(72) 발명자 김기봉 대전광역시유성구구성동한국과학기술원자연과학동화학과 5117 호 강지나 대전광역시유성구구성동한국과학기술원자연과학동화학과 5117 호 - 2 -

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정근 추
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1 (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 공개특허공보 (A) (11) 공개번호 (43) 공개일자 2011년11월15일 (51) Int. Cl. C07F 3/06 ( ) C09K 11/06 ( ) G01N 31/22 ( ) (21) 출원번호 (22) 출원일자 2010 년 05 월 07 일 심사청구일자 전체청구항수 : 총 12 항 2010 년 05 월 07 일 (71) 출원인 한국과학기술원 대전유성구구성동 (72) 발명자 데이비드지. 처칠 대전시유성구구성동한국과학기술원자연과학동화학과 5113 호 스네하드리나라얀카투아 대전시유성구구성동한국과학기술원자연과학동화학과 5117 호 ( 뒷면에계속 ) (74) 대리인 황이남 (54) 직접치환방법을통하여구리이온을감지하는아연이핵체화합물과그의제조방법 (57) 요약 본발명은수용액상에서구리이온을선택적으로감지하는아미노산쉬프염기아연이핵체화합물및그의제조방법에관한것으로, 보다상세하게는수용액상태에서생물학적중요한구리이온을선택적으로감지하는아미노산쉬프염기아연이핵체화합물의단단계과정으로합성하는방법을제공한다. 본발명은라이신쉬프염기리간드를가지는이핵체아연화합물의합성에있어서라이신리간드를기본으로하여 [Zn 2 (r,s-lysh) 2 (μ-oac) 2 ] ( 화합물 1), [Zn 2 (s-lysh) 2 (NO 3 ) 2 ] ( 화합물 2) 및 [H 2 lys = 6-amino-2-{(2- hydroxybenzylidene)amino}hexanoic acid] 를 in situ 방법으로합성한다. 이이핵체아연화합물은 L 또는 D/L- 라이신쉬프염기리간드를이용하여단단계과정으로합성되고, 이화합물은다양한분광학적기술및단결정 X- 선회절방법으로분석되었다. 본발명의화합물 1 과화합물 2 는형광특성을가지며수용액에좋은용해도를가지므로, 이를이용하여생리학적으로중요한구리이온을중심금속직접치환방법으로형광성및비색성을이용하여생리학적으로안정한 ph 에서감지한다. 이들화합물은중심금속이온이뒤틀어진사각뿔결합구조를가지고있음을확인하게되었다. 또한화합물의결합메카니즘분석을위하여, 화합물 2 와구리이온을이용하여직접합성하였으며, 화합물 2 와구조는비슷하고중심금속만구리로바뀐화합물 3 를합성하였다. 이를통하여화합물 2 와구리이온간의결합비가 1 : 2 임을명백히하였다. 대표도 - 도 1-1 -

2 (72) 발명자 김기봉 대전광역시유성구구성동한국과학기술원자연과학동화학과 5117 호 강지나 대전광역시유성구구성동한국과학기술원자연과학동화학과 5117 호 - 2 -

3 특허청구의범위 청구항 1 수용액상에서구리이온을선택적으로감지할수있는아미노산쉬프염기를포함하는이핵체화합물. 청구항 2 제1항에있어서, 상기아미노산쉬프염기를포함하는이핵체화합물은 [Zn 2 (r,s-lysh) 2 (μ-oac) 2 ] 또는 [Zn 2 (slysh) 2 (NO 3 ) 2 ] 인것을특징으로하는수용액상에서구리이온을선택적으로감지할수있는아미노산쉬프염기를포함하는이핵체화합물. 청구항 3 제1항또는제2항에있어서, 상기아미노산쉬프염기를포함하는이핵체화합물은작용기가치환된구조를가지는것을특징으로하는수용액상에서구리이온을선택적으로감지할수있는아미노산쉬프염기를포함하는이핵체화합물. 청구항 4 제1항또는제2항에있어서, 상기아미노산쉬프염기를포함하는이핵체화합물의중심금속이전이금속임을특징으로하는수용액상에서구리이온을선택적으로감지할수있는아미노산쉬프염기를포함하는이핵체화합물. 청구항 5 제 4 항에있어서, 상기전이금속은아연 (Zn) 임을특징으로하는수용액상에서구리이온을선택적으로감지할 수있는아미노산쉬프염기를포함하는이핵체화합물. 청구항 6 제1항에있어서, 상기아미노산쉬프염기를포함하는이핵체화합물은형광, 흡수, 원편광이색성 (Cotton effect) 의광학적성질을갖는것을특징으로하는수용액상에서구리이온을선택적으로감지할수있는아미노산쉬프염기를포함하는이핵체화합물. 청구항 7 수용액상에서구리이온을선택적으로감지할수있는아미노산쉬프염기를포함하는이핵체화합물의제조방 법. 청구항 8 제7항에있어서, 상기아미노산쉬프염기를포함하는이핵체화합물은 [Zn 2 (r,s-lysh) 2 (μ-oac) 2 ] 인것을특징으로하는수용액상에서구리이온을선택적으로감지할수있는아미노산쉬프염기를포함하는이핵체화합물의제조방법

4 청구항 9 제8항에있어서, 상기아미노산쉬프염기를포함하는이핵체화합물의제조방법은살리실알데히드 (0.52 ml, 5.00 mmol) 를메탄올에녹인용액에, Zn(OAc) 2 2H 2 O (1.09 g, 5.00 mmol) 수용액을첨가하는단계 ; 그후상온에서 30분동안교반시킨후, D/L-라이신일염산 (0.913 g, 5.00 mmol) 수용액을반응물에첨가하는단계 ; 그후수산화나트륨 (0.20 g, 5.00 mmol) 수용액과소듐아세테이트 (0.41 g, 5.00 mmol) 수용액을첨가하고, ph를 7-8 정도로유지시키는단계 ; 그후 12 시간동안교반하는단계 ; 노란색의침전물이형성되면상기침전물을거르고메탄올로씻는단계 ; 그후상온에서건조시키는단계 ; 그후물 : 메탄올 (3 : 1) 용액에서재결정을통해서 X-선회절측정에적합한무색의단결정을얻는단계 ; 를포함하는것을특징으로하는 [Zn 2 (r,s-lysh) 2 (μ -OAc) 2 ] 의제조방법. 청구항 10 제7항에있어서, 상기아미노산쉬프염기를포함하는이핵체화합물은 [Zn 2 (s-lysh) 2 (NO 3 ) 2 ] 인것을특징으로하는수용액상에서구리이온을선택적으로감지할수있는아미노산쉬프염기를포함하는이핵체화합물의제조방법. 청구항 11 제10항에있어서, 상기아미노산쉬프염기를포함하는이핵체화합물의제조방법은살리실알데히드 (0.50 ml, 5.00 mmol) 를메탄올에녹인용액에, Zn(NO 3 ) 2 (1.49 g, 5.00 mmol) 수용액을첨가하는단계 ; 그후상온에서 30분동안교반시킨후, L-라이신일염산 (0.731 g, 5.00 mmol) 수용액을반응물에첨가하는단계 ; 그후수산화나트륨 (0.20 g, 5.00 mmol) 수용액및트리에틸아민 (0.7 ml, 5.00 mmol) 을메탄올에녹인용액을첨가하고, ph를 7-8 정도로유지시키는단계 ; 그후 12 시간동안교반하는단계 ; 그후용매를증발시켜건조시키는단계 ; 상기건조물을에탄올로세척한후진공하에서다시건조시키는단계 ; 그후물 : 메탄올 (3 : 1) 용액에서재결정을통해서 X-선회절측정에적합한무색의단결정을얻는단계 ; 를포함하는것을특징으로하는 [Zn 2 (s-lysh) 2 (NO 3 ) 2 ] 의제조방법. 청구항 12 제 7 항에있어서, 상기아미노산쉬프염기를포함하는이핵체화합물은단단계과정에의해합성하는것을특징 으로하는아미노산쉬프염기이핵체화합물의제조방법. 명세서 [0001] 기술분야 본발명은아미노산라이신리간드를기본으로하는이핵체화합물 [Zn 2 (r,s-lysh) 2 (μ-oac) 2 ] ( 화합물 1) 와 [Zn 2 (s-lysh) 2 (NO 3 ) 2 ] ( 화합물 2) 의합성과화합물 1, 2 의수용액상에서의선택적인구리금속이온감지에관 한것이다. [0002] 배경기술 본발명은 구리이온감지 에관련된것으로구리금속이온은자유로운이온형태나구리금속화합물형태 로서모두생물분야나질병분야에서중요한역할을한다. 생물학적으로구리이온의항상성은생체내의물질 - 4 -

5 수송체및생명현상의균형을의미한다. 이러한항상성이깨지게되면, 병리학적으로신경감퇴를포함한징후가나타난다. 이러한신경감퇴징후로는윌슨병, 알츠하이머병, 프리온-유발질병등이있다. 따라서생명시스템에서구리이온의작용을이해하기위해구리이온수송체및수용액상에서구리이온의감지에대한다양한연구가진행되고있다. [0003] [0004] [0005] [0006] 화학및생화학분양에서금속이온감지의중요성은상당히주목을받고있으며유기화학및리간드-금속호스트-게스트화학분야를통한다양한접근방법이이루어지고있다. 금속감지기를개발하기위해서는몇가지중요한특징을가지고있어야한다. 금속이온에대한선택성및민감성이요구된다. 다양한금속이온의혼합물속에서특정이온만검출해낼수있는선택성이요구된다. 또한수용체의물리및화학적안정성도요구되며, 이는감지기와감지대상간의결합의가역성도포함한다. 또한수용액상에서감지를통하여형광특성이 on-off 및 off-on 변화가나타나는감지기도보고되어왔다. (L. Zeng, E. W. Miller, A. Pralle, E. Y. Isacoff, C. J. Chang, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 10-11; Y. Zheng, J. Orbulescu, X. Ji, F. M. Andreopoulos, S. M. Pham, R. M. Leblanc, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, ; S. H. Kim, J. S. Kim, S. M. Park, S.-K. Chang, Org. Lett. 2006, 8, ). 감지기설계에있어서상대적으로간단한합성방법도큰장점이다. 이는재생산성과도직결되는문제이다. 이러한감지기개발에있어서중요한것은생체내에서감지기는본래의목적이외의역할에대하여서는간섭하지않아야한다. 예를들어서중앙신경시스템에관계되는화학감지기라면이는뇌혈관장벽의작용에는영향을끼치지않아야한다. 즉감지기의개발에있어서선택적인금속결합능력이있어야하며, 광학적특성변화의최적화가이루어져야한다. 따라서본발명을통해단단계합성과정을가지는수용성이핵체아연화합물의합성및그의선택적인구리이온감지방법을제공하고자한다. 발명의내용 [0007] [0008] 해결하려는과제본발명의목적은수용성의쉬프염기구조를가지는이핵체아연화합물을단단계과정을통하여제조하고직접치환방법을통한구리이온감지능력을확인하는것에있다. 이들화합물의구리이온감지능력을갖는새로운화학감지기로서의가능성을제시하고, 이를통하여화학감지기를제공하고자한다. 본발명이이루고자하는기술적과제들은이상에서언급한기술적과제들로제한되지않으며, 언급되지않은또다른기술적과제들은본발명의기재로부터당해분야에서통상의지식을가진자에게명확하게이해될수있을것이다. [0009] [0010] 과제의해결수단상기와같은목적으로달성하고자본발명에서는아미노산쉬프염기리간드를가지는수용성의이핵체아연화합물의단단계과정을통한합성방법을제공한다. 나아가수용액상에서이핵체아연화합물의구리이온에대한직접치환을통한선택적감지성을확인하였고, 이핵체아연화합물과구리이온의직접적인반응을통한결합메카니즘의확인하였다. [0011] 발명의효과본발명인 직접치환방법을통하여구리이온을감지하는아연이핵체화합물과그의제조방법 에서제공하는이핵체아연화합물들은수용액에서좋은용해도를나타낸다. 나아가분광학적기술에기반한금속이온치환방법을통하여구리이온을선택적으로감지하는능력을나타내는유리한효과가있다. [0012] 도면의간단한설명 도 1 은화합물 1 및화합물 2 의합성과정을나타낸것이다. 도 2 는화합물 1 의결정구조로서 30% 확률수준의열역학적타원면에관한것이다. 도 3 은화합물 1 의결정학적 c- 축으로배열된 2D 결정구조이다. 점선은수소결합을의미한다

6 도 4는화합물 2의결정구조이다. 30% 확률수준의열역학적타원면에관한것이다. 도 5는수용액완충용액 (ph 7.4, 0.01 M HEPES, 물 : 메탄올 = 9 : 1) 에서의구리이온양 (100 μm) 의증가에따른화합물 1(50 μm) 의자외선-가시광선흡수스펙트럼의변화에관한것이다. 도 6는수용액완충용액 (ph 7.4, 0.01 M HEPES, 물 : 메탄올 = 9 : 1) 에서의화합물 1(50 μm) 에다양한금속이온 (100 μm) 의존재에따른자외선-가시광선흡수스펙트럼에관한것이다. 도 7은수용액완충용액 (ph 7.4, 0.01 M HEPES, 물 : 메탄올 = 9 : 1) 에서의화합물 1(50 μm) 에다양한금속이온 (100 μm) 의존재에따른방출스펙트럼에관한것이다. 도 8는수용액완충용액 (ph 7.4, 0.01 M HEPES, 물 : 메탄올 = 9 : 1) 에서의구리이온양 (100 μm) 의증가에따른화합물 1(50 μm) 의방출스펙트럼의변화에관한것이다. 도 9는수용액완충용액 (ph 7.4, 0.01 M HEPES, 물 : 메탄올 = 9 : 1) 에서의화합물 1(50 μm) 의구리이온 (100 μm, 2 당량 ) 및아연이온 (40 당량 ) 의존재에따른방출스펙트럼의변화에관한것이다. 도 10은 (A열) 수용액완충용액 (ph 7.4, 0.01 M HEPES, 물 : 메탄올 = 9 : 1) 에서의다양한금속이온 (500 μ M) 의존재에따른화합물 1(50 μm) 의방출강도. (B열) 화합물 1(50 μm) 과다른금속이온 (500 μm) 및구리이온 (100 μm) 혼합용액의방출강도에관한것이다. 도 11은수용액완충용액 (ph 7.4, 0.01 M HEPES) 에서의구리이온양 (100 μm) 의증가에따른화합물 2(50 μ M) 의자외선-가시광선흡수스펙트럼의변화에관한것이다. 도 12는수용액완충용액 (ph 7.4, 0.01 M HEPES) 에서의화합물 2(50 μm) 에다양한금속이온 (100 μm) 의존재에따른자외선-가시광선흡수스펙트럼에관한것이다. 도 13은수용액완충용액 (ph 7.4, 0.01 M HEPES) 에서의화합물 2(50 μm) 에다양한금속이온 (100 μm) 의존재에따른방출스펙트럼에관한것이다. 도 14는수용액완충용액 (ph 7.4, 0.01M HEPES) 에서의구리이온양 (100 μm) 의증가에따른화합물 2(50 μ M) 의방출스펙트럼의변화에관한것이다. 도 15는수용액완충용액 (ph 7.4, 0.01 M HEPES) 에서의철이온 (Fe 2+ ) 양 (100 μm) 의증가에따른화합물 2(50 μm) 의자외선-가시광선흡수스펙트럼의변화에관한것이다. 도 16은 (A열) 수용액완충용액 (ph 7.4, 0.01 M HEPES, 물 : 메탄올 = 9 : 1) 에서의다양한금속이온 (500 μm) 의존재에따른화합물 2(50 μm) 의방출강도. (B열) 화합물 2(50 μm) 과다른금속이온 (500 μm) 및구리이온 (100 μm) 혼합용액의방출강도에관한것이다. 도 17은수용액완충용액 (ph 7.4, 0.01 M HEPES) 에서의구리이온양 (200 μm) 의증가에따른화합물 2(100 μm) 의자외선-가시광선흡수스펙트럼의변화이다 nm 범위에서 d-d 전이밴드가확연하게나타난것에관한것이다. 도 18은수용성완충용액 (ph 7.4, 0.01 M HEPES) 에서화합물 2와그에 2.0 당량의구리이온을가했을때의원편광이색성스펙트럼 ( 셀길이 = 1 cm ) 이다. 도 19는화합물 2의 D 2 O 용매에서의 1 H 핵자기공명스펙트럼에관한것이다. 도 20 은화합물 2 와 2.0 당량의구리이온존재하에서 D 2 O 용매에서의 1 H 핵자기공명스펙트럼에관한것이다. 도 21 은화합물 1 의 D 2 O 용매에서의 1 H 핵자기공명스펙트럼에관한것이다. 도 22는화합물 3의결정구조로서 30% 확률수준의열역학적타원면에관한것이다. 도 23은결정구조분석을통하여화합물 2와구리이온이 1 : 2로결합하고, 용액상에서의 Job plot을통한화합물 2와구리이온의직접치환을통한결합비도 1 : 2로나타남을확인할수있는그래프이다. 도 24은구리이온존재유무에따른 ( 좌 ) 자연빛과 ( 우 ) 자외선 (365 nm) 하에서의화합물 1 용액의색변화이다

7 도 25는수용액완충용액 (ph 7.4, 0.01 M HEPES) 에서의구리이온양 (200 μm) 의증가에따른화합물 1(100 μm) 의자외선-가시광선흡수스펙트럼의변화이다 nm 범위에서 d-d 전이밴드가확연하게나타난것에관한것이다. 도 26는결정구조분석을통하여화합물 1과구리이온이 1 : 2로결합하고, 용액상에서의 Job plot을통한화합물 1과구리이온의직접치환을통한결합비도 1 : 2로나타남을확인할수있는그래프이다. [X = [1]/([1]+[Cu 2+ ])] 도 27는화합물 1의 ESI 질량스펙트럼이다. [0013] 발명을실시하기위한구체적인내용 본발명은화합물 1 인 [Zn 2 (r,s-lysh) 2 (μ-oac) 2 ] 과화합물 2 인 [Zn 2 (s-lysh) 2 (NO 3 ) 2 ] 을제조하는단계, 그들의 결정구조, 자외선 - 가시광선흡수스펙트럼및방출스펙트럼, 구리이온감지, 1 H 핵자기공명 (NMR) 및원편광 이색성 (CD) 스펙트럼을확인하는단계및결합메카니즘확인을위한화합물 3 의제조단계로구성된다. [0014] 이하에서첨부된도면을참조한실시예에의거하여구체적으로설명한다. [0015] [0016] < 실시예 1> 화합물 1 [Zn 2 (r,s-lysh) 2 (μ-oac) 2 ] 의제조방법 Zn(OAc) 2 2H 2 O (1.09 g, 5.00 mmol) 수용액을살리실알데히드 (0.52 ml, 5.00 mmol) 를메탄올에녹인용액에 가한다. 상온에서 30분동안교반시킨후, D/L-라이신일염산 (0.913 g, 5.00 mmol) 수용액을반응물에첨가한다. 그후수산화나트륨 (0.20 g, 5.00 mmol) 수용액과소듐아세테이트 (0.41 g, 5.00 mmol) 수용액을천천히반응물에가하여 ph를 7-8 정도로유지시킨다. 그후 12 시간동안교반시키다. 노란색의침전물이형성되면이를거르고메탄올로씻는다. 그후공기중에서건조시킨다. 물 : 메탄올 (3 : 1) 용액에서재결정을통해서 X- 선회절측정에적합한무색의단결정을얻을수있다. 수득률은 42% 에달한다. [0017] C, H, N 원소분석과관련하여 C 30 H 40 N 4 O 10 Zn 2 (M = g mol -1 ) 의이론값은 C 는 48.21, H 는 5.39, N 은 7.50 에 해당하고, 실험값은 C는 48.34, H는 5.22, N는 7.51에해당한다. FT-IR (KBr, ν max /cm -1 ) 결과 2947, 1638, 1601, 1450, 1384, 1305, 1195, 1155으로확인되었으며, 1 H-NMR (D 2 O : δ 4.63) 결과 (m, 2Hγ), (m, 2H δ ), (m, 2H β ), 1.83 (s, 3H-O-C(=O)Me), (t, 3 J H-H = 7.6 Hz, 2H ε ), (t, 3 J H-H = 5.9 Hz, 1H α ), (m, 2H 11,13 ), (m, 2H 10,12 ), 8.27 (s, 1H imine ) 로확인 되었다. 질량분석결과 (ESI, C 28 H 35 N 4 O 8 Zn 2 [1 - (CH 3 COO - + 2H + )] - ) 이론값 (m/z) 은 에해당하고, 실험값 (m/z) 은 에해당한다 ([ 도 1] 참조 ). [0018] 13 C-NMR (D2 O/MeOD) 결과 (4:1): (C 4 ), (C 5 ), (C 3 ), (C 6 ), (C 2 ), (C 11 ), (C 8 ), (C 13 ), (C 10 ), (C 12 ), (C 7 ), (C 9 ), (C 1 ) 으로확인되었 다 ([ 도 1] 참조 ). [0019] [0020] < 실시예 2> 화합물 2 [Zn 2 (s-lysh) 2 (NO 3 ) 2 ] 의제조방법 Zn(NO 3 ) 2 (1.49 g, 5.00 mmol) 수용액을살리실알데히드 (0.50 ml, 5.00 mmol) 를메탄올에녹인용액에가한다. 상온에서 30분동안교반시킨후, L-라이신일염산 (0.731 g, 5.00 mmol) 수용액을반응물에천천히가한다. 그후수산화나트륨 (0.20 g, 5.00 mmol) 수용액을가한다. 트리에틸아민 (0.7 ml, 5.00 mmol) 을메탄올에녹인용액을천천히반응물에가하여 ph를 7-8 정도로유지시킨다. 그후 12 시간동안교반시킨다. 반응물을건조시키고, 용매를증발시키면노란색의고체를얻을수있다. 이고체를거르고에탄올로씻은후진공하에서건조 - 7 -

8 시킨다. 물 : 메탄올 (3 : 1) 용액에서재결정을통해서 X-선회절측정에적합한무색의단결정을얻을수있다. 수득률은 42% 에달한다. C, H, N 원소분석과관련하여 C 26 H 40 N 6 O 15 Zn 2 (M = g mol -1 ) 의이론값은 C는 38.68, H는 4.99, N는 10.41에해당하고, 실험값은 C는 38.82, H는 5.09, N은 10.38에해당한다. FT-IR (KBr, ν max /cm -1 ) 결과 3425, 2947, 1639, 1600, 1448, 1385, 1290으로확인되었으며, 1 H-NMR (D 2 O : δ 4.63) 결과 (m, 2H γ ), (m, 2H δ ), (m, 2H β ), (t, 3 J H-H = 7.6 Hz, 2H ε ), (t, 3 J H-H = 5.8 Hz, 1H α ), (m, 2H 11,13 ), (m, 2H 10,12 ), 8.14 (s, 1H imine ) 으로확인되었다. 13 C-NMR (D 2 O/MeOD) 결과 (4:1): (C 4 ), (C 5 ), (C 3 ), (C 6 ), (C 2 ), (C 11 ), (C 8 ), (C 13 ), (C 10 ), (C 12 ), (C 7 ), (C 9 ), (C 1 ) 으로확인되었다 ([ 도 1] 참조 ). [0021] [0022] < 실시예 3> 화합물 1의결정구조화합물 1는삼사정계공간군 P-1 시스템으로결정화된다. 화합물 1의분자구조는 [ 도 2], [ 도 3] 와같다. X- 선회절분석결과 3의비대칭단위체는분자의반쪽만을포함하며이는반전점을중심으로하여위치하여있다. 단위체는아연중심금속에하나의 D- 또는 L- 라이신리간드가붙어있는형태이다. 아세트산염리간드는두개의아연금속원자를포함하며 [O 1, N 1, O 2, Zn 1 ] 으로이루어진평면과거의수직이다. 이러한결합형태로인하 여두개의아연금속을중심으로모두뒤틀어진사각뿔형태로결합이형성되어있다. 관찰된 Zn-O 결합길이는 ~ A 이다. 이화합물은중성이다. 연결고리역할을하는두개의아세트산염작용기때문에 NH 2 작용기는양성자를얻게된다. 본합성에서는 D/L-라이신을사용하였기때문에이이핵체화합물은라세믹화합물이며, 두개의리간드이성질체 (D-라이신및 L-라이신 ) 를포함하고있다. 고체상태에서말단의 NH 3 작용기의수소원자는쉬프염기리간드의카르복시산염의산소원자와페놀레이트의산소원자방향을위치해있음을알수있다 ([ 도 1] 및 [ 도 2] 참조 ). 이는수소결합에기인하다는것을알수있으며이를통하여화합물의 2차원구조를파악할수있다 ([ 도 3] 참조 ). [0023] [0024] < 실시예 4> 화합물 2의결정구조화합물 2는단사정계공간군 C2 시스템으로결정화된다. 두개의아연원자는모두뒤틀어진사각뿔형태의결합구조를가지며 s-라이신리간드가세군데위치에서결합한다. 또한연결고리역할을하는페놀레이트산소원자가존재하면수직방향으로는질산염이온이존재한다 ([ 도 4] 참조 ). [0025] [0026] < 실시예 5> 화합물 1 의구리이온감지실험 화합물 1 은수용액상에서높은푸른색형광특성을나타낸다 ( 양자수율 : 0.16). 고체상에서도형광특성을 나타낸다.[ 도 24] 일반적으로쉬프염기리간드는금속이온이존재하지않을때약간녹색형광을띄지만, 중 금속인수은 (Hg 2+ ) 이나납 (Pb 2+ ) 또는 d- 족금속원소인구리이온 (Cu 2+ ) 이존재할때에는형광증가가나타나지 않는다. [0027] [0028] 그러나아연이온존재시에는이민기 (C=N) 의질소원자가아연이온 (Zn 2+ ) 과강하게결합함으로써페닐기에콘쥬게이션이일어나지않게됨으로인하여강한푸른색의형광으로나타난다. 이를통하여다른금속이온을이용한직접치환방법을통한형광감소를예측할수있다. 수용액 (ph 7.4, 0.01 M HEPES 완충용액, 물 : 메탄올 = 9 : 1) 에서 ( 다양한금속이온존재 (Na +, K +, Ca 2+, Co 2+, Ni 2+, Mn 2+, Cu 2+, Zn 2+, Cd 2+, Ag +, Hg 2+, Pb 2+ ) 에따른화합물 1 의흡수및방출스펙트럼의변화를살펴보 았다. [0029] 화합물 1 의자외선 - 가시광선흡수스펙트럼을살펴보면, 267 nm 와 354 nm 에서두개의밴드가나타나며이는리 - 8 -

9 간드내전하이동전이에따른흡수스펙트럼이다. 2.0 당량의구리이온을가하게되면, 흡광도가약간감소하며최대흡수파장이 358 nm로적색이동이일어난다. 2.0 당량이후구리이온을더많은가하여도더이상의스펙트럼의변화는나타나지않았다 (100 당량까지 ). 동일한조건하에서다른금속이온 (Ca 2+, Mn 2+, Co 2+, Ni 2+, Hg 2+, Cd 2+, Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ ) 을가하였을때는흡수스펙트럼에서변화가거의나타나지않았다 ([ 도 5] 참조 ). 2 당량의납이온 (Pb 2+ ) 을가하였을때는약간의흡광도증가가나타났으며, ~12 nm 정도의최대흡수파장의청색이동이나타났다. 납이온을가하였을시흡광도의변화는있었지만, 방출스펙트럼에서는어떠한변화도나타나지않았다 ([ 도 6] 참조 ). [0030] [0031] 화합물 1 용액 (100 μm) 에구리이온용액을천천히가하였을때 (0-200 μm) 전형적인구리이온화합물의 d-d 전이흡수밴드 ( nm) 가나타나는것을관찰할수있다. 이역시구리이온에의한아연이온의화합물의직접치환의증거이다 ([ 도 25] 참조 ). 화합물 1은푸른색형광을나타낸다. 354 nm의빛으로여기시켰을때, 452 nm에서빛을방출한다. 화합물 1 용액에여러금속이온 2.0 당량을가했을때구리이온의경우에만특별한특성을보인다. 다른이온들을가했을때는부분적으로방출강도가줄어들지만, 구리이온을가했을때는완전히없어진다. 2.0 당량을가하면약 2660배정도로방출강도가감소한다 ([ 도 7] 참조 ). 452 nm에나타나는방출밴드가점차적으로감소하여 2.0 당량을가하면완전히없어진다. Job' plot 분석을통하여화합물 1과구리이온이 1 : 2 로결합하는것을알 수있다.[ 도 26 참조 ] 적정을통하여얻은결합상수 (K a ) 는약 1.14 (± 0.012) 10 8 M -1 이다 ([ 도 8] 참조 ). 다른금속경우 2.0 당량을가했을때니켈이온의경우 1.4배, 코발트이온의경우 1.9배의방출강도가감소한다. 이는구리이온의경우보다현저히작은수치이다. 구리이온감지가화합물 1에있는아연이온과의치환을통하여일어나기때문에, 그역반응도생각해볼수있다. 화합물 1과 2.0 당량의구리이온이들어있는수용액에다시 40.0 당량의아연이온을가하였을때, 형광특성을회복되지않았다. 이를통해구리이온이아연이온에비해 r-h 2 slys 리간드와강한결합성을가짐을알수있다 ([ 도 9] 참조 ). [0032] 화합물 1은수용액상에서다른이온의존재하에서도선택적으로구리이온을감지해낼수있다. 화합물 1과다른금속이온 10.0 당량혼합용액에 2.0 당량의구리이온을가하였을때발광강도가완전히감소하는것을볼수있다 ([ 도 10] 참조 ). 예를들어 Ni 2+ 나 Co 당량을가하였을때각각 2배, 4.9배의형광감소가나타나는것을관찰할수있다. [0033] [0034] < 실시예 6> 화합물 2의구리이온감지실험화합물 2는용액상에서높은푸른색형광특성을가진다 ( 양자수율 = 0.21). 화합물 1과같이아연이온의결합에의한이민기의콘쥬게이션이일어나지않음으로써형광특성을가지게된다. 수용액상 (ph 7.4, 0.01 M HEPES 완충용액 ) 에서화합물 2 용액 (50 μm) 에다양한금속이온을첨가하였을때의자외선 / 가시광선흡수스펙트럼을방출스펙트럼을측정하였다. 흡수스펙트럼에서는 267 nm와 352 nm에서큰흡수밴드가나타난다. 이밴드는리간드내전하이동전이에의한것이다. 2.0 당량의구리이온 (100 μm) 을첨가하였을때흡광도가약 간감소하며최대흡수파장이 357 nm 로적색이동이일어난다. 같은조건에서다른금속이온 (Ca 2+, Pb 2+, Mn 2+, Co 2+, Ni 2+, Hg 2+, Cd 2+ ) 을첨가하열때는스펙트럼의변화가거의나타나지않는다 ([ 도 11] 및 [ 도 12] 참조 ). [0035] 방출스펙트럼을살펴보면다른이온들을첨가하였을때는방출강도가약간감소하지만 2.0 당량의구리이온을첨가하면방출강도가최대 1290 배정도감소한다 ([ 도 13] 및 [ 도 14] 참조 ). 이스펙트럼을통해서얻어진결합상수 (K a ) 는 1.5 (± 0.14) 10 8 M -1 이다. 화합물 1과마찬가지로화합물 2의구리이온감지역시미리 존재하눈아연이온의치환을통하여일어나는반응이므로, 이반응의가역성을확인해볼수있다. 화합물 2와 2.0 당량의구리이온을넣은용액에약 40 당량의아연이온을첨가해보았지만, 방출강도의변화는나타나지않았다. 따라서 s-h 2 lys 리간드와구리이온간의결합이아연이온간의결합보다훨씬강함을알수있다. 또한화합물 2의경우에서는철이온 (Fe 2+ ) 을가하였을때역시방출강도가완전히감소하였는데, 이는반응중에 Fe 2+ 이온이 Fe 3+ 이온으로산화가되며, 이 Fe 3+ 가쉬프염기리간드를가수분해시키기때문이다 ([ 도 15] 참조 )

10 [0036] [0037] 화합물 2 역시다른이온의존재하에서도선택적으로구리이온을감지할수있는능력을보인다 ([ 도 16] 참조 ) 당량의다른금속이온존재시, 2.0 당량의구리이온을첨가하게되면방출강도가완전히감소하는것을볼수있다. 또한구리이온을가함에따라 nm에서구리이온화합물의전형적인 d-d 전이밴드가나타남을확인할수있다 ([ 도 17] 참조 ). [0038] [0039] [0040] < 실시예 7> 1 H 핵자기공명스펙트럼및원편광이색성스펙트럼화합물 2는 L-라이신존재로인하여광학활성을가진다. 수용액완충용액에서원편광이색성스펙트럼을살펴보면, 354 nm에서음의코튼효과를가짐을알수있다. 그리고구리이온을 2.0 당량첨가하면 359 nm에서새로운밴드가나타나고이는금속이온치환을통한새로운화합물이형성되었음을알수있다 ([ 도 18] 참조 ). 화합물 2의 1 H 핵자기공명스펙트럼을살펴보면 2.0 당량의구리이온을가하였을때전체적으로피크가넓어지고, 이민기와 α-양성자의피크가약 0.1 ppm 정도쉬프트되는것을볼수있다 ([ 도 19] 및 [ 도 20] 참조 ). 따라서위의원편광이색성스펙트럼과핵자기공명스펙트럼의결과를통하여화합물 2의아연이온이구리이온으로직접적으로치환이일어난다는것을알수있다. 화합물 1의 1 H 핵자기공명스펙트럼도측정하였다 ([ 도 21] 참조 ). 1 H 핵자기공명스펙트럼을통하여각각의양성자들의피크들을확인할수있다. 스펙트럼에서 1.83 ppm에서나오는피크는연결역할을하는아세테이트작용기의메틸기다. 이피크들은라이신의 -CH 2 기들과겹쳐서나타난다 ( ppm). 또한 ESI 질량스펙트럼을통하여 m/z 685.1의주피크를관찰할수있는데, 이는아연이핵체화합물에단지하나의아세테이트연결작용기가존재할때의질량이다 [C 28 H 35 N 4 O 8 Zn 2 {1(CH 3 COO + 2H + )}]. [ 도 27] 이를통하여화합물 1은묽은수용액에서는경쟁음이온들이라용매물분자의존재에의하여약간불안정하여아세테이트연결작용기가쉽게끊어질수있음을알수있다. 그러나진한농도의수용액 (0.001 M) 에서는화합물은상대적으로안정하다. 3주정도놓아두었을때도화학적안정성을나타냈으며 X선회절분석에적합한단결정 ( 두개의아세테이트작용기존재확인 ) 을얻을수있다. 화합물 1은원편광이색성스펙트럼에비활성특성을나타내는데이는화합물이라세믹 (racemic) 이기때문이다. 화합물 3 용액은 D-라이신과 L-라이신쉬프염기리간드를다가지고있다. [0041] [0042] < 실시예 8> 화합물 2 와구리이온과의반응실험 ( 화합물 3 의합성 ) 화합물 2 와구리이온간의확실한반응메카니즘을확인하기위하여, 화합물 2 와 Cu(ClO 4 ) 6H 2 O 및 Na(ClO 4 ) 를 물과메탄올 (1 : 1) 용매에서반응시켰다. 반응물은반응이진행됨에따라노란색에서초록색으로변하였고, 에탄올용매에서단결정회절분석에적합한결정을얻을수있다 ( 화합물 3). 화합물 3의결정구조는밑의 [ 도 22] 와같다. 이화합물은두개의구리이온을가지고있다. 구리원자결합구조는화합물 2의아연원자의그것과같이뒤틀어진사각뿔구조를가지고있으며, 수직축으로물분자와결합하고있다. 화합물 3의단위세포속에는 Na(ClO 4 ) 가포함되어있으며이는결정화에도움을준다. 결정구조분석을통하여화합물 2와구리이온이 1 : 2로결합함이명백해졌다. 용액상에서 Job plot을통한화합물 2와구리이온의직접치환을통한결합비도 1 : 2로나타난다 ([ 도 23] 참조 ). [0043] 이상에서첨부된도면을참조한실시예에의거하여구체적으로설명했다. 그러나이는본발명을예시하기위한것으로본발명의권리범위를이에한정하고자하는것은아니고, 이들을대체할수있는다양한균등물이존재한다. 또한본명세서및청구범위에사용된용어나단어는통상적이거나사전적인의미로한정해서해석되어서는안되고, 발명자는그자신의발명을가장최선의방법으로설명하기위해용어의개념을적절하게정의할수있다는원칙에입각하여본발명의기술적사상에부합하는의미와개념으로해석되어야만한다. [0044] 산업상이용가능성화학및생화학분양에서금속이온감지는매우중요하다. 이에유기화학및리간드-금속호스트-게스트화학분야를통한다양한접근방법이이루어지고있다. 다만금속이온감지기로서유효한효과를가지려면선택성및민감성이요구되고 ; 생체내에서본래의목적이외의역할에대하여서는간섭하지않아야하며 ; 선택적인금

11 속결합능력이있되, 광학적특성변화의최적화가이루어져야하고 ; 나아가경제적측면에서상대적으로간단 한합성방법에의해야한다. [0045] [0046] 이에본발명은단단계합성과정을가지는수용성이핵체아연화합물의합성및그의선택적인구리이온감지방법을제공한다는점에서효율성, 안정성은물론경제적측면에서도산업상이용가능성이우수하다고할것이다. 나아가본발명에서합성한쉬프염기리간드를가지는이핵체아연화합물들은수용액에서좋은용해도를보이며수용액상에서구리이온을선택적으로금속이온직접치환을통하여감지할수있음을분광학적방법을통하여확인하였는바, 이러한쉬프염기이핵체아연화합물은새로운화학센서물질로서의응용이가능함은물론, 생리학적으로중요한구리이온을감지할수있는물질로서병리학적측면에서산업상이용가능성이매우우수하다고할것이다. 도면 도면

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통권 제101호(2007년 10월호) 특허가족 건강길라잡이(비만 시리즈4) 특허가족 건강길라잡이 (비만 시리즈 4) 변리사 김 일 성 킴스국제특허법률사무소 2. 비만과 영양소 4. 무기질(Minerals) 무기질은 단백질, 당질, 지질들과 달리 에너지를 낼 수 없고, 비타민류와 달리 조리과정에서 파괴되지 않는다. 그러나 물에 용해되므로 조리 중의 용액을 버리