KR20100123552A - 음이온 계면활성제 선택성을 갖는 폴리아세틸렌 초분자체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 음이온 계면활성제 검출방법 - Google Patents

음이온 계면활성제 선택성을 갖는 폴리아세틸렌 초분자체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 음이온 계면활성제 검출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음이온 계면활성제 선택성을 갖는 폴리아세틸렌 초분자체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 음이온 계면활성제 검출방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디아세틸렌 단량체를 중합하여 제조된 폴리아세틸렌 초분자체는 음이온 계면활성제와 반응하여 파란색이 노란색으로 변하는 비색 및 형광 변화를 일으키는 선택성을 가지므로 음이온 계면활성제를 감지할 수 있는 화학센서로 사용할 수 있다.
폴리아세틸렌 초분자체, 디아세틸렌 단량체, 음이온 계면활성제, 비색 변화, 화학센서

Description

음이온 계면활성제 선택성을 갖는 폴리아세틸렌 초분자체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 음이온 계면활성제 검출방법{Polyacetylene supramolecules having selectivity for anionic surfactants, preparation method thereof and detection method of anionic surfactants using the same}
본 발명은 음이온 계면활성제 선택성을 갖는 폴리아세틸렌 초분자체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 음이온 계면활성제 검출방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디아세틸렌 단량체를 중합하여 제조된 폴리아세틸렌 초분자체는 음이온 계면활성제와 반응하여 파란색이 노란색으로 변하는 비색 및 형광 변화를 일으키는 선택성을 가지므로 음이온 계면활성제를 감지할 수 있는 화학센서로 사용할 수 있다.
음이온 계면활성제(anionic surfactants, AS)는 세제, 유화, 윤활, 촉매로 널리 사용되므로 환경 오염원으로 보고되어 있다. 따라서, 음이온 계면활성제를 검출하기에 편리한 방법을 개발할 필요가 있다. 지루한 과정, 다량의 독성 용매, 재생불가능, 및 신호의 불안정성 등으로 인해 이온 선택적 전극, 모세관 전기영동 법(capillary electrophoresis method) 등을 포함하여 계면활성제 분석에 잘 알려진 많은 기술들을 적용하는 데는 한계가 있다. 이러한 제약들로 인해, 어떠한 상태에서도 적용할 수 있는, 물에서 음이온 계면활성제를 검출하는 새로운 방법을 개발할 필요가 있다.
최근에, 음이온 수용체의 여러 가지 타입 중에서, 강한 (C-H)+--X-이온성 수소결합을 형성할 수 있는 이미다졸리움을 기초로 한 수용체들이 광범위하게 조사되었다. 새로운 이미다졸리움 수용체들을 다양한 음이온계 타겟에 적용할 수 있는 많은 흥미롭고 의미 있는 결과들이 있다. 또한, 최근에 이미다졸리움 수용체들은 나노 시스템에 적용되기도 하였다.
한편, 폴리디아세틸렌(polydiacetylenes, PDAs)은 공액 고분자 군으로 몇몇 관점에서 매우 흥미로운 물질이다. 우선, 이들 고분자는 일반적으로 자기 조립 디아세틸렌 초분자의 UV 조사에 의해 제조된다. 둘째, PDAs를 최적 조건에서 제조할 경우 많은 경우에 640nm에서 최대 흡수 파장을 갖는 짙은 파란색을 나타낸다. 셋째, 파란색의 PDAs는 환경적 자극에 의해 red phase(550nm에서 최대 흡수 파장)로 색깔 이동을 한다. 자극-유도에 의한 PDAs의 뚜렷한 파란색의 붉은색으로의 변화는 PDA를 기초로 한 다양한 화학센서의 개발로 이어졌다. 따라서, DNA, 바이러스, 단백질, 금속 이온, 유기 용매 등의 생물학적, 화학적 및 환경학적으로 중요한 타겟 물질의 비색 검출이 보고되었다.
그러나, 형광 또는 UV 변화를 적용하여 이들 음이온 계면활성제를 간단하게 검출하는 방법은 보고된 바 없다.
본 발명의 목적은 이미다졸리움-디아세틸렌 단량체를 기초로 한 폴리아세틸렌 초분자체를 이용하여 선택적으로 음이온 계면활성제를 형광 또는 비색 검출할 수 있는 폴리아세틸렌 초분자체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 음이온 계면활성제의 검출방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1의 화합물을 제공한다:
[화학식 1]
Figure 112009029378664-PAT00001
상기 식에서,
R1는 탄소수 1 내지 30의 알킬기를 나타내고,
R2는 탄소수 1 내지 30의 알킬렌기를 나타내며,
L은 2가의 유기기를 나타내고,
R3는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기를 나타낸다.
본 발명은 또한 하기 화학식 2의 화합물을 제공한다:
[화학식 2]
Figure 112009029378664-PAT00002
상기 식에서,
R1는 탄소수 1 내지 30의 알킬기를 나타내고,
R2는 탄소수 1 내지 30의 알킬렌기를 나타내며,
L은 2가의 유기기를 나타내고,
R3는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기를 나타내며,
R4는 5 내지 12 환원의 아릴로 치환되거나 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬, 또는 5 내지 12 환원의 아릴을 나타내고,
X-는 할로겐 원자를 나타낸다.
본 발명은 또한 구조 내에 하기 화학식 3의 반복 단위를 포함하는 폴리아세틸렌 초분자체를 제공한다:
[화학식 3]
Figure 112009029378664-PAT00003
상기 식에서,
R1는 탄소수 1 내지 30의 알킬기를 나타내고,
R2는 탄소수 1 내지 30의 알킬렌기를 나타내며,
L은 2가의 유기기를 나타내고,
R3는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기를 나타내며,
R4는 5 내지 12 환원의 아릴로 치환되거나 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬, 또는 5 내지 12 환원의 아릴을 나타내고,
X-는 할로겐 원자를 나타낸다.
본 발명은 또한 상기의 폴리아세틸렌 초분자체를 포함하는 음이온성 화합물 검출용 센서를 제공한다.
본 발명은 또한 상기의 센서를 사용하여 음이온성 화합물을 검출하는 방법을 제공한다.
본 발명은 수용액 내에서 이미다졸리움-디아세틸렌 단량체를 기초로 한 폴리아세틸렌 초분자체를 이용한 음이온 계면활성제에 대한 화학센서 시스템을 개발한 것으로, 음이온 계면활성제의 음이온 기와 장쇄 알킬이 폴리아세틸렌 초분자체의 헤드 그룹의 수소 결합을 방해하여 비색 및 형광 변화를 일으키는 음이온 계면활성제에 대한 선택성을 이용한 것이다.
이하 본 발명의 구성을 구체적으로 설명한다.
본 발명은 하기 화학식 1의 화합물에 관한 것이다:
[화학식 1]
Figure 112009029378664-PAT00004
상기 식에서,
R1는 탄소수 1 내지 30의 알킬기를 나타내고,
R2는 탄소수 1 내지 30의 알킬렌기를 나타내며,
L은 2가의 유기기를 나타내고,
R3는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기를 나타낸다.
본 발명의 화합물의 치환체 정의에 사용된 용어는 하기와 같다.
"할로겐"은 -F, -Cl, -Br 또는 -I이다.
"알킬"은 다른 기재가 없는 한, 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지쇄 또는 고리형의 포화 탄화수소를 가리킨다. C1-30 알킬기의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 이소프로필, 이소부틸, sec-부틸 및 tert-부틸, 이소펜틸, 네오펜틸, 이소헥실, 이소헵틸, 이소옥틸, 이소노닐 및 이소데실이 포함되나, 이들에 제한되지 않는다. 또한 상기 알킬은 "시클로알킬"을 포함한다. 상기 시클로알킬은 다른 기재가 없는 한, 탄소수 3 내지 12의 비방향족, 포화 탄화 수소환으로서 단일환 및 융합환을 포함한다. C3-12 시클로알킬의 대표적 예는 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로헵틸 및 시클로옥틸이 포함되나, 이들에 제한되지 않는다.
"알킬렌"은 상기 알킬로 부터 유도된 2가의 유기로서, 바람직한 탄소수의 범위는 상기 알킬과 동일하다.
아릴렌은 다른 기재가 없는 한, 6 내지 12-원의 방향족 고리화합물로부터 유 도된 2가의 유기기를 나타낸다. 아릴기의 예로는 페닐렌, 비페닐렌, 나프틸렌 및 안트라세닐렌을 포함하나, 이들에 제한되지 않는다.
화학식 1의 화합물은 구체적으로는, 상기 R1는 탄소수 3 내지 18의 알킬기를 나타내고,
R2는 탄소수 3 내지 18의 알킬렌기를 나타내며,
L은 -C(O)-NH-를 나타내고,
R3는 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기를 나타낼 수 있다.
가장 구체적으로는, R1는 탄소수 6 내지 16의 알킬기를 나타내고,
R2는 탄소수 4 내지 10의 알킬렌기를 나타내며,
L은 -C(O)-NH-를 나타내고,
R3는 탄소수 1 내지 3의 알킬렌기를 나타낼 수 있다.
상기 화학식 1의 화합물로는 10, 12-펜타코사디이노산 (pentacosadiynoic acid), 5, 7-에이코사디이노산 (eicosadiynoic acid), 2, 4-헵타코사디이노산 (heptacosadiynoic acid) 또는 이들의 혼합물을 포함하나 이에 제한하지는 않는다.
또한, 상기 화학식 1의 화합물은 박막 구조를 갖는 초분자체로의 자기 조립 의 유도가 가능하다. 초분자체를 형성할 때, 디아세틸렌 단량체들 사이의 거리가 충분히 좁으면 254 nm의 UV 빛으로 고분자화될 수 있는데, 이때 새로 형성된 고분자 결합에 의해 파란색을 띠게 된다. 여기서 고분자 결합의 색은 결합에 참여하는 π-컨쥬게이션(conjugation)과 밀접한 관련이 있으며, 외부 자극에 의해 고분자의 단량체들의 재배열이 일어나 π-축합이 짧아지면서 자극의 정도에 따라 점차 노란색으로의 색 전이 현상을 보인다.
본 발명은 또한 하기 화학식 2의 화합물에 관한 것이다:
[화학식 2]
Figure 112009029378664-PAT00005
상기 식에서,
R1는 탄소수 1 내지 30의 알킬기를 나타내고,
R2는 탄소수 1 내지 30의 알킬렌기를 나타내며,
L은 2가의 유기기를 나타내고,
R3는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기를 나타내며,
R4는 5 내지 12 환원의 아릴로 치환되거나 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬, 또는 5 내지 12 환원의 아릴을 나타내고,
X-는 할로겐 원자를 나타낸다.
화학식 2의 화합물은 구체적으로는, 상기 R1는 탄소수 3 내지 18의 알킬기를 나타내고,
R2는 탄소수 3 내지 18의 알킬렌기를 나타내며,
L은 -C(O)-NH-를 나타내고,
R3는 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기를 나타내며,
R4는 탄소수 1내지 4의 알킬, 페닐 또는 벤질을 나타내고,
X-는 할로겐 원자를 나타낼 수 있다.
가장 구체적으로는, 상기 R1는 탄소수 6 내지 16의 알킬기를 나타내고,
R2는 탄소수 4 내지 10의 알킬렌기를 나타내며,
L은 -C(O)-NH-를 나타내고,
R3는 탄소수 1 내지 3의 알킬렌기를 나타내며,
R4는 메틸 또는 에틸을 나타내고,
X-는 I를 나타낼 수 있다.
본 발명은 또한 구조 내에 하기 화학식 3의 반복 단위를 포함하는 폴리아세틸렌 초분자체에 관한 것이다:
[화학식 3]
Figure 112009029378664-PAT00006
상기 식에서,
R1는 탄소수 1 내지 30의 알킬기를 나타내고,
R2는 탄소수 1 내지 30의 알킬렌기를 나타내며,
L은 2가의 유기기를 나타내고,
R3는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기를 나타내며,
R4는 5 내지 12 환원의 아릴로 치환되거나 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬, 또는 5 내지 12 환원의 아릴을 나타내고,
X-는 할로겐 원자를 나타낸다.
화학식 3의 화합물은 구체적으로는, 상기 R1는 탄소수 3 내지 18의 알킬기를 나타내고,
R2는 탄소수 3 내지 18의 알킬렌기를 나타내며,
L은 -C(O)-NH-를 나타내고,
R3는 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기를 나타내며,
R4는 탄소수 1내지 4의 알킬, 페닐 또는 벤질을 나타내고,
X-는 할로겐 원자를 나타낼 수 있다.
보다 구체적으로는, 상기 R1는 탄소수 6 내지 16의 알킬기를 나타내고,
R2는 탄소수 4 내지 10의 알킬렌기를 나타내며,
L은 -C(O)-NH-를 나타내고,
R3는 탄소수 1 내지 3의 알킬렌기를 나타내며,
R4는 메틸 또는 에틸을 나타내고,
X-는 I를 나타낼 수 있다.
상기 화학식 3의 반복단위를 포함하는 본 발명의 폴리아세틸렌 초분자체는 박막 구조를 나타내며, 상기 박막 구조는 템플레이트 없이 형성될 수 있어 전자전달 또는 액정 등에 사용할 수 있다.
본 발명은 또한 상기의 폴리아세틸렌 초분자체를 포함하는 음이온성 화합물 검출용 센서에 관한 것이다:
상기 음이온성 화합물은 음이온 계면활성제일 수 있다.
상기 음이온 계면활성제는 구조 내에 탄소수 8 이상의 장쇄 알킬 및 음이온을 포함할 수 있다.
상기 음이온 계면활성제의 예로는 퍼플루오로옥타노에이트 (Perfluorooctanoate; PFO), 퍼플루오로옥탄설포네이트 (Perfluorooctanesulfonate; PFOS), 소듐 도데실 설페이트(Sodium dodecyl sulfate; SDS), 암모늄 라우릴 설페이트(ammonium lauryl sulfate), 소듐 라우릴 에테르 설페이트(sodium lauryl ether sulfate; SLES) 또는 알킬벤젠설포네이트(Alkyl benzene sulfonate) 등일 수 있다.
상기 센서는 파란색을 띠지만 음이온성 화합물의 음이온 기와 장쇄 알킬이 본 발명의 폴리아세틸렌 초분자체의 헤드 그룹의 수소 결합을 방해하여 노란색으로 변하게 된다. 이러한 색 변이는 육안으로 관찰 가능할 뿐만 아니라 좁은 영역 내에 서의 반응에 대한 변화는 광학현미경 등을 통해 확인할 수 있다. 또한, 노란색으로의 변화는 형광으로도 검출이 가능하다. 이러한 색 변이의 정도를 수치화하면 음이온성 화합물의 농도도 계산할 수 있다.
또한, 본 발명의 폴리아세틸렌 초분자체는 박막 구조를 나타내나 음이온 계면활성제를 첨가하면 상기 초분자체는 리본 구조로 바뀌며 이로 인해 파란색이 노란색으로 색 변이를 일으킬 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 센서를 사용하여 음이온성 화합물을 검출하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 폴리아세틸렌 초분자체는 수용액 내에서 파란색을 띠나 음이온성 화합물을 첨가할 경우 노란색으로 변화하므로 비색 또는 형광 프로브로 사용하여 음이온성 화합물을 검출할 수 있다.
이하, 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1> 디아세틸렌 단량체의 제조
디아세틸렌 단량체인 PCDA-IM 1의 제조과정은 도 1에 도시하였다. 구체적으로, 0.75g(2.01mmol)의 10,12- 펜타코사디이노산을 포함하는 디클로로메탄 용액 20mL에 300mg(2.61mmol) N-하이드록시석시니마이드(N-Hydroxysuccinimide:NHS) 및 600mg(2.91mmol) N,N'-디사이클로헥실카보디이미드(N,N'-Dicyclohexylcarbodiimide:DCC)를 첨가하고, 질소 가스 하에서 실온에서 오버나이트 동안 교반하였다. 흰색 침전물은 여과하고, 용매는 증발시킨 후, 플래쉬 컬럼 크로마토그래피(실리카겔, 용출용매: CH2Cl2)를 이용하여 NHS로 변형된 PDA를 얻었다. 그 후, 1-(3-아미노프로필)이미다졸(1-(3-Aminopropyl)imidazole: 500 mg, 4.0 mmol)을 첨가한 디클로로메탄 10mL 용액에 PDA-NHS를 첨가하였다. 최종 혼합물을 24시간 동안 교반하였다. 용매를 증발시킨 후, 잔류물은 실리카겔 컬럼(CH2Cl2/CH3OH, 97:3)을 이용하여 정제하여 흰색 고형분의 형태로 이미다졸 유도체(화합물 2)를 수득하였다(560 mg, 58%).
1H NMR (CDCl3, 250 MHz)δ(ppm): 7.40 (d, 1H, J = 1Hz), 6.98 (d, 1H, J = 1Hz), 6.89 (s, 1H), 5.95 (br, 1H), 3.93 (t, 2H, J = 6.7 Hz), 3.18 (q, 2H, J = 6.7 Hz), 2.19-2.05 (m, 6H), 1.96-1.91 (m, 2H), 1.53-1.18 (m, 32 H), 0.81 (t, 3H, J =6.25).
13C NMR (CDCl3, 62.5 MHz) δ(ppm): 173.582, 137.041, 129.580, 118.860, 65.281, 65.183, 44.667, 36.636, 31.897, 29.610, 29.462, 29.328, 29.204, 29.124, 29.081, 28.884, 28.845, 28.722, 28.331, 28.249, 22.673, 19.182, 19.158.
FAB MS m/z = 482.4112 [M + H]+, calc. fo C31H52N3O = 482.4110.
다음으로, 상기에서 제조한 0.250 g (0.52 mmol)의 이미다졸 유도체(화합물 2)를 첨가한 20 mL CH3CN 용액에 400 mg (2.81 mmol) CH3I를 첨가하였다. 최종 용액을 오버나이트 동안 환류시켰다. 증발 후, 고 순도의 화합물 1(PCDA-IM 1)을 수득하였다.
1H NMR (CDCl3, 250 MHz) δ(ppm):9.93 (s, 1H), 7.72 (d, 1H, J = 1.5 Hz), 7.29 ( d, 1H, J =1.5 Hz), 4.37 (t, 2H, J =6.25Hz), 4.00 (s, 3H), 3.24(q, 2H, J = 5.5 Hz), 2.27-2.14(m, 8H), 1.55-1.18(m, 32H), 0.81(t, 3 H, J = 6.25Hz).
13C NMR (CDCl3, 62.5 MHz) δ(ppm):174.865, 137.144, 123.135, 123.045, 65.196, 47.523, 36.936, 31.903, 29.619, 29.473, 29.338, 29.261, 29.093, 28.954, 28.858, 28.817, 28.340, 25.822, 22.683, 19.199, 14.139.
FAB MS m/z = 496.4271 [M + H]+, calc. for C32H54N3O = 496.4267.
<실시예 2> 디아세틸렌 단량체를 이용한 폴리아세틸렌 초분자체의 제조
상기 실시예 1에서 제조한 디아세틸렌 단량체를 소량의 DMSO(1mL)에서 녹이고, 상기 유기 용액을 9mL의 HEPES 완충용액(20mM, pH7.4)에 첨가하고, 상기 혼합 용액을 흔들어 1mM의 총 단량체 농도를 얻었다. 상기 시료를 80℃에서 25분간 초음파 처리하였다. 최종 용액을 0.8㎛ 크기의 필터로 여과하고 나서, 여과물을 4℃에서 12시간 동안 냉각하였다. 상기 용액을 254nm의 자외선으로 조사하여(1mW/cm2) 실온에서 중합시켰다. 그 결과 안정적이고, 파란색의 폴리아세틸렌 초분자체가 형성되었다.
<실험예 1> 폴리아세틸렌 초분자체의 음이온 계면활성제에 대한 선택성 조사
소듐 도데실 설페이트(sodium dodecyl sulfate:SDS), 트리톤 X-100(Triton X-100), 세틸트리메틸암모늄 클로라이드(cetyltrimethylammonium chloride:CTAC) 및 F-, Cl-, Br-, I-, SO4 2-, CO3 2-, CH3CO2 -, NO3 - 및 HPO4 2-의 음이온들에 대한 디아세틸렌 초분자체의 비색 반응을 실험하였다
도 2a는 다양한 분석물질(500 mM) 을 첨가한 HEPES (20 mM, pH 7.4) 완충용액에서 PCDA-IM 1 (100 mM)에서 유래한 PDA 현탁액의 사진도를 나타낸 것이다(1, 블랭크; 2, F-; 3, Cl-; 4, Br-; 5, I-; 6, SO4 2-; 7, CO3 2-; 8, ClO4 -; 9, CH3COO-; 10, NO3 -; 11, HPO4 2-; 12, SDS; 13, Triton X-100; 14, CTAC).
분석 결과, PCDA-IM 1으로 제조한 폴리디아세틸렌에서 SDS 만이 투명한 파란색에서 노란색으로의 전이를 유도하였다.
도 2b는 SDS 농도별 HEPES (20 mM, pH 7.4) 완충용액에서 PDA (100 mM)의 비색변화를 나타낸 것으로(1, 0μM; 2, 20μM; 3, 50μM; 4, 100μM; 5, 200μM; 6, 300μM; 7, 400μM; 8, 500μM), 농도 의존적인 비색변화를 나타내었다.
또한, 도 2c는 소듐 도데카노에이트 농도별 HEPES (20 mM, pH 7.4) 완충용액에서 PDA (100 mM)의 비색변화를 나타낸 것으로(1, 0μM; 2, 20μM; 3, 50μM; 4, 100μM; 5, 200μM; 6, 300μM; 7, 400μM; 8, 500μM), 농도 의존적인 비색변화를 나타내었다.
상기 결과로부터, 수용액 내에서 음이온 헤드 그룹과 긴 알킬 사슬이 이러한 비색변화에 필요함을 알 수 있었고, 따라서, 이들은 갖는 음이온 계면활성제를 검출하는데 디아세틸렌 초분자체를 이용할 수 있음을 의미하는 것이다.
또한, PCDA-IM 1에서 유래한 폴리아세틸렌의 SDS 선택성은 도 3에 나타난 바와 같이 수용액 내에서 독특하게 헤드 그룹간의 결합 때문일 수 있다. SDS는 PCDA-IM 1에서 유래한 PDA의 헤드 그룹간의 이온성 수소결합을 방해할 수 있다. 이로 인해 중합 과정 동안 알킬 사이드 체인에 부가된 변형에너지를 방출하게 되고, 정렬된 p-오비탈의 부분적인 뒤틀림을 유발하여 상기 고분자의 효과적인 컨쥬게이션 길이의 감소를 유도할 수 있는 것으로 사료된다.
<실험예 2> 음이온 계면활성제에 의한 폴리아세틸렌 초분자체의 상전이 조사
가시광선 영역 흡수 분광광도계(visible absorption spectroscopy)를 이용하 여 폴리아세틸렌의 SDS 유도에 의한 상 전이를 측정하였다. 도 4a는 농도별(0μM, 10μM, 20μM, 30μM, 40μM, 50μM)로 SDS를 포함한 HEPES (10 mM, pH 7.4) 완충용액에서 PDA(50μM) 의 UV 흡광도 변화를 나타낸 것이다.
도 4a에 나타난 바와 같이, SDS의 첨가로 540nm에서 흡수가 증가함과 동시에 620nm에서 흡수는 감소하였다.
PDA의 이러한 비색 전이는 형광 발생을 수반하기 때문에, SDS의 존재는 형광변화에 의해 모니터할 수 있다(도 4b). 도 4b는 농도별(0μM, 10μM, 20μM, 30μM, 40μM, 50μM)로 SDS를 포함한 HEPES (10 mM, pH 7.4) 완충용액에서 PDA(50μM) 의 형광변화를 나타낸 것이다(여기파장: 480 nm, 슬릿: 5 nm/10 nm).
SDS 첨가 시 전체적인 방출 변화는 약 40배에 달하였다. 50 mM 파란색의 PDAs를 이용하여 SDS의 농도별로 방출 변화를 모니터한 결과 검출범위는 1mM 미만인 것으로 평가되었다.
<실험예 3> 디아세틸렌 초분자체의 구조
디아세틸렌 초분자체의 구조를 TEM(transmission electron microscopy)을 통해 확인하였다.
그 결과, 상기 초분자체는 박막 형태의 구조를 나타내었다(도 4). 도 5a는 프로브 소니케이터를 이용하여 파란색 상태의 고분자의 TEM 사진도를 나타낸 것으로, a)는 PDA 초분자체이고, b)는 SDS 첨가 후 PDA 초분자체를 나타낸 것이다.
알려진 대부분의 PDA는 미셀 타입의 고분자를 나타내는 반면, 본 발명의 고 분자는 도 5a와 같이 박막 형태의 구조를 나타내었다. 본 발명의 고분자가 전형적인 미셀 구조를 나타내지 않고 박막 형태를 나타내는지는 명확하지 않지만, 아마도 (C-H)+--I- 이온성 수소결합에 의한 이미다졸리움 고리의 p-p 스태킹에 의한 것일 수 있다. 이는 PDA를 기초로 한 2차원 박막 구조를 나타내는 최초의 예시이다.
또한, 상기 고분자에 SDS를 첨가하면 리본 구조를 나타내었다(도 5b). 파란색이 붉은색으로 변화하기 보다는 파란색이 노란색으로 변화하는 것은 이러한 2차원 및 박막 구조로 인한 것일 수 있다. 또한, 이러한 박막은 템플레이트 또는 유리 표면의 도움 없이 형성될 수 있다. 특히, 이 구조는 잠재적으로 전자전달 또는 액정 등에 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 PCDA-IM 1 단량체의 제조공정을 간략하게 도시한 것이다.
도 2는 다양한 분석물질을 포함한 HEPES 완충용액에서 본 발명의 폴리아세틸렌 초분자체의 비색 반응을 나타낸 것으로, a) 분석물질이 음이온이고, b)는 SDS의 농도별 비색 반응 결과이고, c)는 소듐 도데카노에이트의 농도별 비색 반응 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 SDS를 첨가할 경우 본 발명의 폴리아세틸렌 초분자체의 구조 변화를 나타낸 것이다.
도 4는 SDS의 농도별 PDA UV 흡광도 변화(a)와 형광변화(b)를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 폴리아세틸렌 초분자체의 TEM 사진도를 나타낸 것으로, a)는 본 발명의 폴리아세틸렌 초분자체의 TEM 사진도이고, b)는 SDS 첨가 후 본 발명의 폴리아세틸렌 초분자체의 TEM 사진도이다.

Claims (14)

  1. 하기 화학식 1의 화합물:
    [화학식 1]
    Figure 112009029378664-PAT00007
    상기 식에서,
    R1는 탄소수 1 내지 30의 알킬기를 나타내고,
    R2는 탄소수 1 내지 30의 알킬렌기를 나타내며,
    L은 2가의 유기기를 나타내고,
    R3는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기를 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서,
    R1는 탄소수 3 내지 18의 알킬기를 나타내고,
    R2는 탄소수 3 내지 18의 알킬렌기를 나타내며,
    L은 -C(O)-NH-를 나타내고,
    R3는 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기를 나타내는 화합물.
  3. 제1항에 있어서,
    R1는 탄소수 6 내지 16의 알킬기를 나타내고,
    R2는 탄소수 4 내지 10의 알킬렌기를 나타내며,
    L은 -C(O)-NH-를 나타내고,
    R3는 탄소수 1 내지 3의 알킬렌기를 나타내는 화합물.
  4. 하기 화학식 2의 화합물:
    [화학식 2]
    Figure 112009029378664-PAT00008
    상기 식에서,
    R1는 탄소수 1 내지 30의 알킬기를 나타내고,
    R2는 탄소수 1 내지 30의 알킬렌기를 나타내며,
    L은 2가의 유기기를 나타내고,
    R3는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기를 나타내며,
    R4는 5 내지 12 환원의 아릴로 치환되거나 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알 킬, 또는 5 내지 12 환원의 아릴을 나타내고,
    X-는 할로겐 원자를 나타낸다.
  5. 제4항에 있어서,
    R1는 탄소수 3 내지 18의 알킬기를 나타내고,
    R2는 탄소수 3 내지 18의 알킬렌기를 나타내며,
    L은 -C(O)-NH-를 나타내고,
    R3는 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기를 나타내며,
    R4는 탄소수 1내지 4의 알킬, 페닐 또는 벤질을 나타내는 화합물.
  6. 제4항에 있어서,
    R1는 탄소수 6 내지 16의 알킬기를 나타내고,
    R2는 탄소수 4 내지 10의 알킬렌기를 나타내며,
    L은 -C(O)-NH-를 나타내고,
    R3는 탄소수 1 내지 3의 알킬렌기를 나타내며,
    R4는 메틸 또는 에틸을 나타내는 화합물.
  7. 구조 내에 하기 화학식 3의 반복 단위를 포함하는 폴리아세틸렌 초분자체:
    [화학식 3]
    Figure 112009029378664-PAT00009
    상기 식에서,
    R1는 탄소수 1 내지 30의 알킬기를 나타내고,
    R2는 탄소수 1 내지 30의 알킬렌기를 나타내며,
    L은 2가의 유기기를 나타내고,
    R3는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기를 나타내며,
    R4는 5 내지 12 환원의 아릴로 치환되거나 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬, 또는 5 내지 12 환원의 아릴을 나타내고,
    X-는 할로겐 원자를 나타낸다.
  8. 제7항에 있어서,
    R1는 탄소수 3 내지 18의 알킬기를 나타내고,
    R2는 탄소수 3 내지 18의 알킬렌기를 나타내며,
    L은 -C(O)-NH-를 나타내고,
    R3는 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기를 나타내며,
    R4는 탄소수 1내지 4의 알킬, 페닐 또는 벤질을 나타내는 폴리아세틸렌 초분자체.
  9. 제7항에 있어서,
    R1는 탄소수 6 내지 16의 알킬기를 나타내고,
    R2는 탄소수 4 내지 10의 알킬렌기를 나타내며,
    L은 -C(O)-NH-를 나타내고,
    R3는 탄소수 1 내지 3의 알킬렌기를 나타내며,
    R4는 메틸 또는 에틸을 나타내는 폴리아세틸렌 초분자체.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 폴리아세틸렌 초분자체를 포함하는 음이온성 화합물 검출용 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    음이온성 화합물은 음이온 계면활성제인 검출용 센서.
  12. 제11항에 있어서,
    음이온 계면활성제는 구조 내에 탄소수 8 이상의 장쇄 알킬 및 음이온을 포함하는 검출용 센서.
  13. 제12항에 있어서,
    음이온 계면활성제는 퍼플루오로옥타노에이트 (Perfluorooctanoate; PFO), 퍼플루오로옥탄설포네이트 (Perfluorooctanesulfonate; PFOS), 소듐 도데실 설페이 트(Sodium dodecyl sulfate; SDS), 암모늄 라우릴 설페이트(ammonium lauryl sulfate), 소듐 라우릴 에테르 설페이트(sodium lauryl ether sulfate; SLES) 또는 알킬벤젠설포네이트(Alkyl benzene sulfonate)인 검출용 센서.
  14. 제10항에 따른 센서를 사용하는 음이온성 화합물을 검출하는 방법.
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