상을 이용하여 ROS 물질을 탐지할 수 있다.In the chemical sensor compound of Chemical Formula (1) or Chemical Formula (2), when a compound in which E 1 , E 2 , and E 3 are each substituted with a selenium element instead of the sulfur element is used, the selenide group, which is a functional group in the chemical sensor compound, And the ROS material can be detected using the phenomenon that the material is converted into selenium oxide material.
또한, 화학식 1 또는 화학식 2의 화학 센서 화합물에서 E1, E2, E3가 각각 상기 황원소 대신 텔루륨 원소로 치환된 화합물을 이용하면, 화합물 내에 작용기인 텔루라이드 그룹이 ROS 물질과 반응하여 옥사이드 물질로 바뀌는 현상을 이용하여 ROS 물질을 탐지할 수 있다.Further, in the chemical sensor compound of Chemical Formula (1) or Chemical Formula (2), when a compound in which E 1 , E 2 , and E 3 are each substituted with a tellurium element in place of the sulfur element is used, the telluride group that is a functional group in the compound reacts with the ROS substance ROS materials can be detected using a phenomenon that is converted to an oxide material.
또한, 본 발명은 화학식 1 또는 2의 보디피(BODIPY) 기반 화합물 내에 두 개의 설파이드 그룹과 한 개의 티에닐 그룹이 포함되어 있는 작용기를 이용하여, 수은 금속이온이 결합할 때 형광의 특성이 변하는 현상이나 흡광 및 발생의 특성이 변화는 현상을 이용하여, 수은을 탐지할 수 있다. 또한, 동일한 방식으로 상기 황원소 대신 산소 원소, 셀레늄 원소 또는 텔루륨 원소로 치환된 화합물을 이용하여, 수은 금속이온이 결합할 때 흡광 및 발색의 특성이 변하는 현상을 이용하여, 수은이온을 탐지할 수 있다.Further, the present invention relates to a method for producing a silver halide photographic light-sensitive material by using a functional group in which two sulfide groups and one thienyl group are contained in a BODIPY-based compound represented by the general formula (1) or (2) And mercury can be detected using the phenomenon that the characteristic of the light absorption and generation changes. Further, by using a compound substituted with an oxygen element, a selenium element, or a tellurium element in place of the sulfur element in the same manner, mercury ions are detected using a phenomenon in which the characteristics of light absorption and color development are changed when mercury metal ions are bonded .
또한, 이러한 경우 상기 황원소 대신 산소원소로 치환된 화합물을 이용하여, 화합물 내에 작용기인 에테르 그룹이 ROS 물질과 반응하여 옥사이드 물질로 바뀌는 현상을 이용하여 ROS 물질을 탐지할 수도 있다. 또한, 상기 황원소 대신 셀레늄 원소 또는 텔루륨 원소로 치환된 화합물을 이용하여, 화합물 내에 작용기인 셀레나이드 그룹 또는 텔루라이드 그룹이 ROS 물질과 반응하여 셀레늄 옥사이드 또는 텔루륨 옥사이드 물질로 바뀌는 현상을 이용하여 ROS 물질을 탐지할 수 있는 것이다.In this case, the ROS substance may be detected by using a compound substituted with an oxygen element instead of the sulfur element, and a phenomenon that a functional ether group in the compound reacts with an ROS substance to convert to an oxide substance. Also, by using a compound substituted with a selenium element or a tellurium element instead of the sulfur element, a selenide group or a telluride group, which is a functional group in the compound, is converted into a selenium oxide or tellurium oxide material by reacting with the ROS substance ROS material can be detected.
또한, 본 발명은 화학식 1 또는 2의 보디피(BODIPY) 기반 화합물 내에 두 개의 설파이드 그룹과 한 개의 티에닐 그룹이 포함되어 있는 작용기를 이용하여, 세포내에서 수은 금속이온과 ROS 물질이 화합물과 결합할 때, 형광의 특성이 변하는 현상을 이용하여, 수은이온과 ROS를 동시에 탐지할 수 있다.The present invention also relates to a method for producing a compound of formula (I) or (II) wherein a mercury metal ion and a ROS substance are combined with a compound in a cell using a functional group in which two sulfide groups and one thienyl group are contained in a BODIPY- , Mercury ions and ROS can be detected at the same time using the phenomenon that the characteristic of fluorescence changes.
또한, 본 발명은 화학식 1 또는 2의 구조에서 황원소 대신 산소 원소, 셀레늄 원소 또는 텔루륨 원소로 치환된 화합물을 이용하여, 세포내에서 수은 금속이온과 ROS 물질이 화합물과 결합할 때 형광의 특성이 변하는 현상을 이용하여, 수은이온과 ROS를 동시에 탐지할 수 있다.In addition, the present invention relates to a method for preparing a compound of formula (I) or (II) by using a compound substituted with an oxygen element, a selenium element or a tellurium element instead of a sulfur element, Mercury ions and ROS can be detected at the same time.
또한, 본 발명은 화학식 1 또는 2의 보디피(BODIPY) 기반 화합물 내에 두 개의 설파이드 그룹과 한 개의 티에닐 그룹이 포함되어 있는 작용기를 이용하여, 수은 금속이온이 결합할 때 흡광 및 발색이 일어난 경우, 시스테인, 히스딘, 아르기닌, 라이신을 이용하여 수은이온을 화합물에서 제거하여 화합물을 재생시키는 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention relates to a method for producing a silver halide photographic light-sensitive material, which comprises using a functional group in which two sulfide groups and one thienyl group are contained in a BODIPY-based compound represented by
또한, 본 발명은 화학식 1 또는 2의 구조에서 황원소 대신 산소 원소, 셀레늄 원소 또는 텔루륨 원소로 치환된 화합물을 이용하여, 수은 금속이온이 결합할 때 흡광 및 발색이 일어난 경우, 시스테인, 히스딘, 아르기닌, 라이신을 이용하여 수은이온을 화합물에서 제거하여 화합물을 재생시키는 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention relates to a method for producing a cysteine, a histidine, or a cysteine compound, which uses a compound substituted with an oxygen element, a selenium element or a tellurium element instead of a sulfur element in the structure of the formula (1) , Arginine, and lysine to remove mercury ions from a compound to thereby regenerate the compound.
또한, 본 발명의 화학 센서 화합물은 시스테인, 히스티딘 등의 아미노산을 처리하였을 때, 가역적으로 수은 이온의 발색 및 탈색 반응을 확인할 수 있다. 특히 화학식 1으로 표시되는 화합물은 수은 이온이 존재하는 상태에서 히스티딘이나 아르기닌, 라이신, 시스테인이 있을 경우, hypsochromic shifting 현상도 나타낼 수 있다. 또한, 뉴런신경세포에 적용하였을 때, 수퍼옥사이드(superoxide) 물질과 수은과 반응하여 특정 파장의 형광을 발하여, 진단이 가능한 것을 확인하였다.In addition, when the chemical sensor compound of the present invention is treated with an amino acid such as cysteine or histidine, the color development and decolorization reaction of mercury ions can be reversibly confirmed. In particular, the compound represented by the formula (1) may exhibit a hypsochromic shifting phenomenon when histidine, arginine, lysine or cysteine is present in the presence of mercury ions. In addition, when applied to neuron neurons, it reacts with superoxide and mercury to generate fluorescence of a specific wavelength, and it is confirmed that diagnosis is possible.
또한, 상기 화학식 1 또는 2를 다양한 종류의 ROS로 스크리닝 분석한 결과, 화합물 1과 2의 설파이드 그룹은 ROS와 반응할 경우 설폭사이드와 설폰그룹으로 변하게 된다.As a result of screening analysis of the above formula (1) or (2) with various types of ROS, the sulfide groups of the
이러한 점을 바탕으로, 본 발명의 화학식 1 또는 2의 화학 센서 화합물은 수은 이온과 ROS이온이 있을 때, 'AND' logic gate를 나타낸다.Based on this point, the chemical sensor compound of
즉, 본 발명은 화학식 1 또는 2의 화합물 내에 두 개의 설파이드 그룹과 한 개의 티에닐 그룹이 포함되어 있는 보디피(BODIPY) 기반 화합물을 이용하여, 수은 금속이온과 ROS 물질을 입력단으로 하는, 형광 혹은 발생 반응을 이용한 ?ND' 분자 논리회로의 구성을 제공할 수 있다.That is, the present invention relates to a method for preparing a compound of formula (I) or (II) using a BODIPY-based compound having two sulfide groups and one thienyl group in a compound of formula ND ' molecular logic circuit using the generated reaction can be provided.
그러면, 하기에서는 본 발명의 화학 센서 화합물 중, 주로 황원소를 일례로 들어 반응 메커니즘을 보다 구체적으로 설명한다.In the following, the reaction mechanism will be described more specifically by taking, as an example, a sulfur element among the chemical sensor compounds of the present invention.
본 발명의 화학식 1 또는 2의 화학 센서 화합물에서, 2-피리딘 황 연결체는 ROS의 산화로 인해 변화가 가능하고, 금속이온 배위결합하에 리간드 역할을 할 수 있다. 또한, 본 발명의 화학 센서 화합물은 방향족 고리 분자 구조를 견고하게 함으로써 안정된 센싱을 할 수 있는 구조로 설계된다. 따라서, 본 발명의 화학 센서 화합물의 분자의 프레임은 보디피(BODIPY) 프레임을 이용하는 것이 바람직하다. In the chemical sensor compound of Chemical Formula (1) or (2) of the present invention, the 2-pyridine sulfur conjugate can be changed due to the oxidation of ROS and can act as a ligand under coordination of metal ions. In addition, the chemical sensor compound of the present invention is designed to have a stable sensing structure by strengthening the aromatic ring molecular structure. Therefore, it is preferable that the frame of the molecule of the chemical sensor compound of the present invention uses a BODIPY frame.
또한 본 발명의 화학식 1 또는 2에서 Aryl-설파이드 그룹과 3-티에닐 그룹은 이합체의 전자 공여체와 수용체의 역할을 할 수 있다. 2-피리딜-S arm의 황이온은 ROS의 탐지와 전이금속이온의 탐지가 동시에 가능하고 ROS와 전이금속이온과 반응할 때, 메조(meso) 그룹의 구조적 견고함에 의해 탐지능력이 크게 향상된다.In the formula (1) or (2) of the present invention, the Aryl-sulfide group and the 3-thienyl group can serve as electron donors and acceptors of the dimer. Sulfur ions of 2-pyridyl-S-arm can detect both ROS and transition metal ions simultaneously, and detectability is greatly enhanced by the structural rigidity of the meso group when reacting with ROS and transition metal ions .
이에 따라, 본 발명의 화학적 센싱은 Aryl-설파이드 그룹과 3-티에닐 그룹의 황 원소에 의해서 금속과 ROS의 센싱을 동시에 할 수 있다.Accordingly, the chemical sensing of the present invention can simultaneously sense metal and ROS by the sulfur element of Aryl-sulfide group and 3-thienyl group.
본 발명의 화학 센서 화합물의 형광의 세기에 대한 구체적인 일례를 들면, 수은이온과 수퍼옥사이드(superoxide) 물질인 KO2가 동시에 반응할 때, 25배정도 증가한다. 또한, 상기 화학 센서 화합물이 수은이온 및 수퍼옥사이드와 각각 따로 작용할 경우에는 형광세기의 약한 증가가 있다.As a specific example of the fluorescence intensity of the chemical sensor compound of the present invention, when the mercury ion and the superoxide substance KO 2 are simultaneously reacted, the mercury ion increases by 25 times. In addition, there is a weak increase in fluorescence intensity when the chemical sensor compound works separately with mercury ion and superoxide.
또한 본 발명의 화학 센서 화합물은 노란색에서 붉은색으로 25nm 이동(shift)되는 변색반응을 통해서 수은이온을 탐지할 수 있다.In addition, the chemical sensor compound of the present invention can detect mercury ions through a discoloration reaction that shifts from yellow to red by 25 nm.
또한, 본 발명의 경우 상기 황원소 대신 산소 원소, 셀레늄 원소 혹은 셀루륨 원소로 치환하여 경우에도 유사한 원리로 수은 이온과 활성산소에 대하여 화학적 센싱을 할 수 있다.
In the case of the present invention, the mercury ion and the active oxygen can be chemically sensed by substituting the oxygen element, the selenium element or the celium element instead of the sulfur element with the similar principle.
한편, 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 용매, 염기 및 루이스 산 촉매하에, 하기 화학식 3 또는 화학식 4의 치환기를 가지는 알데히드 화합물과, 2,4-디메틸피롤 및 p-클로라닐을 반응시키는 단계를 포함하는, 제1항의 화학 센서 화합물의 제조방법이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, a step of reacting an aldehyde compound having a substituent represented by the following formula (3) or (4) with 2,4-dimethylpyrrole and p-chloranil under a solvent, a base and a Lewis acid catalyst A process for producing a chemical sensor compound according to
[화학식 3](3)
[화학식 4][Chemical Formula 4]
상기 화학식 3 및 4의 식에서, In the formulas (3) and (4)
E1, E2 및 E3는 각각 독립적으로 O, S, Se 또는 Te이고,E 1 , E 2 and E 3 are each independently O, S, Se or Te,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 혹은 탄소수 1 내지 20 의 알킬기 또는 6 내지 30 의 아릴기이고, 이들은 헤테로 원자를 포함할 수 있으며,R 1 and R 2 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, which may contain a hetero atom,
X는 할로겐 원소이다.X is a halogen element.
상기 화학식 3 또는 4에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 질소원자를 갖는 탄소수 6 내지 30 의 아릴기인 것이 바람직하다. 가장 바람직하게, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 2-피리딜기일 수 있다.In
본 발명의 화학센서 화합물은 보디피 화합물의 제조방법을 기초로 하며, 값싸고 용이한 방법으로 쉽게 합성이 가능하다. The chemical sensor compound of the present invention is based on the production method of the body compound and can be easily synthesized by a cheap and easy method.
또한 본 발명의 화학 센서 화합물의 제조방법은, 화합물 내에 두 개의 설파이드 그룹과 한 개의 티에닐 그룹이 포함되어 있는 보디피(BODIPY) 화합물 합성을 위한 알데히드 물질 혹은 카르복실 화합물의 합성 방법을 포함한다.The method of preparing a chemical sensor compound of the present invention also includes a method of synthesizing an aldehyde substance or a carboxyl compound for synthesizing a BODIPY compound in which two sulfide groups and one thienyl group are contained in a compound.
따라서, 본 발명은 화학식 1 또는 화학식 2의 보디피 유도체 화합물을 합성하기 위해, 메조 위치에 사용하는 화학식 3 또는 화학식 4의 치환기를 가지는 알데히드 화합물을 먼저 제조한다. 이것은 방향족 고리의 분자 구조를 견고하게 하여 안정한 화학적 탐지를 하기 위함이다.Accordingly, the present invention first prepares an aldehyde compound having a substituent represented by the formula (3) or (4) used for meso position in order to synthesize the bipyridyl derivative compound of the formula (1) or (2). This is to stabilize the molecular structure of the aromatic ring and to provide stable chemical detection.
바람직한 일례를 들면, 본 발명의 화학 센서 화합물의 합성과정에서 보디피(BODIPY)의 컨쥬게이션 형태(conjugation form)는 DMF 용매에서 3-티오펜 카르복스알데히드(3-thiophene carboxaldehyde)의 할로겐 반응 (바람직하게, 브롬화반응)을 진행하여 2,5-브로모-3-티오펜 카르복스알데히드(2,5-dibromo-3-thiophene carboxaldehyde)를 합성하는 것이 중요하다. 이러한 과정은 하기 반응식 1을 포함하여 이루어질 수 있다. In a preferable example, the conjugation form of BODIPY in the synthesis of the chemical sensor compound of the present invention is a halogen reaction of 3-thiophene carboxaldehyde in a DMF solvent It is important to synthesize 2,5-dibromo-3-thiophene carboxaldehyde (2,5-bromo-3-thiophenecarboxaldehyde). This process can be carried out by the following
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
(상기 식에서, E1, E2, E3, R1, R2, X는 상기에서 정의된 바와 같다)Wherein E 1 , E 2 , E 3 , R 1 , R 2 , X are as defined above,
또한, 상기 화합물의 알데히드 그룹은 구리 커플링(copper coupling)에 의해 화학식 3의 디설파이드(disulfide) 그룹과 화학식 4의 모노설파이드(monosulfide) 그룹으로 변환된 알데히드 화합물을 포함할 수 있다.In addition, the aldehyde group of the compound may include a disulfide group of the formula (3) and an aldehyde compound converted to a monosulfide group of the formula (4) by copper coupling.
이렇게 얻어진 화학식 3 또는 화학식 4의 치환기를 가지는 알데히드 화합물은 2,4-디메틸피롤(2,4-dimethylpyrrole)과 결합하여 보디피(BODIPY) 유도체 화합물인 화학식 1 또는 2의 화학 센서 화합물로 제조될 수 있다. 이때, 상기 반응은 용매, 염기 및 루이스 산 촉매하에서 진행되며, 또한 p-클로라닐을 이용하여 보디피 제조방법에 따라 수행될 수 있다. 이러한 방법에 따라 상기 화학식 1 또는 2의 화학 센서 화합물은 42 ~ 46%의 수율로 제조할 수 있다.The aldehyde compound having a substituent represented by the general formula (3) or (4) thus obtained can be produced as a chemical sensor compound represented by the general formula (1) or (2) as a BODIPY derivative compound by bonding with 2,4-dimethylpyrrole have. At this time, the reaction is carried out in the presence of a solvent, a base, and a Lewis acid catalyst, and may be carried out according to a method of producing a bipiper using p-chloranil. According to this method, the chemical sensor compound of
한편, 본 발명의 방법에서 루이스 산 촉매는 통상 유기 합성에 사용되는 것이 사용 가능하나, 트리플로로아세트산(TFA)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 반응에서 초산, 및 염산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 산을 더 사용할 수 있다. 또한, 상기 2,4-디메틸 피롤 화합물은 하기 화학식 3 또는 화학식 4의 치환기를 가지는 알데히드 화합물 1몰에 대하여 2 내지 4 의 몰비로 반응시킬 수 있다. 또한 상기 염기는 유기합성에서 잘 알려진 물질이 사용될 수 있으므로 특별히 한정되지 않는다. 염기의 예를 들면, 트리에틸아민, 피페리딘, N,N-이소프로필에틸아민 등이 있으며 N,N-이소프로필에틸아민이 더 바람직하게 사용될 수 있다.On the other hand, in the method of the present invention, the Lewis acid catalyst can be usually used for the organic synthesis, but it is preferable to use trifluoroacetic acid (TFA). In the above reaction, at least one acid selected from the group consisting of acetic acid and hydrochloric acid may be further used. The 2,4-dimethylpyrrole compound may be reacted at a molar ratio of 2 to 4 with respect to 1 mole of the aldehyde compound having a substituent represented by the following general formula (3) or (4). Furthermore, the base is not particularly limited, since a material well known in organic synthesis can be used. Examples of the base include triethylamine, piperidine, N, N -isopropylethylamine and the like, and N, N -isopropylethylamine is more preferably used.
또한, 화학식 3 또는 4의 알데히드 화합물을 제조하는 반응은 50℃ 내지 100℃ 의 온도에서 1시간 내지 24시간 동안 진행하여 수행될 수 있다.Further, the reaction for preparing the aldehyde compound of formula (3) or (4) may be carried out at a temperature of 50 ° C to 100 ° C for 1 hour to 24 hours.
또한, 상기 화학식 1 또는 화학식 2의 보디피 유도체의 제조방법은 0℃ 내지 10 ℃의 온도에서 6 시간 내지 24 시간 동안 진행하여 수행될 수 있다.The process for preparing a bipyridyl derivative of formula (1) or (2) may be carried out at a temperature of 0 ° C to 10 ° C for 6 hours to 24 hours.
이러한 방법에 따라 얻어진 상기 화학 센서 화합물은 수은금속이온 및 활성산소물질을 탐지하는 방법에 유용하게 사용될 수 있다.The chemical sensor compound obtained according to this method can be usefully used in a method for detecting mercury metal ion and active oxygen material.
또한, 본 발명의 경우, 상술한 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 화학 센서 화합물을 산화시켜 E2 또는 E3 그룹에 설포닐기 등의 작용기를 포함하는 화합물을 제공할 수 있다. 상기 산화제는 유기합성에서 사용되는 일반적인 산화제가 사용이 가능하고, 특별히 제한되지 않는다.Also, in the case of the present invention, it is possible to provide a compound containing a functional group such as a sulfonyl group in the E2 or E3 group by oxidizing a chemical sensor compound selected from the compounds represented by the above-mentioned formulas (1) and (2). The oxidizing agent may be any ordinary oxidizing agent used in organic synthesis, and is not particularly limited.
상기 산화를 통해 얻어진 화합물은 하기 화학식 5 또는 화학식 6을 포함할 수 있다.The compound obtained through the oxidation may include the following formula (5) or (6).
[화학식 5][Chemical Formula 5]
[화학식 6][Chemical Formula 6]
이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상세히 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.
Best Mode for Carrying Out the Invention Hereinafter, the function and effect of the present invention will be described in more detail through a specific embodiment of the present invention. It is to be understood, however, that these embodiments are merely illustrative of the invention and are not intended to limit the scope of the invention.
<< 실시예Example >>
실험 일반: 실험에 사용한 모든 시약은 Aldrich, Acros, Junsei 등의 회사에서 상업적으로 구매하였다. BODIPY를 만드는 것은 다음의 문헌(Reference)의 방법을 따랐다.((a) C. Br ckner, V. Karunaratne, S. J. Rettig, D. Dolphin, Can . J. Chem. 1996, 74, 2182. (b) R. W. Wagner, J. S. Lindsey, Pure Appl . Chem . 1996, 68, 1373. (c) C. H. Lee, J. S. Lindsey, Tetrahedron 1994, 50, 11427.) Experimental General : All reagents used in the experiments were purchased commercially from companies such as Aldrich, Acros and Junsei. The preparation of BODIPY followed the method of the following reference: (a) C. Brkner, V. Karunaratne, SJ Rettig, D. Dolphin, Can J. J. Chem. 1996, 74, RW Wagner, JS Lindsey, Pure Appl . Chem . 1996, 68, 1373. (c) CH Lee, JS Lindsey,
1H NMR과 13C NMR은 Bruker Avance 400 MHz spectrometer를 이용하였고, TMS를 내부 표준(internal standard)으로 사용하였다. 1H NMR과 13C NMR는 신뢰할 만한 protio impurity와 CDCl3의 카본 공명에 의해 내부보정이 되어 있다. 화합물의 질량정보를 얻기 위해서 KAIST에 있는 고해상도 hybrid tandem LC-MS/MS(제조사: Bruker Daltonik(Germany))를 기기운용자의 도움을 받아서 측정하였다.
1 H NMR and 13 C NMR were performed on a
흡수 및 발광 분광법( Absorbance and Emission spectroscopy ): BODIPY probe를 아세토니트릴에 녹여서 10-6M의 농도로 만들었다. 흡광도는 CARY 300 Bio UV-Vis 분광계를 사용하였고, 형광분석은 RF-53011 PC 분광계를 사용하였다. 형광의 여기 파장(excitation wavelength)은 최대 흡광도를 갖는 파장을 이용하였다. 양자 수율(quantum yield)(φF)를 측정하기 위해서 보정용액으로 플루오레세인(fluorescein)을 0.1 N NaOH (φF = 0.92)에 녹여서 사용하였다.
Absorption and emission spectroscopy (Absorbance and Emission spectroscopy ) : The BODIPY probe was dissolved in acetonitrile to a concentration of 10 -6 M. The absorbance was measured using a
<제조예 1 및 2>≪ Preparation Examples 1 and 2 &
화합물 3과 4의 합성Synthesis of
참고자료로 (A. K. Verma, J. Singh, R. Chaudhary, Tetrahedron Letters 2007, 48, 7199)을 활용하였다. 우선 CuI(0.5 mol %)과 벤조트리아졸(benzotriazole)(1.0 mol %)를 2 ~ 3 mL의 DMSO에 녹였다. 아릴 할라이드(aryl halide, 여기서는 2,5-dibromo-3-thiophene carbaldehyde)(1.0g, 3.7 mmol)을 가하고 10분간 저어 주었다. 그 다음 2-피리딜-티올(2-pyridyl-thiol)(0.87g, 7.77 mmol)과 Cs2CO3 (1.69g, 5.18 mmol)을 넣어준 후, 90~95℃를 유지하면서 10 내지 12h 동안 저어주었다. 반응과정은 TLC로 모니터하였다. 반응이 종료된 후 30 ml의 에틸아세테이트를 넣었으며, 이 층을 각각 물 10 mL로 3차례 세척하였다. 용액은 Na2SO4로 수분을 제거하였으며, 회전감압증류기로 용매를 제거하였다. 점성이 있는 물질을 컬럼크로마토그래피 (dichloromethane/methanol)를 이용하여 화합물 3 및 4를 얻었다
References (AK Verma, J. Singh, R. Chaudhary, Tetrahedron Letters 2007, 48, 7199). First, CuI (0.5 mol%) and benzotriazole (1.0 mol%) were dissolved in 2 ~ 3 mL of DMSO. An aryl halide (here, 2,5-dibromo-3-thiophene carbaldehyde) (1.0 g, 3.7 mmol) was added thereto and stirred for 10 minutes. Then 2-pyridyl-thiol (2-pyridyl-thiol) ( 0.87g, 7.77 mmol) and Cs 2 CO 3 (1.69 g, 5.18 mmol) was added thereto, followed by stirring for 10 to 12 hours while maintaining the temperature at 90 to 95 ° C. The reaction procedure was monitored by TLC. After the reaction was completed, 30 ml of ethyl acetate was added and the layers were washed three times with 10 ml of water each. The solution was dehydrated with Na 2 SO 4 and the solvent was removed by rotary evaporation. The viscous material was subjected to column chromatography (dichloromethane / methanol) to obtain
화합물 3: Compound 3 :
Yield = 0.55 g, 44.9 %. 1H-NMR (CDCl3, δ 7.24, 400 MHz): δ 10.0 (s, 1H 6 ), 8.40 (m, 1H 11 ), 8.36 (m, 1H 16 ), 7.66 (s, 1H 4 ), 7.53 (m, 1H 9 ), 7.48 (m, 1H 14 ), 7.19 (dd, 3 J H -H = 8.1 Hz, 4 J H H = 1.2 Hz, 1H 8 ), 7.07 (m, 1H 10 ), 7.03 (dd, 3 J H-H = 8.0 Hz, 4 J H -H = 1.2 Hz, 1H 13 ), 7.0 (m, 1H 16 ).Yield = 0.55 g, 44.9%. 1 H-NMR (CDCl 3, δ 7.24, 400 MHz): δ 10.0 (s, 1H 6), 8.40 (m, 1H 11), 8.36 (m, 1H 16), 7.66 (s, 1H 4), 7.53 ( m, 1H 9), 7.48 ( m, 1H 14), 7.19 (dd, 3 J H -H = 8.1 Hz, 4 J H H = 1.2 Hz, 1H 8), 7.07 (m, 1H 10), 7.03 (
13C (CDCl3, δ 77.0, 400 MHz) δ 184.0 (C 6 ), 158.7 (C 12 ), 156.3 (C 7 ), 149.4 (C 11 ), 149.3 (C 16 ), 145.9 (C 2 ), 141.9 (C 3 ), 137.1 (C 9 ), 137.9 (C 14 ), 134.5 (C 4 ), 132.7 (C 5 ), 122.1 (C 8 ), 121.5 (C 10 ), 120.9 (C 13 ), 120.6 (C 15 ). 13 C (CDCl 3, δ 77.0 , 400 MHz) δ 184.0 (C 6), 158.7 (C 12), 156.3 (C 7), 149.4 (C 11), 149.3 (C 16), 145.9 (C 2), 141.9 (C 3), 137.1 (C 9), 137.9 (C 14), 134.5 (C 4), 132.7 (C 5), 122.1 (C 8), 121.5 (C 10), 120.9 (C 13), 120.6 (C 15 ).
ESIMS (positive mode, CHCl3 + CH3OH) = [M+Na]+ = 352.9853 (cal.), 352.9850 (exp.); [M+Na+CH3OH]+ = 385.0115 (cal.), 385.0103 (exp.).ESIMS (positive mode, CHCl 3 + CH 3 OH) = [M + Na] + = 352.9853 (cal.), 352.9850 (exp.); [M + Na + CH 3 OH ] + = 385.0115 (cal.), 385.0103 (exp.).
화합물 4: Compound 4 :
Yield = 0.150 g, 13.5 %. 1H-NMR (CDCl3, δ 7.24, 400 MHz): δ 9.98 (s, 1H 6 ), 8.44 (m, 1H 11 ), 7.58 (m, 1H 9 ), 7.51 (s, 1H 4 ), 7.15 (dd, 3 J H -H = 8.1 Hz, 4 J H H = 1.0 Hz, 1H 8 ), 7.12 (m, 1H 10 ).Yield = 0.150 g, 13.5%. 1 H-NMR (CDCl 3, δ 7.24, 400 MHz): δ 9.98 (s, 1H 6), 8.44 (m, 1H 11), 7.58 (m, 1H 9), 7.51 (s, 1H 4), 7.15 ( dd, 3 J H -H = 8.1 Hz, 4 J H H = 1.0 Hz, 1H 8), 7.12 (m, 1H 10).
13C (CDCl3, δ 77.0, 400 MHz) = 183.7 (C 6 ), 157.1 (C 7 ), 149.8 (C 11 ), 143.8 (C 2 ), 141.4 (C 3 ), 137.3 (C 9 ), 129.3 (C 4 ), 121.7 (C 5 ), 121.5 (C 8 ), 116.9 (C 10 ). 13 C (CDCl 3, δ 77.0 , 400 MHz) = 183.7 (C 6), 157.1 (C 7), 149.8 (C 11), 143.8 (C 2), 141.4 (C 3), 137.3 (C 9), 129.3 (C 4 ), 121.7 (C 5 ), 121.5 (C 8 ), 116.9 (C 10 ).
ESI-MS (positive mode, CHCl3 + CH3OH) = [M+Na]+ = 321.8972 (cal.), 321.8963 (exp.); [M+ H]+ = 299.9152 (cal.), 299.9090 (exp.); [M+Na+CH3OH+CH3+H]+ = 299.9547 (cal.), 369.9223 (exp.).
ESI-MS (positive mode, CHCl 3 + CH 3 OH) = [M + Na] + = 321.8972 (cal.), 321.8963 (exp.); [M + H] < + > = 299.9152 (cal.), 299.9090 (exp.); [M + Na + CH 3 OH + CH 3 + H] + = 299.9547 (cal.), 369.9223 (exp.).
<실시예 1>≪ Example 1 >
화합물 1-1의 합성Synthesis of Compound 1-1
화합물 3 (0.250 g, 0.7565 mmol), 2,4-디메틸피롤(2,4-dimethylpyrrole) (0.16 mL, 1.51 mmol), TFA(트리플로로아세트산) (0.01 mL, 0.076 mmol), p-클로라닐(p-Chloranil) (0.205 g, 0.832 mmol), N,N-이소프로필에틸아민 (N,N-diisop℃ropylethylamine) (1.32 mL, 7.57 mmol)과 BF3ㆍEt2O (1.03 mL, 7.57 mmol)을 이용하고, 보디피(BODIPY)를 만드는 방법으로 반응시켜 화학센서 화합물 1을 제조하였다.Compound 3 (0.250 g, 0.7565 mmol), 2,4-dimethylpyrrole (0.16 mL, 1.51 mmol), TFA (trifluoroacetic acid) (0.01 mL, 0.076 mmol), p- (p-Chloranil) (0.205 g , 0.832 mmol), N, N - diisopropylethylamine (N, N -diisop ℃ ropylethylamine) (1.32 mL, 7.57 mmol) and BF 3 and Et 2 O (1.03 mL, 7.57 mmol ) Was used to produce a
즉, 2구 둥근바닥플라스크(250 mL two-neck round bottomed flask)를 아르곤 가스로 채운 후, 0℃로 유지되는 디클로로메탄에 화합물 3, 2,4-디메틸피롤 및 TFA를 가하였다. 1시간 정도 경과 후, N,N-디-이소프로필에틸아민 (N,N?i isopropylethylamine)을 넣어 pH를 7로 중화시킨 후, 온도가 0℃로 유지된 상태에서 p-클로라닐을 가한 후, 3시간 정도 교반시켰다. 다시, N,N-디-이소프로필에틸아민을 넣어 pH를 7로 중화시킨 후, BF3ㆍOEt2를 가한 후, 2시간 동안 상온에서 교반시켰다. 반응 종결 후, 반응물을 실리카 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 1-1을 얻었다.That is, a 250 mL two-neck round bottomed flask was filled with argon gas, and the
Yield = 0.20 g, 41.5 %. 1H-NMR (CDCl3, δ 7.24, 400 MHz): δ 8.38 (m, 2H 15+20 ), 7.49 (m, 2H 13 +18 ), 7.19 (d, 3 J H H = 8.4 Hz, 1H 12 ), 7.13 (s, 1H 10 ), 7.12 (d, 3 J H -H = 7.6 Hz, 1H 18 ), 7.03 (m, 2H 14 +19 ), 6.0 (s, 2H 2 ), 2.5 (s, 6H 21 ), 1.7 (s, 6H 22 ).Yield = 0.20 g, 41.5%. 1 H-NMR (CDCl 3, δ 7.24, 400 MHz): δ 8.38 (m, 2H 15 + 20), 7.49 (m, 2H 13 +18), 7.19 (d, 3 J H H = 8.4 Hz, 1H 12 ), 7.13 (s, 1H 10 ), 7.12 (d, 3 J H -H = 7.6 Hz, 1H 18), 7.03 (m,
13C (CDCl3, δ 77.0, 400 MHz) = 160.0 (C 16 ), 156.0 (C 11 ), 155.4 (C 1 ), 149.5 (C 15 +20 ), 142.7 (C 3 ), 137.7 (C 5 ), 136.9 (C 13 ), 136.7 (C 18 ), 135.9 (C 10 ), 134.4 (C 9 ), 134.0 (C 6 ), 133.4 (C 7 ), 131.3 (C 4 ), 123.4 (C 2 ), 121.5 (C 12 ), 121.3 (C 14 ), 120.7 (C 17 ), 120.6 (C 19 ), 14.6 (C 21 ), 13.9 (C 22 ). 13 C (CDCl 3, δ 77.0 , 400 MHz) = 160.0 (C 16), 156.0 (C 11), 155.4 (C 1), 149.5 (C 15 +20), 142.7 (C 3), 137.7 (C 5) , 136.9 (C 13), 136.7 (C 18), 135.9 (C 10), 134.4 (C 9), 134.0 (C 6), 133.4 (C 7), 131.3 (C 4), 123.4 (C 2), 121.5 (C 12 ), 121.3 (C 14 ), 120.7 (C 17 ), 120.6 (C 19 ), 14.6 (C 21 ), 13.9 (C 22 ).
11B-NMR (CDCl3, BF3ㆍOEt2, δ 0.00): 5.41 (t, 32.86 Hz). ESI-MS (positive mode, CHCl3 + CH3OH) = [M+Na]+ = 571.1044 (cal.), 571.1062 (exp.).
11 B-NMR (CDCl 3 , BF 3 Â OEt 2 , δ 0.00): 5.41 (t, 32.86 Hz). ESI-MS (positive mode, CHCl 3 + CH 3 OH) = [M + Na] + = 571.1044 (cal.), 571.1062 (exp.).
<실시예 2>≪ Example 2 >
화합물 2-1의 합성Synthesis of Compound 2-1
화합물 4 (0.10 g, 0.33 mmol), 2,4-디메틸피롤(2,4-dimethylpyrrole) (0.07 mL, 0.67 mmol), TFA (0.003 mL, 0.033 mmol), Chloranil (0.090 g, 0.366 mmol), N,N-i-이소프로필에틸아민(N,N-i-isopropylethylamine) (0.58 mL, 3.3 mmol) 및 BF3ㆍEt2O (0.45 mL, 3.3 mmol)를 이용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 보디피(BODIPY) 화합물을 기반으로 하여 화학센서 화합물 2-1을 합성하였다.Compound 4 (0.10 g, 0.33 mmol) , 2,4- dimethyl-pyrrol (2,4-dimethylpyrrole) (0.07 mL , 0.67 mmol), TFA (0.003 mL, 0.033 mmol), Chloranil (0.090 g, 0.366 mmol), N , N- i-isopropylethylamine (0.58 mL, 3.3 mmol) and BF 3揃 Et 2 O (0.45 mL, 3.3 mmol) were used in place of N, N -diisopropylethylamine The chemical sensor compound 2-1 was synthesized based on the BODIPY compound in the same manner.
Yield = 0.080 g, 46.3%. 1H-NMR (CDCl3, δ 7.24, 400 MHz): δ 8.38 (dd, 3 J H-H = 4.6 Hz, 4 J H -H = 1.2 Hz, 1H 15 ), 7.46 (m, 1H 13 ), 7.14 (d, 3 J H -H = 8.0 Hz, 2H 12 ), 7.03 (m, 1H 14 ), 6.90 (s, 1H 10 ), 5.93 (s, 2H 2 ), 2.51 (s, 6H16), 1.64 (s, 6H17).Yield = 0.080 g, 46.3%. 1 H-NMR (CDCl 3, δ 7.24, 400 MHz): δ 8.38 (dd, 3 J HH = 4.6 Hz, 4 J H -H = 1.2 Hz, 1H 15), 7.46 (m, 1H 13), 7.14 ( d, 3 J H -H = 8.0 Hz, 2H 12), 7.03 (m, 1H 14), 6.90 (s, 1H 10), 5.93 (s, 2H 2), 2.51 (s, 6H 16), 1.64 (s , 6H 17 ).
13C-NMR (CDCl3, δ 77.0, 400 MHz) = 156.1 (C 1 ), 156.7 (C 11 ), 149.5 (C 15 ), 142.8 (C 4 ), 138.5 (C 9 ), 136.7 (C 13 ), 133.6 (C 7 ), 131.3 (C 3 ), 129.7 (C 10 ), 129.2 (C 6 ), 123.0 (C 12 ), 121.4 (C 2 ), 121.3 (C 14 ), 116.9 (C 5 ), 14.6 (C 16 ), 13.8 (C 17 ). 13 C-NMR (CDCl 3, δ 77.0, 400 MHz) = 156.1 (C 1), 156.7 (C 11), 149.5 (C 15), 142.8 (C 4), 138.5 (C 9), 136.7 (C 13) , 133.6 (C 7), 131.3 (C 3), 129.7 (C 10), 129.2 (C 6), 123.0 (C 12), 121.4 (C 2), 121.3 (C 14), 116.9 (C 5), 14.6 (C 16 ), 13.8 (C 17 ).
11B-NMR (CDCl3, BF3ㆍOEt2, δ 0.00): 5.34 (t, 32.0 Hz). ESI-MS (positive mode, CHCl3 + CH3OH) = [M+Na+2H]+ = 542.0319 (cal.), 542.0147 (exp.).
11 B-NMR (CDCl 3 , BF 3 O EE 2 , δ 0.00): 5.34 (t, 32.0 Hz). ESI-MS (. Exp) ( positive mode, CHCl 3 + CH 3 OH) = [M + Na + 2H] + = 542.0319 (cal.), 542.0147.
<실시예 3 및 4>≪ Examples 3 and 4 >
화합물 5 및 화합물 6의 합성Synthesis of Compound 5 and
화합물 2-1 (0.040 g, 0.0772 mmol)를 디클로로메탄 20 mL에 녹인후 얼음조(ice bath)에 두어서 냉각상태로 두었다. 여기에 m-CPBA (meta-chloroperpoxybenzoic acid, 0.033 g, 0.193 mmol)를 천천히 가한 후, 2 시간 동안 용액을 저어주면서 반응시켰다. 2시간 후 전개액 (dichloromethane/methanol=99/1)을 TLC로 확인해 보았을 때, R f ~ 0.25 (for 5)와 0.40 (for 6)에서 새로운 반점을 확인할 수 있었다. 컬럼크로마토그래피를 이용하여 이를 분리 및 정제하여 화합물 5 및 6을 얻었다.Compound 2-1 (0.040 g, 0.0772 mmol) was dissolved in 20 mL of dichloromethane and placed in an ice bath to cool. M- CPBA (meta-chloroperoxybenzoic acid, 0.033 g, 0.193 mmol) was slowly added thereto, followed by reacting for 2 hours while stirring the solution. After 2 hours, the eluent (dichloromethane / methanol = 99/1) was confirmed by TLC, and R f New spots were identified in ~ 0.25 (for 5) and 0.40 (for 6). Separation and purification were conducted using column chromatography to obtain
화합물 5: Compound 5 :
Yield = 0.020 g, 48.8 %. 1H-NMR (CDCl3, δ 7.24, 400 MHz): δ 8.49 (dd, 3 J H-H = 4.36 Hz, 4 J H -H = 1.1 Hz, 1H 19 ), 7.96 (d, 3 J H -H = 7.9 Hz 1H 16 ), 7.88 (ddd, 3 J H-H = 7.7 Hz, 3 J H -H = 7.7 Hz, 4 J H -H = 1.8 Hz, 2H 17 ), 7.33 (ddd, 3 J H H = 7.4 Hz, 3 J H-H = 4.6 Hz, 4 J H -H = 1.3 Hz, 1H 18 ), 6.93 (s, 1H 14 ), 6.02/5.98 (s, 1H 2 , 1H 8 ), 2.54 (s, 6H 20 /22 ), 1.71/1.61 (s, 6H 21 /23 ).Yield = 0.020 g, 48.8%. 1 H-NMR (CDCl 3, δ 7.24, 400 MHz): δ 8.49 (dd, 3 J HH = 4.36 Hz, 4 J H -H = 1.1 Hz, 1H 19), 7.96 (d, 3 J H -H = 7.9 Hz 1H 16), 7.88 ( ddd, 3 J HH = 7.7 Hz, 3 J H -H = 7.7 Hz, 4 J H -H = 1.8 Hz, 2H 17), 7.33 (ddd, 3 J H H = 7.4 Hz , 3 J HH = 4.6 Hz, 4 J H -H = 1.3 Hz, 1H 18), 6.93 (s, 1H 14), 6.02 / 5.98 (s,
13C-NMR (CDCl3, δ 77.0, 400 MHz) = 163.3, 157.2, 156.7, 149.9, 144.4, 143.2, 143.1, 140.2, 138.1, 131.4, 131.1, 130.6, 130.5, 125.5, 122.1, 121.5, 121.3, 120.0, 14.7, 13.9, 13.7. 13 C-NMR (CDCl 3 ,? 77.0, 400 MHz) = 163.3, 157.2, 156.7, 149.9, 144.4, 143.2, 143.1, 140.2, 138.1, 131.4, 131.1, 130.6, 130.5, 125.5, 122.1, 121.5, , 14.7, 13.9, 13.7.
11BNMR (CDCl3, BF3ㆍOEt2, δ 0.00): 5.40 (t, 31.3 Hz). ESI-MS (positive mode, CHCl3 + CH3OH) = [M+Na+2H]+ = 558.0268 (cal.), 542.0072 (exp.). 11 BNMR (CDCl 3 , BF 3 Â OEt 2 , δ 0.00): 5.40 (t, 31.3 Hz). ESI-MS (positive mode, CHCl 3 + CH 3 OH) = [M + Na + 2H] + = 558.0268 (cal.), 542.0072 (exp.).
화합물 6: Compound 6 :
Yield = 0.008 g, 18.6 %. 1H-NMR (CDCl3, δ 7.24, 400 MHz): δ 8.54 (m, 1H 15 ), 7.78 (d, 3 J H -H = 7.9 Hz, 1H 12 ), 7.64 (ddd, 3 J H -H = 7.7 Hz, 3 J H H = 7.7 Hz, 4 J H-H = 1.7 Hz, 2H 13 ), 7.33 (ddd, 3 J H -H = 7.7 Hz, 3 J H -H = 4.7 Hz, 4 J H -H = 1.2 Hz, 1H14), 6.98 (s, 1H 10 ), 5.80 (s, 2H 2 ), 2.50 (s, 6H 16 ), 1.38 (s, 6H 17 ).Yield = 0.008 g, 18.6%. 1 H-NMR (CDCl 3, δ 7.24, 400 MHz): δ 8.54 (m, 1H 15), 7.78 (d, 3 J H -H = 7.9 Hz, 1H 12), 7.64 (ddd, 3 J H -H = 7.7 Hz, 3 J H H = 7.7 Hz, 4 J HH = 1.7 Hz, 2H 13), 7.33 (ddd, 3 J H -H = 7.7 Hz, 3 J H -H = 4.7 Hz, 4 J H -H = 1.2 Hz, 1H 14), 6.98 (s, 1H 10), 5.80 (s, 2H 2), 2.50 (s, 6H 16), 1.38 (s, 6H 17).
13C-NMR (CDCl3, δ 77.0, 400 MHz) = 156.8, 155.9, 150.1, 142.6, 138.9, 138.5, 137.7, 132.4, 130.5, 127.4, 124.2, 122.0, 121.5, 14.6, 13.5. 13 C-NMR (CDCl 3 ,? 77.0, 400 MHz) = 156.8, 155.9, 150.1, 142.6, 138.9, 138.5, 137.7, 132.4, 130.5, 127.4, 124.2, 122.0, 121.5, 14.6, 13.5.
11B-NMR (CDCl3, BF3ㆍOEt2, δ 0.00): 5.23 (t, 33.6 Hz). ESI-MS (positive mode, CHCl3 + CH3OH) = [M+Na+ 2H]+ = 574.0217 (cal.), 542.0019 (exp.).
11 B-NMR (CDCl 3 , BF 3 Â OEt 2 , δ 0.00): 5.23 (t, 33.6 Hz). ESI-MS (positive mode, CHCl 3 + CH 3 OH) = [M + Na + 2H] + = 574.0217 (cal.), 542.0019 (exp.).
<실험예><Experimental Example>
1. 형광 특성 실험1. Fluorescence Experiment
실시예 1의 화합물 1-1과 실시예 2의 화합물 2-1에 대하여, 수은금속이온 및 활성산소물질 탐지 실험을 하였다. 실시예 1의 화합물 1-1에 대한 수은이온과 활성산소에 대한 형광 특성을 도 1에 나타내었다. 실시예 2의 화합물 2-1에 대한 활성산소에 대한 형광특성은 도 2에 나타내었다.For the compound 1-1 of Example 1 and the compound 2-1 of Example 2, mercury metal ion and active oxygen material detection experiments were conducted. Fig. 1 shows the fluorescence characteristics of mercury ion and active oxygen for the compound 1-1 of Example 1. Fig. The fluorescence properties for the active oxygen of Compound 2-1 of Example 2 are shown in Fig.
이때, φF 값은 물(water)과 아세토니트릴(? 30 : ? 70%)의 용매에서 각각 0.019, 0.026이었다. S-2-Py 그룹이 Br으로 치환되면서 시그널의 변화가 온다. 아릴 8-치환체 그룹이 없을 경우 강한 형광이 나타나는데 이는 전형적인 PET quenching 효과 때문이다.At this time, the value of φ F was 0.019 and 0.026 in water and acetonitrile (? 30:? 70%) solvent, respectively. When the S-2-Py group is substituted with Br, the signal changes. In the absence of the aryl 8-substituent group, strong fluorescence appears because of the typical PET quenching effect.
도 1에서 보면, 화합물 1-1에서는 수은 이온을 반응시켰을 때, 작은 형광 증가가 있었지만 산화시킨 후에는 형광이 관찰되지 않았다. 또한, Ssulfide-OOK 와 같은 중간체 물질은 분리가 되지 않았으며 화합물 5와 6은 분리가 가능하였다.1, in the case of compound 1-1, when mercury ions were reacted, there was a small fluorescence increase, but no fluorescence was observed after the oxidation. Also, intermediates such as S sulfide -OOK were not separated and
또한, KO2를 적정하는 동안 형광이 turn on되는 것을 확인할 수 있다. 이는 프로브가 설폭사이드와 설폰 혹은 R2S-OO- 등의 화합물로 변하였음을 의미한다.Also, it can be confirmed that the fluorescence turns on while titrating KO 2 . This probe is sulfoxide or sulfone and R 2 S-OO - means that it has changed to the compound and the like.
즉, m-CPBA, KO2, H2O2, NaOCl, tBuOOH,ㆍOH,ㆍOtBu의 ROS 물질을 MeCN/H2O (70: 30)에서 화합물 1-1과 2-1과 반응시켰다. 반응결과 KO2가 강한 변화를 보였다(도 2). 상기 실험으로부터, 화합물 1-1과 2-1이 KO2와 반응하여 설폭사이드 혹은 설폰 그룹을 형성시키는 것을 알 수 있었다. 또한 화합물 1-1과 2-1을 KO2와 반응시켰을 때 형광이 150 % 강해지는 것을 알 수 있었고, m-CPBA는 20 % 정도 약하게 증가되는 것을 알 수 있었다. That is, the ROS material of m-CPBA, KO 2 , H 2 O 2 , NaOCl, tBuOOH, · OH, and OtBu was reacted with 1-1 and 2-1 in MeCN / H 2 O (70:30). As a result, KO 2 showed a strong change (FIG. 2). From the above experiment, it was found that the compound 1-1 and 2-1 reacted with KO 2 to form a sulfoxide group or a sulfone group. In addition, when the compound 1-1 and 2-1 were reacted with KO 2 , the fluorescence was found to be 150% stronger, and m -CPBA was slightly increased by 20%.
이때 화합물 2-1를 이용하여, acetonitrile-H2O 용매에서 KO2를 이용하여 mono-oxidation, di-oxidation 된 황원자를 갖는 분자를 합성하고자 하였다. 그러나 화합물이 분해되어 합성할 수 없었다. 다시 CH2Cl2용매에서 m-CPBA를 이용하여 합성을 하였다. 만들어진 결과물의 ΦF 값을 측정하였을 때, 각각 0.87 와 0.77이었다. 새로 합성된 oxidation된 프로브를 이용해서 Hg2 + 이온을 적정하였을 때, 형광이 관찰되지 않았다. At this time, Compound 2-1 was used to synthesize mono-oxidized, di-oxidized sulfur atom-containing molecules by using KO 2 in acetonitrile-H 2 O solvent. However, the compound was decomposed and could not be synthesized. And then synthesized using m -CPBA in a CH 2 Cl 2 solvent. When the Φ F value of the resultant product was measured, it was 0.87 and 0.77, respectively. No fluorescence was observed when the Hg 2 + ion was titrated using the newly synthesized oxidized probe.
화합물 2-1는 Npy와 Ssulfide 그룹이 금속이온 결합과 ROS의 반응성을 나타내었다. 이 반응도 PET의 quenching 효과 때문이며, 'turn on' 효과를 가져옴을 확인하였다 (최대파장 524nm).
In compound 2-1, N py and S sulfide groups showed reactivity of metal ion bond and ROS. This reaction was confirmed to be due to the quenching effect of PET and to have a 'turn on' effect (
2. 결정 데이터2. Decision data
실시예 2의 화합물 2-1에 대하여 통상적인 방법으로 결정 구조에 대하여 측정하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에서, a는 화합물 2-1를 옆에서 본 모습이고, b는 화합물 2-1를 밑에서 본 모습니다.The crystal structure was measured for Compound 2-1 of Example 2 by a conventional method, and the results are shown in Fig. In Fig. 3, a is a side view of compound 2-1 and b is a bottom view of compound 2-1.
화합물 2-1 (CCDC 877969): C22H19BBrF2N3S2, F.W.: 518.24.Compound 2-1 (CCDC 877969): C 22 H 19 BBrF 2 N 3
Monoclinic, P2(1)/n, Z = 4, a = 7.5410(14)Å, b = 11.291(2)Å, c = 27.486(5)Å, β = 95.942(8)°, V = 2327.7(7)Å, T = 296(2) K, No. reflections = 38634, No. independent reflections = 6972 [R(int) = 0.1663], R1 = 0.0671, wR2 = 0.1157, Abs. coeff. (mm -1 ) = 1.976, Largest diff. peak and hole = 0.793 and 0.553 e-/Å3.B = 11.291 (2) Å, c = 27.486 (5) Å, β = 95.942 (8) °, V = 2327.7 (7) Å, Monoclinic, P2 (1) / n, Z = 4, a = 7.5410 ) A, T = 296 (2) K, N. reflections = 38634, No. independent reflections = 6972 [R (int) = 0.1663], R1 = 0.0671, wR2 = 0.1157, Abs. coeff. (mm -1 ) = 1.976, Largest diff. peak and hole = 0.793 and 0.553 e - / Å 3 .
도 3의 분자기하구조를 살펴보면, 화합물 2-1의 구조는 단일 2-Py-S그룹을 갖고, 이것은 티에닐(thienyl) 그룹의 2번째 위치에 있다. 이는 NMR 등 기기분석으로 확인된다. 화합물 2-1는 5번 위치에 C-Br그룹이 위치함을 알 수 있다. 화합물 2-1의 분자구조에서 티에닐 그룹과 BODIPY 그룹의 비틀림 각도는 대략 80도이다. 이를 통해 입체(steric) 효과 혹은 전기적(electronic) 효과가 있음을 알 수 있다. 상기 Py 그룹은 티에닐 그룹에 대해 비틀림 각도는 대략 64도이며, 금속 이온의 결합된 상태의 결정은 얻지 못하였다.
Looking at the molecular geometry of FIG. 3, the structure of compound 2-1 has a single 2-Py-S group, which is in the second position of the thienyl group. This is confirmed by instrumental analysis such as NMR. In the compound 2-1, the C-Br group is located at the 5-position. The twist angle of the thienyl group and the BODIPY group in the molecular structure of the compound 2-1 is approximately 80 degrees. This shows that there is a steric effect or an electronic effect. The Py group had a twist angle of about 64 degrees with respect to the thienyl group, and no determination of the bonded state of the metal ion was obtained.
3. 금속 이온 선택성 시험3. Metal ion selectivity test
용액상태에서 Cd2 +, Hg2 +, Fe2 +, Ca2 +, Cu2 +, Co2 +, Mn2 +, Mg2 +, Pb2 +, Zn2 + 및 Ag+ 금속 퍼클로레이트 화합물에 대해서, 화합물 1-1 및 화합물 2-1의 반응성을 확인하여 보았다. 또한, 화합물 1-1에 대하여 그 결과를 도 4에 나타내었다.In solution with respect to Cd 2 +, Hg 2 +,
도 4의 결과를 통해, 화합물 1-1의 경우 수은과 반응하여 형광 파장의 이동이 발생하여 용액의 변색반응을 확인하였다.
From the results of FIG. 4, in the case of the compound 1-1, a fluorescence wavelength shift occurred by reacting with mercury, thereby confirming discoloration of the solution.
4. 아미노산에 의한 가역 반응 실험4. Reversible reaction experiment with amino acid
화합물 1-1 및 2-1에 대하여 아미노산 반응에 의해 역반응진행이 가능한지 살펴보았다. 도 5는 실시예 1의 화합물 1-1의 다양한 아미노산에 의한 가역반응 실험 결과를 나타낸 것이다. Compounds 1-1 and 2-1 were examined for their ability to proceed with the reverse reaction by amino acid reaction. FIG. 5 shows the results of reversible reaction of Compound 1-1 of Example 1 with various amino acids. FIG.
도 5에서 보면, 여러 가지 금속 중에서 오직 Hg2 +가 반응하였으며, 처음의 연한 노란색에서 강한 주황색으로 변색되었다. 또한, 흡수파장을 측정하였을 때, λmax가 506 nm에서 532 nm로 변하는 것을 확인하였다. 10-6 M의 화합물 1-1 농도에서 이 정도의 bathochromic shift에서도 육안으로 관찰하기에 충분한 발색변화를 관찰할 수 있었다.
In FIG. 5, only Hg 2 + reacted among various metals, and the initial light yellow to strong orange color was discolored. Further, when the absorption wavelength was measured, it was confirmed that the? Max changed from 506 nm to 532 nm. At the compound 1-1 concentration of 10 -6 M, sufficient color change was observed even with this degree of bathochromic shift for visual observation.
5. 수은 이온과의 결합비 측정 시험5. Bonding ratio test with mercury ion
화합물 1-1과 2-1를 각각 수은이온으로 적정하여 이들의 결합비를 측정하였다. 그 결과, 화합물 1-1 과 수은 이온은 각각 1:1로 결합하는 것을 알 수 있었으며, Job 플럿 분석으로 확인하였다. 도 6은 실시예 1의 화합물 1-1과 수은의 결합비 확인을 위한 Job 플럿 분석 결과를 나타낸 것이다.
Compounds 1-1 and 2-1 were each titrated with mercury ions and their binding ratios were measured. As a result, it was found that Compound 1-1 and mercury ion were bonded at a ratio of 1: 1, respectively, and confirmed by Job plot analysis. 6 shows the results of Job plot analysis for confirming the binding ratio of the compound 1-1 of Example 1 with mercury.
6. 아미노산 처리 시험6. Amino acid treatment test
수은이온과 화합물 1-1의 결합상태에서 아미노산을 처리하였다. 즉, 실시예 1의 화합물 1-1에 대하여 KO2의 농도를 고정한 상태에서 다양한 농도의 Hg2 + 이온과 결합 시키고, 다양한 종류의 아미노산을 처리하였다. 도 7은 실시예 1의 화합물 1-1에 대하여 KO2의 농도를 고정한 상태에서 다양한 농도의 Hg 이온, 프로브에 따른 Stern-Volmer plot을 나타낸 것이다.Amino acids were treated in the binding state of mercury ion and compound 1-1. That is, the compound 1-1 of Example 1 was bound to various concentrations of Hg 2 + ions while the concentration of KO 2 was fixed, and various kinds of amino acids were treated. FIG. 7 shows Stern-Volmer plots of various concentrations of Hg ions and probes with the concentration of KO 2 fixed to the compound 1-1 of Example 1. FIG.
도 7의 결과로부터, 화합물 1-1으로부터 수은이 분리되면서 가역반응으로 반응이 진행되어 발색이 다시 나타나는 것을 알 수 있었다. 이때 수은과 반응하는 아미노산은 시스테인, 히스티딘, 아르기닌, 라이신이었으며, 수은이 결합하는 사이트에서 완전히 자리바꿈하는 것을 알 수 있었다. 형광 효율은 4 당량의 아미노산을 처리할 때 회복되는 것을 알 수 있었다. From the results of FIG. 7, it can be seen that the mercury is separated from the compound 1-1 and the reaction proceeds in a reversible reaction, and the color development again appears. At this time, the amino acids reacted with mercury were cysteine, histidine, arginine, and lysine, and they were found to be completely inverted at mercury binding sites. The fluorescence efficiency was recovered when 4 equivalents of amino acid were treated.
또한, 형광을 살펴보았을 때, 수은을 적정하였을 경우, 소광효과를 확인하였으며, 구리의 경우 약한 소광효과가 있었다. 다른 이온은 형광에 영향을 미치지 않았다. 수은에 의한 형광의 소광 효과는 수은과 프로브사이에서 spin-orbit 결합을 유도했기 때문으로 사료된다. In addition, when the fluorescence was examined, the quenching effect was confirmed when the mercury was titrated, and the quenching effect was weak in the case of copper. Other ions did not affect fluorescence. The quenching effect of mercury-induced fluorescence is believed to be due to the induction of spin-orbit coupling between mercury and probe.
또한 KO2의 농도를 고정한 상태에서 다양한 농도의 Hg2 + 이온, 화합물 1-1에 따른 Stern-Volmer plot 을 얻었다. 고농도에서 화합물 1-1은 포화된 행동을 보였다. 광학적인 산출과 반응물의 형광의 관련을 최적화하기 위해 인위적인 neural networking 을 시도하였다.
In addition, Stern-Volmer plots of Hg 2 + ions and Compound 1-1 were obtained at various concentrations while the concentration of KO 2 was fixed. Compound 1-1 exhibited saturating behavior at high concentrations. Artificial neural networking was attempted to optimize the relationship between optical yield and fluorescence of the reactants.
7. 뉴로블로스토마 세포에서 프로브의 반응성 시험7. Reactivity of probes in neuroblastoma cells
실시예 1의 화합물 1-1에 대하여, 뉴로블로스토마 세포에서 프로브의 반응성을 살펴보았다. 도 8은 뉴로블로스토마 세포에서 실시예 1의 화합물 1-1의 반응성을 나타낸 것이다 (a: 화합물 1-1을 처리한 경우, b: 화합물 1-1, Hg2 +, KO2를 동시 처리).With respect to the compound 1-1 of Example 1, the reactivity of probes in neuroblastoma cells was examined. 8 shows the reactivity of the compound 1-1 of Example 1 in neuroblasticoma cells (a: when Compound 1-1 was treated, b: Compound 1-1, Hg 2 + , and KO 2 were treated simultaneously ).
상기 뉴로블로스토마 세포에서는 Hg2 +가 없는 상태에서 프로브와 ROS에서 형광을 발하는 것을 관찰할 수 있었다. 그러면서 세포독성은 매우 낮았다.
In the neuroblasticoma cells, fluorescence was observed in the probe and ROS in the absence of Hg 2 + . However, cytotoxicity was very low.
8. 화합물 1-1의 PET 통로 메커니즘 확인 실험8. Confirmation of PET passage mechanism of Compound 1-1
도 9는 실시예 1의 화합물 1-1과 O2 -, Hg2 + 가 반응할 때, 작용하는 이중의 PET 통로 메커니즘을 나타낸 것이다.9 shows a double PET passage mechanism acting upon the reaction of Compound 1-1 of Example 1 with O 2 - , Hg 2 + .
화합물 1-1의 경우, Hg2 + 이온과 수퍼옥사이드(superoxide) 물질이 결합하는 것은 화합물 1-1의 meso 그룹에 결합되는 것으로 사료된다. 한 개의 Hg2 + 이온이 한 개의 화합물 1-1 분자와 반응하는 것은 Job 분석을 통해서 확인이 가능하였다. 수은 이온이 결합되는 것은 중심과 가까운 쪽에서 반응하여 Ssulfide-OOK type의 물질을 형성한 것으로 사료된다. 그리고 수은 이온이 Ssulfide-OOK분자의 Sthi, Npy와 결합할 때, 상단 전하를 중심부로 유도하여 PET 비활성화를 야기한 것으로 사료된다. 강화된 입체 그룹(steric group)의 아릴기의 회전이 약화되면서 'Gearing'이 발생하였고, 형광을 회복시킨 것으로 보인다. ROS에 의한 황이 아닌 다른 곳의 산화는 어려울 것으로 사료된다. 왜냐하면, 화합물 1-1이 자기 산화(auto-oxidation)되어 이합체를 형성할 경우 강한 red-shift가 관찰되어야 하며, 수은 이온에 의한 형광의 turn on 현상에 대한 더 나은 위치를 설정할 수 없기 때문이다. 두 번째로 수은 이온에 의한 Npyr-oxide의 형성이 불가능하다. 수은 이온을 superoxide 물질에 대해 excess로 넣었을 경우, 형광이 계속 turn on 상태를 유지하였다. BODIPY가 이합체 수용체 (dyad acceptor)의 2와 6번 위치에서 산화가 일어나는 경우, 이는 electrophilic addition에 의해서 일어나는 반응이며 더 강한 형광을 설명하는데 적합하지 않다. 게다가 이러한 치환된 물질로는 수은 이온의 존재하에서 강한 형광을 설명하기에 적합하지 않다.
In the case of the compound 1-1, it is considered that the bonding of the Hg 2 + ion and the superoxide substance is bonded to the meso group of the compound 1-1. The reaction of one Hg 2 + ion with one compound 1-1 molecule was confirmed by Job analysis. It is believed that the mercury ions are bonded to each other near the center, forming a sulfide -OOK type material. When mercury ions bind to S thi and N py of S sulfide -OOK molecule, it is considered that inducing PET inactivation by inducing the upper charge to the central part. Gearing occurs as the rotation of the aryl group of the enhanced steric group is weakened and appears to restore fluorescence. Oxidation of ROS by other than sulfur is considered to be difficult. This is because, when compound 1-1 is auto-oxidized to form a dimer, a strong red-shift must be observed and a better position for the turn-on phenomenon of mercury ions can not be established. Second, the formation of N pyr -oxide by mercury ions is impossible. When mercury ions were added to excess of superoxide, the fluorescence remained turned on. When BODIPY is oxidized at
9. "AND" 분자 논리 회로 확인 실험9. "AND" molecular logic circuit verification experiment
도 10은 실시예 1의 화합물 1-1에 대한 'AND' 분자 논리 회로를 나타낸 것이다.10 shows the 'AND' molecular logic circuit for the compound 1-1 of Example 1. FIG.
도 10의 결과로부터, KO2와 Hg2 +의 넣는 순서와 상관없이 형광이 강한 것을 확인하였으며, 한 성분만으로는 형광의 "turn on" 효과는 작으며 Hg2 +, KO2가 같이 작용할 때 가능하며, 매우 낮은 탐지화합물 농도에서 반응이 이루어지므로 유용한 결과라고 생각된다. 두 성분이 화합물과 작용할 때, [NSthiN]과 [SsulfideSsulfide]의 donor 원자에 기하구조의 변화가 관찰된다. 처음은 금속이온의 지지대 역할을 하지만, ROS 물질이 추가되면 수직의 구조로 바뀐다. 이는 다중입력 시스템 분자로 의미가 크며, "AND" logic gate 구성이 가능하다. 입력 순서에 상관없이 반응하는 것은 o-Py 질소 그룹에 의한 유용성을 부여하며, 이전에 보고된 p-Tol 그룹과 대비된다. From the results of Figure 10, it was confirmed that the fluorescence strong regardless of the loading procedure of KO 2 and Hg 2 +, only one component was the less "turn on" the effect of the fluorescence can be when the Hg 2 +, KO 2 act as and , It is thought to be a useful result because the reaction occurs at a very low detection compound concentration. When both components interact with the compound, a change in geometry is observed in the donor atoms of [NS thi N] and [S sulfide S sulfide ]. Initially, it acts as a support for the metal ion, but when added to the ROS material, it becomes a vertical structure. This is a multi-input system molecule, meaning "AND" logic gate configuration is possible. Regardless of the order in which they are input, it gives usability by the o- Py nitrogen group and contrasts with the previously reported p- Tol group.
Claims (7)
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 화학식 1 및 2의 식에서,
E1, E2 및 E3는 각각 독립적으로 O, S, Se 또는 Te이고,
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소 혹은 탄소수 1 내지 20 의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30 의 아릴기이고, 이들은 헤테로 원자를 포함할 수 있으며.
X는 할로겐 원소이다.
A chemical sensor compound selected from compounds represented by the following formulas (1) and (2).
[Chemical Formula 1]
(2)
In the formulas (1) and (2)
E 1 , E 2 and E 3 are each independently O, S, Se or Te,
R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, which may contain a hetero atom;
X is a halogen element.
수은금속이온, 활성산소물질(ROS) 또는 수은금속이온과 활성산소물질(ROS)을 동시에 탐지하는 기능을 갖는 화학 센서 화합물.
The method according to claim 1,
A chemical sensor compound having the ability to simultaneously detect mercury metal ions, active oxygen species (ROS), or mercury metal ions and reactive oxygen species (ROS).
상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 2-피리딜기인, 화학 센서 화합물.
The method according to claim 1,
Wherein R < 1 > and R < 2 > are each independently a 2-pyridyl group.
2. A chemical sensor compound according to claim 1, wherein E 1 , E 2 and E 3 are each independently S.
하기 화학식 1-1 및 화학식 2-1로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 화학 센서 화합물.
[화학식 1-1]
[화학식 2-1]
The method of claim 1, wherein the chemical sensor compound
A chemical sensor compound selected from compounds represented by the following formulas (1-1) and (2-1).
[Formula 1-1]
[Formula 2-1]
하기 화학식 3 또는 화학식 4의 치환기를 가지는 알데히드 화합물과, 2,4-디메틸피롤 및 p-클로라닐을 반응시키는 단계
를 포함하는, 제1항의 화학 센서 화합물의 제조방법.
[화학식 3]
[화학식 4]
상기 화학식 3 및 4의 식에서,
E1, E2 및 E3는 각각 독립적으로 O, S, Se 또는 Te이고,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 20 의 알킬기 또는 6 내지 30 의 아릴기이고, 이들은 헤테로 원자를 포함할 수 있으며,
X는 할로겐 원소이다.
Under solvent, base and Lewis acid catalyst,
Reacting an aldehyde compound having a substituent represented by the following formula (3) or (4) with 2,4-dimethylpyrrole and p-chloriranyl
≪ RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI >
(3)
[Chemical Formula 4]
In the formulas (3) and (4)
E 1 , E 2 and E 3 are each independently O, S, Se or Te,
R 1 and R 2 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, which may contain a hetero atom,
X is a halogen element.
2,4-디메틸 피롤 화합물은 화학식 3 또는 화학식 4의 치환기를 가지는 알데히드 화합물 1몰에 대하여 2 내지 4의 몰비로 반응시키는 화학 센서 화합물의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the 2,4-dimethylpyrrole compound is reacted at a molar ratio of 2 to 4 with respect to 1 mole of the aldehyde compound having a substituent represented by the general formula (3) or (4).
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