KR20110020455A - Pyrene derivatives having cu(ii) ion selectivity, method for preparing therefor, detecting method using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Pyrene derivatives for detecting Cu(II) ion are provide to detect Cu(II) ions in a sample solution with selective and high sensitivity by causing excimer emission. CONSTITUTION: Pyrene derivatives are represented by chemical formula 1 and has Cu(II) ion selectivity. A method for preparing the pyrene derivatives comprises a step for preparing a pyrene derivative of chemical formula 1 by reacting 1-pyrenecarboxylic acid, dicyclohexylcarbodiimide and 8-aminoquinoline in the presence of a 4-(dimethylamino)pyridine catalyst.

Description

2가 구리 이온 선택성을 갖는 피렌 유도체, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 2가 구리 이온 검출 방법{Pyrene derivatives having Cu(II) ion selectivity, method for preparing therefor, detecting method using the same}Pyrene derivative having divalent copper ion selectivity, preparation method thereof and method for detecting divalent copper ion using same {Pyrene derivatives having Cu (II) ion selectivity, method for preparing therefor, detecting method using the same}

본 발명은 2가 구리 이온 선택성을 갖는 피렌 (pyrene) 유도체, 이를 제조하는 방법 및 이를 이용한 2가 구리 이온 검출 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2가 구리 이온과 화학당량적으로 2:1 복합체를 형성하여 현저한 엑시머 발광을 야기함으로써, 시료 용액 중에서 2가 구리 이온을 선택적이고 높은 감도로 검출할 수 있는 피렌 (pyrene) 유도체, 이를 제조하는 방법 및 이를 이용한 2가 구리 이온 검출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pyrene derivative having divalent copper ion selectivity, a method for preparing the same, and a method for detecting divalent copper ions using the same, and more particularly, to a chemically equivalent 2: 1 complex with divalent copper ions. The present invention relates to a pyrene derivative which can detect divalent copper ions in a sample solution with high sensitivity by forming a and causing a significant excimer emission, a method for preparing the same, and a method for detecting divalent copper ions using the same.

화학센서는 특정 검출 대상 물질에 결합하는 경우에 전기, 전자, 자성, 또는 광학적 신호들에 있어서 현저한 변화를 야기하는 화합물을 의미한다. 이러한 센서들 중에서, 형광 화학센서들은 다른 방법들에 비해서 몇몇 장점들을 보유하는데, 이는 감도가 높고, 특이성이 있으며, 빠른 반응시간으로 실시간 모니터링이 가능하기 때문이다. 최근에, 금속 이온들을 선택적으로 인식할 수 있는 형광 화학센서들의 개발은 유기 및 초분자화학의 발전으로 인해서 가장 촉망받는 분야 중의 하나이다. 특히, 특정 환경 하에서는, 수은, 납, 및 구리 이온 등과 같은 중금속 이온들을 선택적으로 검출하는 것이 매우 필요하다.A chemical sensor refers to a compound that causes a significant change in electrical, electronic, magnetic, or optical signals when bound to a specific detection target material. Of these sensors, fluorescent chemical sensors have several advantages over other methods because of their high sensitivity, specificity and fast real-time monitoring. Recently, the development of fluorescent chemical sensors that can selectively recognize metal ions is one of the most promising fields due to the development of organic and supramolecular chemistry. In particular, under certain circumstances, it is very necessary to selectively detect heavy metal ions such as mercury, lead, copper ions and the like.

2가 구리 이온은 다양한 분야에서 중요한 역할을 수행한다. 그러나, 고농도의 구리에 노출되는 경우에는, 비록 이러한 노출이 단시간이라 하더라도, 위장관 질환이 야기될 수 있으며, 반면에 장시간 노출되는 경우에는, 간 또는 신장의 손상이 초래될 수 있다. 이러한 이유들로 인해서, 최근 몇년 동안에 2가 구리 이온의 검출을 위한 형광 센서들의 고안 및 합성에 관한 연구들이 있어왔다. 보고된 대부분의 2가 구리 형광 센서들에 대해서, 비록 일부 센서들에 있어서 2가 구리 이온의 결합이 형광 증가 현상을 야기하지만, 일반적으로 2가 구리 이온의 결합은 2가 구리 이온이 지니는 상자성으로 인해서 형광 소광을 야기한다.Divalent copper ions play an important role in various fields. However, when exposed to high concentrations of copper, even if such exposure is short, gastrointestinal disease may occur, whereas if exposed for a long time, damage to the liver or kidneys may result. For these reasons, there have been studies in recent years on the design and synthesis of fluorescent sensors for the detection of divalent copper ions. For most of the reported divalent copper fluorescence sensors, although the binding of divalent copper ions causes an increase in fluorescence in some sensors, in general, the binding of divalent copper ions is paramagnetic with the divalent copper ions. Thereby causing fluorescence quenching.

형광 탐침으로서 피렌계 (pyrene) 물질이 종종 효과적으로 사용되어 왔는데, 이는 그 발광 특성이 그 주변 환경에 민감하기 때문이다. 피렌 잔기들 사이의 상대적인 근접도에 따라서, 상당히 다른 파장대에서 독특한 모노머 및 엑시머 방출이 관찰되는데, 이를 통해서 구조적 정보를 분석할 수 있다. 피렌의 그러한 독특한 물리적 특성들을 활용하여, 본 발명자들은 특정 금속 양이온들과 결합하는 경우에 자가-조립성 다이머 구조 (self-assembled dimeric structure)를 형성하여 Py-Py* 엑시머 형광 밴드를 발생시키는 일련의 피레닐아미드 유도체들에 대하여 연구하였다.Pyrene materials have often been used effectively as fluorescent probes because their luminescent properties are sensitive to their surroundings. Depending on the relative proximity between the pyrene residues, unique monomer and excimer emission is observed at significantly different wavelength bands, which allows structural information to be analyzed. Taking advantage of such unique physical properties of pyrenes, the inventors have created a series of self-assembled dimeric structures that, when combined with certain metal cations, generate a Py-Py * excimer fluorescent band. Pyrenylamide derivatives were studied.

본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 2가 구리 이온과 화학당량적으로 2:1 복합체를 형성하여 현저한 엑시머 발광을 야기함으로써, 시료 용액 중에서 2가 구리 이온을 선택적이고 높은 감도로 검출할 수 있는 2가 구리 이온 검출용 피렌 (pyrene) 유도체를 제공하는 것이다.The first problem to be solved by the present invention is to form a 2: 1 complex chemically equivalent to divalent copper ions, causing a significant excimer emission, thereby detecting a divalent copper ion in a sample solution with high sensitivity It is to provide a pyrene derivative for detecting divalent copper ions.

본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기 2가 구리 이온 검출용 피렌 유도체의 제조 방법을 제공하는 것이다.The second problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a pyrene derivative for detecting divalent copper ions.

본 발명이 해결하고자 하는 세 번째 과제는 상기 피렌 유도체를 이용하여 2가 구리 이온을 검출하는 방법을 제공하는 것이다.The third object of the present invention is to provide a method for detecting divalent copper ions using the pyrene derivative.

본 발명은 상기 세 번째 과제를 해결하기 위하여, 상기 화학식 1로 표시되는 피렌 유도체를 이용하여 시료 중에서 2가 구리 이온을 선택적으로 검출하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for selectively detecting divalent copper ions in a sample by using a pyrene derivative represented by Chemical Formula 1 to solve the third problem.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 2가 구리 이온의 선택적 검출은 상기 시료 중에 상기 화학식 1로 표시되는 피렌 유도체를 첨가한후 관찰되는 엑시머 발광에 따른 형광 방출 증가를 측정함으로써 수행될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the selective detection of the divalent copper ions can be carried out by measuring the increase in fluorescence emission according to excimer emission observed after adding the pyrene derivative represented by the formula (1) in the sample. .

본 발명에 따른 피렌 유도체는 2가 구리 이온과 화학당량적으로 2:1 복합체를 형성하여 현저한 엑시머 발광을 야기함으로써, 다른 금속 양이온들이 존재하는 경우에도 간섭 현상 없이 시료 용액 중에서 2가 구리 이온을 선택적이고 높은 감도로 검출할 수 있으므로, 2가 구리 이온에 대한 고감도 화학센서로서 매우 유용하다.The pyrene derivative according to the present invention forms a 2: 1 complex chemically equivalent to divalent copper ions, causing significant excimer emission, thereby selecting divalent copper ions from the sample solution without interference even in the presence of other metal cations. It can be detected with high sensitivity and is very useful as a high sensitivity chemical sensor for divalent copper ions.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에 따른 2가 구리 이온 선택성을 갖는 피렌 (pyrene) 유도체는 하기 화학식 1을 갖는다:Pyrene derivatives having divalent copper ion selectivity according to the present invention have the formula

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112009051572014-PAT00002
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Figure 112009051572014-PAT00002
.

본 발명에 따른 피렌 유도체는 1-피렌카르복실산, 디시클로헥실카르보디이미드 및 8-아미노퀴놀린을 4-(디메틸아미노)피리딘 촉매 존재하에서 반응시킴으로써 제조될 수 있다.Pyrene derivatives according to the invention can be prepared by reacting 1-pyrenecarboxylic acid, dicyclohexylcarbodiimide and 8-aminoquinoline in the presence of a 4- (dimethylamino) pyridine catalyst.

본 발명에서는 본 발명에 따른 상기 화학식 1의 화합물에서 피렌과 퀴놀리닐아미드기 사이의 스페이서 길이를 달리해 주는 경우 2가 구리 이온의 검출 감도가 어떻게 달라지는가를 알아보기 위해서 참조 화합물로서 하기 화학식 2 및 화학식 3의 화합물을 또한 제조하였으며, 더 나아가 8-아미노퀴놀린의 질소와 카보닐기의 2가 구리 이온에 대한 결합 모드를 조사해보기 위해서 참조 화합물로서 하기 화학식 4의 화합물도 제조하였다.In the present invention, when the spacer length between the pyrene and the quinolinylamide groups in the compound of the formula 1 according to the present invention to determine how the detection sensitivity of the divalent copper ions are different as the reference compounds 2 and A compound of formula 3 was also prepared, and as a reference compound, a compound of formula 4 was also prepared to examine the binding mode of 8-aminoquinoline to nitrogen and carbonyl divalent copper ions.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112009051572014-PAT00003
Figure 112009051572014-PAT00003

[화학식 3](3)

Figure 112009051572014-PAT00004
Figure 112009051572014-PAT00004

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112009051572014-PAT00005
Figure 112009051572014-PAT00005

상기 방법에 의해서 제조된 화학식 1, 2, 3 또는 4를 갖는 화합물들에 대한 분자 구조는 1H- 및 13C-NMR 및 FAB-MS에 의해서 확인하였다.Molecular structures for compounds having Formula 1, 2, 3 or 4 prepared by the above method were confirmed by 1 H- and 13 C-NMR and FAB-MS.

도 1에는 2가 구리 이온의 첨가에 따른 화학식 1의 화합물의 형광 스펙트럼 에 대한 점진적인 변화를 도시하였다. 2가 구리 이온의 첨가는 460nm에 중심을 가지며 강도가 증가하는 새로운 발광 밴드를 야기하였으며, 이는 다른 금속 양이온들의 첨가와 비교할 때 매우 대조적인 것이다 (도 2 참조). 화합물 1은 0 - 60 μM의 2가 구리 이온 농도 범위에서 형광 변화를 나타내었으며, 그 검출 한계는 1.0 μM로서 음용수 중 2가 구리 이온 검출에 대한 U.S. EPA 한계값 (~20 μM)을 만족시켰다.1 shows a gradual change in the fluorescence spectrum of the compound of Formula 1 with the addition of divalent copper ions. The addition of divalent copper ions led to a new emission band centered at 460 nm and increasing in intensity, which is in sharp contrast to the addition of other metal cations (see FIG. 2). Compound 1 exhibited a fluorescence change in the divalent copper ion concentration range of 0-60 μM with a detection limit of 1.0 μM with U.S. EPA thresholds (˜20 μM) were met.

화합물 1의 금속 양이온들에 대한 복합체 형성능력을 조사해보기 위해서, 다양한 금속 양이온들을 첨가해주며 화합물 1의 흡수 스펙트럼을 검토한 결과, 2가 구리 이온 첨가에 따라서 화합물 1의 UV 스펙트럼 밴드가 넓어지고 적색-이동 현상을 나타내는 것은 기저 상태에서의 2개의 피렌기들 사이의 분자간 p-p 적층 다이머화때문임을 알 수 있었다.In order to investigate the complex formation ability of the metal cations of the compound 1, various metal cations were added and the absorption spectrum of the compound 1 was examined. As a result of the addition of the divalent copper ions, the UV spectral band of the compound 1 was widened and red. It was found that the migration phenomenon was due to the intermolecular pp lamination dimerization between two pyrene groups in the ground state.

화합물 1과 2가 구리 이온 사이의 복합체 형성 비율을 정량화하기 위해서, 화합물 1 및 2가 구리 이온의 농도를 변화시켜가며 Job 플롯 측정을 수행하였다 (도 4 참조). 그 결과, 최대값은 몰 분율 0.65에서 관측되었으며, 이는 2:1 리간드 대 금속 복합체에 대한 전형적인 리간드 몰 분율 (0.66)에 근접한 값이다.In order to quantify the rate of complex formation between compound 1 and divalent copper ions, Job plot measurements were performed with varying concentrations of compound 1 and divalent copper ions (see FIG. 4). As a result, the maximum value was observed at mole fraction 0.65, which is close to the typical ligand mole fraction (0.66) for the 2: 1 ligand to metal complex.

화합물 1이 2가 구리 이온 유도 피렌 엑시머 형성을 유도하기 위해서는, 먼저 퀴놀리닐아미드기와 2가 구리 이온의 반응이 화합물 1에 있어서 분자간 Py-Py* 상호작용을 일으키고, 이러한 상호작용이 색상 및 형광 변화를 유발하는 것으로 추측된다. 카보닐기가 존재하지 않는 화합물 4에 따른 퀴놀리메틸피렌의 경우에는 2 가 구리 이온을 첨가해주더라도 형광 스펙트럼의 변화가 거의 야기되지 않는다. 이로부터, 퀴놀린 호스트 및 피레닐아미드 부위가 모두 2:1 복합체 형성 모드에 의해서 구리 이온의 선택적 검출에 중요한 역할을 담당하며, 460nm에서 피렌 엑시머 밴드의 관측을 가능하게 함을 알 수 있다.In order for compound 1 to induce divalent copper ion induced pyrene excimer formation, the reaction of a quinolinylamide group with a divalent copper ion first causes an intermolecular Py-Py * interaction in compound 1, which is the color and fluorescence It is assumed to cause change. In the case of quinolimethylpyrene according to compound 4 in which no carbonyl group is present, the change in the fluorescence spectrum is hardly caused even if divalent copper ions are added. From this, it can be seen that both the quinoline host and the pyrenylamide moiety play an important role in the selective detection of copper ions by the 2: 1 complex formation mode and enable observation of the pyrene excimer band at 460 nm.

전술한 바와 같이, 2가 구리 이온의 첨가시에 Py-Py* 상호작용에 대한 프로브 스페이서 길이의 중요성을 검증하기 위해서, 본 발명에 따른 화합물 1과 참조 화합물인 화합물 2 및 3을 상호 대비할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 화합물 1과는 대조적으로, 화합물 2 및 3은 2가 구리 이온을 첨가하더라도 두드러진 엑시머 방출을 보여주지 않는다. 이러한 결과들은 피렌과 카보닐 잔기 사이에 어떠한 메틸렌 스페이서도 존재하지 않는 경우에 분자간 Py-Py* 형성이 최적화되며, 강한 엑시머 밴드가 관찰될 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 10 당량의 2가 구리 이온이 존재하면, 화합물 1의 엑시머 방출 강도는 화합물 2 및 3보다 약 8배 정도 더 크다.As mentioned above, in order to verify the importance of probe spacer length for Py-Py * interaction upon the addition of divalent copper ions, compound 1 and reference compounds 2 and 3 according to the present invention can be contrasted. . As shown in FIG. 3, in contrast to compound 1, compounds 2 and 3 do not show noticeable excimer release even if bivalent copper ions are added. These results indicate that intermolecular Py-Py * formation is optimized when no methylene spacer is present between the pyrene and carbonyl residues, and a strong excimer band can be observed. For example, if 10 equivalents of divalent copper ions are present, the excimer release strength of compound 1 is about 8 times greater than compounds 2 and 3.

화합물 1 내지 3의 독특한 형광 방출 특성에 대한 분자적 원인을 알아보기 위해서, B3LYP/3-21G* 수준에서의 화합물 1 내지 3의 에너지 최소화된 구조들에 대한 밀도 기능성 이론 계산법 (density functional theory calculation)을 수행하였다. 질량 스펙트럼 및 Job 플롯 양자에 의해서 결정된 2:1 리간드 대 금속 복합체 형성 특성으로 인해서, 구리 이온과 결합하거나 미결합된 화합물 1 내지 3의 다이머들은 에너지 최소화로 수행되었다. 이러한 분석 결과로부터 화합물 1 내지 3의 다이머들에 대한 최저 에너지 구조들을 하기 도 5a 내지 5c에 도시하였다.To determine the molecular cause for the unique fluorescence emission properties of compounds 1 to 3, density functional theory calculations for the energy minimized structures of compounds 1 to 3 at the B3LYP / 3-21G * level Was performed. Due to the 2: 1 ligand to metal complex formation properties determined by both mass spectra and Job plots, the dimers of compounds 1 to 3 bound or unbound with copper ions were performed with energy minimization. From these results the lowest energy structures for the dimers of compounds 1 to 3 are shown in Figures 5a-5c below.

화합물 1의 경우와 같이 피렌 및 퀴놀리닐아미드기 사이의 스페이서가 존재하지 않게 되면, 도 5a에 도시된 바와 같이, 근접 피렌기들 사이의 입체 장애 현상 (steric hindrance)으로 인해서 H-결합은 상당히 약해지며 거리는 2.5Å 정도가 된다. 그러나, 화합물 2 및 3의 경우에는, 두 개의 아미드기들 사이의 안정적인 H-결합에 의해서 안정적인 다이머가 형성된다 (화합물 2의 다이머의 경우 거리는 2.1Å 화합물 3의 다이머의 경우 거리는 2.1 및 2.0Å. 결과적으로, 2개의 H-결합을 갖는 화합물 3의 다이머에 대한 결합 에너지는 가장 높은 22.4 kcal/mol이며, 이와는 대조적으로 화합물 2 및 1에 대한 결합 에너지는 각각 19.4 및 12.0 kcal/mol이다. 이러한 관측 결과를 바탕으로, 화합물 2 및 3의 다이머들에 2가 구리 이온을 첨가해주게 되면 두 개의 아미드 단위들 사이에서 형성된 안정적인 H-결합이 파괴됨을 알 수 있다. 결과적으로, 2가 구리 이온을 화합물 2 및 3의 다이머들에 첨가해주게 되면 2개의 모노머 단위들 사이에서 안정적인 정전기적 상호작용이 교란되며, 이는 화합물 1의 다이머에 2가 구리 이온을 첨가해주는 경우에 비해서 열역학적으로 덜 우호적임을 알 수 있다.If there is no spacer between the pyrene and quinolinylamide groups, as in the case of compound 1, the H-bonds are considerably due to steric hindrance between adjacent pyrene groups, as shown in Figure 5a. Weaken and the distance is about 2.5Å. However, in the case of compounds 2 and 3, stable dimers are formed by the stable H-bonding between two amide groups (the distance between the dimer of compound 2 is 2.1 kV and the distance of 2.1 and 2.0 kV for dimer of compound 3). As a result, the binding energy for the dimer of Compound 3 with two H-bonds is the highest 22.4 kcal / mol, in contrast the binding energies for Compounds 2 and 1 are 19.4 and 12.0 kcal / mol, respectively. Based on the results, it can be seen that the addition of divalent copper ions to the dimers of compounds 2 and 3 breaks the stable H-bond formed between the two amide units. And addition to the dimers of 3 disrupts the stable electrostatic interaction between the two monomer units, which in turn divalent copper ions to the dimer of Compound 1 It can be seen that it is less thermodynamically friendly than the addition.

화합물 1의 2가 구리 이온 복합체에 대한 최저 에너지 구조를 도 6a에 도시하였다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 2가 구리 이온은 평균 거리 1.99Å으로 2개의 산소 원자들 및 3개의 질소 원자들과 배위결합을 형성한다. 화합물 1 내지 3의 2가 구리 이온 복합체 모두에 대한 공통의 구조적 특징은 2가 구리 이온이 피렌기에 인접한 아미드 산소에 의해서 가장 효과적으로 인식된다는 점이다. 천연 집단 분석법 (natual population analysis, NPA)을 사용한 원자 전하 계Å산을 수행한 결과, 2가 구리 이온을 화합물 1 내지 3에 첨가해주는 경우에 전자 밀도 변화는 아미드 산소 원자 중에서 가장 두드러지게 관측되었다.The lowest energy structure for the divalent copper ion composite of compound 1 is shown in FIG. 6A. As shown in Fig. 6A, divalent copper ions form coordination bonds with two oxygen atoms and three nitrogen atoms with an average distance of 1.99 kPa. A common structural feature for both divalent copper ion complexes of compounds 1 to 3 is that divalent copper ions are most effectively recognized by amide oxygen adjacent to the pyrene group. As a result of performing an atomic charge calculation using a natural population analysis (NPA), the electron density change was most prominently observed among the amide oxygen atoms when divalent copper ions were added to the compounds 1 to 3.

2가 구리 이온의 첨가에 따른 형광 변화를 더욱 잘 이해하기 위해서, 화합물 1 내지 3의 2가 구리 이온 복합체에 대해서 시간의존성 밀도 기능성 이론 (time-dependent density funtional theory, TDDFT) 계산법을 수행하였다. 분자 궤도 에너지 및 관련된 전자 전이를 TDDFT/B3LYP/3-21G* 수준에서 S0 상태의 최적화된 기하학으로부터 계산하였다. 몇몇 연구들은 유기 분자들 중의 전자 전이를 평가함에 있어서 하이브리드 기능성이 최상의 결과를 도출할 수 있다는 점을 보여준 바 있다. TDDFT/B3LYP/3-21G* 계산법에 기초하여, 하나의 피렌으로부터 또 다른 대향되는 피렌 (Py-Py* 상호작용)으로의 효과적인 HOMO로부터 LUMO로의 여기 현상이 아마도 화합물 1-Cu2+ 복합체에 대한 강한 형광 엑시머 밴드 형성에 기여하는 것으로 추측된다.To better understand the fluorescence change with the addition of divalent copper ions, a time-dependent density funtional theory (TDDFT) calculation was performed on the divalent copper ion composites of compounds 1 to 3. Molecular orbital energy and related electron transitions were calculated from the optimized geometry of the S 0 state at the TDDFT / B3LYP / 3-21G * level. Some studies have shown that hybrid functionality can yield the best results when evaluating electron transitions in organic molecules. Based on the TDDFT / B3LYP / 3-21G * calculation, the effective HOMO to LUMO excitation from one pyrene to another opposite pyrene (Py-Py * interaction) is probably due to the compound 1-Cu 2+ complex It is believed to contribute to the formation of strong fluorescent excimer bands.

이와는 대조적으로, 화합물 2 및 3과 2가 구리 이온과의 복합체들에 대해서는 어떠한 피렌 엑시머 전이도 관측되지 않았다. 이러한 관점에서, 이론적인 DFT 계산법 결과는 관측된 실험 결과와 매우 잘 부합되는데, 즉, 2가 구리 이온의 첨가에 따른 두드러진 형광 엑시머 발광은 화합물 1-Cu2+ 복합체 중의 Py-Py* 상호작용과 관련이 있는 반면에, 화합물 2 및 3과 2가 구리 이온 복합체에서는 그러한 상호 작용이 전혀 관찰되지 않는다. 결론적으로, 2가 구리 이온의 효과적인 검출을 위한 피레닐퀴놀린계 화합물은 그 구조 면에서 피렌 및 퀴놀린 아미드기들 사이의 분자간 거리가 최소한으로 유지되어야 하며, 본 발명에 따른 화합물 1에서의 현저한 Py-Py* 상호작용은 이러한 조건이 충족되기 때문임을 알 수 있다.In contrast, no pyrene excimer transition was observed for compounds 2 and 3 and complexes with divalent copper ions. In this respect, the theoretical DFT calculation results agree very well with the observed experimental results, ie the prominent fluorescence excimer emission with the addition of divalent copper ions is associated with the Py-Py * interactions in the compound 1-Cu 2+ complex. While relevant, such interactions are not observed at all in compounds 2 and 3 and divalent copper ion complexes. In conclusion, the pyrenylquinoline-based compound for the effective detection of divalent copper ions should maintain a minimum intermolecular distance between pyrene and quinoline amide groups in terms of its structure, and the significant Py- in compound 1 according to the present invention. It can be seen that the Py * interaction is because these conditions are met.

따라서, 본 발명은 전술한 화합물 1의 특성을 이용함으로써, 상기 화학식 1로 표시되는 피렌 유도체를 이용하여 시료 중에서 2가 구리 이온을 선택적으로 검출하는 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a method for selectively detecting divalent copper ions in a sample using the pyrene derivative represented by Chemical Formula 1 by utilizing the properties of the compound 1 described above.

Job 플롯 분석법, 질량 스펙트럼 및 형광 특성으로부터 유추할 수 있는 바와 같이, 화합물 1은 2가 구리 이온과 화학당량적으로 2:1 복합체를 형성한다. 2가 구리 이온을 화합물 1이 담긴 분석 시료 용액에 첨가해주면 2:1 리간드 대 금속 복합체 형성을 통해서 현저한 엑시머 발광을 야기한다. 그러므로, 본 발명에 따른 시료 중 2가 구리 이온의 선택적 검출 방법은, 상기 엑시머 발광에 따른 형광 방출 증가를 측정함으로써 수행될 수 있다.As can be inferred from the job plot analysis, mass spectra and fluorescence properties, compound 1 forms a chemical equivalent equivalent 2: 1 complex with divalent copper ions. Addition of divalent copper ions to the analyte sample solution containing compound 1 causes significant excimer luminescence through 2: 1 ligand to metal complex formation. Therefore, the selective detection method of divalent copper ions in the sample according to the present invention can be performed by measuring the increase in fluorescence emission according to the excimer emission.

또한, 본 발명에서는 전술한 화합물 1의 성질들을 활용하여 상기 화합물 1을 이용하여 2가 구리 이온을 검출하기 위한 화학센서를 제공한다.In addition, the present invention provides a chemical sensor for detecting divalent copper ions using the compound 1 by utilizing the properties of the compound 1 described above.

화합물 1의 형광방출 증가는 2가 구리 이온의 첨가에 의해서 야기되며, 이러한 현상을 이용하여 화합물 1을 2가 구리 이온에 대한 육안 검출용 또는 형광계 검출용 화학센서로 사용할 수 있다. 더 나아가, 화합물 1은 2가 구리 이온에 대해서 우수한 감도로 높은 선택성을 나타내며, 다른 금속 이온들에 의해서도 간섭 현상이 야기되지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 화합물 1이 2가 구리 이온을 선택적이고 민감하게 검출해 내므로, 생물학 및 환경학적 응용면에서 넓은 활용도를 갖는 화학센서로 응용될 것이라는 점을 알 수 있다.The increase in fluorescence emission of Compound 1 is caused by the addition of divalent copper ions, and using this phenomenon, Compound 1 can be used as a visual sensor for divalent copper ions or as a chemical sensor for fluorescence detection. Furthermore, compound 1 shows high selectivity with excellent sensitivity to divalent copper ions, and no interference phenomenon is caused by other metal ions. Accordingly, it can be seen that Compound 1 according to the present invention selectively and sensitively detects divalent copper ions, and thus will be applied as a chemical sensor having wide utility in biological and environmental applications.

실시예 1 : 화학식 1의 피렌 유도체 합성Example 1 Synthesis of Pyrene Derivatives of Formula 1

THF (100 mL) 중 1-피렌카르복실산 (2.46 g, 10 mmol) 교반 현탁액에, 디시클로헥실카르보디이미드 (2.3 g, 11 mmol), 8-아미노퀴놀린 (1.56 g, 11 mmol), 및 촉매량의 4-(디메틸아미노)피리딘 (DMAP) (50 mg)을 첨가하였다. 혼합물을 6시간 동안 교반하고, 레몬 황색 용액으로부터 백색의 N,N'-디시클로헥실우레아를 여과하였다. 여과물을 물 (3 X 50 mL)로 세척하고, 무수 황산나트륨 상에서 건조시켰으며, 용매는 진공 중에서 제거하였다. 조생성물을 실리카겔 상의 컬럼 크로마토그래피에 의해서 더욱 정제하여 (용리액: 에틸 아세테이트 : n-헥산, 1:2 v/v), 백색의 고체 (2.43 g, 63 %)를 수득하였다: mp 210 ; 1H NMR (300 MHz, CDCl 3): d 10.59 (s, 1H, NH), 9.13 (d, 1H, Arquinoline, J = 7.75 Hz), 8.82 (d, 1H, Arquinoline, J = 9.44 Hz), 8.74 (d, 1H, Arquinoline, J = 4.21 Hz), 8.42 (d, 1H, Arpyrene, J = 8.03 Hz), 8.29-8.04 (m, 6H, Arpyrene), 7.93 (d, 2H, Arpyrene, J = 8.03 Hz), 7.68 (m, 1H, Arquinoline), 7.60 (d, 1H, Arquinoline, J = 8.32 Hz), 7.46 (m, 1H, Arquinoline) 13C NMR (75 MHz; CDCl3) d 168.4, 149.8, 137.2, 136.1, 131.5, 131.1, 129.5, 128.8, 127.4, 126.8, 126.3, 126.2, 124.8, 124.6, 123.8, 122.8, 117.1. FAB-MS calc. for C26H16N2O [M+H]+ 373.13, found 373.42.To a 1-pyrenecarboxylic acid (2.46 g, 10 mmol) stirred suspension in THF (100 mL), dicyclohexylcarbodiimide (2.3 g, 11 mmol), 8-aminoquinoline (1.56 g, 11 mmol), and A catalytic amount of 4- (dimethylamino) pyridine (DMAP) (50 mg) was added. The mixture was stirred for 6 hours and the white N , N'- dicyclohexylurea was filtered from the lemon yellow solution. The filtrate was washed with water (3 × 50 mL), dried over anhydrous sodium sulfate, and the solvent removed in vacuo. The crude product was further purified by column chromatography on silica gel (eluent: ethyl acetate: n-hexane, 1: 2 v / v) to give a white solid (2.43 g, 63%): mp 210; 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3): d 10.59 (s, 1H, NH ), 9.13 (d, 1H, Arquinoline, J = 7.75 Hz), 8.82 (d, 1H, Arquinoline, J = 9.44 Hz), 8.74 (d, 1H, Arquinoline, J = 4.21 Hz), 8.42 (d, 1H, Arpyrene, J = 8.03 Hz), 8.29-8.04 (m, 6H, Arpyrene), 7.93 (d, 2H, Arpyrene, J = 8.03 Hz ), 7.68 (m, 1H, Arquinoline), 7.60 (d, 1H, Arquinoline, J = 8.32 Hz), 7.46 (m, 1H, Arquinoline) 13 C NMR (75 MHz; CDCl 3 ) d 168.4, 149.8, 137.2, 136.1, 131.5, 131.1, 129.5, 128.8, 127.4, 126.8, 126.3, 126.2, 124.8, 124.6, 123.8, 122.8, 117.1. FAB-MS calc. for C 26 H 16 N 2 O [M + H] + 373.13, found 373.42.

비교예 1 및 2. 화학식 2 및 3의 피렌 유도체 합성Comparative Examples 1 and 2. Synthesis of Pyrene Derivatives of Chemical Formulas 2 and 3

실시예 1과 동일한 방법에 의하되, 출발 물질을 피렌 유도체들을 갖는 8-아미노퀴놀린으로 함으로써 화학식 2 및 3의 화합물을 제조하였다.Compounds of formulas (2) and (3) were prepared by the same method as in Example 1 except that the starting material was 8-aminoquinoline having pyrene derivatives.

화학식 2의 화합물 (2-(피렌-1-일)-N-(퀴놀린-8-일)아세트아미드) (2.47 g, 64 %): mp 208 ; 1H NMR (300 MHz, CDCl3): d 9.93 (s, 1H, NH), 8.74 (d, 1H, Arquinoline, J = 8.15 Hz), 8.39 (d, 1H, Arquinoline, J = 9.28 Hz), 8.29-8.10 (m, 7H, Arpyrene), 8.09 (s, 1H, Arquinoline), 8.03-7.97 (m, 2H, Arpyrene), 7.49-7.44 (m, 1H, Arquinoline), 7.39 (d, 1H, Arquinoline, J = 8.83 Hz), 7.24-7.20 (m, 1H, Arquinoline), 4.62 (s, 2H, CH2) 13C NMR (75 MHz; CDCl3) d 170.5, 149.0, 139.3, 137.0, 135.2, 132.3, 132.1, 131.8, 130.8, 129.6, 129.5, 129.3, 128.7, 128.4, 128.2, 127.0, 126.3, 126.2, 126.1, 125.7, 124.3, 122.5, 122.3, 117.2, 44.5 FAB-MS calc. for C27H18N2O [M+H]+ 387.14, found 386.9.Compound of formula 2 (2- (pyren-1-yl) -N- (quinolin-8-yl) acetamide) (2.47 g, 64%): mp 208; 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ): d 9.93 (s, 1H, NH ), 8.74 (d, 1H, Arquinoline, J = 8.15 Hz), 8.39 (d, 1H, Arquinoline, J = 9.28 Hz), 8.29 -8.10 (m, 7H, Arpyrene), 8.09 (s, 1H, Arquinoline), 8.03-7.97 (m, 2H, Arpyrene), 7.49-7.44 (m, 1H, Arquinoline), 7.39 (d, 1H, Arquinoline, J = 8.83 Hz), 7.24-7.20 (m, 1H, Arquinoline), 4.62 (s, 2H, CH2 ) 13C NMR (75 MHz; CDCl3) d 170.5, 149.0, 139.3, 137.0, 135.2, 132.3, 132.1, 131.8, 130.8 , 129.6, 129.5, 129.3, 128.7, 128.4, 128.2, 127.0, 126.3, 126.2, 126.1, 125.7, 124.3, 122.5, 122.3, 117.2, 44.5 FAB-MS calc. for C 27 H 18 N 2 O [M + H] + 387.14, found 386.9.

화학식 3의 화합물 (4-(피렌-1-일)-N-(퀴놀린-8-일)부탄아미드). (2.69 g, 65 %): mp 220 ; 1H NMR (300 MHz, CDCl3): d 9.77 (s, 1H, NH), 8.80 (d, 1H, Arquinoline, J = 7.51 Hz), 8.71 (d, 1H, Arquinoline, J = 4.26 Hz), 8.34 (d, 1H, Arpyrene, J = 9.01 Hz), 8.17-7.91 (m, 8H, Arpyrene), 8.02 (s, 1H, Arquinoline), 7.56-7.47 (m, 2H, Arquinoline), 7.43-7.39 (m, 1H, Arquinoline), 3.53-3.47 (m, 2H, CH2), 2.71-2.65 (m, 2H, CH2), 2.44-2.35 (m, 2H, CH2), 13C NMR (75 MHz; CDCl3) d 171.7, 148.4, 138.5, 136.6, 136.1, 134.7, 131.6, 131.2, 130.2, 129.1, 128.2, 127.7, 126.9, 126.1, 125.1, 123.6, 121.7, 116.7, 37.7, 33.0, 27.5. FAB-MS calc. for C29H22N2O [M+H]+ 415.17, found 415.49.Compound of formula 3 (4- (pyren-1-yl) -N- (quinolin-8-yl) butanamide). (2.69 g, 65%): mp 220; 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ): d 9.77 (s, 1H, NH ), 8.80 (d, 1H, Arquinoline, J = 7.51 Hz), 8.71 (d, 1H, Arquinoline, J = 4.26 Hz), 8.34 (d, 1H, Arpyrene, J = 9.01 Hz), 8.17-7.91 (m, 8H, Arpyrene), 8.02 (s, 1H, Arquinoline), 7.56-7.47 (m, 2H, Arquinoline), 7.43-7.39 (m, 1H, Arquinoline), 3.53-3.47 (m, 2H, CH 2 ), 2.71-2.65 (m, 2H, CH 2 ), 2.44-2.35 (m, 2H, CH 2 ), 13 C NMR (75 MHz; CDCl 3 ) d 171.7 , 148.4, 138.5, 136.6, 136.1, 134.7, 131.6, 131.2, 130.2, 129.1, 128.2, 127.7, 126.9, 126.1, 125.1, 123.6, 121.7, 116.7, 37.7, 33.0, 27.5. FAB-MS calc. for C 29 H 22 N 2 O [M + H] + 415.17, found 415.49.

비교예 3. 화학식 4의 피렌 유도체 합성Comparative Example 3. Synthesis of Pyrene Derivative of Chemical Formula 4

8-아미노퀴놀린 (1.44 g; 10 mmol), 1-(브로모메틸)피렌 (2.95 g; 10 mmol), TEA (1.01 g, 10 mmol), 및 THF (100 mL)를 24시간 동안 환류시켰다. 용매를 진공 중에서 제거한 후에, 결과물인 고체를 CH2Cl2 (100 mL)에 용해시켰다. 여과물을 물로 세척한 후에 (3 X 50 mL) 무수 황산 나트륨 상에서 건조시키고, 용매를 진공 중에서 제거하였다. 조생성물을 실리카겔 상의 컬럼 크로마토그래피 (용리액: 에틸 아세테이트 : n-헥산, 1:2 v/v)에 의해서 더욱 정제시킴으로써 화합물 4를 백색 고체로서 수득하였다 (1.58 g; 44%) Mp: 235-237 ; 1H NMR (300 MHz, CDCl3): d 8.64 (d, 1H, Arquinoline, J = 4.31 Hz), 8.33 (d, 1H, Arpyrene, J = 9.07 Hz), 8.17 (d, 1H, Arpyrene, J =8.02 Hz), 8.12-7.96 (m, 7H, Arpyrene), 8.02 (s, 1H, Arquinoline), 7.38-7.31 (m, 2H, Arquinoline), 7.09 (d, 1H, Arquinoline, J = 8.88), 6.79 (d, 1H, Arquinoline, J = 7.61), 6.67 (s, 1H, NH), 5,18 (d, 2H, CH2, J = 5.18), 13C NMR (75 MHz; CDCl3) d 136.3, 135.5, 135.3, 131.4, 131.1, 131.0, 130.8, 130.7, 130.6, 130.5, 130.3, 128.8, 127.3, 127.1, 127.0, 126.8, 126.5, 124.5, 122.9, 121.9, 30.3. FAB-MS calc. for C26H18N2 [M+Na]+ 381.14, found 381.2.8-aminoquinoline (1.44 g; 10 mmol), 1- (bromomethyl) pyrene (2.95 g; 10 mmol), TEA (1.01 g, 10 mmol), and THF (100 mL) were refluxed for 24 h. After the solvent was removed in vacuo, the resulting solid was dissolved in CH 2 Cl 2 (100 mL). The filtrate was washed with water (3 × 50 mL) and dried over anhydrous sodium sulfate and the solvent was removed in vacuo. The crude product was further purified by column chromatography on silica gel (eluent: ethyl acetate: n-hexane, 1: 2 v / v) to give compound 4 as a white solid (1.58 g; 44%) Mp: 235-237 ; 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3): d 8.64 (d, 1H, Arquinoline, J = 4.31 Hz), 8.33 (d, 1H, Arpyrene, J = 9.07 Hz), 8.17 (d, 1H, Arpyrene, J = 8.02 Hz), 8.12-7.96 (m, 7H, Arpyrene), 8.02 (s, 1H, Arquinoline), 7.38-7.31 (m, 2H, Arquinoline), 7.09 (d, 1H, Arquinoline, J = 8.88), 6.79 (d , 1H, Arquinoline, J = 7.61), 6.67 (s, 1H, NH ), 5,18 (d, 2H, CH 2 , J = 5.18), 13 C NMR (75 MHz; CDCl 3) d 136.3, 135.5, 135.3, 131.4 , 131.1, 131.0, 130.8, 130.7, 130.6, 130.5, 130.3, 128.8, 127.3, 127.1, 127.0, 126.8, 126.5, 124.5, 122.9, 121.9, 30.3. FAB-MS calc. for C 26 H 18 N 2 [M + Na] + 381.14, found 381.2.

실험예 1 : 형광 분석Experimental Example 1 Fluorescence Analysis

화합물 1 (6.0 μM)을 포함하는 CH3CN 용액 중에 다양한 구리 이온 농도 (각각 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 및 10 당량)를 갖는 Cu(ClO4)2를 첨가한 후 형광 방출 변화를 관찰하였다. 여기 파장은 360nm였으며, 도 1에는 각 농도별로 460nm에서의 형광 강도를 표시한 형광 적정 곡선을 도시하였다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 2가 구리 이온이 첨가되는 경우 460nm에 중심을 가지며 강도가 증가하는 새로운 발광 밴드가 관찰되었다. 화합물 1의 검출 한계는 1.0 μM로서 음용수 중 2가 구리 이온 검출에 대한 U.S. EPA 한계값 (~20 μM)을 만족시켰다.Cu (ClO 4 ) with varying copper ion concentrations (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10 equivalents, respectively) in a CH 3 CN solution containing Compound 1 (6.0 μM) After adding 2 , the change in fluorescence emission was observed. The excitation wavelength was 360 nm, and FIG. 1 shows a fluorescence titration curve indicating fluorescence intensity at 460 nm for each concentration. As can be seen from FIG. 1, when divalent copper ions were added, a new emission band was observed, centered at 460 nm and increasing in intensity. The detection limit of Compound 1 was 1.0 μM, which met the US EPA limit (˜20 μM) for the detection of divalent copper ions in drinking water.

실험예 2: 2가 구리 이온 선택성Experimental Example 2: Divalent Copper Ion Selectivity

화합물 1 (6.0 μM)을 포함하는 CH3CN 용액 중에 Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Ag+, Cd2+, Mg2+, Sr2+, Ba2+, Zn2+, Ca2+, Pb2+, Co2+, Hg2+, Cu2+, 및 Cu2+ + 다른 금속 양이온들의 ClO4 - 염 (각각 10 당량)을 첨가한 후 형광방출 변화를 관찰하였다. 도 2a로부터 알 수 있는 바와 같이, 화합물 1에 Cu2+ 이온을 첨가해준 경우 또는 Cu2+ + 다른 금속 양이온들을 첨가해준 경우에는 460nm에 중심을 가지며 강도가 증가하는 새로운 발광 밴드를 야기하였다. 도 2b에는 화합물 1의 2가 구리 이온에 대한 선택성을 상대적 형광강도의 크기로 표시하였다. 도 2a 및 2b로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 화합물 1은 다양한 종류의 금속 양이온들 중에서도 특히 2가 구리 이온에 대해서 높은 선택성을 가지며, Cu2+ + 다른 금속 양이온들에 대한 형광방출 변화 결과로부터도 알 수 있듯이, 다른 금속 양이온들이 존재하는 경우에도 2가 구리 이온에 대한 선택성은 별다른 간섭현상 없이 유지된다.Li + , Na + , K + , Rb + , Cs + , Ag + , Cd 2+ , Mg 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Zn 2 in a CH 3 CN solution containing Compound 1 (6.0 μM) Changes in fluorescence emission were observed after addition of ClO 4 - salts (10 equivalents each) of + , Ca 2+ , Pb 2+ , Co 2+ , Hg 2+ , Cu 2+ , and Cu 2+ + other metal cations. . As can be seen from FIG. 2A, the addition of Cu 2+ ions to Compound 1 or the addition of Cu 2+ + other metal cations resulted in a new emission band centered at 460 nm and increasing in intensity. In FIG. 2B, the selectivity for divalent copper ions of Compound 1 is expressed by the magnitude of relative fluorescence intensity. As can be seen from FIGS. 2a and 2b, Compound 1 according to the present invention has a high selectivity among various kinds of metal cations, especially for divalent copper ions, and changes in fluorescence emission for Cu 2+ + other metal cations. As can be seen from the results, the selectivity to divalent copper ions is maintained without any interference even when other metal cations are present.

실험예 3: 화합물 1 내지 3의 형광 특성 비교Experimental Example 3: Comparison of Fluorescence Properties of Compounds 1 to 3

2가 구리 이온의 첨가시에 Py-Py* 상호작용에 대한 프로브 스페이서 길이의 중요성을 검증하기 위해서, 본 발명에 따른 화합물 1과 참조 화합물인 화합물 2 및 3의 형광 특성을 비교하였다. 화합물 1 내지 3은 각각 6.0 μM의 농도였으며, 여기에 각각 CH3CN 용액 중의 10 당량 Cu(ClO4)2를 첨가하였다 (여기 파장: 360 nm).In order to verify the importance of probe spacer length for Py-Py * interaction upon addition of divalent copper ions, the fluorescence properties of Compound 1 and Reference Compounds 2 and 3 according to the present invention were compared. Compounds 1 to 3 each had a concentration of 6.0 μM to which 10 equivalents of Cu (ClO 4 ) 2 in CH 3 CN solution were added (excitation wavelength: 360 nm).

도 3a에는 화합물 1 내지 3의 2가 구리 이온 첨가시 관찰되는 형광 방출 스펙트럼을, 도 3b에는 각 화합물에 대한 460nm에서의 상대적인 형광 강도를 막대 그래프로 도시하였다. 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 화합물 1과는 대조적으로, 화합물 2 및 3은 2가 구리 이온을 첨가하더라도 두드러진 엑시머 방출을 보여주지 않았다.3A shows the fluorescence emission spectrum observed when the divalent copper ions of Compounds 1 to 3 are added, and FIG. 3B shows the relative fluorescence intensity at 460 nm for each compound as a bar graph. As shown in FIGS. 3A and 3B, in contrast to Compound 1, Compounds 2 and 3 did not show significant excimer release even when bivalent copper ions were added.

실험예 4: Job 플롯 측정Experimental Example 4: Job Plot Measurement

화합물 1과 2가 구리 이온 사이의 복합체 형성 비율을 정량화하기 위해서, 화합물 1 및 2가 구리 이온의 농도를 변화시켜가며 Job 플롯 측정을 수행하였다. 도 4에는 플롯팅 결과를 도시하였는데, 360nm에서의 흡광도 차이를, CH3CN 용액 중의 총 불변 농도 10 μM에서, 화합물 1의 몰 분율에 대하여 표시하였다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 흡광도 차이의 최대값은 몰 분율 0.65에서 관측되었으며, 이는 2:1 리간드 대 금속 복합체에 대한 전형적인 리간드 몰 분율 (0.66)에 근접한 값이다.In order to quantify the rate of complex formation between compound 1 and divalent copper ions, Job plot measurements were performed with varying concentrations of compound 1 and divalent copper ions. The plotting results are shown in FIG. 4, where the difference in absorbance at 360 nm is plotted against the mole fraction of compound 1 at a total constant concentration of 10 μM in CH 3 CN solution. As can be seen from FIG. 4, the maximum value of the absorbance difference was observed at mole fraction 0.65, which is close to the typical ligand mole fraction (0.66) for the 2: 1 ligand to metal complex.

도 1은 2가 구리 이온의 첨가에 따른 화학식 1의 화합물의 형광 스펙트럼에 대한 점진적인 변화를 도시한 그래프로서, 각 농도별로 460nm에서의 형광 강도를 표시한 형광 적정 곡선이다.1 is a graph showing a gradual change in the fluorescence spectrum of the compound of Formula 1 according to the addition of divalent copper ions, a fluorescence titration curve showing the fluorescence intensity at 460nm for each concentration.

도 2a는 화학식 1의 화합물에 다양한 종류의 금속 양이온들을 첨가해준 후 형광방출 변화를 관찰한 파장별 형광강도 그래프이며, 도 2b는 화합물 1의 2가 구리 이온을 포함하는 다양한 종류의 금속 양이온들에 대한 460nm에서의 상대적 형광강도 크기를 막대 그래프로 도시한 것이다.FIG. 2A is a graph illustrating fluorescence intensities according to wavelengths of fluorescence emission after adding various kinds of metal cations to the compound of Formula 1, and FIG. 2B illustrates various kinds of metal cations including divalent copper ions of Compound 1. The relative fluorescence intensity magnitude at 460 nm for is shown as a bar graph.

도 3a는 화합물 1 내지 3의 2가 구리 이온 첨가시 관찰되는 형광 방출 스펙트럼을, 도 3b는 각 화합물에 대한 460nm에서의 상대적인 형광 강도를 막대 그래프로 도시한 것이다.FIG. 3A shows the fluorescence emission spectrum observed upon addition of the divalent copper ions of Compounds 1 to 3, and FIG. 3B shows the relative fluorescence intensity at 460 nm for each compound in a bar graph.

도 4는 화합물 1과 2가 구리 이온 사이의 복합체 형성 비율을 정량화하기 위해서, 화합물 1 및 2가 구리 이온의 농도를 변화시켜가며 Job 플롯 측정을 수행한 결과를 도시한 것이다.FIG. 4 illustrates the results of performing job plots with varying concentrations of compounds 1 and 2 in order to quantify the complex formation rate between compounds 1 and 2.

도 5a 내지 5c는 화합물 1 내지 3의 다이머들에 대한 최저 에너지 구조들을 개략적으로 도시한 것이며, 도면에서 수소 결합들은 분홍색 점선으로 표시되었다.5a to 5c schematically show the lowest energy structures for the dimers of compounds 1 to 3, in which hydrogen bonds are indicated by pink dotted lines.

도 6a, 6b 및 6c는 각각 화합물 1-Cu2+ 복합체, 화합물 1-Cu2+ 복합체의 HOMO, 및 화합물 1-Cu2+ 복합체의 LUMO에 대한 최저 에너지 구조를 도시한 도면들이다.Figure 6a, 6b and 6c are diagrams illustrating the minimum energy structures of the LUMO of each of the compounds 1-Cu 2+ complex, compound 1-Cu 2+ HOMO, and the compound 1-Cu 2+ complex of the conjugate.

Claims (4)

2가 구리 이온 선택성을 갖는 하기 화학식 1로 표시되는 피렌 유도체:Pyrene derivative represented by the following general formula (1) having divalent copper ion selectivity: [화학식 1][Formula 1]
Figure 112009051572014-PAT00006
.
Figure 112009051572014-PAT00006
.
1-피렌카르복실산, 디시클로헥실카르보디이미드 및 8-아미노퀴놀린을 4-(디메틸아미노)피리딘 촉매 존재하에서 반응시킴으로써 하기 화학식 1로 표시되는 피렌 유도체를 제조하는 방법:A method of preparing a pyrene derivative represented by the following Chemical Formula 1 by reacting 1-pyrenecarboxylic acid, dicyclohexylcarbodiimide and 8-aminoquinoline in the presence of a 4- (dimethylamino) pyridine catalyst: [화학식 1][Formula 1]
Figure 112009051572014-PAT00007
Figure 112009051572014-PAT00007
하기 화학식 1로 표시되는 피렌 유도체를 이용하여 시료 중에서 2가 구리 이 온을 선택적으로 검출하는 방법:A method for selectively detecting divalent copper ions in a sample using a pyrene derivative represented by the following formula (1): [화학식 1][Formula 1]
Figure 112009051572014-PAT00008
.
Figure 112009051572014-PAT00008
.
제3항에 있어서, 상기 2가 구리 이온의 선택적 검출은 상기 시료 중에 상기 화학식 1로 표시되는 피렌 유도체를 첨가한 후 관찰되는 엑시머 발광에 따른 형광 방출 증가를 측정함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 2가 구리 이온을 선택적으로 검출하는 방법.The divalent copper ions according to claim 3, wherein the selective detection of the divalent copper ions is performed by measuring an increase in fluorescence emission according to excimer emission observed after adding a pyrene derivative represented by Chemical Formula 1 to the sample. A method for selectively detecting copper ions.
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