WO2019199109A1 - 오염토양 또는 오염수질 복원용 화합물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 트리엔틴 또는 트리엔틴 유도체, 하기 화학식 2로 표시되는 사이클렌 또는 사이클렌 유도체, 하기 화학식 3으로 표시되는 사이클람 또는 사이클람 유도체 중에서 선택된 1종 이상을 유효성분으로 하는, 중금속 및 포름알데히드 제거를 위한 오염토양 또는 오염수질 복원용 화합물을 제공한다.

Description

오염토양 또는 오염수질 복원용 화합물
본 발명은 토양이나 수질에 존재하는 중금속 및 포름알데히드를 제거하여 오염된 토양 또는 수질을 복원하기 위한 화합물에 관한 것이다.
오늘날 도시화, 산업화, 무분별한 자원개발에 따라 배출되는 각종 유해물질들은 대기오염, 토양오염, 수질오염 등을 일으켜 인체와 환경에 악영향을 끼치고 있다.
환경부가 주관하여 실시한 2012년 산업단지 토양오염조사에 의하면 전국 5개 산업단지 693곳 중 5%에 해당하는 34곳의 부지에서 토양 및 지하수 오염이 확인되었고, 그 중 13곳이 구리, 납, 비소, 수은, 카드뮴, 크롬 등의 중금속에 오염된 것으로 조사되었으며, 일련의 보고서에 의하면 이러한 산업단지, 공단지역, 도시폐기물 처리지역 및 폐광/탄광 주변지역의 경우, 토양에 함유된 중금속의 농도는 일반적인 지역의 자연상태의 토양에 비해 몇 백배 높은 것으로 보고되고 있다.
최근에는 학교 운동장에 설치된 우레탄 인조잔디에서 기준치 이상의 중금속들이 과다 검출되는 것으로 알려져 그 심각성을 더하고 있다.
이러한 토양 속 중금속들은 빗물 등에 의해 수질로 유입되어 미나마타, 이타이이타이, 암 등 치명적인 질병을 유발할 수 있으므로, 중금속 오염에 대한 사전 예방 뿐 아니라 이미 오염된 토양의 복원은 매우 중요하다.
한편, 휘발성 유기화합물인 포름알데히드는 대기 뿐만 아니라, 그 수용액인 포르말린은 부패를 방지하기 위한 방부제, 방부목, 목재품의 접착제, 견직물 등 산업에 많이 사용되고 있는 데, 이러한 포르말린이 제조공장에서 부주의로 인해 토양속으로 일단 스며들게 되면 그 처리가 매우 어려고, 토양 뿐 아니라 심각한 지하수 오염을 유발한다. 2000년 주한미군이 한강에 포르말린을 무단 방류한 한강독극물방류 사건은 이의 심각성을 보여주는 사례이다.
이제 토양오염, 수질오염은 생태계의 자연정화능력의 범위를 벗어난 실정이므로 토양과 수질에 함유된 중금속, 포름알데히드를 효율적으로 제거하기 위한 노력이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 토양 또는 수질에 포함되어 있는 각종 중금속 및 포름알데히드를 효과적으로 제거할 수 있는 오염토양 또는 오염수질 복원용 화합물을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하기 화학식 1로 표시되는 트리엔틴 또는 트리엔틴 유도체, 하기 화학식 2로 표시되는 사이클렌 또는 사이클렌 유도체, 하기 화학식 3으로 표시되는 사이클람 또는 사이클람 유도체 중에서 선택된 1종 이상을 유효성분으로 하는, 중금속 및 포름알데히드 제거능을 가지는 오염토양 또는 오염수질 복원용 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000001
[화학식 2]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000002
[화학식 3]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000003
(상기 식들에서, R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소, -R7-COOH 또는 이들의 염이고, R7은 C1~C5의 지방족, 치환되거나 치환되지 않은 방향족 고리, 또는 복소환 6원자 또는 5원자 고리이다.)
상기 중금속 및 포름알데히드 제거 유효성분은 하기 화학식 1a의 트리엔틴, 화학식 2a의 사이클렌, 화학식 3a의 사이클람 또는 이들의 염 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
[화학식 1a]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000004
[화학식 2a]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000005
[화학식 3a]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000006
상기 트리엔틴 유도체는 하기 화학식 1b 내지 1d로 표시되는 화합물 또는 이들의 염 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
[화학식 1b]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000007
[화학식 1c]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000008
[화학식 1d]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000009
(상기 식들에서, R8, R9는 각각 독립적으로 수소 또는 C1~C4의 알킬기이고, X는 산소(O), 황(S) 또는 질소(N)이다.)
상기 사이클렌 유도체는 하기 화학식 2b 내지 2d로 표시되는 화합물 또는 이들의 염 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
[화학식 2b]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000010
[화학식 2c]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000011
[화학식 2d]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000012
(상기 식들에서, R8, R9는 각각 독립적으로 수소 또는 C1~C4의 알킬기이고, X는 산소(O), 황(S) 또는 질소(N)이다.)
상기 사이클람 유도체는 하기 화학식 3b 내지 3d로 표시되는 화합물 또는 이들의 염 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
[화학식 3b]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000013
[화학식 3c]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000014
[화학식 3d]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000015
(상기 식들에서, R8, R9는 각각 독립적으로 수소 또는 C1~C4의 알킬기이고, X는 산소(O), 황(S) 또는 질소(N)이다.)
본 발명에 따른 오염토양 또는 오염수질 복원용 화합물은 소량으로도 강력한 중금속 제거능과 포름알데히드 제거능을 가지는 한편, 인체 피부 자극 또는 독성이 없거나 매우 낮아 오염토양 또는 오염수질 복원용 화합물로 유용하게 이용될 수 있다.
본 발명자들은 오염토양에 존재하는 중금속을 효과적으로 제거할 수 있는 오염토양 복원용 화합물을 개발하기 위하여 중금속과 배위결합할 수 있는 킬레이트제에 대해 여러 연구를 진행하였다.
본 발명에 이르러, 트리엔틴(Trientine), 사이클렌(Cyclen), 사이클람(Cyclam)과 이들 유도체 화합물이 토양이나 수질에 존재하는 중금속 이온을 제거하는 데 매우 탁월하면서도, 인체에 자극이나 독성이 낮은 것을 확인하여 오염토양, 오염수질의 복원용 화합물로 유용하게 이용될 수 있음이 확인되었다. 또한 추가적인 실험에서 이들 트리엔틴, 사이클렌, 사이클람과 이들 유도체 화합물이 환경호르몬이면서 맹독성 물질인 포름알데히드(포르말린)의 제거에도 매우 효과적인 것이 확인되었다. 또한, 본 발명에 이르러, 상기 화합물들로부터 유도된 하기 신규 화합물을 합성, 실험한 결과 카르복시기의 도입으로 중금속 제거능을 향상시키는 한편, 아민 위치에 방향족이나 복소환으로 치환한 경우 인체 자극 또는 독성이 현저히 개선되는 것이 확인되었다.
한편, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 신규 트리엔틴 유도체, 하기 화학식 2로 표시되는 신규 사이클렌 유도체, 하기 화학식 3으로 표시되는 신규 사이클람 유도체를 제공한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000016
[화학식 2]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000017
[화학식 3]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000018
(상기 식들에서, R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 -R7-COOH 또는 이들의 염이고, R7은 C2~C5의 지방족, 치환되거나 치환되지 않은 방향족 고리, 또는 복소환 6원자 또는 5원자 고리이다.)
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 트리엔틴 또는 트리엔틴 유도체, 하기 화학식 2로 표시되는 사이클렌 또는 사이클렌 유도체, 하기 화학식 3으로 표시되는 사이클람 또는 사이클람 유도체 중에서 선택된 1종 이상을 유효성분으로 하는, 오염토양 또는 오염수질 복원용 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000019
[화학식 2]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000020
[화학식 3]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000021
(상기 식들에서, R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소, -R7-COOH 또는 이들의 염이고, R7은 C1~C5의 지방족, 치환되거나 치환되지 않은 방향족 고리, 또는 복소환 6원자 또는 5원자 고리이다.)
트리엔틴(trientine)은 하기 화학식 1a로 표시되며, Triethylenetetramine(TETA)로 명칭된다.
[화학식 1a]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000022
트리엔틴 중염산염(Triethylenetetramine dihydrochloride)는 생쥐실험에서 구리(copper)의 대사에 관여하는 것이 밝혀졌으며(F. W. Sunderman et al., Toxicol. Appl . Pharmacol. 38, 177 (1976)), 약리적으로는 구리에 대한 킬레이트제로 작용하여 윌슨병(Wilson's disease) 치료제로 잘 알려져 있다(J. M. Walshe, Prog. Clin . Biol. Res. 34, 271 (1979); R. H. Haslam et al., Dev . Pharmacol . Ther. 1, 318 (1980)).
사이클렌(Cyclen)은 하기 화학식 2a로 표시되는 1,4,7,10-tetraazacyclododecane의 일반명으로, 가돌리늄(Gd)과 배위결합을 통해 킬레이트를 형성하여 핵의학 조영제 등에 이용되고 있다.
[화학식 2a]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000023
사이클람(Cyclam)은 하기 화학식 3a로 표시되는 1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane의 일반명으로 핵의학 조영제 등에 이용되고 있다.
[화학식 3a]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000024
상기 트리엔틴, 사이클렌, 사이클람은 경구 또는 혈관 투여 방법을 통하여 체내의 구리 배출 또는 조영제 재료로서의 의약적 용도는 잘 알려져 있으나, 오염된 토양, 수질을 복원하기 위한 용도로의 연구는 보고된 바 없다.
본 발명에 이르러 트리엔틴, 사이클렌, 사이클람 화합물의 오염토양, 오염수질에서의 중금속 제거능과 인체 자극, 독성에 대한 결과가 개시된다. 트리엔틴, 사이클렌, 사이클람 화합물은 종래 인체 피부에 유해한 것으로 알려져 있으나, 본 발명의 실험 결과 피부 상의 중금속 제거에 효과적인 양의 사용에서는 피부 자극 또는 독성이 없거나 허용될 수 있는 정도로 낮은 것이 확인되었다.
본 발명의 토양, 수질 복원용 화합물은 중금속 제거 유효성분으로 트리엔틴, 사이클렌, 사이클람 또는 이들의 염을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 상기 트리엔틴, 사이클렌, 사이클람 화합물의 아민 위치에 카르복실기를 도입하여 중금속 배위결합도를 향상시키는 한편, 방향족 또는 복소환기를 도입하는 경우 인체 피부 자극이 현저히 저감되는 것이 확인되었다.
본 발명에 따른 트리엔틴 유도체, 사이클렌 유도체, 사이클람 유도체는 하기 화학식 1b 내지 3d로 표시되는 화합물에서 선택되는 것이 바람직하다.
[화학식 1b]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000025
[화학식 1c]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000026
[화학식 1d]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000027
[화학식 2b]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000028
[화학식 2c]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000029
[화학식 2d]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000030
[화학식 3b]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000031
[화학식 3c]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000032
[화학식 3d]
Figure PCTKR2019004427-appb-I000033
(상기 식들에서, R8, R9는 각각 독립적으로 수소 또는 C1~C4의 알킬기이고, X는 산소(O), 황(S) 또는 질소(N)이다.)
본 발명의 트리엔틴 또는 트리엔틴 유도체, 사이클렌 또는 사이클렌 유도체, 사이클람 또는 사이클람 유도체 화합물은 제한되지는 않으나 0.01 ~ 5.0 중량%, 바람직하게는 0.5 ~ 2.0 중량%의 수용액으로 토양 복원에 이용될 수 있다.
본 발명의 트리엔틴 또는 트리엔틴 유도체, 사이클렌 또는 사이클렌 유도체, 사이클람 또는 사이클람 유도체 화합물는 수용성 염의 형태로 이용될 수 있다. 본 발명의 상기 화합물은 염산염, 나트륨염, 칼륨염의 형태를 포함한다. 상기 염의 제조는 공지의 방법에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 오염토양, 오염수질 복원용 화합물은 수은, 납, 카드뮴, 비소, 크롬, 구리, 니켈, 아연, 망간, 코발트, 주석, 세슘-137, 우라늄-234, 라듐-226, 이리듐-192, 플루토늄-238 과 같은 중금속의 제거에 이용될 수 있다.
또한, 본 발명의 오염토양, 오염수질 복원용 화합물은 토양 또는 수질에 포함된 포름알데히드(포르말린)의 제거에 유용하게 이용될 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명의 오염토양, 오염수질 복원용 화합물을 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 일 예시일 뿐 하기 실시예로 본 발명의 청구범위가 제한되지는 않는다.
<트리엔틴 유도체의 합성>
실시예 1: 3 ,6,9,12- tetrakis ( carboxymethyl )-3,6,9,12-tetraazatetradecanedioic acid (화학식 1e)의 제조
Figure PCTKR2019004427-appb-I000034
Triethylenetetramine 10.0g과 아세토니트릴(ACN) 400.0ml를 투입 교반하고 K2CO3 66.1g과 Ethyl bromoacetate 78.8g을 투입하고 승온하여 48시간 환류교반하여 반응을 종결한다. 상온으로 냉각하여 여과하여 고체는 폐기하고 여액은 진공 농축한다. 농축액에 메틸렌 클로라이드(MC) 200ml, 정제수 300ml 투입후 30분간 교반후 정치하여 층분리한다. 유기층은 MgSO4 처리하여 진공 농축 후 MC-MeOH로 컬럼정제하여 Diethyl 3,6,9,12-tetrakis(2-ethoxy-2-oxoethyl)-3,6,9,12-tetraazatetradecanedioate 29.6g을 수득하였다.(수율: 64.8%)
1H NMR (CDCl3): 4.16(q, 8H), 4.14(q, 4H), 3.57(s, 8H), 3.44(s, 4H), 2.85(t, 4H), 2.78(t, 4H), 2.74(s, 4H), 1.27(t, 12H), 1.26(t, 6H)
상기 제조된 Diethyl 3,6,9,12-tetrakis(2-ethoxy-2-oxoethyl)-3,6,9,12-tetraazatetradecanedioate 29.6g과 NaOH 12.33g, MeOH 180ml, 정제수 120ml를 투입하고 55~60℃로 승온하여 12시간 교반하여 반응을 종결한다. 40℃로 냉각하고 진공 농축하여 용매를 제거하고 10% HCl 수용액으로 pH를 5~6로 맞추고 30분간 교반한다. MC 400ml를 투입하여 추출한다. 추출한 유기층은 MgSO4 처리하여 표제 화합물 15.9g을 수득하였다.(수율: 72.3.0%)
1H NMR (DMSO): 4.57(s, 8H), 4.55(s, 4H), 4.22(s, 12H)
실시예 2: 4 ,4',4'',4'''-( ((ethane-1,2-diylbis( (4-carboxyphenyl)azanediyl))bis(ethane-2,1-diyl))bis(azanetriyl))tetrabenzoic acid (화학식 1f)의 제조
Figure PCTKR2019004427-appb-I000035
트리에틸렌테트라민 10.0g, ethyl 4-bromobenzoate 108,1g, t-BuONa 46.0g과 toluene 600ml를 투입 교반한다. 35℃로 승온하여 50% (t-Bu)3P toluene solution 2.8g을 투입하고 30분간 교반하고 50℃로 승온한 후 Pd(dba)2 2.0g을 투입하고 승온하여 환류교반하여 반응을 종결한다. 상온으로 냉각하여 정제수 1000ml를 투입하고 30분간 교반 정치하여 층분리하여 수층은 폐기한다. 유기층은 MgSO4 처리하여 진공 농축 후 MC-MeOH 컬럼 정제하여 tetraethyl 4,4',4'',4'''-(((ethane-1,2-diylbis((4-(ethoxycarbonyl)phenyl)azanediyl)) bis(ethane-2,1-diyl))bis(azanetriyl))tetrabenzoate 22.9g을 수득 하였다. (수율: 32.4%)
1H NMR (CDCl3): 7.82(m, 4H), 7.71(m, 8H), 7.25(m, 8H), 6.95(m, 4H), 4.15(q, 8H), 4.11(q, 4H), 3.45~3.18(m, 12H), 1.27(t, 12H), 1.26(t, 6H)
tetraethyl 4,4',4'',4'''-(((ethane-1,2-diylbis((4-(ethoxycarbonyl)phenyl)azanediyl)) bis(ethane-2,1-diyl))bis(azanetriyl))tetrabenzoate 22.9g과 NaOH 6.1g, MeOH 180ml, 정제수 140ml를 투입하고 55~60℃로 승온하여 12시간 교반하여 반응을 종결한다. 40℃로 냉각하고 진공 농축하여 용매를 제거하고 10% HCl 수용액으로 pH를 5~6로 맞추고 30분간 교반한다. MC 200ml를 투입하여 추출한다. 추출한 유기층은 MgSO4 처리하여 표제 화합물 17.0g을 수득하였다. (수율: 89.0%)
1H NMR (DMSO): 7.80(m, 4H), 7.68(m, 8H), 7.15(m, 8H), 6.94(m, 4H), 3.41~3.28(m, 12H)
실시예 3: 5,5'-((2-((5-carboxypyridin-3-yl)(2-((5-carboxypyridin-3-yl)(2-((5-carboxypyridin-3-yl)(2-carboxypyridin-4-yl)amino)ethyl)amino)ethyl)amino)ethyl)azanediyl)dinicotinic acid (화학식 1g)의 제조
Figure PCTKR2019004427-appb-I000036
Triethylenetetramine 10.0g, ethyl 5-bromonicotinate 108,5g, t-BuONa 46.0g과 Xylene 600ml를 투입 교반한다. 35℃로 승온하여 50% (t-Bu)3P toluene solution 2.8g을 투입하고 30분간 교반하고 50℃로 승온한 후 Pd(dba)2 2.0g을 투입하고 승온하여 환류교반하여 반응을 종결한다. 상온으로 냉각하여 정제수 1000ml를 투입하고 30분간 교반 정치하여 층분리하여 수층은 폐기한다. 유기층은 MgSO4 처리하여 진공 농축 후 MC-MeOH 컬럼 정제하여 diethyl 5,5'-((2-((5-(ethoxycarbonyl)pyridin-3-yl)(2-((5-(ethoxycarbonyl)pyridin-3-yl)(2-((5-(ethoxycarbonyl)pyridin-3-yl)(2-(ethoxycarbonyl)pyridin-4-yl)amino)ethyl)amino)ethyl)amino)ethyl)azanediyl)dinicotinate 19.8g을 수득 하였다. (수율: 27.8%)
1H NMR (CDCl3): 8.92(d, 4H), 8.85(d, 2H), 8.45(d, 4H), 8.43(d, 2H), 7.89(d, 4H), 7.76(d, 2H), 4.23(q, 8H), 4.15(q, 4H), 3.42~3.11(m, 12H), 1.27(t, 12H), 1.26(t, 6H)
diethyl 5,5'-((2-((5-(ethoxycarbonyl)pyridin-3-yl)(2-((5-(ethoxycarbonyl)pyridin 3-yl)(2-((5-(ethoxycarbonyl)pyridin-3-yl)(2-(ethoxycarbonyl)pyridin-4-yl)amino)ethyl)amino)ethyl)amino)ethyl)azanediyl)dinicotinate 19.8g과 NaOH 5.3g, MeOH 160ml, 정제수 120ml를 투입하고 55~60℃로 승온하여 12시간 교반하여 반응을 종결한다. 40℃로 냉각하고 진공 농축하여 용매를 제거하고 10% HCl 수용액으로 pH를 5~6로 맞추고 30분간 교반한다. MC 160ml를 투입하여 추출한다. 추출한 유기층은 MgSO4 처리하여 표제 화합물 13.0g을 수득하였다. (수율: 78.4%)
1H NMR (DMSO): 8.95(d, 4H), 8.87(d, 2H), 8.46(d, 4H), 8.44(d, 2H), 7.89(d, 4H), 7.75(d, 2H), 3.41~3.11(m, 12H)
실시예 4: 5,5',5'',5'''-(((ethane-1,2-diylbis((5-carboxyfuran-2-yl)azanediyl))bis(ethane-2,1-diyl))bis(azanetriyl))tetrakis(furan-2-carboxylic acid) (화학식 1h)의 제조
Figure PCTKR2019004427-appb-I000037
Triethylenetetramine 10.0g, ethyl 5-bromofuran-2-carboxylate 103,3g, t-BuONa 46.0g과 toluene 600ml를 투입 교반한다. 35℃로 승온하여 50% (t-Bu)3P toluene solution 2.8g을 투입하고 30분간 교반하고 50℃로 승온한 후 Pd(dba)2 2.0g을 투입하고 승온하여 환류교반하여 반응을 종결한다. 상온으로 냉각하여 정제수 1000ml를 투입하고 30분간 교반 정치하여 층분리하여 수층은 폐기한다. 유기층은 MgSO4 처리하여 진공 농축 후 MC-MeOH 컬럼 정제하여 tetraethyl 5,5',5'',5'''-(((ethane-1,2-diylbis((5-(ethoxycarbonyl)furan-2-yl)azanediyl))bis(ethane-2,1-diyl))bis(azanetriyl))tetrakis(furan-2-carboxylate) 25.3g을 수득 하였다. (수율: 37.9%)
1H NMR (CDCl3): 7.42(m, 12H), 4.31(q, 8H), 4.28(q, 4H), 3.65~3.15(m, 12H), 1.27(t, 12H), 1.25(t, 6H)
tetraethyl 5,5',5'',5'''-(((ethane-1,2-diylbis((5-(ethoxycarbonyl)furan-2-yl)azanediyl))bis (ethane-2,1-diyl))bis(azanetriyl))tetrakis(furan-2-carboxylate) 25.3g과 NaOH 7.2g, MeOH 200ml, 정제수 150ml를 투입하고 55~60℃로 승온하여 12시간 교반하여 반응을 종결한다. 40℃로 냉각하고 진공 농축하여 용매를 제거하고 10% HCl 수용액으로 pH를 5~6로 맞추고 30분간 교반한다. MC 200ml를 투입하여 추출한다. 추출한 유기층은 MgSO4 처리하여 표제 화합물 15.0g을 수득하였다. (수율: 71.8%)
1H NMR (DMSO): 7.41(m, 12H), 3.67~3.15(m, 12H)
<사이클렌 유도체의 합성>
실시예 5: 2 ,2',2'',2'''-(1,4,7,10- tetraazacyclododecane -1,4,7,10-tetrayl)tetraacetic acid (화학식 2e)의 제조
Figure PCTKR2019004427-appb-I000038
Cyclen 10.0g과 acetonitrile 400.0ml를 투입 교반하고 K2CO3 40.1g과 Ethyl bromoacetate 42.7g을 투입하고 승온하여 40시간 환류교반하여 반응을 종결한다. 상온으로 냉각하여 여과하여 고체는 폐기하고 여액은 진공 농축한다. 농축액에 MC 200ml, 정제수 300ml 투입후 30분간 교반후 정치하여 층분리한다. 유기층은 MgSO4 처리하여 진공 농축 후 MC-MeOH로 컬럼정제하여 tetraethyl 2,2',2'',2'''-(1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetrayl)tetraacetate 15.7g을 수득하였다.(수율: 52.3%)
1H NMR (CDCl3): 4.19(q, 8H), 3.19(s, 8H), 2.48(s, 16H), 1.27(t, 12H)
tetraethyl 2,2',2'',2'''-(1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetrayl)tetraacetate 15.7g과 NaOH 5.6g, MeOH 95ml, 정제수 60ml를 투입하고 55~60℃로 승온하여 12시간 교반하여 반응을 종결한다. 40℃로 냉각하고 진공 농축하여 용매를 제거하고 10% HCl 수용액으로 pH를 5~6로 맞추고 30분간 교반한다. MC 200ml를 투입하여 추출한다. 추출한 유기층은 MgSO4 처리하여 표제 화합물 9.9g을 수득하였다. (수율: 80.5%)
1H NMR (DMSO): 3.88(s, 8H), 3.23(s, 16H)
실시예 6: 4 ,4',4'',4'''-(1,4,7,10- tetraazacyclododecane -1,4,7,10-tetrayl)tetrabenzoic acid (화학식 2f)의 제조
Figure PCTKR2019004427-appb-I000039
Cyclen 10.0g, ethyl 4-bromobenzoate 58.5g, t-BuONa 27.9g과 toluene 400ml를 투입 교반한다. 35℃로 승온하여 50% (t-Bu)3P toluene solution 2.4g을 투입하고 30분간 교반하고 50℃로 승온한 후 Pd(dba)2 1.7g을 투입하고 승온하여 환류교반하여 반응을 종결한다. 상온으로 냉각하여 정제수 1000ml를 투입하고 30분간 교반 정치하여 층분리하여 수층은 폐기한다. 유기층은 MgSO4 처리하여 진공 농축 후 MC-MeOH 컬럼 정제하여 tetraethyl 4,4',4'',4'''-(1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetrayl)tetrabenzoate 15.8g을 수득 하였다. (수율: 35.6%)
1H NMR (CDCl3): 7.81(d, 8H), 6.98(d, 8H), 4,15(q, 8H), 3.48(s, 16H), 1,25(t, 12H)
tetraethyl 4,4',4'',4'''-(1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetrayl)tetrabenzoate 15.8g과 NaOH 3.8g, MeOH 130ml, 정제수 100ml를 투입하고 55~60℃로 승온하여 12시간 교반하여 반응을 종결한다. 40℃로 냉각하고 진공 농축하여 용매를 제거하고 10% HCl 수용액으로 pH를 5~6로 맞추고 30분간 교반한다. MC 130ml를 투입하여 추출한다. 추출한 유기층은 MgSO4 처리하여 표제 화합물 11.5g을 수득하였다. (수율: 85.2%)
1H NMR (DMSO): 7.82(d, 8H), 6.97(d, 8H), 3.45(s, 16H)
실시예 7: 5 ,5',5'',5'''-(1,4,7,10- tetraazacyclododecane -1,4,7,10-tetrayl)tetranicotinic acid (화학식 2g)의 제조
Figure PCTKR2019004427-appb-I000040
Cyclen 10.0g, ethyl 5-bromonicotinate 58.7g, t-BuONa 27.9g과 xylene 400ml를 투입 교반한다. 35℃로 승온하여 50% (t-Bu)3P toluene solution 2.4g을 투입하고 30분간 교반하고 50℃로 승온한 후 Pd(dba)2 1.7g을 투입하고 승온하여 환류교반하여 반응을 종결한다. 상온으로 냉각하여 정제수 1000ml를 투입하고 30분간 교반 정치하여 층분리하여 수층은 폐기한다. 유기층은 MgSO4 처리하여 진공 농축 후 MC-MeOH 컬럼 정제하여 tetraethyl 5,5',5'',5'''-(1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetrayl)tetranicotinate 17.9g을 수득 하였다. (수율: 40.1%)
1H NMR (CDCl3): 8.95(d, 4H), 8.46(d, 4H), 7.83(d, 4H), 4,21(q, 8H), 3.38(s, 16H), 1,24(t, 12H)
tetraethyl 5,5',5'',5'''-(1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetrayl)tetranicotinate 17.9g과 NaOH 4.3g, MeOH 150ml, 정제수 110ml를 투입하고 55~60℃로 승온하여 12시간 교반하여 반응을 종결한다. 40℃로 냉각하고 진공 농축하여 용매를 제거하고 10% HCl 수용액으로 pH를 5~6로 맞추고 30분간 교반한다. MC 160ml를 투입하여 추출한다. 추출한 유기층은 MgSO4 처리하여 표제 화합물 11.6g을 수득하였다. (수율: 75.6%)
1H NMR (DMSO): 8.96(d, 4H), 8.44(d, 4H), 7.84(d, 4H), 3.36(s, 16H)
실시예 8: 5 ,5',5'',5'''-(1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetrayl)tetrakis(furan-2-carboxylic acid) (화학식 2h)의 제조
Figure PCTKR2019004427-appb-I000041
Cyclen 10.0g, ethyl 5-bromofuran-2-carboxylate 56.0g, t-BuONa 27.9g과 toluene 400ml를 투입 교반한다. 35℃로 승온하여 50% (t-Bu)3P toluene solution 2.4g을 투입하고 30분간 교반하고 50℃로 승온한 후 Pd(dba)2 1.7g을 투입하고 승온하여 환류교반하여 반응을 종결한다. 상온으로 냉각하여 정제수 1000ml를 투입하고 30분간 교반 정치하여 층분리하여 수층은 폐기한다. 유기층은 MgSO4 처리하여 진공 농축 후 MC-MeOH 컬럼 정제하여 tetraethyl 5,5',5'',5'''-(1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetrayl)tetrakis(furan-2-carboxylate) 12.6g을 수득 하였다. (수율: 30.0%)
1H NMR (CDCl3): 7.39(d, 8H), 4,35(q, 8H), 3.28(s, 16H), 1,35(t, 12H)
tetraethyl 5,5',5'',5'''-(1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetrayl)tetrakis(furan-2-carboxylate) 12.6g과 NaOH 3.2g, MeOH 100ml, 정제수 75ml를 투입하고 55~60℃로 승온하여 12시간 교반하여 반응을 종결한다. 40℃로 냉각하고 진공 농축하여 용매를 제거하고 10% HCl 수용액으로 pH를 5~6로 맞추고 30분간 교반한다. MC 100ml를 투입하여 추출한다. 추출한 유기층은 MgSO4 처리하여 표제 화합물 7.9g을 수득하였다. (수율: 73.9%)
1H NMR (DMSO): 7.40(d, 8H), 3.29(s, 16H)
<사이클람 유도체의 합성>
실시예 9: 2 ,2',2'',2'''-(1,4,8,11- tetraazacyclotetradecane -1,4,8,11-tetrayl)tetraacetic acid (화학식 3e)의 제조
Figure PCTKR2019004427-appb-I000042
Cyclam 10.0g과 acetonitrile 400.0ml를 투입 교반하고 K2CO3 34.5g과 Ethyl bromoacetate 36.7g을 투입하고 승온하여 40시간 환류교반하여 반응을 종결한다. 상온으로 냉각하여 여과하여 고체는 폐기하고 여액은 진공 농축한다. 농축액에 MC 200ml, 정제수 300ml 투입후 30분간 교반후 정치하여 층분리한다. 유기층은 MgSO4 처리하여 진공 농축 후 MC-MeOH로 컬럼정제하여 tetraethyl 2,2',2'',2'''-(1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane-1,4,8,11-tetrayl)tetraacetate 15.4g을 수득하였다. (수율: 56.8%)
1H NMR (CDCl3): 4.12(q, 8H), 3.36(s, 8H), 2,69~2.73(m, 16H), 1,60(m, 4H), 1.26(t, 12H)
tetraethyl 2,2',2'',2'''-(1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane-1,4,8,11-tetrayl)tetraacetate 15.4g과 NaOH 5.2g, MeOH 90ml, 정제수 60ml를 투입하고 55~60℃로 승온하여 12시간 교반하여 반응을 종결한다. 40℃로 냉각하고 진공 농축하여 용매를 제거하고 10% HCl 수용액으로 pH를 5~6로 맞추고 30분간 교반한다. MC 200ml를 투입하여 추출한다. 추출한 유기층은 MgSO4 처리하여 표제 화합물 9.3g을 수득하였다. (수율: 75.9%)
1H NMR (D2O): 3.51(s, 8H), 3.14(s, 8H), 3.07(t, 8H), 1.85(q, 4H)
실시예 10: 4 ,4',4'',4'''-(1,4,8,11- tetraazacyclotetradecane -1,4,8,11-tetrayl)tetrabenzoic acid (화학식 3f)의 제조
Figure PCTKR2019004427-appb-I000043
Cyclam 10.0g, ethyl 4-bromobenzoate 50.3g, t-BuONa 24.0g과 toluene 400ml를 투입 교반한다. 35℃로 승온하여 50% (t-Bu)3P toluene solution 2.0g을 투입하고 30분간 교반하고 50℃로 승온한 후 Pd(dba)2 1.5g을 투입하고 승온하여 환류교반하여 반응을 종결한다. 상온으로 냉각하여 정제수 1000ml를 투입하고 30분간 교반 정치하여 층분리하여 수층은 폐기한다. 유기층은 MgSO4 처리하여 진공 농축 후 MC-MeOH 컬럼 정제하여 tetraethyl 4,4',4'',4'''-(1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane-1,4,8,11-tetrayl)tetrabenzoate 12.3g을 수득 하였다. (수율: 31.0%)
1H NMR (CDCl3): 7.80(d, 8H), 6.94(d, 8H),4.13(q, 8H), 2,65~2.71(m, 16H), 1,65(m, 4H), 1.26(t, 12H)
tetraethyl 4,4',4'',4'''-(1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane-1,4,8,11-tetrayl)tetrabenzoate 12.3g과 NaOH 2.6g, MeOH 100ml, 정제수 70ml를 투입하고 55~60℃로 승온하여 12시간 교반하여 반응을 종결한다. 40℃로 냉각하고 진공 농축하여 용매를 제거하고 10% HCl 수용액으로 pH를 5~6로 맞추고 30분간 교반한다. MC 100ml를 투입하여 추출한다. 추출한 유기층은 MgSO4 처리하여 표제 화합물 8.6g을 수득하였다. (수율: 81.2%)
1H NMR (DMSO): 7.83(d, 8H), 6.95(d, 8H), 2,63~2.73(m, 16H), 1,62(m, 4H)
실시예 11: 5 ,5',5'',5'''-(1,4,8,11- tetraazacyclotetradecane -1,4,8,11-tetrayl)tetranicotinic acid (화학식 3g)의 제조
Figure PCTKR2019004427-appb-I000044
Cyclam 10.0g, ethyl 5-bromonicotinate 50.3g, t-BuONa 24.0g과 xylene 400ml를 투입 교반한다. 35℃로 승온하여 50% (t-Bu)3P toluene solution 2.0g을 투입하고 30분간 교반하고 50℃로 승온한 후 Pd(dba)2 1.5g을 투입하고 승온하여 환류교반하여 반응을 종결한다. 상온으로 냉각하여 정제수 1000ml를 투입하고 30분간 교반 정치하여 층분리하여 수층은 폐기한다. 유기층은 MgSO4 처리하여 진공 농축 후 MC-MeOH 컬럼 정제하여 tetraethyl 5,5',5'',5'''-(1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane-1,4,8,11-tetrayl)tetranicotinate 11.1g을 수득 하였다. (수율: 27.8%)
1H NMR (CDCl3): 8.91(d, 4H), 8.37(d, 4H), 7.85(d, 4H), 4.15(q, 8H), 2,67~2.64(m, 16H), 1,71(m, 4H), 1.24(t, 12H)
tetraethyl 5,5',5'',5'''-(1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane-1,4,8,11-tetrayl)tetranicotinate 11.1g과 NaOH 2.6g, MeOH 90ml, 정제수 70ml를 투입하고 55~60℃로 승온하여 12시간 교반하여 반응을 종결한다. 40℃로 냉각하고 진공 농축하여 용매를 제거하고 10% HCl 수용액으로 pH를 5~6로 맞추고 30분간 교반한다. MC 120ml를 투입하여 추출한다. 추출한 유기층은 MgSO4 처리하여 표제 화합물 7.4g을 수득하였다. (수율: 77.6%)
1H NMR (DMSO): 8.93(d, 4H), 8.38(d, 4H), 7.85(d, 4H), 2,67~2.66(m, 16H), 1,72(m, 4H)
실시예 12: 5 ,5',5'',5'''-(1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane-1,4,8,11-tetrayl)tetrakis(furan-2-carboxylic acid) (화학식 3h)의 제조
Figure PCTKR2019004427-appb-I000045
Cyclam 10.0g, ethyl 5-bromofuran-2-carboxylate 48.1g, t-BuONa 24.0g과 toluene 400ml를 투입 교반한다. 35℃로 승온하여 50% (t-Bu)3P toluene solution 2.0g을 투입하고 30분간 교반하고 50℃로 승온한 후 Pd(dba)2 1.5g을 투입하고 승온하여 환류교반하여 반응을 종결한다. 상온으로 냉각하여 정제수 1000ml를 투입하고 30분간 교반 정치하여 층분리하여 수층은 폐기한다. 유기층은 MgSO4 처리하여 진공 농축 후 MC-MeOH 컬럼 정제하여 tetraethyl 5,5',5'',5'''-(1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane-1,4,8,11-tetrayl)tetrakis(furan-2-carboxylate) 14.1g을 수득 하였다. (수율: 37.5%)
1H NMR (CDCl3): 7.40(d, 8H), 4.23(q, 8H), 2,65~2.71(m, 16H), 1,66(m, 4H), 1.29(t, 12H)
tetraethyl 5,5',5'',5'''-(1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane-1,4,8,11-tetrayl)tetrakis(furan-2-carboxylate) 14.1g과 NaOH 3.5g, MeOH 110ml, 정제수 85ml를 투입하고 55~60℃로 승온하여 12시간 교반하여 반응을 종결한다. 40℃로 냉각하고 진공 농축하여 용매를 제거하고 10% HCl 수용액으로 pH를 5~6로 맞추고 30분간 교반한다. MC 120ml를 투입하여 추출한다. 추출한 유기층은 MgSO4 처리하여 표제 화합물 9.4g을 수득하였다.(수율: 78.1%)
1H NMR (DMSO): 7.41(d, 8H), 2,69~2.72(m, 16H), 1,68(m, 4H)
실험예 1: 오염토양에서의 중금속 제거능
(1) 중금속 오염토양의 준비
Pb(NO3)2 162.1mg, Cd(NO3)2 211.2mg, Zn(NO3)2 292.3mg 각각을 1L 증류수에 넣어 각각의 중금속 100ppm 수용액을 준비하였다.
오염되지 않은 토양을 채취하고 분쇄 후, 망체를 이용하여 얻은 고운입자를 상기 중금속 수용액과 혼합하여 중금속으로 오염된 토양 샘플을 준비하였다.
(2) 실 험
트리엔틴, 사이클렌, 사이클람 및 실시예 1 내지 12에서 제조된 유도체 화합물 0.5g, 1.0g, 2.0g을 100ml 증류수에 넣어 0.5중량%, 1.0중량%, 2.0중량%의 토양 복원용 수용액들을 각각 준비하고, 대조구로서 EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid) 0.5중량% 토양 복원용 수용액을 준비하였다.
상기 준비된 토양 복원용 수용액 3ml 씩을 중금속으로 오염된 토양 샘플에 넣고 5분간 혼합하였다.
상기 토양 복원용 수용액과 혼합된 오염토양에 증류수 50 ml을 넣고 20분간 교반한 다음, 1시간 정치시킨 후, 상등액을 검액으로 준비하였다.
상기 준비된 검액을 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS, Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer)(XseriesTM 2, Thermo Fisher Scientific사, UK)를 이용하여 해당 중금속 성분을 분석하였다.
ICP-MS에서 비소(As)의 측정질량(m/z)는 75, 카드뮴(Cd)은 114, 니켈(Ni) 60 위치의 수치를 측정하고, 하기 수학식 1과 같이 대조구 대비 중금속 흡착율을 계산하여 표 1에 나타내었다.
[수학식 1]
중금속 흡착율(%)=(실시예의 중금속 흡착량/대조구의 중금속 흡착량)×100
시료 비소(As) 카드뮴(Cd) 니켈(Ni)
유효성분 함량 흡착량(ppm) 흡착율(%) 흡착량(ppm) 흡착율(%) 흡착량(ppm) 흡착율(%)
트리엔틴 0.5% 49 196% 68 166% 102 208%
1.0% 52 208% 75 183% 115 235%
2.0% 59 236% 79 193% 131 267%
실시예 1 0.5% 48 192% 74 180% 91 186%
1.0% 50 200% 79 193% 101 206%
2.0% 53 212% 84 205% 112 229%
실시예 2 0.5% 48 192% 75 183% 94 192%
1.0% 49 196% 86 210% 96 196%
2.0% 53 212% 88 215% 103 210%
실시예 3 0.5% 48 192% 75 183% 89 182%
1.0% 53 212% 84 205% 99 202%
2.0% 58 232% 86 210% 106 216%
실시예 4 0.5% 53 212% 67 163% 91 186%
1.0% 56 224% 74 180% 94 192%
2.0% 56 224% 80 195% 104 212%
사이클렌 0.5% 42 168% 69 168% 91 186%
1.0% 49 196% 74 180% 93 190%
2.0% 51 204% 81 198% 98 200%
실시예 5 0.5% 41 164% 60 146% 83 169%
1.0% 46 184% 66 161% 85 173%
2.0% 53 212% 74 180% 89 182%
실시예 6 0.5% 42 168% 61 149% 81 165%
1.0% 45 180% 69 168% 83 169%
2.0% 48 192% 77 188% 87 178%
실시예 7 0.5% 41 164% 62 151% 92 188%
1.0% 45 180% 72 176% 97 198%
2.0% 51 204% 76 185% 102 208%
실시예 8 0.5% 39 156% 61 149% 86 176%
1.0% 47 188% 64 156% 96 196%
2.0% 49 196% 71 173% 99 202%
사이클람 0.5% 38 152% 60 146% 81 165%
1.0% 44 176% 71 173% 86 176%
2.0% 52 208% 74 180% 93 190%
실시예 9 0.5% 42 168% 61 149% 76 155%
1.0% 46 184% 66 161% 85 173%
2.0% 48 192% 70 171% 96 196%
실시예 10 0.5% 39 156% 58 141% 79 161%
1.0% 42 168% 65 159% 92 188%
2.0% 46 184% 71 173% 94 192%
실시예 11 0.5% 38 152% 59 144% 79 161%
1.0% 41 164% 66 161% 88 180%
2.0% 47 188% 70 171% 93 190%
실시예 12 0.5% 41 164% 61 149% 77 157%
1.0% 43 172% 67 163% 84 171%
2.0% 46 184% 72 176% 89 182%
대조구(EDTA) - 25 41 49
상기 표 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 토양 복원용 화합물의 대조구와 비교할 때, 비소(Pb) 흡착율은 약 152~232%, 카드뮴(Cd) 흡착율은 141~215%, 니켈(Ni) 흡착율은 155~267%로, 유효성분의 함량이 증가할수록 중금속 흡착율이 유의적으로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 본 발명에 따른 유효성분을 함유하는 토양 복원용 화합물이 대조구에 비해 현저히 우수한 중금속 제거 효과가 있음을 의미한다.
실험예 2: 공장 주변 오염토양에서 중금속 제거능 시험
산업단지 내 공장 주변의 오염토양을 채취하고, 분쇄 후, 망체를 이용하여 얻은 고운입자의 토양 샘플을 준비하였다.
트리엔틴, 사이클렌, 사이클람 및 실시예 1 내지 12에서 제조된 유도체 화합물을 증류수에 넣어 1.0중량%의 토양 복원용 수용액들을 각각 준비하고, 대조구로서 EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid) 1.0중량% 토양 복원용 수용액을 준비하였다.
상기 준비된 토양 복원용 수용액 3ml 씩을 중금속으로 오염된 토양 샘플에 넣고 5분간 혼합하였다.
상기 토양 복원용 수용액과 혼합된 오염토양에 증류수 50 ml을 넣고 20분간 교반한 다음, 1시간 정치시킨 후, 총중금속 검사 키트(WAK-MeTM, 일본 Kyoritsu Chemical-Check Lab.)를 이용하여 오염토양 수용액의 총중금속량(Cu, Zn, Mn, Ni,Cd)을 측정하였다.
총중금속량의 측정은 수용액의 발색을 표준 색상과 비교하여 그 결과를 표 2에 도시하였다.
(황색) 0 ppm 0.2 ppm 0.5 ppm 1.0 ppm 2.0 ppm ≤5 ppm (적색)
유효성분 총중금속량(Cu, Zn, Mn, Ni, Cd) (ppm)
트리엔틴 ≤5 (적색)
실시예 1 ≤5
실시예 2 ≤5
실시예 3 ≤5
실시예 4 ≤5
사이클렌 ≤5
실시예 5 ≤5
실시예 6 ≤5
실시예 7 ≤5
실시예 8 ≤5
사이클람 ≤5
실시예 9 ≤5
실시예 10 ≤5
실시예 11 ≤5
실시예 12 ≤5
미처리 2.0
상기 표 2에 보이는 바와 같이 본 발명의 유효성분을 함유하지 않은 비교예 1의 필터에는 총중금속량은 2.0 ppm 이었으나, 본 발명에 따른 필터에 함유된 총중금속량은 모두 5 ppm 이상(≤5)으로 본 발명에 따른 필터들의 유해 중금속 흡착능이 현저한 것을 확인할 수 있다.
실험예 3: 포름알데히드(포르말린) 제거능 시험
35.0% 포름알데히드(포르말린) 용액에 정제수를 넣고 2.0% 포름알데히드 희석액을 제조하였다. 상기 희석액에 3 mol 당량에 해당하는 본 발명의 트리엔틴, 사이클렌, 사이클람과 이들의 유도체 화합물을 각각 투입하고 상온에서 교반하면서 포름알데히드 변화량을 가스 크로마토그래피(GC) 분석을 실시하여 관찰하였다.
포름알데히드의 함량은 하기 분석조건에서 실시되었으며, 초기, 30분, 180분 경과 후 포름알데히드의 함량을 표 3에 도시하였다.
<GC 분석조건>
- 검출기: 불꽃이온화검출기
- 칼럼: ZB-1 (0.32 mm × 30 m, 3.00 ㎛) 또는 이와 유사한 칼럼.
- 헤드스페이스조건: 평형온도 60 ℃, 평형시간 10 분, 이송라인온도 : 65℃
- 칼럼온도: 처음 5 분간 50 ℃로 유지하고, 그 다음 매 분 30 ℃씩 200 ℃까지 온도를 올리고 200 ℃에서 10 분간 유지.
- 검체도입부온도: 140 ℃ 부근의 일정 온도.
- 검출기온도: 250 ℃ 부근의 일정 온도.
- 운반기체: 질소
- 분할 비: 약 1:20
- 유 량: 2.5 mL/분
- 주입량: 검액 5uL를 마이크로 실린지로 바이알에 주입 밀전후 헤드스페이스조건에 따라 유지하고 증기상 1 mL를 칼럼에 주입.
- 분석시간 : 20 분
유효성분 면적(mAU*min)
Initial 30분 180분
트리엔틴 0.305 0.168 0
실시예 1 0.305 0.170 0
실시예 2 0.305 0.168 0
실시예 3 0.305 0.171 0
실시예 4 0.305 0.173 0
사이클렌 0.305 0.181 0
실시예 5 0.305 0.179 0
실시예 6 0.305 0.183 0
실시예 7 0.305 0.181 0
실시예 8 0.305 0.168 0
사이클람 0.305 0.172 0
실시예 9 0.305 0.182 0
실시예 10 0.305 0.171 0
실시예 11 0.305 0.174 0
실시예 12 0.305 0.170 0
상기 표 3에 보이는 바와 같이 GC 분석 결과, 본 발명의 화합물 투입 30분 만에 포름알데히드는 초기 대비 40~45% 정도 줄었으며, 180분 후에는 검출되지 않아 완전히 제거된 것을 확인하였다. 이는 본 발명의 유효성분이 포름알데히드와 효과적으로 흡착함을 의미하는 것으로, 본 발명에 따른 환경 호르몬이면서 맹독성 물질인 포름알데히드 제거에 유용하게 이용될 수 있음을 알 수 있다.
실험예 4: 인체 피부 자극도 시험
20-30대 남녀 각각 10명, 총 20명을 대상으로 CTFA(The Cosmetic, Toiletry & Fragrance Association. Inc. Washington, D.C., 20036, 1991) 가이드라인에 따라 첩포의 방법으로 인체피부 1차 자극시험을 실시하였다.
먼저 8mm 직경, 10 패널 핀 챔버(Finn Chamber)에 쳄버용 필터페이퍼 디스크를 안치시키고 상기 실험예 1에 따른 토양 복원용 화합물을 각각 20㎕씩 적하시키고, 10분간 자연 건조시킨 후, 등 부위에 Scanpor tape로 고정시켰다.
24시간 경과 후 핀 챔버를 제거하고 육안으로 피부 변화를 관찰하여 하기 수학식 2에 따라 피부 자극도 및 판정 등급을 계산하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
[수학식 2]
자극도 = [(±)수×1 + (+)수×2 + (++)수×3] / 피시험자수
[피부 자극 판정 기준]
(-): 홍반이나 특히 현상 없음; (±)주위보다 약간 붉어짐; (+): 주위보다 현저히 붉어짐; (++): 주위보다 심하게 붉어지고 부풀어 오름.
[피부 자극 판정 등급]
자극도 0~0.1: 등급 Ⅰ(무자극 범위); 0.11~0.3: 등급 Ⅱ(경자극 범위); 0.31~0.5: 등급 Ⅲ(중자극 범위); 0.51이상: 등급 Ⅳ(강자극 범위)
시료 판정 결과(인원) 자극도 등급
유효성분 함량(중량%) (-) (±) (+) (++)
트리엔틴 0.1% 20 0 0 0 0 I
0.5% 19 1 0 0 0.05 I
1.0% 17 3 0 0 0.15 II
실시예 1 0.1% 20 0 0 0 0 I
0.5% 19 1 0 0 0.05 I
1.0% 16 4 0 0 0.20 II
실시예 2 0.1% 20 0 0 0 0 I
0.5% 20 0 0 0 0 I
1.0% 19 1 0 0 0.05 I
실시예 3 0.1% 20 0 0 0 0 I
0.5% 20 0 0 0 0 I
1.0% 19 1 0 0 0.05 I
실시예 4 0.1% 20 0 0 0 0 I
0.5% 20 0 0 0 0 I
1.0% 19 1 0 0 0.05 I
사이클렌 0.1% 20 0 0 0 0 I
0.5% 20 0 0 0 0 I
1.0% 18 1 1 0 0.15 II
실시예 5 0.1% 20 0 0 0 0 I
0.5% 20 0 0 0 0 I
1.0% 19 1 0 0 0.05 I
실시예 6 0.1% 20 0 0 0 0 I
0.5% 20 0 0 0 0 I
1.0% 19 1 0 0 0.05 I
실시예 7 0.1% 20 0 0 0 0 I
0.5% 20 0 0 0 0 I
1.0% 20 0 0 0 0 I
실시예 8 0.1% 20 0 0 0 0 I
0.5% 20 0 0 0 0 I
1.0% 18 2 0 0 0.10 I
사이클람 0.1% 20 0 0 0 0 I
0.5% 19 1 0 0 0.05 I
1.0% 17 3 0 0 0.15 II
실시예 9 0.1% 20 0 0 0 0 I
0.5% 20 0 0 0 0 I
1.0% 18 2 0 0 0.10 I
실시예 10 0.1% 20 0 0 0 0 I
0.5% 20 0 0 0 0 I
1.0% 19 1 0 0 0.05 I
실시예 11 0.1% 20 0 0 0 0 I
0.5% 20 0 0 0 0 I
1.0% 18 2 0 0 0.10 I
실시예 12 0.1% 20 0 0 0 0 I
0.5% 20 0 0 0 0 I
1.0% 19 1 0 0 0.05 I
대조구(EDTA) 0.1% 20 2 0 0 0.10 I
0.5% 17 2 1 0 0.20 II
1.0% 15 3 2 0 0.35 III
상기 표 4에 나타나는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 중금속 킬레이트제 화합물은 인체 피부 자극 실험에서 0.5 중량% 농도 범위까지는 모두 무자극 범위인 등급 Ⅰ을 보였으며, 1.0 중량% 농도 범위에서는 트리엔틴, 사이클렌, 사이클람은 등급 Ⅱ(경자극 범위)를 보인 반면, 이들의 방향족, 복소환 유도체에서는 모두 등급 I을 보여 피부 자극 감소가 향상됨을 알 수 있다. 반면, 대조구 1의 EDTA는 1.0 중량% 농도에서 등급 Ⅲ(중자극 범위)으로 판정되어 본 발명의 화합물에 비해 피부 자극도가 높은 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 화합물은 인체에 무해하여 오염토양, 오염수질 복원에 친환경적임을 알 수 있다.
본 발명은 토양이나 수질에 존재하는 중금속 및 포름알데히드를 제거하여 오염된 토양 또는 수질을 복원하기 위한 화합물로 유용하게 이용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 트리엔틴 또는 트리엔틴 유도체, 하기 화학식 2로 표시되는 사이클렌 또는 사이클렌 유도체, 하기 화학식 3으로 표시되는 사이클람 또는 사이클람 유도체 중에서 선택된 1종 이상을 유효성분으로 하는, 중금속 및 포름알데히드 제거능을 가지는 오염토양 또는 오염수질 복원용 화합물.
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000046
    [화학식 2]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000047
    [화학식 3]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000048
    (상기 식들에서, R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소, -R7-COOH 또는 이들의 염이고, R7은 C1~C5의 지방족, 치환되거나 치환되지 않은 방향족 고리, 또는 복소환 6원자 또는 5원자 고리이다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중금속 제거 유효성분은 하기 화학식 1a의 트리엔틴, 화학식 2a의 사이클렌, 화학식 3a의 사이클람 또는 이들의 염 중에서 선택되는 것인, 중금속 및 포름알데히드 제거능을 가지는 오염토양 또는 오염수질 복원용 화합물.
    [화학식 1a]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000049
    [화학식 2a]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000050
    [화학식 3a]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000051
  3. 제1항에 있어서,
    상기 트리엔틴 유도체는 하기 화학식 1b 내지 1d로 표시되는 화합물 또는 이들의 염 중에서 선택되는 것인, 중금속 및 포름알데히드 제거능을 가지는 오염토양 또는 오염수질 복원용 화합물.
    [화학식 1b]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000052
    [화학식 1c]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000053
    [화학식 1d]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000054
    (상기 식들에서, R8, R9는 각각 독립적으로 수소 또는 C1~C4의 알킬기이고, X는 산소(O), 황(S) 또는 질소(N)이다.)
  4. 제1항에 있어서,
    상기 사이클렌 유도체는 하기 화학식 2b 내지 2d로 표시되는 화합물 또는 이들의 염 중에서 선택되는 것인, 중금속 및 포름알데히드 제거능을 가지는 오염토양 또는 오염수질 복원용 화합물.
    [화학식 2b]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000055
    [화학식 2c]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000056
    [화학식 2d]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000057
    (상기 식들에서, R8, R9는 각각 독립적으로 수소 또는 C1~C4의 알킬기이고, X는 산소(O), 황(S) 또는 질소(N)이다.)
  5. 제1항에 있어서,
    상기 사이클람 유도체는 하기 화학식 3b 내지 3d로 표시되는 화합물 또는 이들의 염 중에서 선택되는 것인, 중금속 및 포름알데히드 제거능을 가지는 오염토양 또는 오염수질 복원용 화합물.
    [화학식 3b]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000058
    [화학식 3c]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000059
    [화학식 3d]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000060
    (상기 식들에서, R8, R9는 각각 독립적으로 수소 또는 C1~C4의 알킬기이고, X는 산소(O), 황(S) 또는 질소(N)이다.)
  6. 제1항에 있어서,
    상기 트리엔틴 유도체는 하기 화학식 1e 내지 화학식 1h로 표시되는 화합물 또는 이들의 염 중에서 선택되는 것인, 중금속 및 포름알데히드 제거능을 가지는 오염토양 또는 오염수질 복원용 화합물.
    [화학식 1e]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000061
    [화학식 1f]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000062
    [화학식 1g]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000063
    [화학식 1h]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000064
  7. 제1항에 있어서,
    상기 사이클렌 유도체는 하기 화학식 2e 내지 화학식 2h로 표시되는 화합물 또는 이들의 염 중에서 선택되는 것인, 중금속 및 포름알데히드 제거능을 가지는 오염토양 또는 오염수질 복원용 화합물.
    [화학식 2e]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000065
    [화학식 2f]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000066
    [화학식 2g]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000067
    [화학식 2h]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000068
  8. 제1항에 있어서,
    상기 사이클람 유도체는 하기 화학식 3e 내지 화학식 3h로 표시되는 화합물 또는 이들의 염 중에서 선택되는 것인, 중금속 및 포름알데히드 제거능을 가지는 오염토양 또는 오염수질 복원용 화합물.
    [화학식 3e]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000069
    [화학식 3f]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000070
    [화학식 3g]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000071
    [화학식 3h]
    Figure PCTKR2019004427-appb-I000072
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중금속은 수은, 납, 카드뮴, 비소, 크롬, 구리, 니켈, 아연, 망간, 코발트, 주석, 세슘-137, 우라늄-234, 라듐-226, 이리듐-192, 플루토늄-238 으로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 중금속 및 포름알데히드 제거능을 가지는 오염토양 또는 오염수질 복원용 화합물.
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