KR20220118077A - 유해산 검출용 아조계 화합물 및 이를 이용한 유해산의 검출 방법 - Google Patents
유해산 검출용 아조계 화합물 및 이를 이용한 유해산의 검출 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 유해산과 접촉 시 뚜렷한 변색을 나타내는 아조계 화합물에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명에 따른 유해산 검출용 아조계 화합물은 용액 상에서뿐만 아니라, 종이 및 섬유 상에서도 산 접촉에 따른 변색 특성이 우수하기 때문에, 액상 또는 종이 및 섬유에 흡착된 유해산 검출제로 사용이 가능하다.
Description
본 발명은 유해산 검출용 아조계 화합물 및 이를 이용한 유해산의 검출 방법에 관한 것이다.
산업 전반에 걸쳐 화학물질의 제조, 사용 및 운송 등을 통하여 발생할 수 있는 유해화학물질의 유출은 인명 손실, 환경오염 등에 많은 영향을 주기 때문에 유해화학물질 감지를 위한 다양한 센서들이 개발되고 있다. 유해화학물질 검출을 위하여, 산업 현장에서는 고가의 가스누출경보기 및 소형화된 분석기기 등을 사용한 분석 방법이 사용되고 있다.
가스누출경보기는 허용 농도 이상이 되어야 작동하기 때문에, 즉각적인 대응의 어려움, 오작동 등의 한계가 있다. 일반적으로 사용되는 유해화학물질 검출을 위한 분석 방법으로는 적정법, 분광학적 분석법, 전기화학적 분석법, 가스 크로마토그래피법 등이 사용되고 있다. 그러나, 적정법은 장치는 간단하나 검출감도가 낮고, 그 외의 방법은 전처리 화합물 및 고가의 복잡한 장치를 필요로 하여 경제적 합리성이 낮은 문제점이 있다.
특히, 유해화학물질 중에서, 불산(HF)은 불소수지의 원료, 도금, 유리표면 가공, 반도체 표면 처리 등 다양한 분야에 사용되고 있으나, 독성이 강하고 인체에 쉽게 흡수되기 때문에 불산에 노출되면 상당히 위험하다. 따라서, 불산, 황산, 염산 등의 유해산을 검출하기 위하여 간단하고 신속하며 신뢰성이 높은 분석 방법이 요구되고 있으며, 색변환 소재를 사용하는 기술은 특별한 장치를 사용하지 않고, 육안으로 유해산의 존재 유무를 신속하고 정확하게 확인할 수 있는 장점이 있다.
아조계 화합물은 다양한 디아조체와 커플러를 사용하여 다양한 색상의 염료를 합성할 수 있는 장점이 있으며, 물 또는 유기용매에 존재하는 유해산과 반응하여 변색이 가능하다. 나아가, 아조계 염료를 폴리에스테르섬유, 나이론 섬유, 면 섬유 및 이들의 혼방 섬유 또는 종이에 적용하여 유해산 검출용 섬유 선서의 개발이 가능하다.
유해산 검출용 변색 소재는, i) 극미량의 정성분석이 가능할 것, ii) 변색이 뚜렷하여 발색 전/후의 최대 흡광 파장의 차이가 100 nm이상일 것, iii) 검출 방법이 편리하고 육안으로 유해산의 존재 유무를 신속하게 확인할 수 있을 것 iv) 섬유 또는 종이에 적용한 상태에서 온도, 수분, 빛 등에 안정성 및 장기저장성이 우수할 것, v) 적용된 제품과 혼화성이 우수할 것 등이 매우 중요한 요소이며, 이들을 모두 만족하기 위한 개발이 요구되어 오고 있다.
본 발명의 목적은 유해산과 접촉 시 뚜렷한 변색을 나타내는 아조계 화합물을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 상기 아조계 화합물을 포함하는 유해산 검출제 및 이를 이용한 유해산의 검출 방법을 제공한다.
상술된 목적을 위해, 본 발명은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는, 유해산 검출용 아조계 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
[화학식 2]
(상기 화학식 1및 2에서,
L1 내지 L4는 각각 독립적으로 (C1-C20)알킬렌이고;
R1 -및 R2는 각각 독립적으로 수소, (C1-C20)알킬, (C1-C20)알콕시, (C1-C20)알킬카보닐, (C1-C20)알킬(C6-C20)아릴 또는 히드록시(C1-C20)알킬이다.)
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유해산 검출용 아조계 화합물은 하기 화학식 3 또는 4로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
[화학식 4]
(상기 화학식 3 및 4에서,
L1 내지 L4는 각각 독립적으로 (C1-C10)알킬렌이고,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, (C1-C10)알콕시, (C1-C10)알킬카보닐, (C1-C10)알킬(C6-C12)아릴 또는 히드록시(C1-C10)알킬이다.)
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유해산 검출용 아조계 화합물은 하기 화학식 5 또는 6으로 표시될 수 있다.
[화학식 5]
[화학식 6]
(상기 화학식 5 및 6에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, (C1-C6)알킬, (C1-C6)알콕시, (C1-C6)알킬카보닐, (C1-C6)알킬(C6-C12)아릴 또는 히드록시(C1-C6)알킬이다.)
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 R1이 알킬인 경우, R1은 메틸 또는 (C3-C6)알킬일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 R2는 (C1-C6)알콕시 또는 히드록시(C1-C6)알킬일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유해산 검출용 아조계 화합물은 하기 구조식에서 선택될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 유해산 검출용 아조계 화합물을 포함하는, 유해산 검출용 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유해산 검출용 조성물은 산과 접촉 시 색상이 변화하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 유해산 검출용 조성물이 흡착된 종이를 포함하는, 유해산 검출용 종이 센서를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 유해산 검출용 조성물이 흡착된 섬유를 포함하는, 유해산 검출용 섬유 센서를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 유해산 검출용 아조계 화합물을 포함하는 유해산 검출제에 시료를 접촉시키는 단계; 및 상기 유해산 검출제의 색상 변화를 통해 시료 내의 유해산의 유무를 판별하는 단계;를 포함하는, 유해산의 검출 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유해산 검출제는 상기 아조계 화합물이 용해된 용액일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유해산 검출제는 상기 아조계 화합물이 흡착된 기재인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 기재는 종이 또는 섬유일 수 있다.
본 발명에 따른 유해산 검출용 아조계 화합물은 용액 상에서, 산 접촉 시 1초 이내에 뚜렷한 변색을 구현하여, 특별한 장비 없이도 육안으로 유해산의 유무를 검출할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 유해산 검출용 아조계 화합물은 용액 상에서는 물론 종이 및 섬유 등의 기재 상에서도, 유해산과 접촉 시 뚜렷한 변색 특성을 구현할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 유해산 검출용 아조계 화합물은 알칼리 및 다양한 유기용매에 대한 변색 특성 나타나지 않기 때문에, 검출 선택도 및 안정성이 우수하다.
즉, 본 발명에 따른 아조계 화합물은 액상 또는 종이 및 섬유에 흡착된 유해산 검출제로 사용이 가능하다. 물 또는 유기용매에 존재하는 적은 양의 유해산 존재 유무를 육안으로 신속하게 확인할 수 있기 때문에, 산업시설 및 작업복 등에 적용이 가능하며, 유해산의 누출에 따른 사고를 예방할 수 있다.
도 1은 유해산 검출용 조성물의 산 접촉 전/후의 사진이다.
도 2는 1% HF 용액 접촉 양에 따른, 유해산 검출용 조성물 1(실시예 1)의 UV흡수 스펙트럼이다.
도 3은 1% H2SO4 용액 접촉 양에 따른, 유해산 검출용 조성물 1(실시예 1)의 UV흡수 스펙트럼이다.
도 4는 유해산 검출용 종이 센서 1(실시예 1)의 산 접촉 전/후의 사진이다.
도 5는 유해산 검출용 섬유(면) 센서의 산 접촉 전/후의 사진이다.
도 6은 유해산 검출용 섬유(폴리에스테르) 센서의 산 접촉 전/후의 사진이다.
도 7은 유해산 검출용 아조계 화합물 1의 알칼리 안정성 평가 결과이다.
도 8은 유해산 검출용 아조계 화합물 1의 유기용매 안정성 평과 결과이다.
도 2는 1% HF 용액 접촉 양에 따른, 유해산 검출용 조성물 1(실시예 1)의 UV흡수 스펙트럼이다.
도 3은 1% H2SO4 용액 접촉 양에 따른, 유해산 검출용 조성물 1(실시예 1)의 UV흡수 스펙트럼이다.
도 4는 유해산 검출용 종이 센서 1(실시예 1)의 산 접촉 전/후의 사진이다.
도 5는 유해산 검출용 섬유(면) 센서의 산 접촉 전/후의 사진이다.
도 6은 유해산 검출용 섬유(폴리에스테르) 센서의 산 접촉 전/후의 사진이다.
도 7은 유해산 검출용 아조계 화합물 1의 알칼리 안정성 평가 결과이다.
도 8은 유해산 검출용 아조계 화합물 1의 유기용매 안정성 평과 결과이다.
이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다. 이 때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 명세서의 용어, “포함한다”는 “구비한다”, “함유한다”, “가진다” 또는 “특징으로 한다” 등의 표현과 등가의 의미를 가지는 개방형 기재이며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다.
본 명세서의 용어 “알킬”은 탄소 및 수소 원자만으로 구성된 1가의 직쇄 또는 분지형 포화 탄화수소기를 의미한다. 이러한 알킬의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, t-부틸, 펜틸, 헥실 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
본 명세서의 용어 “알콕시”는 -O-알킬 라디칼을 의미하는 것으로, 여기서 “알킬'은 상기 정의한 바와 같다. 예를 들어, 메톡시, 에톡시, 이소프로폭시, 부톡시, 이소부톡시, t-부톡시 등을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
본 명세어의 용어, “알킬렌”은 직쇄 또는 분쇄형태의 지방족 탄화수소로부터 유도된 2가의 유기 라디칼을 의미한다.
본 명세서의 용어 “아릴”은 하나의 수소 제거에 의해서 방향족 탄화수소로부터 유도된 방향족 고리 1가의 유기 라디칼로, 각 고리에 적절하게는 4 내지 7개, 바람직하게는 5 또는 6개의 고리원자를 포함하는 단일 또는 융합고리계를 포함하며, 다수개의 아릴이 단일결합으로 연결되어 있는 형태까지 포함한다. 예를 들어, 페닐, 나프틸, 비페닐, 안트릴, 인데닐, 플루오레닐 등을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
본 명세서에서 화학식 1에 기재된 치환체 정의에 따른 탄소수는 더 치환될 수 있는 치환체의 탄소수를 포함하지 않는다.
이하, 본 발명에 대해 구체적으로 설명한다.
본 발명은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는, 유해산 검출용 아조계 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
[화학식 2]
(상기 화학식 1 및 2에서,
L1 내지 L4는 각각 독립적으로 (C1-C20)알킬렌이고;
R1 -및 R2는 각각 독립적으로 수소, (C1-C20)알킬, (C1-C20)알콕시, (C1-C20)알킬카보닐, (C1-C20)알킬(C6-C20)아릴 또는 히드록시(C1-C20)알킬이다.)
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 아조계 화합물은, 보다 바람직하게, 하기 화학식 3 또는 4로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
[화학식 4]
(상기 화학식 3 및 4에서,
L1 내지 L4는 각각 독립적으로 (C1-C10)알킬렌이고,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, (C1-C10)알콕시, (C1-C10)알킬카보닐, (C1-C10)알킬(C6-C12)아릴 또는 히드록시(C1-C10)알킬이다.)
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 아조계 화합물은, 보다 바람직하게, 하기 화학식 5 또는 6으로 표시될 수 있다.
[화학식 5]
[화학식 6]
(상기 화학식 5 및 6에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, (C1-C6)알킬, (C1-C6)알콕시, (C1-C6)알킬카보닐, (C1-C6)알킬(C6-C12)아릴 또는 히드록시(C1-C6)알킬이다.)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 R1이 알킬인 경우, R1은 메틸 또는 (C3-C6)알킬일 수 있으며, 메틸 또는 부틸인 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 R2는 (C1-C6)알콕시 또는 히드록시(C1-C6)알킬일 수 있다. 보다 바람직하게, 상기 R2는 (C1-C4)알콕시 일 수 있으며, 메톡시인 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 아조계 화합물은 상술된 구조적 특징을 가짐에 따라, 용액 상에서는 물론 종이 및 섬유 등의 기재 상에서, 유해산과 접촉 시 뚜렷한 변색 특성을 구현한다. 따라서, 본 발명에 따른 아조계 화합물은 액상 또는 종이, 폴리에스테르섬유, 나일론 섬유, 면 섬유 및 이들의 혼방 섬유에 흡착하여 유해산 검출제로 사용이 가능하다. 또한, 검출 방법이 편리하여 특정한 장비 없이도, 물 또는 유기용매에 존재하는 적은 양의 유해산 존재 유무를 육안으로 신속하게 확인할 수 있기 때문에, 산업시설 및 작업복 등에 적용이 가능하며, 유해산의 누출에 따른 사고를 예방할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 유해산 검출용 아조계 화합물은, 보다 바람직하게, 하기 구조식에서 선택되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 아조계 화합물은 하기 반응식에서와 같은 방법으로 제조가능하나, 통상의 유기합성방법을 통하여 제조될 수 있음은 물론이며, 이에 사용되는 유기 용매는 제한되지 않으며, 반응시간과 온도 또한 발명의 핵심을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경이 가능함은 물론이다. 또한, 이외의 통상의 당업자가 인식할 수 있는 방법으로도 합성 가능함은 물론이다.
[반응식 1]
또한, 본 발명은 상기 유해산 검출용 아조계 화합물을 포함하는, 유해산 검출용 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유해산 검출용 조성물은 상기 아조계 화합물이 용해된 용액일 수 있으며, 상기 아조계 화합물은 조성물 총 중량에 대하여 0.001 내지 1 wt%, 보다 바람직하게는 0.01 내지 1wt%로 포함될 수 있다. 상술된 수치 범위에서, 조성물의 안정성을 해치지 않으면서도 본 발명에서 목적하는 효과, 즉 용도에서 현저함을 보여 보다 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유해산 검출용 조성물의 용매는 본 발명의 아조계 화합물을 용해할 수 있는 것이라면 특별이 제한하지 않지만, 아세토니트릴(ACN), 메탄올(Methanol), 에탄올(Ethanol), 아세톤(Acetone), 톨루엔(Toluene), N,N-디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸설폭시드(DMSO) 또는 에틸렌글리콜(EG) 등을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유해산 검출용 조성물은 산과 접촉 시 색상이 변화하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유해산 검출용 조성물은 산 접촉 전/후의 최대 흡광 파장의 차이가 50 내지 200nm일 수 있다. 보다 바람직하게는 70 내지 200nm일 수 있으며, 70 내지 150nm인 것이 특히 바람직하다. 상술된 수치 범위에서, 본 발명에 따른 유해산 검출용 조성물은 산과 접촉 시 뚜렷한 색상 변화가 나타나기 때문에, 별도의 장비 없이도 육안으로 유해산의 검출이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유해산 검출용 조성물은 산과 접촉 시 1초 내지 20초 이내에 변색 특성이 나타나며, 바람직하게는 1초 내지 10초 이내, 보다 바람직하게는 1초 내지 5초 이내에 변색 특성이 나타난다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 산은 pH 0.1 내지 5 사이의 강산으로서 산의 종류에는 제한이 없으나 바람직하게는 염산, 불산 또는 황산일 수 있으며, 용액 상태인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 유해산 검출용 조성물이 흡착된 종이를 포함하는, 유해산 검출용 종이 센서를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 유해산 검출용 조성물이 흡착된 섬유를 포함하는, 유해산 검출용 섬유 센서를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 섬유는, 면 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유, 아세테이트 섬유, 레이온 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 섬유 또는 이들의 혼방섬유일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 면 섬유 또는 폴리에스테르 섬유인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 유해산 검출용 아조계 화합물을 포함하는 유해산 검출제에 시료를 접촉시키는 단계; 및 상기 유해산 검출제의 색상 변화를 통해 시료 내의 유해산의 유무를 판별하는 단계;를 포함하는, 유해산의 검출 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유해산 검출제는 상기 아조계 화합물이 용해된 용액일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유해산 검출제는 상기 아조계 화합물이 흡착된 기재일 수 있으며, 상기 기재는 종이 또는 섬유일 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다. 또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
[실시예 1]
단계 1: 아조계 화합물 1의 제조
4-아미노톨루엔 0.54 g (5 mmol)을 물 10 ml에 분산시키고 실온에서 30 분 동안 교반 후, 진한 염산 1.5 ml을 천천히 가해주고 반응물을 0~5 ℃로 냉각하였다. 그런 다음, 3N 아질산나트륨(NaNO2) 1.8 ml (5.4 mmol)를 반응물의 온도가 5 ℃를 넘지 않도록 주의하면서 20분 동안 천천히 가해주었다. 반응물을 0~5 ℃에서 1 시간 동안 교반 후, 설파믹산 0.05 g을 가해주어 과량의 아질산을 제거하고 디아조화 반응을 완결하였다. 2,2`-(페닐이미노)비스-에탄올 0.91 g (5 mmol)을 상기 디아조화액에 반응물의 온도가 승온되지 않도록 주의하면서 10분 동안 천천히 첨가하고, 0~5 ℃에서 30 분 동안 교반하였다. 그후에, 반응용액에 아세트산나트륨(NaOAc) 2.5 g을 가해주고 실온에서 2 시간 동안 교반 한 다음, 반응용액을 증류수 50 ml에 붓고 1 시간 동안 교반하여 얻어진 고체 생성물을 여과하고 증류수로 충분히 씻어준 후, 소량의 메탄올로 씻어주고 건조하여 노란색의 고체 아조 염료인 2,2`-[[4-[2-(4-메틸페닐)다이아제닐]페닐]이미노]비스-에탄올(아조계 화합물1)을 얻었다.
단계 2: 유해산 검출용 조성물 1의 제조
상기 단계 1에서 제조된 아조계 화합물 1(0.02 g)을 아세토나이트릴(CH3CN) 40 g에 용해하여 0.05 wt%의 유해산 검출용 조성물 1을 제조하였다.
단계 3: 유해산 검출용 종이 센서 1의 제조
상기 단계 2에서 제조된 유해산 검출용 조성물 1(0.05 wt%/CH3CN) 3ml에 종이(정성여과지 와트만 4, 3x3 cm)를 침지하여 1시간 동안 방치 후, 50℃ 오븐에서 5시간 동안 건조하여, 유해산 검출용 종이 센서 1을 제조하였다.
단계 4: 유해산 검출용 섬유 센서 1의 제조
유해산 검출용 섬유 센서 1-1 (폴리에스테르 섬유)
상기 단계 2에서 제조된 유해산 검출용 조성물 1(0.05 wt%/CH3CN) 3ml에 폴리에스테르 섬유(PET, 정련이된 100% 폴리에스테르 더블니트 원단, 30inch, 22G, Wale 30/inchCourse 45/inch, 3x3 cm)를 침지하여 1시간 동안 방치 후, 50 oC 오븐에서 5시간 동안 건조하여, 유해산 검출용 섬유 센서 1-1을 제조하였다.
유해산 검출용 섬유 센서 1-2 (면 섬유)
상기 단계 2에서 제조된 유해산 검출용 조성물 1(0.05 wt%/CH3CN) 3ml에 면 섬유(정련이된 100% 면 더블피케 원단, 58inch, 22G, Wale 28/inchCourse 36/inch, 3x3 cm)를 침지하여 1시간 동안 방치 후, 50 oC 오븐에서 5시간 동안 건조하여, 유해산 검출용 섬유 센서 1-2를 제조하였다.
[실시예 2 내지 4]
단계 1: 아조계 화합물 2 내지 4의 제조
상기 실시예 1의 단계 1에서, 4-아미노톨루엔 대신에 하기 표 1에 기재된 치환기를 가지는 아닐린 유도체를 사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법을 사용하여 아조계 화합물 2 내지 4를 제조하였다. 하기 표 1에는 실시예 1 내지 4의 아닐린 유도체, 아닐린 유도체 사용량 및 합성 수율을 기재하였다.
 |
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| 구분 | R | 아릴린 유도체 사용량(g) | 수율(%) |
| 실시예 1 | *-CH3 | 0.54 | 94 |
| 실시예 2 | *-C4H9 | 0.75 | 66 |
| 실시예 3 | *-OCH3 | 0.62 | 32 |
| 실시예 4 | *-COCH3 | 0.68 | 73 |
단계 2 내지 단계 4
상기 실시예 1에서 아조계 화합물 1 대신에 아조계 화합물 2 내지 4를 사용한 것을 제외하고는, 모두 동일한 방법으로 단계 2 내지 단계 4를 진행하여, 유해산 검출용 조성물 2 내지 4, 유해산 검출용 종이 센서 2 내지 4, 유해산 검출용 섬유 센서 2-1 내지 4-1 및 유해산 검출용 섬유 센서 2-2 내지 4-2를 제조하였다.
[실시예 5]
단계 1: 아조계 화합물 5의 제조
디아조체로 2-아미노-6-메톡시벤조티아졸 0.9 g(5 mmol)을 산 혼합용액(초산:프로피온산 = 3:2 부피비) 10 ml에 넣고, 실온에서 20분 동안 교반 한 다음, 반응물을 0~5℃로 유지하였다. 상기 반응물에 40% HO3SONO 0.9 ml(5.3 mmol)을 반응온도가 승온되지 않도록 주의하면서 천천히 가해주었다. 반응물을 5~10℃에서 1.5 시간 동안 교반하여 디아조화를 완료하고 소량의 우레아를 가하여 과량의 아질산을 제거하여 디아조액을 얻었다. 그 후에, 커플러로 2,2`-(페닐이미노)비스-에탄올 0.91 g (5 mmol)을 상기에서 얻은 디아조액에 천천히 첨가하고 0~5℃에서 2 시간 동안 교반한 다음, 반응용액에 아세트산나트륨(NaOAc) 2.5 g을 가해주고 실온에서 30분 동안 교반 후, 상기 반응용액을 증류수 50 ml에 붓고 1 시간 동안 교반한 후에, 얻어진 고체 생성물을 여과하고 증류수로 충분히 씻어준 다음 소량의 메탄올로 씻어주고 건조하여 빨간색의 고체 아조 염료인 2,2`-[[4-[2-(6-메톡시-2-벤조티아졸)다이아제닐]페닐]이미노]비스-에탄올(아조계 화합물 5)을 얻었다.
하기 표 2에는 실시예 1 내지 5의 질량 스펙트럼(m/e) 및 1H-NMR 스펙트럼 데이터를 기재하였다.
| 구분 | MS (m/e) | 1H-NMR*(δ ppm) |
| 실시예 1 | 299 | 2.37(s, 3H), 3.54(t, 4H, J=5.8), 3.61(q, 4H, J=6.0), 4.85(t, 2H, J=5.3), 6.84(d, 2H, J=9.0), 7.32(d, 2H, J=8.0), 7.68(d, 2H, J=8.5), 7.74(d, 2H, J=9.0) |
| 실시예 2 | 341 | 0.91(t, 3H, J=7.5), 1.33(sex, 2H, J=5.0), 1.59(quin, 2H, J=5.0), 2.64(t, 2H, J=7.5), 3.55(t, 4H, J=7.5), 3.61(q, 4H, J=5.0), 4.83(t, 2H, J=5.0), 6.84(d, 2H, J=10.0), 7.32(d, 2H, J=10.0), 7.69(d, 2H, J=10.0), 7.74(d, 2H, J=10.0) |
| 실시예 3 | 315 | 3.53(t, 3H, J=6.0), 3.59(q, 4H, J=6.3), 3.83(s, 3H), 4.85(t, 2H, J=5.3), 6.82(d, 2H, J=9.5), 7.06(d, 2H, J=9.0), 7.71(d, 2H, J=9.0), 7.76(d, 2H, J=9.0) |
| 실시예 4 | 327 | 2.62(s, 3H), 3.58(t, 4H, J=6.0), 3.62(q, 4H, J=6.0), 4.87(t, 2H, J=5.3), 6.89(d, 2H, J=9.1), 7.81(d, 2H, J=9.1), 7.85(d, 2H, J=9.1), 8.09(d, 2H, J=9.1) |
| 실시예 5 | 372 | 3.63(s, 8H), 3.86(s, 3H), 4.91(t, 2H, J=5.0), 6.96(d, 2H, J=9.5), 7.11(dd, 1H, J=9.0, 2.5), 7.60(d, 1H, J=2.5), 7.81(d, 2H, J=9.5), 7.89(d, 1H, J=8.5) |
| *500MHz, DMSO-d 6 | ||
단계 2 내지 단계 4
상기 실시예 1에서 아조계 화합물 1 대신에 아조계 화합물 5를 사용한 것을 제외하고는, 모두 동일한 방법으로 단계 2 내지 단계 4를 진행하여, 유해산 검출용 조성물 5, 유해산 검출용 종이 센서 5, 유해산 검출용 섬유 5-1 및 유해산 검출용 섬유 센서 5-2를 제조하였다.
[비교예 1 내지 4]
상기 실시예 1에서, 아조계 화합물 1 대신에 하기의 비교화합물 C1 내지 C4를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로, 단계 2 내지 단계 5를 진행하였다.
비교화합물 C1:
비교화합물 C2:
비교화합물 C3:
비교화합물 C4:
[실험예 1] 용액상에서 아조계 화합물의 산 반응특성 확인
1) 1% 산 용액의 제조
49% HF 수용액 2.05 g을 H2O 97.95 g 및 아세토니트릴(CH3CN) 97.95 g에 용해하여 1% HF 수용액 및 1%HF 아세토니트릴용액을 제조하였다.
98% H2SO4 1.02 g을 H2O 98.98 g 및 아세토니트릴(CH3CN) 98.98 g에 용해하여 1% H2SO4 수용액 및 1% H2SO4 아세토니트릴용액을 제조하였다.
2) 산 접촉 전/후의 변색특성 평가
용액상에서 아조계 화합물의 산 반응특성 평가를 위하여 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 및 2에서 제조된 유해산 검출용 조성물(0.05% /CH3CN) (0.05% /CH3CN) 2ml에, 상기의 1% 산 용액을 각각 20μl씩 가해주어 변색특성을 관찰하였으며, 그 결과를 도 1에 도시하였다. 도 1과 같이, 유해산 검출용 조성물 1, 2 및 4는 노란색을 나타내다가 산 접촉 후, 빨간색 내지 마젠타색으로 변색되었으며, 유해산 검출용 조성물 3은 노란색에서 자주색으로, 유해산 검출용 조성물 5는 빨간색에서 파란색으로 변색되었다. 모두 1초 이내에 변색 반응을 관찰할 수 있었던 반면에, 비교예 1 및 2는 변색 반응이 나타나지 않았다.
3) 산 접촉 전/후의 UV흡광 스펙트럼 측정
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 및 2에서 제조된 유해산 검출용 조성물(0.05% /CH3CN) 3ml에 상기 1% HF 또는 1% H2SO4 아세토니트릴용액을 20μl 가해주고 1분 동안 교반하였다. 산 접촉 전/후의 UV-VIS-NIR 최대 흡광 파장(λmax) 변화(시마즈, UV-3101 PC)를 측정하여, 그 결과를 하기 표 3에 기재하였다.
하기 표 3과 같이, 실시예 1 내지 5의 유해산 검출용 조성물 1 내지 5는 산을 가해주었을 때 장파장으로 이동하였다. 디아조체에 알킬기가 치환된 화합물인 1 및 2는 약 120 nm 장파장으로 이동하였고, 아세틸기를 도입한 화합물 4는 약 70 nm, 메톡시기를 도입한 화합물 3은 약 145 nm 장파장 이동하여, 화합물 3의 변색 특성이 가장 우수함을 확인하였다. 2-아미노-6-메톡시벤조티아졸을 디아조체를 사용한 화합물 5 역시, 약 107nm 정도 장파장 이동한 반면에, 비교예 1 및 2는 약 30~43nm 장파장으로 이동하여 육안으로는 색상의 변화를 확인할 수 없었다.
|
산 용액
(in CH 3 CN) |
산 접촉 전
λ max (nm) |
산 접촉 후
λ max (nm) |
파장변화
Δλ(nm) |
색상 변화 | |
| 실시예1 | HF | 412 | 530 | 118 | 노란색→마젠타색 |
| H2SO4 | 531 | 119 | |||
| 실시예2 | HF | 413 | 533 | 120 | 노란색→마젠타색 |
| H2SO4 | 533 | 120 | |||
| 실시예3 | HF | 411 | 556 | 145 | 노란색→자주색 |
| H2SO4 | 556 | 145 | |||
| 실시예4 | HF | 448 | 519 | 71 | 오렌지색→마젠타색 |
| H2SO4 | 519 | 71 | |||
| 실시예5 | HF | 508 | 615 | 107 | 빨간색→파란색 |
| H2SO4 | 615 | 107 | |||
| 비교예1 | HF | 430 | 469 | 39 | 노란색→노란색 |
| H2SO4 | 465 | 35 | |||
| 비교예2 | HF | 426 | 469 | 43 | 노란색→노란색 |
| H2SO4 | 457 | 31 |
또한, 유해산 검출용 조성물 1을 3 ml 취하여 1% HF 아세토니트릴용액 또는 1% H2SO4 아세토니트릴용액을 20μl 내지 300 μl 을 가하여 1분 동안 교반하였다. 산 접촉 전/후의 UV-VIS-NIR 최대 흡광 파장(λmax)을 측정하여 스펙트럼의 변화를 관찰하여, 그 결과를 하기 표 4에 기재하고 도 2 및 3에 도시하였다.
도 2 및 3과 같이, 1% HF 아세토니트릴 용액 20μl을 가하였을 때는 화합물 1의 기존 흡광 파장인 412nm에서 약한 흡광 밴드가 남아있으나, 300μl을 가해주었을 때 화합물 1의 기존 흡광 파장이 완전히 사라짐을 확인할 수 있었다. 그리고 1% H2SO4 아세토니트릴 용액은 20μl를 가해주었을 때도, 화합물 1의 기존 흡광 파장이 완전히 사라짐을 확인할 수 있었다.
|
산 용액
(in CH 3 CN) |
산
첨가 양(μl) |
λ max (nm)/색상 | Δλ(nm) | ||
| 산 접촉 전 | 산 접촉 후 | ||||
| 실시예 1 | HF | 20 | 412(노란색) | 530(마젠타색) | 118 |
| 300 | 530(마젠타색) | ||||
| H2SO4 | 20 | 412(노란색) | 531(마젠타색) | 119 | |
| 300 | 531(마젠타색) | ||||
[실험예 2] 종이 상에서 아조계 화합물의 산 반응특성 확인
1) 1% 산 용액의 제조
상기 실험예 1과 동일한 방법으로 1% HF 수용액, 1% HF 아세토니트릴용액, 1% H2SO4 수용액 및 1% H2SO4 아세토니트릴용액을 제조하였다.
2) 산 접촉 전/후의 변색특성 평가
아조계 화합물이 흡착된 유해산 검출용 종이 센서의 산 반응특성 평가를 위하여, 실시예 1에서 제조된 유해산 검출용 종이 센서 1에 상기의 1% 산 용액을 각각 20μl씩 가해주어 변색특성을 관찰하고, 그 결과를 도 4에 도시하였다. 도 4와 같이, 아조계 화합물 1은 종이에 흡착되어 노란색을 나타내었으며, 산 접촉 후에는 1초 이내에 마젠타색으로 변색되는 것을 확인하였다.
[실험예 3] 섬유 상에서 아조계 화합물의 산 반응특성 확인
1) 1% 산 용액의 제조
상기 실험예 1과 동일한 방법으로 1% HF 수용액 및 1% H2SO4 수용액을 제조하였다.
2) 산 접촉 전/후의 변색특성 평가
아조계 화합물이 흡착된 유해산 검출용 섬유 센서의 산 반응특성 평가를 위하여, 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 유해산 검출용 섬유 센서에 상기의 1% 산 수용액을 각각 20μl씩 가해주어 변색특성을 관찰하였으며, 그 결과를 도 5 및 도 6에 도시하였다.
도 5 및 도 6과 같이, 아조계 화합물 1 내지 4는 면섬유 및 PET 섬유에 흡착되어 노란색을, 아조계 화합물 5는 빨간색을 나타내었다. 여기에 1% HF 또는 1% H2SO4 수용액을 가해주었을 때 화합물 1, 2 및 4는 마젠타색으로, 화합물 3은 자주색, 화합물 5는 파란색으로 변색되었으며, 모두 1초 이내에 변색 반응을 관찰할 수 있었다. 반면에, 비교예 1 내지 4에서는 면섬유 및 PET섬유 상에서, 산 접촉 시 색상의 변화가 관찰되지 않았다.
[실험예 4] 알칼리에 대한 안정성 평가
용액상 및 폴리에스테르(PET) 섬유와 면 섬유에서 아조계 화합물 1의 알칼리에 대한 안정성을 평가하였다. 상기 실시예 1에서 제조된 유해산 검출용 조성물 1(2 ml) 및 유해산 검출용 섬유 센서 1-1과 1-2에 1% 산(HF, H2SO4, HCl, AcOH) 수용액 또는 1% 알칼리(NaOH, KOH) 수용액을 50μl씩 가해주어 변색 특성을 관찰하였으며, 그 결과를 도 7에 도시하였다.
도 7과 같이, 1%의 HF, H2SO4 및 HCl 수용액을 가해주었을 때는 모두 변색되었으나, 1% AcOH 수용액 및 1% 알칼리(NaOH, KOH) 수용액에서는 색상 변화가 관찰되지 않았으며, 본 발명에 따른 아조계 화합물 1은 알칼리에 대한 안정성이 우수함을 확인하였다.
[실험예 5] 유기용매에 대한 안정성 평가
용액상 및 폴리에스테르(PET)와 면 섬유에서 아조계 화합물 1의 유기용매에 대한 안정성을 평가하였다. 상기 실시예 1에서 제조된 유해산 검출용 조성물 1(2 ml) 및 유해산 검출용 섬유 센서 1-1과 1-2에 메탄올(M), 에탄올(E), 아세톤(A), 톨루엔(T), N,N-디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸설폭시드(D), 에틸렌글리콜(EG), 등유 및 경유를 50μl씩 가해주어 변색 특성을 관찰하였으며, 그 결과를 도 8에 도시하였다.
도 8과 같이, 모든 유기용매에 대하여 색상 변화가 나타나지 않았으며, 본 발명에 따른 아조계 화합물 1은 유기용매에 대한 안정성이 우수함을 확인하였다.
Claims (14)
- 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는, 유해산 검출용 아조계 화합물.
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 화학식 1 및 2에서,
L1 내지 L4는 각각 독립적으로 (C1-C20)알킬렌이고;
R1 -및 R2는 각각 독립적으로 수소, (C1-C20)알킬, (C1-C20)알콕시, (C1-C20)알킬카보닐, (C1-C20)알킬(C6-C20)아릴 또는 히드록시(C1-C20)알킬이다. - 제 1항에 있어서,
상기 유해산 검출용 아조계 화합물은 하기 화학식 3 또는 4로 표시되는, 유해산검출용 아조계 화합물.
[화학식 3]
[화학식 4]
상기 화학식 3 및 4에서,
L1 내지 L4는 각각 독립적으로 (C1-C10)알킬렌이고,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, (C1-C10)알콕시, (C1-C10)알킬카보닐, (C1-C10)알킬(C6-C12)아릴 또는 히드록시(C1-C10)알킬이다. - 제 2항에 있어서,
상기 유해산 검출용 아조계 화합물은 하기 화학식 5 또는 6으로 표시되는, 유해산검출용 아조계 화합물.
[화학식 5]
[화학식 6]
상기 화학식 5 및 6에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, (C1-C6)알킬, (C1-C6)알콕시, (C1-C6)알킬카보닐, (C1-C6)알킬(C6-C12)아릴 또는 히드록시(C1-C6)알킬이다. - 제 3항에 있어서,
R1이 알킬인 경우, R1은 메틸 또는 (C3-C6)알킬인, 유해산 검출용 아조계 화합물. - 제 3항에 있어서,
R2는 (C1-C6)알콕시 또는 히드록시(C1-C6)알킬인, 유해산 검출용 아조계 화합물. - 제 3항에 있어서, 상기 유해산 검출용 아조계 화합물은 하기 구조식에서 선택되는, 유해산 검출용 아조계 화합물.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 유해산 검출용 아조계 화합물을 포함하는, 유해산 검출용 조성물.
- 제 7항에 있어서,
상기 유해산 검출용 조성물은 산과 접촉 시 색상이 변화하는 것을 특징으로 하는, 유해산 검출용 조성물. - 제 7항에 따른 유해산 검출용 조성물이 흡착된 종이를 포함하는, 유해산 검출용 종이 센서.
- 제 7항에 따른 유해산 검출용 조성물이 흡착된 섬유를 포함하는, 유해산 검출용 섬유 센서.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 유해산 검출용 아조계 화합물을 포함하는 유해산 검출제에 시료를 접촉시키는 단계; 및
상기 유해산 검출제의 색상 변화를 통해 시료 내의 유해산의 유무를 판별하는 단계;
를 포함하는, 유해산의 검출 방법. - 제 11항에 있어서,
상기 유해산 검출제는 상기 아조계 화합물이 용해된 용액인, 유해산의 검출 방법. - 제 12항에 있어서,
상기 유해산 검출제는 상기 아조계 화합물이 흡착된 기재인, 유해산의 검출 방법. - 제 13항에 있어서,
상기 기재는 종이 또는 섬유인, 유해산의 검출 방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210021735A KR20220118077A (ko) | 2021-02-18 | 2021-02-18 | 유해산 검출용 아조계 화합물 및 이를 이용한 유해산의 검출 방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1020210021735A KR20220118077A (ko) | 2021-02-18 | 2021-02-18 | 유해산 검출용 아조계 화합물 및 이를 이용한 유해산의 검출 방법 |
Publications (1)
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|---|---|
| KR20220118077A true KR20220118077A (ko) | 2022-08-25 |
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| KR1020210021735A KR20220118077A (ko) | 2021-02-18 | 2021-02-18 | 유해산 검출용 아조계 화합물 및 이를 이용한 유해산의 검출 방법 |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR101300673B1 (ko) | 2011-04-07 | 2013-08-28 | (주) 인우 코퍼레이션 | Ｎ-벤질-ｎ-에틸아닐린을 함유하는 비수용성 유체 식별제 및 이의 제조방법 |
| KR101547736B1 (ko) | 2013-12-10 | 2015-08-26 | 경북대학교 산학협력단 | 산 감지용 모노아조계 염료 |
-
2021
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR101300673B1 (ko) | 2011-04-07 | 2013-08-28 | (주) 인우 코퍼레이션 | Ｎ-벤질-ｎ-에틸아닐린을 함유하는 비수용성 유체 식별제 및 이의 제조방법 |
| KR101547736B1 (ko) | 2013-12-10 | 2015-08-26 | 경북대학교 산학협력단 | 산 감지용 모노아조계 염료 |
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