KR101550581B1 - 화학적 또는 생물학적 조성물을 완충하는 방법 - Google Patents
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Abstract
하기 화학식을 갖는 적어도 하나의 양성자화 또는 비-양성자화 아민-4차 암모늄 화합물의 유효 완충량을 조성물에 첨가하는 것을 포함하는, 화학적 또는 생물학적 조성물의 완충 방법;
(CI)d
(상기 식에서, 변수 R, G, n, 및 k는 본원에 정의된 바와 같음).
(상기 식에서, 변수 R, G, n, 및 k는 본원에 정의된 바와 같음).
Description
본 발명은, 완충 화합물, 보다 구체적으로 생물학적 시스템에서 사용하기 위한 완충 화합물에 관한 것으로, 상기 완충 화합물은 아민-4차 암모늄 화합물을 포함한다. 보다 구체적으로, 본 발명은, 완충 분자가 아민 질소 원자와 4차 암모늄 질소 원자를 둘 다 함유하는 완충 화합물에 관한 것이다.
전통적인 완충 화합물은 관심 시스템이 화학적 응력 또는 물리적 응력 하에 놓이는 경우 수소 이온 농도의 변화에 저항하거나 이를 최소화하는 화학적 화합물 또는 제제이다. 화학적 응력에는 수소 이온의 생성 또는 소비, 이온 강도의 변화 및 용매 특성의 변화가 포함된다. 물리적 응력에는 온도 및/또는 압력의 변화가 포함된다. 여러 상황에서, pH를 일정하게 또는 좁은 범위 내로 유지하는 것이 유용하거나 필요하다. 완충 화합물은 종종 균질한 수용액 중에 사용되지만, 또한 고체 또는 반고체 혼합물, 비수성 극성 용매 또는 크림, 연고 또는 현탁액 중에 사용될 수 있다. 천연 완충 화합물은 생물학적 시스템 또는 살아 있는 세포 중에서 적절한 pH 조건을 유지하거나 조정하는데 사용된다. 천연 및 합성 완충 화합물은 수 처리 및 하수 처리, 부식을 조절하는 제제, 농업용 비료 혼합물, 의약 제형물 및 개인 관리 제품, 식품 및 음료, 발효 및 양조, 페인트 및 코팅, 인간 또는 동물 약물 및 여러 다른 용도에서 상업적으로 사용된다.
pH는 용매화된 수소-이온 활성의 척도로, 수소 이온 농도에 직접 관련된다: -log[H+]. 일양성자성 중성 산(HA) 또는 중성 염기의 일양성자성 컨쥬게이트 산(HB+)의 강도는 다음으로 정의되는 해당 반응에 대한 pKa 값으로 측정된다:
HA + H2O ↔ OH3 + + A- HB+ + H2O ↔ OH3 + + B
pKa = -logKa(상기 식에서, Ka = [OH3 +][A-]/[HA] 또는 Ka = [OH3 +][B]/[HB+])
재배열되면, 이들 공식은 다음으로 나타난다:
pH = pKa + log([A-]/[HA]) 또는 pH = pKa + log([B]/[HB+])
상기 공식 중 괄호 내의 각 항목은 용액 중 해당 중성 및 이온 종의 "활성"을 반영한다. 활성은 정의된 열역학적 용어이며, 농도에 관련된다. 낮은 농도 및 낮은 이온-강도에서, 활성은 대략 농도와 같다. 본원에서 달리 명시되지 않는 한, 25℃에서 이온-강도(μ) 0.10에서 측정된 농도-기반 pKa 값을 사용한다. 이러한 pKa 값은 μ≒0인 열역학적 pKa 값에 비해 실제 조건에 더 적용되기 쉽다.
pH 범위 및 척도는 특정 관심 용매 중에서만 특정 의미를 갖고, 일정한 정의된 pH 표준물을 참조로 한다. 컨쥬게이트 산과 염기에 대한 용매의 용매화 특성은 산과 염기의 이온화 정도 및 강도를 나타낸다. 또한, 대부분의 극성 용매는 그 용매 중에 용해된 강산과 강염기의 강도를 제한하는 자가-이온화 특성을 갖는다. "레벨링 효과"로 불리는 상기 효과는 자가 이온화 상수 pKw가 약 13.8(25℃, μ=0.1)인 수중에서 매우 뚜렷하다. 이러한 조건 하에, [OH3 +]=[OH-] 경우인 중성은 pH=0.5*pKw=6.9로 정의된다. 물이 용매인 경우, 용매화된 OH3 +의 산도(pKa)는 약 -1.7인 반면, 용매화된 OH2의 산도는 약 +15.5이다. 수중 용해되었을 때, 히드록시드보다 강한 염기는 단순히 물과 반응하여 OH-(히드록시드 이온)을 형성한다. 유사하게, OH3 +보다 강한 산은 물과 반응하여 OH3 +을 형성한다. 따라서, 산/염기 농도가 약 0.10M이고 용매 농도(H2O)가 약 55.5M인 실제적인 조건 하에서, 물의 레벨링 효과는 완충을 위해 유용한 pH 범위를 약 1.0-12.8로 제한한다. 또한, 수중에서 다른 실제적인 제한은 범위 2-12 밖에서 작동할 때 완충제 사용을 불편하거나 어렵게 만든다.
완충 화합물의 중요한 특성은 그 완충 능력, 즉, 용액 중 pH 변화를 최소화하면서 얼마나 많은 OH3 + 또는 OH-가 완충제에 의해 중화될 수 있는가 하는 것이다. 상기 식은, 완충 능력이 (a) 완충제의 농도와, (b) 작용 pH 및 완충제의 pKa 사이의 차이(Δ)에 직접 관련됨을 나타낸다. (a) 완충 화합물의 농도를 증가시키거나, (b) Δ가 더 작도록 적합한 완충 화합물을 찾거나, 또는 (c) Δ가 더 작도록 작용 pH를 조정함으로써 추가 완충 능력이 수득될 수 있다. 완충 화합물의 사용자는 적절한 완충제 및 농도를 선택하기 위해 얼마나 많은 산 또는 염기가 연구 중인 시스템에서 생성될 수 있는지, 그리고 얼마나 많은 pH 변화가 관용될 수 있는지를 추정해야 한다. 유용한 pH 범위의 극단적 말단 근처(pH=2 또는 12)를 제외하고, 하기 표는 실제 완충 능력(mM)을 상이한 Δ 값에서 총 완충 화합물 농도(CB, mM)의 일부로서 추정할 수 있도록 해준다. 완충 화합물의 유용한 완충 범위는 그 안에서 최대 완충 능력의 적어도 50%가 유지되는 pH 간격이다. 아래에서 볼 수 있듯이, 전형적인 일양성자성 산의 완충 범위는 약 0.96 pH 단위, 즉 pKa 값을 중심으로 ±0.48 pH 단위이다.
생물학적 시스템 중을 포함하여 여러 완충 화합물이 여러 용도에 대해 개발되었다. 생물학적 시스템 중의 사용을 위한 완충제는 살아있는 생물학적 유기체에 대한 낮은 독성, 낮은 금속 결합 특성, 온도 변화에 의해 야기되는 pH 변화에 대한 낮은 감수성, 및 특정 이온-전하를 포함하여 여러 요건에 직면한다. 생물학적 시스템에서 사용된 여러 이미 공지된 완충 화합물은 이들 특징 중 하나 이상의 부재를 갖고, 이에 따라 특수한, 소정의, 그리고 조절 가능한 특성을 갖는 개선된 완충 화합물에 대한 요구가 계속 오랫동안 있어 왔다.
또한, 공지된 완충 화합물, 구체적으로 생물학적 시스템에 사용하기 위한 것은 전체 pH 범위를 손쉽게 커버하지 못하는 문제를 겪고 있다. pH 범위의 일정분들, 예를 들어, pH 11 내지 pH 13의 범위는 이 범위 내에서 pH를 유지할 수 있는 완충제가 없었다.
또한, 다양한 pH 범위에서 사용하기 위해 제조된 완충 화합물은 종종 화학적으로 매우 상이하기 때문에, 상이한 pH 범위에서 완충을 달성하기 위해 필요한 상이한 완충 화합물에 내재하는 화학적 차이로 인해 발생하는 상용성 문제가 있었다. 이상적으로 완충제는 pH만을 조절하고 용액 중의 연구 하 또는 관심 구성 분자와는 최소한으로 상호반응해야 한다. 중요한 특성의 하나는 그 전체적 전하이다. 관심 화학 물질이 하전된 경우, 동일한 전하의 완충 화합물을 사용하여 용액 또는 혼합물 중 상호작용을 최소화한다. 이러한 화학적 차이는 특정 용도를 위해 적절한 완충 화합물을 선택할 때 고려해야 하는 또 다른 변수를 도입한다. 이러한 추가적 이유로 인해, 특수한, 소정의, 그리고 조절 가능한 특성을 갖는 개선된 완충 화합물에 대한 요구가 계속 오랫동안 있어 왔다.
본 발명은, pH 2 내지 pH 13의 실질적으로 전체 범위의 pH에 걸쳐 pH를 완충하고 유지할 수 있는 동시에, 하나 이상의 선택 가능한 소정 전하 특성, 살아 있는 생물학적 유기체에 대한 낮은 독성, 낮은 금속-결합 특성, 및 온도 변화로 야기되는 pH 변화에 대한 낮은 감수성을 포함하는 원하는 특성을 제공하고, 넓은 pH 범위에 걸쳐 완충 효과를 제공하는 완충 화합물 및 관심 물질 사이에 충분한 화학적 상용성을 보유하여 넓은 pH 범위에 걸쳐 완충을 수득하기 위해 사용되는 상이한 완충 화합물에 수반하는 화학적 차이에서 야기되는 여러 문제점을 회피하는 완충 화합물에 대한 오랫 동안의 요구에 부합한다. 생물학적 시스템에 있어서, 가장 중요한 pH 범위는 pH 4 내지 pH 10이며, 본 발명은 이 범위에서 사용하기 위한 적절한 완충 화합물의 선택에 큰 다양성을 제공한다.
본 발명자는 아민-4차 암모늄("아민-쿼트" 구조)에 기반한 매우 신규하고 자명하지 않은 일련의 완충 화합물을 개발하였다. 아민 상의 다양한 치환 및 아민에 대한 4차 암모늄기의 인접도는 일련의 완충 분자가 광범위한 유용한 pKa 값(2-13)을 가지고 구축될 수 있도록 하는 동시에 유용하고 독특한 화학적 및 물리적 특성(예, 전하, 용해도)이 조절 가능한 소정 방식으로 완충 화합물에 부여되어 이들의 기능 및 유용성을 증강시킬 수 있도록 한다. 이러한 새로운 완충 화합물은 범용 용도, 특수 용도 및/또는 생물학적 용도에 사용될 수 있다.
아민-쿼트 화합물은 상이한 특성을 갖는 5가지 구조 유형으로 구성된다.
1. 모노아민-모노쿼트. 이들 일양성자성 완충 화합물은 모든 양성자화 조건 하에서 양이온성이다.
2. 그 pKa 값(들)이 관심 완충 범위 밖인 단일 부착 음이온기(1- 또는 2-)를 갖는 모노아민-모노쿼트. 이러한 명목상 일양성자성 완충 화합물은 범위 2+ 내지 1-에서 하전된 종을 갖는다.
3. 그 pKa 값이 관심 완충 범위 밖인 2개의 부착 음이온기(1- 또는 2-)를 갖는 모노아민-모노쿼트. 이러한 명목상 일양성자성 완충 화합물은 범위 2+ 내지 3-에서 하전된 종을 갖는다.
4. 음이온기의 적어도 하나의 pKa 값이 관심 완충 범위 내인 1-2개의 부착 음이온기(1- 또는 2-)를 갖는 모노아민-모노쿼트. 이러한 명목상 이양성자성 또는 다양자성 완충 화합물은 전형적으로 약 1 내지 약 2 logKa 단위가 떨어진 둘 이상의 중복되는 pKa 값을 갖는다. 이러한 광범위 완충 화합물은 범위 2+ 내지 3-에서 하전된 종을 갖는다.
5. 0-3개의 부착 음이온기(1- 또는 2-)를 갖는 디아민-모노쿼트. 이러한 명목상 이양성자성 또는 다양자성 완충 화합물은 전형적으로 약 1 내지 약 2 logKa 단위가 떨어진 둘 이상의 중복되는 pKa 값(아민 및/또는 음이온)을 갖는다. 이러한 광범위 완충 화합물은 범위 3+ 내지 5-에서 하전된 종을 갖는다.
상기 아민-쿼트 완충 화합물은 하나의 아민 또는 구아니딘 질소 원자가 4차화되어 양으로 하전된 모노-아민 또는 모노-구아니딘을 남기는 대칭 및 비대칭 디아민 및 아민-구아니딘으로 합성될 수 있다. 이러한 아민-쿼트 완충 화합물은 이들의 산성 및 염기성 형태가 수중 및 여러 유기 용매 중 그리고 용매 혼합물 중에서 상당한 용해도를 갖는 무색, 비휘발성, 유기 염 및/또는 쯔비터이온이다. 아민-쿼트 완충 화합물은 쉽게 이용 가능한 화학적 원료로부터 1 내지 3 합성 단계를 이용하여 합리적 수율로 편리하게 제조된다. 합성 후, 순수한 재료(>99%)는 일반 용매로부터 1-3 사이클의 재결정화 후에 수득된다.
따라서, 하나의 실시예에서, 본 발명은 양성자화 또는 비-양성자화 아민-4차 암모늄 완충 화합물, 및 적어도 하나의 양성자화 또는 비-양성자화 아민-4차 암모늄 완충 화합물의 유효 완충 배합량을 조성물에 첨가하는 것을 포함하는 화학적 또는 생물학적 조성물의 완충 배합 방법에 관한 것으로, 여기서 아민-4차 암모늄 완충 화합물은 하기 화학식을 갖는다:
상기 식에서:
n은 0-4 범위의 정수 값을 갖고,
k는 비-양성자화 화합물에 대해서는 0이고 k는 양성자화 화합물에 대해서는 1이고;
각각의 G1, G3 및 G5는 -H, -CH3, -C2H5로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이거나 또는 고리형 화학적 부분의 성분이고,
각각의 G2 및 G4는 -H, -CH3, -CH2OH, -C2H5, -CO2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2 -, -SO3 -, -PO3H- 및 -PO3 2 -로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이거나 또는 고리형 화학적 부분의 성분이고,
각각의 G6은 -H, -CH3, -CH2OH, -C2H5, -OH, -OCH3, -CO2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2 -, -SO3 -, -PO3H- 및 -PO3 2-로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이거나 또는 고리형 화학적 부분의 성분이고,
각각의 R1, R2, R3, R4 및 R5는 -CH3, -C2H5, -CH(CH3)2, -시클로헥실, -C2H4OH, -C2H4OCH3, -(CH2)2-3NHC(O)CH3, -(CH2)2-3N(CH3)C(O)CH3, -(CH2)1-3C(O)NH2, -(CH2)1-3C(O)NHCH3, -(CH2)1-3C(O)N(CH3)2, -CH2(CG5G6)mSO3 -, -CH2(CG5G6)mCO2 -, -CH2(CG5G6)mCO2H, -CH2(CG5G6)mPO3 2-, -CH2(CG5G6)mPO3H-, -CH2(CG5G6)mPO3H2로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이거나(m은 0, 1, 2 또는 3임), 또는 고리형 화학적 부분의 성분이거나, 또는 R5는 화학적 부분 -[CG7G8-(CG7G9)r-CG7G8-HjNR6R7]j+이고(여기서 각각의 G7은 -H, -CH3, -C2H5로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이고, 각각의 G8은 -H, -CH3, -CH2OH, -C2H5, -CO2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2 -, -SO3 -, -PO3H-, 및 -PO3 2 -로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이고, G9는 -H, -CH3, -CH2OH, -C2H5, -OH, -OCH3, -CO2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2 -, -SO3 -, -PO3H-, 및 -PO3 2 -로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이고, r은 0-4 범위의 정수값을 갖고, j는 0 또는 1임), 각각의 R6 및 R7은 -CH3, -C2H5, -CH(CH3)2, -시클로헥실, -C2H4OH, -C2H4OCH3, -(CH2)2-3NHC(O)CH3, -(CH2)2-3N(CH3)C(O)CH3, -(CH2)1-3C(O)NH2, -(CH2)1-3C(O)NHCH3, -(CH2)1-3C(O)N(CH3)2, -CH2(CG5G6)mSO3 -, -CH2(CG5G6)mCO2 -, -CH2(CG5G6)mCO2H, -CH2(CG5G6)mPO3 2-, -CH2(CG5G6)mPO3H-, -CH2(CG5G6)mPO3H2로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이며(m은 0, 1, 2 또는 3임);
화합물이 고리형 화학적 부분을 포함하는 경우, 상기 고리형 화학적 부분은 (a), (b), (c), (d), (e), (f) 및 (g)에서 선택되는 하나 이상이며:
(a) 한 쌍 이상의 R1 및 R2, R3 및 R4, R3 및 R5, 및/또는 R4 및 R5는 그 쌍이 개별적으로 그리고 독립적으로 -CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH(OH)CH(OH)CH2-, -CH2CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH2OCH2CH2-, -CH2CH2CH(OH)CH2CH2-, -CH2CH2N(C(O)G1)CH2CH2-, -CH2C(O)N(G1)CH2CH2-, -CH2CH(OH)CH(OH)CH2-, =C(NG1 2)2, 
이도록 하나의 화학적 부분을 형성함;
(b) 한 쌍 이상의 R1 및 R3, R1 및 R4, R1 및 R5, R2 및 R3, R2 및 R4 및/또는 R2 및 R5는 그 쌍이 개별적으로 그리고 독립적으로 -(CG1G2)g-(n은 0 또는 1이고 g는 2 또는 3임)이도록 하나의 화학적 부분을 형성함;
(c) 한 쌍 이상의 G1 및 G3, G2 및 G4, G1 및 G4 및/또는 G2 및 G3은 그 쌍이 개별적으로 그리고 독립적으로 -(CG1G6)q-(q는 0-4의 정수 값을 갖고, q 및 n의 합은 3-4의 정수 값을 가지고, q=0인 경우 -(CG1G6)q-는 그 쌍이 화학식으로 부착되는 탄소 원자 간의 단일 탄소-탄소 결합이다)이도록 하나의 화학적 부분을 형성함;
(d) 한 쌍 이상의 G1 및 G2, G3 및 G4, 및/또는 G5 및 G6은 그 쌍이 개별적으로 그리고 독립적으로 -(CG1G6)w-(w는 4-5의 정수 값을 가짐)이도록 하나의 화학적 부분을 형성함;
(e) 한 쌍 이상의 R1 및 G3, R1 및 G4, R2 및 G3, R2 및 G4, R3 및 G1, R3 및 G2, R4 및 G1, R4 및 G2, R5 및 G1, 및/또는 R5 및 G2는 그 쌍이 개별적으로 그리고 독립적으로 -(CG1G2)s-(s는 1-3의 정수 값을 갖고, n은 0-2의 정수 값을 갖고, s 및 n의 합은 2-3의 정수 값을 가짐)이도록 하나의 화학적 부분을 형성함;
(f) 한 쌍 이상의 R1 및 G5, R1 및 G6, R2 및 G5, R2 및 G6, R3 및 G5, R3 및 G6, R4 및 G5, R4 및 G6, R5 및 G5, 및/또는 R5 및 G6은 그 쌍이 개별적으로 그리고 독립적으로 -(CG1G2)v-(v는 0-3의 정수 값을 갖고, n은 1-4의 정수 값을 갖고, v 및 n의 합은 3-4의 정수 값을 가지고, v=0인 경우 -(CG1G2)0-은 그 쌍이 화학식으로 부착되는 탄소 원자 간의 단일 탄소-탄소 결합이다)이도록 하나의 화학적 부분을 형성함; 그리고
(g) 한 쌍 이상의 R1 및 G1, R1 및 G2, R2 및 G1, R2 및 G2, R3 및 G3, R3 및 G4, R4 및 G3, R4 및 G4, R5 및 G3, 및/또는 R5 및 G4는 그 쌍이 개별적으로 그리고 독립적으로 -(CG1G2)u-(u는 3-4의 정수 값을 가짐)이도록 하나의 화학적 부분을 형성함;
CI는 전기적 중성을 유지하기 위해 필요한 비간섭 짝이온 또는 비간섭 짝이온의 혼합물이며, 아민-4차 암모늄 화합물 상의 전하는 양 (j+k-z+1)의 값과 같고(여기서 z는 존재하는 R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, G2, G4, G6, G8 및/또는 G9 내에 함유된 각각의 -CO2 -, -SO3 -, -PO3H-, 및 -PO3 2 - 부분 상의 모든 음의 전하의 수치 합의 절대값과 같음),
d는 1가 짝이온에 대해서는 |j+k-z+1|과 같고, 2가 짝이온에 대해서는 |j+k-z+1|/2와 같고, 3가 짝이온에 대해서는 |j+k-z+1|/3과 같고, 4가 짝이온에 대해서는 |j+k-z+1|/4와 같고, (z-j-k+1)의 부호는 (j+k-z+1)이 0이고 d가 0이며 개별 짝이온이 존재하지 않는 경우를 제외하고 짝이온(들) 상의 전하를 반영한다.
제 2 아민 질소가 존재하지 않는 경우(즉, R5가 화학적 부분 -[CG7G8-(CG7G9)r-CG7G8-HjNR6R7]j+이 아닌 경우), j는 상기 화학식에서 0임이 주지된다.
상기 아민-4차 완충 화합물, 및 이들 화합물의 사용에 의한 조성물의 완충 배합 방법은 일관된 세트의 완충 배합 화합물에 완충 배합 역량에 대해 신규하고 예상치 못한 넓은 pH 범위를 제공한다. 따라서, 본 발명은 이러한 다양하고 광범위한 완충 배합 시스템을 제공하는 숙원 문제, 및 이러한 완충 배합능에 대한 오랜 필요성에 대한 해결책을 제공하는 동시에 살아 있는 생물학적 유기체에 대한 낮은 독성, 낮은 금속-결합 특성, 및 온도 변화-유도 pH 변화에 대한 낮은 감수성을 제공하고, 관심 물질 및 완충 화합물 사이에 충분한 화학적 상용성을 가지므로, 넓은 pH 범위에 걸쳐 완충을 수득하는데 사용되는 상이한 완충 화합물에 수반하는 화학적 차이에서 야기되는 여러 문제점이 배제된다.
본 발명은, 완충 분자가 아민 질소 원자와 4차 암모늄 질소 원자를 둘 다 함유하는 완충 화합물을 제공하는 효과를 갖는다.
도 1 ~ 4는, 본 발명의 범위 내 및 밖의 완충 화합물을 다양한 농도로 함유하는 성장 배지 중 4가지 서로 상이한 미생물 종의 비교 성장을 도시하는 그래프.
본원에서 사용된 "완충제", "완충 화합물", 및 이러한 어근을 포함하는 용어 중 "완충"이라는 용어의 사용은 pH 완충 화합물을 나타낸다.
본원에서 사용되는 "비간섭"이라는 용어는 전체적 완충 화합물의 전기적 중성을 달성하기 위해 아민-4차 암모늄 완충 화합물과 함께 제공되는 짝이온의 설명에서 사용되는 경우 이 짝이온이 수성 시스템 내인 경우 불용성 침전을 형성하지 않는다는 점에서 전체적 완충 화합물의 용해도를 간섭하지 않음을 의미한다. 이는 또한 용액 중 또는 혼합물 중 다른 성분과의 원하지 않는 상호작용의 부재를 나타낸다.
본원에서 사용되는 "화학 결합"이라는 용어는 선택적 치환기를 정의하는데 사용되는 경우, 치환기에 의해 연결된 원자 사이의 직접적인 공유 결합을 나타낸다. "탄소-탄소 결합"이라는 용어는 두 탄소 원자 사이의 화학 결합을 의미한다.
명세서 및 특허청구범위에 걸쳐, 개시된 범위와 비의 수치 한계는 조합될 수 있고, 모든 사이 값은 범위의 개시에 의해 개시된 것으로 간주된다. 명세서 및 특허청구범위에 걸쳐, 그룹의 임의 멤버는 그룹에서 삭제될 수 있다. 명세서 및 특허청구범위에 걸쳐, 다양한 개시 요소의 모든 가능한 조합이 조합될 수 있고, 이러한 모든 조합은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 간주된다. 달리 명시되지 않는 한, 모든 온도는 섭씨로 측정되며, 모든 절차는 실온 또는 상온에서 수행되고, 모든 압력은 대기압이다.
또한 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, "하나" 및/또는 "그"라는 언급에는 하나 이상이 포함될 수 있고, 단수로의 물품 언급에는 또한 복수 물품이 포함될 수 있다.
본 발명의 특정 완충 화합물은 특정 기하 또는 입체이성질체 형태로 존재할 수 있다. 본 발명에는 본 발명의 범위 내에 속하는 시스 및 트랜스 이성질체, 이들의 라세믹 혼합물을 포함하는 R 및 S(d & l) 거울상 이성질체, 부분입체이성질체 및 이들의 다른 혼합물을 포함하는 모든 상기 화합물이 포함된다. 추가 비대칭 탄소 원자는 알킬기와 같은 치환기에 존재할 수 있다. 이러한 모든 이성질체뿐만 아니라, 이들의 혼합물이 본 발명에 포함되는 것으로 의도된다.
짝-음이온으로 히드록시드 형태, OH-인 본 발명의 양이온성 완충 화합물이 특히 유용하다. 히드록시드 형태의 본 발명의 완충 화합물은 내부에 및 스스로 독특하고 유용한 특성을 갖는다. 이러한 완충 화합물은 무기 양이온을 함유하지 않는 강이온성 히드록시드이며, 그 결과 물 및 유기 용매 모두에서 독특한 화학적 및 물리적 특성을 갖는다.
4차 암모늄 히드록시드에 관한 중요한 문제점은 높은 pH에서 탈알킬화에 대한 이들의 안정성이다. 본원에 개시된 대부분의 완충 화합물은 일부가 높은-pH 안정성(23℃ 수중 pH=14, 2일)을 갖고, 다수는 상당한 안정적 고-pH 안정성(23℃ 수중 pH=14, 3개월)을 갖는다. 일반적으로, 4차 질소 원자에 부착된 β-히드록시에틸기를 갖는 화합물은 최소로 안정하며(수시간 내지 수일), 3차 질소 원자에 부착된 β-히드록시에틸기를 갖는 것도 덜 안정하고(수일 내지 수주), 이들 기가 없는 것이 이러한 높은 pH에서 가장 안정하다(수개월). 높은-pH 안정성이 문제가 되고 카보네이트가 히드록시드에 대해 허용 가능한 치환기인 경우, 카보네이트 염은 복분해 또는 이온-교환 방법에 의해 직접 또는 CO2를 이용하여 카보네이트로 전환되는 히드록시드 염으로부터 쉽게 제조된다.
본원에 기재된 일부 쯔비터이온성 화합물은 짝이온을 갖지 않을 수 있다. 본원에 기재된 양이온성 완충 화합물은 짝-음이온을 함유해야 하며, 본원에 개시된 음이온성 완충 화합물은 짝-양이온을 함유해야 한다. 독특한 짝-음이온 또는 짝-양이온은 전체로서 완충제에 중요하고 유용한 특성을 부여할 수 있다. 양이온성 완충제의 합성 동안, 다양한 알킬화제가 사용되었다. 이는 Cl-, Br-, I-, CH3OSO3 -, CH3SO3 -, CF3SO3 -, p-CH3C6H4SO3 -, CF3CO2 -와 같은 상이한 음이온을 갖는 다양한 양이온성 완충제로 이어진다. 히드록시드 형태인 양이온성 완충제의 이용 가능성은 완충 히드록시드를 상기 주지된 음이온: NO3 -, F-, HCO2 -, CH3CO2 -, SO4 2 -, HSO4 -, CO3 2 -, HCO3 -, PO4 3 -, HPO4 2 -, H2PO4 -, (CH3O)2PO2 -, CH3PO3 2 -, HPO3 2 -, CH3PO3H-, H2PO3 -, H2PO2 -, B(OH)4 - 및 유사 음이온을 포함하는 특정 산으로 중화하여 광범위한 완충 화합물을 합성할 수 있게 한다{여기서 메틸기는 또 다른 작은 알킬기(C1-C4)로 치환된다}. 강하게 소수성인 음이온을 함유하는 또 다른 양이온성 완충제의 클래스는, CCl3CO2 -, CBr3CO2 -, BF4 -, PF6 -, ClO4 -에 대응하는 산을 이용하여 유사하게 제조된다. 또 다른 양이온성 완충제의 클래스는, 선형 및 분기형 지방족 및 방향족 기(R=C4-C18)를 함유하는 친지성 음이온을 함유한다. 완충제는 R=C4-C10인 경우 이온성 종 또는 이온-쌍 형성 종으로서 극성 및 비극성 유기 용매 중에서 보다 가용성이 된다. 또한, 수중 마이셀 형성 및 세제 특성은 R=C12-C18인 경우 수득될 수 있다. 이러한 화합물은 이들의 산에서 쉽게 제조되어 RCO2, RSO3 -, ROSO3 -, ROPO3 2 -, (RO)2PO2 -, RPO3 2 -를 함유하는 염을 생성한다. 몇몇 경우에서, 유용한 음이온은 불안정한 산과 연합된다. 이들 경우에서, 완충 화합물은 이온-교환 방법에 의해 제조되어 NO2 -, HSO3 -, SO3 2 -, S2O3 2 - 염을 형성한다.
음이온성 완충 화합물은 양이온성 짝이온을 함유한다. Na+ 및 K+가 가장 일반적으로 사용되며, 일부 경우에서 pH가 충분히 산성인 경우 NH4 +가 사용된다. 유기 양이온은 특수한 용해도 특성이 필요한 경우 종종 허용 가능하다: 4차 암모늄, 디-4차 암모늄, 포스포늄, 설포늄, 설폭소늄 염이 대표적 유기 양이온이다. 용해도가 허용하고 필요성이 요구되는 경우, 알칼리 토금속 양이온, 란타니드 양이온, 전이 금속 양이온, 및 포스트 전이 금속 양이온이 음이온성 완충제를 위한 허용 가능한 짝이온이 될 수 있다.
양이온성
완충제의
히드록시드
염 - 산이
음이온성
완충제를
형성한다:
짝-음이온으로 OH-와 함께 있는 히드록시드 형태의 양이온성 완충 화합물이 특히 유용하다. 일부 경우에서 이들 화합물은 수중 또는 극성 유기 용매 중 Ba(OH)2, KOH, NaOH, Ag2O를 이용한 복분해 반응에 의해 제조될 수 있다. 보다 바람직하게, 이들 화합물은 수중 전기분해/전기투석에 의해 또는 수중 또는 극성 유기 용매 중 이온-교환 방법에 의해 제조된다. 히드록시드 형태의 완충제는 내부 및 자체에 독특하고 유용한 특성을 갖는다. 무기 양이온을 함유하지 않는 강이온성 히드록시드는 물 및 유기 용매 둘 다에서 독특한 화학적 및 물리적 특성을 갖는다. 히드록시드 염의 하나의 중요한 용도는 약산 또는 강산(하기 참고)을 이용한 단순 중화 반응에 의한 여러 상이한 화합물의 편리한 제조이다.
음이온성 완충제의 산 형태는 사용자가 적절한 무기 히드록시드 NaOH, KOH, NH4OH를 이용하여 임의의 원하는 염을 제조할 수 있도록 한다. 또한, 음이온성 완충 산과 양이온성 완충 히드록시드가 혼합되어 원치 않는 염을 생성하지 않는 혼합 완충 시스템을 형성할 수 있다.
완충 음이온을 보유하는 완충 양이온:
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 완충 화합물의 매우 유용하고 독특한 특성은 특히 본 발명의 실시예에 따른 음이온성 완충 화합물뿐만 아니라 종래 음이온성 완충 화합물을 포함하는 음이온성 완충 화합물과 양이온성 완충 화합물의 조합이다. 그 결과는 합리적인 농도에서 광범위한 완충력을 갖는 유용한 완충 조합이다. 일부 용도에서, 양이온성 완충제는 수동적 비반응성 음이온을 필요로 한다. 그러나 다른 용도에서는, 완충 음이온이 완벽하게 허용 가능하다. 본원에 기재된 대부분의 양이온성 완충제는 수용액 중 허용 가능한 용해도 특성을 갖는 염을 형성하는 여러 완충 음이온과 상용성을 갖는다. 여기에는 포르메이트, 아세테이트, 중탄산염, 수소인산염, 이수소인산염, 및 붕산염이 포함된다. 여기에는 또한 본원에 기재된 유형의 아미노알칸설폰산 및 음이온성 완충제를 함유하는 일반적으로 사용되는 광범위한 음이온성 완충제가 포함된다. 주지된 바와 같이, 하나의 실시예에서 각각 본 발명의 범위 내인 양이온성 완충제 및 음이온성 완충제는 더 넓은 pH에 걸친 완충을 달성하려는 용도를 위해 조합될 수 있다. 전체가 본원에 기재될 수 없는 다양한 농도비를 갖는 여러 유용한 조합이 존재한다. 히드록시드 형태인 양이온성 완충제 및 산(양성자화) 형태인 음이온성 완충제의 이용 가능성은 다른 경우 더 높은 이온 강도, 더 높은 전도성 및 더 높은 삼투압 농도를 야기할 원치 않는 염(예, NaCl)을 생성하지 않고 여러 완충 조합을 제조할 수 있게 한다. 그 pKa 값이 약 1 내지 약 2 logK 단위 떨어진 양이온성 및 음이온성 완충제의 교대 조합을 선택할 수 있다. 처음에는 대략 동일한 농도가 선택된다. 물론 부가적 산(예, HCl), 염기(예, NaOH), 및 염(예, NaCl)이 필요에 따라 첨가될 수 있다. 여러 유용한 2원, 3원, 및 더 높은 구성원 조합이 가능하다. 음이온성 및 양이온성 완충제 모두의 일부 예가 예시를 위해 제공되며, 여기서 임의 하나의 양이온성 완충제는 음이온성 완충제 중 하나와 조합되어 완충 범위의 조절을 제공할 수 있다. 널리 공지된 완충제(MOPSO, MOPS, CHES, MES, TES, HEPES)에 대해서는 화학 구조와 약어에 대한 표준 편찬물을 참조하라. 본원에 기재된 새로운 양이온성 완충제에 대해서는 본 명세서 말단 근처의 예시적 구조식과 약어를 참고하라.
유용한 생물학적 완충 화합물의 중요한 특성은 낮은 금속-결합 특성을 갖는 것이다. 본 발명의 대부분의 실시예에 따른 완충 화합물은 금속-결합(착화) 활성을 거의 또는 전혀 나타내지 않는다. 아세테이트 및 포스페이트와 같은 대부분의 음이온성 완충제가 어느 정도 금속(알칼리 토금속 및 전이 금속)에 결합하지만, 이것은 양이온성, 아민-기반 완충제에서는 덜 문제가 된다. 이러한 완충제는 칼슘 및 마그네슘 그리고 다른 알칼리 토금속에 대한 친화도를 갖지 않는다. 암모니아는 일부 전이 금속에 대해 우수한 리간드가 될 수 있지만, 3차 아민, 특히 더 큰 알킬기(에틸 이상)를 갖는 3차 아민은 훨씬 더 약하게 결합한다. 특히 일부 통상적 디아민, α-아미노카르복실산, α-아미노포스폰산, 및 관련 화합물에 대한 금속 킬레이트화는 문제가 될 수 있지만, 이는 디-3차 아민의 두 질소 원자 중 하나는 "4차화"되어 4차 질소 원자에 의해 아민 질소 원자 중 하나를 대체하므로 본원에 기재된 아민-쿼트 완충제에 대해서는 해당되지 않는다. 킬레이트화가 배제될 뿐만 아니라 인접 양의 전하가 잔여 3차 질소에 대한 금속의 결합을 강력히 억제한다. 보통 온화하지만, 일반 완충제(예, TRIS, HEPES, MOPSO, 및 트리에탄올아민)에서 종종 발견되는 함유 에탄올아민기(2-히드록시에틸아미노)은 일부 상황 하에서 수용액 중 전이 금속 양이온(예, Cu2 +, Zn2+)에 결합할 수 있다. 2-히드록시에틸기는 수용해도 및 생체상용성을 개선하며, 이들은 또한 부착 아민의 pKa 값을 낮춘다; 그러나 이들 기는 때때로 높은 pH에서 약한 금속 결합 및 감소된 화학적 안정성으로 이어진다. 그러나, 본 발명에서 2-메톡시에틸기는 또한 수성 용해도를 증강시키며 아민의 pKa에 유사한 효과를 갖지만, 금속에 전혀 결합하지 않고 높은 pH에서 안정하다. 본 발명에서, 3차 질소 원자에 부착된 포스포노메틸기 및 카르복시메틸기는 금속 결합을 증가시킬 수 있지만, 이 증가는 통상 이들 기가 4차 암모늄 질소 원자에 부착되는 경우 금속 결합을 증가시키지 않는다.
생물학적 완충제의 또 다른 유용한 특성은, 인간, 동물, 및 미생물에 대한 낮은 독성과 세포 성장 억제의 부재이다. 본 발명의 실시예에 따른 완충 화합물은 동물 및 미생물에 대한 독성을 전혀 또는 거의 나타내지 않으며, 이러한 시스템에서 성장 억제를 전혀 또는 거의 나타내지 않았다. 미생물을 위한 전통적 성장 배지 및 발효 배지는 통상 음이온 유형의 천연 및 부가 완충 화합물을 함유한다. 미리스틸벤질디메틸암모늄 클로라이드와 같은 특정한 양이온성 세제는 정균 및 살균 특성을 갖는 것으로 알려져 있다. 본 발명의 실시예에 따른 완충 화합물은 미생물 성장 분석에서 평가되는 경우, 실질적인 성장 억제를 나타내지 않는다.
아래에서 보다 상세히 보고되는 바와 같이, 용량-반응, 성장-억제 연구를 전체 5가지 양이온성 완충제에 대한 다양한 농도에서 최적화된 성장 조건(온도, 시간, 배지, pH) 하에 본 발명에 따른 5가지 양이온성 완충제 및 3가지 표준 중성/음이온성 완충제(TRIS, MES, TES)를 이용하여 4가지 상이한 일반 미생물에 대해 수행하였을 때, 100mM 이하의 완충 농도에서 급성 독성의 증거는 관찰되지 않으며, 양이온성 완충제는 성장 억제를 나타내지 않는다. 200-500mM에서, 표준 완충제를 포함하는 모든 완충제는 일부 성장 억제를 나타낸다(하기 참고). 따라서, 본 발명에 따른 이들 완충제는 미생물에 낮은 독성을 나타낸다.
본 발명에 따른 완충 화합물과 멸균 전 또는 후에 사용되는 성장 배지 간 상용성 문제(침전, 색상 저하, 냄새 저하)가 관찰되지 않았음이 주지되어야 한다.
상기 요약에서 다양한 실시예에 기재된 바와 같이, 본 발명은 양성자화 또는 비-양성자화 아민-4차 암모늄 화합물, 및 조성물에 유효 완충량의 적어도 하나의 양성자화 또는 비-양성자화 아민-4차 암모늄 화합물을 첨가하는 것을 포함하는 화학적 또는 생물학적 조성물의 완충 방법에 관한 것으로, 여기서 아민-4차 암모늄 화합물은 하기 화학식을 갖는다:
상기 식에서, 변수는 상기 정의된 바와 같으며, 하기에서 추가 설명된다.
두 질소 원자를 분리하는 탄소 원자의 수 결정에서, n은 0-4 범위의 정수 값을 갖는다. 따라서, 모노4차 N-함유 분자는 1,2-에틸렌디아민 구조(n=0), 1,3-프로판디아민 구조(n=1), 1,4-부탄디아민 구조(n=2), 1,5-펜탄디아민 구조(n=3) 또는 1,6-헥산디아민 구조(n=4)를 가질 수 있다(각각의 경우에서, 아민 중 하나는 4차이다). 2개 미만 탄소 원자가 질소 원자를 분리하는 경우, 하나는 4차이며, 나머지 3차 질소 원자의 pKa는 유용한 값의 범위 밖에 속하고 화학적 안정성이 감소된다(가수분해). 6개 초과 탄소 원자가 질소 원자를 분리하는 경우, pKa의 변화는 거의 없이 분자량이 과도하게 커진다.
서문에서 주지된 바와 같이, 완충 화합물은 양성자화 또는 비-양성자화될 수 있다. 따라서, k 또는 j가 0인 경우, 완충 화합물의 3차 질소 원자는 비-양성자화되며, k 또는 j 또는 둘 다가 1인 경우, 완충 화합물의 3차 질소 원자는 양성자화된다. 물론 인지될 바와 같이, 다양한 G 및/또는 R기도 양성자화 또는 비-양성자화 상태일 수 있다. 그러나 본원에서 개시되고 청구되는 완충 화합물이 양성자화 또는 비-양성자화된 것으로 지정되는 경우, 이러한 지정은 3차(예, 아민) 질소 원자의 상태 및 이것이 양성자화되었는지 여부를 나타낸다. 일반적으로 화학 분야에서와 같이 비-양성자화 화합물, 예컨대 아민이 양성자화되는 경우, 이것은 비-양성자화 화합물에 비해 새롭고 상이한 화합물로 간주된다는 것이 주지된다. 예를 들어, 양성자화 및 비-양성자화 아민 화합물은 일반적으로 상이한 CAS(화학 초록) 번호를 갖는다.
본 발명에 따른 완충 화합물에서, 각각의 G1, G3 및 G5는 기 -H, -CH3, -C2H5로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분, 또는 고리형 화학적 부분의 성분이다. 본 발명자는 본 발명에 따른 대부분의 다양하고 유용한 완충 화합물이 각각의 G1, G3 및 G5가 상대적으로 작은 기, 수소, 메틸 또는 에틸인 것이라는 것을 발견하였다. 예컨대 프로필 또는 부틸과 같이 더 큰 유기 기가 사용될 수 있지만, 유기 기의 길이 또는 크기가 더 작은 기에 비해 증가하기 때문에 완충 화합물의 유용성은 분자량이 증가할수록 감소된다.
본 발명에 따른 완충 화합물에서, 화합물 중에 존재하는 각각의 G2 및 G4 기는 기 -H, -CH3, -CH2OH, -C2H5, -CO2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2 -, -SO3 -, -PO3H- 및 -PO3 2-로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분 또는 고리형 화학적 부분의 성분이다. 본 발명자는, 상기 치환기에 더 큰 범위의 다양성을 제공함으로써 완충 화합물의 완충 특징에 반대 효과가 수득될 수 있다는 것을 발견하였다. 하나 이상의 -H, -CH3, -CH2OH, -C2H5, -CO2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2 -, -SO3 -, -PO3H-, 및 -PO3 2 - 기를 도입함으로써, 화합물의 완충 배합 특성이 정확히 조정되고 조절될 수 있다. G2 및 G4의 상기 정의는 화합물 중 일부 G2 및 G4 기가 -CH2OH, -CO2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2 -, -SO3 -, -PO3H-, 및 -PO3 2 - 기 중 하나 또는 혼합물인 반면, 화합물 중 다른 G2 및 G4 기는, -H, -CH3 및 -C2H5 기 중 하나 또는 혼합물인 가능성을 제공한다.
본 발명에 따른 완충 화합물에서, 화합물 중에 존재하는 각각의 G6 기는 기 -H, -OH, -CH3, -OCH3, -CH2OH, -C2H5, -CO2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2 -, -SO3 -, -PO3H-, 및 -PO3 2 -로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이다. 본 발명자는, 상기 치환기에 더 큰 범위의 다양성을 제공함으로써, 완충 화합물의 완충 특징에 극적인 효과가 수득될 수 있다는 것을 발견하였다. 하나 이상의 -H, -OH, -CH3, -OCH3, -CH2OH, -C2H5, -CO2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2 -, -SO3 -, -PO3H-, 및 -PO3 2 -기를 도입함으로써, 화합물의 완충 배합 특성이 더 정확히 조정되고 조절될 수 있다. 상기 제공되는 변화와 n값을 조합함으로써, 분자 중 G6 기의 수는 0 내지 4의 범위일 수 있고, 따라서, 존재하는 경우 -H, -CH3, -C2H5 이외의 기의 수가 조절될 수 있다. G6의 상기 정의는 화합물 중 일부 G6 기가 -OH, -CH2OH, -OCH3, -CO2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2 -, -SO3 -, -PO3H-, 및 -PO3 2 -기 중 하나 또는 혼합물인 반면, 화합물 중 다른 G6 기는 -H, -CH3, -C2H5 기 중 하나 또는 혼합물인 가능성을 제공한다.
본 발명에 따른 완충 화합물에서, 각각의 R1, R2, R3, R4 및 R5 기는 하나 이상의 또는 조합된 비고리형 구조, 카르보고리형 고리, 헤테로고리형 고리, 및 2고리형 구조를 포함하는 구조, 및 이들 변형을 형성하는데 달리 사용되지 않는 임의의 R1, R2, R3, R4 및 R5 기에 대한 추가적 작용기의 도입을 포함하고 상기 중 임의의 조합을 포함하는 구조를 포함하는 다양한 화합물을 생성하도록 독립적으로 선택될 수 있다. 하기 개시는 다양한 옵션 및 옵션의 조합을 포함하며, 이들 전체는 본 발명의 요약에 상술된 특정 이점의 일부 또는 전체를 포함하며 전체 범위의 pH에 걸쳐 매우 광범위한 완충 배합 특성을 수득하도록 적합하게 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 완충 화합물에서, 일부 실시예에서 각각의 R1, R2, R3, R4 및 R5는 -CH3, -C2H5, -CH(CH3)2, -시클로헥실, -C2H4OH, -C2H4OCH3, -(CH2)2-3NHC(O)CH3, -(CH2)2-3N(CH3)C(O)CH3, -(CH2)1-3C(O)NH2, -(CH2)1-3C(O)NHCH3, -(CH2)1-3C(O)N(CH3)2, -CH2(CG5G6)mSO3 -, -CH2(CG5G6)mCO2 -, -CH2(CG5G6)mCO2H, -CH2(CG5G6)mPO3 2-, -CH2(CG5G6)mPO3H-, -CH2(CG5G6)mPO3H2(m은 0, 1, 2 또는 3임)로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분 또는 고리형 화학적 부분의 성분이거나, 또는 R5는 화학적 부분 -[CG7G8-(CG7G9)r-CG7G8-HjNR6R7]j+이고(각각의 G7은 -H, -CH3, -C2H5로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이고, 각각의 G8은 -H, -CH3, -CH2OH, -C2H5, -CO2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2 -, -SO3 -, -PO3H- 및 -PO3 2 -로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이고, G9는 -H, -CH3, -CH2OH, -C2H5, -OH, -OCH3, -OC2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2 -, -SO3 -, -PO3H-, 및 -PO3 2로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이고-, r은 0-4 범위의 정수값을 갖고, j는 0 또는 1이다), 각각의 R6 및 R7은 -CH3, -C2H5, -CH(CH3)2, -시클로헥실, -C2H4OH, -C2H4OCH3, -(CH2)2-3NHC(O)CH3, -(CH2)2-3N(CH3)C(O)CH3, -(CH2)1-3C(O)NH2, (CH2)1-3C(O)NHCH3, -(CH2)1-3C(O)N(CH3)2, -CH2(CG5G6)mSO3 -, -CH2(CG5G6)mCO2 -, -CH2(CG5G6)mCO2H, -CH2(CG5G6)mPO3 2-, -CH2(CG5G6)mPO3H-, -CH2(CG5G6)mPO3H2(m은 0, 1, 2 또는 3임)로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이다. 상기에서, G5 및 G6 기는 다른 G기의 일반 정의에서 상기와 같이 정의된다. R1, R2, R3, R4 및 R5에 대한 상기 치환기는 독립적으로 선택되고 본원에 정의된 바와 같은 임의의 하기 조합 R1, R2, R3, R4 및 R5 및 G1, G2, G3, G4, G5 및 G6 기와 조합될 수 있다.
상기 실시예에 따른 예시적 완충 화합물에는 하기에 나타낸 구조가 포함된다.
상기 주지된 바와 같이, 일부 실시예에서 다양한 치환기 G 및 R은 고리형 화학적 부분으로 조합될 수 있다. 하기는 본 발명의 범위 내에 포함되는 다양한 고리형 화학적 부분을 설명한다. 아민-4차 암모늄 완충 화합물이 고리형 화학적 부분을 포함하는 실시예에서, 고리형 화학적 부분은 (a), (b), (c), (d), (e), (f) 및 (g) 중에서 선택된 하나 이상이다:
고리형 기(a):
본 발명에 따른 완충 화합물에서, 일부 실시예에서 (a) 한 쌍 이상의 R1, R2, R3, R4, 및 R5는 R1/R2쌍 및/또는 R3/R4쌍 및/또는 R3/R5쌍 및/또는 R4/R5쌍이 개별적으로 그리고 독립적으로 -CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH(OH)CH(OH)CH2-, -CH2CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH2OCH2CH2-, -CH2CH2CH(OH)CH2CH2-, -CH2CH2N(C(O)G1)CH2CH2-, -CH2C(O)N(G1)CH2CH2-, -CH2CH(OH)CH(OH)CH2-, =C(NG1 2)2, 
가 되도록 단일 화학적 부분을 형성한다. 따라서, 이들 실시예에 따르면, R1/R2쌍 및/또는 R3/R4쌍 및/또는 R3/R5쌍 및/또는 R4/R5쌍은 개별적으로 그리고 독립적으로 N-함유 헤테로고리형 고리, 모르폴리늄 고리, 또는 구아니디늄기를 형성한다. 이들 실시예에 따른 완충 화합물에서, 비-4차 질소 원자 또는 4차 질소 원자 중 어느 하나 또는 둘 다는 고리 구조의 일부일 수 있거나, 또는 구아니디늄 부분의 일부일 수 있다. 이들 실시예의 완충 화합물에서 R1, R2, R3, R4 및 R5에 대한 나머지 치환기는 독립적으로 선택되고 임의의 상기 정의 R1, R2, R3, R4 및 R5 및 G1, G2, G3, G4, G5 및 G6 기와 조합될 수 있다.
상기 실시예에 따른 예시적인 완충 화합물에는 본 발명의 아민-4차 암모늄 화합물에 대한 화학식 중 R1/R2쌍에 대해 하기 비-양성자화 단편이 포함되며:
R1/R2쌍은 하기 예시적인 기를 형성할 수 있고, 나머지 아민-4차 암모늄 화합물은 임의의 나머지 조합에 기재된 바와 같을 수 있다:
상기 예시적인 기 중 비-양성자화 아민 질소는 본원에서 다른 곳에 기재된 바와 같이 양성자화될 수 있음이 인지된다.
상기 실시예에 따른 예시적인 완충 화합물에는 본 발명의 아민-4차 암모늄 화합물에 대한 화학식 중 4차 단편에 대해 하기가 포함되며:
R3/R4쌍(또는 동등하게는 R3/R5 또는 R4/R5에 의해 형성된 쌍)은 조합되어 하기 예시적인 기를 형성할 수 있고, 나머지 아민-4차 암모늄 화합물은 임의의 나머지 조합에 기재된 바와 같을 수 있다:
일부 실시예에서, 상기 쌍 형성 설명에 따르면 R1/R2쌍과 R3/R4쌍 또는 R3/R4쌍 또는 R3/R4쌍 중 하나는 함께 두 쌍이 동일한 완충 화합물 중에 존재하도록 하는 하나의 화학적 부분을 형성할 수 있다. 따라서, 이들 실시예에 따르면 R1/R2쌍과 R3/R4쌍 또는 R3/R5쌍 또는 R4/R5쌍 중 어느 하나는 둘 다 개별적으로 그리고 독립적으로 다환형 N-함유 헤테로고리형 고리를 형성할 수 있고, 두 쌍 중 하나 또는 둘 다는 구아니딘 부분을 형성할 수 있으며, 한 쌍이 구아니디늄 기를 형성하는 경우, 다른 쌍은 임의의 상기 고리형 기를 형성할 수 있다.
R1/R2, R3/R4, R3/R5, 및 R4/R4쌍의 모든 상기 실시예에서, 나머지 아민-4차 암모늄 화합물은 본원에서 다른 곳에서 기재된 바와 같을 수 있다, 즉 임의의 쌍을 형성하지 않은 R1, R2, R3, R4 및 R5 그리고 각각의 G1, G2, G3, G4, G5 및 G6 기, 및 다른 변수는 본원에 정의된 바와 같이 적합하게 선택될 수 있다.
고리형 기(b):
본 발명에 따른 완충 화합물에서, 일부 실시예에서 한 쌍 이상의 R1, R2, R3, R4 및 R5는 조합된 기로서 취하는 하나 이상의 R1/R3, R1/R4, R1/R5, R2/R3, R2/R4 또는 R2/R5가 개별적으로 그리고 독립적으로 -(CG1G2)g-(g는 2 또는 3이며 n은 0 또는 1임)가 되도록 하는 하나의 화학적 부분을 형성할 수 있다. 즉, 이들 실시예에 따르면 조합된 한 쌍 이상은 분자의 나머지와 함께 형성된 고리 또는 고리 중 비-4차-질소 원자 및 4차-질소 원자를 모두 함유하는 6원 고리(g=2, n=0) 또는 7원 고리(g=2, n=1 또는 g=3, n=0), 또는 8원 고리(g=3, n=1)를 형성한다. 또한, 하나의 실시예에서 조합된 R1/R3 및 조합된 R2/R4(또는 조합된 R1/R4 및 조합된 R2/R3) 두 기가 -(CG1G2)g-인 경우, 6-, 7- 또는 8-원 고리를 함유할 수 있는 2고리형 완충 화합물이 형성된다. 이들 실시예에 따른 완충 화합물에서, 두 질소 원자가 고리 또는 고리 중에 포함된다. 이들 실시예에 따른 완충 화합물에서 R1, R2, R3, R4 및 R5에 대한 나머지 치환기는 독립적으로 선택되고 임의의 상기 정의의 R1, R2, R3, R4 및 R5 및 G1, G2, G3, G4, G5 및 G6 기와 조합될 수 있다.
상기 실시예에 따른 예시적인 완충 화합물에는 하기가 포함된다:
상기 실시예에 따른 예시적인 2고리형 완충 화합물에는 하기 구조가 포함된다:
쌍 R1/R3, R1/R4, R1/R5, R2/R3, R2/R4 또는 R2/R5의 모든 상기 실시예에서, 나머지 아민-4차 암모늄 화합물은 본원에서 다른 곳에 기재된 바와 같을 수 있다, 즉 임의의 짝을 형성하지 않은 R1, R2, R3, R4 및 R5 및 G1, G2, G3, G4, G5 및 G6 기와 다른 변수는 본원에서 정의된 바와 같이 적합하게 선택될 수 있다.
고리형 기(c):
본 발명에 따른 완충 화합물에서, 일부 실시예에서 쌍으로 취한 G1 및 G3, G2 및 G4, G1 및 G4 또는 G2 및 G3에서 선택된 한 쌍은 하나의 화학적 부분 -(CG1G6)q-를 형성할 수 있다(q는 0-4의 정수 값을 갖고, n은 화학식에서 상기 정의된 바와 같고, q 및 n의 합은 3 또는 4의 정수 값을 갖고, q=0인 경우 -(CG1G6)q-는 단일 탄소-탄소 결합이다). 이들 실시예에서 형성된 구조는 5-원(q+n=3) 또는 6-원(q+n=4) 카르보고리형 고리이다. 관찰될 바와 같이, n=0인 경우 -(CG1G6)q-기는 단일 탄소-탄소 결합이 되며, 두 질소 원자는 두 탄소 원자에 의해 분리되며, n=1인 경우 두 질소 원자는 세 탄소 원자에 의해 분리된다. G6 기의 수는 3 또는 4로, 합 (q+n)과 같을 것이다. 이들 실시예에 따른 완충 화합물에서, R1, R2, R3, R4 및 R5에 대한 치환기는 독립적으로 선택되며, 나머지 G1, G2, G3, G4, G5 및 G6 기에 대한 임의의 상기 독립적 정의와 조합될 수 있다. -(CG1G6)q-기(들) 중 G1 및 G6 기는 G1 및 G6 기에 대해 상기 설정된 바와 같이 독립적으로 정의된다.
상기 실시예에 따른 예시적인 완충 화합물은 G1 및 G3, G2 및 G4, G1 및 G4 또는 G2 및 G3이 기재된 바와 같이 한 쌍으로 취해지는 경우, 하기 6-원 고리를 포함하며:
하기 5-원 고리를 포함한다:
쌍 G1 및 G3, G2 및 G4, G1 및 G4 또는 G2 및 G3의 모든 상기 실시예에서, 나머지 아민-4차 암모늄 화합물은 본원에서 다른 곳에 기재된 바와 같을 수 있다, 즉, R1, R2, R3, R4 및 R5 그리고 짝을 형성하지 않은 G1, G2, G3, G4, G5 및 G6 기, 그리고 다른 변수는 본원에서 정의된 바와 같이 적합하게 선택될 수 있다.
고리형 기(d):
본 발명에 따른 완충 화합물에서, 일부 실시예에서 한 쌍 이상의 G1 및 G2, G3 및 G4, 및/또는 G5 및 G6은 그 쌍이 개별적으로 그리고 독립적으로 -(CG1G6)w-(w는 4-5의 정수 값을 가짐)가 되도록 단일 화학적 부분을 형성한다. 관찰될 바와 같이, 이들 실시예에서 형성되는 구조는 5- 또는 6-원 카르보고리형 고리이며 아민-4차 암모늄 완충 화합물에 대한 상기 화학식 중 변수의 정의에 따라 아민 질소 또는 4차 질소 중 어느 구성원일 수는 있지만 어느 것도 상기 형성된 고리의 구성원은 아니다. 관찰될 바와 같이, G5 및 G6쌍에서 n은 1 이상이어야 하며, n이 1 초과인 경우 여러 -(CG1G6)w- 고리를 가질 가능성이 생긴다. 하나의 실시예에서, n이 2 이상인 경우, 모든 -(CG5G6)n- 기의 전체 이하는 -(CG1G6)w- 고리(들)에서 유래될 수 있다.
상기 실시예에 따른 예시적인 완충 화합물은 G1 및 G2, G3 및 G4, 또는 G5 및 G6이 기재된 바와 같이 한 쌍으로서 취해지는 경우, 하기 5-원(w=4) 및 6-원(w=5) 고리를 포함한다:
쌍 G1 및 G2, G3 및 G4, 및/또는 G5 및 G6의 모든 상기 실시예에서, 나머지 아민-4차 암모늄 화합물은 본원에서 다른 곳에 기재된 바와 같을 수 있다, 즉 R1, R2, R3, R4 및 R5 그리고 짝을 형성하지 않은 G1, G2, G3, G4, G5 및 G6 기, 및 다른 변수는 본원에서 정의된 바와 같이 적합하게 선택될 수 있다.
고리형 기(e):
본 발명에 따른 완충 화합물에서, 일부 실시예에서 한 쌍 이상의 R1 및 G3, R1 및 G4, R2 및 G3, R2 및 G4, R3 및 G1, R3 및 G2, R4 및 G1, R4 및 G2, R5 및 G1, 및/또는 R5 및 G2는 그 쌍이 개별적으로 그리고 독립적으로 -(CG1G2)s-(s는 1-3의 정수 값을 갖고, n은 0-2의 정수 값을 가지고, s 및 n의 합은 2-3의 정수 값을 가짐)가 되도록 단일 화학적 부분을 형성한다. 이들 실시예에서, n의 범위는 화학식 및 다양한 다른 실시예에 대한 0-4가 아닌 0-2로 제한됨이 주지된다. 이들 실시예에서 형성된 구조는 5-원(s+n=2) 또는 6-원(s+n=3) 질소 함유 헤테로고리형 고리이며, 여기서 비-4차 질소 원자 또는 4차 질소 원자 중 둘 다가 아닌 어느 하나는 임의의 주어진 고리에 있을 수 있다. 즉, 고리형 기 (e)의 실시예에 따르면, 비-4차 질소 원자 및 4차 질소 원자 둘 다가 동일한 고리에 있는 실시예는 없다. 일부 실시예에서, 각각의 두 기의 한 쌍, 예컨대 R1/G3 및 R3/G1이 둘 다 -(CG1G2)s- 기인 경우 2고리형 구조가 형성될 수 있으며, 여기서 고리는 s 및 n 값의 선택에 따라 5-, 6- 또는 7-원일 수 있다. 관찰될 바와 같이, n=0인 경우 두 질소 원자는 두 탄소 원자에 의해 최소로 분리되며, 분자는 G6 기를 함유하지 않고, n=1인 경우, 두 질소 원자는 최소한 세 탄소 원자에 의해 분리되며, 분자는 G6 기를 함유한다. 이들 실시예에 따른 완충 화합물에서, 나머지 R1, R2, R3, R4 및 R5에 대한 치환기는 독립적으로 선택되고, 나머지 G1, G2, G3, G4, G5 및 G6 기에 대한 임의의 상기 독립적 정의와 조합될 수 있다. -(CG1G2)s-기(들) 중 G1 및 G2 기는 전체 G1, G2, G3, G4 및 G5 기에 대해 상기 설정된 바와 같이 독립적으로 정의된다.
상기 실시예에 따른 예시적인 완충 화합물은 R1 및 G3, R1 및 G4, R2 및 G3, R2 및 G4 중 하나가 한 쌍으로 취해지며 그 쌍이 -(CG1G2)s-기가 되도록 하는 화학적 부분을 형성하는 경우, 하기를 포함한다:
상기 실시예에 따른 예시적인 완충 화합물은 R3 및 G1, R3 및 G2, R4 및 G1, 또는 R4 및 G2 중 하나가 한 쌍으로 취해지며 그 쌍이 -(CG1G2)s-기가 되도록 하는 화학적 부분을 형성하는 경우, 하기를 포함한다:
쌍 R1 및 G3, R1 및 G4, R2 및 G3, R2 및 G4, 및/또는 R3 및 G1, R3 및 G2, R4 및 G1, R4 및 G2, R5 및 G1, 또는 R5 및 G2의 모든 상기 실시예에서, 나머지 아민-4차 암모늄 화합물은 본원에서 다른 곳에 기재된 바와 같을 수 있다, 즉 짝을 형성하지 않은 R1, R2, R3, R4 및 R5 그리고 G1, G2, G3, G4, G5 및 G6 기, 및 다른 변수는 본원에서 정의된 바와 같이 적합하게 선택될 수 있다.
고리형 기(f):
본 발명에 따른 완충 화합물에서, 일부 실시예에서 한 쌍 이상의 R1 및 G5, R1 및 G6, R2 및 G5, R2 및 G6, R3 및 G5, R3 및 G6, R4 및 G5, R4 및 G6, R5 및 G5, 및/또는 R5 및 G6은 그 쌍이 개별적으로 그리고 독립적으로 -(CG1G2)v-(v는 0-3의 정수 값을 갖고, n은 1-4의 정수 값을 가지고, v 및 n의 합은 3-4의 정수 값을 갖고, v=0인 경우 -(CG1G2)0-는 단일 탄소-탄소 결합임)가 되도록 단일 화학적 부분을 형성한다. 이들 실시예에서 형성되는 구조는 5-원, 6-원 또는 더 큰 질소-함유 헤테로고리형 고리이며, 여기서 비-4차 질소 원자 또는 4차 질소 원자인 둘 다가 아닌 어느 하나는 임의의 주어진 고리 중에 있을 수 있다. 즉, 고리형 기 (e)의 실시예에 따르면, 비-4차 질소 원자 및 4차 질소 원자 둘 다가 동일한 고리 중에 있는 실시예는 없다.
상기 실시예에 따른 예시적인 완충 화합물은 R1 및 G5, R1 및 G6, R2 및 G5, R2 및 G6 중 하나가 한 쌍으로 취해지며 그 쌍이 -(CG1G2)v-기가 되도록 하는 화학적 부분을 형성하는 경우, R1을 포함하는 쌍에 대해서(R2를 포함하는 쌍에 대해서와 유사하게) 하기 구조를 갖는 화합물을 포함한다:
이러한 상기 특정 구조식에서 명확하듯이, 이들 실시예에서 3차 질소 원자는 고리 중에 있으며, 4차 질소는 고리에 부착된 측쇄 상에 있다.
상기 실시예에 따른 예시적인 완충 화합물은 R3 및 G5, R3 및 G6, R4 및 G5, R4 및 G6, R5 및 G5, 및/또는 R5 및 G6 중 하나가 한 쌍으로 취해지며 그 쌍이 -(CG1G2)z-기가 되도록 하는 화학적 부분을 형성하는 경우, 하기를 포함한다:
쌍 R1 및 G5, R1 및 G6, R2 및 G5, R2 및 G6, R3 및 G5, R3 및 G6, R4 및 G5, R4 및 G6, R5 및 G5, 및/또는 R5 및 G6의 모든 상기 실시예에서, 나머지 아민-4차 암모늄 화합물은 본원에서 다른 곳에 기재된 바와 같을 수 있다, 즉 짝을 형성하지 않은 R1, R2, R3, R4 및 R5 그리고 G1, G2, G3, G4, G5 및 G6 기, 및 다른 변수는 본원에서 정의된 바와 같이 적합하게 선택될 수 있다.
고리형 기(g):
본 발명에 따른 완충 화합물에서, 일부 실시예에서, 한 쌍 이상의 R1 및 G1, R1 및 G2, R2 및 G1, R2 및 G2, R3 및 G3, R3 및 G4, R4 및 G3, R4 및 G4, R5 및 G3, 및/또는 R5 및 G4는 그 쌍이 개별적으로 그리고 독립적으로 -(CG1G2)u-(u는 3-4의 정수 값을 갖고 n은 0-4의 정수 값을 가짐)가 되도록 하는 단일 화학적 부분을 형성한다:
쌍 R1 및 G1, R1 및 G2, R2 및 G1, R2 및 G2, R3 및 G3, R3 및 G4, R4 및 G3, R4 및 G4, R5 및 G3, 및/또는 R5 및 G4의 모든 상기 실시예에서, 나머지 아민-4차 암모늄 화합물은 본원에서 다른 곳에 기재된 바와 같을 수 있다, 즉 짝을 형성하지 않은 R1, R2, R3, R4 및 R5 및 G1, G2, G3, G4, G5 및 G6 기, 및 다른 변수는 본원에서 정의된 바와 같이 적합하게 선택될 수 있다.
아민-4차 암모늄 화합물에는 정의 상, 4차 질소 원자 상에 양의 전하가 포함된다. 상기 양의 전하는 전체적으로 화합물에 대해 전기성 중성을 수득하기 위해 음으로 하전된 화학적 부분에 의해 균형이 잡혀야 한다. 본원에서 사용되는 "전기적 중성"이라는 용어는 화학적 화합물이 0의 최종 전하를 가져야 하며, 이러한 0의 최종 전하를 갖는 화합물이 전기적 중성이라는 당분야에 인지되는 원칙을 나타낸다. 따라서, 아민-4차 암모늄 화합물은 전체적으로 전기적 중성을 가져야 한다. 이러한 전기적 중성을 수득하려면, 전체적 화합물의 아민-4차 암모늄 부분 상 최종 전하가 무엇이든 간에 전체적 화합물의 아민-4차 암모늄 부분 상 0이 아닌 최종 전하와 균형을 잡기 위해 0의 최종 전하가 되거나, 예로 쯔비터이온과 같이 내부적으로 전기적 중성이거나, 또는 본원에서 "CI"("짝-이온")로 명명된 기와 연관되어야 한다. 이해될 바와 같이, 아민-4차 암모늄 부분은 존재하는 하전된 치환기의 수 및 유형, 즉 아민 질소 원자의 양성자화 또는 비-양성자화, 음이온성 치환기의 수, 및 이들 음이온성 치환기가 아민-4차 암모늄 화합물의 pK에서 양성자화되는지 여부에 따라 최종 양의 또는 최종 음의 전하를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, CI는 전체적 아민-4차 암모늄 화합물의 전기적 중성을 유지하는데 필요한 비-간섭 짝이온 또는 짝이온의 혼합물이다. 아민-4차 암모늄 화합물 상 전체적 최종 전하는 양 (j+k-z+1)(식 중, z는 R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, G2, G4, G6, G8, G9 내에 함유된 각각의 카르복실레이트, 설포네이트 및 포스포네이트 부분 상 모든 음의 전하의 수치 합의 절대값과 같으며, 상기 정의된 바와 같이 j 및 k는 비-양성자화 화합물에 대해서는 0이고, j 및 k는 완전 양성자화 화합물에 대해서는 1이다)의 값과 같다.
CI 기의 수는 상기 화학식에서 "d"로 명명된다. 본 발명에 따르면, d는 1가 짝이온에 대해서는 |j+k-z+1|(즉, 양 (j+k-z+1)의 절대값)와 같고, 2가 짝이온에 대해서는 |j+k-z+1|/2와 같고, 3가 짝이온에 대해서는 |j+k-z+1|/3과 같고, 4가 짝이온에 대해서는 |j+k-z+1|/4와 같다. 양 (z-j-k-1)의 부호(즉, + 또는 -)는 짝이온 상 전하를 반영한다, 즉 (z-j-k-1)이 음이거나 또는 마이너스(-)인 경우 CI는 음이온이며, (z-j-k-1)이 양이거나 또는 플러스(+)인 경우 CI는 양이온이고, (z-j-k-1)이 0인 경우 d는 0이며 짝이온(CI)이 없다는 것을 의미한다.
하나의 실시예에서, CI는 Cl-, Br-, I-, OH-, F-, OCH3 -, HCO2 -, CH3CO2 -, CF3CO2 -, NO3 -, ClO4 -, BF4 -, PF6 -, HSO4 -, HCO3 -, H2PO4 -, CH3OCO2 -, CH3OSO3 -, CH3SO3 -, CF3SO3 -, H2PO3 -, CH3PO3H-, HPO3 2 -, CH3PO3 2 -, CO3 2 -, SO4 2 -, HPO4 2 - 및 PO4 3 -에서 선택된 비-간섭 음이온 또는 비-간섭 음이온의 혼합물이다.
하나의 실시예에서, CI는 Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, NH4 +, Ag+, Tl+, Mg2 +, Ca2+, Sr2 +, Ba2 +, VO2 +, Mn2 +, Fe2 +, Co2 +, Ni2 +, Cu2 +, Zn2 +, Cd2 +, Hg2 +, Eu2 +, UO2 2 +, Pb2+, Al3 +, Ga3 +, Sc3 +, Y3 +, BiO+, La3 +, Ce3 +, Pr3 +, Nd3 +, Sm3 +, Eu3 +, Gd3 +, Tb3 +, Dy3+, Ho3 +, Er3 +, Tm3 +, Yb3 +, Lu3 + 및 Th4 +에서 선택된 비-간섭 양이온 또는 비-간섭 양이온의 혼합물이다.
하나의 실시예에서, CI는 양성자화 일차 알킬 또는 히드록시알킬 아민, 양성자화 이차 알킬 또는 히드록시알킬 아민, 양성자화 3차 알킬 또는 히드록시알킬 아민, 2양성자화 알킬, 알킬렌, 히드록시알킬 또는 히드록시알킬렌 디아민, 4차 알킬 또는 히드록시알킬 암모늄 화합물, 알킬 또는 히드록시알킬 설포늄 화합물, 알킬 또는 히드록시알킬 설폭소늄 화합물, 4차 알킬 또는 히드록시알킬 포스포늄 화합물 및 디-4차 알킬, 알킬렌, 히드록시알킬 또는 히드록시알킬렌 암모늄 화합물에서 선택된 비-간섭 양이온 또는 비-간섭 양이온의 혼합물이며, 여기서 상기 알킬, 알킬렌, 히드록시알킬 및 히드록시알킬렌 기는 1 내지 3 탄소 원자를 함유하고, 여기서 양이온 또는 양이온의 혼합물은 본원에 정의된 바와 같은 아민-4차 암모늄 완충 화합물이 아니다.
하나의 실시예에서, CI는 비-간섭 완충 음이온, 비-간섭 완충 음이온의 혼합물, 비-간섭 완충 양이온 또는 비-간섭 완충 양이온의 혼합물이며, pKa 값(들)은 1-13의 범위이고, 여기서 CI는 본원에 정의된 바와 같은 아민-4차 암모늄 완충 화합물이 아니다.
하나의 실시예에서, CI는 비-간섭 완충 음이온, 비-간섭 완충 음이온의 혼합물, 비-간섭 완충 양이온 또는 비-간섭 완충 양이온의 혼합물이며, pKa 값(들)은 1-13의 범위이고, 여기서 CI는 본원에 정의된 바와 같은 아민-4차 암모늄 완충 화합물이며 전체적 완충 화합물 상에 전기적 중성을 부여하는 전하를 갖는다.
당분야 숙련자에게 본원에 개시된 아민-4차 암모늄 화합물이 동일한 원자 연결성을 갖는 여러 상이한 이성질체를 형성할 수 있다는 것은 쉽게 자명해야 한다. 따라서, 본 개시는 본원에 개시된 다양한 치환기에 의해 형성될 수 있는 각각의 부분입체이성질 이성질체, 각각의 시스/트랜스 이성질체 및 각각의 거울상 이성질 이성질체를 포괄한다.
주지되는 바와 같이, 하나의 실시예에서 본 발명은 적어도 하나의 상기 정의된 아민-4차 암모늄 화합물의 유효 완충량을 조성물에 첨가하는 것을 포함하는, 화학적 또는 생물학적 조성물의 완충 방법에 관한 것이며, 여기서 아민 질소 원자는 양성자화되거나 양성자화되지 않을 수 있다. 상기 정의된 아민 4차 암모늄 화합물은 수중 및 수성 시스템 중, 예컨대 생물학적 조성물 중, 및 수성(수계)이거나 비수성(극성 유기 용매)인 화학적 조성물 중에서 가용성이다. 본원에 개시된 완충 화합물 조성물의 이용에 있어서, 화합물은 당분야에 공지되고 이해되는 바와 같이 임의의 다른 완충 화합물과 실질적으로 동일한 방식으로 사용될 수 있다.
pK
a
의 온도 의존성:
완충 화합물은 종종 상이한 온도, 전형적으로 5-45℃ 범위에서 사용되므로, 온도에 따른 그 pKa 변화가 작아서 온도가 변함에 따라 pH 이동이 적은 완충제를 갖는 것이 바람직하다. 유사한 시스템에 기반하여, 본원에 기재된 완충제는 해리 ΔH가 +2.5 내지 +6.0 Kcal/몰 범위로, 더 높은 온도에서 약간 더 산성(더 낮은 pKa)이 될 것으로 예측된다. 이는 온도 15도 증가(20℃에서 35℃로) 당 0.09 내지 0.22 logKa 단위의 감소에 해당한다.
통계적 효과:
완충 화합물의 설계에 있어서, (a) 내재적 양성자 친화도 및 (b) 선택적인 용매화 효과라는 일반 문제에 부가하여 통계적 효과가 고려되어야 한다. 이를 하기 일련의 양성자화 폴리아민 화합물에 대해 예시한다. 주어진 분자에 있어서, 암모늄 pKa 값은 (a) 산성 부위가 화학적으로 동일하거나 또는 대칭으로 관련되어 있으므로 본질적으로 동일하며, (b) 아민 기는 7개 탄소 원자에 의해 분리되므로 각각 본질적으로 단리됨(상호작용 <0.2 logKa 단위)을 주지하라. 그러나, 이러한 통계적 효과는, (a) 다중 암모늄 부위가 화학적으로 상이하지만 "우연히" 동일한(매우 가까운 pKa 값인) 경우 및 (b) 암모늄 부위들이 공간적으로 더 가까워서 "화학적으로 커플링"될 수 있는 경우, 여전히 작동한다.
K1 a:CH3CH2CH2CH2NHMe2 + → H+ + CH3CH2CH2CH2NMe2
K2 a1:CH2(CH2CH2CH2NHMe2)2 2+ → H+ + Me2NCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2NHMe2 1 +
K2 a2:Me2NCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2NHMe2 1 + → H+ + CH2(CH2CH2CH2NMe2)2
K3 a1:CH(CH2CH2CH2NHMe2)3 3+ → H+ + Me2NCH2CH2CH2CH(CH2CH2CH2NHMe2)2 2+
K3 a2:Me2NCH2CH2CH2CH(CH2CH2CH2NHMe2)2 2+ → H+(Me2NCH2CH2CH2)2CHCH2CH2CH2NHMe2 1 +
K3 a3:Me2NCH2CH2CH2)2CHCH2CH2CH2NHMe2 1 + → H+ + CH(CH2CH2CH2NMe2)3
K4 a1:C(CH2CH2CH2NHMe2)4 4 → H+ + Me2NCH2CH2CH2C(CH2CH2CH2NHMe2)3 3+
K4 a2:Me2NCH2CH2CH2C(CH2CH2CH2NHMe2)3 3+ → H+ + (Me2NCH2CH2CH2)2C(CH2CH2CH2NHMe2)2 2+
K4 a3:(Me2NCH2CH2CH2)2C(CH2CH2CH2NHMe2)2 2+ → H+ + (Me2NCH2CH2CH2)3CCH2CH2CH2NHMe2 1 +
K4 a4:(Me2NCH2CH2CH2)3CCH2CH2CH2NHMe2 1 + → H+ + C(CH2CH2CH2NMe2)4
pK1 a = -logK-log[1/1]=pKa
pK2 a1 = -logK-log[2/1]=pKa-0.30
pK2 a2 = -logK-log[1/2]=pKa+0.30
pK3 a1 = -logK-log[3/1]=pKa-0.48
pK3 a2 = -logK-log[2/2]=pKa
pK3 a3 = -logK-log[1/3]=pKa+0.48
pK4 a1 = -logK-log[4/1]=pKa-0.60
pK4 a2 = -logK-log[3/2]=pKa-0.18
pK4 a3 = -logK-log[2/3]=pKa+0.18
pK4 a4 = -logK-log[1/4]=pKa+0.60
상기 주어진 예에서, "K"는 원형 알킬 디메틸암모늄 이온에 대한 산 해리 상수이다. 따라서, 다른 요인에 부가하여 통계적 효과는 단독으로 다양자성 폴리암모늄 이온에 대해 측정된 pKa 값이 0.5-1 logKa 단위 이상 멀어지도록 한다. 디-암모늄 이온의 경우, 두 pKa 값은 약 0.6 logKa 단위만큼 멀어질 것이며, 두 값은 두 암모늄 기가 공간적으로 서로 더 가까워지면 상호작용하기 시작하여 더 멀어질 것이다. 디-암모늄 이온에 있어서, 통계적 요인은 두 내재적 양성자 친화도가 정확히 동일할 때 최대화된다. 이 경우, 내재적 양성자 친화도가 멀어짐에 따라 통계적 효과도 감소되며, 두 내재적 양성자 친화도가 2 logKa 단위 이상 다르면 통계적 효과는 무시될 수 있다.
본 발명을 위한
완충제
설계 원리
아민-4차 암모늄 pH 완충 화합물의 설계에서의 주 개념이 후술된다. 아민 기를 또한 함유하는 분자 내 4차 암모늄(쿼트)기의 존재는 수성 매질 및 극성 비수성 매질 중에 측정되는 아민의 pKa를 감소시킬 것이다. 변화의 원인 및 크기는 완전히 이해되지 않지만, 최종 결과는 다른 이론적 고려사항과 무관하게 예측 가능하며 완충 설계에서 유용하다. 작동 효과는 (1) 양의 전하의 공간 정전기적 효과를 통하며, (2) 쿼트기의 결합 전자-인취 효과를 통하고, (3) 양성자화 아민 대비 자유 아민의 용매화 변화인 것으로 여겨진다. 기재된 바와 같은 전체 세 효과는 일반적으로 관심 분자에서 관찰되는 pKa의 일부 감소를 일으킨다. 트리메틸아민(pKa=9.8) 및 펜타메틸구아니딘(pKa=13.8)이 본원에서 원형 아민으로 사용된다. pKa의 감소량은 (1) 쿼트기의 수, (2) 아민으로부터 쿼트기(들)의 거리 및 (3) 서로에 대해 보다 고정된 위치에서 쿼트기 및 아민을 잡고 있는 분자의 강직성에 의존한다. 이들 원리의 적용이 메틸 아민에 대해 아래에 예시된다. 주어진 근사 수치는 주로 25℃, 약한 이온 강도(μ=0.1)에서 수중 트리메틸아민의 유도체에 적용된다.
유사한 경향이 펜타-치환 구아니딘에 적용되지만, 이미노질소 상 단일 근접 쿼트기의 효과의 크기는 그만큼 크지 않다. 이론에 구애되는 것은 아니지만, 이러한 실험적 관찰은 유리 및 양성자화 구아니딘 내의 전체 N3C 구아니디노 코어에 걸친 전자 분포 및 생성 전하 분포에 기인하는 것으로 여겨진다. 따라서, 이미노-질소 상의 단일 암모늄알킬(Me3N+(CH2)n-, n=2-4) 치환은 pKa 값을 대략 -1.9(n=2), -0.9(n=3) 및 -0.5(n=4) logK 단위만큼 변화시킨다. 유사하게, 구아니딘의 원위 아미노-질소 상 단일 암모늄알킬 치환은 pKa 값을 대략 -0.9(n=2), -0.4(n=3) 및 -0.2(n=4) logK 단위만큼 더 적게 변화시킨다. 구아니딘의 pKa 값의 추가 조절은 벌키한 치환기 또는 고리형 구조의 사용을 통한 C5N3C 코어의 평면성 증강 또는 감소에 의해 일어날 수 있다. 2-이미노-1,3-디메틸이미다졸린 중 5-원, 비-평면상 고리의 이용은 생성 구아니딘의 pKa를 감소시킬 수 있다. 구아니디노기의 pKa는 아미노-질소 또는 하나 또는 둘 다의 아미노-질소 상 단일 펜타-치환 구아니딘으로 하나 이상의 암모늄알킬기를 첨가하여 조정될 수 있다. 또한, 쯔비터이온성 암모늄알킬기(-X(CH2)kMe2 +(CH2)n-, n=2-4, k=1-3, -X=-O2C, -O3S)은 대응하는 비-쯔비터이온성 암모늄알킬기에 유사한 pKa 상 효과를 갖지만, 분자 상의 전체적 전하 축적을 방지한다. 하나의 실시예에서, 또한 분자의 pKa를 조절하는 4차 암모늄기를 함유하는 고리형 구조를 갖는 펜타-치환 구아니딘을 구축할 수 있다.
작은 고리 시스템(6/7-원 고리)만을 상기 표에 나타낸다. 고리형 피페라진 유도체(-5.5)는 비-고리형 에틸렌디아민 유도체(-3.7)에 비해 훨씬 더 감소된 pKa를 갖지만 고리형 호모피페라진 유도체(-3.6)는 에틸렌디아민 유도체와 크게 상이하지 않음을 주목하라. 일부 모노고리형 구조는 감소된 pKa로 이어지지만 다른 것은 그렇지 않다. 크고 작은 고리 크기가 다양한 결과와 함께 사용될 수 있다.
원하는 범위 근처의 pKa를 갖는 모노4차 디아민 또는 트리아민 구조가 선택되면, pKa는 아민 질소 또는 구아니딘 이미노-질소 상 하나 이상의 메틸기를 중성 또는 음이온성 치환기(하기 참고)로 대체하여 추가 조절될 수 있다. 또한, 동일한 아민 질소 상 두 메틸기는 단일 2기능기로 대체되어 상술된 바와 같은 고리형 구조를 형성할 수 있다. 아래 나타낸 기가 아민-질소가 아닌 4차-질소에 부착되는 경우, 이들은 아민(들)의 pKa에 거의 영향을 미치지 않으며, 첫 번째 근사로 아민-질소의 pKa 값에 대한 이들의 효과는 크게 무시될 수 있다.
훨씬 더 넓은 범위의 기능화 아민-4차 암모늄 화합물이 전하를 함유하는 화학기의 첨가로 달성될 수 있다. 생성 중성(1+/0) 또는 음이온성(0/1-), 쯔비터이온성 또는 디-쯔비터이온성 완충 화합물은 전략적 위치에서 하나 이상의 -1의 음이온성 화학기의 부착에 의해 제조된다. 상기 기와 마찬가지로, 4차-질소 원자에 부착될 때 음이온성 화학기는 근처 아민-질소 원자의 pKa에 거의 효과가 없다. 그러나 아민-질소 자체에 부착되는 경우, 음이온기는 pKa를 감소시키거나 증가시킬 수 있다(하기 참고). 음의 전하와 커플링된 알킬쇄를 갖는 기는 pKa를 증가시키는 경향이 있는 반면, 설포네이트-, 카르복실레이트-, 및 포스포네이트-기의 전자 인취 특징은 pKa를 감소시키는 경향이 있다. 음이온기의 전자-인취 성질은 예측 순서를 따른다:
설포네이트 > 카르복실레이트 > 포스포네이트
지방족 설포네이트기는 매우 낮은 pKa 값(-1.5 내지 -2.5)을 갖고 항상 완전 탈양성자화된다. 유사하게, 지방족 포스포네이트의 제 1 pKa 값도 낮으며(0.4-2.3, pKa1) 종종 탈양성자화된다. 지방족 카르복실레이트는 pKa 범위 ~2.0 내지 ~4.6에서 생기는 반면, 지방족 포스포네이트의 제 2 탈양성자화는 범위 ~5.2 내지 ~7.7(pKa2)에 속한다. 하기 표는 부착 메틸기가 명명된 음이온기에 의해 대체되는 경우 아민의 pKa 변화를 나타낸다. 이들 근사값은 음이온기가 완전 탈양성자화된 경우에만 유효하다(아민 pKa>음이온기 pKa). 음이온기 자체의 근사 pKa 값을 괄호 내에 나타낸다.
pKa 값을 산출하기 위한 "기 첨가성"의 개념은 좁은 클래스의 관련 화합물에만 적용되어야 한다. 본원에 제공된 요인은 이들이 본 적용에 대해 독특하며, 근사값이고, 단순 3차 아민에 주로 적용되며, 요인들 자체가 실제 첨가제는 아니라는 점에서 예시적이다.
기 첨가성 개념의 부정확성을 예시하기 위해, 다양한 R 기를 함유한 아민에 대한 유형 RNMe2의 상이한 아민에서 메틸(-CH3)기의 2-히드록시에틸(-CH2CH2OH)기로의 대체에 대한 pKa 요인 변화의 변형을 보여주는 하기 표가 제공된다. 값 -0.6이 때때로 -CH2CH2OH에 대해 사용되지만, 아민-쿼트 화합물에 대해서는 값 -0.9가 보다 적합한 것으로 보인다.
RN(CH3)CH2CH2OH 대비 RN(CH3)2에서 R의 대체에 대한 pKa의 변화:
부정확성에도 불구하고, 상기 "규칙-기반" 시스템은 원하는 pKa 범위 내에서 아민-4차 암모늄 유형의 완충 분자의 선택기를 표적화하는데 매우 유용할 수 있다.
본 발명에 따른
완충제
설계의 예시:
5.1-5.9 범위로 근사 pKa 값을 갖는 음이온성 아민-쿼트 완충 화합물(0/1-)을 생성하기 위한 설계 절차가 아래에 예시된다. 카르복실레이트 및 포스포네이트 잔기를 함유한 완충제에 있어서, 이들의 추정 pKa 값도 포함된다. 일부 추정 pKa 값은 내재적 pKa 값이 가까운 경우 통계적 효과로 인해 약간 이동함을 주지하라. 이들 추정 화합물의 일부는 가까이 배치된 다중 pKa 값으로 인해 강력하고 긴 범위의 완충 능력을 가짐을 또한 주지하라. 트리메틸아민의 pKa로 시작하여(9.8), 다양한 기에 대해 pKa의 상기 변화 표에 근거한 pKa 요인의 적절한 변화가 추가되거나 감해진다.
고리형 아민-4차
완충제
:
염기성 선형 구조로부터, 여러 모노고리형 및 다중고리형 구조가 생성될 수 있다. 일부는 합성하기 쉬우며; 다른 것은 그렇지 않다. 일부는 제조하기 더 비싸며; 다른 것은 덜 비싸다. 일부는 쉽게 정제되며; 다른 것은 그렇지 않다. 일부는 독특한 완충 특성을 갖고; 다른 것은 중복되는 특성을 갖는다. 일부는 가요성 구조를 갖고; 다른 것들은 보다 강성을 갖는다. 예로써, 5가지 다중고리형 구조를 아래에 나타낸다. 명명되지 않은 "G 기"는 -CH2- 엔터티를 함유한다. 각각의 하기 구조에 대해, 동일한 분자의 두 나란한 대안적 도식을 나타낸다.
광범위 완충 화합물.
본원에 기재된 아민-4차 암모늄 화합물은 적절히 배치된 다중 pKa 값을 갖는 둘 이상의 산성 부위를 갖도록 설계될 수 있다. 중복되는 완충 범위는 가변 전하 특성을 갖는 광범위한(약 2 내지 약 3 logK 단위) 완충 화합물의 구축을 가능케 한다. 상술된 원리를 이용하여, 카르복실레이트기 또는 포스포네이트기(pKa2) 또는 제 2 아민기(R5)를 가져서 다중 pKa 값이 대략 1-2 logK 단위만큼 떨어진 완충 분자가 설계될 수 있다. 완충 범위의 추정은 더 낮은 pKa에서 0.5를 빼고 더 높은 pKa에 0.5를 더하여 수행된다. 하기 화학적 구조는 유용하고 광범위한 완충 특성을 갖는 아민-쿼트 화합물을 예시한다. 트리아민 화합물의 중심 질소의 모노쿼트화가 일반 폴리아민의 원치 않는 특성을 거의 갖지 않는 광범위 완충제로 이어짐을 주지하라.
추가 구조를 아래에 나타낸다.
아민-
쿼트
완충제의
합성:
이들의 비대칭 구조로 인해, 아민-쿼트 화합물은 제조 시 특별한 주의를 필요로 한다. 그럼에도 불구하고, 공지된 합성 방법은 적절히 적용되는 경우, 합리적인 수율 및 순도로 아민-쿼트 화합물의 제조로 이어질 수 있다.
대칭
디아민의
모노알킬화
:
당분야의 숙련자에 의해 이해될 바와 같이, 모노알킬화에서의 난점은 반응을 진행시키면서 디알킬화를 방지하는데 있다. 일부 실험이 주어진 반응에 대한 조건을 최적화하는데 필요할 수 있다. 원료가 가용성이지만 모노알킬화염 또는 쯔비터이온은 불용성인 용매가 선택된다. 과량의 교반 디아민에 대한 알킬화제의 느린 첨가, 예를 들어 1:10에서, 또는 아마도 1:3에서 시작하여 1:1.1 몰비로 이동하면 디알킬화의 가능성이 감소될 것이다. 상기 첨가 공정은 반응성 기체를 이용하는 경우 특히 중요하다. 제 2 알킬화 반응이 충분히 느리거나 억제되는 경우, 때때로 거의 1:1 몰비가 이용될 수 있다. 최소 발열이 존재하도록 빠르지는 않지만 합리적인 반응 시간과 최소 반응 온도가 선택된다; 더 높은 온도는 일반적으로 디알킬화를 촉진한다. 용매들의 적절한 스크리닝은 합리적인 반응 속도와 감소된 디알킬화를 제공할 수 있다. 예를 들어, 디에틸 에테르 및/또는 아세톤과 같은 용매는 모노알킬화 산물이 이들 및 유사 용매에서 통상 침전되기 때문에 모노알킬화를 촉진한다. 여러 경우에서, 모노알킬화는 디알킬화를 다양한 정도로 억제한다. 예를 들어, N,N,N',N'-테트라메틸-1,2-에탄디아민의 디메틸화는 강력히 억제되는 반면, N,N,N',N'-테트라메틸-1,6-헥산디아민의 디메틸화는 약하게만 억제된다. 일반적으로 표적 디아민 중 질소 원자가 함께 더 가까이 있을수록, 모노알킬화를 수득하기 더 쉽다. 이들 일반 지침의 구체적 적용은 하기 제공되는 합성 예에서 제공된다. 예로 예 5b를 참고하라.
비대칭
디아민의
모노알킬화
:
비대칭 디-3차 디아민에는 두 가지 가능한 모노알킬화 이성질체가 존재하기 때문에 추가 문제점이 존재한다. 일부 경우에서, 3차 아민 중 하나가 입체적으로 장해받는 경우 확실한 모노알킬화가 수행되어 단일 이성질체가 생성되고 디알킬화는 거의 수행되지 않을 수 있다. 디메틸아미노-기의 위치선택적 알킬화는 확실한 모노알킬화가 일어날 수 있는 디에틸아미노- 또는 메틸시클로헥실아미노-기에 비해 충분히 더 빠르다.
비대칭
디아민의
보호/
탈보호
:
비대칭 아민 중간체 및 산물의 보호 및 탈보호는 합성 방법론에 널리 확립되어 있다. 그러나, 이것은 두 추가 합성 단계를 도입하기 때문에 일반적으로 배제된다. 그러나 벤질 4차 암모늄 화합물의 합성 및 결정화가 매우 편리하며 촉매성 수소화에 의한 보호 벤질기의 제거가 매우 효율적이고 편리하므로 상기 반응 순서가 유용할 수 있다.
쿼트
화합물 및
아민으로부터
아민-
쿼트의
조립:
때때로, 반응성 아미노-쿼트 화합물 또는 알킬화-쿼트 화합물은 쉽게 합성되거나 구매된다. 이 경우에서, 아민-쿼트 부분은 독립적으로 제조된 후 함께 비대칭 아민-쿼트 화합물을 형성한다.
선택적 결정화:
유기 용매 중 유기 디양이온 및 관련 유기 모노양이온의 용해도는 매우 상이할 수 있다. 유기 용매의 스크리닝은 디양이온이 용액에서 결정화하는 반면 모노양이온은 용액 중에 남거나 혹은 반대인 재결정화 매질로 이어질 수 있다. 이는 특히 용매, 예컨대 메탄올, 무수 에탄올, 이소프로판올 또는 때때로 아세톤 및 아세토니트릴 중 쯔비터이온성 화합물에 대해 유용하다. pH는 원하는 산물이 그 전체적 중성 형태가 되도록 조정된다(산성, 중성, 염기성); 이는 유기 용매 중에서 용해도를 감소시키며 용액으로부터 결정화로 이어지는 반면 하전된 종(불순물)은 용액 중에 남을 것이다. 상기 공정은 가용성 하전 원료 및 디알킬화 산물에서 중성 모노알킬화 산물을 분리하기 위한 편리한 방식일 수 있다. 유사하게, pH는 원하는 산물은 가용화시키지만 원하지 않는 부산물은 가용화시키지 않고 여과에 의해 제거되도록 재조정될 수 있다.
또 다른 유용한 재결정화 방법은 원하는 산물을 교반 고온 무수 에탄올 또는 에탄올/이소프로판올 혼합물 중에 현탁하는 것이다. 소량의 증류수는 아민-쿼트 화합물이 고온 용매 혼합물 중에 거의 용해되지 않을 때까지 천천히 첨가된 후 여과되고 이어서 천천히 실온으로 이어서 4℃로 냉각될 수 있다. 종종 정제된 모노4차 산물의 우수한 결정이 얻어진다.
예 1:
2-(3-
트리메틸암모늄프로필
)-1,1,3,3-
테트라메틸구아니딘
브로마이드ㆍ히드로브로마이드(
76, fw=376.1
9)의 제조.
26.61g의 (3-브로모프로필)트리메틸암모늄 브로마이드(100mmole, fw=261.01)를 500mL 에를렌마이어 플라스크 내 200mL 교반 아세토니트릴(자기 교반) 중에 현탁한다. 34.56g의 새로 증류된 1,1,3,3-테트라메틸구아니딘(300mmole, fw=115.18)을 첨가하고, 현탁액을 상온에서 하룻밤 동안(18시간) 교반한다. 이 시간 동안, 반응 혼합물은 균질해진다. 반응물을 2시간 동안 70℃로 가열하여 반응이 완료하도록 유도한다. 반응 혼합물을 실온으로 냉각하고; 유리 플라스크의 내측을 긁어 결정화를 유도한 뒤 혼합물을 상온에서 약 3시간 동안 교반하며, 이 시간 동안 결정이 형성되기 시작한다. 100mL 아세톤을 교반 혼합물에 첨가한 뒤, 하룻밤 동안(18시간) 실온에서 교반하여 결정화를 완료한다. 혼합물을 여과하고, 백색 결정형 산물을 25mL 아세토니트릴, 이어서 아세톤으로 세척한다. 흡습 산물을 건조 질소를 통과시켜 건조한 뒤 진공 오븐 중 50℃에서 하룻밤 동안(18시간) 건조한다. 상기 공정으로 전형적으로 HPLC상에서 90-92% 순수하며 주요 불순물이 테트라메틸구아니디늄 브로마이드 및 "디알킬화" 부산물인 산물(19.6g, 60% 수율, fw=295.28)을 산출한다. 아세토니트릴 세척액(25mL)을 125mL 아세톤과 함께 여액에 첨가한다. 상기 혼합물을 다시 24-36시간 동안 상온에서 교반하여 두 번째 결정의 수확을 산출하여 여과하고, 아세톤으로 세척하고, 이전과 같이 건조하여 10.4g(26%)의 추가 산물을 산출하였다(HPLC상 74-76% 순수). 총 단리 수율은 86%이다.
재결정화는 고온 에탄올을 이용하여 달성된다. 20.0g의 조생성 유리 염기 산물(85-95% 순수) 또는 25.5g 조생성 히드로브로마이드 산물을 30mL 고온 무수 에탄올 중에 용해한다. 기체성 HBr을 pH가 <1.0가 될 때까지(pH지) 가온 에탄올 용액 내로 주의깊게 버블링한 후 1-2분 지속하며, 연관 온도는 무수 에탄올 내로의 버블링 기체성 HBr의 발열성 성질로 인해 올라간다. 커버 플라스크를 약 3시간의 기간에 걸쳐 실온으로 냉각시킨다. 미려한 백색 결정이 형성된다. 결정이 형성되지 않는 경우, 유리 플라스크의 내측을 간단히 금속 스패츌라(스테인리스강)로 긁어 결정화를 유도할 수 있다. 이어서 플라스크를 하룻밤 동안 4℃에서 냉각한다. 백색 결정을 소결 유리 필터를 이용해서 상온에서 빠르게 여과하고, 25mL 아세톤/i-프로판올(50/50 v/v)로, 이어서 순수한 아세톤으로 세척한다. 산물이 조해성이 있으므로, 건조 질소 블랭킷을 이용하여 대기 중 수분으로부터 보호한다. 산물을 하룻밤 동안 50℃에서 진공 오븐 중에 건조하고 유리 건조기 내 P2O5에 걸쳐 보관한다. 상기 재결정화 방법으로 초기 순도가 약 90%인 경우 17.5g(76% 재결정화 수율)의 정제 산물이 HPLC 순도 99.0%-99.8%로 생성된다.
예 2(방법 2):
N(2-(1',3'-
디메틸이미다졸린
-2'-
이미나토
)에틸)트리메틸-암모늄 클로라이드ㆍ
히드로클로라이드(77, fw=271.24)의
제조
27.73g의 (2-아미노에틸)트리메틸암모늄 클로라이드(200mmole, fw=138.64)를 건조된 1000mL 에를렌마이어 플라스크 내 480mL 교반 건조 냉각(10℃) 아세토니트릴(자기 교반) 중에 현탁한다. 반응은 건조 N2의 분위기 하에 수행된다. 33.82g의 2-클로로-1,3-디메틸이미다졸리늄 클로라이드(200mmole, fw=169.06)를 3개의 동등 부분 중 고체로 30분의 기간에 걸쳐 첨가한다. 혼합물을 10℃에서 30분 동안 교반하고, 이 시간 동안 26.11g의 건조 디이소프로필에틸아민(202mmole, fw=129.25)을 적가한다. 반응 혼합물을 교반하고 약 30분의 기간에 걸쳐 실온(23℃)으로 천천히 가온한다. 마지막으로 반응 혼합물을 약 3시간 동안 환류한다(~80℃). 반응 혼합물을 실온으로 냉각시키고, 240mL무수 에탄올 중 8.40g의 LiOH·H2O(200mmole, fw=41.96)를 반응 혼합물에 첨가한 후 상온에서 하룻밤 동안 교반한다. 혼합물을 용융-유리를 통해 여과하고, 용매 및 유리 아민을 회전 증발기를 이용하여 진공 하에 제거한다. 혼합물을 400mL 무수 에탄올 중에 용해하고, 70℃에서 30분 동안 가열한 후 실온으로 냉각한 뒤 용매를 다시 진공 하에 제거한다. 마지막으로, 혼합물을 최소량의 고온 무수 에탄올(80-100mL) 중에 용해하고, 실온으로 냉각한 뒤 기체성 HCl을 pH가 산성이 될 때까지(pH지를 이용한 pH<1.0) 주의깊게 첨가한다. 50mL 아세톤을 첨가하고 혼합물을 2시간 동안 실온에서, 이어서 4℃에서 하룻밤 동안(18시간) 방치한다. 혼합물을 여과하고, 백색 결정형 산물을 아세톤, 이어서 디에틸에테르로 세척한다. 흡습성 산물을 건조 질소를 통과시켜 건조한 뒤 50℃에서 진공 오븐 중에서 하룻밤 동안(18시간) 건조한다. 상기 절차로 HPLC 상에서 ~95% 순수한 산물(42.8g, 79%)이 생성된다.
재결정화는 고온 에탄올을 이용하여 달성된다. 40.0g의 조생성 히드로클로라이드 산물을 60mL의 고온 무수 에탄올 중에 용해한다. 기체성 HCl을 pH가 <1.0이 될 때까지(pH지) 가온 에탄올 용액 내로 주의깊게 버블링한 뒤 1-2분 지속한다. 무수 에탄올 내로의 기체성 HCl의 버블링은 발열성 공정임을 명심하라. 커버된 플라스크를 약 3시간의 기간에 걸쳐 실온으로 냉각시킨다. 백색 결정이 형성된다. 이어서 플라스크를 하룻밤 동안 4℃에서 냉각한다. 백색 결정을 상온에서 소결 유리 필터를 이용하여 빠르게 여과하고, 50mL 아세톤/i-프로판올(50/50 v/v)로, 이어서 디에틸 에테르로 빠르게 세척한다. 산물이 조해성이 있으므로, 건조 질소 블랭킷을 이용하여 대기 중 수분에서 보호한다. 산물을 하룻밤 동안 50℃에서 진공 오븐 중에 건조하고, 유리 건조기 내 P2O5에 걸쳐 보관한다. 상기 재결정화 방법으로 초기 순도가 약 95%인 경우 31.5g(83% 재결정화 수율)의 정제 산물이 HPLC 순도 98.5%-99.5%로 생성된다.
예 3(방법 3):
N,
N'
,
N'
-
트리메틸
-N,
N'
-
비스(3-설포프로필)에틸렌디암모늄
디-
내염(66, fw=346.47)의
제조
20.44g의 새로 증류된 N,N,N'-트리메틸에틸렌디아민(200mmole, fw=102.18) 및 120mL 건조 시약 등급 아세토니트릴을 자기 교반 막대가 있는 캡핑된 250mL 에를렌마이어 플라스크 내에 배치한다. 반응 혼합물을 약 10℃로 냉각한다. 49.32g의 1,3-프로판설톤(404mmole, fw=122.14)을 각각 12.33g의 4개 균등 부분으로 분리하고, 첫 번째 부분을 온도가 20℃를 초과하여 상승하지 않는 속도로 냉각된 교반 반응 혼합물에 적가한다(약 30분). 이어서 혼합물을 실온에서 120분 동안 교반한다. 반응 혼합물의 소량 샘플(10㎕)을 HPLC 분석을 위해 취한 뒤 프로판설톤의 두 번째 12.33g 부분을 동일한 절차를 이용하여 첨가한다. 반응 혼합물을 상온에서 120분 동안 다시 교반하고, 이 시간 동안 반응 혼합물은 두 층으로 분리된다. 반응 혼합물을 진탕하여 균질한 현탁액을 생성하고, 반응 혼합물의 두 번째 10㎕ 대표 샘플을 HPLC 분석을 위해 취한다. 교반 반응 혼합물은 26.11g의 건조 디이소프로필에틸아민(202mmole, fw=129.25)이 첨가된 후 완전히 균질화된다. 프로판설톤의 세 번째 12.33g 부분을 동일한 첨가 방법을 이용하여 다시 냉각된 교반 반응 혼합물에 첨가한다. 다시 혼합물을 상온에서 120분 동안 교반한다. 반응 혼합물의 세 번째 10㎕ 샘플을 HPLC 분석을 위해 취한다. 프로판설톤의 네 번째 12.33g 부분을 실온에서 반응 혼합물에 한 번에 모두 첨가한 뒤 상온에서 약 22시간 동안 교반한다. 마지막으로, 반응 혼합물을 간단히 50℃에서(약 20분) 가열하고, 냉각하고, 네 번째로 HPLC 분석을 위해 샘플링한다. 이 단계에서, 200mL 무수 에탄올 및 3.5g의 활성탄(Darco KB, 100메쉬)을 반응 혼합물에 첨가하고 상온에서 추가 1시간 동안 교반한다. 상기 혼합물을 830mL 무수 에탄올 함유 2L 플라스크 내로 종이를 통해 여과한다. 필터를 150mL 무수 에탄올로 세척한다. 2L 플라스크 내 에탄올 함유 반응 혼합물을 자기 교반하면서 메탄설폰산(약 19.7g, fw=96.10)을 혼합물이 산성이 될 때까지(pH지를 이용한 pH=1-2) 천천히 적가한다. 산 첨가 동안, 다량의 백색 고체가 형성된다. 상기 혼합물을 실온에서 약 18시간 동안 강력히 교반하여 산물의 완전 결정화를 촉진한다. 반응 혼합물을 간단히 약 50℃로 가열한 후 건조 질소 분위기 하에 용융 유리를 이용하여 가온 여과하여 흡습성 산물을 수분으로부터 보호한다. 백색 고체를 가온 무수 에탄올로 2회, 이어서 디에틸에테르(실온)로 세척한 후 질소 흡입 또는 이를 통한 건조 대기에 의해 필터 상에서 건조한다. 고체를 하룻밤 동안 진공 오븐(50℃, 25 torr) 중에 배치하여 완전 건조한다. 회백색 미세 결정형 분말의 수율은 65.9g(95%)이다.
설톤 100-mmole, 200-mmole 및 300-mmole 첨가 후 HPLC 분석은 반응의 초기 단계 동안에서도 미반응 트리메틸에틸렌디아민과 함께 두 모노알킬화 산물 및 하나의 디알킬화 산물의 존재를 나타낸다. 원료 디아민의 두 질소 원자의 알킬화에는 거의 차이가 없는 것으로 나타난다. 또한, 두 모노알킬화 중간체 사이의 디알킬화 속도에는 거의 차이가 없다. 반응의 후기 단계에서도 트리알킬화 산물의 형성 증거는 거의 없다. 최종 결정의 HPLC 분석은 약 93%의 순도를 나타낸다. 산물 순도는 대부분 원료 디아민의 순도에 의존한다.
재결정화는 1000mL의 교반 무수 에탄올 중 50.3g의 건조 조생성 산물의 현탁에 의해 달성된다. 1당량(138mmole) 약간 미만의 적합한 염기(LiOH·H2O, 5.79g)를 적가하고, 혼합물을 실온에서 2시간 동안 교반한다. 2.5g의 활성탄(Darco KB, 100메쉬)을 첨가하고 혼합물을 1시간 더 길게 교반한다. 이어서 혼합물을 부에크너 깔때기를 이용하여 미세 필터지 상 Celite®(Celite® 545, Whatman #5)를 통해 여과한다. 투명 교반 여액에 혼합물이 산성이 될 때까지(pH지를 이용하여 pH=1-2) 메탄설폰산(약 13.5g, fw=96.10)을 적가한다. 생성 백색 혼합물을 두 시간 동안 50℃에서 교반한다. 가온 혼합물을 여과하고, 세척하고(무수 에탄올, 이어서 에테르) 앞에서와 같이 건조하여 46.8g(93%)의 백색 결정형 고체를 생성한다. HPLC 순도는 약 98%이다. 산의 첨가에 의한 무수 에탄올로부터의 산성 형태의 결정화에 의한 가용성 염기성 형태의 전환인 두 번째 재결정화는 약 96%의 회수율 및 약 99%의 순도로 수행된다. 포름산 또는 48% 수성 HBr이 메탄설폰산 대신 사용될 수 있다.
변형: 거의 변형 없이 동일한 방법을 이용하여 N-메틸피페라진, N-메틸호모피페라진, N'-에틸-N,N-디메틸에틸렌디아민, N'-벤질-N,N-디메틸에틸렌디아민, N,N,N'-트리메틸트리메틸렌디아민의 N,N'-디알킬화를 수행한다. 1,4-부탄설톤은 프로판설톤에 대해 쉽게 대체된다. 일부 변형에서, 브로모알칸설폰산 및 이들의 염, 브로모알칸포스폰산 및 이들의 염/에스테르뿐만 아니라 브로모알칸산 및 이들의 염/에스테르가 알킬화제로 성공적으로 사용된다.
예 4(방법 4a):
N-(2-히드록시-3-
트리메틸암모늄
-프로필)디에틸아민 클로라이드(
10, fw=224.78)의
제조
이들 반응은 기술 등급 2,3-에폭시프로필-트리메틸암모늄 클로라이드(GMAC)의 농축(70-75%) 수용액을 사용한다. 공지된 농도 및 공지된 순도를 갖는 상기 재료의 새로운 제조물을 이용하는 것이 중요하다. 일반적으로 이들 반응은 확실하고 매우 효율적이다(우수한 수율 및 우수한 순도). 그러나, GMAC의 불순물은 수율 손실과 순도 저하로 이어진다. 불순물 자체는 비활성일지라도, 결정화를 억제하고 정제를 복잡하게 만든다. 기술 등급 재료의 순도는 75-95%(HPLC 상에서 결정됨, 적정 없이) 사이에서 변할 수 있다; 범위 90-95%의 실제 순도를 갖는 재료만이 사용된다. 실제 GMAC 농도(HPLC 상에서 결정됨)가 70-75% 범위이고 실제 값이 0.2% 가까이인 공지된 경우에만 허용 가능하다. 우수한 품질의 GMAC는 저온 보관될 수 있고(4℃) 분석 2개월 내에 사용될 수 있다. 이들 반응에 대해, GMAC 농도는 72.9%이고 GMAC 순도는 92%이다.
329.13g의 새로 증류된 디에틸아민(4.5몰, fw=73.14)을 기계적 교반기가 장착된 2L 플라스크 내에 배치한 뒤 5℃로 냉각한다. 수중 667.2g의 GMAC(4.4몰, fw=151.64, 915.2g 72.9%)를 교반 아민으로 천천히 적가한다. 온도를 주의깊게 모니터링하고, 첨가 속도를 조정하여 반응 온도를 10℃ 미만으로 유지한다. GMAC의 첨가 완료 후(약 3시간), 반응 혼합물을 하룻밤 동안(18시간) 실온에서 교반한다. 때때로 무수 에탄올을 첨가하여 (1) 단일 액상을 유지하고 (2) 점도를 감소시켜 교반을 촉진한다; 이 반응에서, 약 400mL의 무수 에탄올을 첨가한다. 반응 혼합물을 50℃에서 약 두 시간 동안 가열한 후, 용매(물, 에탄올, 과량의 아민)을 반응 산물이 거의 건조할 때까지 회전 증발기를 이용하여 진공 하에 제거한다. 담호박색 반응물을 최소량의 고온 아세토니트릴(750-950mL) 중에 용해한다. 고온 용액을 소결 유리를 통해 빠르게 여과한 뒤 실온으로 천천히 냉각하고(약 4시간), 이 시간 동안 백색 결정이 형성되기 시작한다. 결정이 자발적으로 형성되지 않는 경우, 반응 플라스크를 스테인리스강 스패츌라로 긁거나 또는 동일한 정제 산물의 시드 결정을 첨가한다. 통상 결정은 1-2시간에 형성되기 시작하지만, 시드 결정 없이 2일만큼 오래 걸릴 수도 있다. 이어서 혼합물을 4℃에서 하룻밤 동안(18시간) 방치하여 백색 결정형 물질을 생성한다. 백색 결정을 소결 유리를 통해 여과로 수집하고, 아세톤으로 세척한 뒤 질소 흡입 또는 이를 통한 건조 대기에 의해 필터 상에서 건조한다. 고체를 진공 오븐 중에 하룻밤 동안(50℃, 25 torr) 배치하여 완전 건조하고 유리 건조기 내 P2O5에 걸쳐 보관한다. 백색 조해성 결정형 고체의 수율은 614g(62%)이며, 전형적 순도는 92-96%(HPLC)이다. 동일한 절차를 이용한 최소량의 고온 아세토니트릴에서 상기 재료 500g의 재결정화로 98-99% 순수한 418g(88% 재결정화 수율)의 산물이 산출되었다.
히드로클로라이드 부가물(방법 4b) (fw=261.24): 상기 절차는 말단 근처 HCl의 첨가 및 보다 쉽게 취급되는 히드로클로라이드 부가물의 결정화를 이용한 방법 4a와 동일하다.
329.13g의 새로 증류된 디에틸아민(4.5몰, fw=73.14)을 기계적 교반기가 장착된 3리터 플라스크 내에 배치한 뒤 5℃로 냉각한다. 수중 682.4g의 GMAC(4.5몰, fw=151.64, 936.1g 72.9%)를 교반 아민으로 천천히 적가한다. 온도를 주의깊게 모니터링하고, 첨가 속도를 조정하여 반응 온도를 10℃ 미만으로 유지한다. GMAC의 첨가 완료 후(약 3시간), 반응 혼합물을 하룻밤 동안(18시간) 실온에서 교반한다. 때때로 무수 에탄올을 반응 과정 동안 첨가하여 (1) 단일 액상을 유지하고 (2) 점도를 감소시켜 교반을 촉진한다; 상기 반응에서, 총 약 400mL의 무수 에탄올을 첨가한다. 반응 혼합물을 50℃에서 약 두 시간 동안 가열하고, 혼합물을 실온으로 냉각시킨다. 400mL의 37% 시약 염화수소산(fw=36.46, den.=1.20g/mL, 4.87몰)을 교반 용액으로 60분의 기간에 걸쳐 적가한다; 온화한 발열이 관찰된다. 모든 용매(물, 에탄올, 과량의 산)를 회전 증발기를 이용하여 반응 산물이 거의 건조될 때까지 진공 하에 제거한다. 담호박색 반응물을 최소량의 고온 무수 에탄올/이소프로판올(50/50 v/v)(1.5-1.9L) 중에 용해한다. 고온 용액을 소결 유리를 통해 빠르게 여과한 뒤 실온으로 천천히 냉각하고(약 4시간), 이 시간 동안 백색 결정이 형성되기 시작한다. 결정이 자발적으로 형성되지 않는 경우, 반응 플라스크를 스테인리스강 스패츌라로 긁거나 또는 동일한 정제 산물의 시드 결정을 첨가한다. 통상 결정은 1-2시간에 형성되기 시작하지만, 시드 결정 없이는 더 오래 걸릴 수도 있다. 실온에서 약 42시간 동안 방치한 후, 이어서 혼합물을 4℃에서 48시간 동안 방치하여 백색 결정형 물질을 생성한다. 백색 결정을 소결 유리를 통해 여과로 수집하고, 아세톤으로 세척한 뒤 이를 통한 질소 흡입 또는 건조 대기의 통과에 의해 필터 상에서 건조한다. 고체를 진공 오븐 중에 하룻밤 동안(50℃, 25 torr) 배치하여 완전 건조하고 유리 건조기 내 P2O5에 걸쳐 보관한다. 백색 조해성 결정형 고체의 수율은 846g(72%)이며, 전형적 순도는 90-95%(HPLC)이다. 상기 유사한 절차를 이용한 첨가된 기체성 HCl(pH지를 이용하여 pH<1.0)을 함유한 최소량의 고온 무수 에탄올/이소프로판올에서 상기 재료 500g의 재결정화로 98.5-99.5% 순수한 398g(86% 재결정화 수율)의 산물이 산출되었다.
변형: 방법 4a 및 4b가 광범위한 이차 아민과 함께 사용되며, 소규모(0.5 몰) 및/또는 대규모(4.5 몰)의 디메틸아민(40% 수성, 무수 에탄올 중 30%), 에틸 메틸 아민, N-메틸-2-메톡시에틸아민, 디에틸아민, 피롤리딘, 피페리딘, 모르폴린, 4-히드록시-피페리딘(무수 에탄올 중 50%), N-메틸에탄올아민, N-에틸에탄올아민, N-이소프로필에탄올아민, 디에탄올아민, N-아세틸피페라진(무수 에탄올 중 50%), 비스(2-메톡시에틸)아민 상에서 수행된다. 비양성자화 아민-쿼트를 위한 재결정화 용매는 고온 아세토니트릴 또는 고온 아세토니트릴/2-부탄온(75/25 v/v)이다. 히드로클로라이드 부가물을 위한 재결정화 용매는 고온 무수 에탄올 또는 고온 무수 에탄올/이소프로판올(50/50 v/v)이다.
방법 4b를 또한 과량의(2X) 메틸아민(40% 수성, 30% 무수 에탄올), 에틸아민 (70% 수성, 50% 무수 에탄올), 이소프로필아민, 에탄올아민, 2-메톡시에틸아민 중에 사용된 일차 아민과 함께 이용한다. 과량의 미반응 일차 아민은 후속 사용을 위해 재활용될 수 있다.
예 5a(방법 5a):
N-(2-
트리메틸암모늄에틸
)디메틸아민 클로라이드(27, fw=166.70)의 제조
348.63g의 새로 증류된 N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민(3.0몰, fw=116.21) 및 750mL의 아세톤을 자기 교반-막대, 열전쌍 및 배출 밸브가 있는 압력 헤드가 장착된 1.7리터의 두꺼운 벽을 갖는 유리 압력 용기 내에 배치한다. 메틸 클로라이드 기체는 35℃ 미만의 약한 발열을 유지하기 위해 5psig에서 폐쇄된 교반 반응 혼합물 내로 주기적으로 배기된다. 메틸 클로라이드의 시스템으로의 첨가량은 추가 중량 획득을 경시적으로 중량측정으로 모니터링하여 주기적으로 측정한다. 밀봉 반응 용기는 기체원에서 분리될 수 있다. 폐쇄 용기 및 내용물의 초기 중량을 메틸 클로라이드 첨가 전에 측정하며, 후속 중량 측정은 첨가된 메틸 클로라이드의 중량을 나타낸다. 메틸 클로라이드의 첨가는 또한 메틸 클로라이드의 가압 실린더의 중량 손실로 측정된다. 두 측정 방법은 통상 ±0.5g 내로 대략 동일한 값을 제공한다. 3-6시간의 기간에 걸쳐, 총 121.1g의 메틸 클로라이드(2.4몰, fw=50.49)가 첨가된다. 이 시간 동안 백색 결정형 고체가 형성되기 시작한다. 반응 혼합물을 실온에서 하룻밤 동안(18시간) 교반하고, 반응 용기를 후드에서 배기한 뒤 반응 혼합물 소결 유리를 통해 여과한다. 조생성 산물을 최소량의 고온 아세토니트릴(~600mL) 중에 현탁한다. 고온 교반 혼합물을 천천히 냉각시키고, 온도가 65℃에 도달하면 소결 유리를 통해 빠르게 여과하여 일부 디메틸화 산물을 제거한다. 혼합물을 추가 냉각하고 실온에서 24시간 동안 방치한다. 혼합물을 여과하여 첫 번째 결정의 수확을 수득한다. 본 예에서는 이 시점에서 용매 제거를 하지 않는다(하기 참고). 300mL의 아세톤을 여액에 첨가한 뒤 4℃에서 24시간 동안 방치하여 두 번째 결정의 수확을 수득한다. 저온 아세토니트릴/아세톤 혼합물을 소결 유리를 통해 여과하고 두 결정의 수확을 조합하여 328.0g(82%)의 흡습성 백색 결정형 고체를 순도(HPLC) 90-94%로 생성한다. 주요 불순물은 비활성 디메틸화 부산물이다. 고온 아세토니트릴 또는 고온 이소프로판올로부터의 단회 또는 이회 재결정화로 순수한 재료(98-99%)가 얻어진다.
예 5b: (방법 5b)
4-(N-
에틸이소프로필아미노
)-1,1-
디에틸
-
피페리디늄
브로마이드(
74, fw=307.33)의
제조
14.23g의 새로 증류된 4-(이소프로필아미노)피페리딘(100mmole, fw=142.25), 28.43g의 디이소프로필에틸아민(DIPEA, 220mmole, fw=129.25) 및 75mL의 아세토니트릴을 자기 교반-막대, 열전쌍 및 배출 밸브가 있는 압력 헤드가 장착된 200mL의 두꺼운 벽을 가진 유리 압력 용기 내에 배치한다. 35.96g의 에틸 브로마이드(330mmole, fw=108.97)를 교반 혼합물에 첨가하고 압력 용기를 밀봉한다. 처음에는 약한 발열이 있다. 반응 혼합물을 가열하고 40℃에서 24시간 동안 교반한 후 실온으로 냉각한다. 냉각 동안, DIPEA 히드로브로마이드의 백색 결정이 형성되기 시작한다. 반응 용기를 후드에서 배기한 후 반응 혼합물을 소결 유리를 통해 여과하여 원치 않는 고체를 제거한다. 용매를 회전 증발기 상에서 제거한 뒤 딱 충분한 50% 수성 NaOH를 혼합물이 강염기성이 될 때까지 첨가한다(~28g). 액체(아세토니트릴, 물, DIEPA)를 회전 증발기, 이어서 진공 펌프(0.5 torr)를 이용하여 제거한다. 잔류물을 100mL 고온 아세토니트릴로 2회 추출하고, 액체를 조합한다. 무수 황산마그네슘(~15g)을 첨가하고, 액체를 여과한 뒤 회전 증발기 상에 배치하여 용매의 대부분을 제거한다. 소량의 아세토니트릴을 다시 첨가하여 균질한 용액으로 확실히 만든 뒤, 페록시드가 없는 디에틸에테르를 첨가하여 결정화를 유도한다. 혼합물을 실온에서 약 4시간, 이어서 4℃에서 하룻밤 동안 방치한다. 저온 아세토니트릴/에테르 혼합물을 소결 유리를 통해 여과하고, 에테르로 세척한 뒤 필터를 통해 건조 N2를 통과시켜 건조한다. 회백색 고체를 하룻밤 동안 진공 오븐 내에 건조하여 22.1g(72%)의 점착성 백색 결정형 고체를 순도(HPLC) 약 97%로 생성한다. 아세토니트릴/이소프로판올/에테르 혼합물로부터의 재결정화로 정제 산물(~99%)을 생성한다. 상기 반응은 강한 가용성 비반응성 염기의 존재 하에 일차 및 이차 아민의 다중 알킬화를 수행하는 방법을 예시한다. 과량의 알킬화제에도 불구하고, 반응 혼합물 또는 최종 트리알킬화 산물 중에는ㄴ 테트라알킬화 불순물의 증거가 없었다(HPLC).
변형: 방법 5는 다양한 대칭 3차 디아민 및 일부 경우에서 비대칭 3차 디아민의 모노알킬화에 대한 일반 방법이다. 보다 유도성 조건(시간, 온도) 하에서, 상기 방법은 또한 대칭 및 비대칭 디아민의 디알킬화를 위해서도 잘 작용한다; 이 경우에서, 용매, 예컨대 아세토니트릴, 무수 에탄올 또는 이들의 혼합물이 사용된다. 더 작은 3차 디아민(디메틸피페라진, 테트라메틸에틸렌디아민)으로 더 높은 수율과 순도가 얻어진다. 더 긴 디아민(테트라메틸헥사메틸렌디아민)은 더 다량의 디알킬화를 일으키며, 더 재결정화를 필요로 하고 더 낮은 수율의 순수한 모노알킬화 산물을 생성한다. 디알킬화가 더 문제가 되는 경우에는 더 작은 양의 메틸 클로라이드가 사용되며, 미반응 디아민이 재활용된다. 일부 경우에서, 용매가 디에틸 에테르/아세톤(50/50 v/v)으로 변경되며 디알킬화 수준이 감소된다. 여액이 제조되어 냉각에 의해 두 번째 결정의 배치가 수득되는 경우, 때때로 여액은 먼저 부피가 약 반으로 감소된다; 때때로 100-900mL의 아세톤이 첨가된다. 때때로 두 절차-부분적 아세토니트릴 제거 및 아세톤 첨가가 수행된다.
예 6(방법 6):
N,N,
N'
,
N'
-
테트라메틸
-N-(3-
설포프로필
)-1,3-
프로판디아민
내염(
57, fw=252.38)의
제조
273.50g의 새로 증류된 N,N,N',N'-테트라메틸-1,3-프로판디아민(2.1몰, fw=130.24) 및 600mL의 아세톤을 기계적 교반기 및 온도계가 장착된 2L 플라스크 내에 배치한다. 200mL의 아세톤 중 244.28g의 1,3-프로판설톤의 용액(2.0몰, fw=122.14)을 교반 아민 용액에 약 3시간의 기간에 걸쳐 천천히 첨가한다. 약한 발열이 관찰되며(~10℃), 백색 결정형 고체가 용액에서 나타난다. 혼합물을 하룻밤 동안(18시간) 실온에서 교반하고, 소결 유리를 통해 여과하고, 소량의 아세톤으로 세척하고 필터 상에서 건조한다.
절차 (a): 백색 고체를 최소량의 고온 아세토니트릴(~1400mL) 중에 용해한 뒤 고온 용액을 Celite® 패드를 통해 여과하여 가용성이 불량한 디알킬화 부산물을 제거한다. 고온 여액을 약 3시간 동안 실온으로 냉각한 뒤 4℃에서 48시간 동안 방치한다. 백색 결정을 소결 유리를 통해 여과에 의해 수집하고, 아세톤으로 세척한 뒤 이를 건조 질소 또는 건조 대기를 통과시켜 필터 상에서 건조한다. 고체를 하룻밤 동안(50℃, 15 torr) 진공 오븐 중에 배치하여 완전 건조한다. 308g(61%)의 백색 결정형 고체를 전형적 순도 ~96%(HPLC)로 생성한다. 상기와 동일한 절차를 이용하여 최소량의 고온 아세토니트릴로부터 300g의 상기 재료의 재결정화로 98-99% 순수한 259g(90% 재결정화 수율)의 산물을 산출하였다.
절차 (b): 백색 고체를 700mL의 가온(60℃) 무수 에탄올 중에 현탁하고 혼합물이 산성이 될 때까지(pH지로 pH<2.0) 기체성 HCl을 혼합물을 통해 주의깊게 버블링한다. 혼합물을 간략하게 약 75℃로 가열한 뒤 Celite® 패드를 통해 여과하여 가용성이 불량한 디알킬화 부산물을 제거한다. 고온 여액을 약 3시간 동안 실온으로 냉각한 뒤 4℃에서 48시간 동안 방치한다. 히드로클로라이드 염(fw=288.84)의 백색 결정을 소결 유리를 통해 여과에 의해 수집하고, 아세톤으로 세척한 뒤 이를 건조 질소 또는 건조 대기를 통과시켜 필터 상에서 건조한다. 고체를 하룻밤 동안(50℃, 15 torr) 진공 오븐 중에 배치하여 완전 건조하고 유리 건조기 내에서 P2O5에 걸쳐 보관한다. 416g(72%)의 백색 결정형 고체를 전형적 순도 ~97%(HPLC)로 생성한다. 상기와 동일한 절차를 이용하여 최소량의 고온 아세토니트릴로부터 400g의 상기 재료의 재결정화로 98-99% 순수한 326g(84% 재결정화 수율)의 산물을 산출하였다.
절차 (c): 백색 고체를 700mL의 가온(60℃) 무수 에탄올 중에 현탁하고 혼합물이 산성이 될 때까지(pH지로 pH<2.0) 기체성 HCl을 혼합물을 통해 주의깊게 버블링한다. 혼합물을 간략하게 약 75℃로 가열한 뒤 Celite® 패드를 통해 여과하여 가용성이 불량한 디알킬화 부산물을 제거한다. 충분한 LiOH·H2O를 pH가 염기성이 될 때까지(pH지에 의해 pH>11.0) 교반 가온(60℃) 여액에 일부씩 첨가한다. 중성 유리 아민은 무수 에탄올 중에서 가용성이 불량하며 용액 밖으로 결정화된다. 혼합물을 실온으로 냉각하고 하룻밤 동안(18시간) 교반하고 마지막으로 4℃에서 24시간 동안 방치한다. 백색 고체를 소결 유리를 통해 여과에 의해 수집하고, 아세톤으로 세척한 뒤 이를 건조 질소 또는 건조 대기를 통과시켜 필터 상에서 건조한다. 고체를 하룻밤 동안(50℃, 15 torr) 진공 오븐 중에 배치하여 완전 건조한다. 403g(80%)의 백색 결정형 고체를 전형적 순도 ~96%(HPLC)로 생성한다. 400g의 상기 재료의 재결정화를 가온 무수 에탄올 중에 현탁하고, 가용성 히드로클로라이드 염으로 전환하고, 가온 용액을 여과하고, 다시 염기를 이용하여 중성 유리 아민으로 전환하고 저온 에탄올로부터 결정화하여 수행한다. 상기 절차로 98-99% 순수한 349g(91% 재결정화 수율)의 산물을 산출한다.
예 7(방법 7):
N-(2-히드록시-3-
트리메틸암모늄프로필
)-N-(2-
히드록시에
틸)호모타우린
내염
(51,
fw
=252.38)의 제조
단계 1(방법 7a): N-(2- 히드록시에틸 )호모타우린 내염 ( fw =183.23) 219.89g의 새로 증류된 에탄올아민(3.6 몰, fw=61.08) 및 1200mL의 무수 에탄올을 큰 자기 교반 막대 및 온도계가 장착된 건조 2L 에를렌마이어 플라스크 내에 배치한다. 146.57g의 액화(mp=31℃) 1,3-프로판설톤(1.2몰, fw=122.14)을 강력 교반 아민 용액에 약 3시간의 기간에 걸쳐 천천히 첨가한다. 설톤의 느린 첨가와 함께 냉각조의 주기적 사용은 발열 반응의 온도가 20-30℃ 범위로 유지될 수 있도록 한다. 혼합물을 실온에서 두 시간 더 교반한다. 마지막으로 메탄설폰산(~231g, 2.4몰, fw=96.11)을 산성이 될 때까지(pH<2.0, pH지) 교반 혼합물에 적가한다. 혼합물을 실온에서 2시간 동안 그리고 4℃에서 하룻밤 동안(18시간) 교반한다. 산성화 시, 산물은 무색 오일로 용액에서 나오며, 이는 교반 시 백색 결정형 고체로 전환된다(시드 첨가 시 <1시간 또는 시드 비첨가 시 2-24시간). 액체를 경사분리 또는 여과에 의해 제거하고, 1000-1200mL의 무수 에탄올을 첨가한다. 상기 혼합물을 6시간 동안 실온에서 강력 교반하고, 소결 유리를 통해 N2 또는 건조 대기 블랭킷 하에 여과하고, 무수 에탄올 및 아세톤으로 세척하고 및 필터 상에서 건조한다.
산물을 약 800mL의 무수 에탄올 중에 현탁하고, 약 1당량의 가용성 염기(트리에틸아민, LiOH·H2O, 테트라메틸구아니딘 등)를 대부분의 타우린이 용해될 때까지 적가한다. 혼합물을 (실온)여과하여 염 및 다른 불용물을 제거하고, 약 1당량의 가용성 산(메탄설폰산, 기체성 HCl)을 pH가 산성이 될 때까지 적가한다. 산물의 백색 결정이 용액에서 결정화되기 시작하며, 혼합물을 하룻밤 동안 실온에서 교반한다. 백색 결정을 소결 유리를 통해 여과에 의해 수집하고, 무수 에탄올 및 아세톤으로 세척한 뒤 이를 질소 또는 건조 대기를 통과시켜 필터 상에서 건조한다. 고체를 하룻밤 동안 진공 오븐(50℃, 15 torr) 중에 배치하여 완전 건조한다. 196g(89%)의 백색 결정형 고체가 전형적 순도 ~99%(HPLC)로 생성된다. 결정화에 의한 정제는 원료 아민(유리 및 양성자화) 및 디알킬화 부산물(유리 및 양성자화)이 모두 염기성 및 산성 무수 에탄올 중에 가용성이라는 사실에 근거한다. 대조적으로, 산물은 염기성 무수 에탄올 중에는 가용성이지만 산성 무수 에탄올 중에는 가용성이 불량하다. 또한, 나트륨 염(NaCl, NaBr 등)은 존재하는 경우, 염기성 및 산성 무수 에탄올 중에 제한된 용해도를 갖는다.
변형: 본 방법은 여러 일차 아민과 사용된다: 메틸아민(40% 수성, 무수 에탄올 중 30%), 에틸아민 (70% 수성, 50% 무수 에탄올), 이소프로필아민, 2-메톡시에틸아민, 글리신아미드. 일차 아민의 수용액이 사용되는 경우, 강산(진한 HCl) 수용액이 사용될 수 있다. 이 경우, 용매(물, 에탄올)를 감압 하에 완전 제거하고, 잔류물을 무수 에탄올 중에 용해한다/현탁한다. 휘발성 아민이 사용되는 경우, 적절한 염기(예, Et3N, LiOH·H2O, 50% 수성 NaOH)를 반응 순서 말기에 첨가한 뒤 용매 및 미반응 아민 진공 하에 제거한다. 반응 혼합물을 무수 에탄올 중에 용해하고, 용액을 여과한 뒤 메탄설폰산(또는 다른 산)을 첨가한다. 이 경우, 다량의 미반응 아민이 제거되므로 훨씬 더 적은 산이 필요하다. 본 제조에서, 과량의(3X) 아민이 사용되어 디알킬화를 억제한다. 과량의 미반응 아민은 필요한 경우 재사용을 위해 쉽게 회수된다. 다른 알킬화제도 잘 작용한다. 1,4-부탄설톤을 변형 없이 사용할 수 있다. 나트륨 3-클로로-2-히드록시프로판설포네이트는 무수 에탄올 중에 제한된, 그러나 충분한 용해도를 갖는다; 반응 시간은 실온에서 교반 시 전형적으로 12-24시간이다. 무수 에탄올 중 나트륨 2-브로모에탄설포네이트의 낮은 용해도는 에탄올/물(70/30 v/v)의 사용을 필요로 한다; 또한 반응 용매 중 그 부분 가수분해로 인해 10-20% 과량이 필요하다.
단계 2(방법 7b): 183.23g의 N-(2-히드록시에틸)호모타우린 내염(1.0몰, fw=183.23)을 기계적 교반기 및 온도계가 장착된 2L 에를렌마이어 플라스크 내에 함유된 700mL의 무수 에탄올 및 142.2g의 디이소프로필에틸아민(1.1몰, fw=129.25)의 용액 중에 용해한다. 수중 151.6g의 GMAC(1.0몰, fw=151.64, 208.1g 72.9%)를 약 3시간의 기간에 걸쳐 저온(5-10℃) 강력 교반 N-히드록시에틸-호모타우린 용액으로 천천히 적가한다. 반응 과정 동안, 백색 결정형 고체 또는 투명 유성 액체(후에 고화됨)가 용액에서 분리된다. 온도를 주의깊게 모니터링하고, 첨가 속도를 조정하여 반응 온도를 10℃ 미만으로 유지한다. GMAC의 첨가 완료 후, 반응 혼합물을 하룻밤 동안(18시간) 실온에서 교반한다. 마지막으로, 반응 혼합물을 50℃에서 약 1-2시간 동안 가열한 뒤, 반응 혼합물이 거의 건조될 때까지 용매(물, 에탄올)를 회전 증발기를 이용하여 진공 하에 제거한다. 반응물을 고온 무수 에탄올(750mL) 중에 재현탁하고, pH가 >10.0(pH지)인지 확인하고, 혼합물이 실온으로 냉각되는 동안(~2시간) 강력 교반하여 결정화를 촉진한다. 백색 결정을 소결 유리를 통해 여과에 의해 수집하고, 무수 에탄올 및 아세톤으로 세척한 뒤 질소 흡입 또는 이를 통한 건조 대기에 의해 필터 상에서 건조한다.
산물을 750mL 무수 에탄올 중에 현탁하고 충분한 메탄설폰산(76-92g) 또는 다른 산, 예컨대 기체성 HCl를 첨가하여 재결정화하고 에탄올 중 가용성인 양성자화 산물을 형성한다. 용액을 부에크너 필터 상의 Celite® 패드를 통해 여과한 뒤 염기(80-102g Et3N 또는 다른 가용성 히드록시드)를 적가하여 탈양성자화 산물의 결정화를 일으킨다. 반응 혼합물을 실온에서 약 3시간 동안 교반하고, 소결 유리를 통해 여과하고, 무수 에탄올 및 아세톤으로 세척하고 마지막으로 이를 건조 질소 또는 건조 대기를 통과시켜 필터 상에서 건조한다. 고체를 하룻밤 동안 진공 오븐(50℃, 15torr) 중에 배치하여 완전 건조한다. 192g(76%)의 건조 백색 미세결정형 고체가 전형적 순도 98-99%(HPLC)로 생성된다. 결정화에 의한 정제는 원료 타우린 및 디알킬화 부산물이 둘 다 염기성 무수 에탄올 중에 가용성이라는 사실에 근거한다. 대조적으로, 산물은 산성 무수 에탄올 중에 가용성이지만 염기성 무수 에탄올 중에서는 가용성이 불량하다. 또한, 나트륨 염(NaCl, NaBr 등)은 존재하는 경우 염기성 및 산성 무수 에탄올 중에 제한된 용해도를 갖는다.
변형: 이것은 모노치환이 중성 미하전된 기(음이온성이 아님, 양이온성이 아님)인 경우 N-모노치환 타우린, 호모타우린, 관련 아미노알칸설폰산, 및 아미노알칸산으로부터의 화합물 범위를 제조하기 위한 일반 방법이다. 모노치환이 카르복사미드 부분을 함유하는 경우, 과도한 산성 또는 과도한 염기성 조건 중에서 이를 가수분해하지 않도록 주의한다. GMAC 대신, 브로모알킬 4차 암모늄 염도 성공적으로 사용된다.
단계 3(방법 7C): N-(3-트리메틸암모늄-2-히드록시프로필)에탄올아민 클로라이드ㆍ히드로클로라이드(78a)를 상기 방법 4b에 의해 제조한다. 249.19g의 상기 화합물(1.0몰, fw=249.19)을 기계적 교반기 및 온도계가 장착된 2L 에를렌마이어 플라스크 내에 함유된 750mL무수 에탄올 및 122.8g의 디이소프로필에틸아민(0.95몰, fw=129.25)의 용액 중에 용해한다. 122.14g의 액화(mp=31℃) 1,3-프로판설톤(1.0몰, fw=122.14)을 이차 아민의 강력 교반 용액에 약 3시간의 기간에 걸쳐 천천히 첨가한다. 설톤의 느린 첨가와 함께 냉각조의 주기적 사용으로 발열 반응의 온도가 20-30℃ 범위로 유지될 수 있도록 한다. 반응 혼합물을 하룻밤 동안(18시간) 실온에서 교반한 뒤, 추가 디이소프로필에틸아민(~6g)을 산물의 침전 시점까지 적가한다. 반응 혼합물을 실온에서 추가 4-6시간 동안 교반한다. 이어서 용액이 염기성이 되도록(pH>10.0, pH지) 충분한 염기(~130g iPr2NEt; 또는 대안적으로 테트라메틸구아니딘, Et3N, 50% 수성 NaOH, NaOEt, LiOEt, LiOH.H2O)를 첨가하여 산물을 용액(무색 오일 또는 백색 고체) 밖에 나타나게 만든다. 반응 혼합물을 다시 실온에서 하룻밤 동안(18시간) 교반하여 백색 결정형 산물을 형성한다. 산물을 소결 유리를 통한 여과에 의해 수집하고, 무수 에탄올 및 아세톤으로 세척한 뒤 질소 흡입 또는 이를 통한 건조 대기에 의해 필터 상에서 건조한다. 이를 방법 7a-단계 2에 따라 재결정화한다. 반응 혼합물을 소결 유리를 통해 여과하고, 무수 에탄올 및 아세톤으로 세척하고 마지막으로 이를 건조 질소 또는 건조 대기를 통과시켜 필터 상에서 건조한다. 고체를 하룻밤 동안 진공 오븐(50℃, 15torr) 중에 배치하여 완전 건조한다. 215g(85%)의 건조 백색 미세결정형 고체가 전형적 순도 98-99%(HPLC)로 생성된다.
변형: 이것은 상기 클래스의 쯔비터이온성 아민에 대한 일반 방법이다. 다른 알킬화제도 유사하게 작용한다. 1,4-부탄설톤은 변형 없이 사용될 수 있다. 나트륨 3-클로로-2-히드록시프로판설포네이트는 무수 에탄올 중에서 제한되지만 충분한 용해도를 갖는다; 반응 시간은 실온에서 12-24시간 연장된다. 무수 에탄올 중 나트륨 2-브로모에탄설포네이트의 낮은 용해도는 에탄올/물(70/30 v/v)의 사용을 필요로 한다; 또한 반응 용매 중 그 부분적 가수분해로 인해 10-20% 과량이 필요하다. 디이소프로필에틸아민 이외의 대안적 유기 및 무기 염기도 사용된다. 상기 N-(2-히드록시에틸) 유도체에 부가하여 N-메틸, N-에틸, N-이소프로필, N-(2-메톡시에틸)기를 함유하는 여러 원료, 이차 아민-쿼트 화합물이 사용될 수 있다.
예 8(방법 8):
1,1,5,9-
테트라메틸
-2-히드록시-5,9-
비스
(2-
설포에틸
)-1,5,9-트
리아
자노난 디-
내염(82, fw=419.57)의
제조
단계 1(방법 8a):
N,N'-디메틸-N,N'-비스(2-설포에틸)-1,3-프로판디아민, 디-내염(fw=318.42, [185305-85-5])
102.18g의 새로 증류된 N,N'-디메틸-1,3-프로판디아민(1.0몰, fw=102.18, [111-33-1]) 및 1500mL의 에탄올/물(70/30 v/v)을 교반기 및 온도계가 장착된 3L 에를렌마이어 플라스크 내에 배치한다. 258.5g의 디이소프로필에틸아민(2.0몰, fw=129.25) 및 422.1g의 2-브로모에탄설폰산, 나트륨 염(2.0몰, fw=211.01)을 약 7시간의 기간에 걸쳐 강력 교반 디아민 용액에 적가한다. 반응 혼합물을 실온에서 약 42시간 동안 교반하고 HPLC 상에서 주기적으로 모니터링한다. 반응 속도는 설폰산의 나트륨 염의 용해도에 의해 제한된다. 반응이 종료되고(~42시간) 브로모에틸설포네이트가 소비되면, 반응을 종료하는데 필요한 추가적 알킬화제의 양이 HPLC 데이터에서 추정된다. 이어서 일부 브로모에틸설포네이트가 가수분해로 손실되기 때문에 추가적 디이소프로필에틸아민(0.3몰, ~39g) 및 브로모에틸설포네이트(0.3몰, ~64g)를 첨가한다. 반응 혼합물을 실온에서 약 22시간 동안 다시 교반한다. 상기 공정을 모든 원료 아민이 트리알킬화의 증거가 거의 없이 확실히 디알킬화될 때까지 반복한다. 반응 혼합물을 60℃로 약 1시간 동안 가열한 뒤 다시 여과하여 임의 고체를 제거한다. 용매(물, 에탄올)를 잔류물이 거의 건조될 때까지 진공 하에 제거한다. 잔류물을 1500mL의 무수 에탄올 중에 용해/현탁하고, pH가 염기성(pH>10.0, pH지)인지 확인한고, 혼합물을 70℃에서 약 3시간 동안 교반한 후 교반하면서 실온으로 냉각한다. 반응 혼합물을 다시 여과하여 고체를 제거한 뒤 메탄설폰산(~220g, fw=96.11)을 산성이 될 때까지(pH<2.0, pH지) 교반 혼합물에 일부씩 첨가한다. 산성화 동안, 산물이 용액에서 초기에는 점착성 고체로, 이어서 미세 백색 결정으로 나온다. 이어서 혼합물을 실온에서 3시간 동안 및 4℃에서 하룻밤 동안(18시간) 교반한다. 반응 혼합물을 N2 또는 건조 대기 블랭킷 하에 소결 유리를 통해 여과하고, 무수 에탄올 및 아세톤으로 세척하고 필터 상에서 건조한다.
고체를 1200mL의 교반 무수 에탄올 중에 현탁하고 대부분이 용해될 때까지 충분한 염기(Et3N)를 첨가하여 산물을 재결정화한다. 용액을 여과하여 고체 및 충분한 산(메탄설폰산 또는 기체성 HCl)을 pH가 산성이 될 때까지(pH<2.0, pH지) 여액에 일부씩 첨가한다. 산 첨가는 백색 미세결정의 물질이 용액에서 형성되어 나오게 만든다. 혼합물을 실온에서 하룻밤 동안(18시간) 교반하고, 소결 유리를 통해 건조 N2 또는 건조 대기 블랭킷 하에 여과하고, 무수 에탄올 및 아세톤으로 세척하고 필터 상에서 건조한다. 고체를 하룻밤 동안 진공 오븐(50℃, 15 torr) 중에 배치하여 완전 건조한다. 252g(79%)의 건조 백색 미세결정형 고체를 검출 가능한 불순물 없이(>99%, HPLC) 생성한다.
단계 2(방법 8b): 1-벤질-1,1,5,9-테트라메틸-3-히드록시-5,9- 비스(2-설포에틸)-1,5,9-트리아자노난 디-내염(fw=509.69):
251.6g의 새로이 결정화된 N,N'-디메틸-N,N'-비스(2-설포에틸)트리메틸렌-디아민 디-내염(0.79몰, fw=318.42, [185305-85-5])을 실온에서 1000mL의 에탄올/물 (80/20 v/v) 및 디이소프로필에틸아민(0.80몰, 103.4g, fw=129.25)의 교반 혼합물 중에 용해한다. 약 6시간의 기간에 걸쳐, 조심스럽게 재결정화된 198.15g의 N-(3-클로로-2-히드록시프로필)벤질디메틸암모늄 클로라이드(0.75몰, "벤질 시약", >99.5% 순도, FW=264.20, [67304-25-0]) 및 100.9g의 디이소프로필에틸아민을 상온에서 교반 반응 혼합물로 개별적으로 일부씩 첨가한다. 약한 발열이 관찰된다. 온도를 천천히 약 60℃로 60분에 걸쳐 승온하고, 이 온도에서 하룻밤 동안(~18시간) 온도를 유지한다. 반응을 HPLC 상에서 수행하여 벤질 시약 원료의 소실을 모니터링한다. 용매를 회전 증발기를 이용하여 진공 하에 완전 제거하고, 850mL의 무수 에탄올을 첨가하고, pH를 염기성이 되도록(pH>9.5, pH지) 조정하고(필요한 경우), 혼합물을 60℃에서 1시간 동안 교반한다. 혼합물을 약 30℃로 냉각한 뒤 용융-유리를 이용하여 여과하고 무수 에탄올 및 아세톤으로 세척한다. 백색 고체를 40℃에서 800mL의 교반 무수 에탄올 중에 현탁하고, 메탄설폰산(~72g)을 대부분 또는 전체 산물이 용해될 때까지 적가한다. 혼합물을 가온 여과하여 미용해 고체를 제거한 뒤, 염기성(pH>9.5, pH지)이 될 때까지 교반 여액에 염기를 적가하며, 이 시간 동안 산물 결정이 용액에서 결정화되어 나온다. 용액을 4℃에서 하룻밤 동안 냉각한 뒤 소결 유리를 통해 여과하고, 무수 에탄올 및 아세톤으로 세척한 뒤 필터 상에서 건조한다. 고체를 하룻밤 동안 진공 오븐(50℃, 15 torr) 중에 배치하여 완전 건조한다. 322g(81%)의 건조 백색 미세결정형 고체를 전형적 순도 ~94%(HPLC)로 생성한다. 고온 무수 에탄올로부터의 재결정화로 순도 >98%(90% 재결정화 수율)의 산물을 얻었다.
단계 3(방법 8c):
1,1,5,9-테트라메틸-3-히드록시-5,9-비스(2-설포에틸)-1,5,9-트리아자노난 디-내염(fw=419.57)
305.8g의 1-벤질-1,1,5,9-테트라메틸-3-히드록시-5,9- 비스(2-설포에틸)-1,5,9-트리아자노난 디-내염(fw=509.69), 9.61g의 메탄설폰산(0.10몰, fw=96.11) 및 900mL의 에탄올/물(90/10 w/w)을 자기 교반-막대, 열전쌍 및 배출 밸브가 있는 압력 헤드가 장착된 1.7리터의 두꺼운 벽을 갖는 유리 압력 용기 내에 배치한다. 촉매(6.0g 5% Pd/C)를 혼합물에 첨가하고, 압력 용기를 밀봉한 뒤 수소 기체(H2)로 35psig로 가압하고 3회 배기한다. 마지막으로, 교반 혼합물을 가압하고 40℃ 온도로 35psig 수소에서 약 4시간 동안 유지한다. 교반 반응을 상온에서 35psig H2로 하룻밤 동안(~18시간) 계속한다. 압력병을 배기하고, 반응 혼합물을 Celite® 패드를 통해 여과하여 불용성 촉매를 제거하고, 여액의 부피를 회전 증발기를 이용하여 약 800mL로 감소시킨다. 상기 용액을 60℃로 가열하고, pH가 대략 중성이 될 때까지(pH=7.0, pH지) 염기를 첨가한다(~13g 디이소프로필에틸아민). 산물은 백색 결정으로 용액에서 나오기 시작한다. 혼합물을 천천히 실온으로 냉각한 뒤(~3시간), 혼합물을 4℃에서 하룻밤 동안(18시간) 방치한다. 백색 결정을 여과에 의해 소결 유리를 통해 수집하고, 아세톤으로 세척한 뒤 질소 흡입 또는 이를 통한 건조 대기에 의해 필터 상에서 건조한다. 두 번째 결정의 수확을 다음과 같이 수득한다. 여액의 부피를 약 500mL로 감소시키고, pH를 확인하고, 필요한 경우 조정하고(pH~7.0), 혼합물을 산물의 결정으로 시드를 첨가하여 4℃로 하룻밤 동안 냉각하고 여과하고 앞에서와 같이 세척한다. 고체를 하룻밤 동안 진공 오븐(50℃, 15 torr) 중에 배치하여 완전 건조하고 유리 건조기 내 P2O5에 걸쳐 보관한다. 총 수율은 전형적 순도 98-99%(HPLC)인 백색 결정형 고체 237g(94%)이다. 산물의 재결정화는 통상 필요하지 않다.
예 9(방법 9):
(3-
트리메틸암모늄프로필
)디메틸아민 클로라이드ㆍ히드로클로라이드(29a,
fw
=217.19)의 제조
30.53g의 (3-아미노프로필)트리메틸암모늄 클로라이드(200mmole, fw=152.67)를 주의깊게 48.5g의 95% 포름산(1000mmole, fw=46.03)에 일부씩 첨가한다. 가온 혼합물을 질소 분위기 하 250mL 에를렌마이어 플라스크 내에서 자기적으로 교반한 뒤 외부 냉각을 이용하여 실온으로 냉각한다. 40.6g의 37% 포름알데히드(500mmole, fw=30.03)를 반응 혼합물로 첨가하여 이를 65℃에서 하룻밤 동안(18시간) 가열한다. 온도가 약 50℃에 도달하면, CO2 버블이 용액에서 나오기 시작한다. 이어서 반응 혼합물의 온도를 95℃로 1시간 동안 승온한 뒤 실온으로 냉각한다. 마지막으로, 약 22g의 37% 염화수소산(220mmole, fw=36.46)을 교반 혼합물에 산성이 될 때까지(pH<2.0, pH지) 적가한다. 용매 및 미반응 원료를 회전 증발기를 이용하여 진공 하에 완전 제거한다. 혼합물을 약 100mL의 무수 에탄올 중에 현탁하고, 70℃에서 30분 동안 가열하고, 소결 유리를 통해 여과하고, 실온으로 냉각한 뒤 용매를 다시 진공 하에 완전 제거한다. 마지막으로, 혼합물을 최소량(80-100mL)의 무수 에탄올/이소프로판올(50/50 v/v)의 고온 혼합물 중에 용해하고, 소결 유리를 통해 빠르게 여과하고, 실온으로 냉각한 뒤 기체성 HCl를 pH가 산성이 될 때까지(pH<1.0, pH지) 주의깊게 첨가한다. 혼합물을 하룻밤 동안 방치한 뒤 여과하여 첫 번째 결정의 수확을 수득한다. 이어서 50mL의 아세톤을 여액에 첨가하고, 혼합물을 실온에서 2시간 동안, 이어서 4℃에서 하룻밤 동안(18시간) 방치한다. 혼합물을 다시 여과하여 두 번째 백색 미세결정형 산물의 수확을 수득한다. 두 수확을 조합하고, 이소프로판올/아세톤(50/50 v/v)으로, 이어서 아세톤과 디에틸에테르로 세척한다. 다소 흡습성인 산물을 건조 질소를 통과시켜 건조한 뒤 50℃에서 진공 오븐 중에서 하룻밤 동안(18시간) 건조한다. 상기 절차로 HPLC 상에서 96-98% 순수한 산물(38.6g, 89%)이 생성된다. 건조 고온 에탄올/이소프로판올 함유 HCl로부터의 재결정화는 HPLC 상에서 ~99% 순수한 산물을 생성한다.
변형: 200 mmole의 (2-아미노에틸)-트리메틸암모늄 클로라이드ㆍ히드로클로라이드가 원료로 사용된 경우 합리적인 결과가 수득된다. 이 경우에서, 200mmole의 NaOH(50% 수성)도 시작 시 첨가된다. 이는 일차 및 이차 아민의 메틸화를 위한 일반 기법이다(Eschweiler-Clarke 메틸화). 이차 아민의 경우, 절반량의 포름산 및 포름알데히드 용액을 첨가한다; 때때로 적절한 용해도를 위해 일부 추가적 물이 필요하다.
예 10(방법 10):
N-(3-
트리메틸암모늄프로필
)-디에틸아민 브로마이드ㆍ히드로브로마이드(
17, fw=334.14)의
제조
26.10g의 (3-브로모프로필)트리메틸암모늄 브로마이드(100mmole, fw=261.01)를 500mL 에를렌마이어 플라스크 내 200mL의 교반 아세토니트릴(자기 교반) 중에 현탁한다. 21.95g의 디에틸아민(300 mmole, fw=73.14)을 첨가하고 현탁액을 상온에서 하룻밤 동안(18시간) 교반한다. 이 시간 동안, 반응 혼합물이 균질해진다. 반응물을 55℃로 두시간 동안 가열하여 반응이 완료하도록 유도한다. 반응 혼합물을 실온으로 냉각하고, 기체성 HBr을 혼합물이 산성이 될 때까지(pH<2.0, pH지) 첨가하고, 산물이 백색 결정으로 결정화된다. 결정화가 일어나지 않거나 투명 오일이 형성되는 경우, 유리 플라스크의 내측을 긁어 결정화를 유도하거나 시드 결정을 첨가한 뒤 혼합물을 상온에서 약 3시간 동안 교반하며, 이 시간 동안 결정이 형성되기 시작한다. 200mL의 아세톤을 교반 혼합물에 첨가한 뒤 하룻밤 동안(18시간) 4℃에서 교반하여 결정화를 완료한다. 혼합물을 여과하고, 백색 결정형 산물을 25mL 아세톤으로 세척한다. 산물을 건조 질소를 통과시켜 건조한 뒤 50℃에서 진공 오븐 중에 하룻밤 동안(18시간) 건조한다. 이로써 백색 미세결정형 산물(30.4g, 91% 수율)이 전형적으로 HPLC 상에서 96-98% 순수하게 생성된다.
무수 에탄올 및 이소프로판올(50/50 v/v)의 고온 혼합물을 이용하여 재결정화가 수행된다. 30.0g의 조생성 히드로브로마이드 산물을 최소량의 고온 에탄올/이소프로판올(약 45mL) 중에 용해한다. 기체성 HBr을 용액이 강산성이 될 때까지(pH<2.0, pH지) 가온 용매 용액 내로 주의깊게 버블링한 뒤 1-2분 지속한다. 기체성 HBr의 무수 에탄올 내로의 버블링은 매우 발열성이 큰 공정이다. 커버된 플라스크를 약 3시간의 기간에 걸쳐 실온으로 냉각시킨다. 미려한 백색 결정이 형성된다. 이어서 플라스크를 하룻밤 동안 4℃에서 냉각한다. 백색 결정을 상온에서 소결 유리 필터를 이용하여 빠르게 여과하고, 25mL의 아세톤/이소프로판올(50/50 v/v)로, 이어서 순수한 아세톤 및 디에틸 에테르로 세척한다. 산물을 50℃에서 하룻밤 동안 진공 오븐 중에서 건조하고 유리 건조기 내 P2O5에 걸쳐 보관한다. 상기 재결정화 방법으로 초기 순도가 >95%일 때 99+%의 HPLC 순도로 26.1g(87% 재결정화 수율)의 정제 산물이 생성된다.
예 11:
N,N,
N'
,
N'
-
테트라메틸
-N-(3-
포스포노프로필
)-1,3-
프로판디암모늄
디-
내염
(60,
fw
=252.38)
방법 11a: N,N,N',N'-테트라메틸-N-(3-디에틸포스포노프로필)-1,3-프로판디아민 디에틸 에스테르 브로마이드ㆍ히드로브로마이드(79a, fw=470.24)의 제조.
260.5g의 새로 증류된 N,N,N',N'-테트라메틸-1,3-프로판디아민(2.0몰, fw=130.24) 및 520mL의 아세톤을 기계적 교반기 및 온도계가 장착된 2L 플라스크 내에 배치한다. 온도를 약 45℃에서 유지한다. 260mL의 아세톤 중 259.1g의 디에틸 3-브로모프로판포스포네이트(1.0몰, fw=259.09)의 용액을 교반 아민 용액에 약 7시간의 기간에 걸쳐 천천히 첨가한다. 점착성, 백색 결정형 고체 또는 투명 점성 오일이 수분 뒤 용액에서 반응물 내로 나온다. 혼합물을 하룻밤 동안(18시간) 실온에서 교반하고 이들을 짧게 4℃로 냉각한다. 고체를 소결 유리를 통해 여과하거나 또는 반응 액체를 점성 오일에서 경사분리한다. 용매를 여액 또는 상청액 용액에서 제거할 수 있고, 과량의 미반응 디아민을 회수할 수 있다. 조생성 산물을 최소량의 고온 무수 에탄올(450-500 mL) 중에 용해한다. 용액을 여과하면서 고온 및 기체성 HBr을 용액이 약산성이 될 때까지(pH=4-5, pH지) 혼합물 내로 매우 주의깊게 버블링한다. 용액을 실온으로 냉각시킨 뒤 4℃로 냉각하고, 하룻밤 동안 방치한다. 400mL의 저온 아세톤/디에틸 에테르(50/50 v/v)를 첨가하고 혼합물을 4℃에서 3시간 더 방치한다. 반응 혼합물을 상온에서 소결 유리 필터를 이용하여 빠르게 여과하고, 고체 물질을 디에틸 에테르로 세척한다. 조해성이 있는 백색 고체를 하룻밤 동안 50℃에서 진공 오븐 중에 건조하고 유리 건조기 내 P2O5에 걸쳐 보관한다. 상기 방법으로 HPLC 상에서 94-98% 순수한 약 430g의 조생성 산물이 생성된다.
방법 11b:
423.3g의 상기 산물(0.90몰, fw=470.24) 및 900mL의 37% 염화수소산을 자기 교반-막대 및 스레드 테플론 캡이 장착된 1.7리터의 두꺼운 벽을 갖는 유리 압력 용기 내에 배치한다. 혼합물을 80℃로 가열하고, 약 21시간 동안 교반하고, 소결 유리를 통해 여과하고 실온으로 냉각한다. 용매 및 휘발성 산을 회전 증발기를 이용하여 진공 하에 제거한다. 800mL의 무수 에탄올을 첨가하고, 혼합물을 교반하면서 거의 끓도록 짧게 가열하고 마지막으로 실온으로 냉각한다. 에탄올 및 다른 휘발물을 진공 하에 다시 완전 제거한다. 담황색 잔류물을 최소량의 고온 무수 에탄올(400-500mL) 중에 용해한 뒤 용액의 pH가 거의 중성이 될 때까지(pH=7.0, pH지) 트리에틸아민을 교반하며 적가한다. 혼합물을 실온으로 냉각한 뒤 하룻밤 동안(18시간) 4℃에서 방치한다. 백색 결정형 고체가 형성된다. 백색 결정을 상온에서 소결 유리 필터를 이용하여 신속 여과에 의해 수득하고 아세톤/디에틸 에테르(50/50 v/v)로 세척한다. 산물을 초기에 필터층을 통해 건조 질소를 통과시켜 건조한 뒤 하룻밤 동안 50℃에서 진공 오븐 중에 건조한다. 상기 가수분해 방법 및 결정화로 HPLC 순도 98-99%인 약 202g(89%)의 정제 산물이 생성된다.
변형: 48% 수성 HBr을 포스포네이트 에스테르의 가수분해를 위해 37% HCl 대신 사용할 수 있다. 이는 포스포노알킬 치환 아민-쿼트 화합물의 제조를 위한 일반 방법이다. 보다 고가의 포스폰산의 디벤질 에스테르의 사용으로 약한 촉매성 수소화에 의한 벤질기의 편리한 제거가 가능하다.
예 12: (방법 12)
N-(3-
트리메틸암모늄프로필
)-디메틸아민 히드록시드(
29d, fw=350.56)의
제조
108.6g의 재결정화된 N-(3-트리메틸암모늄프로필)디메틸아민 클로라이드ㆍ히드로클로라이드(500mmole, 29a, fw=217.19)를 비유리, 폴리프로필렌 플라스크 내에서 CO2가 없는 N2 분위기 하에 425mL의 탈기 탈이온화수 중에 용해한다. 117.0g의 산화은(505mmole, fw=231.74)을 용액에 첨가하고, 이를 실온에서 48시간 동안 기계적 프로필렌 프로펠러로 강력 교반한다. 혼합물을 질소 기체 블랭킷 하에 프로필렌을 받는 플라스크 내로 폴리프로필렌 부에크너 필터 내 폴리프로필렌 필터/펠트를 통해 여과한다. 물-투명 용액을 회전 증발기 상에 배치하고, 물을 36-48시간의 기간에 걸쳐 진공 하에 부분 제거하면서 산물(점성 액체)을 약 50℃에서 외부 가열조를 이용하여 유지한다. 산-염기 적정(히드록시드) 및 HPLC 분석(양이온)은 36%의 쿼트 히드록시드를 함유하는 최종 용액을 나타낸다; 적정은 잔여 Ag+ 및 Cl-이 10ppm 미만임을 나타낸다. 용액을 깨끗한 밀봉 폴리프로필렌 용기 중 상온에서 보관한다. 수율은 거의 정량적이다.
변형: 본 방법은 본원에 기재된 대부분의 아민-쿼트 완충제에 일반적으로 적용 가능하다. 일반적으로, 아미드기 또는 2-히드록시에틸기를 함유하는 완충제는 강염기성 조건 하에 제한된 안정성을 갖는다. 클로라이드/브로마이드 염과 같은 이러한 동일한 완충 화합물은 이온-교환, 전기분해 및 전기투석 방법을 이용한 히드록시드 염으로의 전환에 적합하다.
예 13: (방법 13)
비스[N-(3-
트리메틸암모늄프로필
)-디메틸아민]카보네이트(
29e, fw=162.28)의
제조
108.6g의 재결정화된 N-(3-트리메틸암모늄프로필)디메틸아민 클로라이드ㆍ히드로클로라이드(500mmole, fw=217.19)를 비유리 폴리프로필렌 플라스크 내 CO2가 없는 N2 분위기 하에 425mL의 탈기 탈이온수 중에 용해한다. 139.0g의 산화은(600mmole, fw=231.74)을 용액에 첨가하고 이를 실온에서 48시간 동안 기계적 폴리프로필렌 프로펠러로 강력 교반한다. 혼합물을 질소 기체 블랭킷 하에 폴리프로필렌을 받는 플라스크 내로 폴리프로필렌 부에크너 필터 내 폴리프로필렌 필터/펠트를 통해 여과한다. CO2 기체를 교반 여액을 통해 천천히 버블링하여 히드록시드를 카보네이트로 전환한다. 교정된 유리-전극을 가진 pH 미터를 이용하여 용액의 pH를 주기적으로 모니터링한다. 최종 pH가 11.9±0.1인 경우 반응이 완료된 것으로 간주한다. 이 pH에서 히드록시드와 CO2의 반응은 빠른 반면 CO2와 카보네이트의 반응은 느리기 때문에 이산화탄소를 이용한 반응이 훨씬 더 느리다. 상기 물-투명 용액을 회전 증발기 상에 배치하고, 물을 36-48시간의 기간에 걸쳐 진공 하에 부분 제거하면서 산물(점성 액체)을 외부 가열조를 이용하여 약 50℃에서 유지한다. 산-염기 적정(카보네이트) 및 HPLC 분석(양이온)은 최종 용액이 38%의 쿼트 카보네이트를 함유함을 나타낸다; 원자 흡광도는 잔여 Ag+ 및 Cl-이 1 ppm 미만임을 나타낸다. 용액을 깨끗한 밀봉 폴리프로필렌 용기 내에 상온에서 보관한다. 수율은 거의 100%이다.
예 14: 미생물 성장 억제 분석
미생물 성장 억제 분석을 400㎕의 웰 부피를 갖는 96웰 플레이트로 수행한다. 본 발명자의 작업에서, 상기 방식으로 수득한 데이터는 전통적 진탕 플라스크에서 수득한 것과 거의 동일하지만 데이터 보정이 좀더 정확하고 편리하다. 단일 유기체에 대응하는 두 플레이트를 동시에 읽을 수 있도록 교정된 두 플레이트 측정기를 이용한다. 각각의 플레이트는 한 유기체에 대해 80개 세포, 및 5개 농도(25, 50, 100, 225, 500mM)에서 각각 4개의 완충제를 함유하며, 각각의 완충제 농도 조합(20)은 4배 복제된다. 이들 세포는 각각 50㎕의 새로운 교정 세포 배양물 + 250㎕의 새로운 멸균 세포 배양물을 함유하였다. 또한, 각각의 플레이트는 250㎕의 완충제가 없는 멸균 성장 배지 + 50㎕의 새로운 세포 배양물을 갖는 8개의 동일한 세포 및 300㎕의 멸균 성장 배지와 유기체가 없는 8개 세포를 함유하였다. 미생물 성장을 전술 기간 동안 매 15-60분마다 600nm에서 광산란/흡광도 측정으로 측정한다. 매 15분마다, 각각의 플레이트는 유기체를 재현탁하고 폭기를 촉진하는 진탕/진동을 거친다; 상기 절차를 각각의 흡광도 측정 직전에 반복한다. 각각의 배지에 대해, 멸균 배지 6병을 각각 플레이트 내에서 희석하는 경우 원하는 농도를 수득하도록 각각의 완충제 농도(0, 30, 60, 120, 270, 600mM) 중 하나로 제조한다. 배지 성분(하기 참고), 첨가된 완충제 및 물을 혼합하고, pH를 적절한 값으로 조정한다. 각각의 배지 병을 열 멸균하고(121℃, 15 psig, 20분), 냉각하고, 필요하면 pH를 37% HCl 또는 50% NaOH로 멸균 방식으로 적절한 값으로 재조정한다.
이들 유기체를 이용한 이전 실험에 근거하여, 일련의 미생물 성장 측정을 수행하여 최적 성장 조건을 결정한다. 각각 네 pH 값(6.0, 6.5, 7.0, 7.5)에서 각각의 유기체에 독특한 네 가지 상이한 배지 조성물을 세 온도(23℃, 30℃, 37℃)에서 측정한다. 다행히도, 아래에 열거한 모든 네 유기체에 대해 7.0±0.1의 동일한 pH를 이용할 수 있도록 하는 거의 최적 성장 조건의 조합이 발견되었다:
성장 배지 조성물을 배지 1리터에 대해 후술한다. 열 멸균화 전후에 모두 pH를 7.0±0.1로 조정한다. 첨가된 양이온 완충제가 열 멸균화 전 및 열 멸균화 후 멸균 여과를 통해 첨가되는 경우 유사한 성장 결과가 수득된다. 메탄올을 함유하는 일부 유용한 성장 배지가 피치아에 대해 알려져 있지만, ME 배지는 현재의 조건 하에서 동등하게 우수하며, 이때 메탄올 증발은 문제가 되지 않는다. 아래 양은 멸균 성장 배지 중 g/L로 주어진다.
변형된 ME 배지: 글루코오스 15.0g
미트 펩톤 5.0g
맥아 추출물 20.0g
(NH4)2SO4 2.0g
변형된 TS 배지: 글루코오스 2.5g
카제인 펩톤 17.0g
콩 펩톤 3.0g
NaCl 5.0g
K2HPO4 2.5g
변형된 PM 배지: 글루코오스 2.5g
미트 펩톤 10.0g
카제인 펩톤 10.0g
글리세린 10.0g
K2HPO4 1.5g
NH4Cl 0.5g
MgSO4·7H2O 0.5g
이들 평가에서의 완충제는, DEAGA, MEAGA, MOGA, DIMEGA, DEGA, TRIS, MES 및 TAPS이다. DEAGA, MEAGA, MOGA, DIMEGA, 및 DEGA의 구조는 모두 본 발명의 범위 내이며 본원에 제공된다. TRIS, MES 및 TAPS는 당분야에 공지된 종래 완충제이다.
박테리아 및 효모 균주를 성장시키고 각각의 해당 성장 배지 중에서 수회 계수하여 시간의 함수로 공지된 밀도의 새롭고 안정하며 재현가능한 배양물을 수득한다. 미생물 계수는 연속 희석 후 플레이트 계수를 이용하여 일반적 방식으로 수행한다. 각각의 배양물을 희석하고 3회 접종하여 값을 평균낸다. 배양물이 적절한 미생물 밀도(cfu/mL)에 도달하면, 두 96웰 플레이트를 전술한 바와 같이 빠르게 로딩하고, 두 매칭되는 플레이트 측정기를 이용하여 플레이트 측정을 시작한다.
성장 결과를 도 1-4에 나타내며, 이것은 다양한 완충제 농도에서, 본 발명의 범위 내 및 범위 밖인 상기 확인된 완충제를 함유하는 성장 배지 중 네 상이한 미생물 종의 비교 성장을 나타내는 도식들이다.
상기 유형의 생물학적 비교 연구의 해석에는 주의를 기울여야 한다. 이 경우, 동일한 pH에서 상이한 pKa 값을 갖는 상이한 완충제의 비교는 일부 완충제는 주로 염기성 형태이며(MES, DEAGA), 일부는 주로 산성 형태이고(TAPS, DEGA), 일부는 그 사이임을 의미한다. 또한 일부 완충제는 양이온성이고, 일부는 음이온성이며, 일부는 중성이고, 일부는 중성-쯔비터이온성이다. 그러나 각각의 해당 완충제에 대해 pH=pKa인 각각의 다양한 pH 값에서 동일한 유기체의 성장을 비교하면 더 심각한 상황이 일어날 것이다.
상기 주의사항을 유념하여, 미생물 성장 결과들에 대한 일부 유용한 일반화를 수행할 수 있다.
(a) 임의의 상기 세 성장 배지 중 임의의 8가지 완충제(5개는 양이온성)에 대한 급성 독성은 나타나지 않는다.
(b) 5가지 양이온성 완충제는 전체 세 성장 배지와 완전 상용성이고 멸균화 전후에 모두 침전, 색상 변화 또는 냄새 형성의 증거가 없다.
(c) 양이온성 완충제는 표준 고압멸균 조건 및 멸균 여과 방법에 대해 내성이 있다.
(d) 평가된 세 표준 완충제 가운데, 더 높은 농도에서의 성장 억제는 항상 TRIS>MES>TAPS의 순서이며, TAPS가 평가한 전체 8가지 완충제 가운데에서 항상 최고이다.
(e) 에스체리키아는 독특하다; 약간의 차이가 존재하지만, 일반적으로 모든 농도의 모든 완충제에 의한 성장 억제가 거의 없다.
(f) 대조적으로 사카로마이세스는 높은 농도의 모든 완충제에 대해 가장 민감하다.
(g) 모든 네 유기체는 5가지 양이온성 완충제가 전체적으로 서로 유사하며, TRIS에 비해 우수하고(1+/0) MES와 거의 동등하며(0/1-) TAPS만큼 우수하지는 않다(0/1-)는 것을 보여준다.
(h) 모든 5가지 양이온성 완충제는 100mM 이하 농도에서 모든 유기체에 대해 유의미한 성장 억제를 나타내지 않는다.
(i) 슈도모나스는 양이온성 완충제 사이에 큰 차이를 나타낸다: DEAGA 및 MEAGA는 DIMEGA 및 DEGA보다 확실히 더 우수하며, MOGA는 이들 사이이고, 모든 5가지 양이온성 완충제는 TRIS 보다 우수하다.
(j) 유사한 pKa 값을 갖는 완충제의 비교는 새로운 경향성을 나타내지 않으며, 상기에서 이미 주지된 경향성을 강조할 뿐이다: DEAGA(6.1) 및 MES(6.1)는 거의 동일한 거동을 갖고, DIMEGA(7.9)는 TRIS(8.1) 보다 우수하고, TAPS(8.4)는 DEGA(8.5) 보다 우수하다.
예 15:
pH
-
완충제에
대한
pKa
값의 정밀 측정
이들 연구에서는 고순도 분석 품질 시약을 사용한다: 칼륨 클로라이드, 칼륨 히드록시드, 일차 표준 칼륨산 프탈레이트(KAP, Baker), 18meg-옴 탈이온화 이차 증류수(CO2 없음). 히드로클로라이드 또는 히드로브로마이드 염으로서의 완충제를 약간 과량의 기체성 염화수소 또는 브롬화수소를 함유한 유기 용매로부터 HPLC로 측정되는 순도가 99.5% 이상이 될 때까지 주의깊게 재결정화한다. 이들을 50℃에서 진공 오븐 중에 18-24시간 동안 건조하고 P2O5에 걸쳐 유리 건조기 내에 보관한다. 유일한 잔여 불순물은 비활성 물/용매 및 미량의 잔여 HCl 또는 HBr이다. 대부분의 완충제는 대기 분위기에서 안정하다; 소수는 다소 흡습성이다. 완충제 화합물의 측량 동안, 대기 수분의 흡수를 방지하거나 최소화하기 위해 주의를 기울인다. 10mM 완충제 및 80mM KCl을 함유하는 용액를 탈기 탈이온수 및 표준화 용량측정 플라스크들을 이용하여 주의깊게 제조한다. 6개의 독립적 pH 적정을 KAP에 대해 주의깊게 표준화한 100mM 카보네이트가 없는 KOH를 이용하여 각각의 완충제 화합물에 대해 수행한다. 적정들은 75mL 자켓 보유 유리 적정 셀, 모델 DG-115-SC 조합 pH 전극(Ag/AgCl 참조) 및 정밀 10mL 자동 뷰렛이 장착된 Mettler-Toledo(Columbus, OH) 모델 T50 자동 적정기를 이용하여 수행한다. 적정기를 조절하고, 데이터를 LabX 적정 소프트웨어 버전 2.5로 수집한다. 적정 셀은 10.00±0.05℃, 25.00±0.05℃ 또는 40.00±0.05℃에서 항온 조절한다. NIST 추적형 수은 온도계를 이용하여 온도들을 측정한다. 적정들은 종말점이 뷰렛의 5mL 전달점과 가깝도록 조정한다. 증분 적정들은 100㎕의 증분 용량으로 연속 교반하며 수행한다; 시스템은 측정을 기록하기 전에 각각의 증분 첨가(10-30초) 후 침강시킨다. 온도 범위 10-40℃에서 2, 4, 7, 10, 12의 정확히 공지된 값을 갖는 정확한 NIST 추적형 완충제들(±0.001 pH 단위)을 사용한다(Oakton Instruments, Vemon Hills, IL). 전극을 pH=2, 4, 10 및 12에서 교정한다. pH=7 완충제를 독립적으로 측정한다. pH=7 측정이 ±0.002 pH 단위까지 정확한 경우 적정을 수행한다; 그렇지 않은 경우 교정을 반복한다. pH 교정은 각각의 적정 실험 전에 수행한다. pKa 값들 3.5 미만 또는 10.5 초과인 완충제들에 대해서는 농도들(완충제, KOH, KCl)을 5배 또는 10배 증가시켰다. 이러한 조건들 하에, 1 또는 2회 적정들만 수행되었으며, pKa 값은 ±0.2 logK 단위로 추정되었다. 실험적 적정 데이터를 Martell 및 Motekaitis의 PKAS 소프트웨어 패키지(Martell, A. E.; Motekaitis, R. J., Determination and Use of Stability Constans, 2nd ed., VCH publishers, New York, 1992; ISBN 1-56081-5116-7)를 이용하여 분석한다. Fortran 77에 대한 오픈 소스 g77 Fortran 컴파일러(www.neng.usu/cee/faculty/gurro/Glasses/Classes_Fall2002/Fortran77/Fortran77Course.html에서 다운로드받음)를 이용하여 데스크톱 PC 컴퓨터 상에서 PKAS 소프트웨어를 실행한다. 각 실행 데이터를 적정기 소프트웨어에서 포맷된 Excel 스프레드시트로 옮긴(자른/붙인) 뒤 PKAS를 위한 데이터 입력 파일 내로 적절히 포맷된 형태로 옮긴다(자른다/붙인다). 매 적정에 있어서, 완충제의 농도뿐만 아니라 잔여 강산의 양이 정련된다. pKa 범위 3.5-10.5에서, pKa 정련에 사용되는 데이터 포인트들은 이들이 이용가능한 경우 0.1-1.2 동등 범위로 제한된다. 선택된 화합물에 대해, 정확하고 완전 정련된 pKa 결과들을 신뢰도 한계들과 함께 아래에 나타낸다.
[표 2]
예 16:
pH
완충제에
대한
pK
a
값들의 근사 측정
본 방법은 비반응성 불순물이 >5%(HPLC)인 경우, 반응성 불순물이 >1%(HPLC)인 경우, 이용 가능한 완충제가 불충분한 경우 또는 뚜렷하게 불량한 곡선 적합성이 방법에서 관찰되는 경우 사용된다. 실험 방법은 상기 방법과 거의 동일하지만 실험적 용량-pH 데이터가 상이하게 가공된다. 통상 1 또는 2회 적정들만이 수행된다. pKa는 절반-동등점에서 적정 곡선의 pH와 동일한 것으로 추정된다. 추정 pKa 값은 불순물의 성질 및 양에 따라 ±0.1만큼 우수할 수도 ±0.5만큼 불량할 수도 있다.
예 17.
완충제
순도의
HPLC
분석.
방법 17a - 약한 혼합 모드 -양이온 교환- 역상 : Dionex/ESA Biosciences(Chelmsford, MA) Corona Plus CAD 검출기 및 5㎛, 100Å, 4.6x150mm PrimeSep 200 혼합 모드 크로마토그래피 컬럼(SIELC Technologies, Prospect Heights, IL)을 갖는 Waters 996 PDA 검출기가 일렬로 장착된 Waters Corp.(Milford, MA) 구배 HPLC를 이용하여 순도 분석들을 수행하였다. 양이온성 완충제들 및 대부분의 이들의 불순물은 UV 흡광도를 거의 갖지 않아 CAD 검출기가 필요하다; 그러나 브로마이드 음이온 및 일부 완충제 불순물은 UV를 흡수한다.
표본 주사: A 완충제 중 5mg/mL 표본 용액 5㎕
유속: 1.0mL/분
A 완충제: 95% H2O + 0.2%(v/v) 트리플루오로아세트산을 함유한 5% CH3CN(v/v)
B 완충제: 25% H2O + 0.2%(v/v) 트리플루오로아세트산을 함유한 75% CH3CN(v/v)
구배 방법: 100% A 0-1분
100%A에서 50% A/50% B 1-21분
50% A/50% B 21-26분
50% A/50% B에서 100% B 26-27분
100% B 27-30분
방법 17b - 강한 혼합 모드 -양이온 교환- 역상 : Dionex/ESA Biosciences(Chelmsford, MA) Corona Plus CAD 검출기 및 5㎛, 100Å, 4.6x150mm PrimeSep A 혼합 모드 크로마토그래피 컬럼(SIELC Technologies, Prospect Heights, IL)을 갖는 Waters 996 PDA 검출기가 일렬로 장착된 Waters Corp.(Milford, MA) 구배 HPLC를 이용하여 순도 분석들을 수행하였다.
표본 주사: A 완충제 중 5mg/mL 표본 용액 5㎕
유속: 1.0mL/분
A 완충제: 100% H2O + 0.2%(v/v) 트리플루오로아세트산을 함유한 0% CH3CN(v/v)
B 완충제: 25% H2O + 0.2%(v/v) 트리플루오로아세트산을 함유한 75% CH3CN(v/v)
구배 방법: 100% A 0-1분
100%A에서 100% B 1-21분
100% B 21-26분
방법 17c- HILIC : Dionex/ESA Biosciences(Chelmsford, MA) Corona Plus CAD 검출기 및 5㎛, 100Å, 4.6x250mm Obelisc N 크로마토그래피 컬럼(SIELC Technologies, Prospect Heights, IL)을 갖는 Waters 996 PDA 검출기가 일렬로 장착된 Waters Corp.(Milford, MA) 구배 HPLC를 이용하여 순도 분석을 수행하였다.
표본 주사: A 완충제 중 5mg/mL 표본 용액 5㎕
유속: 1.0mL/분
A 완충제: 25% H2O + 0.1%(v/v) 트리플루오로아세트산을 함유한 75% CH3CN(v/v)
B 완충제: 70% H2O + 0.1%(v/v) 트리플루오로아세트산을 함유한 30% CH3CN(v/v)
구배 방법: 100% A 0-10분
100%A에서 100% B 10-20분
100% B 20-25분
본 발명의 다양한 실시예에 따른 예시적 완충 화합물의 구조들 및 이름들을 다음 페이지들에 나타낸다. 모든 완충제 화합물은 이름으로 식별되며, 일부는 화합물 번호 및 동의어로 식별되고, 동의어는 완충제 분야에서의 일반 관례에 따라 생성되었다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 예시적 반응들 및 화합물을 아래 표 1에 나타낸다. 표 1에서의 화합물 번호들은 화합물의 구조들 및 이름들을 나타내는 선행 페이지들에서의 화합물 번호들에 해당한다. 방법 번호들은 동일한 번호를 갖는 예에 해당한다.
[표 1]
a) 수소화 반응 동안 산 첨가 없음(탈벤질화)
b) 포스포네이트 에스테르의 산 가수분해
c) 부분입체이성질체의 혼합물
gmac = N-(글리시딜)트리메틸암모늄 클로라이드 [3033-77-0]
bptab = N-(3-브로모프로필)트리메틸암모늄 브로마이드 [3779-42-8]
tmcfc = N,N,N',N'-테트라메틸클로로포름아미디늄 클로라이드 [13829-06-6]
cdmic = 2-클로로-1,3-디메틸이미다졸리늄 클로라이드 [37091-73-9]
fo + fa = 포름알데히드 [50-00-0] 및 포름산 [64-18-6]
CH3Cl = 메틸 클로라이드 [74-87-3]
CH3Br = 메틸 브로마이드 [74-83-9]
C2H5Br = 에틸 브로마이드 [74-96-4]
ps = 1,3-프로판설톤 [1120-71-4]
bs = 1,4-부탄설톤 [1633-83-6]
bes = 2-브로모에탄설폰산, 나트륨염 [4263-52-9]
chps = 3-클로로-2-히드록시프로판설폰산, 나트륨염 [143218-48-8]
bp = 3-브로모프로판산 [590-92-1]
debpp = 디에틸 3-브로모프로판포스포네이트 [1186-10-3]
debbp = 디에틸-4-브로모부탄포스포네이트 [2004-10-25]
brc = N-(3-클로로-2-히드록시프로필)벤질디메틸암모늄 클로라이드 ("벤질 시약들") [67304-25-0]
bpbdab = N-(3-브로모프로필)벤질디메틸암모늄 브로마이드 [113222-03-6]
HCl = 염화수소산 [7647-01-0]
본원에 개시되고 청구되는 모든 조성물과 방법은, 본 개시의 견지에서 불필요한 실험 없이 당분야 숙련자에 의해 그리고 이들의 지식에 근거하여 수행되고 실행될 수 있다. 본 발명의 조성물과 방법은 특정한 바람직한 실시예의 견지에서 기재되지만, 당업자에게는 본 발명의 개념, 요지 및 범위에서 벗어나지 않고 본원에 기재된 조성물 및/또는 방법 및 방법의 단계 또는 단계의 순서에 변형이 적용될 수 있음이 자명할 것이다. 보다 구체적으로, 화학적 또는 생리학적으로 관련된 특정 제제는 본원에 기재된 제제들을 대체할 수 있으면서 동일하거나 유사한 결과가 달성될 수 있음이 자명할 것이다. 당분야 숙련자에게 자명한 이러한 모든 유사 대안과 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 요지, 범위 및 개념 내인 것으로 간주된다.
Claims (11)
- 하기 일반식을 갖는 적어도 하나의 양성자화 또는 비-양성자화 아민-4차 암모늄 화합물의 유효 완충량을 조성물에 첨가하는 단계를 포함하는, 화학적 또는 생물학적 조성물을 완충하는 방법에 있어서,
(CI)d
상기 식에서,
n은 0-4 범위의 정수 값을 갖고,
k는 비-양성자화 화합물에 대해서는 0이고 k는 양성자화 화합물에 대해서는 1이며,
각각의 G1, G3 및 G5는 -H, -CH3, -C2H5로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이거나 또는 고리형 화학적 부분의 성분이고,
각각의 G2 및 G4는 -H, -CH3, -CH2OH, -C2H5, -CO2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2 -, -SO3 -, -PO3H- 및 -PO3 2-로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이거나 또는 고리형 화학적 부분의 성분이고,
각각의 G6은 -H, -CH3, -CH2OH, -C2H5, -OH, -OCH3, -CO2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2 -, -SO3 -, -PO3H- 및 -PO3 2-로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이거나 또는 고리형 화학적 부분의 성분이고,
각각의 R1, R2, R3, R4 및 R5는 -CH3, -C2H5, -CH(CH3)2, -시클로헥실, -C2H4OH, -C2H4OCH3, -(CH2)2-3NHC(O)CH3, -(CH2)2-3N(CH3)C(O)CH3, -(CH2)1-3C(O)NH2, -(CH2)1-3C(O)NHCH3, -(CH2)1-3C(O)N(CH3)2, -CH2(CG5G6)mSO3 -, -CH2(CG5G6)mCO2 -, -CH2(CG5G6)mCO2H, -CH2(CG5G6)mPO3 2-, -CH2(CG5G6)mPO3H-, -CH2(CG5G6)mPO3H2로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이거나(m은 0, 1, 2 또는 3임), 또는 고리형 화학적 부분의 성분이거나, 또는 R5는 화학적 부분 -[CG7G8-(CG7G9)r-CG7G8-HjNR6R7]j+이고, 여기서, 각각의 G7은 -H, -CH3, -C2H5로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이고, 각각의 G8은 -H, -CH3, -CH2OH, -C2H5, -CO2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2 -, -SO3 -, -PO3H-, 및 -PO3 2-로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이고, G9는 -H, -CH3, -CH2, -OH, -C2H5, -OH, -OCH3, -CO2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2 -, -SO3 -, -PO3H-, 및 -PO3 2-로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이고, r은 0-4 범위의 정수값을 갖고, j는 0 또는 1이고, 각각의 R6 및 R7은 -CH3, -C2H5, -CH(CH3)2, -시클로헥실, -C2H4OH, -C2H4OCH3, -(CH2)2-3NHC(O)CH3, -(CH2)2-3N(CH3)C(O)CH3, -(CH2)1-3C(O)NH2, -(CH2)1-3C(O)NHCH3, -(CH2)1-3C(O)N(CH3)2, -CH2(CG5G6)mSO3 -, -CH2(CG5G6)mCO2 -, -CH2(CG5G6)mCO2H, -CH2(CG5G6)mPO3 2-, -CH2(CG5G6)mPO3H-, -CH2(CG5G6)mPO3H2로부터 독립적으로 선택된 화학적 부분이고, m은 0, 1, 2 또는 3이며;
각각의 G1, G2, G3, G4, G5, G6, R1, R2, R3, R4 및 R5 이 고리형 화학적 부분의 성분이라면, 상기 고리형 화학적 부분은 (b), (c), (d), (e), (f), 및 (g)로부터 선택된 하나 이상이고:
(a) 한 쌍 이상의 R1 및 R2, R3 및 R4, R3 및 R5, 또는 R4 및 R5는 그 쌍이 개별적으로 그리고 독립적으로 -CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH(OH)CH(OH)CH2-, -CH2CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH2OCH2CH2-, -CH2CH2CH(OH)CH2CH2-, -CH2CH2N(C(O)G1)CH2CH2-, -CH2C(O)N(G1)CH2CH2-, -CH2CH(OH)CH(OH)CH2-, =C(NG1 2)2,이도록 하나의 화학적 부분을 형성함;
(b) 한 쌍 이상의 R1 및 R3, R1 및 R4, R1 및 R5, R2 및 R3, R2 및 R4 또는 R2 및 R5는 그 쌍이 개별적으로 그리고 독립적으로 -(CG1G2)g-(n은 0 또는 1이고 g는 2 또는 3임)이도록 하나의 화학적 부분을 형성함;
(c) 한 쌍 이상의 G1 및 G3, G2 및 G4, G1 및 G4 또는 G2 및 G3은 그 쌍이 개별적으로 그리고 독립적으로 -(CG1G6)q-(q는 0-4의 정수 값을 갖고, q 및 n의 합은 3-4의 정수 값을 가지고, q=0인 경우 -(CG1G6)q-는 그 쌍이 화학식으로 부착되는 탄소 원자 간의 단일 탄소-탄소 결합이다)이도록 하나의 화학적 부분을 형성함;
(d) 한 쌍 이상의 G1 및 G2, G3 및 G4, 또는 G5 및 G6은 그 쌍이 개별적으로 그리고 독립적으로 -(CG1G6)w-(w는 4-5의 정수 값을 가짐)이도록 하나의 화학적 부분을 형성함;
(e) 한 쌍 이상의 R1 및 G3, R1 및 G4, R2 및 G3, R2 및 G4, R3 및 G1, R3 및 G2, R4 및 G1, R4 및 G2, R5 및 G1, 또는 R5 및 G2는 그 쌍이 개별적으로 그리고 독립적으로 -(CG1G2)s-(s는 1-3의 정수 값을 갖고, n은 0-2의 정수 값을 갖고, s 및 n의 합은 2-3의 정수 값을 가짐)이도록 하나의 화학적 부분을 형성함;
(f) 한 쌍 이상의 R1 및 G5, R1 및 G6, R2 및 G5, R2 및 G6, R3 및 G5, R3 및 G6, R4 및 G5, R4 및 G6, R5 및 G5, 또는 R5 및 G6은 그 쌍이 개별적으로 그리고 독립적으로 -(CG1G2)v-(v는 0-3의 정수 값을 갖고, n은 1-4의 정수 값을 갖고, v 및 n의 합은 3-4의 정수 값을 가지고, v=0인 경우 -(CG1G2)0-은 그 쌍이 화학식으로 부착되는 탄소 원자 간의 단일 탄소-탄소 결합이다)이도록 하나의 화학적 부분을 형성함;
(g) 한 쌍 이상의 R1 및 G1, R1 및 G2, R2 및 G1, R2 및 G2, R3 및 G3, R3 및 G4, R4 및 G3, R4 및 G4, R5 및 G3, 또는 R5 및 G4는 그 쌍이 개별적으로 그리고 독립적으로 -(CG1G2)u-(u는 3-4의 정수 값을 가짐)이도록 하나의 화학적 부분을 형성함;
CI는 전기적 중성을 유지하기 위해 필요한 비간섭 짝이온 또는 비간섭 짝이온의 혼합물이며, 아민-4차 암모늄 화합물 상의 전하는 양 (j+k-z+1)의 값과 같고(여기서 z는 존재하는 R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, G2, G4, G6 G8 또는 G9 내에 함유된 각각의 -CO2 -, -SO3 -, -PO3H-, 및 -PO3 2- 부분 상의 모든 음의 전하의 수치 합의 절대값과 같음),
d는 1가 짝이온에 대해서는 |j+k-z+1|과 같고, 2가 짝이온에 대해서는 |j+k-z+1|/2와 같고, 3가 짝이온에 대해서는 |j+k-z+1|/3과 같고, 4가 짝이온에 대해서는 |j+k-z+1|/4와 같고, (z-j-k+1)의 부호는 (j+z-k+1)이 0이고 d가 0이며 개별 짝이온이 존재하지 않는 경우를 제외하고 짝이온 상의 전하를 반영하는, 조성물 완충 방법. - 제 1항에 있어서, CI는 Cl-, Br-, I-, OH-, F-, OCH3 -, HCO2 -, CH3CO2, CF3CO2, NO3, ClO4, BF4, PF6, HSO4, HCO3, H2PO4, CH3OCO2, CH3OSO3 -, CH3SO3 -, CF3SO3 -, H2PO3 -, CH3PO3H-, HPO3 2 -, CH3PO3 2 -, CO3 2 -, SO4 2 -, HPO4 2 - 및 PO4 3 -에서 선택된 비-간섭 음이온 또는 비-간섭 음이온의 혼합물인, 조성물 완충 방법.
- 제 1항에 있어서, CI는 Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, NH4 +, Ag+, Ti+, Mg2 +, Ca2 +, Sr2+, Ba2 +, VO2 +, Mn2 +, Fe2 +, Co2 +, Ni2 +, Cu2 +, Zn2 +, Cd2 +, Hg2 +, Eu2 +, UO2 2 +, Pb2 +, Al3+, Ga3 +, Y3 +, BiO3 +, La3 +, Ce3 +, Pr3 +, Nd3 +, Sm3 +, Eu3 +, Gd3 +, Tb3 +, Dy3 +, Ho3 +, Er3+, Tm3 +, Yb3 +, Lu3 + 및 Th4 +에서 선택된 비-간섭 양이온 또는 비-간섭 양이온의 혼합물인, 조성물 완충 방법.
- 제 1항에 있어서, CI는 양성자화 일차 알킬 또는 히드록시알킬 아민, 양성자화 이차 알킬 또는 히드록시알킬 아민, 양성자화 3차 알킬 또는 히드록시알킬 아민, 2양성자화 알킬, 알킬렌, 히드록시알킬 또는 히드록시알킬렌 디아민, 4차 알킬 또는 히드록시알킬 암모늄 화합물, 알킬 또는 히드록시알킬 설포늄 화합물, 알킬 또는 히드록시알킬 설폭소늄 화합물, 4차 알킬 또는 히드록시알킬 포스포늄 화합물 및 디-4차 알킬, 알킬렌, 히드록시알킬 또는 히드록시알킬렌 암모늄 화합물에서 선택된 비-간섭 양이온 또는 비-간섭 양이온의 혼합물이며, 여기서 상기 알킬, 알킬렌, 히드록시알킬 및 히드록시알킬렌 기는 1 내지 3 탄소 원자를 함유하고, 여기서 양이온 또는 양이온의 혼합물은 제 1항에서 한정되는 화합물 이외의 양이온 또는 양이온의 혼합물인, 조성물 완충 방법.
- 제 1항에 있어서, CI는 비-간섭 완충 음이온, 비-간섭 완충 음이온의 혼합물, 비-간섭 완충 양이온 또는 비-간섭 완충 양이온의 혼합물이며, pKa 값(들)은 2-12의 범위이고, 여기서 CI는 제 1항에서 한정되는 아민-4차 암모늄 완충 화합물 이외의 CI 인, 조성물 완충 방법.
- 제 1항에 있어서, CI는 비-간섭 완충 음이온, 비-간섭 완충 음이온의 혼합물, 비-간섭 완충 양이온 또는 비-간섭 완충 양이온의 혼합물이며, pKa 값(들)은 1-13의 범위이고, 여기서 CI는 제 1항에서 정의된 바와 같은 아민-4차 암모늄 완충 화합물이며 화합물 상에 전기적 중성을 부여하는 전하를 갖는, 조성물 완충 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 화합물은 (a)에서 정의된 바와 같은 고리형 부분을 포함하고, 상기 고리형 부분은 하기 구조 중 하나를 가지며,
상기 식에서, 화합물의 G1 및 다른 성분은 제 1항에서 정의된 바와 같은, 조성물 완충 방법. - 제 1항에 있어서, 상기 화합물이 (a)에서 정의된 바와 같은 고리형 부분을 포함하고, 상기 고리형 부분은 하기 구조 중 하나를 가지며,
상기 식에서, 화합물의 G1 및 다른 성분은 제 1항에서 정의된 바와 같은, 조성물 완충 방법. - 제 1항에 있어서, 상기 화합물은 (b)에서 정의된 바와 같은 고리형 부분을 포함하고, 상기 화합물은 하기 구조 중 하나를 가지며,
상기 식에서, 각각의 G1, G1, G2, G3, G4, G5, R2, R4 및 R5는 독립적으로 제 1항에서 정의된 바와 같은, 조성물 완충 방법. - 제 1항에 있어서, 상기 화합물은 (c)에서 정의된 바와 같은 고리형 부분을 포함하고, 상기 화합물은 하기 구조 중 하나를 가지며,
상기 식에서, 각각의 G1, G1, G2, G3, G4, G5, G6, R1, R2, R3, R4 및 R5는 독립적으로 제 1항에서 정의된 바와 같은, 조성물 완충 방법. - 제 1항에 있어서, 상기 화합물은 (e)에서 정의된 바와 같은 고리형 부분을 포함하고, 상기 화합물은 하기 구조 중 하나를 가지며,
상기 식에서, 각각의 G1, G1, G2, G3, G4, G5, G6, R1, R2, R3, R4 및 R5는 독립적으로 제 1항에서 정의된 바와 같은, 조성물 완충 방법.
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