KR101815791B1 - Bis(naphthalimide-piperazine) derivative, method for preparing the same and method for detecting strong acid using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 강산 검출방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bis (naphthalimide-piperazine) derivative, a process for producing the same, and a strong acid detection method using the same.
pH의 측정은 생물학적 유체, 화학 및 환경 분야에서 매우 중요하다. 예를 들어, 세포 내 pH는 증식, 세포 사멸, 세포 내 이입 및 다른 세포 내 과정에 관여하는 단백질 활동에 중요한 역할을 한다. 비정상적인 pH 값은 세포 기능, 성장 및 분열에 영향을 미치며, 이는 일반적으로 병원성 상태에서 관찰된다. 또한, 일부 산업 공정은 염산(HCl) 및 불산(HF)과 같은 산을 만들어 낸다. 강한 산성 화학 물질은 생태계에 치명적이다. 따라서, 이러한 독성종은 작업 현장에서 엄격하게 규제되어야 하며, 이들의 방출은 모니터링 되어야 한다. 따라서, pH 변화에 대한 효과적이고 신속한 센서의 개발이 필요한 실정이다. The measurement of pH is very important in biological fluids, chemistry and the environment. For example, intracellular pH plays an important role in protein activity involved in proliferation, apoptosis, intracellular entry and other intracellular processes. Abnormal pH values affect cell function, growth, and cleavage, which are generally observed in pathogenic conditions. In addition, some industrial processes produce acids such as hydrochloric acid (HCl) and hydrofluoric acid (HF). Strong acid chemicals are fatal to the ecosystem. Therefore, these toxic species should be strictly regulated at the workplace and their emissions should be monitored. Therefore, it is necessary to develop an effective and quick sensor for the change of pH.
임상 진단을 포함하는 다양한 분야에서 특정 시료에 함유된 다양한 이온의 농도를 신속하고 정확하게 분석할 필요가 있다. 이러한 분석에는 특정 이온에 선택성이 있는 물질을 이용한 다양한 종류의 화학 센서 물질들이 사용되며, 센서의 일반적인 감지 신호는 전기, 저항, 전위차 등의 전기적 성질이나 색채, 형광 등의 광학적 성질을 이용한다. 이 중에서 색의 변화 및 형광의 변화는 육안으로 쉽게 판별이 가능하므로 특별한 장비가 없어도 측정이 용이한 방법 중 하나이며, 이러한 형광의 변화를 관찰하는 센서를 형광 화학 센서라고 한다. 형광 화학 센서는 일반적으로 광에 의해 유도되는 전자/에너지 전달(photo-induced electron/energy transfer, PET), 금속-리간드 전하 전달(metal-ligand charge transfer, MLCT), 분자 내 전하 전달(intramolecular charge transfer, ICT), 엑시머/엑시플렉스 형성(eximer/exiplex formation), 이민 이성질체화(imine isomerization), 킬레이션-강화 형광(chelation-enhanced fluorescence, CHEF) 및 형광 공명 에너지 전달(fluorescence resonance energy transfer, FRET)에 기초하여 이루어진다.It is necessary to quickly and accurately analyze the concentration of various ions contained in a specific sample in various fields including clinical diagnosis. In this analysis, various kinds of chemical sensor materials using a substance having a specific ion selectivity are used. In general, a sensor senses an electrical property such as electricity, resistance, electric potential difference, and optical properties such as color and fluorescence. Among these, the change of color and the change of fluorescence can be easily discriminated by the naked eye, so it is one of the easy measurement methods without special equipment. The sensor that observes the change of fluorescence is called a fluorescence chemical sensor. Fluorescence chemistry sensors typically include photo-induced electron / energy transfer (PET), metal-ligand charge transfer (MLCT), intramolecular charge transfer (ICT), eximer / exiplex formation, imine isomerization, chelation-enhanced fluorescence (CHEF) and fluorescence resonance energy transfer (FRET) .
현재까지 여러 광학 pH 센서가 다양한 화학, 생물 및 환경 공정에 적용되기 위해 개발되어 왔다. 특히, 합성 형광 프로브(probe)는 높은 감도 및 간편성으로 pH 측정을 위해 광범위하게 사용된다. 가장 주로 사용되는 유기 염료는 로다민(rhodamine), 플루오레세인(fluorescein), BODIPY, 시아닌(cyanine) 염료 및 그들의 유도체이다.To date, several optical pH sensors have been developed for various chemical, biological and environmental processes. In particular, synthetic fluorescence probes are widely used for pH measurement with high sensitivity and simplicity. The most commonly used organic dyes are rhodamine, fluorescein, BODIPY, cyanine dyes and their derivatives.
최근 나프탈이미드(naphthalimide)는 가시 영역에서 흡수(350 내지 450 ㎚) 및 방출(450 내지 550 ㎚) 파장과 같은 우수한 광물리적 특성, 높은 형광 양자 수율 및 큰 흡수 계수를 가지기 때문에 형광 프로브를 제조하는데 광범위하게 사용되고 있으며, 환경 및 생물학적 센싱(sensing)에 있어서 높은 안정성 및 잠재적인 이용이 가능하다. 그러나, 현재까지 나프탈이미드를 이용한 오직 몇 개의 pH 프로브만이 보고된 실정이다. 또한, pH 센싱부로서 피페라진은 전자 전달을 통해 형광 강도에 변화를 주는 특성 때문에 다양한 형광단(fluorophore)과 접합되어 널리 사용되고 있다.Recently, naphthalimide has excellent photophysical properties such as absorption (350 to 450 nm) and emission (450 to 550 nm) wavelength in the visible region, high fluorescence quantum yield and large absorption coefficient, And is highly stable and potentially utilizable in environmental and biological sensing. However, only a few pH probes using naphthalimide have been reported so far. Also, as a pH sensing part, piperazine is widely used because it is bonded to various fluorophores due to the property of changing fluorescence intensity through electron transfer.
본 발명의 목적은 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 포함하는 강산 검출용 조성물, 강산 검출용 pH 센서 또는 강산 검출용 키트를 제공하는 데에 있다.It is an object of the present invention to provide a composition for detecting a strong acid comprising a bis (naphthalimide-piperazine) derivative or a pharmaceutically acceptable salt thereof, a pH sensor for detecting a strong acid or a kit for detecting a strong acid.
본 발명의 또 다른 목적은 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체에 강산 유래 양성자(H+)를 포함하는 시료를 첨가하여 반응시키는 단계 및 상기 반응시킨 반응물의 형광 파장, 형광 세기 및 광학적 변화로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 지표를 측정하는 단계를 포함하는 강산의 검출방법을 제공하는 데에 있다.It is still another object of the present invention to provide a method for producing a bis (naphthalimide-piperazine) derivative by reacting a bis (naphthalimide-piperazine) derivative with a sample containing a strong acid-derived proton (H + And measuring the at least one indicator selected from the group consisting of < RTI ID = 0.0 > a < / RTI >
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a bis (naphthalimide-piperazine) derivative represented by the following formula (I) or a pharmaceutically acceptable salt thereof.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 포함하는 강산 검출용 조성물, 강산 검출용 pH 센서 또는 강산 검출용 키트를 제공한다.The present invention also provides a composition for detecting a strong acid comprising a bis (naphthalimide-piperazine) derivative represented by the following formula (1) or a pharmaceutically acceptable salt thereof, a pH sensor for detecting a strong acid or a kit for detecting a strong acid do.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
또한, 본 발명은 하기 화학식 1의 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체에 강산 유래 양성자(H+)를 포함하는 시료를 첨가하여 반응시키는 단계 및 상기 반응시킨 반응물의 형광 파장, 형광 세기 및 광학적 변화로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 지표를 측정하는 단계를 포함하는 강산의 검출방법을 제공한다.The present invention also relates to a method for preparing a reaction product comprising the steps of adding a sample containing a strong acid-derived proton (H + ) to a bis (naphthalimide-piperazine) derivative represented by the following general formula (1) And measuring the at least one indicator selected from the group consisting of optical changes.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
본 발명의 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체는 중성 및 염기성 pH에서 광 유도 전자 전달반응을 통해 피페라진의 질소를 나프탈이미드 잔기에 전달하여 형광을 감소시키고, 산성 pH에서 양성자(H+)에 의한 광 유도 전자 전달반응 억제를 통해 형광 강도를 증가시킴으로써, 산성 pH 영역 및 강산을 검출할 수 있다. 또한, 상기 유도체는 양성자에 대한 높은 선택성 및 민감성을 가져 알칼리 및 중금속 이온 또는 생체 분자로부터 양성자를 검출할 수 있으며, 강한 산성 및 염기 상태에서 매우 안정하여 화학적 분해 없이 pH 변화를 모니터링 하는데 활용될 수 있다.The bis (naphthalimide-piperazine) derivatives of the present invention transfer the nitrogen of piperazine to the naphthalimide moiety through a photoinduced electron transfer reaction at neutral and basic pH to reduce fluorescence, H + ), it is possible to detect the acidic pH region and the strong acid by increasing the fluorescence intensity. In addition, the derivatives have high selectivity and sensitivity to protons and can detect protons from alkali and heavy metal ions or biomolecules and are very stable in strong acid and base states and can be used to monitor pH changes without chemical degradation .
따라서, 본 발명의 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체는 강산 검출용 조성물, 강산 검출용 pH 센서 또는 강산 검출용 키트로 화학, 생물학 및 환경공학 공정에 활용될 수 있다.Therefore, the bis (naphthalimide-piperazine) derivative of the present invention can be utilized in chemical, biological and environmental engineering processes with a composition for detecting a strong acid, a pH sensor for detecting a strong acid, or a kit for detecting a strong acid.
도 1은 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 pH 센싱 메커니즘을 모식도로 나타낸 것이다.
도 2는 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 합성 방법 및 화학 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 pH 값에 따른 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 광학 특성 변화를 나타낸 것으로, 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 (a) UV/Vis 흡수, (b) 형광 스펙트럼 및 (c) 형광 강도(fluorescence intensity, FI)의 플롯을 나타낸 것이다(516 nm vs. pH).
도 4(a)는 pH 값에 따른 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 형광 강도의 플롯(pH vs. log[(Imax-I)/(I-Imin)])을 나타낸 것이며, (b)는 pH 값에 따른 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 형광 변화 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 50%(v/v) CH3CN을 포함하는 pH 7.0 완충액에 금속 이온의 과염소산염 및 50%(v/v) CH3CN을 포함하는 pH 4.0 완충액에 양성자(H+) 첨가에 따른 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 (a) 형광 반응 및 (b) 형광 사진을 390 nm 여기에서 측정하여 나타낸 것이다.
도 6은 pH ~1 및 ~11 사이에서 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 가역적 형광 변화를 나타낸 것으로, pH 값은 염산(HCl) 또는 수산화나트륨(NaOH)을 첨가하여 조절하였으며, 모든 데이터는 50%(v/v) CH3CN을 포함하는 수용액에서 390 nm 여기로 측정하였다.1 schematically shows the pH sensing mechanism of bis (naphthalimide-piperazine)
Fig. 2 shows the synthesis method and chemical structure of bis (naphthalimide-piperazine)
(A) UV / Vis absorption of bis (naphthalimide-piperazine)
4 (a) shows a plot of the fluorescence intensity (pH vs. log [(I max -I) / (II min )] of the bis (naphthalimide-piperazine)
To 5 is added to 50% (v / v) proton (H +) to pH 4.0 buffer containing perchlorate and 50% (v / v) CH 3 CN of the metal ions in the pH 7.0 buffer containing CH 3 CN (A) fluorescence reaction and (b) fluorescence photograph of the resulting bis (naphthalimide-piperazine)
Figure 6 shows the reversible fluorescence change of the bis (naphthalimide-piperazine)
본 발명의 발명자들은 민감성을 향상시키기 위해 두 개의 나프탈이미드를 사용하여 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체를 합성하였으며, 상기 유도체는 중성 및 염기성 pH에서 광 유도 전자 전달반응으로 피페라진의 질소를 나프탈이미드 잔기에 전달하여 형광을 감소시키고, 산성 pH에서 양성자에 의한 광 유도 전자 전달반응 억제를 통해 형광 강도를 증가시킴으로써, pH 민감성 형광 off-on 신호를 제공하여 산성 pH 영역 및 강산을 검출하는 것을 확인하며 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention synthesized bis (naphthalimide-piperazine) derivatives using two naphthalimides in order to improve the sensitivity, and these derivatives were synthesized by the method of the present invention using piperazine By providing a pH-sensitive fluorescent off-on signal by increasing the fluorescence intensity by inhibiting the photoinduced electron transfer reaction by the proton at acidic pH by reducing the fluorescence by transferring the nitrogen of the naphthalimide residue to the acid pH region and And the present inventors completed the present invention.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 제공한다.The present invention provides a bis (naphthalimide-piperazine) derivative represented by the following formula (I) or a pharmaceutically acceptable salt thereof.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 포함하는 강산 검출용 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition for detecting a strong acid comprising a bis (naphthalimide-piperazine) derivative represented by the following formula (1) or a pharmaceutically acceptable salt thereof.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 포함하는 강산 검출용 pH 센서를 제공한다.The present invention also provides a pH sensor for detecting a strong acid comprising a bis (naphthalimide-piperazine) derivative represented by the following formula (1) or a pharmaceutically acceptable salt thereof.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 포함하는 강산 검출용 키트를 제공한다.The present invention also provides a kit for detecting a strong acid comprising a bis (naphthalimide-piperazine) derivative represented by the following formula (1) or a pharmaceutically acceptable salt thereof.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
또한, 본 발명은 화학식 1의 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체에 강산 유래 양성자(H+)를 포함하는 시료를 첨가하여 반응시키는 단계 및 상기 반응시킨 반응물의 형광 파장, 형광 세기 및 광학적 변화로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 지표를 측정하는 단계를 포함하는 강산의 검출방법을 제공한다.The present invention also relates to a method for producing a biodegradable polymer comprising the steps of adding a sample containing a strong acid-derived proton (H + ) to a bis (naphthalimide-piperazine) derivative represented by the general formula (1) And measuring the at least one indicator selected from the group consisting of the change.
바람직하게는, 상기 강산은 염산, 불산, 염산 및 질산으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.Preferably, the strong acid may be selected from the group consisting of hydrochloric acid, hydrofluoric acid, hydrochloric acid, and nitric acid, but is not limited thereto.
바람직하게는, 상기 지표는 UV-Vis(Ultraviolet-visible) 분광 광도계, 형광 광도계, 전자분무 이온화 질량 분광법 및 공초점 현미경로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 이용하여 측정할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.Preferably, the indicator can be measured using any one or more selected from the group consisting of a UV-Vis (Ultraviolet-visible) spectrophotometer, a fluorescence photometer, an electrospray ionization mass spectrometer and a confocal microscope, Or not.
바람직하게는, 상기 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체와 양성자의 결합은 광 유도 전자 전달반응을 통해 이루어질 수 있다.Preferably, the coupling of the bis (naphthalimide-piperazine) derivative and the proton may be accomplished through a photoinduced electron transfer reaction.
바람직하게는, 상기 시료는 산업 폐수, 반도체 공정, 유기 화합물 생산 공정, 잉크 제작 공정, 식품 첨가물 제조 공정, 가죽 처리 등에 사용되는 강산 유래 양성자를 포함하는 시료일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.Preferably, the sample may be, but not limited to, a sample containing a strong acid-derived proton used for industrial wastewater, a semiconductor process, an organic compound production process, an ink production process, a food additive production process, do.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for describing the present invention in more detail and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments in accordance with the gist of the present invention .
실시예Example 1 : 시약 준비 1: Preparation of reagent
금속 이온을 포함하는 모든 시약 및 화학 약품은 시그마 알드리치(Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA)에서 구매하였다. 모든 용매는 고성능 액체 크로마토그래피(high-performance liquid chromatography, HPLC) 등급 시약으로 사용하였으며, 삼중 이온수(triple-ionized water)는 분석 실험에 사용되었다. 1H 및 13C NMR(nuclear magnetic resonance) 스펙트럼은 Varian INOVA 분광계(400 MHz)를 이용하여 측정하였으며, 모든 화학적 이동은 내부 기준으로 테트라메틸실란(tetramethylsilane, TMS)을 이용하여 ppm 값으로 측정하였다. 전자분무 이온화 질량 분광(electrospray ionisation mass spectrometry, ESI-MS) 분석은 LC/MS-2020 Series(Shimadzu)를 이용하여 수행하였다.All reagents and chemicals including metal ions were purchased from Sigma Aldrich (St. Louis, Mo., USA). All solvents were used as high performance liquid chromatography (HPLC) grade reagents, and triple-ionized water was used in the assay. 1 H and 13 C NMR (nuclear magnetic resonance) spectra were measured with a Varian INOVA spectrometer (400 MHz), all chemical shifts are using tetramethylsilane (tetramethylsilane, TMS) as an internal standard were measured in ppm values. Electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS) analysis was performed using LC / MS-2020 Series (Shimadzu).
실시예Example 2 : UV/ 2: UV / VisVis 및 형광 분광 분석 And fluorescence spectroscopy
비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1 및 금속 이온의 과염소산염의 저장 용액(stock solution)은 아세토니트릴(acetonitrile, CH3CH)을 이용하여 제조하였다. 다양한 pH 완충액은 50 mM 염화 칼륨(potassium chloride) (pH 1 내지 2를 위해), 프탈산 수소 칼륨(potassium hydrogen phthalate) (pH 3 내지 5를 위해), 인산 이수소 칼륨(potassium dihydrogen phosphate) (pH 6 내지 8을 위해), 사중붕산 나트륨(sodium tetraborate) (pH 9 내지 10을 위해), 중탄산 나트륨(sodium bicarbonate) (pH 11을 위해)을 이용하여 제조하였다. pH는 0.1 M의 수산화나트륨(NaOH) 및 0.1 M의 염산(HCl) 용액을 첨가하여 조절하였다. UV/Vis 흡수 및 형광 스펙트럼은 각각 S-3100(Scinco) 및 RF-5301 PC(Shimadzu) 분광광도계를 이용하여 측정하였다. 여기(excitation)는 3 nm 여기 및 방출(emission) 슬릿(slit) 넓이로 480 nm에서 수행되었다.A stock solution of bis (naphthalimide-piperazine)
실시예Example 3 : 3: 비스Bis (( 나프탈이미드Naphthalimide -피페라진) 유도체 합성 방법- piperazine) derivatives
1. One. 비스Bis (( 나프탈이미드Naphthalimide -피페라진) 유도체 2 합성- piperazine) derivative 2 Synthesis
비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 3 (200 mg, 0.60 mmol) 및 피페라진(518 mg, 6.0 mmol)은 2-메톡시에탄올(100 ml)에 용해시켰다. 반응 혼합물은 교반하고 질소 분위기 하에서 하루 동안 환류시켰다. 감소된 압력 하에 용매를 제거한 후, 생성물은 CH2Cl2(100 ml) 및 물에 용해시키고 유기층을 얻었다. CH2Cl2 층은 무수 황산마그네슘(anhydrous MgSO4)으로 건조시켰다. 용매 제거 후, 생성물은 CH2Cl2/메탄올(v/v, 40:3)을 이용하여 실리카 겔로 정제하여 노란색 고체의 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 2 (150 mg, 74% 수율)를 얻었다.The bis (naphthalimide-piperazine) derivative 3 (200 mg, 0.60 mmol) and piperazine (518 mg, 6.0 mmol) were dissolved in 2-methoxyethanol (100 ml). The reaction mixture was stirred and refluxed under nitrogen atmosphere for one day. After removing the solvent under reduced pressure, the product was dissolved in CH 2 Cl 2 (100 ml) and water to give an organic layer. The CH 2 Cl 2 layer was dried over anhydrous magnesium sulfate (anhydrous MgSO 4 ). After removal of the solvent, the product was purified by silica gel using CH 2 Cl 2 / methanol (v / v, 40: 3) to give the bis (naphthalimide- piperazine) derivative 2 (150 mg, 74% ).
ESI-MS m/z [M +H]+ calc 338.19, obs 338.05. 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.58 (dd, J = 8.00 Hz, 1 H); 8.52 (dd, J = 8.00 Hz, 1 H); 8.42 (dd, J = 8.00 Hz, 1 H); 7.69 (t, J = 8.00 Hz, 1 H); 7.22 (d, J = 8.00 Hz, 1 H); 4.19 (t, J = 8.00 Hz, 2 H); 3.26 (s, 4 H); 3.23 (s, 4 H); 2.53 (s, 1 H); 1.73 ~ 1.68 (m, 2 H); 1.48 ~ 1.42 (m, 2 H); 0.98 (t, J = 8.00Hz,3H). 13CNMR (100MHz, CDCl3): 164.4, 163.9, 156.1, 132.5, 130.9, 130.1, 129.8, 126.1, 125.6, 123.2, 116.8, 114.9, 54.1, 46.0, 40.0, 30.2, 20.4, 13.8 ppm.ESI-MS m / z [M + H] + calc 338.19, obs 338.05. 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 )? 8.58 (dd, J = 8.00 Hz, 1H); 8.52 (dd, J = 8.00 Hz, 1H); 8.42 (dd, J = 8.00 Hz, 1H); 7.69 (t, J = 8.00 Hz, 1H); 7.22 (d, J = 8.00 Hz, 1H); 4.19 (t, J = 8.00 Hz, 2 H); 3.26 (s, 4 H); 3.23 (s, 4 H); 2.53 (s, 1H); 1.73 ~ 1.68 (m, 2H); 1.48-1.42 (m, 2H); 0.98 (t, J = 8.00 Hz, 3 H). 13 C NMR (100 MHz, CDCl 3 ): 164.4, 163.9, 156.1, 132.5, 130.9, 130.1, 129.8, 126.1, 125.6, 123.2, 116.8, 114.9, 54.1, 46.0, 40.0, 30.2, 20.4, 13.8 ppm.
2. 2. 비스Bis (( 나프탈이미드Naphthalimide -피페라진) 유도체 1 합성- piperazine) derivative 1 Synthesis
비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 2 (100 mg, 0.30 mmol), 디클로로-p-자일렌(dichloro-p-xylene) (30 mg, 0.15 mmol) 및 K2CO3 (40 mg, 0.30 mmol)는 CH3CN(100 ml)에 용해시켰다. 반응 혼합물은 교반하고 질소 분위기 하에서 12시간 동안 환류시켰다. 감소된 압력 하에 용매를 제거한 후, 생성물은 CH2Cl2(100 ml) 및 물에 용해시키고 유기층을 얻었다. CH2Cl2 층은 무수 황산마그네슘(anhydrous MgSO4)으로 건조시켰다. 용매 제거 후, 생성물은 CH2Cl2/메탄올(v/v, 20:1)을 이용하여 실리카 겔로 정제하여 노란색 고체의 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1 (160 mg, 70% 수율)을 얻었다.Dichloro-p-xylene (30 mg, 0.15 mmol) and K 2 CO 3 (40 mg, 0.30 mmol) were added to a solution of bis (naphthalimide-piperazine) derivative 2 mmol) is dissolved in CH 3 CN (100 ml). The reaction mixture was stirred and refluxed under a nitrogen atmosphere for 12 hours. After removing the solvent under reduced pressure, the product was dissolved in CH 2 Cl 2 (100 ml) and water to give an organic layer. The CH 2 Cl 2 layer was dried over anhydrous magnesium sulfate (anhydrous MgSO 4 ). After removal of the solvent, the product was purified by silica gel using CH 2 Cl 2 / methanol (v / v, 20: 1) to give the bis (naphthalimide-piperazine) derivative 1 (160 mg, 70% ).
ESI-MS m/z [M + H]+ calc 777.41, obs 777.35; [M + H + Na]+ calc 800.40, obs 800.25. 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.58 (dd, J = 7.20 Hz, 2 H); 8.52 (dd, J = 8.01 Hz, 2 H); 8.41 (dd, J = 8.41 Hz, 2 H); 7.68 (t, J = 7.81 Hz, 2 H); 7.39 (s, 3 H); 7.22 (d, J = 8.01 Hz, 2 H); 4.17 (t, J = 7.4 Hz, 4 H); 3.70 (s, 4 H); 3.32 (s, 8 H); 2.82 (s, 8 H); 1.74 ~ 1.67 (m, 4 H); 1.47 ~ 1.42 (m, 4 H); 0.97 (t, J = 7.4 Hz, 6 H). 13C NMR (100 MHz, CDCl3): 164.6, 164.2, 132.7, 131.2, 130.3, 130.0, 129.5, 126.3, 125.7, 123.5, 115.1, 62.9, 53.3, 40.2, 30.4, 29.8, 20.5, 14.0 ppm.ESI-MS m / z [M + H] < + > calc 777.41, obs 777.35; [M + H + Na] + calc 800.40, 800.25 obs. 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 )? 8.58 (dd, J = 7.20 Hz, 2 H); 8.52 (dd, J = 8.01 Hz, 2 H); 8.41 (dd, J = 8.41 Hz, 2H); 7.68 (t, J = 7.81 Hz, 2H); 7.39 (s, 3 H); 7.22 (d, J = 8.01 Hz, 2 H); 4.17 (t, J = 7.4 Hz, 4 H); 3.70 (s, 4 H); 3.32 (s, 8 H); 2.82 (s, 8 H); 1.74 ~ 1.67 (m, 4 H); 1.47-1.42 (m, 4 H); 0.97 (t, J = 7.4 Hz, 6 H). 13 C NMR (100 MHz, CDCl 3 ): 164.6, 164.2, 132.7, 131.2, 130.3, 130.0, 129.5, 126.3, 125.7, 123.5, 115.1, 62.9, 53.3, 40.2, 30.4, 29.8, 20.5, 14.0 ppm.
실험예Experimental Example
1 : One :
비스Bis
((
나프탈이미드Naphthalimide
-피페라진) 유도체 1의 흡수 및 형광 스펙트럼-Piperazine)
도 1은 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 pH 센싱 메커니즘을 모식도로 나타낸 것이며, 도 2는 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 합성 방법 및 화학 구조를 나타낸 것이다. 나프탈이미드 유도체 3은 이전에 보고된 논문(Anal Chem 81:9993)을 참고하여 합성하였다. 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 3 및 피페라진의 응집 반응으로 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 2를 합성하였고, 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1을 제조하기 위해 탄산칼륨(K2CO3) 존재 하에 디클로-p-자일렌으로 처리하였다. 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1 내지 3의 화학 구조는 1H NMR, 13C NMR 및 ESI-MS 분광 분석으로 확인하였다.FIG. 1 is a schematic diagram showing a pH sensing mechanism of a bis (naphthalimide-piperazine)
pH에 따른 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 특성을 분석하기 위해 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 흡수 및 형광 스펙트럼을 다양한 pH 완충액에서 측정하였다. 그 결과, 도 3(a) 및 도 3(b)를 참조하여 보면, pH 11에서 pH 1로 산성화될수록 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 흡수 밴드가 400 nm에서 380 nm로 이동하며 점차적으로 증가하는 것을 확인하였고, 516 nm에서 형광 강도가 증가하는 것을 확인하였다. 또한, 도 3(c)를 참조하여 보면, pH 11 내지 4.5 범위에서는 형광 강도가 매우 약했으나 pH가 4.5 내지 1.0으로 낮아졌을 때 형광 강도가 약 22배 증가하는 것을 확인하였다. 따라서, 산성 pH와 반응하는 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 형광 턴-온(turn-on)은 피페라진 잔기의 양성자를 통해 광 유도 전자 전달반응을 억제하는 것을 알 수 있다.To analyze the characteristics of bis (naphthalimide-piperazine) derivative 1 according to pH, absorption and fluorescence spectra of bis (naphthalimide-piperazine)
이전 연구에서 나프탈이미드가 pH 센싱을 위한 광 유도 전자 전달반응 메커니즘에 기초한다는 것이 보고되었다. 본 발명의 나프탈이미드-피페라진 유도체는 세포 내 pH 센싱 프로브로서 형광 off-on 신호 변화를 포함하는 광 유도 전달반응을 확인하였다. 본 발명에서는 피페라진 고리가 결함된 나프탈이미드-피페라진의 유사체(analogues)를 제조하였고, pH 의존 형광 반응을 나프탈이미드-피페라진과 비교하였다. 피페라진 고리가 결함된 유사체는 다양한 pH에서 형광 변화가 거의 관찰되지 않았다. 이를 근거로 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 pH 의존 형광 off-on 변화는 피페라진에서 나프탈이미드 잔기로 광 유도 전자 전달반응에 의해 매개되는 것을 알 수 있다. In previous studies, it was reported that naphthalimide is based on a photoinduced electron transfer reaction mechanism for pH sensing. The naphthalimide-piperazine derivative of the present invention confirmed a photoinduced transfer reaction involving fluorescence off-on signal change as an intracellular pH sensing probe. In the present invention analogs of the naphthalimide-piperazine deficient in the piperazine ring were prepared and the pH dependent fluorescence reaction was compared to the naphthalimide-piperazine. Analogs in which the piperazine ring was deficient showed little change in fluorescence at various pHs. Based on this, it can be seen that the pH-dependent fluorescence off-on change of the bis (naphthalimide-piperazine)
또한, 도 4(a)는 해더슨-하셀발흐 방정식(Henderson-Hasselbalch type mass action equation, (log[(Imax - I)/(I - Imin)] = pKa - pH))을 이용하여 형광 강도(516 nm vs. pH)를 pH vs. log[(Imax-I)/(I-Imin)]의 플롯으로 나타낸 것이다. 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 pKa 값은 2.88 ± 0.13 였으며, 이는 산성 pH 영역, 특히 pH 4.5 내지 1.0 범위를 측정하는데 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 도 4(b)를 참조하여 보면, 강한 초록 형광은 pH 4.5 내지 1.0 범위에서 급격하게 증가하는 것을 확인하였다. 따라서, 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1은 pH 4.5 내지 1.0 범위를 측정할 수 있으며, 염산 및 붕산과 같은 강한 산성을 검출하는데 사용될 수 있다.In addition, 4 (a) is a header Branson - using (pH) Henderson-Hasselbalch type mass action equation, (log [(I max - I) / (I - - I min)] = pK a) Hasselt Balkh equation The fluorescence intensity (516 nm vs. pH) log [(Imax-I) / (I-Imin)]. The pK a value of the bis (naphthalimide-piperazine)
실험예Experimental Example
2 : 강산에 대한 2: For strong acid
비스Bis
((
나프탈이미드Naphthalimide
-피페라진) 유도체 1의 선택성- < / RTI > piperazine)
알칼리 및 중금속 이온들 중 양성자(H+)에 대한 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 선택성을 확인하는 실험을 수행하였다. 그 결과, 도 5를 참조하여 보면, pH 4.0의 완충액에서 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1은 강한 녹색 형광을 나타내는 것을 확인하였다. 그러나 pH 7.0의 완충액에서 Na+, K+, Ag+, Ba2 +, Ca2+, Cu2 +, Cd2 +, Fe3 +, Fe2 +, Mg2 +, Zn2 +, Pb2 +, Hg2 +, Ni2 + 이온과 같은 다른 알칼리 및 중금속 이온의 경우 형광 변화가 관찰되지 않았다. 따라서, 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1은 양성자에 대한 선택적 형광 변화를 나타내는 것을 알 수 있다. Experiments were conducted to confirm the selectivity of the bis (naphthalimide-piperazine) derivative 1 to protons (H + ) in alkali and heavy metal ions. As a result, referring to FIG. 5, it was confirmed that the bis (naphthalimide-piperazine) derivative 1 exhibited strong green fluorescence in the buffer of pH 4.0. However, in the buffer of pH 7.0 Na +, K +, Ag +,
또한, 글루타치온(glutathione, GSH) 및 소혈청알부민(bovine serum albumin, BSA)과 같은 생체 분자 존재 하에 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 형광 변화를 관찰하였다. 그 결과, 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1은 생체 분자에 대한 약한 형광 변화를 나타내는 것을 확인하였다. 따라서, 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1은 다양한 화학적, 생물학적 및 환경적 시스템에서 다른 경쟁적 금속 양이온에 대한 방해 없이 산성 pH 영역을 선택적으로 검출하고 산성 이미징을 제공할 수 있다.Fluorescence changes of bis (naphthalimide-piperazine)
또한, pH 다양성에 대한 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 가역적 형광 변화는 형광 분광 분석을 이용하여 수행하였다. 그 결과, 도 6을 참조하여 보면, pH 1 및 pH 11 사이에서 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 가역성은 도 1에 도시된 것처럼 pH 변화에 대한 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1의 평형 모드(equilibrium mode)를 설명해준다. 또한, 비스(나프탈이미드-피페라진) 유도체 1은 상대적으로 강한 산성 및 염기 상태에서 매우 안정하여 화학적 분해 없이 다양한 상황에서 pH 변화를 모니터링 하는데 사용될 수 있다.In addition, reversible fluorescence changes of bis (naphthalimide-piperazine) derivative 1 to pH diversity were performed using fluorescence spectroscopy. As a result, referring to FIG. 6, the reversibility of the bis (naphthalimide-piperazine) derivative 1 between
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술한 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the invention. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.
Claims (8)
[화학식 1]
A composition for detecting a strong acid comprising a bis (naphthalimide-piperazine) derivative represented by the following formula (1) or a pharmaceutically acceptable salt thereof:
[Chemical Formula 1]
[화학식 1]
A pH sensor for detecting a strong acid comprising a bis (naphthalimide-piperazine) derivative represented by the following formula (1) or a pharmaceutically acceptable salt thereof:
[Chemical Formula 1]
[화학식 1]
A kit for detecting a strong acid comprising a bis (naphthalimide-piperazine) derivative represented by the following formula (1) or a pharmaceutically acceptable salt thereof:
[Chemical Formula 1]
상기 반응시킨 반응물의 형광 파장, 형광 세기 및 광학적 변화로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 지표를 측정하는 단계;를 포함하는 강산의 검출방법:
[화학식 1]
Adding a sample containing a strong acid-derived proton (H + ) to a bis (naphthalimide-piperazine) derivative represented by the following general formula (1); And
And measuring at least one indicator selected from the group consisting of fluorescence wavelength, fluorescence intensity, and optical change of the reacted reactant.
[Chemical Formula 1]
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CN1477385A (en) * | 2003-07-14 | 2004-02-25 | 大连理工大学 | Synthesis of 2,6-diaminemethylpyridine derivative fluoescence chemical sensor molecule and its application |
-
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Non-Patent Citations (1)
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"The design, synthesis and photophysical properties of two novel 1,8-naphthalimide fluorescent pH sensors based on PET and ICT", Dyes and Pigments, 2011, pp.350-357* |
Cited By (1)
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