KR101683700B1 - 활성산소종의 탐지 기능을 갖는 화학 센서 화합물 및 이를 포함한 활성 산소종 탐지용 - Google Patents

활성산소종의 탐지 기능을 갖는 화학 센서 화합물 및 이를 포함한 활성 산소종 탐지용 Download PDF

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Abstract

본 발명은 활성산소종의 탐지 기능을 갖는 화학 센서 화합물 및 이를 포함한 활성산소종 탐지용 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 다이파이라졸로피리딘 기반 형광 베이스에 물질 탐측을 위한 셀레늄 원소 혹은 텔루륨 원소와 아릴기를 포함한 화합물을 반응시켜, 활성산소종과 결합시 형광특성을 나타내고, 매우 낮은 농도에서도 검출이 가능한 효과를 갖는, 활성산소종을 선택적으로 탐지하는 형광분자인 다이파이라졸로피리딘 유도체 및 이를 포함한 활성산소종 탐지용 조성물이 제공된다.

Description

활성산소종의 탐지 기능을 갖는 화학 센서 화합물 및 이를 포함한 활성 산소종 탐지용 {Chemical sensor compound for the detection of reactive oxygen species and composition for the detection of reactive oxygen comprising the same}
본 발명은 선택적으로 활성산소종을 화학적으로 탐지하는 산소와 같은 16족원소를 포함한 다이파이라졸로피리딘 (Dipyrazolopyridine) 기반의 형광물질인 화학 센서 화합물 및 및 이를 포함한 활성산소종 탐지용 조성물에 관한 것이다.
활성산소종(Reactive oxygen species, ROS)은 산소를 호흡하는 생명체에 있어서 필수 불가결한 물질이다. 활성산소종는 우리 몸안에서 다양한 역할을 수행한다. 그 예로는 세포자멸사, 유전발현, 세포 내 신호 캐스캐이드(Cascades) 등이 있다. 하지만 이러한 활성산소종이 필요 이상의 농도로 우리 몸안에 존재하게 될 경우 몸속의 지방, 단백질, DNA 등에 피해를 입히게 된다. 이러한 피해를 통해 세포가 변형 되거나 죽음에 이르게 될 경우 다양한 질병의 원인이 될 수 있다. 그 예로는 암, 뇌퇴행성질환, 심장질환 등이 있다. 다양한 활성산소종 중 차아염소산(hypochlorous acid)은 골수세포형과산화효소 (Myeloperoxidase) 작용을 통해 과산화수소와 염소이온의 반응을 통해 만들어진다. 차아염소산은 무기물질로서는 면역체계에 가장 많이 사용되는 물질이며, 크게는 세포 소기관 보호부터 항 박테리아 역할까지 수행한다. 하지만, 차아염소산 또한 다른 활성산소종과 마찬가지로 과 발현 되었을 경우 특히 타이올 (thiol), 질소 기반 물질, 불포화된 탄소결합 등에 반응하여 신체 조직에 막대한 피해를 줄 수가 있다.
파이라졸(Pyrazole) 유도체를 이용한 화합물은 특히 제약에서 항균제, 항암제, ACE 저해팹티드 (ACE inhibitory), 항염제 등에 다방면으로 사용되어 왔다. 파이라졸로피리딘(Pyrazolopyridine)의 경우에도 박테리아, 미생물, 리슈마니어(leishmania)로 부터의 피해를 줄여주는 역할 하는 것으로 알려져 있다.
한편, 셀레늄(Selenium)은 생체에서 소량만 존재하지만 중요한 역할을 하는 원소로 알려져있다. 셀레늄을 포함한 물질들은 주로 홀전자(radical)를 가지는 물질의 항산화물질로 사용된다. 이에 셀레노 단백질 (selenoproteins)이 항산화작용을 한다는 것 또한 여러 논문에서 발표된 바가 있다. 또한, 셀레늄을 포함한 물질은 암, 심장질환이나 뇌퇴행성 질환과 연관이 있는 것으로 알려져 셀레늄의 특징을 이용하여 이러한 중요 질병들에 대해 연구하는 것은 최근들어 연구자들에게 있어서 큰 과제이다.
본 발명자들은 생체내에서 활성산소종(Reactive oxygen species, ROS)을 탐지 할 수 있는 새로운 센서 화합물을 개발하고 연구하기 위해 노력해왔다. 그 결과, 다이파이라졸로피리딘(Dipyrazolopyridine)과 이중셀레늄 또는 이중텔루륨 함유 화합물을 이용하여 활성산소종를 탐지할 수 있는 센서를 합성하는데 성공하였다. 상기 합성한 화합물은 낮은 농도의 활성산소종과 반응하여 형광을 방출할 수 있음을 실험적으로 확인하고 또한, 살아있는 세포 내에서도 이와 같은 형광이 방출됨을 확인함으로써 본 발명을 완성 하였다.
이에, 본 발명의 목적은 매우 낮은 농도에 대해서도 발색 및 형광 특성을 나타내어 활성산소종을 선택적으로 탐지할 수 있는 다이파이라졸로피리딘 유도체인 화학 센서 화합물 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 다이파이라졸로피리딘 화합물을 포함하는 활성산소종 탐지용 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 설명된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 화학 센서 화합물 을 제공한다.
Figure 112015087547618-pat00001
(상기 화학식 1의 식에서,
E는 Se 또는 Te이고,
R1, R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 20 의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, 이들은 각각 헤테로 원자 또는 할로겐 원자로 치환될 수 있으며,
R6, R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 20 의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, 이들은 각각 헤테로 원자 또는 할로겐 원자로 치환될 수 있으며,
n1은 1이상의 정수이며,
n2, n3 및 n4는 각각 0 또는 1의 양전하를 나타내며,
단, n2, n3 및 n4는 각각 0일 때 상기 R5, R6, 및 R7의 치환기는 존재하지 않는다.)
상기 화학식 1에서 n1은 1 내지 100의 정수일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 알킬기이고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 30의 아릴기이며, n1은 1이고, n2, n3 및 n4는 각각 독립적으로 0인 것이 바람직할 수 있다.
또한 본 발명의 화학 센서 화합물은 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 단량체, 이중체 혹은 중합체를 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 화학 센서 화합물은 활성산소종을 선택적으로 탐지하는데 사용될 수 있으며, 상기 활성산소종은 차아염소산 이온인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 화학 센서 화합물을 유효 성분으로 포함하는 활성산소종 탐지용 조성물을 제공한다.
본 발명은 활성산소종과 반응할 경우, 형광 혹은 발색하는 방법을 통하여, 높은 민감도와 선택성을 가지며, 용액상에서 혹은 세포 등의 생체 내에서 선택적으로 차아염소산 이온(hypochlorite)의 검출이 가능한 화학 센서 화합물과 이를 포함한 활성산소종 탐지용 조성물을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 실시예 1의 화합물의 활성산소종에 대한 선택적인 발광 특성을 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1의 화합물과 차아염소산 이온의 농도에 따른 형광 특성을 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1의 화합물과 유방암 세포내의 치아염소산 이온이 반응할 때 나타나는 형광을 공초점 현미경을 통해 이미지화 한 것이다.
도 4는 일정한 산도하에서 실시예 1의 화합물의 활성산소종에 대한 선택적인 형광 특성을 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 1의 화합물의 활성산소종 처리된 이후에 차아염소산 이온을 처리했을 때의 형광 특성을 나타낸 것이다.
도 6는 실시예 1의 화합물과 차아염소산 이온이 반응한 15일 이후 나타나는 형광 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.
이하에서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명의 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다. 또한 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복적인 설명은 생략하기로 한다.
또한, 이하에서 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 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.
부가하여, 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
먼저, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 화학 센서 화합물이 제공된다.
[화학식 1]
Figure 112015087547618-pat00002
(상기 화학식 1의 식에서,
E는 Se 또는 Te이고,
R1, R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 20 의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, 이들은 각각 헤테로 원자 또는 할로겐 원자로 치환될 수 있으며,
R6, R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 20 의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, 이들은 각각 헤테로 원자 또는 할로겐 원자로 치환될 수 있으며,
n1은 1이상의 정수이며,
n2, n3 및 n4는 각각 0 또는 1의 양전하를 나타내며,
단, n2, n3 및 n4는 각각 0일 때 상기 R5, R6, 및 R7의 치환기는 존재하지 않는다.)
본 발명은 활성산소종을 화학적 탐지(probe)하는 형광물질인 화학센서 화합물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 다이파이라졸로피리딘 기반 형광 베이스에 활성산소종 결합을 위한 화합물을 반응시켜 얻어지는 화학 센서 화합물을 제공한다.
보다 바람직하게, 본 발명은 다이파이라졸로피리딘 기반 형광 베이스에 활성산소종과 결합을 위한 셀레늄 원소와 아릴기가 결합하도록 하여 활성산소종과 결합할 때 형광이 나타나는 화학 센서 화합물을 제공한다. 이러한 본 발명의 방법은 체내 외의 활성산소종을 화학적 방법을 탐지하는 기술에 대한 것이다.
형광분자는 외부에서 빛이 가해졌을 경우 분자 특유의 성질로 인하여 특정 파장 영역의 빛을 강하게 발하는 물질이다. 본 발명에서는 다이파이라졸로피리딘(Dipyrazolopyridine) 분자를 기본 형광물질로 사용한다. 다이파이라졸로피리딘은 두 개의 파이라졸분자가 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 등의 미량의 농도에 대해서도 강한 특정 형광을 발하므로 탐지가 용이한 방법이다.
이러한 점에 착안하여, 본 발명은 형광 특성을 나타내는 다이파이라졸로피리딘 화합물을 기반으로 하여 활성산소종을 탐지할 수 있는 선택성을 가지는 형광분자 화합물로서, 상기 화학식 1으로 표시되는 다이파이라졸로피리딘 유도체 화합물 중에서 선택된 화학 센서 화합물을 제공한다.
즉, 본 발명은 파이라졸(pyrazole)을 기반으로 하여 셀레늄 또는 텔루륨을 포함하는 작용기를 가진 화합물을 이용한, 다이파이라졸로피리딘 유도체인 화학 센서 화합물을 제공한다.
본 발명의 화학적 센싱은 셀레륨 원소를 알킬 혹은 아릴 그룹을 연결하여, 전자 주개 및 전자 받개의 이합체에서 민감도가 높은 분자를 설계하는 것이다. 또한, 본 발명은 상기 셀레늄 원소 대신 텔루륨을 이용하여 화학적 센싱을 할 수 있다.
또한 본 발명의 화학식 1 에서 셀레륨 혹은 텔레륨 원소일 경우, 화학 센서 화합물은 화합물 내에 작용기인 산소족 원소가 활성산소종 물질과 반응하여 산화형태의 물질로 변경될 수 있다. 산화된 산소족 원소는 다이파이라졸로피리딘 유도체에 전자주개 역할을 할 수 없게 되어 다이파이라졸로피리딘 유도체는 그 본래의 형광을 띄게 된다. 따라서, 본 발명은 이러한 방법을 이용하여 활성산소종을 탐지할 수 있다.
이러한 본 발명의 화학식 1의 화합물은 상기 n1이 1 이상의 정수이므로, 단량체 (monomer), 이량체 (dimer), 또는 중합체(polymer)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 화학식 1의 구조의 반복단위의 개수에 따라, 화합물의 분자량이 정해질 수 있다.
바람직하게는, 상기 화학식 1에서 n1은 1 내지 100의 정수일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 화학식 1에서 n1은 1 내지 50의 정수, 더 바람직하게 1 내지 30의 정수, 가장 바람직하게 1 내지 10의 정수일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 E의 위치는 다이파이라졸로피리딘을 기준으로 페닐과같은 아릴기가 치환될 경우, E는 올쏘, 메타, 파라 등의 모든 위치에 포함될 수 있다.
그리고, 상기 화학식 1에서, R1 내지 R8에 치환 가능한 헤테로 원자는, 이 분야에 잘 알려진 N, O, S, P 등이 있고, 할로겐 원자는 Cl, Br, I 등이 있다.
또한, 본 발명에서, R5, R6, 및 R7의 치환기가 존재 하지 않을 경우 일 때는 n2, n3 및 n4 는 각각 0 에 해당하고, 이에 해당하는 치환기가 존재 할 때 n2, n3 및 n4 는 1로 양전하를 나타낸다.
본 발명의 상기 화학식 1의 화합물에서, 상기 E는 Se 또는 Te이며, Se인 것이 더 바람직하다.
그리고, 상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 알킬기이고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 30의 아릴기이며, n1은 1이고, n2, n3 및 n4는 각각 독립적으로 0인 것이 바람직할 수 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 화학 센서 화합물은 하기 화학식 1a의 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1a]
Figure 112015087547618-pat00003
이러한 본 발명의 화학 센서 화합물은 밀리몰 혹은 마이크로몰 농도인 미량의 농도에 대해서도 강한 형광신호를 발생하므로, 이를 이용하여 활성산소종의 탐지가 가능한 화합물을 제공할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 화학 센서 화합물은 활성산소종을 선택적으로 탐지하는 기능을 갖는다. 상기 화학 센서 화합물은 특정 활성산소에 선택적으로 반응할 수 있는 작용기를 가지므로, 기존 대비 경제적으로 활성산소종을 탐지하여 병의 진단이나 치료에 도움을 줄 수 있다.
이때, 선택적으로 탐지되는 상기 활성산소종은 차아염소산 이온(hypochlotire)일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 구현예에 따르면, a) 무용매 및 마이크로파를 조사하는 조건 하에 화학식 2의 다이파이라졸 화합물과 화학식 3의 화합물을 반응시키는 단계; 및 b) 무용매 및 마이크로파를 조사하는 조건 하에 상기 a)단계의 반응 결과물을 반응시켜 화학식 1의 화학 센서 화합물을 제조하는 단계;를 포함하는 상술한 화학 센서 화합물의 제조방법이 제공된다.
[화학식 2]
Figure 112015087547618-pat00004
[화학식 3]
CHOR-E-E-RCHO
(상기 화학식 2의 식에서, R'은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 30의 알킬기이고,
상기 화학식 3의 식에서, E는 Se 또는 Te이고, R은 각각 탄소수 6 내지 30의 아릴기이며, 이때 상기 아릴기는 수소 또는 탄소수 1 내지 30의 알킬기로 치환될 수 있다.)
본 발명에서, 상기 화학식 2의 화합물과 화학식 3의 화합물은 1: 2 내지 4의 당량비(또는 몰비)로 반응시키는 것이 바람직하다.
또한 상기 a)단계 및 b)단계는 모두 무용매하에 마이크로파를 일정 시간 조사하여 진행할 수 있다. 즉, 본 발명은 용매를 사용하지 않기 때문에 용매 사용량을 줄일 수 있다. 또한 본 발명은 일정 조건에서 마이크로파를 조사하므로, 활성산소종과 결합시 선택적으로 형광특성을 나타낼 수 있는 화학 센서 화합물을 더 쉽게 제조할 수 있다.
예를 들어, a)단계 및 b)단계는 각각 무용매 및 약 100 내지 1000W의 마이크로파를 약 1분 내지 30분간 조사하는 조건 하에 수행하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 상기 a)단계 및 b)단계는 각각 무용매 및 약 400 내지 600W의 마이크로파를 약 10분 내지 20분간 조사하는 조건 하에 수행하는 것이 바람직하다.
상기 방법에 따라, 본 발명은 기존 대비 선택적으로 활성산소종을 탐지할 수있는 형광분자인 다이파이라졸로피리딘 유도체를 제공할 수 있다. 또한 본 발명은 매우 낮은 농도에서도 활성탄소종의 검출이 가능한 효과를 갖는 다이파이라졸로피리딘 유도체를 제조할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 상술한 화학식 1의 화학 센서 화합물을 유효 성분으로 포함하는 활성산소종을 선택적으로 탐지하기 위한 조성물이 제공된다.
본 발명에서, 상기 조성물은 활성산소종 탐지 센서를 포함하는 의미이다. 그리고, 상기 조성물의 구성은 본 발명의 화학식 1의 화합물만을 포함할 수도 있고, 이 분야에 잘 알려진 다른 첨가제나 비히클이 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에서 상기 탐지용 조성물에 첨가되는 첨가제나 비히클의 종류 및 함량 구성이 제한되지는 않는다. 또한 화학식 1의 화합물이 첨가제와 함께 사용될 경우에도 그 유효량이 제한되지는 않지만, 바람직하게는 전체 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.1 내지 30 중량%로 사용될 수 있다.
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.
<실시예>
실험 일반: 실험에 사용한 모든 시약은 Aldrich, Acros, Junsei 등의 회사에서 구매하였다. 사용된 모든 용매는 분석적으로 사용 되는 용매들을 사용하였다. 컬럼분리방법에 사용된 실리카 젤은 0.040-0.062 mm의 지름을 가진 것을 사용하였다. 1H, 13C, 77Se, COSY, NOESY, HMBC and HSQC NMR Spectroscopy는 Bruker Avance 400 MHz spectrometer를 이용하였고, TMS를 내부 표준(internal standard)으로 사용하였다. 1H NMR과 13C NMR Spectroscopy는 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 (Germany))를 기기운용자의 도움을 받아서 측정하였다.
흡수 및 발광 분광법( Absorbance and Emission spectroscopy ): 흡광도는 JASCO V-503 UV-Vis 분광계 (1000 nm per min)를 사용하였고, 형광분석은 RF-53011 PC 분광계를 사용하였다. 형광의 여기 파장(excitation wavelength)은 최대 흡광도를 갖는 파장을 이용하였다. HRMS 결과는 microTOF-Q??를 사용하였다.
유방암 세포에서의 초산화물 검출법: 화합물의 활성을 세포 내에서의 반응을 확인하기 위해서 살아있는 유방암세포인 MCF-7을 사용하였다. 살아있는 MCF-7 세포에 100 μM을 투여하고 15분간 배양한 이후, 10 μM의 후술하는 화학 센서 화합물을 이에 투여하였다. 또한, 살아있는 MCF-7에 0.1 %의 과산화수소(hydrogen peroxide)를 이용하여 차아염소산을 세포내에서 생성하도록하였다. 10 μM의 화합물을 세포속에 투여하고 30분간 상온에서 배양하였다. 이후, D-PBS 용액으로 3회 세척하였다. 세포 이미징 결과는 공초점 현미경은 Zeiss LSM 780 Laser scanning 제품을 사용하였다.
<실시예 1>
화학식 1a의 화학 센서 화합물의 합성
다음 반응식 1 및 2에 따라, 활성산소종을 선택적으로 탐측 가능한 안정한 형광 화합물인 화학식 1a의 화학 센서 화합물을 합성하였다.
[반응식 1]
Figure 112015087547618-pat00005
비스(오-포밀-페닐)다이셀레나이드 (100 mg, 0.27 mmol), 5-아미노-3-메틸-1-페닐 파이라졸 (5-amino-3-methyl-1-phenyl pyrazole) (187 mg, 1.08 mmol)을 함께 갈아주었다. 이를 플라스크에 담은 후 용매가 없는 조건에서 500 W의 마이크로파를 이용하여 6 분간 반응시켰다. 반응의 진행 정도는 얇은 평면 크로마토그래피를 이용하였다. 이후 얻어진 물질을 실리카젤 컬럼 크로마토그래피에 헥세인과 에틸 아세테이트를 이용하여 순 물질을 분리해내었다 (수율 : 83 mg, 29.6 %).
1H NMR (CDCl3, δ 7.24, 400 MHz): 7.80 (d, 3JH -H = 8.2 Hz, 2 H), 7.48-7.39 (m, 16 H), 7.28 (td, 3JH -H = 5.6 Hz, 4JH -H = 1.2 Hz, 4 H), 7.20 (d, 3JH -H = 4.2 Hz, 4 H), 7.12 (m, 2 H), 5.38 (s, 2 H), 3.51 (s, 8 H (NH2) ), 2.14 (s, 12 H).
13C NMR (CDCl3, δ 76.9, 100 MHz) = 148.3, 143.0, 140.9 , 138.4, 133.1, 132.9, 129.4 128.1, 127.9, 127.5, 127.2, 124.0, 100.6, 36.6, 12.4.
77Se NMR (CDCl3, δ 0.00) = 492. ESI-MS (positive mode, CH3OH - [Compound 3 / 2] calculated 513.1306, obtained 513.1268.)
[반응식 2]
Figure 112015087547618-pat00006
위에 얻어진 합성물 (80 mg, 0.078 mmol)을 플라스크에 담은 후 용매가 없는 조건에서 500 W의 마이크로파를 이용하여 15 분간 반응 시켰다. 반응의 진행 정도는 얇은 평면 크로마토그래피를 이용하였다. 이후 얻어진 물질을 실리카젤 컬럼 크로마토그래피에 헥세인과 에틸 아세테이트를 이용하여 순 물질을 분리해내었다 (수율 : 32 mg, 41.5 %).
1H NMR (CDCl3, δ 7.24, 400 MHz): 8.42 (dd, 3JH -H = 8.7, 4JH -H = 1.0, 8 H), 7.67 (m, 2 H), 7.53 (td, 3JH -H = 7.4 Hz, 4JH -H = 1.2 Hz, 8 H), 7.39 (m, 4 H), 7.29 (m, 6 H), 1.99 (s, 6 H).
13C NMR (100 MHz, δ 76.9, CDCl3) δ 150.5, 144.0, 139.5, 138.4, 134.2, 130.5, 130.3, 129.7, 129.1, 128.9, 127.2, 125.2, 120.2, 113.2, 14.2.
77Se NMR (CDCl3, δ 0.00) = 405. ESI-MS (positive mode, CH3OH - [ BDPP -DSe + Na + ] calculated 1011.1666, obtained 1011.1600. [ BDPP - DSe + H + ] calculated 989.1841, obtained 989.1769.)
<실험예>
1. 형광 특성 실험
실시예 1의 화학식 1a에 대하여, 활성산소종 탐지 실험을 하였다.
즉, 상기 형광특성 시험을 위해, 차아염소산나트륨(NaOCl), KO2, H2O2, tBuOOH, ㆍOH, ㆍOtBu의 ROS 물질을 화학식 1a와 반응시킨 후, 일반적인 방법으로 파장에 따른 발광감도 (emission intensity)와 형광감도 (fluorescence intensity)를 측정하였다.
그리고, 도 1은 실시예 1의 화합물의 활성산소종에 대한 선택적인 발광 특성을 나타낸 것이다.
도 1에서 보면, 화학식 1a는 차아염소산 이온을 반응시켰을 때만 큰 형광의 변화가 있는 것을 관찰할 수 있고, 다른 물질들은 형광의 변화가 없었다.
또한, 도 2는 실시예 1의 화합물과 차아염소산 이온의 농도에 따른 형광 특성을 나타낸 것이다.
도 2에 따르면, NaOCl를 적정하는 동안 형광이 비례적으로 증가되는 것을 확인할 수 있다. 이는 농도에 따라 화학식 1a의 화합물이 반응함을 알 수 있다. 또한, 도 2는 화학식 1a의 농도가 일정할 때 차아염소산 이온의 농도에 따른 형광의 세기를 보여준다. 이러한 결과를 통해 이는 NaOCl농도와 형광의 세기는 일정한 비례 선형을 나타낸다는 것을 명확하게 알 수 있다.
2. 화학식 1a의 화합물의 살아있는 유방암 세포내에서의 차아염소산 이온 검출 시험
실시예 1의 화학식 1a의 화합물에 대해 상술한 방법으로 살아있는 유방암세포 (MCF-7)에 적용하였고, 처리 전후의 결과를 비교하였다.
도 3은 실시예 1의 화합물과 유방암 세포내의 치아염소산 이온이 반응할 때 나타나는 형광을 공초점 현미경을 통해 이미지화 한 것이다. 이 실험을 통해 실시예 1의 화합물은 세포내에 침투할 수 있음을 알 수 있고, 세포내에서 유도된 치아염소산에도 반응할 수 있음을 알 수 있다.
이때, 도 3에서, 기호는 "a : 암세포, b : 화학식 1a의 화합물 + 암세포, c : 차아염소산나트륨이 처리된 암세포 + 화학식 1a의 화합물, d : 과산화수소를 통해 차아염소산 이온이 세포 내부에서 유도된 암세포 + 화학식 1a의 화합물, probe : 자외선, DIC : 가시광선, Merged : probe와 DIC를 합친 그림"을 의미한다.
3. 산도 조건에 따른 형광특성
KO2, H2O2, NaOCl, tBuOOH,ㆍOH,ㆍOtBu 등의 활성산소종을 PBS(pH 7.4)/MeCN (2:8)에서 실시예 1의 화학식 1a의 화합물과 각각 반응시켰다.
도 4는 일정한 산도하에서 실시예 1의 화합물의 활성산소종에 대한 선택적인 형광 특성을 나타낸 것이다.
도 4에서 보면, 화합물 1에서는 생체 내의 산도 (pH 7.4)에서 치아염소산을 반응시켰을 때 형광의 변화가 있는 것을 관찰 할 수 있다. 즉, 실시예 1의 화학식 1a 화합물은 차아염소산 이온에 대한 선택적인 형광 특성이 일정한 산도에서도 잘 나타나는 것을 보여주는 것이다.
4. 활성산소종 처리된 이후의 형광특성
도 5는 실시예 1의 화합물 1의 활성산소종 처리된 이후의 차아염소산 이온에 대한 선택적인 형광 특성을 확인하기 위한 것이다. 이를 비교하기 위해 다른 활성산소종이 처리된 이후에 치아 염소산을 처리 하였을때 형광 특성을 나타낸 것이다. 이때, 실시예 1의 화합물 1에 첨가된 활성산소종은 KO2, H2O2, NaOCl, tBuOOH,ㆍOH, ㆍOtBu가 있다. 도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명은 활성산소종 처리된 이후에도 차아염소산 이온의 형광특성이 우수하였다.
또한, 도 6는 실시예 1의 화합물과 차아염소산 이온이 반응한 15일 이후 나타나는 형광 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 6에서 보면, 실시예 1의 화합물과 차아염소산 이온이 반응한 이후 나타나는 형광 특성이 15일 이후에도 유지되는 것을 나타낸 것이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (7)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 화학 센서 화합물.
    [화학식 1]
    Figure 112015087547618-pat00007

    (상기 화학식 1의 식에서,
    E는 Se 또는 Te이고,
    R1, R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 20 의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, 이들은 각각 헤테로 원자 또는 할로겐 원자로 치환될 수 있으며,
    R6, R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 20 의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, 이들은 각각 헤테로 원자 또는 할로겐 원자로 치환될 수 있으며,
    n1은 1이상의 정수이며,
    n2, n3 및 n4는 각각 0 또는 1의 양전하를 나타내며,
    단, n2, n3 및 n4는 각각 0일 때 상기 R5, R6, 및 R7의 치환기는 존재하지 않는다.)
  2. 제1항에 있어서, 상기 화학식 1에서 n1은 1 내지 100의 정수인 화학 센서 화합물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 화학식 1에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 알킬기이고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 30의 아릴기이며, n1은 1이고, n2, n3 및 n4는 각각 독립적으로 0인 화학 센서 화합물.
  4. 제1항에 있어서, 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 단량체, 이중체 혹은 중합체를 포함하는 화학 센서 화합물.
  5. 제1항에 있어서, 활성산소종을 선택적으로 탐지하는데 사용되는 화학 센서 화합물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 활성산소종은 차아염소산 이온인 것을 특징으로 하는 화학 센서 화합물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 화학 센서 화합물을 유효 성분으로 포함하는 활성산소종 탐지용 조성물.
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KR20150037225A (ko) * 2013-09-30 2015-04-08 한국과학기술원 수은 이온과 활성산소를 동시에 화학적 탐지하는 화학 센서 화합물 및 그 제조방법

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