KR20150097099A - 수은 이온 검출용 화합물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 수은 이온 검출용 비색 형광 감응 화학센서 - Google Patents

수은 이온 검출용 화합물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 수은 이온 검출용 비색 형광 감응 화학센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수은 이온 검출용 화합물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 수은 이온 검출용 비색 형광 감응 화학센서에 관한 것으로써, 본 발명에 따른 수은 이온을 선택적으로 검출하는 비색 형광 감응 화학센서는 수은 이온과의 결합성이 우수하고, 다른 전이금속 이온의 존재 하에서 선택적으로 수은 이온과 복합체를 형성하며, pH4 내지 12의 범위의 시료 또는 낮은 수은 농도에서 수은 이온 검출능이 우수하므로, 지하수, 하천과 같은 수계 환경 및 생체시료 등의 낮은 농도의 수은 이온(Hg2+) 검출이 요구되는 전반적인 산업분야에서 유용하게 사용될 수 있다.

Description

수은 이온 검출용 화합물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 수은 이온 검출용 비색 형광 감응 화학센서{Compound for detecting mecury ion, preparation method thereof and colorimetric fluorescent chemosensor having the same}
본 발명은 수은 이온 검출용 화합물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 수은 이온 검출용 비색 형광 감응 화학센서에 관한 것이다.
생체 내 주요 물질과 이온들에 대한 새로운 센서의 설계와 연구는 그 동안 많은 관심을 받으며 활발히 진행되어 왔다. 그 중에서도 초분자(supramolecule) 화학을 비롯하여 아미노산, 펩타이드 등 다양한 분자를 이용한 선택적으로 이온 또는 여러 가지 다른 종류의 게스트 화합물들과 결합할 수 있는 호스트 화합물의 설계에 대하여 큰 가능성을 보여 왔으며, 최근 아미노산에 형광물질을 도입함으로써 특정 게스트 화합물과의 결합 시 발생되는 형광변화를 이용하여 보다 손쉽게 검출할 수 있는 형광 화학센서(fluorescent chemosensor)의 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
형광이란 특정한 광파장(여기파장)을 갖는 광자가 표지분자(indicator molecule)와 충돌하고, 충돌의 결과로 전자가 고에너지 준위로 여기(excitation)되면서 일어나는 광화학적 현상이다. 여러 분석방법 중에서 형광을 이용하는 방법은 매우 뛰어난 감도로 인해 10-9 M 농도에서도 신호를 관찰할 수 있는 큰 장점을 가지고 있다. 따라서 이 분석방법은 널리 활용되고 있는데 최근에는 이러한 성질을 이용하여 양이온, 음이온 그리고 중성 유기 분자들의 검출용 형광 화학 센서에 응용되는 연구들이 발표되고 있다(비특허문헌 1).
반면, 상기 분석방법은 형광을 측정할 수 있는 기기를 보유하고 있지 않다면 검출용 형광 화학센서가 게스트 화합물과 결합하는 것을 관찰할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 이를 보완 할 수 있는 방법으로 형광체들 중에서 장파장을 흡수할 수 있는 콘쥬게이션(conjugation)이 보다 많이 형성되어 있는 형광체를 초분자 화합물에 도입한다면 가시광선에서도 게스트 화합물과 결합하는 것을 관찰 가능하다. 따라서, 이러한 방법을 이용한다면 직접 눈으로 관찰가능 한 검출용 비색 화학 센서로 사용할 수 있으며, 상기 분석방법이 적용된 양이온, 음이온 및 유기 분자들의 검출용 비색 화학 센서에 응용되는 연구들이 발표되고 있다(비특허문헌 2).
최근에 대양과 화산에 의한 방출(비특허문헌 3), 금채광(비특허문헌 4), 또는 고체 폐기물 소각에 의한 수은 오염은 면역계, 유전자, 신경계에 대한 극심한 독성 때문에 큰 이슈가 되고 있으며, 이러한 수은은 실제로 매우 위험한 맹독성 오염물질로서 주변 환경 속에 많이 존재하고 있다.
수은은 주로 물에 잘 용해되는 이온형태(Hg2 +)로 전환되어 수질 오염을 일으키며, 이렇게 오염된 수질에 생존하는 어류, 또는 수질을 이용하여 생산되는 농산물에 쉽게 축적된다. 수은 이온은 먹이 사슬을 통해 인간에게까지 축적이 이루어지며, 먹이사슬의 마지막 단계인 인간에게 축적되는 오염량은 상당히 높은 수준이다. 따라서, 수용액 상에 존재하는 수은의 함량을 모니터링하는 것이 인류의 건강을 지키는 중요한 활동 중 하나가 될 수 있다. 이에 따라, 수용액에서 잘 녹고 수은 이온(Hg2 +)에 대해서 강한 결합력과 선택성을 갖는 새로운 수은 화학센서의 개발에 큰 관심이 모아지고 있다.
최근 수은 이온(Hg2 +)을 선택적으로 인식하는 다양한 화학센서들이 보고되고 있다. 예를 들면, 인광 이용한 수은 이온(Hg2 +) 검출센서(특허문헌 1), 형광 화학센서를 이용한 수은 이온(Hg2 +) 검출방법이 알려져 있으며(특허문헌 2 내지 7, 비특허문헌 5), 비색 화학센서를 이용한 수은 이온 검출센서들이 보고되어 있다(비특허문헌 6).
그러나, 상기 방법들은 수은 이온(Hg2 +)의 검출은 가능하나, 비색 형광센서의 경우, 수은 이온(Hg2 +)에 대한 색변화가 뚜렷하게 나타나 수은 이온에 대해 선택성을 가지는 것을 볼 수 있으나, 콘주게이션이 많이 되어 있는 장파장의 빛을 흡수하는 화합물의 경우 물에 잘 녹지 못하기 때문에 검출 센서를 작동하기 위해서는 유기용매을 다량으로 사용해야 하며, 구리, 철 및 납 이온에 많은 영향을 받는 문제점이 있다. 또한, 인광을 이용한 수은 이온(Hg2 +) 검출센서는 ppm 단위 미만의 낮은 농도로 수은 이온(Hg2 +)에 오염된 시료의 경우, 수은 이온(Hg2 +) 검출하지 못하는 문제가 있다. 나아가, 종래의 알려져 있는 형광 화학센서 또한 인광을 이용한 수은 이온(Hg2 +) 검출센서와 마찬가지로, ppm 단위 미만의 낮은 농도의 수은 이온(Hg2 +)을 검출하지 못하는 경우가 대부분이며, 유기용매를 사용해야 하거나, 다른 금속이온의 간섭을 받는 등의 문제로 수은 이온(Hg2 +)을 선택적으로 검출하지 못하는 경우가 많다.
한편, 아미노산을 이용한 중금속 형광 센서를 합성하여 여러 종류의 전이금속을 검출하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 형광 아미노산 센서는 아래에 나와 있는 몇 가지 측면에서 많은 관심을 받고 있다. 천연 아미노산을 포함하는 형광 센서는 고체상 합성법을 이용하여 빠른 시간 내에 비교적 손쉽게 합성을 할 수 있으며, 여러 가지 아미노산의 조합을 이용하여, 원하는 금속 이온에 대한 선택성과 감도를 조절할 수 있다. 또한, 생리적 조건과 유사한 수용액에 잘 녹기 때문에 유기 용매를 쓰지 않아도 사용이 용이하므로 환경 친화적이며, 그 결합능력이 매우 우수한 점이 기존 형광 화학 센서와 차별화된 점이라 할 수 있다. 나아가, 합성된 형광 아미노산 센서를 고체상 장치에 손쉽게 결합시킬 수 있고, 중금속 흡착 센싱 등의 응용이 가능하다.
이에, 본 발명자들은 금속 이온 중 수은 이온(Hg2 +)을 선택적으로 검출할 수 있는 센서를 개발하던 중, 이미다졸(Imidazole)을 포함하는 아미노산으로부터 유래된 화합물이 수은 이온(Hg2 +)을 선택적으로 비색 형광 검출할 수 있는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
대한민국 등록특허 제10-1031314호; 대한민국 등록특허 제10-0862606호; 대한민국 등록특허 제10-0816200호; 대한민국 등록특허 제10-0930969호; 대한민국 등록특허 제10-0028274호; 대한민국 등록특허 제10-0007112호; 대한민국 등록특허 제10-0007113호.
A. P. de Silva., et al., Chem. Rev. 97,(1997), 1515; Zhaochoa X., et al., Org. Lett. 7,(2005), 3029; Renzoni. A., et al., Environ. Res. 77,(1998), 68; Malm. O., et al., Environ. Res. 77,(1998), 73; Pil Seung. K., et al., J. Kor. Chem. Soc. 54,(2010), 451; Ruilong. S., et al., Sensors and Actuators B. 128,(2008), 507
본 발명의 목적은 수은 이온 검출용 화합물을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 화합물의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 화합물을 포함하는 비색 형광 감응 화학센서를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 화학센서를 이용한 수은 이온(Hg2 +)의 검출방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다:
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에 있어서,
R1은 나이트로이고;
R2는 수소, -NR4R5 또는 -OR6이고, 이때, 상기 R4 및 R5는 서로 독립적으로 수소; C1-C4의 직쇄 또는 측쇄 알킬; 할로겐; 비치환 또는 아민으로 치환된 아릴 또는 이들이 결합되어 있는 N과 함께 N, O 및 S로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 헤테로원자를 포함하는 5 원자 내지 6 원자의 헤테로아릴을 형성할 수 있고; 및 R6은 수소 또는 C1-C4의 직쇄 또는 측쇄 알킬이고; 및
n은 1 내지 6의 정수이다.
또한, 본 발명은 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이,
화학식 2로 표시되는 아미노산 화합물을 화학식 3으로 표시되는 고체상 화합물과 반응시켜 화학식 4로 표시되는 화합물을 제조하는 단계 (단계 1);
상기 단계 1에서 제조된 화학식 4로 표시되는 화합물을 아민 염기 조건 하에 반응시켜 화학식 5로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 제조된 화학식 5로 표시되는 화합물을 화학식 6으로 표시되는 화합물과 반응시켜 화학식 7로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 제조된 화학식 7로 표시되는 화합물을 무기산 조건 하에 반응시켜 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(단계 4);를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 화합물의 제조방법을 제공한다:
[반응식 1]
Figure pat00002
상기 반응식 1에 있어서,
R1, R2 및 n는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같고;
Fmoc는 플루오레닐메틸옥시카보닐(Fluorenylmethyloxycarbonyl)이고;
Trt는 트라이페닐메틸(Triphenylmethyl)이고; 및
Figure pat00003
은 고체상이다.
나아가, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 수은 이온(Hg2 +) 비색 형광 감응 화학센서를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 화학센서를 수은 이온(Hg2 +) 유무를 판별하고자 하는 대상시료에 투입시키는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1의 대상시료 내에 존재하는 수은 이온(Hg2 +)과 상기 화학식 1의 화합물의 반응 생성물이 발생시키는 흡광 및 형광 신호를 측정하여 수은 이온(Hg2 +)을 검출하는 단계(단계 2);를 포함하는 수은 이온(Hg2 +)의 검출 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 수은 이온을 선택적으로 검출하는 비색 형광 감응 화학센서는 수은 이온과의 결합성이 우수하고, 다른 전이금속 이온의 존재 하에서 선택적으로 수은 이온과 복합체를 형성하며, pH4 내지 12의 범위의 시료 또는 낮은 수은 농도에서 수은 이온 검출능이 우수하므로, 지하수, 하천과 같은 수계 환경 및 생체시료 등의 낮은 농도의 수은 이온(Hg2 +) 검출이 요구되는 전반적인 산업분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 실시예 1 화합물의 수은 이온(Hg2 +) 복합체의 ESI-MS 스펙트럼이다.
도 2는 전이 금속 이온 종류에 따른 실시예 1 화합물-금속 이온 복합체의 흡광도 변화를 나타낸 흡광도 스펙트럼(A), 형광 변화를 나타낸 형광 스펙트럼(B) 및 실시예 1 화합물의 금속 이온 복합체의 색 변화를 보여주는 사진(C)이다.
도 3은 전이 금속 이온 종류에 따른 실시예 2 화합물-금속 이온 복합체의 흡광도 변화를 나타낸 흡광도 스펙트럼(A), 형광 변화를 나타낸 형광 스펙트럼(B) 및 실시예 2 화합물의 금속 이온 복합체의 색 변화를 보여주는 사진(C)이다.
도 4는 전이금속 이온 종류별 각 테스트 용액의 흡광도 스펙트럼에 있어서 실시예 1에서 제조된 화합물의 530 nm 파장의 흡광도를 나타낸 그래프이며, 도 4에서 나타내는 부호는 하기와 같다.
Figure pat00004
: 실시예 1 화합물의 흡광도;
Figure pat00005
: 실시예 1 화합물과 수은 이온의 혼합시료의 흡광도;
Figure pat00006
: 실시예 1 화합물과 금속 이온의 혼합시료의 흡광도; 및
Figure pat00007
: 실시예 1 화합물, 금속 이온 및 수은 이온의 혼합시료의 흡광도.
도 5는 수은 이온(Hg2 +) 농도 변화에 따른 실시예 1 화합물-수은 이온 복합체의 흡광도 변화를 나타낸 흡광도 스펙트럼이다.
도 6은 수은 이온(Hg2 +) 농도 변화에 따른 실시예 2 화합물-수은 이온 복합체의 흡광도 변화를 나타낸 흡광도 스펙트럼이다.
도 7은 수은 이온(Hg2 +)에 따른 몰분율을 이용한 실시예 1 화합물과 수은 이온(Hg2 +)에 대한 Job's plot 그래프이다.
도 8은 수은 이온(Hg2 +)의 농도 변화에 따른 실시예 1 화합물의 464 nm의 흡광도 변화를 나타낸 흡광도 스펙트럼이다.
도 9는 pH 변화에 따른 실시예 1 화합물-수은 이온(Hg2 +) 복합체의 흡광도 변화를 나타낸 스펙트럼이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다:
[화학식 1]
Figure pat00008
상기 화학식 1에 있어서,
R1은 나이트로이고;
R2는 수소, -NR4R5 또는 -OR6이고, 이때, 상기 R4 및 R5는 서로 독립적으로 수소; C1-C4의 직쇄 또는 측쇄 알킬; 할로겐; 비치환 또는 아민으로 치환된 아릴 또는 이들이 결합되어 있는 N과 함께 N, O 및 S로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 헤테로원자를 포함하는 5 원자 내지 6 원자의 헤테로아릴을 형성할 수 있고; 및 R6은 수소 또는 C1-C4의 직쇄 또는 측쇄 알킬이고; 및
n은 1 내지 6의 정수이다.
바람직하게는,
상기 상기 R1은 나이트로이고;
R2는 수소, -NR4R5 또는 -OR6이고, 이때, 상기 R4 및 R5는 서로 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 플루오로, 클로로, 브로모 또는 페닐이거나, 또는 이들이 결합되어 있는 N과 함께 피리디닐을 형성할 수 있고; R6은 수소, 메틸 또는 에틸이고; 및
n은 1 내지 4의 정수이다.
보다 바람직하게는,
상기 R1은 나이트로이고;
R2는 수소, -NR4R5 또는 -OR6이고, 이때, 상기 R4 및 R5는 서로 독립적으로, 수소, 메틸, 에틸, 클로로 또는 페닐이거나, 또는 이들이 결합되어 있는 N과 함께 피리디닐을 형성할 수 있고; R6은 수소 또는 메틸이고; 및
n은 1 내지 2의 정수이다.
가장 바람직하게는, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 다음과 같다:
(1) (S)-3-(1H-이미다졸-4-일)-2-((7-나이트로벤조옥사디아졸-4-일)아미노)프로판아마이드; 및
(2) (S)-3-(1H-이미다졸-4-일)-2-((7-나이트로벤조옥사디아졸-4-일)아미노)프로파노익에시드.
또한, 본 발명은 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이,
화학식 2로 표시되는 아미노산 화합물을 화학식 3으로 표시되는 고체상 화합물과 반응시켜 화학식 4로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제조된 화학식 4로 표시되는 화합물을 아민 염기 조건 하에 반응시켜 화학식 5로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 제조된 화학식 5로 표시되는 화합물을 화학식 6으로 표시되는 화합물과 반응시켜 화학식 7로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 제조된 화학식 7로 표시되는 화합물을 무기산 조건 하에 반응시켜 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(단계 4);를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 화합물의 제조방법을 제공한다:
[반응식 1]
Figure pat00009
상기 반응식 1에 있어서,
R1, R2 및 n는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같고;
Fmoc는 플루오레닐메틸옥시카보닐(Fluorenylmethyloxycarbonyl)이고;
Trt는 트라이페닐메틸(Triphenylmethyl)이고; 및
Figure pat00010
은 고체상이다.
이하, 본 발명에 따른 상기 제조방법을 각 단계별로 보다 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 제조방법의 단계 1은 화학식 2로 표시되는 아미노산 화합물을 화학식 3으로 표시되는 고체상 화합물과 반응시켜 화학식 4로 표시되는 화합물을 제조하는 단계이다.
구체적으로, 화학식 2로 표시되는 아미노산 화합물과 고체상을 포함하는 화학식 3으로 표시되는 화합물을 커플링 반응을 수행하여, 고체상이 도입된 화학식 4로 표시되는 화합물을 제조하는 단계이다.
이때, 상기 단계 1의 화학식 3으로 표시되는 고체상 화합물의 고체상으로는 통상적으로 사용되는 고체상이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있으나, 아마이드가 연결된 메틸벤조하이드릴아민(MBHA) 수지, 왕(Wang) 수지, 폴리에틸렌글리콜-폴리스틸렌(PEG-PS) 수지, 실리카 나노입자, 티타늄옥사이드 나노 입자, 키토산 등을 사용하는 것이 바람직하고, 메틸벤조하이드릴아민(MBHA) 수지, 왕(Wang) 수지 등을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 단계 1의 커플링 반응 시약으로는 벤조트리아졸-1-일-옥시-트리스(다이메틸아미노)-포스포니움 헥사플루오로포스페이트(Py-BOP), 1-하이드록시-벤조트리아졸(HBTU), 1-하이드록시-7-아자-벤조트리아졸(HATU), 하이드록시 벤조트리아졸(HOBt), 디사이클로헥실카르보디이미드(DCC), 다이이소프로필카르보디이미드(DIC), 1-에틸-3-(3-다이메틸아미노프로필)카르보이이미드(EDC), 카르보닐디이미다졸(CDI) 등을 사용하는 것이 바람직하고, 다이이소프로필카르보디이미드(DIC)와 하이드록시 벤조트라이아졸(HOBt)을 혼합하여 사용하는 것이 보다 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 따른 제조방법의 단계 2는 상기 단계 1에서 제조된 화학식 4로 표시되는 화합물을 아민 염기 존재 하에 반응시켜 화학식 5로 표시되는 화합물을 제조하는 단계이다.
구체적으로, 화학식 4로 표시되는 화합물의 아민 보호기인 플루오레닐메틸옥시카보닐기(Fmoc-)를 제거하는 단계이다.
이때, 상기 아민 염기는 통상적으로 플루오레닐메틸옥시카보닐기(Fmoc-)를 제거하는데 사용하는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있으나, 피페리딘, 피롤리딘, 몰포린, 피리딘, N,N-다이메틸아미노피리딘 등을 사용하는 것이 바람직하고, 피페리딘을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 따른 제조방법의 단계 3은 상기 단계 2에서 제조된 화학식 5로 표시되는 화합물을 화학식 6으로 표시되는 화합물과 반응시켜 화학식 7로 표시되는 화합물을 제조하는 단계이다.
이때, 반응성을 향상시키기 위하여, 염기를 사용할 수 있으며, 통상적인 염기라면 특별한 제한없이 사용할 수 있으나, 트라이에틸아민, 다이이소프로필에틸아민, 피리딘, N,N-다이메틸아미노피리딘 등을 사용하는 것이 바람직하고, 트라이에틸아민 등을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 따른 제조방법의 단계 4는 상기 단계 3에서 제조된 화학식 7로 표시되는 화합물을 무기산 조건 하에 반응시켜 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계이다.
구체적으로, 화학식 7로 표시되는 화합물에서 고체상 및 아민 보호기인 트라이페닐메틸기(Trt-)를 제거하여 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계이다.
이때, 상기 무기산으로는 트라이플루오로아세트산, 염산, 불산, 포름산 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는, 트라이플루오로아세트산, 트라이프로필실렌 및 증류수를 부피 대비 86-99:1-7:1-7로 혼합한 무기산 수용액을 사용하는 것이 바람직하다.
나아가, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 수은 이온(Hg2 +) 비색 형광 감응 화학센서를 제공한다.
본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 비색 형광 감응 센서는 수은 이온(Hg2 +)의 복합체 형성 여부를 확인한 실험결과를 참조하면, 수용액 상태의 수은 이온(Hg2 +) 시료에서 수은 이온과 반응하여 복합체가 형성됨을 확인할 수 있다(실험예 1 및 도 1 참조).
따라서, 본 발명에 따른 비색 형광 감응 화학센서는 물에 대한 용해도가 높고, 수은 이온(Hg2 +)의 결합성이 우수하므로, 수용액 상의 시료에서도 수은 이온(Hg2 +) 검출이 용이하다.
또한, 본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 비색 형광 감응 센서는 수은 이온(Hg2 +) 선택적 및 비색 검출을 확인한 실험 결과를 참조하면, 낮은 농도의 수은 이온(Hg2 +) 및 높은 농도의 Ⅰ족 및 Ⅱ족의 전이금속 이온이 혼합된 시료에서 높은 감도로 수은 이온(Hg2 +)에 대해서만 선택적으로 반응하여 복합체를 형성하고, 이때 형성된 복합체에 의해 큰 흡광도 및 형광 변화를 보이며(실험예 2, 도 2 내지 도 4 참조), 시료 내의 수은 이온(Hg2 +)의 농도에 의존하여 흡광도 변화의 정도가 달라진다(실험예 3 및 도 5 내지 8 참조). 또한, pH4 내지 12의 범위의 시료에서도 수은 이온과 복합체를 형성하는 것을 알 수 있다(실험예 4 및 도 9 참조).
따라서, 본 발명에 따른 비색 형광 감응 화학센서는 다른 전이금속 이온 존재 하에서도 수은 이온(Hg2 +)과 높은 결합력으로 반응하여 복합체를 형성하는 높은 선택성을 가지며, pH 및 농도에 따른 색 변화를 통한 수은 이온(Hg2 +)이 검출(ratiometric sensing)이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 수은 이온 비색 형광 감응 화학센서는 종래 비색 형광 감응 화학센서에 비해 수은 이온과의 결합성이 우수하고, 다른 전이금속 이온의 존재 하에서 선택적으로 수은 이온과 복합체를 형성하며, pH4 내지 12의 범위의 시료 또는 낮은 수은 농도에서 수은 이온 검출능이 우수하므로, 지하수, 하천과 같은 수계 환경 및 생체시료 등의 낮은 농도의 수은 이온(Hg2 +) 검출이 요구되는 전반적인 산업분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 화학센서를 수은 이온(Hg2 +) 유무를 판별하고자 하는 대상시료에 투입시키는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1의 대상시료 내에 존재하는 수은 이온(Hg2 +)과 상기 화학식 1의 화합물의 반응 생성물이 발생시키는 흡광 및 형광 신호를 측정하여 수은 이온(Hg2 +)을 검출하는 단계(단계 2);를 포함하는 수은 이온(Hg2 +)의 검출 방법을 제공한다:
[화학식 1]
Figure pat00011
상기 화학식 1에 있어서, R1, R2 및 n은 상기에서 정의한 바와 같다.
이하, 본 발명에 따른 상기 수은 이온의 검출방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 검출방법의 단계 1은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 화학센서를 수은 이온(Hg2 +) 유무를 판별하고자 하는 대상시료에 투입시키는 단계이다.
이때, 상기 대상시료가 수용액상인 경우, 유기용매를 추가적으로 혼합할 수 있으며 상기 유기용매는 물에 용해도가 높은 용매인 것이 바람직하고, 다이메틸포름아마이드, 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올 등을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 상기 메탄올, 에탄올, 다이메틸포름아마이드, 아세토니트릴 등의 유기 용매들은 물에 용해도가 높아 단일상을 이루므로, 흡광 및 형광 검출 감도의 변화 없이 정확히 수은 이온(Hg2 +)을 검출할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 검출방법의 단계 2는 상기 단계 1의 대상시료 내에 존재하는 수은 이온(Hg2 +)과 상기 화학식 1의 화합물의 반응 생성물이 발생시키는 흡광 및 형광 신호를 측정하여 수은 이온(Hg2 +)을 검출하는 단계이다.
이때, 상기 수은 이온의 검출은 비색 형광 감응 화학센서와 수은 이온(Hg2 +)의 복합체를 여기시켜 킬레이트 증폭형광(CHEF) 효과를 확인하거나 흡광도를 측정함으로써 수행될 수 있으며, 상기 킬레이트 증폭을 위한 여기 파장은 469 nm인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> (S)-3-(1H- 이미다졸 -4-일)-2-((7- 나이트로벤조옥사디아졸 -4-일)아미노) 프로판아마이드의 제조
Figure pat00012
단계 1: (S)-(9H- 플루오렌 -9-일) 메틸 (1-( 메틸아미노 )-1-옥소-3-(1- 트리틸 -1H-이 미다 졸-4-일) 프로파노일카바메이트 - 메틸벤조하이드릴아민 수지의 제조
먼저, 리브라 튜브(Ribra Tube)에 말단 아민이 Fmoc-기로 보호화된 링크 아마이드 메틸벤조하이드릴아민 수지(Rink amide MBHA resin, 200 mg, 0.1 mmol)를 무수 다이메틸포름아마이드(3 ml)와 함께 주입하여 약 15분간 미리 팽윤시켰다. 다음으로, 상기 수지에 25 %의 피페리딘/다이메틸포름아마이드 용액(3 ml)을 첨가하고 15분간 반응시켜 용해된 수지의 아미노 말단 Fmoc-기를 제거된 활성화 용액을 제조하였다. 무수 다이메틸포름아마이드(1.5 ml)에 Fmoc-His(Trt)-OH(185.7 mg, 0.3 mmol), 다이이소프로필카르보디이미드(DIC, 47 ㎕) 및 하이드록시 벤조트라이아졸(HOBt, 40 mg)을 첨가하고, 상기에서 아미노 말단의 Fmoc-기가 제거된 링크 아마이드 메틸벤조하이드릴아민 수지 용액(활성화 용액)과 약 4시간 정도 반응시켰다. 반응 후 용액을 걸러내고, 수지를 다이메틸포름아마이드와 메탄올로 수차례 세척한 다음, 카이저(kaiser) 테스트를 수행하였다. 카이저(kaiser) 테스트가 양성으로 나오면, 테스트 결과가 음성으로 나올 때까지 상기의 활성화 용액을 다시 첨가하고 반응시켜 목적화합물을 제조하였다.
단계 2: (S)-3-(1H- 이미다졸 -4-일)-2-((7- 나이트로벤조옥사디아졸 -4-일)아미노) 프로판아마이드의 제조
상기 단계 1에서 제조된 (S)-(9H-플루오렌-9-일)메틸 (1-(메틸아미노)-1-옥소-3-(1-트리틸-1H-이미다졸-4-일)프로파노일카바메이트-메틸벤조하이드릴아민 수지를 25 %의 피페리딘/다이메틸포름아마이드 용액(3 ml)을 이용해 아미노 말단의 Fmoc-기를 제거한 후, 무수 다이메틸포름아마이드(1.5 ml)에 4-클로로-7-나이트로벤조옥사다이아졸(59.8 mg, 0.3 mmol) 및 트라이에틸아민(0.6 mmol)가 용해된 용액을 혼합하여 상온에서 6시간 동안 적절한 속도로 교반시켰다. 다음으로, 트라이플루오로아세트산:트라이프로필실렌:증류수(95:2.5:2.5, v/v/v) 용액과 상온에서 4 시간 반응시켜 수지로부터 형광 아미노산을 떼어낸 다음, 반응혼합물을 여과하여 수지와 용액에 녹아있는 형광 아미노산을 분리하고, 여과된 형광 아미노산 분리 용액 내의 트라이플루오로아세트산은 질소 기체를 통과시켜 제거하였다. 상기 잔류물을 역상 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC, C-18 칼럼 delta pak C18-300A, 1.9 X 30 cm)로 정제하여(용출용매: 증류수/아세토니트릴, 0.1 % 트라이플루오로아세트산(TFA) (농도구배), 유속: 3.0 mL/min) 목적화합물(24 mg, 75%)을 얻었다. 상기에서 얻은 형광 아미노산의 분자량은 ESI 질량분석기를 이용하여 확인하였다.
1H NMR (400 MHz, ACN-d3): δ 8.40 (d, J = 8.8 Hz, 1 H), 8.36 (s, H), 7.89 (s, 1H), 7.32 (s, 1H), 7.20 (s, 1H), 6.2 (d, J = 8.8 Hz, 2H), 4.95-4.85 (m, 1H), 3.5-3.3 (m, 1H)
13C NMR (100 MHz, 50 % ACN-d3/D2O): δ 172.6, 144.3, 143,7, 137,6, 133.5, 128.1, 123.3, 117.5, 56.2, 26.6;
ESI-Mass(m/z) (구조식 C12H11N7O4): 계산값 317.08, 측정값 318.09 [M+H]+.
< 실시예 2> (S)-3-(1H- 이미다졸 -4-일)-2-((7- 나이트로벤조옥사디아졸 -4-일)아미노) 프로파노익에시드의 제조
Figure pat00013
상기 실시예 1의 단계 1에서 말단 아민이 Fmoc-기로 보호화된 링크 아마이드 메틸벤조하이드릴아민 수지(Rink amide MBHA resin, 200 mg, 0.1 mmol)를 사용하는 대신에 히드록시 링크를 가지고 있는 왕 수지(Wang resin, 90 mg, 0.1 mmol)을 사용하고 무수 다이메틸포름아마이드(1.5 ml)에 Fmoc-His(Trt)-OH(185.7 mg, 0.3 mmol), 다이이소프로필카르보디이미드(DIC, 47 ㎕), 하이드록시 벤조트라이아졸(HOBt, 40 mg) 및 다이메틸아미노피리딘(DMAP, 11 mg)을 첨가하여 활성화시킨 용액을 왕 수지와 약 4시간 정도 반응시킨다. 이 방법을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 목적화합물(20 mg, 63%)을 얻었다.
1H NMR (400 MHz, ACN-d3): δ 11(s, 1H), δ 8.40 (d, J = 8.8 Hz, 1 H), 8.36 (s, H), 7.89 (s, 1H), 7.32 (s, 1H), 7.20 (s, 1H), 6.2 (d, J = 8.8 Hz, 2H), 4.95-4.85 (m, 1H), 3.4-3.2 (m, 1H);
13C NMR (100 MHz, 50 % ACN-d3/D2O): δ 172.6, 144.3, 143,7, 137,6, 133.5, 128.1, 123.3, 117.5, 56.2, 26.6;
ESI-MS(m/z) (구조식 C12H10N6O5): 계산값 317.07, 측정값 429.11 [M-H]-.
< 실험예 1> 비색 형광 감응 화학센서-수은 이온( Hg 2 + ) 복합체의 제조
본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 수은 이온(Hg2 +) 비색 형광 감응 화학센서와 수은 이온(Hg2 +)의 결합 여부 및 화합물 상태를 분석하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 화합물을 아세토니트릴에 녹여 1.0 mM의 비색 형광 감응 화학센서 시약을 제조하였다. 수은 이온(Hg2 +) 기준용액은 퍼클로레이트 염을 증류수에 용해시켜 5 mM로 제조하였다. 또한, 테스트 튜브에 상기에서 제조한 형광 감응 화학센서의 농도는 100 μM, 수은 이온은 400 μM이 되도록 증류수와 아세토니트릴(5:5, v/v)에 희석하여 테스트 용액을 제조하였다. 상기에서 제조된 테스트 용액을 ESI-MS 측정하여 화학식 1로 표시되는 화합물과 수은 이온(Hg2 +)의 복합체 형성 여부를 확인하였으며, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
도 1에 나타난 바와 같이, ESI-MS 스펙트럼에서 317.97 m/e 및 536.68 m/e가 관찰되었다. 이때, 317.97 m/e는 실시예 1에서 제조된 화합물이 양성자와 결합된 형태로서, 실시예 1 화합물이 수은 이온(Hg2 +)과 복합체를 형성하지 않은 상태의 값이고, 536.68 m/e는 실시예 1 화합물 1이 수은 이온(Hg2 +) 및 수산화 이온(OH-)과 결합한 형태로서, 실시예 1 화합물이 수은 이온(Hg2 +)과 복합체를 형성한 상태의 값이다. 이로부터 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 수은 이온(Hg2 +)과의 결합성이 우수하여 안정한 복합체를 형성할 수 있다는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 수은 이온(Hg2 +) 비색 형광 감응 화학센서는 수용액 상에서 수은 이온(Hg2 +)과의 결합성이 우수하므로, 지하수, 하천과 같은 수계 환경 등의 수은 이온(Hg2 +) 검출이 요구되는 전반적인 산업분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
< 실험예 2> 비색 형광 감응 화학센서의 금속이온 선택성 평가
본 발명에 따른 수은 이온(Hg2 +) 비색 형광 감응 화학센서의 수은 이온(Hg2 +)에 대한 선택성을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
본 발명에 따른 실시예 1 및 2에서 제조된 화합물들의 수은 이온(Hg2 +)에 대한 선택성을 평가하기 위하여, Ⅰ족 및 Ⅱ족의 전이금속 이온을 대상으로 실험하였다. 실험에 사용된 Ⅰ족 및 Ⅱ족의 전이금속 이온은 은 이온(Ag+), 알루미늄 이온(Al3 +), 칼슘 이온(Ca2 +), 카드뮴 이온(Cd2 +), 코발트 이온(Co3 +), 크롬 이온(Cr3 +), 구리 이온(Cu2 +), 칼륨 이온(K+), 수은 이온(Hg2 +), 마그네슘 이온(Mg2 +), 망간 이온(Mn2 +), 나트륨 이온(Na+), 니켈 이온(Ni2 +) 및 아연 이온(Zn2 +)으로 상기 Ⅰ족 및 Ⅱ족의 전이금속 이온들의 퍼클로레이트 염을 증류수에 각각 용해시켜 60 μM의 Ⅰ족 및 Ⅱ족의 전이금속 이온 기준용액을 제조하였다. 또한, Ⅰ족 및 Ⅱ족의 전이금속 이온과 수은 이온(Hg2 +)을 함께 포함하는 60 μM의 Ⅰ족 및 Ⅱ족의 전이금속 이온-수은 이온(Hg2 +) 기준 용액도 제조하였다.
테스트 튜브에 10 mM HEPES 버퍼용액(pH 7.4, 1 ml)을 주입한 후, 상기 실시예에서 제조된 화합물을 아세토니트릴에 녹여 30 μM의 형광 감응 화학센서 시약을 제조하였다. Ⅰ족 및 Ⅱ족 전이금속 기준용액 또는 Ⅰ족 및 Ⅱ족의 전이금속 기준용액-수은 이온(Hg2 +) 기준용액을 각 12 μl씩 첨가한 후, 전체 용액의 양이 2 ml가 되도록 증류수를 주입하였다. 제조된 테스트 용액의 흡광 스펙트럼을 측정하고 제조된 테스트 용액을 여기 파장은 469 nm, 여기 슬릿과 방출 슬릿의 폭은 각각 10 nm 및 8 nm가 되도록 조절하여 형광 스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과를 도 2 내지 도 4에 나타내었다.
도 2 내지 도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 다른 Ⅰ족 및 Ⅱ족 전이금속 이온의 존재 하에서도 수은 이온(Hg2 +)에 대하여 선택적으로 결합하는 것을 알 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 실시예 1 또는 실시예 2 에서 제조된 화합물과 각각의 Ⅰ족 및 Ⅱ의 전이금속 이온이 혼합된 테스트 용액을 흡광 스펙트럼을 측정한 결과, 수은 이온에 대해 540 nm의 큰 흡광을 보여 red shift가 되는 것을 알 수 있다. 이는 화학센서와 수은 이온의 복합체가 붉은 색을 띠게 된다.
또한, 형광 스펙트럼을 측정한 결과, 수은 이온(Hg2 +)에 대해서 530 nm의 형광이 거의 줄어든 알 수 있다(도 2 및 도 3 참조). 또한, 실시예 1에서 제조된 화합물과 Ⅰ족 및 Ⅱ족의 전이금속 이온과 수은 이온(Hg2 +)을 함께 포함하는 Ⅰ족 및 Ⅱ족의 전이금속 이온-수은 이온(Hg2 +) 기준용액이 혼합된 테스트 용액의 경우, 혼합되어 있는 다른 Ⅰ족 및 Ⅱ족의 전이금속 이온(Hg2 +)의 영향을 받지 않고 선택적으로 수은 이온(Hg2 +)과 복합체를 이루어 비색 형광 변화를 일으키는 것을 알 수 있다(도 4 참조). 이로부터, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 Ⅰ족 및 Ⅱ족의 전이금속 이온 존재 하에서도 수은 이온(Hg2 +)과 선택적으로 결합하여 복합체를 형성함으로써 비색 형광 변화를 일으키는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 수은 이온(Hg2 +) 형광 감응 화학센서는 다른 전이금속 이온의 존재 하에서도, 선택적으로 수은 이온(Hg2 +)과 복합체를 형성하며 이로 인한 수은 이온(Hg2 +)에 대한 선택적 검출능이 현저히 우수하므로, 지하수, 하천과 같은 수계 환경 등의 수은 이온(Hg2 +) 검출이 요구되는 전반적인 산업분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
< 실험예 3> 형광 감응 화학센서의 수은 이온( Hg 2 + ) 농도에 따른 검출능 평가
본 발명에 따른 비색 형광 감응 화학센서의 수은 이온(Hg2 +) 농도에 따른 검출능을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
먼저, 수은 이온(Hg2 +)의 퍼클로레이트 염을 증류수에 용해시켜 0.25 mM의 수은 이온(Hg2 +) 기준용액을 제조하였다. 테스트 튜브에 10 mM의 HEPES 완충용액(pH 7.4, 2 ml)을 주입하고, 상기 실시예 1에서 제조한 화합물을 아세토니트릴에 녹여 제조된 1.1mM의 비색 형광 감응 화학센서 시약을 30 μM가 되도록 첨가하였다. 그 후, 상기 혼합용액에 존재하는 비색 형광 감응 화학센서인 실시예 1 화합물에 대하여 0 당량, 0.16 당량, 0.33 당량, 0.5 당량, 0.66 당량, 0.83 당량, 1.0 당량, 1.16 당량, 1.33 당량 1.5 당량, 1.66 당량, 1.83 당량, 및 2.0 당량이 되도록 수은 이온(Hg2 +) 기준용액을 각각의 반응용액에 첨가하여 테스트 용액을 제조하였다. 상기 테스트 용액을 실험예 2와 같은 조건에서 흡광 스펙트럼을 측정하였다. 그 결과를 도 5 내지 도 9에 나타내었다.
도 5 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 수은 이온(Hg2 +) 농도에 따라 흡광이 변화는 것을 알 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물에 대하여 수은 이온(Hg2 +) 농도에 따른 흡광 스펙트럼을 측정한 결과, 0 당량을 시작으로 수은 이온(Hg2 +)의 당량이 높아짐에 따라 흡광의 세기 및 파장이 서서히 변화하는 것으로 확인되었다(도 5 및 도 6 참조).
또한, 수은 이온(Hg2 +)에 대한 몰분율을 이용하여 실시예 1 화합물과 수은 이온(Hg2 +)에 대한 Job's plot 그래프를 도시한 결과, 실시예 1 화합물과 수은 이온(Hg2 +)은 1 대 1 비율로 복합체를 형성하는 것으로 나타났다(도 7 참조).
나아가, 본 발명에 따른 실시예 1 화합물의 수은 이온(Hg2 +)의 농도 변화에 따른 464 nm의 흡광 변화를 통하여 수은 이온(Hg2 +) 검출 한계를 계산한 결과, 실시예 1 화합물의 수은 이온(Hg2 +) 검출 한계는 0.176 μM인 것으로 확인되었다(도 8 참조). 이로부터, 본 발명에 따른 화학식 1의 화합물은 수은 이온(Hg2 +)의 농도에 따라 형광세기의 변화 정도가 커지므로, 본 발명에 따른 화학식 1 화합물은 수은 이온(Hg2 +)에 대하여 감응하는 것을 알 수 있다.
또한, 수은 이온(Hg2 +)에 대한 해리 상수는 3.13 μM이고, 수은 이온(Hg2 +) 검출 한계는 0.176 μM로서, 종래에 알려진 비색 감응 화학센서 중 수은 이온(Hg2 +)과의 결합력이 가장 뛰어나 감도가 현저히 뛰어나며, 그 검출 한계 역시 종래의 것보다 현저히 우수하다는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 수은 이온(Hg2 +) 비색 형광 감응 화학센서는 수용액 상에서 종래의 비색 형광 감응 화학센서에 비해 수은 이온(Hg2 +)과의 결합성이 현저히 우수하고, 다른 전이금속 이온의 존재 하에서도, 선택적으로 수은 이온(Hg2 +)과 복합체를 형성하여 화학 센서의 색 변화를 통해 수은 이온(Hg2 +)을 검출 가능하므로, 지하수, 하천과 같은 수계 환경 등의 낮은 농도의 수은 이온(Hg2 +) 검출이 요구되는 전반적인 산업분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
< 실험예 4> 비색 형광 감응 화학센서의 시료 내의 pH 에 따른 검출능 평가
본 발명에 따른 수은 이온(Hg2 +) 비색 형광 감응 화학센서의 시료 내 pH에 따른 수은 이온(Hg2 +) 검출능을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
pH에 따른 수은 이온(Hg2 +) 검출능을 평가하기 위하여 pH 1.5-6.0의 20 mM MES 버퍼용액, pH 7.0의 20 mM HEPES 버퍼용액, pH 10.0-13.0의 20 mM CHES 버퍼용액을 사용하였다. 테스트 튜브에 각각의 pH에 해당하는 20 mM 완충용액(1 ml)을 넣고, 실험예 1에서 제조된 비색 형광 감응 화학센서 시약 1 mM 용액을 60 μl 첨가한 다음, 10 mM의 수은 이온(Hg2 +) 용액(12 μl)을 첨가하고, 증류수로 전체 용액의 양이 2 ml가 되도록 각각의 테스트 용액을 희석하였다. 이때, 테스트 용액은 센서의 농도가 30 μl, 수은 이온의 농도는 60 μl, HEPES 완충용액의 농도는 10 mM이 되도록 농도 조절하였다. 이후, 상기 제조된 테스트 용액을 흡광 스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과를 도 9에 나타내었다.
도 9에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 화합물에 대하여 시료 내의 다양한 pH에서 수은 이온(Hg2 +)을 측정한 결과, pH 4.0 내지 pH 12.0의 범위에서 실시예 1 화합물은 수은 이온(Hg2 +)과의 복합체를 형성하여 흡광 세기 변화를 가지는 것을 관찰할 수 있다. 이로부터, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 pH 4.0 내지 pH 12.0의 범위에서 수은 이온(Hg2 +)의 검출이 용이하다는 것을 알 수 있다. 또한, 생체 내의 pH는 6.5 내지 7.5로서, 화학식 1 화합물이 수은 이온(Hg2 +)을 검출할 수 있는 pH 범위 내에 포함이 되므로, 세포에도 적용 가능하다는 것을 짐작할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 수은 이온(Hg2 +) 비색 형광 감응 화학센서는 수용액 상에서 수은 이온(Hg2 +)과의 결합성이 현저히 우수하고, pH 4.0 내지 12.0의 넓은 pH 범위에서 수은 이온(Hg2 +)을 검출이 가능하여 지하수, 하천과 같은 수계 환경 및 생체시료 등의 낮은 농도의 수은 이온(Hg2 +) 검출이 요구되는 전반적인 산업분야에서 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00014

    (상기 화학식 1에 있어서,
    R1은 나이트로이고;
    R2는 수소, -NR4R5 또는 -OR6이고, 이때, 상기 R4 및 R5는 서로 독립적으로 수소; C1-C4의 직쇄 또는 측쇄 알킬; 할로겐; 비치환 또는 아민으로 치환된 아릴 또는 이들이 결합되어 있는 N과 함께 N, O 및 S로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 헤테로원자를 포함하는 5 원자 내지 6 원자의 헤테로아릴을 형성할 수 있고; 및 R6은 수소 또는 C1-C4의 직쇄 또는 측쇄 알킬이고; 및
    n은 1 내지 6의 정수이다).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 R1은 나이트로이고;
    R2는 수소, -NR4R5 또는 -OR6이고, 이때, 상기 R4 및 R5는 서로 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 플루오로, 클로로, 브로모 또는 페닐이거나, 또는 이들이 결합되어 있는 N과 함께 피리디닐을 형성할 수 있고; R6은 수소, 메틸 또는 에틸이고; 및
    n은 1 내지 4의 정수인 것을 특징으로 하는 화합물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 R1은 나이트로이고;
    R2는 수소, -NR4R5 또는 -OR6이고, 이때, 상기 R4 및 R5는 서로 독립적으로, 수소, 메틸, 에틸, 클로로 또는 페닐이거나, 또는 이들이 결합되어 있는 N과 함께 피리디닐을 형성할 수 있고; R6은 수소 또는 메틸이고; 및
    n은 1 내지 2의 정수인 것을 특징으로 하는 화합물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은:
    (1) (S)-3-(1H-이미다졸-4-일)-2-((7-나이트로벤조옥사디아졸-4-일)아미노)프로판아마이드; 및
    (2) (S)-3-(1H-이미다졸-4-일)-2-((7-나이트로벤조옥사디아졸-4-일)아미노)프로파노익에시드;로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 화합물.
  5. 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이,
    화학식 2로 표시되는 아미노산 화합물을 화학식 3으로 표시되는 고체상 화합물과 반응시켜 화학식 4로 표시되는 화합물을 제조하는 단계 (단계 1);
    상기 단계 1에서 제조된 화학식 4로 표시되는 화합물을 아민 염기 조건 하에 반응시켜 화학식 5로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(단계 2);
    상기 단계 2에서 제조된 화학식 5로 표시되는 화합물을 화학식 6으로 표시되는 화합물과 반응시켜 화학식 7로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(단계 3); 및
    상기 단계 3에서 제조된 화학식 7로 표시되는 화합물을 무기산 조건 하에 반응시켜 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(단계 4);를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항의 화합물의 제조방법:
    [반응식 1]
    Figure pat00015

    (상기 반응식 1에 있어서,
    R1, R2 및 n는 제1항의 화학식 1에서 정의한 바와 같고;
    Fmoc는 플루오레닐메틸옥시카보닐(Fluorenylmethyloxycarbonyl)이고;
    Trt는 트라이페닐메틸(Triphenylmethyl)이고; 및
    Figure pat00016
    은 고체상이다).
  6. 제5항에 있어서,
    상기 단계 1의 화학식 3으로 표시되는 고체상 화합물의 고체상은 아마이드가 연결된 메틸벤조하이드릴아민(MBHA) 수지, 왕(Wang) 수지, 폴리에틸렌글리콜-폴리스틸렌(PEG-PS) 수지, 실리카 나노입자, 티타늄옥사이드 나노 입자 및 키토산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 화합물의 제조방법.
  7. 재5항에 있어서,
    상기 단계 2의 아민 염기는 피페리딘, 피롤리딘, 몰포린, 피리딘 및 N,N-다이메틸아미노피리딘인 것을 특징으로 하는 화합물의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 단계 4의 무기산은 트라이플루오로아세트산, 트라이프로필실렌과 증류수를 부피 대비 86-99: 1-7:1-7로 혼합한 것을 특징으로 하는 화합물의 제조방법.
  9. 제1항의 화합물을 포함하는 수은 이온(Hg2 +) 비색 형광 감응 화학센서.
  10. 제9항의 화학센서를 수은 이온(Hg2 +) 유무를 판별하고자 하는 대상시료에 투입시키는 단계(단계 1); 및
    상기 단계 1의 대상시료 내에 존재하는 수은 이온(Hg2 +)과 상기 화학식 1의 화합물의 반응 생성물이 발생시키는 흡광 및 형광 신호를 측정하여 수은 이온(Hg2 +)을 검출하는 단계(단계 2);를 포함하는 수은 이온(Hg2 +)의 검출 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 대상시료는 유기용매를 포함하는 수용액상인 것을 특징으로 하는 수은 이온(Hg2 +) 검출 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유기용매는 다이메틸포름아마이드, 아세토니트릴, 메탄올 및 에탄올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 수은 이온(Hg2 +) 검출 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 대상시료는 생체시료를 포함하는 것을 특징으로 하는 수은 이온(Hg2 +) 검출 방법.
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