KR20090088588A

KR20090088588A - 형광 공명 에너지 전이의 오프 및 온이 가능한 로다민유도체 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20090088588A
Application number: KR1020080013969A
Authority: KR
Inventors: 김종승; 이민희
Original assignee: 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2009-08-20
Also published as: KR100938340B1

Abstract

본 발명은 로다민에 단실기 및 트리에틸아민이 부가된 새로운 형광성 화합물에 관한 것이다. 또한, 본 발명에 따른 화합물에 구리 이온을 첨가할 때 발생하는 형광 변화를 이용함으로써, 구리 이온의 존재 여부 및/또는 구리 이온의 양을 감지할 수 있으며, 감응제, 바이오 센서 등으로 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 화합물은 구리 이온에 대한 선택성이 다른 금속 이온의 경우보다 월등히 뛰어나고, 형광 공명 에너지 전이(FRET)에 더욱 민감한 특징이 있다.

형광 공명 에너지 전이 (FRET), 로다민 (Rhodamine), 트리에틸아민 (triethylamine), 단실 (dansyl).

Description

형광 공명 에너지 전이의 오프 및 온이 가능한 로다민 유도체 및 그 제조 방법{Derivatives of Rhodamine capable of FRET OFF-ON and manufacturing method thereof}

본 발명은 금속 이온을 이용한 형광성 화합물, 그 제조 방법 및 용도에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 구리 이온을 이용하고 FRET(Fluorescence Resonance Energy Transfer)을 보이는 로다민 유도체, 그 제조 방법 및 용도에 관한 것이다.

생물학, 환경 등의 분야에서, 금속 이온의 선택성을 이용한 감지 기술의 중요성이 증대되고 있다. 이런 감지 기술은 대부분 특정 금속의 형광성의 변화와 밀접한 관련이 있다. 이때, 형광 공명 에너지 전이(FRET: Fluorescence Resonance Energy Transfer)는 두 개의 형광 입자들(Flurophores)간의 들뜬 상태(excited-state)의 에너지 상호작용을 뜻하는 것으로서, 들뜬 공여(donor) 에너지가 수용체로 비발광적으로 전이하는 상태에서 발생한다.

기존의 금속 이온은 FRET를 ON에서 OFF로의 변경을 유발함으로써, 응용 분야 에서 이용되었다. 그러나, 금속 이온을 이용하여 FRET를 ON에서 OFF로 변경시키는 화합물은 그 금속 이온에 대한 민감성이 약하다는 단점이 있기 때문에, 특정 금속이온에 있어서의 에너지 전이에 더욱 민감한 화합물이 필요하다. 또한, 생명체와 밀접한 관련이 있는 구리 이온에 배타적인 선택성을 가진 화합물이 절실하게 필요한 상황이다.

따라서, 본 발명자는 상술한 문제점을 극복하기 위하여, 구리 이온에 대한 선택성이 매우 뛰어나고 에너지 전이에 매우 민감한 화합물을 만들게 되었다.

본 발명의 목적은 구리 이온에 대한 선택성이 매우 뛰어난 형광성 화합물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 형광 공명 에너지 전이에 매우 민감한 형광성 화합물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 구리 이온에 대한 선택성이 매우 뛰어나고 형광 공명 에너지 전이에 매우 민감한 형광성 화합물의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 구리 이온에 대한 선택성이 매우 뛰어나고 형광 공명 에너지 전이에 매우 민감한 형광성 화합물을 이용하는 용도를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타 목적들은 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 로다민 유도체 화합물은 단실기를 포함하는 하기 화학식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 로다민 유도체 화합물의 제조 방법은 클로로포름 용매를 포함하는 유기 용매에서 하기 화학식 4로 표시되는 화합물, 단 실 클로라이드, 및 트리에틸아민을 혼합하는 제1단계, 및 상기 제1단계의 혼합 용액을 가열하고, 교반함으로써, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 로다민 유도체 화합물의 이용 방법은 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물 중 어느 하나의 화합물에 구리 이온을 첨가할 때 발생하는 형광 변화를 이용함으로써, 구리 이온의 존재 여부, 구리 이온의 양, 또는 이들 모두를 감지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 구리 이온에 대한 선택성이 다른 금속 이온의 경우보다 13 배 정도나 월등히 뛰어나고, FRET가 OFF에서 ON으로 바뀜으로써 FRET가 ON에서 OFF로 바뀌는 경우보다 에너지 전이에 더욱 민감한 형광성 화합물, 그 제조 방법 및 용도를 제공하는 효과가 있다.

로다민 B (Rhodamine B)는 공지의 화합물이고, 본 발명에 따른 로다민 유도체 화합물은 모두 공통적으로 로다민 B에 단실(dansyl)기가 1 개 이상 부가된 것을 특징으로 하는 신규의 화합물이다. 이때, 트리에틸아민, 디에틸렌아민, 토실(Tosyl)기가 선택적으로 더 부가될 있다.

[화학식 1]

[화학식 2]

[화학식 3]

[화학식 4]

[화학식 5]

제1a도는 화학식 1로 표시되는 화합물의 개별 구성 작용기의 흡수 및 방출 스펙트럼을 보여 주는 것이다. 로다민은 2개의 구조 이성질체를 가지며, 이들은 각각 구분된 흡수 성질을 가진다. 화학식 4에 포함되어 있는 스피로락탐(spirolactam) 구조는 자외선을 흡수하며, 250 nm이하에서 밴드(band)를 보여주기 때문에, 무색 무발광의 특성을 가진다. 화학식 4로 표시되는 로다민 유도체 화합물에 Cu² ⁺(이하, 구리 이온은 Cu² ⁺을 뜻함)을 부가할 때, 그 화합물의 색은 분홍색으로 변하고, 이는 흡수 스펙트럼이 무색에서 가시 영역으로 이동하는 것을 뜻한다. 또한, 테트라아자(tetraaza) 기는 구리 이온에 높은 친화성을 보이고, 구리 이온의 첨가가 스피로락탐 고리를 열게 한다는 사실은 이미 공지되어 있다. 따라서, 제1a도의 빗금친 부분처럼, 화학식 4로 표시되는 로다민 유도체 화합물과 구리 이온의 착화합물의 흡수 스펙트럼은 단실 클로라이드의 방출 스펙트럼과 겹치므로, 이는 FRET를 위한 좋은 조건에 해당한다.

제1b도는 형광성 변화를 표시하는 것으로서, pH 7.0 및 H₂O/CH₃CN (1/9, v/v)에서, Tris- buffer-HCl과 함께 화학식 1 내지 4로 표시되는 화합물(15.0μM)에 Cu(ClO₄)₂ 7.5 mM을 부가한 것이다. 제1b도에 도시된 것처럼, 화학식 1로 표시되는 흡수 스펙트럼은 화학식 4와 단실 클로라이드의 조합에 해당하는 흡수 스펙트럼과 유사하므로, 로다민 기가 스피로락탐 고리 형태로 닫혀 있다는 것을 뜻한다. 420 nm의 빛을 조사하였을 때, 507 nm 까지 강한 방출이 관찰되고, 이는 단실 에너지 공여 부로부터 방출되는 발광으로 인한 현상이다. 구리 이온이 부가되었을 때, 화학식 1로 표시되는 로다민 유도체 화합물의 형광 스펙트럼은 에너지 수용체의 영 역인 580 nm 까지 이동한다. 이때, 구리 이온의 결합은 화학식 1로 표시되는 로다민 유도체 화합물의 스피로락탐 고리를 열리게 하며, 로다민의 흡수 스펙트럼을 이동시킨다. 또한, 에너지 공여체의 방출과 에너지 수용체의 흡수 간의 중복 부분 증가는 세포 내부의 FRET를 매우 증가시키며, 화학식 1로 표시되는 로다민 유도체 화합물에서 에너지 수용체로부터 발광이 되도록 한다. 이러한 FRET 증가 요소는 507 nm에서의 에너지 공여체의 발광 강도(F_rho)에 대한 574 nm에서의 에너지 수용체의 발광 강도(F_dns)에 대한 비율로써 측정된다. 또한, 제4도에 도시한 것처럼, 구리 이온이 부가된 경우에 다른 금속에 비하여 발광성이 약 13배 정도 증가한다.

본 발명에 따른 화학식 2 또는 3으로 표시되는 로다민 유도체 화합물은 다른 에너지 공여체를 사용함으로써 제조한 것이다. 하기 표 1은 본 발명에 따른 로다민 유도체 화합물들의 FRET 효율성을 보여주고, 구리 이온과의 결합 상수를 표시한 것이다(본 발명에 따른 로다민 유도체 화합물들 각 15.0μM 및 구리 이온(7.5 mM). 단실 에너지 공여체 개수의 감소는 FRET의 효율성을 감소시키며, 제1b도에 도시된 것처럼, 로다민 에너지 수용체로부터의 발광 강도를 감소시킨다. 화학식 2로 표시되는 로다민 유도체 화합물의 발광 효율이 화학식 3으로 표시되는 화합물의 발광 효율보다 높은 이유는 구리 이온의 트랩핑을 돕는 술폰아미드기가 부가되었기 때문이다. 나아가, 화학식 4로 표시되는 화합물과 구리 이온의 결합체가 없을 때, 에너지 수용체로부터의 발광은 매우 약하고, 이는 FRET이 실제 단실기로부터 로다민기로 발생하였기 때문이다.

[표 1]

	FRET 효율 (%)	결합상수(1/M)
화학식1+구리이온	0.93	7.0×10³
화학식2+구리이온	0.69	7.0×10³
화학식3+구리이온	0.56	5.1×10³

DFT(Density Functional Theory) 계산에 의하여, 구리 이온의 부가에 따른 FRET이 OFF에서 ON으로 바꼈다는 것을 알 수 있다. VASP(Vienna Ab initio Simulation Package)를 이용함으로써, 화학식 1로 표시되는 화합물과 화학식 1 및 구리 이온의 결합체의 최적화된 기하 구조와 그에 따른 전자적 구조가 계산되었다. 그 변경의 상관성에 대하여, PBE 타입의 근사화(gradient approximation) 방법이 사용되었고, 평면파 기초 세트(plane-wave basis set)가 400 eV의 에너지 컷오프와 함께 사용되었다.

제2도에서, (a) 및 (b)는 각각 화학식 1로 표시되는 화합물과 화학식 1 및 구리 이온의 복합체의 최적화된 기하 구조를 DFT계산에 의하여 나타낸 것이다. 또한, (c) 및 (d)는 화학식 1로 표시되는 화합물과 화학식 1 및 구리 이온의 복합체의 PDOS(Partial Density of States)를 각각 나타낸 것이다. 이때, 점선은 두 개의 단실기의 에너지 상태를 표시하고, 실선은 로다민기의 에너지 상태를 나타낸다. X축의 에너지는 페르미(Fermi) 준위를 뜻하므로, O eV 전후의 첫번째 에너지 상태는 각각 HOMO 및 LUMO로 정의된다. 양방향 화살표는 단실기와 로다민기의 HOMO-LUMO 에너지 갭을 뜻한다.

제2도는 화학식 1로 표시되는 로다민 유도체 화합물이 트렌(tren) 스페이서 로 인하여 확장된 구조를 가지는 것을 보여주며, 동시에 화학식 1로 표시되는 로다민 유도체 화합물과 구리 이온의 복합체는 상대적으로 축소된 구조를 가지는 것을 보여준다. 제2b도의 점선으로 도시된 것처럼, 산소 및 질소 원자와의 결합 구조는 술폰기를 잡아 당기고, 단실기를 로다민기 방향으로 가져온다. 구리 이온의 최적화된 위치는 술포닐기의 산소 원자와 아크릴 락탐기의 질소 원자 사이에서 발견되며, 이는 상기 화학식 1 및 구리 이온의 복합체에 술폰아미드기가 존재하고 스피로락탐 고리가 열렸다는 것을 뜻한다. 이러한 구조적 변화를 통하여, 단실기와 로다민기의 HOMO/LUMO 에너지 수준이 영향을 받는다는 것을 알 수 있다.

락탐 고리가 닫혀 있을 때, 로다민 에너지 수용체의 HOMO-LUMO 에너지 갭은 단실 에너지 공여체의 에너지 갭보다 훨씬 크며, 이는 단실기로부터 로다민기로의 에너지 전이를 유도한다. 구리 이온이 결함됨으로써, 스피로락탐 고리가 열릴 때, 로다민의 에너지 갭은 단실기의 에너지 갭에 비교될 정도로 매우 감소하며, 이는 세포내 FRET를 가능하게 한다.

실험 결과와 이론적 계산을 통하여, 구리 이온의 부가가 어떻게 에너지 공여체로부터 에너지 수용체로의 FRET를 발생시키는지를 알 수 있다. 제3도는 이러한 과정을 형광 변화와 함께 보여 주는 것으로서, 420 nm의 조사에서 구리 이온에 의하여 FRET을 OFF에서 ON으로 변경시키는 것을 도시한다. 구리 이온이 없을 때, 에너지 공여체와 에너지 수용체간의 에너지 불일치는 에너지 전이를 방해하며, 따라서 발광은 오직 에너지 공여체로부터만 관찰된다. 술폰아미드와 스피로락탐에 대한 구리 이온의 결합은 스피로락탐 고리를 여는 등의 구조적 변화를 일으키며, 흡수 및 발광 스펙트럼을 변화시킨다. 이때, 에너지 공여체와 수용체 간의 스펙트럼 중복의 증가는 FRET을 발생시킴으로써, 로다민을 발광하도록 만든다. 한편, 제5도에 도시된 것처럼, 화학식 1로 표시되는 화합물과 구리 이온의 1:1 결합은 Job의 플롯 분석에 의하여 알 수 있다.

제4도는 pH 7.0 및 H₂O/CH₃CN (1/9, v/v)에서, 420nm에서의 에너지 들뜸 및 Tris- buffer-HCl과 함께, 다양한 금속 이온들(각각 7.5 mM) 및 화학식 1 내지 3로 표시되는 화합물(각 15.0μM)의 방출 에너지 강도 비율(F_rho/F_dns)을 보여준다. 제4도에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 로다민 유도체 화합물은 높은 FRET 증가(F_rho/F_dns)를 보이며, 또한 타 금속 이온보다 구리 이온에 뛰어난 선택성을 보인다는 것을 알 수 있다.

결국, 본 발명에 따른 로다민 유도체 화합물과 구리 이온의 복합체는 로다민의 스피로 락탐 고리를 열리게 함으로써, 색 변화와 함게 580 nm까지의 발광 증가를 일으킨다. 또한, 술폰아미드와 아크릴아미드와의 구리 이온의 결합은 구조적 변화를 일으키며, 이는 FRET 효율이 증가하는 에너지 공여체와 수용체 간의 HOMO-LUMO 갭이 잘 맞는다는 것을 통하여 알 수 있다.

본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 로다민 유도체의 화합물의 제조 방법은 클로로포름을 포함하는 유기 용매에서 상기 화학식 4로 표시되는 화합물, 단실 클로라이드, 및 트리에틸아민을 혼합하는 제1단계, 및 상기 제1단계의 혼합 용액을 가열하고, 교반함으로써, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 제2단계를 포함한다. 상기 사용된 유기 용매는 클로로포름 그 자체에 한정되지 않는다. 상기 제1단계는 질소 분위기하에서 일어나는 것이 바람직하며, 상기 혼합 용액은 약 80℃ 정도에서 가열되는 것이 바람직하고, 교반은 약 24 시간 정도 하는 것이 바람직하다. 상기 교반된 용액을 물 등에 세척하고, 무수 황산나트륨 등에 건조하며, 필터링하고, 실리카 겔 등에 칼럼 크로마토그래피 등을 이용하여 정제함으로써, 가루 형태의 최종 산물을 얻는다. 이러한 세척, 건조, 필터링 및 정제는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다.

이때, 상기 화학식 4로 표시되는 화합물의 제조 방법은 유기 용매에서 로다민 B 및 트렌(Tren)을 혼합하고, 가열함으로써 제조되는 것을 특징으로 한다. 상기 유기 용매는 메탄올 등이 사용될 수 있으며, 특별히 이에 한정되지 않는다. 상기 혼합은 질소 분위기 하에서 일어나는 것이 바람직하며, 상기 혼합 용액은 약 80℃ 정도에서 가열되는 것이 바람직하고, 교반은 약 24 시간 정도 하는 것이 바람직하다. 상기 교반 용액은 디클로로메탄 등에 용해시키고 약한 염산 등으로 처리한 후, 상술한 세척, 건조, 필터링, 정제 등의 과정을 거친다.

본 발명에 따른 화학식 2로 표시되는 로다민 유도체의 화합물의 제조 방법은 클로로포름을 포함하는 유기 용매에서 상기 화학식 4로 표시되는 화합물, 단실 클로라이드 및 트리에틸아민을 혼합하는 제1단계, 상기 제1단계에서 제조된 혼합 용액을 가열 및 교반 후 냉각하는 제2단계, 클로로포름을 포함하는 유기 용매에서 상기 냉각된 반응액, 토실(Tosyl) 클로라이드 및 피리딘(Pyridine)을 혼합하는 제3단계, 및 상기 제3단계의 혼합용액을 가열하고, 교반함으로써, 상기 화학식 2로 표시 되는 화합물을 제조하는 제4단계를 포함한다. 상기 사용된 유기 용매는 클로로포름 그 자체에 한정되지 않는다. 상기 제1단계는 질소 분위기하에서 일어나는 것이 바람직하며, 상기 혼합 용액은 약 80℃ 정도에서 가열되는 것이 바람직하고, 교반은 약 24 시간 정도 하는 것이 바람직하다. 상기 교반 용액은 디클로로메탄 등에 용해시키고, 상온에서 냉각시킨다. 용매가 모두 증발된 후, 갈색의 결과 반응물은 상기 제3단계에서 이용된다. 이때, 상기 화학식 4로 표시되는 화합물의 제조 방법은 상술한 방법과 동일하다.

본 발명에 따른 화학식 3으로 표시되는 로다민 유도체의 화합물의 제조 방법은 클로로포름을 포함하는 유기 용매에서 상기 화학식 5로 표시되는 화합물, 단실 클로라이드, 및 트리에틸아민을 혼합하는 제1단계, 및 상기 제1단계의 혼합 용액을 가열하고, 교반함으로써, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 제조하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 사용된 유기 용매는 클로로포름 그 자체에 한정되지 않는다. 상기 제1단계는 질소 분위기하에서 일어나는 것이 바람직하며, 상기 혼합 용액은 약 80℃ 정도에서 가열되는 것이 바람직하고, 교반은 약 24 시간 정도 하는 것이 바람직하다. 상기 교반 용액은 디클로로메탄 등에 용해시키고, 약한 염산으로 처리한 후, 상술한 세척, 건조, 필터링, 정제 등의 과정을 거친다.

이때, 상기 화학식 5로 표시되는 화합물은 유기 용매에서 로다민 B 및 디에틸렌트리아민을 혼합하고, 가열함으로써 제조되는 것을 특징으로 한다. 상기 유기 용매는 메탄올 등이 사용될 수 있으며, 특별히 이에 한정되지 않는다. 상기 혼합은 질소 분위기 하에서 일어나는 것이 바람직하며, 상기 혼합 용액은 약 80℃ 정도에서 가 열되는 것이 바람직하고, 상온에서 냉각 후, 용매를 증발시킨다. 그 후, 디클로로메탄과 물을 첨가하여 유기막을 분리한다. 상기 유기막을 약한 염산 등으로 두 번 정도 세척하고, 황산 나트륨 등을 이용하여 건조하고, 용매를 증발시킴으로써, 화학식 5로 표시되는 화합물이 포함된 최종 산물을 제조한다.

본 발명에 따른 이용 방법은 본 발명에 따른 로다민 유도체 화합물들 중 어느 하나의 화합물에 구리 이온을 첨가할 때 발생하는 형광 변화를 이용함으로써, 구리 이온의 존재 여부, 구리 이온의 양, 또는 이들 모두를 감지하는 것을 특징으로 한다. 상술한 것처럼, 본 발명은 구리 이온에 대하여 매우 뛰어난 선택성을 보여준다. 형광 변화를 이용한 금속 이온의 감지 기술 및 그에 따른 금속 이온 양의 측정 기술 자체는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 로다민 유도체 화합물들은 감응제로 이용될 수 있으며, 감응제의 제조 방법 자체는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 로다민 유도체 화합물들은 바이오 센서로도 이용될 수 있다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예

실시예 1: 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조

질소 분위기 하, 클로로포름(20 mL)에 화학식 4로 표시되는 화합물(0.3 g, 0.53 mmol), 단실 클로라이드(0.31 g, 1.2 mmol), 및 트리에틸아민(0.11 g, 1.10 mmol)을 혼합하여 80 ℃로 가열한다. 24 시간 교반 후, 디클로로메탄(100 mL)에 용해시킨다. 생성된 유기막을 물(300 mL)에 세척하고, 무수 황산나트륨으로 건조시키고, 필터링한다. 실리카 겔(에틸 아세테이트/헥산, 1:3)에 칼럼 크로마토그래피로 정제하면, 노란색의 고체인 목적 화합물(0.15 g, 40%)을 얻는다.

Mp 104 ~120 ℃. ¹H NMR (CDCl₃, 200 MHz): δ 8.50 (m, 4 H), 8.18 (d, 2 H, J = 7.20 Hz), 8.09 (m, 1 H), 7.53 ~ 7.40 (m, 6 H), 7.19 ~ 7.00 (m, 3 H), 6.63 (s, 2 H), 6.35 (4 H, J = 3.20 Hz), 6.20 (d, 2 H, J = 3.54 Hz), 3.48 (m, 2 H), 3.34 (q, 8 H), 2.83 (m, 12 H), 2.68 (m, 4 H), 2.10 (m, 4 H), 1.86 (m, 2 H), 1.61 ~ 1.50 (br, m), 1.18 (t, 12 H, J = 6.80 Hz). ¹³C NMR (CDCl₃, 50 MHz): 178.0, 153.6, 151.6, 148.9, 135.8, 131.8, 129.8, 129.2, 128.2, 123.1, 119.7, 115.145, 108.3, 105.7, 97.8, 45.4, 44.4, 28.8, 26.9, 12.6 ppm. FAB MS m/z (M+) calcd 1036.47, found 1037.00. Anal. Calcd for C₅₈H₆₈N₈O₆S₂: C, 67.15; H, 6.61. Found: C, 67.18; H, 6.65.

실시예 2: 화학식 2로 표시되는 화합물의 제조

질소 분위기 하, 클로로포름(20 mL)에 화학식 4로 표시되는 화합물(0.3 g, 0.53 mmol), 단실 클로라이드(0.16 g, 0.6 mmol), 및 트리에틸아민(0.06g, 0.6 mmol)을 혼합하여 80 ℃로 가열한다. 24 시간 교반 후, 디클로로메탄(100 mL)에 용해시킨다. 상온에서 냉각 후, 용애를 증발시키면 갈색의 생성물을 얻는다. 이 생성물을 클로로포름(20 mL)에서 토실 클로라이드(0.1 g, 0.53 mmol), 피리딘(0.09 g, 1.10 mmol)과 함께 혼합한다. 24시간 교반후, 디클로로메탄(100 mL)에 용해시킨다. 생성된 유기막을 물(300 mL)에 세척하고, 무수 황산나트륨으로 건조시키고, 필터링한다. 실리카 겔(에틸 아세테이트/헥산, 1:3)에 칼럼 크로마토그래피로 정제하면, 노란색의 고체인 목적 화합물(0.12 g, 30%)을 얻는다.

Mp 98 ~102 ℃. ¹H NMR (CDCl₃, 200 MHz): δ 8.65 (m, 2 H), 8.30 (d, 2 H, J = 7.20 Hz),7.77 (d, 2 H, J = 7.40 Hz), 7.55 (m, 4 H), 7.26 (d, 2 H, J = 7.40 Hz), 7.15 (m, 2 H), 6.95 (t, 1 H), 6.70 (t, 1H), 6.37~6.17 (m, 6 H), 3.34 (8 H, q), 2.84 (s, 6 H), 2.72 (s, 4 H), 2.34 (s, 3 H), 2.24 (m, 2 H), 2.04 (m, 2H), 1.87 (m, 2 H). ¹³C NMR (CDCl3, 50 MHz): 169.11, 153.49, 148.78, 142.69, 137.22, 131.56, 129.56,127.01, 123.57, 115.11, 108.11, 105.23, 97.48, 65.76, 54.95, 45.36, 44.32, 40.94, 28.71, 22.60, 21.45,14.08, 12.51 ppm. FAB MS m/z (M+) calcd 958.24, found 958.20. Anal. Calcd for C₅₃H₆₃N₇O₆S₂: C,66.43; H, 6.63. 6.69. Found: C, 66.45; H, 6.57.

실시예 3: 화학식 3으로 표시되는 화합물의 제조

질소 분위기 하, 클로로포름(20 mL)에 화학식 5로 표시되는 화합물(0.3 g, 0.57 mmol), 단실 클로라이드(0.17 g, 0.63 mmol), 및 트리에틸아민(0.06 g, 0.57 mmol)을 혼합하여 80 ℃로 가열한다. 24 시간 교반 후, 디클로로메탄(100 mL)에 용해시키고, 약한 염산으로 처리한다. 생성된 유기막을 물(300 mL)에 세척하고, 무수 황산나트륨으로 건조시키고, 필터링한다. 실리카 겔(에틸 아세테이트만 사용)에 칼럼 크로마토그래피로 정제하면, 노란색의 고체인 목적 화합물(0.17 g, 40%)을 얻는다.

Mp 100~ 110 ℃. ¹H NMR (CDCl₃, 200 MHz ): δ 8.52 (d, 2 H, J = 4.00 Hz), 8.34 (m, 2 H), 7.97 (m, 1 H), 7.48(m, 4 H), 7.07 (m, 2 H), 6.37 ~ 6.17 (m, 6 H), 3.37 (q, 8 H), 3.08 (t, 2 H), 2.82 (s, 6 H), 2.78 (t, 2 H), 2.34(t, 2 H), 2.04 (t, 2 H), 1.80 ~ 1.38 (br, s), 1.19 (t, 12 H, J = 6.80). ¹³C NMR (CDCl₃, 50 MHz): 168.9,153.3, 148.8, 132.5, 129.3, 128.2, 120.1, 115.2, 108.1, 105.5, 97.8, 45.4, 44.3, 28.8, 25.0, 12.6 ppm. FAB MS m/z (M+) calcd 760.38, found 761.01. Anal. Calcd for C₄₄H₅₂N₆O₄S: C, 69.45; H, 6.89. Found: C,69.55; H, 6.93.

실시예 4: 화학식 4로 표시되는 화합물의 제조

질소 분위기 하, 메탄올(20 mL)에 로다민 B(0.4 g, 0.84 mmol), 트렌(0.24 g, 1.68 mmol), 및 트리에틸아민(0.06 g, 0.57 mmol)을 혼합하여, 혼한 용액의 색이 없어질 때까지 80 ℃로 가열한다. 상온에서 냉각 후, 용매를 증발시킨다. 디클로로메탄(100 mL)과 물(200 mL)을 첨가하고, 생성된 유기막을 분리한다. 생성된 유기막은 약한 염산으로 2 회 세척하고, 무수 황산나트륨으로 건조시키고, 필터링하면, 무색의 고체인 목적 화합물(0.40 g, 80%)을 얻는다.

¹H NMR (CDCl₃, 200 MHz): δ7.90 (m, 1 H), 7.46 (m, 2 H), 7.10 (m, 1 H), 6.43 ~ 6.29 (d, 6 H, J1 = 8.8 Hz, J2 = 5.6 Hz), 3.39 ~ 3.28 (q,8 H), 2.54 ~ 2.51 (t, 2 H), 2.37 ~ 2.21 (m, 6 H), 1.60 ~ 1.40 (br, s), 1.20 ~ 1.13 (t, 12 H, J = 6.90 Hz). ¹³C NMR (CDCl₃, 50 MHz): 167.6, 153.4, 148.8, 132.2, 131.6, 128.9, 128.1, 123.7, 122.6, 108.1, 105.6, 97.6, 64.9, 56.8, 44.3, 39.5, 38.1, 12.5 ppm. FAB MS m/z (M+) calcd 570.37, found 571.00. Anal. Calcd for C₃₄H₄₆N₆O₂: C, 71.55; H, 8.12. Found: C, 71.63; H, 8.13.

실시예 5: 화학식 5로 표시되는 화합물의 제조

질소 분위기 하, 메탄올(20 mL)에 로다민 B(0.4 g, 0.84 mmol), 디에틸렌트리아민(0.17 g, 1.68 mmol), 및 트리에틸아민(0.06 g, 0.57 mmol)을 혼합하여, 80 ℃로 가열한다. 상온에서 냉각 후, 용매를 증발시킨다. 디클로로메탄(100 mL)과 물(200 mL)을 첨가하고, 생성된 유기막을 분리한다. 생성된 유기막은 약한 염산으로 2 회 세척하고, 무수 황산나트륨으로 건조시키고, 필터링하면, 무색의 고체인 목적 화합물(0.37 g, 83%)을 얻는다.

¹H NMR (CDCl₃, 200 MHz): δ 7.90 (m, 1 H), 7.43 (m, 2 H), 7.07 (m, 1 H), 6.44 ~ 6.23 (m, 6 H), 3.37 ~ 3.22 (m, 10 H), 2.60 (t, 2 H, J1 = 5.80 Hz, J2 = 5.40 Hz), 2.54 (t, 2 H, J1 = 7.00 Hz, J2 = 6.20 Hz), 1.40 ~ 1.30 (br, s), 1.18 (t, 12 H, J = 6.80 Hz). ¹³C NMR (CDCl₃, 50 MHz): 168.6, 167.6, 153.3, 148.6, 132.3, 130.7, 148.6, 132.3, 130.7, 128.4, 128.0, 123.6, 122.6, 107.9, 105.3, 105.1, 97.6, 64.9, 48.7, 47.3, 44.1, 40.0, 12.4 ppm. FAB MS m/z (M+) calcd 527.33, found 528.10. Anal. Calcd for C₃₂H₄₁N₈O₂: C, 72.83; H, 7.83. Found: C, 72.87; H, 7.82.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

제1도는 본 발명에 따른 로다민 유도체 화합물들의 흡수 및 방출 스펙트럼을 보여 주는 것이다.

제2도는 본 발명에 따른 로다민 유도체 화합물의 PDOS를 보여 주는 것이다.

제3도는 구리 이온의 첨가에 따른 FRET이 OFF에서 ON으로 바뀌는 것을 보여주는 것이다.

제4도는 본 발명에 따른 로다민 유도체 화합물들의 다양함 금속 이온에 대한 발광 강도를 보여 주는 것이다.

제5도는 본 발명에 따른 로다민 유도체 화합물과 구리 이온의 결합 관계를 보여주는 Job's Plot이다.

Claims

단실(Dansyl)기를 포함하는 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 로다민 유도체 화합물:

[화학식 1]
단실(Dansyl)기를 포함하는 하기 화학식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 로다민 유도체 화합물:

[화학식 2]
단실(Dansyl)기를 포함하는 하기 화학식 3으로 표시되는 것을 특징으로 하는 로다민 유도체 화합물:

[화학식 3]
클로로포름 용매를 포함하는 유기 용매에서 하기 화학식 4로 표시되는 화합 물, 단실 클로라이드(Dansyl Chloride), 및 트리에틸아민을 혼합하는 제1단계; 및

상기 제1단계의 혼합 용액을 가열하고, 교반함으로써, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 제2단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 로다민 유도체 화합물의 제조 방법.

[화학식 4]
제4항에 있어서, 상기 화학식 4로 표시되는 화합물은

유기 용매에서 로다민 B 및 트렌(Tren)을 혼합하고, 가열함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 로다민 유도체 화합물의 제조 방법.
클로로포름을 포함하는 유기 용매에서 상기 화학식 4로 표시되는 화합물, 단실 클로라이드 및 트리에틸아민을 혼합하는 제1단계;

상기 제1단계에서 제조된 혼합 용액을 가열 및 교반 후 냉각하는 제2단계;

클로로포름을 포함하는 유기 용매에서 상기 냉각된 반응액, 토실(Tosyl) 클로라이드 및 피리딘(Pyridine)을 혼합하는 제3단계; 및

상기 제3단계의 혼합용액을 가열하고, 교반함으로써, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 제조하는 제4단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 로다민 유도체 화합물의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 화학식 4로 표시되는 화합물은

유기 용매에서 로다민 B 및 트렌(Tren)을 혼합하고, 가열함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 로다민 유도체 화합물의 제조 방법.
클로로포름을 포함하는 유기 용매에서 하기 화학식 5로 표시되는 화합물, 단실 클로라이드, 및 트리에틸아민을 혼합하는 제1단계; 및

상기 제1단계의 혼합 용액을 가열하고, 교반함으로써, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 제조하는 제2단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 로다민 유도체 화합물의 제조 방법.

[화학식 5]
제8항에 있어서, 상기 화학식 5로 표시되는 화합물은

유기 용매에서 로다민 B 및 디에틸렌트리아민을 혼합하고, 가열함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 로다민 유도체 화합물의 제조 방법.
상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물 중 어느 하나의 화합물에 구리 이온을 첨가할 때 발생하는 형광 변화를 이용함으로써, 구리 이온의 존재 여부, 구리 이온의 양, 또는 이들 모두를 감지하는 것을 특징으로 하는 로다민 유도체 화합물의 이용 방법.
상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물 중 어느 하나의 화합물에 구리 이온을 첨가할 때 발생하는 형광 변화를 이용함으로써, 구리 이온의 존재 여부, 구 리 이온의 양, 또는 이들 모두를 감지하는데 사용되는 상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물 중 어느 하나의 화합물을 포함하는 감응제.