KR20230169741A - Compound for fluorescent detection probe with high selectivity of hypochlorous acid and hypochlorite salt, probe and chemical sensor including the same compound and method of detection of hypochlorous acid or hypochlorite salt - Google Patents

Compound for fluorescent detection probe with high selectivity of hypochlorous acid and hypochlorite salt, probe and chemical sensor including the same compound and method of detection of hypochlorous acid or hypochlorite salt Download PDF

Info

Publication number
KR20230169741A
KR20230169741A KR1020220070244A KR20220070244A KR20230169741A KR 20230169741 A KR20230169741 A KR 20230169741A KR 1020220070244 A KR1020220070244 A KR 1020220070244A KR 20220070244 A KR20220070244 A KR 20220070244A KR 20230169741 A KR20230169741 A KR 20230169741A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hypochlorous acid
hypochlorite
fluorescent probe
formula
compound
Prior art date
Application number
KR1020220070244A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
최명석
Original Assignee
건국대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 건국대학교 산학협력단 filed Critical 건국대학교 산학협력단
Priority to KR1020220070244A priority Critical patent/KR20230169741A/en
Publication of KR20230169741A publication Critical patent/KR20230169741A/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N31/00Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
    • G01N31/22Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using chemical indicators
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1029Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom
    • C09K2211/1037Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom with sulfur

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Abstract

본 발명은 선택성 높은 차아염소산 또는 차아염소산염 검출용 형광 프로브 화합물, 이를 포함하는 프로브 및 화학 센서 및 이를 활용한 차아염소산 또는 차아염소산염 검출 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 활성산소종 가운데 차아염소산(hypochlorous acid) 또는 차아염소산염(hypochlorite salts)에 대하여 선택성이 우수하면서도 높은 감도 및 빠른 응답 시간을 갖고 비파괴적으로 검출할 수 있는 형광 프로브 화합물, 이를 사용하여 차아염소산 또는 차아염소산염을 검출하는 방법과 상기 방법이 적용된 프로브 및 화학 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a highly selective fluorescent probe compound for detecting hypochlorous acid or hypochlorite, a probe and chemical sensor containing the same, and a method for detecting hypochlorous acid or hypochlorite using the same. Specifically, it relates to hypochlorous acid (hypochlorous acid) among reactive oxygen species. ) or a fluorescent probe compound that has excellent selectivity for hypochlorite salts and can detect hypochlorite salts non-destructively with high sensitivity and fast response time, a method for detecting hypochlorous acid or hypochlorite using the same, and a method to which the method is applied Concerning probes and chemical sensors.

Description

선택성 높은 차아염소산 및 차아염소산염 검출용 형광 프로브 화합물, 이를 포함하는 프로브 및 화학 센서 및 이를 활용한 차아염소산 또는 차아염소산염 검출 방법{Compound for fluorescent detection probe with high selectivity of hypochlorous acid and hypochlorite salt, probe and chemical sensor including the same compound and method of detection of hypochlorous acid or hypochlorite salt}Compound for fluorescent detection probe with high selectivity of hypochlorous acid and hypochlorite salt, probe and chemical, and method for detecting hypochlorous acid or hypochlorite using the same. sensor including the same compound and method of detection of hypochlorous acid or hypochlorite salt}

본 발명은 선택성 높은 차아염소산 및 차아염소산염 검출용 형광 프로브 화합물, 이를 포함하는 프로브 및 화학 센서 및 이를 활용한 차아염소산 또는 차아염소산염 검출 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 활성산소종 가운데 차아염소산(hypochlorous acid) 또는 차아염소산염(hypochlorite salts)에 대하여 선택성이 우수하면서도 높은 감도 및 빠른 응답 시간을 갖고 비파괴적으로 검출할 수 있는 형광 프로브 화합물, 이를 사용하여 차아염소산 또는 차아염소산염을 검출하는 방법과 상기 방법이 적용된 프로브 및 화학 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a highly selective fluorescent probe compound for detecting hypochlorous acid and hypochlorite, a probe and chemical sensor containing the same, and a method for detecting hypochlorous acid or hypochlorite using the same. Specifically, it relates to hypochlorous acid (hypochlorous acid) among reactive oxygen species. ) or a fluorescent probe compound that has excellent selectivity for hypochlorite salts and can detect hypochlorite salts non-destructively with high sensitivity and fast response time, a method for detecting hypochlorous acid or hypochlorite using the same, and a method to which the method is applied Concerning probes and chemical sensors.

활성 산소종(Reactive Oxygen Species, ROS)은 생체 내에서 여러 가지 생명 기능에 중요한 역할을 한다. 그 중에서 특히 차아염소산(hypochlorous acid)(HClO) 또는 차아염소산염(hypochlorite salts)(ClO-)은 유기체 내에서 활성화된 호중구(neutrophil)에 의해 H2O2와 염소 이온이 반응하여 만들어지며, 병원체 등을 사멸시키는 산화제이다. 살아 있는 유기체에서 생리학적으로 관련된 차아염소산 수준은 5 μM ~ 25 μM이다. 차아염소산의 유기체 내 함량이 과다한 경우 단백질, 아미노산과 같은 여러 생체 분자와 반응하여 심혈관 질환, 골관절염을 비롯한 각종 질병 및 암을 유발할 수 있다. 따라서 차아염소산염의 비정상적인 거동을 관찰하기 위해 매우 민감하고 선택적인 검출이 중요하다.Reactive oxygen species (ROS) play an important role in various life functions in vivo. Among them, hypochlorous acid (HClO) or hypochlorite salts (ClO - ) is produced by the reaction of H 2 O 2 and chlorine ions by activated neutrophils within the organism, and is used by pathogens, etc. It is an oxidizing agent that kills. The physiologically relevant level of hypochlorous acid in living organisms is 5 μM to 25 μM. If the content of hypochlorous acid in an organism is excessive, it can react with various biomolecules such as proteins and amino acids, causing various diseases including cardiovascular disease and osteoarthritis, as well as cancer. Therefore, highly sensitive and selective detection is important to observe the abnormal behavior of hypochlorite.

또한, 차아염소산은 일상 생활에서 가정용 및 공업용 살균제나 표백제로 사용되며, 식수 및 수영장 물 등의 소독과 식품 산업에서 박테리아 및 냄새를 제어하는 데 널리 사용된다. 염소는 물 속에서 pH에 따라 차아염소산과 차아염소산염의 평형 상태로 존재하며, 일반적으로 식수를 소독하기 위해서 10-5 M에서 10-2 M 농도 범위에서 사용된다. 국내에서는 식수의 경우 잔류염소는 4.0 mg/L 이하이다. 이 때, 물에 차아염소산염이 과다한 농도로 잔류하는 경우 인간의 건강에 위해를 끼치게 된다. 따라서, 생물학적 및 환경적으로 극소량 식수에 포함된 차아염소산염(또는 차아염소산)을 정량적으로 검출할 수 있는 분석 방법이 필요하다.In addition, hypochlorous acid is used in everyday life as a household and industrial disinfectant or bleach, and is widely used to disinfect drinking water and swimming pool water and to control bacteria and odors in the food industry. Chlorine exists in an equilibrium state of hypochlorous acid and hypochlorite in water depending on pH, and is generally used in a concentration range of 10 -5 M to 10 -2 M to disinfect drinking water. In Korea, residual chlorine in drinking water is less than 4.0 mg/L. At this time, if hypochlorite remains in water in excessive concentration, it poses a risk to human health. Therefore, biologically and environmentally, there is a need for an analytical method that can quantitatively detect hypochlorite (or hypochlorous acid) contained in very small amounts of drinking water.

Chang, et al., "Benzothiazole-based fluorescent sensor for hypochlorite detection and its application for biological imaging", ELSEVIER, 24. 11. 2016. Chang, et al., “Benzothiazole-based fluorescent sensor for hypochlorite detection and its application for biological imaging”, ELSEVIER, 24. 11. 2016.

본 발명은 상술한 기술적 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 식수 등 인체와 접촉하는 물(H2O)의 수질 검사에서 활성산소종 가운데 차아염소산 및 차아염소산염에 대한 검출 선택성이 우수한 검출용 형광 프로브 화합물을 제공하는 것이다.The present invention was conceived in consideration of the above-mentioned technical problems, and the problem to be solved by the present invention is the detection of hypochlorous acid and hypochlorite among reactive oxygen species in water quality testing of water (H 2 O) in contact with the human body, such as drinking water. The object is to provide a fluorescent probe compound for detection with excellent selectivity.

또한, 본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 화합물을 사용하여 물에서 차아염소산 또는 차아염소산염을 검출하는 방법과 상기 화합물을 포함하는 프로브 및 화학 센서를 제공하는 것이다.In addition, another problem to be solved by the present invention is to provide a method for detecting hypochlorous acid or hypochlorite in water using the above compound, and a probe and chemical sensor containing the above compound.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1의 구조로 표시되는, 선택성이 우수한 차아염소산염(hypochlorite salt) 또는 차아염소산(hypochlorous acid) 검출용 형광 프로브(probe) 화합물을 제공한다.In order to solve the above-mentioned technical problems, the present invention provides a fluorescent probe compound for detecting hypochlorite salt or hypochlorous acid with excellent selectivity, represented by the structure of Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

상기 화학식 1에서, R1 내지 R4 중 하나 또는 둘은 하기 화학식 2로 표시되는 페노티아진(phenothiazine)기 포함 작용기이고,In Formula 1, one or both of R 1 to R 4 are functional groups containing a phenothiazine group represented by the following Formula 2,

[화학식 2][Formula 2]

다른 하나는 하기 화학식 3으로 표시되는 구조를 가지며,The other has a structure represented by the following formula 3,

[화학식 3][Formula 3]

나머지는 수소 또는 C1 내지 C6의 직쇄형(linear) 또는 분지쇄형(branched)의 알킬기이며,The remainder is hydrogen or a C 1 to C 6 linear or branched alkyl group,

상기 화학식 2에서 X1는 단일 결합(single bond), C6 내지 C14의 아릴렌기(arylene) 또는 C3 내지 C12의 헤테로아릴렌기(heteroarylene)이고,In Formula 2, X 1 is a single bond, C 6 to C 14 arylene, or C 3 to C 12 heteroarylene,

상기 화학식 3에서 X2는 C6 내지 C14의 아릴렌기(arylene) 또는 C3 내지 C12의 헤테로아릴렌기(heteroarylene)이고, R`1 및 R`2는 각각 독립적으로 C8 내지 C25의 직쇄형 또는 분지쇄형의, 포화 또는 불포화된 1가의 탄화수소 사슬이다. In Formula 3 , _ _ _ _ _ It is a straight or branched, saturated or unsaturated monovalent hydrocarbon chain.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 형광 프로브 화합물은, 하기 화학식 1-1의 구조를 갖는 것일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the fluorescent probe compound may have the structure of Formula 1-1 below.

[화학식 1-1][Formula 1-1]

상기 화학식 1-1에 있어서,In Formula 1-1,

R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C6의 직쇄형 또는 분지쇄형의 알킬기이며,R 3 and R 4 are each independently hydrogen or a C 1 to C 6 straight or branched alkyl group,

X1는 단일 결합, C6 내지 C14의 아릴렌기 또는 C3 내지 C12의 헤테로아릴렌기, X2는 C6 내지 C14의 아릴렌기 또는 C3 내지 C12의 헤테로아릴렌기이고, X 1 is a single bond, a C 6 to C 14 arylene group or a C 3 to C 12 heteroarylene group ,

R`1 및 R`2는 각각 독립적으로 C8 내지 C25의 직쇄형 또는 분지쇄형의, 포화 또는 불포화된 1가의 탄화수소 사슬이다.R `1 and R `2 are each independently a C 8 to C 25 straight or branched, saturated or unsaturated monovalent hydrocarbon chain.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 형광 프로브 화합물은 하기 화학식 1-2로 표시되는 화합물일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the fluorescent probe compound may be a compound represented by the following formula 1-2.

[화학식 1-2][Formula 1-2]

상기 화학식 1-2에 있어서,In Formula 1-2,

R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C6의 직쇄형 또는 분지쇄형의 알킬기이며,R 3 and R 4 are each independently hydrogen or a C 1 to C 6 straight or branched alkyl group,

R`1 내지 R`2는 각각 독립적으로 C8 내지 C25의 직쇄형 또는 분지쇄형의 포화 또는 불포화된 1가의 탄화수소 사슬이다.R `1 to R `2 are each independently a C 8 to C 25 straight or branched saturated or unsaturated monovalent hydrocarbon chain.

본 발명은 또한, 상기 형광 프로브 화합물을 포함하는 차아염소산 또는 차아염소산염 검출용 형광 프로브를 제공한다.The present invention also provides a fluorescent probe for detecting hypochlorous acid or hypochlorite containing the above fluorescent probe compound.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 차아염소산 또는 차아염소산염 검출용 프로브는 유기용매 및 물(H2O)의 혼합 용매; 및In a preferred embodiment of the present invention, the probe for detecting hypochlorous acid or hypochlorite is a mixed solvent of an organic solvent and water (H 2 O); and

상기 혼합 용매에 용해된 제1항에 따른 형광 프로브 화합물;을 포함할 수 있다.It may include; the fluorescent probe compound according to claim 1 dissolved in the mixed solvent.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 유기 용매는 테트라히드로퓨란(THF), 디메틸설폭사이드(DMSO), 에탄올 및 메탄올 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합 용매일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the organic solvent may be one or two or more mixed solvents selected from tetrahydrofuran (THF), dimethyl sulfoxide (DMSO), ethanol, and methanol.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 유기 용매와 물의 혼합 용매는 상기 유기 용매의 혼합비가 80 vol% ~ 95 vol%인 것일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the mixed solvent of the organic solvent and water may have a mixing ratio of the organic solvent of 80 vol% to 95 vol%.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 형광 프로브 화합물은 상기 혼합 용매 내에 1.0 μM ~ 10.0 μM의 농도로 용해되어 있는 것일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the fluorescent probe compound may be dissolved in the mixed solvent at a concentration of 1.0 μM to 10.0 μM.

본 발명은 또한 상기 형광 프로브를 포함하는 차아염소산 또는 차아염소산염 검출용 화학 센서를 제공한다.The present invention also provides a chemical sensor for detecting hypochlorous acid or hypochlorite including the above fluorescent probe.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 화학 센서는 실리카겔 박막 센서일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the chemical sensor may be a silica gel thin film sensor.

본 발명은 또한, 1) 상기 형광 프로브를 검사 대상인 물(H2O)과 혼합하는 단계; 및The present invention also includes the steps of: 1) mixing the fluorescent probe with water (H 2 O) to be tested; and

2) 상기 형광 프로브와 검사 대상물과 혼합한 혼합물을 실리카겔 박막 상에 도입하는 단계;를 포함하는 차아염소산 또는 차아염소산염 검출 방법을 제공한다.2) introducing a mixture of the fluorescent probe and the test object onto a silica gel thin film; providing a method for detecting hypochlorous acid or hypochlorite including a step.

본 발명에 따른 형광 프로브 화합물은 간이한 공정으로 합성 가능하여 화학 센서의 생산성을 향상시킬 수 있고, 소량으로도 목적으로 하는 차아염소산 또는 차아염소산염에 대한 선택성이 우수하여 정밀하게 해당 활성산소종만을 선택적으로 검출할 수 있는 장점이 있다.The fluorescent probe compound according to the present invention can be synthesized through a simple process, improving the productivity of chemical sensors, and has excellent selectivity for the target hypochlorous acid or hypochlorite even in small amounts, allowing it to precisely select only the relevant active oxygen species. It has the advantage of being detectable.

또한, 본 발명에 따른 상기의 형광 프로브 화합물을 포함하는 차아염소산 또는 차아염소산염 검출용 프로브 및 화학 센서는 높은 감도, 차아염소산 및 차아염소산염에 대한 높은 선택성을 갖고, 응답시간이 빠르며, 비파괴적인 검출이 가능하여 효율적으로 정화된 물 내에 잔류하는 활성산소종 가운데 차아염소산 또는 차아염소산염을 선택적으로 검출할 수 있다.In addition, the probe and chemical sensor for detecting hypochlorous acid or hypochlorite containing the above fluorescent probe compound according to the present invention have high sensitivity, high selectivity for hypochlorous acid and hypochlorite, fast response time, and non-destructive detection. It is possible to selectively detect hypochlorous acid or hypochlorite among the reactive oxygen species remaining in efficiently purified water.

도 1a는 형광 프로브를 THF/H2O (V:V=9:1)인 혼합 용매에 2.5μM의 농도로 화학식 4의 프로브 화합물을 용해시킨 용액에, 상기 프로브 화합물에 대하여 0 내지 40 당량의 NaClO를 첨가하여 UV-vis 스펙트럼을 측정하여 비교 도시한 그래프이다.
[화학식 4]

도 1b는 도 1a와 동일한 형광 프로브에 동일하게 0 내지 40 당량의 NaClO 시료를 첨가하였을 때의 형광 스펙트럼(λex=406㎚)을 비교 도시한 그래프이다.
도 2는 도 1a 및 도 1b와 동일한 형광 프로브를 사용하여 다양한 활성산소종을 프로브 대비 50 당량 포함하는 용액에서 활성산소종을 검출하여 형광 반응이 일어난 결과를 각각 비교 도시한 그래프이다.
도 3a는 도 1a와 동일한 형광 프로브에 0 당량, 20 당량의 NaClO를 첨가하고 실리카겔 박막 상에 1방울(약 10㎕)의 혼합 용액을 떨어뜨린 후, 건조되기 전의 모습을 촬영한 사진이다.
도 3b는 도 3a의 혼합 용액이 건조된 후에 촬영한 사진이다.
도 4 및 도 5는 각각 화학식 5 및 화학식 4의 화합물의 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 6은 화학식 4의 화합물의 질량 분석(MALDI-TOF) 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
Figure 1a shows a fluorescent probe in a solution of a probe compound of Formula 4 dissolved in a mixed solvent of THF/H 2 O (V:V=9:1) at a concentration of 2.5 μM, and 0 to 40 equivalents of the probe compound. This is a comparative graph showing the UV-vis spectrum measured by adding NaClO.
[Formula 4]

Figure 1b is a graph comparing the fluorescence spectrum (λ ex = 406 nm) when 0 to 40 equivalents of NaClO sample was added to the same fluorescent probe as in Figure 1a.
Figure 2 is a graph comparing the results of a fluorescence reaction by detecting reactive oxygen species in a solution containing 50 equivalents of various reactive oxygen species compared to the probe using the same fluorescent probe as in Figures 1a and 1b.
Figure 3a is a photograph taken after adding 0 and 20 equivalents of NaClO to the same fluorescent probe as in Figure 1a and dropping 1 drop (approximately 10 μl) of the mixed solution on the silica gel thin film before drying.
Figure 3b is a photograph taken after the mixed solution of Figure 3a was dried.
Figures 4 and 5 show 1 H-NMR spectra of compounds of Formula 5 and Formula 4, respectively.
Figure 6 is a diagram showing the mass spectrometry (MALDI-TOF) spectrum of the compound of Formula 4.

본 명세서에서, "선택성(selectivity)"이란 화학 반응이 다른 물질들보다 특정 물질에 대하여 현저하게 일어나는 것을 의미한다. 즉, A~Z 물질 가운데 A 물질에 대해서 특별히 화학 반응이 강하게 일어나는 경우, 해당 반응은 A 물질에 대하여 선택성이 있다고 한다. 선택성이 우수하다는 것은 A 물질에 대한 반응의 정도(반응 상수, 반응 속도 등)와 타 물질에 대한 반응 정도가 현저하게 차이나는 것을 의미한다.As used herein, “selectivity” means that a chemical reaction occurs more significantly for a specific substance than for other substances. In other words, if a particularly strong chemical reaction occurs for substance A among substances A to Z, the reaction is said to be selective for substance A. Excellent selectivity means that the degree of reaction for substance A (reaction constant, reaction rate, etc.) is significantly different from the degree of reaction for other substances.

이하, 첨부된 도면 및 구체적인 실시 태양을 들어 본 발명의 구성 및 효과에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings and specific embodiments.

활성산소종의 감지, 검출을 위하여 형광 프로브를 이용한 형광 이미징 기술은 높은 감도, 선택성, 빠른 응답 시간 및 기술적 단순성을 가지며, 비파괴적인 검출이 가능하다는 점에서 환경 및 생물학적 시스템에서 사용하기 적합한 기술로 연구 개발되어 왔다. 그러나, 주로 산화-환원 반응에 의하여 형광이 발현되어 표적 물질을 감지하는 형광 프로브의 특성상 특정한 활성산소종에 대한 선택성을 나타내기 어렵다는 점이 난점으로 작용하였다.Fluorescence imaging technology using fluorescent probes for the detection and detection of reactive oxygen species has high sensitivity, selectivity, fast response time, technical simplicity, and is capable of non-destructive detection, making it suitable for use in environmental and biological systems. has been developed However, due to the nature of the fluorescent probe, which mainly detects target substances by expressing fluorescence through oxidation-reduction reactions, it was difficult to show selectivity for specific reactive oxygen species, which was a difficulty.

이에, 본 발명에서는 하기 화학식 1로 표시되는 구조로 표시되는, 선택성이 우수한 차아염소산(hypochlorous acid) 또는 차아염소산염(hypochlorite salt) 선택성이 우수한 차아염소산 또는 차아염소산염 검출용 형광 프로브 물질을 도입하여 이를 포함하는 형광 프로브, 화학 센서를 사용하여 다른 활성산소종 대비 이들 두 화학종에 대한 선택성이 높아 우수한 감도로 차아염소산 또는 차아염소산염을 감지할 수 있는 기술을 개발하였다.Accordingly, in the present invention, a fluorescent probe material for detecting hypochlorous acid or hypochlorite salt with excellent selectivity, represented by the structure represented by the following formula (1), was introduced and included. Using a fluorescent probe and chemical sensor, a technology was developed that can detect hypochlorous acid or hypochlorite with excellent sensitivity due to its high selectivity for these two chemical species compared to other reactive oxygen species.

[화학식 1][Formula 1]

상기 화학식 1에서, R1 내지 R4 중 하나 또는 둘은 하기 화학식 2로 표시되는 페노티아진(phenothiazine)기 포함 작용기이고,In Formula 1, one or both of R 1 to R 4 are functional groups containing a phenothiazine group represented by the following Formula 2,

[화학식 2][Formula 2]

다른 하나는 하기 화학식 3으로 표시되는 구조를 가지며,The other has a structure represented by Formula 3 below,

[화학식 3][Formula 3]

나머지는 수소(H) 또는 C1 내지 C6의 직쇄형(linear) 또는 분지쇄형(branched)의 알킬기이며,The remainder is hydrogen (H) or a C 1 to C 6 linear or branched alkyl group,

상기 화학식 2에서 X1는 단일 결합(single bond), C6 내지 C14의 아릴렌기(arylene) 또는 C3 내지 C12의 헤테로아릴렌기(heteroarylene)이고,In Formula 2, X 1 is a single bond, C 6 to C 14 arylene, or C 3 to C 12 heteroarylene,

상기 화학식 3에서 X2는 C6 내지 C14의 아릴렌기(arylene) 또는 C3 내지 C12의 헤테로아릴렌기(heteroarylene)이고, R`1 및 R`2는 각각 독립적으로 C8 내지 C25의 직쇄형 또는 분지쇄형의, 포화 또는 불포화된 1가의 탄화수소 사슬이다. In Formula 3 , _ _ _ _ _ It is a straight or branched, saturated or unsaturated monovalent hydrocarbon chain.

상기 화합물은 간단한 공정으로 합성이 가능하여 높은 수율로 형광 프로브 및 화학 센서를 얻을 수 있도록 하며, 차아염소산 및 차아염소산염에 대하여 높은 선택성을 나타내므로, The above compound can be synthesized through a simple process, allowing fluorescent probes and chemical sensors to be obtained in high yield, and exhibits high selectivity for hypochlorous acid and hypochlorite.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 형광 프로브 화합물을 포함하는 화학 센서로 다양한 종류의 활성산소종 물질을 동일한 농도로 포함하고 있는 시료(H2O)에 대하여 형광 반응이 나타나는 세기를 비교한 그래프이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 화학 센서는 다른 활성 산소종에 비하여 차아염소산염의 형광 반응이 현저히 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 상기 형광 프로브 화합물을 사용한 화학 센서를 이용하면 특정 물질 검출을 위한 화학 센서로 유용하게 사용될 수 있다.Figure 2 is a chemical sensor containing a fluorescent probe compound according to a preferred embodiment of the present invention, comparing the intensity of the fluorescence response for samples (H 2 O) containing various types of reactive oxygen species substances at the same concentration. This is one graph. Referring to FIG. 2, it can be seen that the chemical sensor according to the present invention shows a significant fluorescence reaction of hypochlorite compared to other reactive oxygen species. In this way, using a chemical sensor using the fluorescent probe compound can be effectively used as a chemical sensor for detecting a specific substance.

상기 화학식 1에서 표시된 다환 구조의 모핵(core)은 포르피린(porphyrin)이라는 4자리 킬레이트(chelate) 화합물로서, 강력한 soret 흡수 피크, 큰 stokes 이동, 우수한 광 안정성 및 생체 적합성을 가지므로 인체에 안전하게 센서로 사용할 수 있다. 포르피린은 600㎚보다 긴 파장에서 형광을 방출할 수 있으므로, 광 손상과 배경 간섭을 최소화할 수도 있다.The core of the polycyclic structure shown in Formula 1 is a four-dentate chelate compound called porphyrin, which has a strong soret absorption peak, large stokes shift, excellent light stability, and biocompatibility, making it a safe sensor for the human body. You can use it. Porphyrins can emit fluorescence at wavelengths longer than 600 nm, which may minimize light damage and background interference.

포르피린 고리는 4개의 피롤(pyrrole) 고리가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는데, 피롤 고리에서 메조(meso) 또는 베타(beta) 위치에 유기 반응을 통하여 다양한 작용기를 도입하여 다양한 응용이 가능하다.The porphyrin ring is characterized by four pyrrole rings connected, and various applications are possible by introducing various functional groups into the meso or beta position of the pyrrole ring through organic reactions.

본 발명의 경우에는 상기 포르피린의 반응 가능한 4 자리에 적어도 하나의 페노티아진(phenothiazine) 작용기를 포함하는 작용기가 도입됨으로써 활성산소종 중 차아염소산 및 차아염소산염에 대한 형광 반응의 선택성이 강화된다. 상기 화학식 2에서, 페노티아진의 황 원자(Sulfur)는 활성산소종과 산화-환원 반응을 일으켜 설파이드(sulfide)에서 설폭사이드(sulfoxide)로 변화하며 포르피린 방향으로 전자를 줄 수 있는(donor) 기능이 상실되어, 그에 따라서 포르피린의 형광이 반응 전에 비하여 활성화된다.In the case of the present invention, the selectivity of the fluorescence reaction for hypochlorous acid and hypochlorite among reactive oxygen species is strengthened by introducing a functional group containing at least one phenothiazine functional group at the four reactive positions of the porphyrin. In Formula 2, the sulfur atom of phenothiazine causes an oxidation-reduction reaction with active oxygen species, changing from sulfide to sulfoxide, and has the function of donating electrons toward porphyrin. This is lost, and thus the fluorescence of porphyrin becomes activated compared to before the reaction.

따라서, 활성 산소종 즉 차아염소산 및 차아염소산염과의 반응 후에 상기 형광 프로브 화합물은 더욱 형광 특성이 뚜렷해지게 된다.Therefore, after reaction with reactive oxygen species, that is, hypochlorous acid and hypochlorite, the fluorescent probe compound has more distinct fluorescence properties.

상기 포르피린 모핵 주변의 치환기 R1 내지 R4 가운데 화학식 2로 치환된 것을 제외하고 나머지 중 하나는 상기 화학식 3의 형태를 갖는 것으로 치환될 수 있다. 이는 긴 알킬(alkyl), 알케닐(alkenyl) 또는 알카폴리에닐(alka-poly-enyl, 즉 둘 이상의 이중결합을 갖는 불포화 탄화수소 사슬)을 가짐으로써 전체 형광 프로브 화합물에 대하여 소수성(hydrophobicity)을 부여하게 하고, 유기 용매와의 친화력을 강하게 한다.Among the substituents R 1 to R 4 around the porphyrin mother nucleus, except for those substituted with Formula 2, one of the remaining substituents may be substituted with a form of Formula 3. This gives hydrophobicity to all fluorescent probe compounds by having a long alkyl, alkenyl, or alka-poly-enyl (i.e., unsaturated hydrocarbon chain with two or more double bonds). and strengthens the affinity with organic solvents.

상기 포르피린 모핵 주변의 치환기 R1 내지 R4 가운데 화학식 2 및 3으로 치환된 것 이외의 나머지는 모두 수소(H) 또는 C1 내지 C6의 직쇄형 또는 분지쇄형의 알킬기이다. 바람직하게는 나머지 치환기들은 수소일 수 있다.Among the substituents R 1 to R 4 around the porphyrin mother nucleus, all other substituents other than those substituted in Formulas 2 and 3 are hydrogen (H) or C 1 to C 6 straight-chain or branched alkyl groups. Preferably, the remaining substituents may be hydrogen.

상기 화학식 2로 표시되는 구조와 화학식 3으로 표시되는 구조는 바람직하게는 포르피린 모핵 주변에 반대 방향으로 배치된 것(para-치환된 벤젠과 유사한 구조)일 수 있다. 즉, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 형광 프로브 화합물은 하기 화학식 1-1의 구조로 표시되는 것일 수 있다.The structure represented by Formula 2 and the structure represented by Formula 3 may preferably be arranged in opposite directions around the porphyrin mother nucleus (structure similar to para-substituted benzene). That is, the fluorescent probe compound according to a preferred embodiment of the present invention may be represented by the structure of Formula 1-1 below.

[화학식 1-1][Formula 1-1]

상기 화학식 1-1에서, X1은 화학식 2에서 정의된 바와 동일하고, X2는 화학식 3에서 정의된 바와 동일하며,In Formula 1-1, X 1 is the same as defined in Formula 2, and X 2 is the same as defined in Formula 3,

R3 및 R4는 수소(H) 및 C1 내지 C6의 직쇄형 또는 분지쇄형의 알킬기이다.R 3 and R 4 are hydrogen (H) and a C 1 to C 6 straight or branched alkyl group.

바람직하게는 X1는 단일 결합 또는 페닐렌기(phenylene)일 수 있고, X2는 3가의 벤젠(benzene) 고리일 수 있다.Preferably, X 1 may be a single bond or a phenylene group, and X 2 may be a trivalent benzene ring.

더욱 바람직하게는 상기 형광 프로브 화합물은 하기 화학식 1-2로 표시되는 화합물일 수 있다.More preferably, the fluorescent probe compound may be a compound represented by the following formula 1-2.

[화학식 1-2][Formula 1-2]

상기 화학식 1-2에서, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소(H) 및 C1 내지 C6의 직쇄형 또는 분지쇄형의 알킬기이다. 바람직하게는 상기 R3 및 R4는 수소일 수 있다.In Formula 1-2, R 3 and R 4 are each independently hydrogen (H) and a C 1 to C 6 straight or branched alkyl group. Preferably, R 3 and R 4 may be hydrogen.

또한, R`1 및 R`2는 각각 독립적으로 C8 내지 C25의 직쇄형 또는 분지쇄형의 포화 또는 불포화된 1가의 탄화수소 사슬이다.In addition, R `1 and R `2 are each independently a C 8 to C 25 straight or branched saturated or unsaturated monovalent hydrocarbon chain.

직쇄형 또는 분지쇄형의 포화 또는 불포화된 1가의 탄화수소 사슬이라는 의미는 상기 R`1 및 R`2는 알킬기, 알케닐기 또는 알카폴리에닐(alkapolyenyl)기인 것을 의미하고, 직쇄형 또는 분지쇄형이라는 것은 환형(cyclic) 탄화수소가 아니라는 것을 의미한다.A straight or branched, saturated or unsaturated monovalent hydrocarbon chain means that R `1 and R `2 are an alkyl group, an alkenyl group, or an alkapolyenyl group, and straight or branched chain means that This means that it is not a cyclic hydrocarbon.

본 발명은 또한, 상기 형광 프로브 화합물을 포함하는 차아염소산 또는 차아염소산염 검출용 형광 프로브를 제공한다. 본 발명에 따른 형광 프로브는 차아염소산 및 차아염소산염에 대하여 선택성이 높으며, 검출 물질인 차아염소산 및 차아염소산염의 당량에 따라서 형광의 강도가 비례하게 증가하므로 검출의 정량화가 용이하여 화학 센서로 사용하기 적합하다. 또한, 적은 양의 형광 프로브 화합물만을 사용하더라도 검출이 가능하므로 우수한 검출 감도를 갖는다. 이러한 형광 강도의 차아염소산 또는 차아염소산염에 대한 높은 선택성은 페노티아진기의 존재로 인하여 포르피린 화합물에 대한 광유도된 전자 전달(Photoinduced Electron Transfer, PET)효과 감소에 의한 것으로 사료된다.The present invention also provides a fluorescent probe for detecting hypochlorous acid or hypochlorite containing the above fluorescent probe compound. The fluorescent probe according to the present invention has high selectivity for hypochlorous acid and hypochlorite, and the intensity of fluorescence increases proportionally according to the equivalent weight of hypochlorous acid and hypochlorite, which are detection substances, making it easy to quantify detection and is suitable for use as a chemical sensor. do. In addition, since detection is possible even when only a small amount of the fluorescent probe compound is used, it has excellent detection sensitivity. The high selectivity of this fluorescence intensity for hypochlorous acid or hypochlorite is thought to be due to the reduction of the photoinduced electron transfer (PET) effect for porphyrin compounds due to the presence of the phenothiazine group.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차아염소산 또는 차아염소산염 검출용 형광 프로브는 혼합 용매 및 상기 혼합 용매에 용해된 상기의 형광 프로브 화합물을 포함하는 것일 수 있다.A fluorescent probe for detecting hypochlorous acid or hypochlorite according to a preferred embodiment of the present invention may include a mixed solvent and the fluorescent probe compound dissolved in the mixed solvent.

상기 혼합 용매는 바람직하게는 유기용매와 물(H2O)의 혼합 용매일 수 있다. 유기 용매와 물 간의 혼합비(부피비)를 조절함으로써 측정 환경(사용기계, 온도 등)에 맞는 최적의 조건을 갖출 수 있다. 바람직하게는 유기 용매와 물의 혼합비는, 유기 용매의 부피비가 80 vol% ~ 95 vol%일 수 있다. 만일 유기 용매의 부피비가 80 vol% 미만의 경우, 용매의 극성이 과도하여 용매에 의한 안정화 효과에 의해 형광이 향상되는 감지 기능이 떨어지는 문제가 있을 수 있다. 또한, 만일 유기 용매의 부피비가 95 vol%를 초과하는 경우, 용매의 극성이 너무 적으므로 물에 대한 화학 센서로서 상용성이 떨어지게 될 수 있다.The mixed solvent may preferably be a mixed solvent of an organic solvent and water (H 2 O). By adjusting the mixing ratio (volume ratio) between organic solvent and water, optimal conditions suitable for the measurement environment (machine used, temperature, etc.) can be achieved. Preferably, the mixing ratio of the organic solvent and water may be 80 vol% to 95 vol%. If the volume ratio of the organic solvent is less than 80 vol%, the polarity of the solvent may be excessive, which may cause a problem in that the detection function, which improves fluorescence due to the stabilizing effect of the solvent, is deteriorated. Additionally, if the volume ratio of the organic solvent exceeds 95 vol%, the polarity of the solvent is too low, which may result in poor compatibility as a chemical sensor for water.

상기 유기 용매는 바람직하게는 테트라히드로퓨란(THF), 다이메틸설폭사이드(DMSO), 에탄올, 및 메탄올 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합 용매일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 테트라히드로퓨란일 수 있으나, 반드시 상기 열거된 용매에 한정되는 것은 아니며, 포르피린계 화합물에 대하여 상용성이 있고, 차아염소산 또는 차아염소산염과 별도로 화학적, 물리적 상호작용을 하지 않는 용매일 수 있다.The organic solvent may preferably be one or two or more mixed solvents selected from tetrahydrofuran (THF), dimethyl sulfoxide (DMSO), ethanol, and methanol, and more preferably tetrahydrofuran, but must be It is not limited to the solvents listed above, and may be a solvent that is compatible with porphyrin-based compounds and does not have any separate chemical or physical interaction with hypochlorous acid or hypochlorite.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 형광 프로브 화합물은 상기 혼합 용매 내에 1.0 μM ~ 10.0 μM 농도로 용해되어 있을 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 형광 프로브 화합물은 상기 혼합 용매 내에 1.0 μM ~ 4.0 μM의 농도로 용해되어 있을 수 있다.Additionally, in a preferred embodiment of the present invention, the fluorescent probe compound may be dissolved in the mixed solvent at a concentration of 1.0 μM to 10.0 μM. More preferably, the fluorescent probe compound may be dissolved in the mixed solvent at a concentration of 1.0 μM to 4.0 μM.

만일 상기 형광 프로브 화합물이 혼합 용매 내 1.0 μM 미만의 함량으로 용해되어 있는 경우, 검출의 감도가 약해져서 센서로서 기능하기 어려우며, 10.0 μM을 초과하는 경우, 농도가 증가함에 따라 분자간의 충돌로 인해 여기 에너지의 자가소광(self-quenching)이 일어나 형광강도가 감소하고 정확한 검출이 어려워질 수 있다.If the fluorescent probe compound is dissolved in a mixed solvent at a content of less than 1.0 μM, the sensitivity of detection is weakened and it is difficult to function as a sensor, and if it exceeds 10.0 μM, the excitation energy decreases due to collisions between molecules as the concentration increases. Self-quenching may occur, reducing fluorescence intensity and making accurate detection difficult.

본 발명은 또한, 상기 형광 프로브를 포함하는 차아염소산 또는 차아염소산염 검출용 화학 센서를 제공한다. 이 센서는 바람직하게는 실리카겔 박막 센서일 수 있다.The present invention also provides a chemical sensor for detecting hypochlorous acid or hypochlorite including the fluorescent probe. This sensor may preferably be a silica gel thin film sensor.

구체적으로는, 상기 실리카겔 박막 센서는, 알루미늄 기판 상에 상기 형광 프로브를 포함하는 실리카겔을 코팅한 박막 형태일 수 있다.Specifically, the silica gel thin film sensor may be in the form of a thin film coated with silica gel containing the fluorescent probe on an aluminum substrate.

실리카겔 박막센서는 동일한 조건으로 많은 시료를 동시에 분석이 가능하며, UV 등에 의해 육안으로 결과를 관찰할 수 있는 특성으로 인하여 본 발명과 같은 물질의 검출 센서로 사용하기에 적합하다.The silica gel thin film sensor can analyze many samples simultaneously under the same conditions and is suitable for use as a detection sensor for substances such as the present invention due to the characteristic of being able to observe the results with the naked eye using UV light.

본 발명은 또한, 상기 형광 프로브 및 형광 센서를 이용하여 물(H2O) 내에 잔류하는 차아염소산 또는 차아염소산염을 검출하는 검출 방법을 제공한다. 상기 방법에서는 1) 상술한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 형광 프로브를 검사 대상인(차아염소산 또는 차아염소산염이 포함되어 있을 것으로 생각되는) 물(H2O)과 혼합하는 단계; 및 2) 상기 형광 프로브와 검사 대상물을 혼합한 혼합물을 실리카겔 박막 센서에 도입하고 감지하는 단계를 포함한다.The present invention also provides a detection method for detecting hypochlorous acid or hypochlorite remaining in water (H 2 O) using the fluorescent probe and fluorescent sensor. The method includes 1) mixing the fluorescent probe according to a preferred embodiment of the present invention described above with water (H 2 O) to be tested (hypochlorous acid or hypochlorite is thought to be contained); and 2) introducing and detecting the mixture of the fluorescent probe and the test object into a silica gel thin film sensor.

이하에서는 구체적인 실시예를 직접 들어, 본 발명의 효과를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예들이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 본 발명은 실시예에 기술하고 있는 구성 요소를 포함하는 기술적 사상의 범위 내에서 비필수적인 요소들을 추가, 삭제 또는 변경하여 실시할 수 있는 것이며, 그러한 요소들을 추가 삭제 또는 변경하여 실시하는 것은 통상의 기술자가 일반적으로 수행할 수 있는 범위 내에서 이루어지는 것으로서 그러한 실시 태양 또한 모두 본 발명의 범위 내에 속하는 것임을 이해하여야 할 것이다.Hereinafter, the effects of the present invention will be described in detail through specific examples. However, the following examples do not limit the scope of the present invention. The present invention can be implemented by adding, deleting, or changing non-essential elements within the scope of the technical idea including the components described in the embodiments, and it is a skill of those skilled in the art to implement it by adding, deleting, or changing such elements. It should be understood that all such embodiments are within the scope of the present invention as it is generally accomplished within the scope of the present invention.

[실시예][Example]

실시예 1: 형광 프로브를 포함하는 실리카겔 박막 센서 제작 및 형광반응 실험Example 1: Fabrication of a silica gel thin film sensor containing a fluorescent probe and fluorescence reaction experiment

1) 하기 화학식 4의 화합물을 아래 설명된 것과 같은 방법으로 합성하였다.1) The compound of formula 4 was synthesized in the same manner as described below.

[화학식 4][Formula 4]

구체적으로, 하기 화학식 5-1의 페노티아진 알데히드 화합물에 화학식 5-2의 dipyrromethene 화합물과 화학식 5-3의 알데히드 화합물을 반응시킨다.Specifically, the phenothiazine aldehyde compound of Formula 5-1 below is reacted with the dipyrromethene compound of Formula 5-2 and the aldehyde compound of Formula 5-3.

[화학식 5-1][Formula 5-1]

[화학식 5-2][Formula 5-2]

[화학식 5-3][Formula 5-3]

2) 이와 같이 합성된 화학식 4의 화합물을 테트라히드로푸란(THF)과 물(H2O)을 9:1의 부피비(v/v)로 혼합한 혼합 용매 내에 약 2.5 μM의 농도로 용해한 용액을 제조하였다. 이 용액을 차아염소산 또는 차아염소산염 검출용 형광 프로브로 활용하였다.2) A solution of the compound of Chemical Formula 4 synthesized as described above was dissolved at a concentration of about 2.5 μM in a mixed solvent containing tetrahydrofuran (THF) and water (H 2 O) at a volume ratio (v/v) of 9:1. Manufactured. This solution was used as a fluorescent probe for detecting hypochlorous acid or hypochlorite.

3) 상기 형광 프로브 용액 중의 프로브 화합물에 대해 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 및 40 당량의 NaClO를 포함하는 물(H2O)과 혼합하고, 그 UV-vis 스펙트럼을 측정하여 도 1a에 나타내었다. 도 1a를 참고하면, UV-vis 피크는 모든 농도에서 동일하게 나타남을 확인할 수 있었다. 이는 포르피린의 특징적인 피크로, 차아염소산염과 반응하더라도 포르피린 본체의 화학적 구조에는 영향을 주지 않았음을 의미한다. 또한, 도 3a 및 도 3b에는 상기 0 및 20 당량에 대한 혼합물을 실리카겔 박막 상에 한 방울 떨어뜨린 후 나타나는 형광의 모습을 i) 건조하기 전(도 3a, 왼쪽은 0당량, 오른쪽은 20당량), ii) 건조한 후(도 3b, 왼쪽은 0당량, 오른쪽은 20당량)에 각각 촬영한 사진이다.3) The probe compound in the fluorescent probe solution was mixed with water (H 2 O) containing 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, and 40 equivalents of NaClO, and the UV-vis spectrum was obtained. The measurements are shown in Figure 1a. Referring to Figure 1a, it was confirmed that the UV-vis peak appeared the same at all concentrations. This is a characteristic peak of porphyrin, meaning that even if it reacted with hypochlorite, the chemical structure of the porphyrin main body was not affected. In addition, Figures 3a and 3b show the fluorescence that appears after dropping a drop of the mixture for 0 and 20 equivalents on a silica gel thin film i) before drying (Figure 3a, 0 equivalents on the left, 20 equivalents on the right). , ii) Pictures taken after drying (Figure 3b, 0 equivalent on the left, 20 equivalent on the right).

4) 또한, 동일한 형광 프로브 용액에 대하여 동일하게 NaClO를 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 및 40 당량으로 포함하는 물(H2O)과 혼합하고, 그 혼합물에 대하여 형광 스펙트럼을 측정하여 도 1b에 나타내었다. 도 1b를 참고하면, 당량에 따라서 형광 세기(세로축 FL)는 검출 대상 물질인 NaClO의 당량에 비례하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 발명에 따른 형광 프로브 물질 및 이를 포함하는 화학 센서는 정량적인 물질의 검출이 가능한 장점이 있음을 확인할 수 있었다.4) Additionally, the same fluorescent probe solution was mixed with water (H 2 O) containing 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, and 40 equivalents of NaClO, and the fluorescence of the mixture was The spectrum was measured and shown in Figure 1b. Referring to Figure 1b, it was confirmed that depending on the equivalent weight, the fluorescence intensity (FL on the vertical axis) appeared in proportion to the equivalent weight of NaClO, the substance to be detected. Accordingly, it was confirmed that the fluorescent probe material and the chemical sensor containing the same according to the present invention have the advantage of being able to detect substances quantitatively.

5) 또한, 동일한 형광 프로브 용액에 대하여 50 당량으로 다양한 활성산소종을 포함하는 물(H2O)을 반응시켜, 형광 피크에서의 형광 반응 세기를 검출한 것을 비교 도시하였다. 활성산소종으로는 과산화물 음이온(O2 -), 수산화 라디칼(·OH), 일중항 산소(singlet oxygen, 1O2), 과산화수소(H2O2), 일산화질소(NO, 활성질소종이지만 비교를 위하여 함께 실험), 과산화질산염(peroxynitride, ONOO-), tert-부틸히드로과산화물(tert-butyl hydroperoxide), TBO, blank 및 NaClO(ClO-)5) In addition, the same fluorescence probe solution was reacted with 50 equivalents of water (H 2 O) containing various active oxygen species, and the intensity of the fluorescence reaction at the fluorescence peak was detected for comparison. Active oxygen species include superoxide anion (O 2 - ), hydroxyl radical (·OH), singlet oxygen ( 1 O 2 ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and nitrogen monoxide (NO), but they are active nitrogen species. (experiment together for), peroxynitride (ONOO - ), tert -butyl hydroperoxide ( tert -butyl hydroperoxide), TBO, blank and NaClO (ClO - )

실시예 2: 형광 프로브를 포함하는 실리카겔 박막센서 제작 및 형광반응 실험Example 2: Fabrication of a silica gel thin film sensor containing a fluorescent probe and fluorescence reaction experiment

실시예 1과 동일하게 실시하되, 용매를 THF와 물(H2O)를 7:3의 부피비로 혼합한 것을 사용하여 형광 프로브를 제조한 것을 다르게 하였다.The same procedure as in Example 1 was carried out, except that the fluorescent probe was prepared using a mixture of THF and water (H 2 O) at a volume ratio of 7:3 as a solvent.

실시예 3: 형광 프로브를 포함하는 실리카겔 박막센서 제작 및 형광반응 실험Example 3: Fabrication of a silica gel thin film sensor containing a fluorescent probe and fluorescence reaction experiment

실시예 1과 동일하게 실시하되, 용매를 THF 100%인 용매를 사용하여 형광 프로브를 제조한 것을 다르게 하였다.The same procedure as in Example 1 was carried out, except that the fluorescent probe was prepared using a solvent containing 100% THF.

실시예 4: 형광 프로브를 포함하는 실리카겔 박막센서 제작 및 형광반응 실험Example 4: Fabrication of a silica gel thin film sensor containing a fluorescent probe and fluorescence reaction experiment

실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 형광 프로브 화합물의 농도를 상기 혼합용액 내에 0.5 μM으로 조절한 점을 다르게 하였다.The same procedure as Example 1 was performed, except that the concentration of the fluorescent probe compound was adjusted to 0.5 μM in the mixed solution.

실시예 5: 형광 프로브를 포함하는 실리카겔 박막센서 제작 및 형광반응 실험Example 5: Fabrication of a silica gel thin film sensor containing a fluorescent probe and fluorescence reaction experiment

실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 형광 프로브 화합물의 농도를 상기 혼합용액 내에 10.0 μM으로 조절한 점을 다르게 하였다.The same procedure as Example 1 was performed, except that the concentration of the fluorescent probe compound was adjusted to 10.0 μM in the mixed solution.

비교예 1: 형광 프로브를 포함하는 실리카겔 박막센서 제작 및 형광반응 실험Comparative Example 1: Fabrication of a silica gel thin film sensor containing a fluorescent probe and fluorescence reaction experiment

실시예 1과 동일하게 실시하되, 형광 프로브 화합물을 페노티아진기가 없는 포르피린 프로브를 사용한 점을 다르게 하였다.The same procedure as in Example 1 was performed except that a porphyrin probe without a phenothiazine group was used as the fluorescent probe compound.

실시예 2 내지 실시예 5 및 비교예 1에 따라 제조한 형광 프로브 용액에 대하여 실시예 1에서와 동일하게 50 당량의 다양한 활성산소종에 대하여 형광 반응을 관찰하였다.Fluorescent reactions were observed for the fluorescent probe solutions prepared according to Examples 2 to 5 and Comparative Example 1 to 50 equivalents of various reactive oxygen species in the same manner as in Example 1.

실시예 1에서의 결과를 100으로 하였을 때 다른 것들의 상대 값을 하기 표 1에 나타내었다. 또한, OCl-에 대한 형광 반응 세기와 O2 -의 형광 반응 세기의 비율을 백분율로 나타낸 값(선택성과 관련)을 가장 오른쪽 열에 나타내어 비교하였다.When the results in Example 1 were set to 100, the relative values of other values are shown in Table 1 below. In addition, the ratio of the fluorescence response intensity for OCl - and the fluorescence response intensity for O 2 - expressed as a percentage (related to selectivity) was compared by showing in the rightmost column.

ROSROS O2 - O 2 - 1O2 1 O 2 H2O2 H 2 O 2 ONOO- ONOO- TBHPTBHP TBOTBO OCl- OCl - O2 -/OCl- O 2 - /OCl - 실시예 1Example 1 100100 100100 100100 100100 100100 100100 100100 15.6%15.6% 실시예 2Example 2 7373 7575 7777 8080 7272 7575 7777 14.8%14.8% 실시예 3Example 3 137137 140140 144144 148148 142142 140140 116116 18.4%18.4% 실시예 4Example 4 8181 7979 8484 8080 7474 7878 8383 15.2%15.2% 실시예 5Example 5 179179 180180 187187 171171 188188 164164 133133 21.0%21.0% 비교예 1Comparative Example 1 495495 586586 395395 517517 588588 530530 129129 59.9%59.9%

상기 표 1을 참고하면, THF의 혼합비가 80 vol%보다 적은 실시예 2 및 형광 프로브 화합물 농도가 1.0 μM 미만인 실시예 4에서는 모든 활성산소종에 대하여 형광 반응이 작게 나타나고, 반대로 혼합 용매가 THF 100%인 실시예 3에서는 모든활성산소종에 대하여 형광 반응이 실시예 1에 비하여 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 형광 프로브 화합물 농도가 4.0 μM를 초과하는 실시예 5에서는 모든 활성산소종에 대하여 크게 나타나지만, 그 정도가 불규칙하다.Referring to Table 1, in Example 2 where the THF mixing ratio was less than 80 vol% and Example 4 where the fluorescent probe compound concentration was less than 1.0 μM, the fluorescence response was small for all reactive oxygen species, and on the contrary, the mixed solvent was THF 100%. %, it was confirmed that in Example 3, the fluorescence response to all reactive oxygen species was greater than that in Example 1. In Example 5, where the concentration of the fluorescent probe compound exceeds 4.0 μM, all reactive oxygen species appear significantly, but the degree is irregular.

비교예 1의 경우, OCl-에 대한 형광 반응의 크기와는 별개로, 다른 화학종들 또한 유사한 크기로 측정되었으므로 선택성이 크게 낮아 본 발명의 목적에는 부합하지 않는 것을 확인할 수 있었다.In the case of Comparative Example 1, regardless of the size of the fluorescence response for OCl - , other chemical species were also measured to have similar sizes, so it was confirmed that the selectivity was significantly low and did not meet the purpose of the present invention.

Claims (11)

하기 화학식 1로 표시되는 구조로 표시되는, 선택성이 우수한 차아염소산(hypochlorous acid) 또는 차아염소산염(hypochlorite salt) 검출용 형광 프로브(probe) 화합물:
[화학식 1]

상기 화학식 1에서, R1 내지 R4 중 하나 또는 둘은 하기 화학식 2로 표시되는 페노티아진(phenothiazine)기 포함 작용기이고,
[화학식 2]

다른 하나는 하기 화학식 3으로 표시되는 구조를 가지며,
[화학식 3]

나머지는 수소(H) 또는 C1 내지 C6의 직쇄형(linear) 또는 분지쇄형(branched)의 알킬기이며,
상기 화학식 2에서 X1는 단일 결합(single bond), C6 내지 C14의 아릴렌기(arylene) 또는 C3 내지 C12의 헤테로아릴렌기(heteroarylene)이고,
상기 화학식 3에서 X2는 C6 내지 C14의 아릴렌기(arylene) 또는 C3 내지 C12의 헤테로아릴렌기(heteroarylene)이고, R`1 및 R`2는 각각 독립적으로 C8 내지 C25의 직쇄형 또는 분지쇄형의, 포화 또는 불포화된 1가의 탄화수소 사슬이다.
A fluorescent probe compound for detecting hypochlorous acid or hypochlorite salt with excellent selectivity, represented by the structure represented by the following formula (1):
[Formula 1]

In Formula 1, one or both of R 1 to R 4 are functional groups containing a phenothiazine group represented by the following Formula 2,
[Formula 2]

The other has a structure represented by Formula 3 below,
[Formula 3]

The remainder is hydrogen (H) or a C 1 to C 6 linear or branched alkyl group,
In Formula 2, X 1 is a single bond, C 6 to C 14 arylene, or C 3 to C 12 heteroarylene,
In Formula 3 , _ _ _ _ _ It is a straight or branched, saturated or unsaturated monovalent hydrocarbon chain.
제1항에 있어서,
상기 형광 프로브 화합물은, 하기 화학식 1-1의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 선택성이 우수한 차아염소산 또는 차아염소산염 검출용 형광 프로브 화합물:
[화학식 1-1]

상기 화학식 1-1에 있어서,
R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소(H) 또는 C1 내지 C6의 직쇄형 또는 분지쇄형의 알킬기이며,
X1는 단일 결합, C6 내지 C14의 아릴렌기 또는 C3 내지 C12의 헤테로아릴렌기, X2는 C6 내지 C14의 아릴렌기 또는 C3 내지 C12의 헤테로아릴렌기이고,
R`1 및 R`2는 각각 독립적으로 C8 내지 C25의 직쇄형 또는 분지쇄형의, 포화 또는 불포화된 1가의 탄화수소 사슬이다.
According to paragraph 1,
The fluorescent probe compound is a fluorescent probe compound for detecting hypochlorous acid or hypochlorite with excellent selectivity, characterized in that it has the structure of the following formula 1-1:
[Formula 1-1]

In Formula 1-1,
R 3 and R 4 are each independently hydrogen (H) or a C 1 to C 6 straight or branched alkyl group,
X 1 is a single bond, a C 6 to C 14 arylene group or a C 3 to C 12 heteroarylene group ,
R `1 and R `2 are each independently a C 8 to C 25 straight or branched, saturated or unsaturated monovalent hydrocarbon chain.
제1항에 있어서,
상기 형광 프로브 화합물은 하기 화학식 1-2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 선택성이 우수한 차아염소산 또는 차아염소산염 검출용 형광 프로브 화합물:
[화학식 1-2]

상기 화학식 1-2에 있어서,
R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소(H) 또는 C1 내지 C6의 직쇄형 또는 분지쇄형의 알킬기이며,
R`1 내지 R`2는 각각 독립적으로 C8 내지 C25의 직쇄형 또는 분지쇄형의 포화 또는 불포화된 1가의 탄화수소 사슬이다.
According to paragraph 1,
The fluorescent probe compound is a fluorescent probe compound for detecting hypochlorous acid or hypochlorite with excellent selectivity, characterized in that it is a compound represented by the following formula 1-2:
[Formula 1-2]

In Formula 1-2,
R 3 and R 4 are each independently hydrogen (H) or a C 1 to C 6 straight or branched alkyl group,
R `1 to R `2 are each independently a C 8 to C 25 straight or branched saturated or unsaturated monovalent hydrocarbon chain.
제1항에 따른 형광 프로브 화합물을 포함하는 차아염소산 또는 차아염소산염 검출용 형광 프로브.
A fluorescent probe for detecting hypochlorous acid or hypochlorite comprising the fluorescent probe compound according to claim 1.
제4항에 있어서,
상기 차아염소산 또는 차아염소산염 검출용 프로브는 유기용매 및 물(H2O)의 혼합 용매; 및
상기 혼합 용매에 용해된 제1항에 따른 형광 프로브 화합물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차아염소산 또는 차아염소산염 검출용 형광 프로브.
According to paragraph 4,
The probe for detecting hypochlorous acid or hypochlorite is a mixed solvent of an organic solvent and water (H 2 O); and
A fluorescent probe for detecting hypochlorous acid or hypochlorite, comprising: a fluorescent probe compound according to claim 1 dissolved in the mixed solvent.
제5항에 있어서,
상기 유기 용매는 테트라히드로퓨란(THF), 다이메틸설폭사이드(DMSO), 에탄올, 및 메탄올 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합 용매인 것을 특징으로 하는 차아염소산 또는 차아염소산염 검출용 형광 프로브.
According to clause 5,
A fluorescent probe for detecting hypochlorous acid or hypochlorite, wherein the organic solvent is one or two or more mixed solvents selected from tetrahydrofuran (THF), dimethyl sulfoxide (DMSO), ethanol, and methanol.
제5항에 있어서,
상기 유기 용매와 물의 혼합 용매는 상기 유기 용매의 혼합비가 80 vol% ~ 95 vol%인 것을 특징으로 하는 차아염소산 또는 차아염소산염 검출용 형광 프로브.
According to clause 5,
The mixed solvent of the organic solvent and water is a fluorescent probe for detecting hypochlorous acid or hypochlorite, characterized in that the mixing ratio of the organic solvent is 80 vol% to 95 vol%.
제5항에 있어서,
상기 형광 프로브 화합물은 상기 혼합 용매 내에 1.0 μM ~ 10.0 μM의 농도로 용해되어 있는 것을 특징으로 하는 차아염소산 또는 차아염소산염 검출용 프로브.
According to clause 5,
A probe for detecting hypochlorous acid or hypochlorite, wherein the fluorescent probe compound is dissolved in the mixed solvent at a concentration of 1.0 μM to 10.0 μM.
제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 형광 프로브를 포함하는 차아염소산 또는 차아염소산염 검출용 화학 센서.
A chemical sensor for detecting hypochlorous acid or hypochlorite comprising the fluorescent probe according to any one of claims 4 to 8.
제9항에 있어서,
상기 화학 센서는 실리카겔 박막 센서인 것을 특징으로 하는 차아염소산 또는 차아염소산염 검출용 화학 센서.
According to clause 9,
The chemical sensor is a chemical sensor for detecting hypochlorous acid or hypochlorite, characterized in that the chemical sensor is a silica gel thin film sensor.
1) 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 형광 프로브를 검사 대상인 물(H2O)과 혼합하는 단계; 및
2) 상기 형광 프로브와 검사 대상물을 혼합한 혼합물을 실리카겔 박막 상에 도입하는 단계를 포함하는 차아염소산 또는 차아염소산염 검출 방법.
1) Mixing the fluorescent probe according to any one of claims 4 to 8 with water (H 2 O) to be tested; and
2) A method for detecting hypochlorous acid or hypochlorite comprising the step of introducing a mixture of the fluorescent probe and the test object onto a silica gel thin film.
KR1020220070244A 2022-06-09 2022-06-09 Compound for fluorescent detection probe with high selectivity of hypochlorous acid and hypochlorite salt, probe and chemical sensor including the same compound and method of detection of hypochlorous acid or hypochlorite salt KR20230169741A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220070244A KR20230169741A (en) 2022-06-09 2022-06-09 Compound for fluorescent detection probe with high selectivity of hypochlorous acid and hypochlorite salt, probe and chemical sensor including the same compound and method of detection of hypochlorous acid or hypochlorite salt

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220070244A KR20230169741A (en) 2022-06-09 2022-06-09 Compound for fluorescent detection probe with high selectivity of hypochlorous acid and hypochlorite salt, probe and chemical sensor including the same compound and method of detection of hypochlorous acid or hypochlorite salt

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230169741A true KR20230169741A (en) 2023-12-18

Family

ID=89309517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220070244A KR20230169741A (en) 2022-06-09 2022-06-09 Compound for fluorescent detection probe with high selectivity of hypochlorous acid and hypochlorite salt, probe and chemical sensor including the same compound and method of detection of hypochlorous acid or hypochlorite salt

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230169741A (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Chang, et al., "Benzothiazole-based fluorescent sensor for hypochlorite detection and its application for biological imaging", ELSEVIER, 24. 11. 2016.

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mulay et al. Enhanced fluorescence turn‐on imaging of hypochlorous acid in living immune and cancer cells
Yudhistira et al. Imaging of hypochlorous acid by fluorescence and applications in biological systems
Zhou et al. Red-emission probe for ratiometric fluorescent detection of bisulfite and its application in live animals and food samples
CN111687408B (en) Fluorescent copper nanocluster, preparation method and application thereof
He et al. A fluorescent chemical sensor for Hg (II) based on a corrole derivative in a PVC matrix
Khattab et al. Selective colorimetric detection of Fe (III) using metallochromic tannin‐impregnated silica strips
Asaithambi et al. Ratiometric sensing of sulfite/bisulfite ions and its applications in food samples and living cells
Trevino et al. Highly sensitive and selective spiropyran-based sensor for Copper (II) quantification
Zhu et al. Dual-responsive fluorescent probe for hypochlorite via pH-modulated, ring-opening reactions of a coumarin-fused rhodol derivative
Cicekbilek et al. An application of a schiff-base type reaction in the synthesis of a new rhodamine-based Hg (II)-sensing agent
Kim et al. Colorimetric determination of Cu2+ ions with a desktop scanner using silica nanoparticles via formation of a quinonediimine dye
Sharma et al. Near-IR oxime-based solvatochromic perylene diimide probe as a chemosensor for Pd species and Cu 2+ ions in water and live cells
Liu et al. Two simple but effective turn-on benzothiazole-based fluorescent probes for detecting hydrogen sulfide in real water samples and HeLa cells
He et al. Highly fluorescent dihydropyrimido-diindole derivative as a probe for detecting nitrite in food products and cell-imaging
Haldar et al. Toward rapid and selective detection of hypochlorous acid in pure aqueous media and its application to cell imaging: BODIPY-derived water-soluble macromolecular chemosensor with high sensitivity
Rani et al. A highly sensitive coumarin-thiophene hybrid chemosensor for sensing of H2O2 and aluminium
Roy et al. Rhodamine scaffolds as real time chemosensors for selective detection of bisulfite in aqueous medium
Qu et al. Tracking HOCl by an incredibly simple fluorescent probe with AIE plus ESIPT in vitro and in vivo
Jagadhane et al. A Tetraphenylethene‐Based Aggregation‐Induced Emission Luminogen (AIEgen) With Mechanochromic Phenomena for Highly Selective Naked‐Eye Detection of Mno4− Directly in Aqueous Media
Wan et al. A BODIPY‐Based Far‐Red‐Absorbing Fluorescent Probe for Hypochlorous Acid Imaging
KR20230169741A (en) Compound for fluorescent detection probe with high selectivity of hypochlorous acid and hypochlorite salt, probe and chemical sensor including the same compound and method of detection of hypochlorous acid or hypochlorite salt
Ozdemir Two Colorimetric and Fluorescent Dual‐Channel Chemosensors for the Selective Detection of pH in Aqueous Solutions
Assiri et al. Highly sensitive fluorescent probes for selective detection of hypochlorite: Applications in blood serum and cell imaging
Liu et al. A benzocoumarin-based fluorescent probe for ultra-sensitive and fast detection of endogenous/exogenous hypochlorous acid and its applications
Yang et al. A highly sensitive Ru (ii) complex-based phosphorescent probe for thiophenol detection with aggregation-induced emission characteristics