KR20110081697A - Compounds having al(iii) ion selectivity and chemosensor using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 알루미늄 이온 선택성을 갖는 화합물, 이를 제조하는 방법, 및 이를 이용한 알루미늄 이온 검출 방법 및 화학 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄 이온 선택성을 갖는 화합물이 알루미늄 이온과 반응할 때 나타나는 UV/Vis 및 형광 파장 변화를 이용하여 알루미늄 이온을 검출하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a compound having aluminum ion selectivity, a method for preparing the same, and a method and a chemical sensor for detecting aluminum ion using the same, and more particularly, UV / Vis that appears when a compound having aluminum ion selectivity reacts with aluminum ions. And a method of detecting aluminum ions using a change in fluorescence wavelength.
알루미늄은 금속 중에서 가장 풍부한 금속이며, 전체 원소 중에서도 산소와 실리콘 다음으로 풍부한 원소이다. 또한 자동차 및 컴퓨터 제조업 등의 많은 산업 분야에서 널리 사용되고 있다. Aluminum is the most abundant metal among the metals, and is the second most abundant element among oxygen and silicon. It is also widely used in many industrial fields such as automobile and computer manufacturing.
한편, Al3+이온은 독성과 관련하여 생화학적인 관점에서 볼 때, 알츠하이머병과 관련성이 있는 것으로 알려져 있다. 또한 세계적으로 볼 때, 토양 산성화의 40%가 알루미늄 독성에 의한 것으로 알려져 있다. 그럼에도 불구하고, Al3+의 검출과 관련된 화학센서가 몇 가지만 보고되었으며, 이 또한 다른 금속 양이온과 비교한 Al3+ 이온의 선택성과 감도에 제한되어 있다. On the other hand, Al 3+ ions are known to be associated with Alzheimer's disease from a biochemical point of view regarding toxicity. It is also known that 40% of soil acidification is due to aluminum toxicity. Nevertheless, only a few chemical sensors related to the detection of Al 3+ have been reported, which are also limited in the selectivity and sensitivity of Al 3+ ions compared to other metal cations.
본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 알루미늄 이온(Al3+)과 반응하여 현저한 UV/Vis 흡수 및 형광 파장 변화를 나타내며, 특히 수용액에서 알루미늄 이온의 검출 성능이 우수한 화합물을 제공하는 데 있다.The first problem to be solved by the present invention is to react with aluminum ions (Al 3 + ) exhibits a significant UV / Vis absorption and fluorescence wavelength change, in particular to provide a compound having excellent detection performance of aluminum ions in aqueous solution.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기 알루미늄 이온 검출용 화합물의 제조 방법을 제공하는 데 있다.The second object of the present invention is to provide a method for preparing the compound for detecting aluminum ions.
본 발명이 해결하고자 하는 세 번째 과제는 상기 화합물을 이용하여 알루미늄 이온을 검출하는 방법을 제공하는 데 있다. The third object of the present invention is to provide a method for detecting aluminum ions using the compound.
본 발명이 해결하고자 하는 네 번째 과제는 상기 화합물을 이용하여 알루미늄 이온을 검출하기 위한 고감도 화학 센서를 제공하는 데 있다.A fourth object of the present invention is to provide a high sensitivity chemical sensor for detecting aluminum ions using the compound.
상기 첫 번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 알루미늄 이온 선택성을 갖는 하기 화학식 (1)로 표시되는 화합물을 제공한다:In order to solve the first technical problem, the present invention provides a compound represented by the following formula (1) having aluminum ion selectivity:
(1) (One)
또한 상기 두 번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 하기 반응식 1에 따라 하기 화학식 (2)의 화합물로부터 제1항에 따른 화학식 (1)의 화합물을 제조하는 방법을 제공한다:Also, in order to solve the second technical problem, a method for preparing a compound of formula (1) according to
반응식 1
(2) (1)(2) (1)
본 발명이 일실시예에 따르면, 상기 화학식 (2)의 화합물은 하기 하기 반응식 2에 따라 제조될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the compound of Formula (2) may be prepared according to the following
반응식 2
상기 세 번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상기 화학식 (1)의 화합물을 이용하여 시료 중에서 알루미늄 이온을 선택적으로 검출하는 방법을 제공한다. In order to solve the third technical problem, the present invention provides a method for selectively detecting aluminum ions in a sample using the compound of formula (1).
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 알루미늄 이온을 선택적으로 검출하는 방법은 알루미늄 이온의 첨가에 따른 UV/Vis 및 형광 파장의 변화를 측정함으로써 이루어질 수 있으며, 이러한 형광 파장의 변화는 ICT(excimer/exciplex formation, intramolecular charge transfer) 및 CHEF(chalation enhanced fluorescence) 현상으로 인한 것일 수 있다. According to one embodiment of the invention, the method for selectively detecting the aluminum ions can be made by measuring the change in the UV / Vis and fluorescence wavelength in accordance with the addition of aluminum ions, the change in the fluorescence wavelength is ICT (excimer / It may be due to exciplex formation, intramolecular charge transfer (CHF) and chalced enhanced fluorescence (CHEF).
또한 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 파장 변화 측정을 위해 조사하는 빛의 파장은 450 내지 480nm인 것이 바람직하며, 478nm인 것이 더욱 바람직하다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the wavelength of light to be irradiated for measuring the wavelength change is preferably 450 to 480 nm, more preferably 478 nm.
또한 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 시료는 수용액일 수 있으며, 예를 들어 아세토니트릴(CH3CN) 용액일 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the sample may be an aqueous solution, for example, an acetonitrile (CH 3 CN) solution.
상기 네 번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상기 화학식 (1)에 따른 화합물을 이용한 알루미늄 이온 검출용 화학 센서를 제공한다.In order to solve the fourth technical problem, the present invention provides a chemical sensor for detecting aluminum ions using the compound according to the formula (1).
본 발명에 따른 1,2,3-트리아졸기를 포함하는 화합물 화학센서는 소량의 알루미늄(Al3+)의 첨가에도 UV/Vis 흡수 및 형광 파장 변화가 뚜렷이 나타나며, 다른 금속 이온들이 혼재할 경우에도 선택적으로 알루미늄 이온을 검출할 수 있어 고감도 화학센서로 이용할 수 있다. The compound chemical sensor including 1,2,3-triazole group according to the present invention shows a clear change in UV / Vis absorption and fluorescence wavelength even when a small amount of aluminum (Al 3+ ) is added, even when other metal ions are mixed. Optionally, aluminum ions can be detected and used as a highly sensitive chemical sensor.
도 1은 본 발명에 따른 화학센서의 발광 원리를 보여주는 개요도이다.
도 2a 및 도 2b는 CH3CN 중에서 Li+, Na+, K+, Ag+, Mg2+, Ca2+, Co2+, Ba2+, Sr2+, Cu2+, Hg2+, Pb2+, In3+, Ru+, Cd2+ 및 Al3+ (50 당량)의 ClO4 -염을 첨가했을 때의 화학식 1의 화합물(50 μM)의 형광 스팩트럼이다.
도 3은 여러 가지 양이온의 ClO4 - 염의 존재하에, 50 당량의 Al3+ 이온을 첨가했을 때 CH3CN 중의 화학식 1의 화합물(50.0 mM)의 형광 스팩트럼이다.
도 4는 Li+, Na+, K+, Ag+, Mg2+, Ca2+, Co2+, Ba2+, Sr2+, Cu2+, Hg2+, Pb2+, In3+, Ru+, Cd2+ 등의 여러 금속 이온(50 당량, 과염소산염)을 포함하는 CH3CN 중에서의 화학식 1의 화합물의 형광 및 UV/Vis 스팩트럼의 변화 그래프이다.
도 5는 0.2 mM 화학식 1의 화합물(free)(화합물 1:Al3+ = 1:0)의 differential pulse voltammogram이다.
도 6a 및 6b는 화학식 1의 1H NMR 및 13C NMR 그래프이며, 도 6c 및 도 6d는 화학식 2의 1H NMR 및 13C NMR 그래프이다.
도 7은 화학식 1 화합물의 Job Plot / Benesi-Hildebrand method를 보여주는 도면이다.
도 8은 금속 이온 존재하에 화학식 1의 화합물의 UV/Vis 스팩트럼을 보여주는 그래프이다.
도 9는 화학식 1의 화합물의 UV/Vis Al3+ 적정 스팩트럼을 보여주는 그래프이다.
도 10은 경쟁 이온 테스트(화학식 1의 UV/Vis 스팩트럼) 결과를 보여주는 그래프이다.
도 11은 알칼리 금속 이온의 존재하에 화학식 1의 화합물의 DPV를 보여주는 그래프이다.
도 12는 알칼리 토금속 이온의 존재하에 화학식 1의 화합물의 DPV를 보여주는 그래프이다. 1 is a schematic diagram showing the light emission principle of a chemical sensor according to the present invention.
2A and 2B show Li + , Na + , K + , Ag + , Mg 2+ , Ca 2+ , Co 2+ , Ba 2+ , Sr 2+ , Cu 2+ , Hg 2+ , in CH 3 CN; Fluorescence spectrum of the compound of Formula 1 (50 μM) when ClO 4 − salt of Pb 2+ , In 3+ , Ru + , Cd 2+ and Al 3+ (50 equiv) is added.
3 is a fluorescence spectrum of the compound of formula 1 (50.0 mM) in CH 3 CN when 50 equivalents of Al 3+ ions are added in the presence of ClO 4 − salts of various cations.
4 is Li + , Na + , K + , Ag + , Mg 2+ , Ca 2+ , Co 2+ , Ba 2+ , Sr 2+ , Cu 2+ , Hg 2+ , Pb 2+ , In 3+ Fluorescence and UV / Vis spectra of the compound of
5 is a differential pulse voltammogram of 0.2 mM compound 1 (free) (compound 1: Al 3+ = 1: 0).
6A and 6B are 1 H NMR and 13 C NMR graphs of
7 is a view showing a Job Plot / Benesi-Hildebrand method of the compound of Formula 1.
8 is a graph showing the UV / Vis spectrum of the compound of
9 is a graph showing the UV / Vis Al 3+ titration spectrum of the compound of Formula 1.
10 is a graph showing the results of a competitive ion test (UV / Vis spectrum of Formula 1).
11 is a graph showing the DPV of a compound of
12 is a graph showing the DPV of the compound of
본 발명자는 1,2,3-트리아졸 고리 스페이서를 포함하는 화학 센서를 합성하고, 여러가지 금속 이온을 첨가할 때 나타나는 광학적/전기화학적 특성을 조사했다. The inventors synthesized chemical sensors comprising 1,2,3-triazole ring spacers and investigated the optical / electrochemical properties that appear when various metal ions are added.
본 발명에 따른 화합물에 Al3+가 첨가되면 형광 강도에서 상당한 변화가 일어나며, 이는 이는 1,2,3-트리아졸 고리로 인한 ICT(excimer/exciplex formation, intramolecular charge transfer) 및 CHEF(chalation enhanced fluorescence) 효과에 기인한 것으로 보인다. 또한 Al3+ 이온이 존재할 때 본 발명에 따른 화합물의 전기화학적 특성은 다른 금속 이온들과 비교할 때 큰 변화를 나타냈다. The addition of Al 3+ to the compounds according to the invention results in a significant change in fluorescence intensity, which is due to the excimer / exciplex formation, intramolecular charge transfer (ICT) and chalation enhanced fluorescence due to 1,2,3-triazole rings. ) Seems to be due to the effect. In addition, the electrochemical properties of the compounds according to the invention in the presence of Al 3+ ions showed a significant change compared to other metal ions.
한편 안트라퀴논은 높은 흡광계수 및 육안 관찰 가능성으로 인해 금속 이온 및 음이온에 대한 화학센서로 사용되고 있다. 더욱이 Q1-이 형성된 후 Q2-가 형성되는 2개의 연속적인 전자환원 과정을 포함하는 퀴논 시스템으로 인해 전기분석화학에 사용되어 왔다. 따라서 센싱부로서의 안트라퀴논기와 관련된 호스트 분자는 타켓 분석물에 대한 독특한 전기화학적 반응으로 인해 금속 양이온 검출에 있어 상당히 유용하다고 판단된다. On the other hand, anthraquinone is used as a chemical sensor for metal ions and anions due to its high extinction coefficient and visual observation. Moreover, it has been used in electroanalytical chemistry because of the quinone system comprising two consecutive electron reduction processes in which Q 1- is formed followed by Q 2- . Therefore, the host molecule associated with the anthraquinone group as the sensing unit is considered to be very useful for the detection of metal cations due to the unique electrochemical reaction to the target analyte.
알킨과 아지드의 구리 Cu(I) 촉매를 통한 1,2-디폴라 사이클로어디션(Click reaction) 반응은 광범위한 합성 응용 분야에서 직접적인 분자 결합 전략으로 채택되어지고 있으며, Click reaction에 의해 형성된 1,2,3-트리아졸 골격은 금속이온과 음이온에 대한 결합 부위로서도 이용되어 왔다. 또한 최근 알칼리/전이 금속 이온에 대한 결합부로서 1,2,3-트리아졸 유도된 칼릭스[4]크라운의 합성도 보고되었다.The 1,2-dipolar cycloaddition reaction through alkyne and azide copper Cu (I) catalysts has been adopted as a direct molecular binding strategy in a wide range of synthetic applications. The 2,3-triazole skeleton has also been used as a binding site for metal ions and anions. Also recently, synthesis of 1,2,3-triazole-derived Calix [4] crown has been reported as a binding site for alkali / transition metal ions.
호스트-게스트 인식 반응에 있어 트리아졸과 안트라퀴논기를 모두 포함하는 경우에 나타나는 장점을 이용하여 본 발명자는 화학센서 1을 합성하고, 여러 금속 이온에 대한 전기화학적 특성을 연구하였다. Taking advantage of the advantages of including both triazole and anthraquinone groups in the host-guest recognition reaction, the inventors synthesized a
화합물 1은 하기 과정에 따라 합성했다. 1,8-디하이드록시안트라퀴논과 2.1 당량의 프로파길 브로마이드 및 K2CO3를 아세톤을 용매로 하여 반응시킴으로써 화학식 2의 1,8-비스(프로프-2-이닐옥시)안트라퀴논을 얻었다. 상기 화학식 2를 구리 Cu(I)를 촉매로 하여 사이클로어디션 반응시켜 본 발명에 따른 화학식 1의 화합물을 35% 수율로 얻었다.
반응식 1
이하에서 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention should not be construed as being limited thereto.
실시예 1: 화학식 2의 화합물 합성Example 1 Synthesis of Compound of
1,8-디히드록시안트라퀴논(500 mg, 2.1 mmol), 프로파길 브로마이드(620 mg, 5.3 mmol) 및 K2CO3 (360 mg, 3.2 mmol)를 아세톤 용매(100 mL) 중에서 18시간 동안 환류시켰다. 용액을 물로 세척하고, 유기층을 무수황산나트륨하에서 건조시켰다. 진공하에서 유기 용매를 제거하고, 실리카겔 칼럼 크로마토그래피 처리하여 110 mg 의 화학식 2의 화합물을 황색 고체 상태로 얻었다.(수율 17%)1,8-dihydroxyanthraquinone (500 mg, 2.1 mmol), propargyl bromide (620 mg, 5.3 mmol) and K 2 CO 3 (360 mg, 3.2 mmol) in acetone solvent (100 mL) for 18 h. It was refluxed. The solution was washed with water and the organic layer was dried over anhydrous sodium sulfate. The organic solvent was removed in vacuo and subjected to silica gel column chromatography to give 110 mg of the compound of
mp: 83 - 88℃ 1H-NMR (400 MHz, CDCl3): d 7.92 (dd, 2 H, ArH, J = 7.68 Hz), 7.67 (t, 2 H, ArH, J = 7.80 Hz), 4.94 (d, 4 H, OCH 2 , 3 J = 2.40 Hz), 2.55 (t, 2 H, CCH, 3 J = 2.40 Hz). 13C-NMR (100 MHz, CDCl3): 157.4, 135.1, 134.0, 121.2, 120.5, 78.2, 57.5 ppm. FAB MS m/z (M+): calcd, 316.07; found, 317.4. IR (KBr pellet, cm-1): 2125, 1710.
mp: 83-88 ° C. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ): d 7.92 (dd, 2H, Ar H , J = 7.68 Hz), 7.67 (t, 2H, Ar H , J = 7.80 Hz) , 4.94 (d, 4H, OCH 2 , 3 J = 2.40 Hz), 2.55 (t, 2H, C CH , 3 J = 2.40 Hz). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl 3 ): 157.4, 135.1, 134.0, 121.2, 120.5, 78.2, 57.5 ppm. FAB MS m / z (M + ): calcd, 316.07; found, 317.4. IR (KBr pellet, cm −1 ): 2125, 1710.
실시예 2 : 화학식 1의 화합물 합성Example 2 Synthesis of Compound of
화학식 2의 화합물(250 mg, 0.78 mmol), 1,2-비스(2-아지도에톡시)에탄 (174 mg, 0.86 mmol), 요오드화 구리(I)(촉매량), 및 DMF를 상온에서 1일 동안 교반했다. 진공하에 용매를 제거하고, 잔여물을 물과 CH2Cl2 로 세척했다. 유기층을 여과한 후 무수황산나트륨하에서 건조시켜 증발시켰다. 실리카겔 칼럼 크로마토그래피로 처리하여 143 mg의 화학식 1의 화합물을 황색 고체 상태로 얻었다.(수율 35%) Compound of formula 2 (250 mg, 0.78 mmol), 1,2-bis (2-azidoethoxy) ethane (174 mg, 0.86 mmol), copper iodide (I) (catalyst amount), and DMF at room temperature for 1 day Was stirred. The solvent was removed in vacuo and the residue was washed with water and CH 2 Cl 2 . The organic layer was filtered, dried over anhydrous sodium sulfate and evaporated. Silicagel column chromatography gave 143 mg of the compound of
mp: 258 oC. 1H-NMR (300 MHz, CDCl3): d 8.16 (s, 2 H, Ar triazole H), 7.86 (d, 2 H, Aranthra H, J = 7.57 Hz), 7.65 (t, 2 H, Aranthra H, J = 7.67 Hz), 7.55 (d, 2 H, Aranthra H, J = 8.34 Hz), 5.45 (s, 4 H, OCH 2 ), 4.58 (t, 4 H, NCH 2 CH2O, J = 4.60 Hz), 3.88 (t, 4 H, NCH2 CH 2 O, J = 5.01 Hz), 3.59 (s, 4 H, OCH 2 CH 2 O). 13C-NMR (100 MHz, CDCl3): 183.8, 182.9, 157.9, 135.0, 134.3, 125.3, 121.1, 120.3, 70.7, 69.8, 64.3, 50.6 ppm. FAB MS m/z (M+): calcd, 516.51; found, 517.6. IR (KBr pellet, cm-1): 1693, 1668, 1587.
mp: 258 o C. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ): d 8.16 (s, 2H, Ar triazole H ), 7.86 (d, 2H, Ar anthra H , J = 7.57 Hz), 7.65 ( t, 2 H, Ar anthra H , J = 7.67 Hz), 7.55 (d, 2 H, Ar anthra H , J = 8.34 Hz), 5.45 (s, 4 H, OC H 2 ), 4.58 (t, 4 H , N CH 2 CH 2 O, J = 4.60 Hz), 3.88 (t, 4 H, NCH 2 CH 2 O, J = 5.01 Hz), 3.59 (s, 4 H, O CH 2 CH 2 O). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl 3 ): 183.8, 182.9, 157.9, 135.0, 134.3, 125.3, 121.1, 120.3, 70.7, 69.8, 64.3, 50.6 ppm. FAB MS m / z (M + ): calcd, 516.51; found, 517.6. IR (KBr pellet, cm −1 ): 1693, 1668, 1587.
시험예 1: 광물리학적 특성Test Example 1: Photophysical Properties
CH3CN 용매 중에서 Li+, Na+, K+, Ag+, Mg2+, Ca2+, Co2+, Ba2+, Sr2+, Cu2+, Hg2+, Pb2+, In3+, Ru+, Cd2+ 및 Al3+ 를 포함하는 다양한 양이온의 과염소산염을 첨가할 때의 흡광 및 형광 변화를 관찰함으로써 화학식 1의 광물리학적 특성을 조사했다. UV/Vis 및 형광 변화는 도 2a 및 도 8에 각각 도시되어 있다. 도면에 따르면 화학식 1의 화합물은 안트라퀴논 부위에 해당하는 380nm에 중심을 갖는 밴드를 보여주며, 여러 가지 금속 양이온을 첨가하면 안트라퀴논 부분의 UV 밴드가 상당히 쉬프트되는 것이 관찰되었다. CH 3 CN solvent from Li +, Na +, K + , Ag +,
한편 알루미늄 이온을 첨가했을 때 500nm 영역에서 광범위한 흡수 밴드가 새롭게 나타났다. 또한 방출 스팩트럼에서, 화학식 1의 화합물의 형광 강도는 도 2a 및 도 2b에 나타난 바와 같이 알루미늄 이온을 첨가했을 때 557nm에서 현저하게 증가했다. Meanwhile, when aluminum ions were added, a broad spectrum of absorption bands appeared in the 500 nm region. Also in the emission spectrum, the fluorescence intensity of the compound of
도 2a 및 도 2b는 CH3CN 중에서 Li+, Na+, K+, Ag+, Mg2+, Ca2+, Co2+, Ba2+, Sr2+, Cu2+, Hg2+, Pb2+, In3+, Ru+, Cd2+ 및 Al3+ (50 당량)의 ClO4 -염을 첨가했을 때의 화학식 1의 화합물(50 μM)의 형광 스팩트럼이다.
2A and 2B show Li + , Na + , K + , Ag + , Mg 2+ , Ca 2+ , Co 2+ , Ba 2+ , Sr 2+ , Cu 2+ , Hg 2+ , in CH 3 CN; Fluorescence spectrum of the compound of Formula 1 (50 μM) when ClO 4 − salt of Pb 2+ , In 3+ , Ru + , Cd 2+ and Al 3+ (50 equiv) is added.
시험예 2: 착물 형성 모드 확인Test Example 2: Confirmation of Complex Formation Mode
알루미늄 이온에 대한 화학식 1의 화합물의 착물 형성 비율을 확인하기 위하여, Job plot과 Benesi-Hildebrand plot 방법을 이용하였다. Job plot에서 최대점은 몰분율이 0.625일 때 나타났으며, 이는 리간드 대 금속 착물의 비율이 2:1인 경우의 전형적인 리간드 몰분율(0.66)이다. In order to confirm the complex formation ratio of the compound of
Benesi-Hildebrand plot 또한 2:1로 착물을 형성한다는 사실을 확인할 수 있었다.(도 7). 도 2b와 도 5은 알루미늄 이온을 점진적으로 첨가했을 때, 화학식 1의 화합물의 흡광 및 형광 변화를 상세하게 나타내고 있으며, 알루미늄에 대한 화학식 1의 결합상수(Log Ka)는 4.52로 계산되었다. Benesi-Hildebrand plot also confirmed that 2: 1 complexes (Fig. 7). 2b and 5 show the change in absorbance and fluorescence of the compound of
화학식 1의 화합물 및 CD3CN 중의 화학식 1의 화합물과 알루미늄 이온 착물의 1H NMR 스팩트로스코피 또한 알루미늄 이온에 대한 화학식 1의 화합물의 착물 형성 모드를 입증하기 위해 측정되었으며, 스팩트럼의 차이는 도 3에 도시되어 있다. 1 H NMR spectroscopy of the compound of
한편 다른 프로톤의 시그널이 거의 변화를 나타내지 않은 반면, Ha, Hb, Hc, He의 시그널은 약 0.05 ppm 다운 쉬프트되었다. 이러한 결과는 안트라퀴논기와 함께 Al3+ 이온이 두개의 트리아졸 고리와 2:1로 착물을 형성하며 결합되어 있다는 사실을 보여준다.On the other hand, while the signals of other protons showed little change, the signals of H a , H b , H c and H e were shifted down by about 0.05 ppm. These results show that Al 3+ ions, with an anthraquinone group, are bound to two triazole rings in a 2: 1 complex.
이러한 모든 스팩트럼 데이터로부터, 안트라퀴논의 카르보닐 그룹과 결합하는 금속은 ICT(intramolecular charge transfer)에 의해 화학식 1의 화합물의 흡수 밴드가 레드 쉬프트되도록 한다는 결론을 내릴 수 있다. 화학식 1의 화합물의 형광 강도의 증진은, CHEF(chelation-enhanced fluorescence) 즉 PET 억제에 의해 수반되는 트리아졸 고리와 금속의 결합으로 인한 것으로 추정된다. 예측가능한 착물 형성 모드는 도 3에 도시되어 있다.
From all these spectral data, it can be concluded that the metal binding to the carbonyl group of the anthraquinone causes the absorption band of the compound of
시험예 3: 경쟁 이온 실험Test Example 3: Competitive Ion Experiment
또한 Al3+ 이온에 대한 광학적/전기화학적 이온 선택성 화학센서로 화학식 1의 화합물을 이용하기 위해서, 다른 여러 가지 금속 이온과의 경쟁 실험을 수행하였다. Li+, Na+, K+, Ag+, Mg2+, Ca2+, Co2+, Ba2+, Sr2+, Cu2+, Hg2+, Pb2+, In3+, Ru+, Cd2+ 등의 여러 금속 이온(50 당량, 과염소산염)을 포함하는 CH3CN 중에서의 화학식 1의 화합물의 형광 및 UV/Vis 스팩트럼의 변화는 도 4 및 도 10에 도시되어 있다. 다른 경쟁 금속 이온이 존재할 경우에도 본 발명에 따른 화학식 1의 화합물과 Al3+의 착물은 뚜렷한 형광 및 흡광 변화를 보여주었으며, 이는 본 발명에 따른 화합물이 Al3+ 이온에 대한 선택적인 화학센서로 사용될 수 있음을 보여준다.In addition, in order to use the compound of
한편 CH3CN 중의 Al3+ 이 존재할 때와 존재하지 않을 때의 본 발명에 따른 화학식 1의 화합물의 전기 화학적 특성을 differential pulse voltammetry (DPV)를 측정하여 조사하였다. 0.2 mM 화학식 1의 화합물(free)(화합물 1:Al3+ = 1:0)의 differential pulse voltammogram을 도 5에 나타내었다. - 1.3 및 -1.7 V에서 2개의 뚜렷한 캐소딕 피크가 관찰되었으며, 이는 화학식 1의 안트라퀴논 부위로 전자 2개가 연속적으로 이동한다는 것을 보여준다. On the other hand, the electrochemical properties of the compound of
그러나 Al3+ 이온이 존재하는 경우에, 화학식 1의 전기화학적 특성은 상당히 변화되었다. 도 4는 Al3+ 이온을 지속적으로 첨가할 때 화학식 1의 화합물의 voltammograms이 변화되었음을 보여준다. 화합물 1:Al3+ 의 농도 비율이 6:1, 4:1 및 2:1인 경우에, 3개의 환원 곡선이 관찰되었는데, -1.3 V 근처에서 관찰되는 하나의 곡선은 화학식 1의 화합물(free)의 첫번째 환원에 해당하는 곡선이고, -0.4 및 -0.8 V 근처에서 관찰되는 2개의 신규 곡선은 화학식 1과 Al3+ 의 착물(2:1 착물형성)의 연속적인 환원에 해당하는 곡선이다. 2개의 신규 환원 피크는 화학식 1의 화합물(free)에 해당하는 피크 보다 더욱 포지티브 포텐셜 쪽에 위치하는데, 이는 일반 상태에 비해 화학식 1과 Al3+의 강한 상호작용과 Al3+ 이온에 대해 환원된 화학식 1의 화합물의 착물형성 강도의 증가를 반영한다. 화학식 1:Al3+의 농도비가 1:1일 때는, 화학식 1의 화합물(free)의 환원 피크가 관찰되지 않았다(도 5). 이는 극소량의 화학식 1의 화합물이 자유 상태로 존재하며, 1:Al3+ 착물 형성에서 환원 과정이 거의 나타나지 않음을 보여준다. 농도비가 화합물 1:Al3+ = 1:1(1:1 착물형성모드)인 경우의 voltammogram의 -0.2V에서 추가 환원 피크가 관찰되었음은 주목할 필요가 있는데, 이는 화합물 1:Al3+ 착물(1:1 착물형성모드)의 환원으로 인한 것으로 예상되며, Al3+의 농도와 비교할 때 1의 농도가 감소한 것으로서 상당히 중요하다. 자유 1의 환원 피크의 상대세기는 [Al3+]의 작용와 함께 급격히 사라지는데, 이는 1과 Al3+ 이 착물을 형성한다는 것을 보여준다. 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 이온의 존재하에 1의 전기화학적 특성 또한 조사되었다. 그 결과는 Al3+ 이외의 금속 이온에 대한 1의 결합력이 약하다는 것을 보여준다(도 10 및 도 11). 그러나 알칼리 금속 보다는 알칼리 토금속에 대한 결합력이 더 강한 것으로 관찰되었는데, 이는 화학식 1의 1,2,3-트리아졸 고리 시스템과 알칼리 토금속 이온의 상호작용을 반영하며, 질소 원자가 산/염기 hardness와 관련하여 알칼리 금속 보다 알칼리 토금속과 더 잘 결합한다는 것을 보여준다. However, in the presence of Al 3+ ions, the electrochemical properties of
본 발명에서는 1,2,3-트리아졸 고리 스페이서를 포함하는 신규 화학센서를 합성하였며, 그 광학적/전기화학적 특성을 연구했다. 화학식 1의 화합물과 Al3+ 이온의 착물이 형성되면 556nm에서 형광 변화가 증진되었으며, 이는 2:1 착물 형성 모드 내에서 1,2,3-트리아졸 고리와 카보닐 그룹 양쪽에 의한 Al3+ 이온에 대한 화학식 1의 킬레이트화때문인 것으로 생각된다. 또한 본 발명에 따른 화합물 1은 Al3+ 이온이 첨가되었을 때 전기화학적 특성에 있어 상당한 변화를 보여주었으며, 이에 따라 화학식 1은 Al3+ 이온에 대한 광학적/전기화학적 센서로 사용될 수 있다.
In the present invention, a novel chemical sensor including 1,2,3-triazole ring spacer was synthesized and its optical / electrochemical properties were studied. The formation of the complex of the compound of
Claims (10)
(1) A compound represented by the following formula (1) having aluminum (Al 3+ ) ion selectivity:
(One)
반응식 1
(2) (1)A process for preparing the compound of formula (1) according to claim 1 from the compound of formula (2) according to Scheme 1 below.
Scheme 1
(2) (1)
상기 화학식 (2)의 화합물은 하기 하기 반응식 2에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 화학식 (1)의 화합물을 제조하는 방법.
반응식 2
The method of claim 2,
The compound of formula (2) is prepared according to the following scheme 2.
Scheme 2
상기 알루미늄 이온의 첨가에 따른 UV/Vis 및 형광 파장의 변화를 측정함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 이온을 선택적으로 검출하는 방법. The method of claim 4, wherein
A method for selectively detecting aluminum ions, characterized by measuring the change in UV / Vis and fluorescence wavelengths according to the addition of the aluminum ions.
상기 형광 파장의 변화는 ICT 및 CHEF 현상으로 인한 것을 특징으로 하는 알루미늄 이온을 선택적으로 검출하는 방법. The method of claim 5,
Wherein the change in fluorescence wavelength is due to ICT and CHEF phenomena.
상기 파장 변화 측정을 위해 조사하는 빛의 파장은 450 내지 480nm인 것을 특징으로 하는 알루미늄 이온을 선택적으로 검출하는 방법. The method of claim 6,
The wavelength of light irradiated for measuring the wavelength change is a method for selectively detecting aluminum ions, characterized in that 450 to 480nm.
상기 수용액은 아세토니트릴(CH3CN) 용액인 것을 특징으로 하는 알루미늄 이온을 선택적으로 검출하는 방법. The method of claim 8,
Wherein said aqueous solution is an acetonitrile (CH 3 CN) solution.
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