JP3662610B2

JP3662610B2 - カチオン検出複合構造および使用する化合物

Info

Publication number: JP3662610B2
Application number: JP24930994A
Authority: JP
Inventors: ジョン・エドウィン・トレンド; キャリー・アラン・キプケ; ミッチェル・アラン・ロスマン; マサオ・ヤフソ; サンジャイ・ラックスマン・パティル
Original assignee: テルモカーディオバスキュラーシステムズコーポレイション
Priority date: 1993-10-21
Filing date: 1994-10-14
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2020-06-22
Also published as: EP0649848B1; ATE239734T1; DE69432623D1; DE69432623T2; EP0649848A1; JPH07188248A; CN1055288C; CN1106407A; US5474743A; CA2133169A1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明には、蛍光クマロ-クリプタンドイオン透過体、および、それらの合成方法および使用方法が開示されている。これらのイオン透過体はカチオン検出剤として有用である。本発明には、これらのクマロ-クリプタンドイオン透過体を含み、かつ連続検出用途に有用なカチオン検出複合構造も開示されている。
【０００２】
【従来の技術】
様々な液体中のイオン性化合物濃度の測定は、段々通常の方法となってきた。いくつかの環境試験方法には、１種以上の金属イオン、特に重金属イオンの頻繁なおよび時には連続的な定量が含まれる。同様に、ある医療診断法および治療方法には、１種以上の患者の体液中の１種以上のイオンの頻繁なおよび時には連続的な定量が含まれる。より良い連続試験方法に対する要求が、徐々に明らかになってきた。血液および他の体液中の血清カリウムイオン（Ｋ⁺）レベルの連続かつ同時監視が、特に心臓バイパス手術の間に、非常に望ましい。
【０００３】
金属カチオン濃度の測定に対して、様々な方法が報告されてきた。例として、イオン交換膜をベースとする検出；試薬を使用する分光光度技術および蛍光分析技術；湿潤電極；およびイオン透過体を含む。これらの内のいくつかはアルカリ金属イオン濃度の測定には有効でない。しかし、通常アルカリ金属イオン濃度の測定に用いられる方法の中には、様々な光学的特性を監視するものもある。これらの内、蛍光を測定する技術としては分光分析をベースとする方法が好ましい。蛍光を用いる方法は、励起(プローブ)および放射(シグナル)波長の本質的分離を基礎とする感度および操作上の便利さを有する。生体外のカチオン濃度測定に有用な化合物が、例えば米国特許第4,808,539号に開示されている。
【０００４】
生体内システムに使用するファイバーオプチック化学センサーは、既知である。例えば、センサーが分析試料に作用し、光学的変化を検出するようにファイバーオプチック導波管へ化学センサーを導入することは、米国特許第4,577,109号に開示されている。ファイバーオプチックス導波管内の化学センサーとしての蛍光エネルギー伝達指示計は、米国特許第5,037,615号に開示されている。共鳴エネルギー伝達エネルギーを発生させるほど充分に吸収体物質に近接した、基材に固定した蛍光剤によって発生したシグナルを監視するのにファイバーオプチックスを用いることが、米国特許第4,929,561号に開示されている。米国特許第4,822,746号には、光吸収配位子および光吸収錯体の組合せによる蛍光発生物質を含有する系内の蛍光を検出するのにファイバーオプチックスを用いることが開示されている。半透膜を通して特定のアルカリ金属イオンを選択的に透過する可動イオン透過体と接触するポリマーカチオン材料および蛍光アニオン材料を含む溶液から成る系内のファイバーオプチックスによる蛍光の検出が、米国特許第4,762,799号に開示されている。
【０００５】
生体内/生体外で使用される可能性のある様々な蛍光分析法が、開示されている。例えば、蛍光透過体としてのローダミンエステルおよびメロシアニン540、およびイオン透過体としてのバリノミシン(valinomycin)から成る蛍光プローブは既知である。最近、蛍光透過体としてローダミン(Rhodamine)-Bを選択的に錯体カリウムイオンに結合させた2,2-ビス［3,4-(15-クラウン-5-)-2-ニトロフェニルカルバモキシメチル］テトラデカノール-14を使用するファイバーオプチックスセンサーが開示されている。この装置は特に生体内の使用に対して設計されている。しかし、それによって、補償しないなら、そのイオンのドンナン(Donnan)排除を誘導し検出し得る、染料-イオン透過体種のポテンシャルの外部への移動；重合時間で決定されるべき（架橋密度による）浸透性の制御；エステル結合の加水分解のためのポテンシャル不安定性；およびマトリックスの実効電荷の制御の欠乏を含む様々な制限が課せられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらの方法のいくつかは、生理学的濃度での、特に生理学的pＨでの水性媒質内でのアルカリ金属イオンに対する感度および選択性の不足に悩まされてきた。選択性の問題のいくつかを克服する１つの方法は、例えば西独国特許第3202779 A1号に開示の、カリウムと選択的に錯体を形成するクリプタンドを使用することに基づく。しかし、検出が光学的吸収をベースとするので、その方法の感度は限定される。また、その方法は有機塩基の存在下で有機溶媒中で行われなければならないので、連続的な血液または液体の測定の役には立たない。米国特許第5,162,525号には、様々なクリプタンド類と化合する4-メチル-クマリン部分をベースとする蛍光を発生するイオン透過体の一群をが開示されている。カリウムイオンに対して選択性を有する以下の化学式の構造を有する［2.2.2］クリプタンド誘導体は、前述の選択性の限定により悩まされず、蛍光によるカリウムイオン濃度の測定を可能とする。
【化４】

【０００７】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
要するに、本発明は、以下の一般式の構造を有する蛍光イオン透過性化合物であって、
【化５】

ｍおよびｎは独立して０または１；
Ｒは電子求引基または分極性基であり；および
Ｚは酸素またはＮ-Ｒ''、ここでＲ''はＨまたはＣ₁〜Ｃ₄アルキル基を表し；350〜440nmの領域に吸光度の最大値を有する化合物を提供する。
【０００９】
他の態様において、本発明は、以下の一般式の構造を有するビス置換芳香族化合物であって、
【化６】

Ｙは水素およびアルデヒド基であり、
Ｌは塩素、臭素およびヨウ素、およびアルキルスルホネートおよびアリールスルホネート基から成る群から選択される化合物を提供する。
【００１０】
更なる態様において、本発明は、蛍光イオン透過性化合物と直接または結合基によって共有結合した基材を有するカチオン検出複合構造を提供し、該蛍光イオン透過性化合物は、Ｒが基材または結合基の内の少なくともどちらかで官能基と化学反応し得る少なくとも１つの官能基を含有する前述の一般式(式Ａ)の構造を有する。（「直接結合した(directly bound)」により、式ＡのＲ原子および基材表面上の原子の間の共有結合を表す。）
【００１１】
更なる態様において、本発明は、a)1)上記ビス置換芳香族化合物(式Ｂ)と、
2)約等モル量の(a)および(b)の内の１つ：
(a)一般式Ａ-ＣＨ₂-Ｂの構造を有する二官能価メチレン化合物であって、
要すれば、該ビス置換芳香族化合物のＹがアルデヒド基という制限下で有効量の触媒存在下で、
ＡはＲまたはその直接の先駆物質であり、Ｒは前述のものと同意義、
Ｂはカルボキシルおよびニトリル基から成る群から選択される、
二官能価メチレン化合物、
(b)以下の一般式の構造を有するオレフィン化合物であって、
【化７】

該ビス置換芳香族化合物のＹが水素という制限下でルイス酸存在下で、
ＤおよびＦは、ＡおよびＢから成る群から独立して選択され、
Ｇは少なくとも１つの孤立電子対を有する原子を含む基、および
Ｒ'は水素または低級アルキル(即ち、１〜４個の炭素原子を有するもの)
であるオレフィン化合物：
と縮合し、残基末端ビス-エトキシクマリン誘導体を提供する段階；および
b)段階a)から誘導したクマリンを約等モル量のジアザクラウン化合物と反応させることにより、イオン透過性化合物のクリプタンド部分を生じ、蛍光イオン透過性化合物を提供する段階；
から成る前述の蛍光イオン透過性化合物を調整する方法を提供する。
【００１２】
なお更なる態様において、本発明は、(a)イオンを運搬し得、そのイオンを検出複合構造に拡散して検出複合材料の蛍光イオン透過性化合物を有する平衡錯体を形成する手段を可能または提供する金属イオン含有媒質と接触する蛍光イオン透過性化合物を含有する前で開示した検出複合構造を提供する段階であって、イオン透過性化合物錯体がほぼλ₁に中心を有する波長領域の光を照射すると、ほぼλ₂に中心を有する波長領域の光を放射し得る、ここでλ₂はλ₁より少なくとも10nm大きく、λ₁は350〜440nmの範囲である；(b)錯体が収束および検出される波長λ₂の可視光を放射するに十分な時間、ほぼλ₁に中心を有する波長領域の光で錯体をインタロゲイトさせる段階；(c)要すれば、放射光と金属イオン濃度との関連を明らかにし金属イオン濃度を測定する段階；から成るカチオンの存在および濃度を検出する方法を提供する。
【００１３】
本明細書中で、他に記載がなければ、以下の定義を適応する：
「基(group)」または「化合物(compound)」または「部分(moiety)」により、
所望の生成物を妨害しない通常の置換基によって、置換可能な化学種を表し;
「クマロクリプタンド(coumarocryptand)」により、クリプタンド部分に６位および７位でベンゾ縮合したクマリン部分を表し；
「アルキル(alkyl)」により、最も長い分子鎖で１〜30個の炭素原子を有する直鎖状または分岐状アルキル基を表し；
「アリール(aryl)」により、その環または複数の環中に５〜１５個の炭素原子またはヘテロ原子を有する芳香族環状または芳香族縮合環系を表し；
「芳香族(aromatic)」により、その環または複数の環中に５〜15個の炭素原子またはヘテロ原子を有し、環の電子が非局在化されている環状または縮合環系を表し；そして「インタロゲイト(interrogate)」により、励起放射線源にさらすことを表す。
【００１４】
本発明には、他の一価および二価のカチオンに対して非常に高い選択性を有する他のクマロクリプタンド類と同様、Ｐb⁺²またはＢa⁺²の不在下で、Ｋ⁺に対して非常に高い選択性を有するクマロ［2.2.2］-クリプタンドイオン透過体が開示されている。更に、本発明の［2.2.2］クマロクリプタンドは、水性媒質内で用いると、Ｋ⁺に対して非常に高い選択性を有する。（「高い選択性を有する(highly selective)」により、Ｋ⁺/Ｎa⁺錯形成反応比が少なくとも20:１であることを表す。）本発明のイオン透過体のクリプタンド部分がカチオンと錯体を形成する時、特定試料中のカチオン濃度を蛍光分析により同定し得るように、イオン透過体の光学特性が変化する。
【００１５】
クマリン置換基およびクマリン環のそれらの部分を選択することにより、本発明のイオン透過体の励起の最大が350〜約440nmの領域に入ることを保証し得る。このことは、本発明のイオン透過体を、約330nmに励起の最大を有することを報告した米国特許第5,162,525号に開示の4-メチル化合物とは違って、従来のガラスオプチックスに使用し得ることを示す。加えて、4-メチル化合物とは違って、本発明により教示された置換基により、基材に結合する便利でかつ、加水分解および熱的に安定な方法を提供し、本発明のイオン透過体を容易に連続血液接触試験方法に組込み得る。更に、励起の最大で連続照射する際に、4-メチル化合物が大きな蛍光出力の損失（たぶん同類の4-メチルクマリンレーザー染料において既知の、メチル基の光酸化による）を被るように見えるのに対して、本発明のイオン透過体は良好な蛍光安定性を示す。
【００１６】
本発明の蛍光イオン透過体は、前述の一般式Ａの構造を有する。クマリン環の３の位置にＲを配置することおよびそれを電子求引または分極基に限定することによって、これらイオン透過体の最大吸収波長を、従来のガラスオプチックスを用いるシステムに使用し得る点まで増加した。
【００１７】
これらユニットの第１番目にはクリプタンド基を含有する。その分子のこの部分は、分析するカリウムイオンに物理的に作用する単位である。参照文献としてレーン(Lehn)およびソーベージ(Sauvage)の「［2］-クリプテーツ(Cryptates)：スタビリティー・アンド・セレクティビティー・オブ・アルカリ・アンド・アルカリン-アース・マクロバイサイクリック・コンプレックスイズ(Stability and Selectivity of Alkali and Alkaline-Earth Macrobicyclic Complexes)」J.Am.Chem.Soc.1975年、第97巻、6700〜07ページを挙げることができるが、クリプタンドケージ(cage)は特定カチオンが錯体を形成するのに有用であることは当業者間で公知である。［2.2.1］ケージのサイズ(約0.21nm)により、同様の直径を有するカチオン(例えば、Ｎa⁺およびＣa⁺²)に対して相当の選択性を有するようになり、［2.1.1］ケージのサイズ(約0.16nm)により、同様の直径を有するカチオン(例えば、Ｌi⁺およびＭg⁺²)に対して相当の選択性を有するようになるのに対して、酸素および窒素原子により囲まれた［2.2.2］ケージのサイズ(約0.28nm)により、この単位が同様の直径を有するカチオン(例えば、Ｋ⁺、Ｐb⁺²、Ｓr⁺²およびＢa⁺²)に対して相当の選択性を有するようになる。（更に、これらクマロクリプタンド類を、Ｋ⁺、Ｎa⁺またはＬi⁺の生理学的濃度を測定するシステムに組み込めば、重金属がこれらイオンの内の１つの分析を妨害し得る濃度に含まれることはない。）このサイズ選択性は、例えば、Ｋ⁺以外にイオンを含む生理学的試料を［Ｋ⁺］に対して定量的に分析なら、臨界である。クリプタンド基は分析試料のpＨに依存して、一または二プロトン化形(mono- or diprotonated form)に成り得る。橋頭窒素で起こるプロトン化は、生理学的pＨ領域を越えて、(他の金属イオン以上に)Ｋ⁺に対するクマロクリプタンドの選択性に有意な影響は与えないが、クマロクリプタンド種の組合せた蛍光強度に影響を与え得る。
【００１８】
本発明のイオン透過体の第２の特定単位は、３の位置で置換したクマリン基である。この単位は「伝達(reporting)」単位と考えられている。例として生理学的試験を用いて、クリプタンドケージにプロトンまたはＮa⁺が存在すると、クマリン単位は特徴的な蛍光強度-波長の図を示す。Ｋ⁺がクリプタンドケージの酸素および窒素原子と錯体を形成すると、蛍光強度の増大が観察される。換言すれば、カリウム錯体の形成によりクマリン単位の蛍光収量が増加する。特定のクリプタンド基に選択性を有する他のカチオンに対しても、同様のメカニズムがあてはまる。
【００１９】
本発明において、クマリン単位のカルボキシル官能基は、イミン官能基によりイオン透過性に影響を与えることなく置換され得る。しかし、もし本発明の分子を水性酸性環境下で用いるなら、このイミン官能基はカルボキシル基を加水分解し得る。
【００２０】
クマリン単位の３の位置は電子求引または分極基、Ｒによって置換される。米国特許第5,162,525号（マシリマニ(Masilimani)等）の例とは異なって、本発明では、本発明の蛍光イオン透過体のクマリン部分がカルボキシル/イミン基に隣接する炭素で置換されることが必要である。この位置にＲを配置することによって、本発明のイオン透過体は、４の位置で置換されたクマリン類より多少大きな(例えば、20％大きい)収量を有する。このことは、低下した励起強度を用い、それによって光崩壊の確度を低減し、より低強度光源を使用し得ることを表す。加えて、Ｒを電子求引または分極基に限定すると、充分に赤色側にシフト(即ち、350〜440nmの領域)し、従来のガラスオプチックスに使用することおよび光崩壊の感受性を減じることを可能とする励起の最大を有するイオン透過体を得ることが明らかとなった。
【００２１】
本発明のイオン透過体内の置換基として使用し得る電子求引または分極基には、カルボキシル、カルボキシアミド、スルホニルアリール、エステル、ケト-アルキルエステルおよび（おそらく１箇所以上で置換された）芳香族基を含む。好ましいＲ基には、エステル類、ケト-アルキルエステル類および置換芳香族基、例えば置換フェニル類、ベンズイミダゾリル類、ベンズオキサゾリル類およびベンズチアゾリル類を含む。エステル類の内、エチルエステルは特に好ましく；ケト-アルキルエステル類の内、-(ＣＯ)ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂(ＣＯ)ＯＣＨ₂ＣＨ₃は特に好ましい。好ましい芳香族置換基には、アミン類、カルボン酸おそらくスルホン酸を含む。
【００２２】
エステル類およびケト-アルキルエステル類および置換芳香族基の環のカルボニル部分は、マシリマニ(Masilimani)等の例に示されるメチル基より、励起領域を越えて照射による蛍光分析の間に起こる光酸化を受けるようにはとても見えない。更に、その置換基が置換芳香族基であると、様々な置換基は適切な共有結合点を供給し得；その置換基がエステルおよびケト-アルキルエステルであると、加水分解中に、これら基のカルボキシ部分は同様に適切な共有結合点を供給し得る。
【００２３】
本発明のクマロクリプタンドイオン透過体の調製は、基本的中間体（前述の式Ｂ）またはその中間体先駆物質（以下に示す反応式のIII）を提供する一般反応式をベースとしており、式中Ｌは残基、例えばハロゲン（フッ素以外）および、アルキルおよびアリールスルホネート類、例えばメシル、トシル、ブロシルを表す。様々なクマリン類およびその結果のクマロクリプタンドをこの中間体から様々な方法によって合成し得る。
【００２４】
それらの例では、前述のように、どんな残基末端ビス-エトキシ2-ヒドロキシベンズアルデヒドを用いてもよいが、ビス-クロロエトキシ種を用いた。ビス-クロロエトキシ基本的中間体を作成するために、1,2-ビス-(2'-ヒドロキシエトキシ)ベンゼンを出発原料として選択した。この出発原料をランディニ(Landini)およびモンタナリ(Montanari)のシンセシス(Synthesis)、1978年、223〜25ページに開示のプロセスに従って調製し得る。この出発原料を、過剰の塩化チオニルとの反応により、1,2-ビス-(2'-クロロエトキシ)ベンゼン（I）に転化する（実施例１参照）。次いで、化合物Ｉは、塩化チタンの存在下で1,1-ジクロロメチルメチルエーテルと反応し、加水分解の間に、1,2-ビス-(2'-クロロエトキシ)ベンズアルデヒド(II)を生成し得る（実施例２参照）。この化合物と過酸化水素および硫酸との反応により、3,4-ビス-(2'-クロロエトキシ)フェノール（III）を得る（実施例３参照）。次いで、化合物IIIを塩化チタンの存在下で1,1-ジクロロメチルメチルエーテルと反応し、加水分解の間に、前述の基本的中間体を生成する（実施例４参照）。
【００２５】
次いで、この中間体を、少なくとも２種の異なる方法で反応し、6,7-ビス-(2'-ヨードエトキシ)-3-カルボエトキシクマリン（IV）を生成し得る。本明細書中に開示の方法により、エステル置換クマロクリプタンドの調製を教示するが、その中間体を以下で開示のものと同様の化合物と反応することによって、どのように異なったＲ基を有するクマロクリプタンド類を生成し得るか当業者間には公知である。
【００２６】
最初に、その中間体を触媒、例えばピペリジンまたは酢酸の存在下でマロン酸ジエチルと反応することによって、6,7-ビス-(2'-クロロエトキシ)-3-カルボエトキシクマリン（V）に転化し得る（実施例５参照）。（化合物Vは、実施例６に示すようなあまり好ましくない方法によって、化合物IIIからも直接調製し得る。）次いで、化合物Vをヨウ化ナトリウムと反応させ、化合物IVを得る（実施例７参照）。第２に、その中間体はヨウ化ナトリウムとの反応によって、4,5-ビス-(2'-ヨードエトキシ)-2-ヒドロキシベンズアルデヒド（VI）に転化し得る（実施例８参照）。次いで、化合物VIを触媒存在下でマロン酸ジエチルを用いて縮合し、化合物IVを得る（実施例９参照）。
【００２７】
次いで、化合物IVを、1,4,10,13-テトラオキサ-7,16-ジアザシクロオクタデカン（即ち、4,13-ジアザ-18-クラウン-6）および炭酸ナトリウムと反応することによって直接転化し得る（実施例10参照）。
【００２８】
これらの反応は、以下の図式にまとめて示す。
【００２９】
【化８】

【００３０】
ケト-アルキルエステルまたは置換芳香族基を置換したクマロクリプタンドを得るため、化合物Vが基本的中間体から調製される段階で、マロン酸ジエチルに適した（また更に、化合物Vが化合物IIIから調製される段階で、マロン酸ジエチルエトキシメチレンに適した）化合物を置換することだけが必要である。
【００３１】
［2.2.2］種以外のクマロクリプタンド類を4,13-ジアザ-18-クラウン-6以外のジアザクラウンエーテルを用いることによって調製し得ることは、当業者間で公知である。例えば、［2.2.1］クマロクリプタンドが所望であれば、1,4,10-トリオキサ-7,13-ジアザシクロペンタデカンを使用し得る。
【００３２】
クマリン単位の３の位置で結合し得る可能性のある置換基により、他の分子および/または化学基質と共有結合する便利な方法を提供する。これらの蛍光発生イオン透過体は基質と、検出組成物を形成するために、直接または分子テザー(tether)（即ち、結合基）を介してのいずれかで結合し得、次いでその組成物を連続検出または連続運転装置に導入し得る。
【００３３】
本発明のイオン透過体をそのような結合基を介して基質と結合すれば、その最も長い分子鎖は、好ましくは５〜125個の炭素および/またはヘテロ原子、例えば酸素、窒素等から成り、より好ましくは10〜70個の炭素および/または少なくともそれらの一末端に遊離官能基を有するヘテロ原子から成る。これらの結合基は好ましくは親水性であり、金属イオンがイオン透過体へ作用し得るのを妨害はしない。しかし、もし結合基がその系の異なる物理特性に寄与することが所望であれば、また基質が十分親水性であるならば、繰り返し単位および末端官能基はそれに応じて選択される。
【００３４】
クマロクリプタンドのＲ基と選択的に反応するように、これら結合官能基を選択し得る。可能な官能基には、アミン類、アミド類、エステル類、オキシラン類、オレフィン類、尿素樹脂、イソシアネート類、チオイソシアネート類、カルバメート類、スルホンアミド類、塩化スルホニル類、カルボキシル類、シラノール類、クロロトリアジン類、ヒドラジン類、およびアルデヒド類（またはクマロクリプタンドのＲ基と反応してアミン類、アミド類、エステル類、エーテル類、尿素樹脂、ウレタン類、スルホンアミド類、シラン類およびヒドラジド類を形成する基）を含む。
【００３５】
結合基は好ましくは、イオン透過体との反応前に基質と反応する。これは２種の方法の内の１つにより行われ得る。最初に、イオン透過体と結合する前にそれらを基質と反応し得る。こちらを選択すれば、各結合基は二官能性でなければならなく（即ち、各テザーの各末端に同様または異なるいずれかの官能基を有する）、かつ基質はデザーの官能基１つと反応する相補的な官能基を有し得る。第２に、その基質を予備結合した結合基を用いて形成し得る。これには、結合基が既に追加されているように基質ポリマーを選択することを含む。
【００３６】
本発明のイオン透過体を、基質上に(即ち、直接または結合基を介してのいずれかで)固定し、検出複合構造を形成し得るなら、様々な形状の基質を使用し得る。検出複合材料を連続監視装置に使用し得るなら、装置の寸法および形態だけのために、平面基質がおそらく好ましい。
【００３７】
平面基質または容易に平面になり得る基質の例として、（自立している）ポリマー膜および被覆可能なポリマー（即ち、支持体上に被覆し得るポリマー）を含む。膜は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリスルホン、ナイロン、およびシリカを含む様々なポリマーから作成され得る。（ある種のナイロン膜は不完全にリバーシブルな複合材料、即ち、金属イオン濃度の変化に伴って強度変化を示すのを徐々に終わる前に、高いおよび低いカチオン濃度の間で僅か数サイクルだけ使用し得る複合材料を提供する。）これら膜は好ましくはイオン浸透性であり、要すれば官能基Ｒ（イオン透過体からの）に相補的で、官能基Ｒと反応する基により機能的になり、またその基を本質的に運搬するように反応（例えば、空気酸化）した。
【００３８】
イオン透過体をできるだけ高濃度とするため、それらが膜表面に結合し得るなら、イオン透過体と結合する前または多孔性膜を用いる前に、シリカを含有するような膜の表面を粗面とすることが望ましい。
【００３９】
水不溶性の被覆可能なポリマーは好ましい基質である。そのようなポリマーには、PVC、PVCのコポリマーおよびターポリマー、スチレンおよびマレイン酸またはマレイン酸無水物のコポリマー、アルキルビニルエーテルおよびマレイン酸またはマレイン酸無水物のコポリマー、ビニルジメチルアズラクトンのポリマーおよびコポリマー、および、アクリル酸およびメタアクリル酸を用いたアクリレートエステルおよびメタアクリレートエステル（またはアクリルアミドおよびメタアクリルアミド）のコポリマーを含む。本発明のイオン透過体が、一度これらのポリマーの内の１種と（直接または結合基を介してのいずれかで）共有結合すれば、ポリマーイオン透過体複合材料は、要すれば前述の膜の内の１つに分散され得る。更に、膜を被覆可能なポリマーで被覆し（要すれば結合基と反応し）、次いで、本発明のイオン透過体の溶液中で反応し得る。どちらかを行えば、基質は膜とイオン透過体を保持する被覆可能なポリマーとなる。
【００４０】
PVCポリマーまたはコポリマーの使用による更なる有用性は、クマロクリプタンドの蛍光応答のpＨ依存性が低減することである。例えば、生理学的pＨ(7.3〜7.5)および生理学的Ｋ⁺濃度(約４ミリモル％)でのそのような検出複合構造の蛍光強度変化は、総蛍光強度変化の僅か約２％である。
【００４１】
特に好ましい複合構造は、本発明の3-クマロクリプタンドと（直接またはテザーを介してのいずれかで）反応したPVCで被覆したプリフォームした膜である。有用なプリフォームしたポリマー膜の内、特に好ましいのはPCT特許公告WO92/07899に開示の親水性多孔性ポリプロピレン(HPPP)である。なぜならば、それらに対する強い親和力を示すことなく、金属イオンによりイオン透過体への妨害されないアクセスを可能とするからである。要すれば、このタイプの複合構造を巻締めプラグの形状にしてもよい。
【００４２】
プロトン（またはヒドロニウムイオン）を選択的に浸透させる膜を単に選択することにより、様々な濃度の金属イオンの存在下でpＨセンサーとして働く複合構造を調製し得ることは、当業者間で公知である。一定濃度の金属イオンを保持すれば、そのような選択性膜は必要ないかもしれない。
【００４３】
連続運転装置を使用し得るなら、固体複合構造は例えば、粉末（または市販の粉末またはビーズと結合し得るクマロクリプタンド化合物）に粉砕し、またイオン浸透マトリックス、例えばヒドロゲル、アクリルアミドまたはアクリレート-タイプのゲル内に封止し得る。もしその複合構造が粉末(または粉末に粉砕)なら、要すれば平面基質と接着していてもよい。
【００４４】
連続検出が所望であれば、基質は、特定の形態を用いたにもかかわらず、おそらく付近のカチオンには影響を受けず、付近のカチオンとの可逆的作用を可能とする（そして、イオンは容易に結合したイオン透過体との可逆的錯体を形成し得る）。カチオン/イオン透過体平衡の妨害を最小にするため、カチオン濃度が変化しても、この作用の可逆性が本質的に変わらないような方法で、選択された基質材料が好ましくはカチオンに影響を与える。基質自体は好ましくはカチオンと不可逆的には反応せずまたカチオンを吸着せず、負の実効電荷を有し、親水性である。選択された基質が本質的にこれら好ましい特性を有さないなら、そうなるように改良してもよい。例えば、スルホネートまたはホスフェート基を、その組成物に総負電荷を供給し親水性を向上するために、前述の結合基と共に結合し得る。
【００４５】
検出組成物が、カチオンが結合したイオン透過体に達するため基質を介して拡散しなければならない装置に使用され得るなら、その基質は少なくとも幾分イオン浸透性または微孔性であることが必要である。加えて、光の応答ビームを使用し得るかどうか（及びどのように使用し得るか）によって、反透明または透明基質、および不透明、反射または光吸収オーバーコートを提供することが望ましいかもしれない。典型的なオーバーコートには、カーボンブラックのポリマー分散体（基質上に被覆）およびインキを含む。
【００４６】
分析試料中のカチオン濃度を定量的に同定し得るなら、平衡イオン-イオン透過体錯体濃度を測定し得る分析技術が好ましい。分光法が特に有用であることが明らかとなった。特に好ましくは蛍光である。要すれば、そのような方法を改良し、励起および放射光の伝達にファイバーオプチックスを使用してもよい。例えば、１種以上の光学繊維を使用して、ほぼλ₁に中心を有する波長領域のインタロゲイト光を誘導し、ほぼλ₂に中心を有する波長領域の光を放射した検出器へ伝達し得る。
【００４７】
本発明の蛍光イオン透過体化合物は、特定カチオン濃度の決定を要求される様々な用途で使用され得る。Ｋ⁺またはＮa⁺に対して選択性を有するイオン透過体は、特に生理学的系内の、特にこれらイオン濃度の測定に有用である。これらイオン透過体は、実存する試験器具に組込まれ、様々な基質上に被覆され、ファイバーオプチックスをベースとした分析器具に組込まれ得る。Ｐb⁺²に対して選択性を有するイオン透過体は、環境試験およびたぶん生理学的試験にでさえ有用であり得る。シリコンゴムまたは同様にガス浸透性の膜の内側の適当に緩衝液を充填した区画のpＨ付近の、pＫ_a、好ましくは二プロトン化種に対するpＫ_aを有するクマロクリプタンドイオン透過体に限定することによって、［ＣＯ₂］も定量し得る（即ち、そのイオン透過体は、ＣＯ₂のＨ₂ＣＯ₃への水和により発生した酸性種に作用し得る）。これらイオン透過体を用いる他の検出および濃度測定の用途は当業者間に公知となる。
【００４８】
本発明の目的および有用性を、以下の実施例に更に説明する。他の条件および詳細と同様に、これら実施例に例示された特定の材料およびその量は、本発明を不当に限定するものと解釈されるべきではない。
【００４９】
【実施例】
実施例１〜10には、6,7-［2.2.2］-クリプタンド-3-カルボエトキシクマリン（VII）の調製の様々な段階を記載した。実施例11には、この化合物のエステル部分の加水分解を記載した。
【００５０】
（実施例１）1,2-ビス-(2'-クロロエトキシ)ベンゼン
トルエン400ミリリットルおよびピリジン６ミリリットル中に（ランディニ(Landini)およびモンタナリ(Montanari)の方法に従って調製した）1,2-ビス-(2'-ヒドロキシエトキシ)ベンゼン６g(0.03モル)を含む溶液を、窒素ガス下で40℃に加熱した。過剰の塩化チオニル(9.2ミリリットル、0.13モル)を、撹拌しながら25分間かけて加えた。その反応混合物を沸点まで加熱し(約110℃)、３時間還流した。その溶液を室温まで冷却し、他の容器に移して保管した。残渣を粉砕し、水に溶解し、トルエンで抽出した。トルエン溶液を化合し、最初に2NのＨＣlで洗浄し、次いで飽和重炭酸ナトリウム溶液で洗浄した。乾燥溶液を減圧下で蒸発して粗生成物4.5g(64％)を得、それをアスピレーター圧力でクーゲルロー(kugelrohr)により蒸留して融点55〜56.5℃の分析用純粋試料4.43gを得た。分光分析によって、その生成物が1,2-ビス-(2'-クロロエトキシ)ベンゼンであることを確認した。
【００５１】
（実施例２）1,2-ビス-(2'-クロロエトキシ)ベンズアルデヒド
この方法は、Org.Synth.Coll.第V巻、49〜51ページ(1973年)およびChem.Ber.第96号、308〜13ページ(1963年)に開示のメシトアルデヒドの合成に用いる方法の改良である。
60ミリリットル(0.18モル)の塩化メチレン中に実施例１の生成物25g(0.11モル)を含む溶液を０℃まで冷却した。溶液を０℃の反応温度に保持しながら、合計20ミリリットル(0.18モル)の四塩化チタン（ワイオミング州ミルウォーキー(Milwaukee)のアルドリッチ・ケミカル(Aldrich Chem.)社製）を窒素ガス下で、撹拌しながら、30分間かけて加えた。10ミリリットルの塩化メチレン中に13.5g(0.117モル)の1,1-ジクロロメチルメチルエーテル（アルドリッチ(Aldrich)社製）を含む溶液を、０℃で15分間かけて加えた。０℃で撹拌を５分間を続けた。溶液が室温になるまで水浴中で20分間加温した。次いで、15分間還流した。溶液を冷却した後、クラッシュドアイスを加えた。その混合物を分液漏斗内で振盪した後、塩化メチレン層を除去し、水性層を２つの100ミリリットルのクロロホルムで抽出した。クロロカーボン溶液を化合し、最初に水、次いでブライン溶液でよく洗浄した。有機層を乾燥し、減圧下で蒸留し、融点49〜51℃の刺激的なサフラン色の固体としてのアルデヒド(87％)24.5gを得た。分光分析により、その生成物が1,2-ビス-(2'-クロロエトキシ)ベンズアルデヒドであることを確認した。
【００５２】
（実施例３）3,4-ビス-(2'-クロロエトキシ)フェノール
この化合物は最初に実施例２のベンズアルデヒドのバイアー-ビリガー(Baeyer-Villiger)酸化によって調製し、酸触媒加水分解によって3-クロロペルオキシ安息香酸またはモノペルオキシフタル酸マグネシウムを用いる蟻酸エステルとした。しかしこの方法によると、スケールアップの際に、分解による生成物の大きな損失が生じる。そこで、バイアー-ビリガー(Baeyer-Villiger)法以外の方法を用いた。
オーバーヘッド撹拌機および冷却槽を装備した２リットルフラスコに、実施例２の生成物162gおよび1.5リットルの冷却(10℃)メタノールを入れた。この溶液に、予備冷却した33重量％の硫酸溶液を加えた。
125ミリリットルのメタノールに30重量％の過酸化水素溶液94g(0.83モル)を加え、この混合物を撹拌および冷却しながら５分間かけて上記溶液に加えた。残留溶液は濁ったが、撹拌２時間後に透明になった。
【００５３】
その溶液を、フラスコの底に生成した褐色油（11g、廃棄）から分離して移した。移した溶液を、一晩室温で撹拌した。メタノールを反応混合物から除去し、クロロホルム400ミリリットルおよび水100ミリリットルをその粗生成物に加えた。この混合物を撹拌した。
その層を除去した後、水性層を更にクロロホルムで抽出した。クロロホルム層を化合し、中性pＨになるまで水で洗浄した。次いで、有機層を水400ミリリットル中にＮaＯＨ30g(0.75モル)を含む溶液で抽出し、続いて同様に調製したＮaＯＨ溶液200ミリリットルで抽出した。その水性抽出物を化合し、200ミリリットルの６NのＨＣlを用いて酸性化し、未使用のクロロホルム400ミリリットルで抽出した。そのクロロホルム層を硫酸ナトリウムで乾燥し、シリカの５cm×５cmのプラグを通過させた。その溶液を除去して、84gの僅かに褐色の固形物を得た。プロトンNMRにより、その生成物の構造を確認した。
【００５４】
（実施例４）4,5-ビス-(2'-クロロエトキシ)-2-ヒドロキシベンズアルデヒド
基本的中間体を、実施例２の1,2-ビス-(2'-クロロエトキシ)ベンゼンにアルデヒド官能基を導入するのに用いる方法により調製した。
塩化メチレン60ミリリットル中で、実施例３の粗フェノール12.4g(49.4ミリモル)を四塩化チタン16.3ミリリットル(148ミリモル)で処理し、次いで1,1-ジクロロメチルメチルエーテル4.5ミリリットル(50ミリモル)で処理し、基本的中間体5.2g(37％)を得た。この生成物をオイルポンプ真空で昇華させ、融点102〜102.5℃を有するクリームホワイト色の結晶4.35gを得た。分光分析により、生成物が基本的中間体であることを確認した。
【００５５】
（実施例５）6,7-ビス-(2'-クロロエトキシ)-3-カルボエトキシクマリン（第１方法）
この方法は、2-ヒドロキシベンズアルデヒドの標準のクネベナーゲル(Knoevenagel)縮合であり、バライア(Balaiah)等のProc.Indian Acad.Sci.第16A号、68〜82ページ(1942年)（Chem.Abs.第37号、1429ページ(1943年)）；ボーシュ(Borsche)等のChem.Ber.第85号、198〜202ページ(1952年)；福井等のBull.Chem.Soc.Japan、第35号、1321〜23ページ(1962年)；の方法をベースとしている。
マロン酸ジエチル（アルドリッチ(Aldrich)）6.03g(37.6ミリモル)に、実施例４の生成物10g(36ミリモル)を加えて、ゆっくりと混合した。この混合物を、窒素ガス下、蒸気浴で加熱した。溶解後、ピペリジンを２滴加えた。加熱を30分間続けた。次いで、その溶液を冷却し、スラリーが得られるまでエタノールで蒸留した。濾過および風乾後、黄褐色の粉末11.5g(85％)を得た。その融点は102〜103.5℃であった。プロトンNMRスペクトルにより、実施例６の生成物が得られたことを確認した。
【００５６】
（実施例６）6,7-ビス-(2'-クロロエトキシ)-3-カルボエトキシクマリン（第２方法）
ビセル(Bissel)のシンセシス(Synthesis)、846〜48ページ(1982年)をベースとしたこの方法は、不安定であり、連続的に行えば、低収率となる。１つの有利な点として、実施例３のフェノールから直接、化合物Ｖを提供し、結果として１段階少なくなる。
実施例３のフェノール0.9g(４ミリモル)をマロン酸ジエチルエトキシメチレン（アルドリッチ(Aldrich)）0.9ミリリットル(５ミリモル)と混合した。この溶液に１MのＺnＣl₂のエーテル溶液（アルドリッチ(Aldrich)）５ミリリットルを塩化メチレンと共に加えた。この溶液を窒素ガス下で24時間還流し、アスピレーター圧でロータリー蒸留器による減圧下での蒸留により溶媒を除去し、水で冷却した。この混合物をクロロホルムで抽出した。溶離液として塩化メチレンを用いたアルミナの短カラムのクロマトグラフィーにより、生成物0.33g(24％)を得た。プロトンNMRスペクトルにより、その生成物が6,7-ビス-(2'-クロロエトキシ)-3-カルボエトキシクマリンであることを確認した。
【００５７】
（実施例７）6,7-ビス-(2'-ヨードエトキシ)-3-カルボエトキシクマリン（第１方法）
この方法は、対応する4-メチル誘導体に対する米国特許第5,162,525号の実施例３に開示の方法に従った。
実施例５のビス-クロロエトキシクマリン0.75g(2.0ミリモル)およびヨウ化ナトリウム0.9g(６ミリモル)を、アセトン25ミリリットル中で溶解した。溶液を窒素ガス下で２日間還流した。次いで、更にヨウ化ナトリウム0.45gを加えた。その溶液を更に24時間還流した。（アセトンの代わりにメチルエチルケトンを使用すると、総反応時間が約24時間に短縮されることが後でわかった。）最後のヨウ化ナトリウム0.45gを加えた。還流を更に６日間続けた。元の反応容積を保持するのに必要なアセトンを加えた。その溶液を冷却し、真空下で蒸発させた。残渣を、塩化メチレンおよびクロロホルムの混合物で抽出した。その生成物を含むクロロカーボン溶液を10％チオ硫酸ナトリウムで洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥し、ロータリー蒸発器で乾燥するまで蒸発させた。その残渣をエタノールから結晶化し、融点164〜166℃の淡黄色粉末0.92g(82％)を得た。その生成物のプロトンNMRスペクトルは、実施例９の生成物のものと一致した。
【００５８】
（実施例８）4,5-ビス-(2'-ヨードエトキシ)-2-ヒドロキシベンズアルデヒド
この実施例により、実施例９のビス-ヨードエトキシクマリン(IV)の２種の別の方法の１種を提供する。
20ミリリットルのアセトンにヨウ化ナトリウム2.21g(14.7ミリモル)および実施例４の生成物1.37g(4.91ミリモル)を溶解した。その溶液を４日間還流した。その後、アセトン10ミリリットルおよび第２のヨウ化ナトリウム(0.73g、2.6ミリモル)を加え、溶液を更に24時間還流した。その溶液を冷却し、濾過した。溶媒をロータリー蒸発器で除去し、残渣をクロロホルムに溶解した。そのクロロホルム溶液を水洗し、硫酸ナトリウムで乾燥した後、溶媒を除去し生成物2.05g(89％)を得た。プロトンNMRにより、その生成物の構造を確認した。
【００５９】
（実施例９）6,7-ビス-(2'-ヨードエトキシ)-3-カルボエトキシクマリン（第２方法）
実施例８のビス-ヨードエトキシ-ヒドロキシベンズアルデヒド1.73g(10.8ミリモル)にマロン酸ジエチル2.1g(4.6ミリモル)を加え、この混合物を蒸気浴で加熱した。その混合物が均質となった時、ピペリジンを２滴加えた。その混合物を冷却した後、沈殿を形成した。その溶液を数ミリリットルのエタノールで蒸留し、再加熱し蒸気浴で沸騰させた。溶液を冷却後、濾過し沈殿生成物が残留した。その生成物は融点162〜165℃の固形物であった。プロトンNMRにより、生成物の構造を確認した。
【００６０】
（実施例10）6,7-［2.2.2］-クリプタンド-3-カルボエトキシクマリン
対応する4-メチル誘導体に対する米国特許第5,162,525号の実施例４に開示の方法を、このクマロクリプタンドを調製するのに用いた。
（実施例７または実施例９の）ビス-ヨードエトキシクマリン1.0g(1.8ミリモル)および1,4,10,13-テトラオキサ-7,16-ジアザシクロオクタデカン（即ち、4,13-ジアザ-18-クラウン-6）を別々に乾燥アセトニトリル50ミリリットルに溶解した。混合溶液(合計100ミリリットル)を、５当量(0.94g)の無水炭酸ナトリウム存在下、窒素ガス下で６日間還流した。反応の間、粗炭酸ナトリウムは微小粉末になった。冷却した反応混合物を濾過し、その溶液を乾燥するまで真空下で蒸発させた。その残渣を塩化メチレンで溶解し、その溶液を濾過した。ロータリー蒸発器を用いたアスピレーター圧、次いでオイルポンプ圧での塩化メチレンの蒸発により、黄色発泡体を得た（計算収率＞100％）。粗生成物を、未反応出発原料の溶離に塩化メチレンを最初に用い、次いで生成物を溶離するのに１〜５％のエタノール/塩化メチレン混合物を用いた奪活中性アルミナのクロマトグラフィーにより精製した。本質的に所望の生成物(VII)から成る生成物の計算量の約50％を回収した。LRMS FAB（トリエタノールアミン）のＣ₂₈Ｈ₄₀Ｎ₂Ｏ₁₀に対する計算m/eは564.27であるが、実測m/eは587であり、［VII⊂(Ｎa)］⁺；遊離［VII］⁺は観察されなかった。UV(塩類を緩衝剤として処理したフォスフェート)λmax＝374nm、312nmであった。蛍光（塩類を緩衝剤として処理したフォスフェート）はλex＝371nmおよびλem＝453nmを示した。更にクロマトグラフィーにより精製した同様に調製した試料の構造をプロトンNMRにより確認した。
【００６１】
（実施例11）実施例10のクマロクリプタンドの加水分解
実施例10の生成物試料0.25gを25ミリリットルの２NのＨＣlに溶解し、蒸気浴で30分間加熱した。溶解を促進するのに必要なだけ、少量のメタノールを加えた。反応物中の揮発性成分（即ち、水、過剰のＨＣl、アルコール類）を最初にロータリー蒸発器を用いたアスピレーター圧、次いでオイルポンプ真空下で穏やかに蒸発させ、パンプキンイエローの固形物の3-カルボキシクリプタンドクマリン塩酸塩を得た。所望の生成物をプロトンNMRにより確認した。
【００６２】
実施例12〜14には、他のクマロクリプタンドの調製が開示された。
（実施例12）6,7-ビス-(2'-クロロエトキシ)-3-(1'-オキソ-4'-カルボエトキシブチル)クマリン
実施例５記載の方法を用いて、エタノール100ミリリットル中に実施例４の生成物2.12g(7.60ミリモル)および3-オキソ-ピメリン酸ジエチル（アルドリッチ(Aldrich)社製）1.76g(7.64ミリモル)を含む溶液を、蒸気浴で加熱した。約20滴のピペリジンを加えた。その混合物を30分間還流し、室温まで冷却した。形成された沈殿を濾過により単離し、乾燥し、3.53g(96％)の生成物を得た。生成物の構造をプロトンNMRにより確認した。
【００６３】
（実施例13）6,7-ビス-(2'-ヨードエトキシ)-3-(1'-オキソ-4'-カルボエトキシブチル)クマリン
実施例７記載の方法を用いて、メチルエチルケトン300ミリリットル中に実施例12の生成物3.5g(7.5ミリモル)および無水ヨウ化ナトリウム3.4g(23ミリモル)を含む溶液を加熱し、窒素ガス下で48時間還流した。その混合物を室温まで冷却し、溶媒をロータリー蒸発器を用いて真空下で除去した。残渣を約20ミリリットルの水で処理した。残留した固形物を濾過により単離し、トルエン中に溶解した。トルエンをロータリー蒸発器を用いて減圧下で除去し、どんな残留水も除去した。生成物を高真空下で乾燥し、4.5g(95％)の所望の生成物を得た。生成物の構造をプロトンNMRにより確認した。
【００６４】
（実施例14）6,7-［2.2.2］-クリプタンド-3-(1'-オキソ-4'-カルボエトキシブチル)クマリン
実施例10記載の方法を以下のように用いた：電磁撹拌機、還流冷却管および窒素ガスパージ源を備えた250ミリリットルフラスコに、乾燥アセトニトリル（45ミリリットル、シリカゲルおよび0.4nmの分子篩で乾燥し、水素化カルシウムから蒸留）に溶解した実施例13の生成物0.79g(1.3ミリモル)を入れた。１当量(0.33g)の4,13-ジアザ-18-クラウン-6を乾燥アセトニトリルの第２の部分(20ミリリットル)に溶解し、この溶液を第１溶液に加えた。反応混合物を70℃に加熱し、炭酸ナトリウム0.62g(5.8ミリモル)を加えた。その溶液を窒素ガス下で７日間還流した。その後、クロロホルム60ミリリットルを加え、溶液を濾過した。
溶媒を除去した後、約１gの黄色の粘着性油を得た。その油にクロロホルム60ミリリットルおよびブライン20ミリリットルを加え、この化合物を混合した。その有機層を除去し、硫酸ナトリウムで乾燥した。溶媒の除去により、油性生成物0.85gを得た。これを、最初にフラッシュクロマトグラフィーにより酸化アルミニウム粉末の２cm×６cmカラム（溶離液として塩化メチレン70ミリリットルを用いた）を通して精製し、生成物0.65gを通過した。次いで、この材料を、塩化メチレン/ヘキサンの１:２混合物を用いた酸化アルミニウムの第２カラムを注意深く通過させ、粘着性黄色粉末の本質的に純粋な生成物370mg(46％)を得た。
プロトンNMRおよびIR分光分析を用いて、生成物の構造を確認した。UV分光分析（ホスフェートを緩衝剤として処理した塩類）によりλmax＝382nm、317nmを示した。
【００６５】
（実施例15）クマリン誘導体の光安定性の比較
以下のモデル化合物を用いて、クマリン類の3-および4-の位置の官能基変化の相対的光安定性への影響をアクセスする。化合物VIII、IX、XおよびXIのエタノール溶液を、0.05≦Ａmax≦0.1の範囲の吸光度を有するように調製し、各々をSPEX Fluorolog ２^TMSeries蛍光分析計（ニュージャージ州エジソン(Edison)のスペックス・インダストリーズ(SPEX Industries)社製）により最大光源スリット幅（30nmバンドパス）で、λmaxで、１時間連続的に照射した。試料の測定した励起源の輝度は、30〜50mW/cm²の範囲であった。蛍光強度を、各々の放射の最大での照射の間中ずっと監視した。
Xを標準化したデータを以下の表Ｉに示した。（化合物III、IXおよびXの光安定性は１回の実験で測定し、化合物XIは別の実験で測定したが、比較し易いように結果は組合せて１つの表に示した。）
時間０での強度の差は、その誘導体の相対蛍光効率を反映する。3-カルボエトキシ誘導体（VIII）は優れた光安定性を、4-メチル誘導体(IX)またはカルボキシメチル誘導体（XI）の僅かに改良した蛍光効率と組合せる。
【００６６】
【化９】

【００６７】
【表１】

【００６８】
（実施例16）生理学的濃度での［Ｋ⁺］の変化への実施例10のクマロクリプタンドの応答
実施例10の生成物の約10^-5M溶液を、ナトリウムだけのホスフェートを緩衝剤として処理した塩類を用いて調製した（20℃、pＨ＝7.36、［Ｎa⁺］＝134mM、［Ｋ⁺］＝０mM、［Ｃl^-］＝64mM）。［Ｋ⁺］＝0.2Mのホスフェートを緩衝剤として処理した塩類のアリコートを、キュベット内の3ミリリットル溶液に加え、2.4mMの段階の［Ｋ⁺］を０〜12mMまで変化させた。各段階で、蛍光放射強度を270nmの励起波長で、400〜600nmで測定した。
そのデータを、［Ｋ⁺］＝０mMおよびλ＝445nmでの強度に標準化した。表IIに示した標準化したデータにより、［Ｋ⁺］の増加に伴って蛍光強度が規則的に増加していることを示した。［Ｎa⁺］の145mMの増加により、僅かだけ蛍光が変化した。同様の結果が、実施例14の生成物に得られた。
【００６９】
【表２】

【００７０】
（実施例17）分子テザーを有する被覆可能なポリマーの機能化
室温で、１リットルのテトラヒドロフラン(THF)に、1.8％のCOOHを有するポリ塩化ビニル-カルボキシ化(PVC-COOH)ポリマー（アルドリッチ(Aldrich)社製）を溶解した。これに4.9g(３当量)のジシクロヘキシルカルボジイミド(DDC)（アルドリッチ(Aldrich)社製）のTHF溶液75ミリリットルを速やかに加えた。その混合物を蓋をしたフラスコ内で室温で30〜60分間撹拌した後、72g(10当量)のジェファーミン(Jeffamine)ED-900^TMビス(2-アミノプロピル)ポリエチレングリコール800（ニューヨーク州ロンコンコマ(Ronkonkoma)のフルカ・ケミカル(Fluka Chemical)社から市販）を活性ポリマー溶液に速やかに加え、濁った溶液/懸濁液を得た。これを、室温で18時間撹拌した。この溶液をロータリー蒸発器(60℃)を用いて約300ミリリットルまで濃縮し、高速撹拌した水(約18リットル)の容器にゆっくりと加えた。（低剪断運動部分、即ち水の渦には、小粒子を避け、容易に濾過および精製し得るポリマー沈殿を用いることが必要である。）
【００７１】
ポリマーを水から取り除きプラスチックメッシュシートを用いて濾過し、次いで500ミリリットルのメタノールに懸濁させ再度濾過した。そのポリマーをメタノールに懸濁させ更に２回濾過し、残留水を減じ反応副生成物を除去し、真空下で乾燥した。
そのポリマーを室温で約１リットルのTHFに再溶解し、最初にポリプロピレン濾布を通して、次いでポリプロピレン濾布上のセライト(Celite^TM)545（ペンシルバニア州ピッツバーグ(Pittsburgh)のフィッシャー・サイエンティフィック(Fisher Scientific)社製）ケイ藻土の厚い(３〜４cm)パッドを含むポリエチレンブフナー漏斗(350〜600ミリリットル)を通して濾過した。クリアーな濾液を集め、60℃でロータリー蒸発器を用いて200ミリリットルまで濃縮した。
ポリマー水溶液の再沈殿およびポリマーの濾過を、前述のように行った。水中でのポリマーの細断(ブレンダー使用)を、減圧乾燥前の最終段階として行った。
【００７２】
機能化ポリマーフィルムの赤外スペクトルにより、その反応を確認した（即ちCOOH基を特徴付ける1720cm^-1の吸収の消失）。そのポリマーのゲル浸透クロマトグラフィーにより、分子量はPVC-COOH出発原料から本質的に変化しなかったことを示した（即ち、PVC-COOHロットにより160,000〜220,000）。
サリン(Sarin)等のAnal.Biochem.第117号、147ページ(1981年)に開示の方法は以下のように、（ビス(2-アミノプロピル)ポリ(エチレングリコール)から）有効第１アミン濃度を決定することに適合した。試験管内の乾燥ポリマー試料20mgに、(a)フェノールおよびＫＣＮのピリジン溶液0.40ミリリットルおよび(b)ニンヒドリンのエタノール溶液0.10ミリリットル（両方とも本明細書中に記載したように調製）を加えた。試験ブランクを同様に調製した。両方の試験管を100℃で約10分間加熱した。両方を冷水浴中で冷却し、それぞれにテトラヒドロフラン(THF)２ミリリットルを加えた。試験管内容物を移し、25ミリリットルフラスコに分離した後、THFで25ミリリットルに希釈した。1.2×10⁴M^-1cm^-1の吸光係数でのUV分光分析法(λabs＝604nm)により、ニンヒドリン濃度を決定した。このことから、有効アミン濃度がポリマーの0.2ミリモル/gであることがわかった。
【００７３】
（実施例18）化合物VIIの被覆可能ポリマーへの結合
実施例17のPVC/ビス(2-アミノプロピル)ポリ(エチレングリコール)試料200mgをジメチルホルムアミド(DMF)に溶解した。DMF２ミリリットル中に加水分解したVIIを50mg(約90ミクロモル)を含む第２の溶液も調製した。第２の溶液に、ジイソプロピルカルボジイミド（アルドリッチ(Aldrich)社製）42ミクロリットル(0.27ミリモル)およびヒドロキシベンジルチアゾール（アルドリッチ(Aldrich)社製）40mg(0.27ミリモル)を加え、この混合物を約20分間撹拌し、第１の溶液に加えた。（第２の溶液を入れたフラスコを１ミリリットルのDMFで洗浄し、完全に移した。）
化合した混合物にジイソプロピルエチルアミン（アルドリッチ(Aldrich)社製）50ミクロリットル(0.27ミリモル)を加えた。これを窒素ガス雰囲気下、暗室で一晩撹拌した。
その溶液容積を40℃でロータリー蒸発器により減じた。濃縮溶液を、200ミリリットルの水に撹拌しながら徐々に加えた。80メッシュスクリーン上で水性懸濁液を注ぐことにより、綿状の沈殿を収集した。その沈殿を、水で４回洗浄し、メタノールで３回洗浄した。沈殿を安全剃刀の刃でより細かいピースに細断した後、更にメタノールで３回洗浄した。機能化したポリマーを減圧乾燥した。
試薬としてニンヒドリンを使用したカイザー(Kaiser)等のAnal.Biochem.第34号、595ページ(1970年)に開示の方法では、結合したビス(2-アミノプロピル)ポリ(エチレングリコール)のアミン基の95％以上が、おそらくVIIとの結合に、消費された。
【００７４】
（実施例19）多孔性膜上への機能化ポリマーの被覆
THFおよび水の90/10(v/v)混合物中に実施例18の機能化ポリマーを含む２％(w/w)溶液を、６インチ幅のスロット供給ナイフダイを用いて、親水性多孔質ポリプロピレン(WO92/07899参照)のロール(27.9cm幅、79μm厚)上に押出被覆した。（HPPPウェブは最大孔径1.3μmおよび多孔度77％を有する。）ウェブ速度は３m/分で、溶液押出量は67ミリリットル/分であった。
被覆ウェブを空気浮遊オーブン(15.6℃)を通過させて溶媒を蒸発した。得られた乾燥被覆重量は約2.5g/m²であった。
０〜８mMのＫ⁺溶液への浸漬および百分率応答の計算により、不整機能化ポリマー被膜が、ダイと接触した膜側に加えた主材料を有するHPPPウェブの内部孔表面積中に分布することを示した。
【００７５】
（実施例20）被覆膜の試験
実施例19の被覆HPPP膜から、円形ディスクを打ち抜いた。これらを用いて、検出複合材料の可逆性、pＨ依存性および安定性（緩衝剤中および血液中の両方）を評価した。
【００７６】
（可逆性）
カリウムイオン濃度変化に対するセンサーの可逆性を、395nmで励起源を供給し、440nm以上の波長で蛍光を検出したCDI^TMS400モニター（カリフォルニア州タスチン(Tustin)のCDI/３Ｍヘルス・ケアー(Health Care)社製）を用いてセンサー蛍光強度を測定することによって決定した。約138mMのＮaＣlを含む、50mMのN-(2-ヒドロキシエチル)ピペラジン-N'-(エタンスルホン酸)緩衝剤（ミズーリ州セントルイス(St.Louis)のシグマ・ケミカル(Sigma Chemical)社製）（以下HEPESで表す）を速やかに循環することによってカリウムイオン濃度を変え、それには［Ｋ⁺］を２、４、６または８mMとするに充分なＫＣlを加えた。（分析試料Ｋ⁺濃度変化に対する）実際のセンサー応答時間は短い（即ち、約30〜120秒）けれども、平衡の８分後に蛍光強度を測定した。これら測定結果を表IIIに示した。
【００７７】
【表３】

【００７８】
表IIIにより、実施例19のように調製したセンサーは、バイパス手術の間に通常測定されるもの(即ち、３〜６mM)より多いカリウムイオン濃度変化に関して可逆性を有することを示した。
【００７９】
（pＨ依存性）
Ｋ⁺濃度２、４および６mMでの前述のHEPES緩衝剤のpＨの関数としてのセンサー蛍光強度の変化を、CDI^TMS400モニターを用いて測定した。これら測定結果を表IVに示した。
【００８０】
【表４】

【００８１】
表IVには、実施例19のようにして調製したセンサーはpＨの変化、特に生理学的pＨ範囲内、に伴って（［Ｋ⁺］の変化に対する）応答が少し変化することを示した。更に、特に生理学的pＨ範囲(即ち、約7.3〜7.5)および生理学的カリウムイオン濃度(即ち、約４mM)でのセンサーの蛍光強度変化は、pＨ＝7.07〜pＨ＝7.90で観察された総蛍光変化の約２％となった。このことは、非PVCマトリックスに結合した同様のクマロクリプタンドに対する約６％以上のpＨ依存性、および同一pＨ領域を有する水性緩衝剤溶液内の非固定クマロクリプタンドに対するより大きな依存性に匹敵する。
【００８２】
（安定性）
検出複合材料の安定性を、緩衝剤溶液中、および血液中の両方について測定した。
Ａ．緩衝剤
AVL 9120^TMナトリウム/カリウムアナライザー（ジョージア州ロスウェル(Roswell)のAVLサイエンティフィック(Scientific)社製）により測定した、約138mMのＮaＣlを含むHEPESを、Lauda^TMRC20サーモスタット調温水浴（独国のLauda Dr.R.Wobser GmbH & Co.KG製）内で24℃の一定温度に保持し、13400型蠕動ポンプ（ミシガン州アナーバー(Ann Arbor)のサーンズ(Sarns)/３Ｍヘルスケア(Health Care)製）によりセンサーループを通して循環した。７〜８の範囲の溶液のpＨを、Orion^TMpＨメーター（マサチューセッツ州カンブリッジ(Cambridge)のオリオン・リサーチ(Orion Research)製）で監視した。285〜305mOsmの範囲の溶液の浸透性を、アドバンスド・ワイドレンジ・オスモメーター(Advanced Wide-Range Osmometer)3W2^TM（マサチューセッツ州ニーダムハイツ(Needham Heights)のアドバンスド・インスツルメント(Advanced Instrument)社製）で測定した。緩衝剤溶液の［Ｋ⁺］をIL 643^TMフレーム光度計（マサチューセッツ州レクシングトン(Lexington)のインスツルメンタル・ラボラトリーズ(Instrumental Laboratories)製）にを用いて測定した。
【００８３】
２組の［Ｋ⁺］「段階(step)」実験を（両方とも室温で）行った。最初に、［Ｋ⁺］を０〜８mMの範囲で変化させた。実施例19記載の検出複合材料を０mMのＫＣl溶液で平衡にし、８mM溶液に浸漬し、その結果、検出複合材料を次の［Ｋ⁺］で５〜10分間平衡にし得た（完全な平衡はほとんど短時間であったけれど）。５時間にわたって、このプロセスを５回繰り返した。両方の溶液の蛍光強度（即ち、CDI^TMS400モニターを用いて測定して、０mM溶液で約488カウントおよび８mM溶液で約567カウント）は試験時間中実質的に変化しなかった。
【００８４】
第２「段階(step)」の実験には、IL 643^TMフレーム光度計を用いて測定した、バイパス手術において通常遭遇する濃度範囲である３〜７mMの［Ｋ⁺］を含む。検出複合材料を３mMのＫＣl溶液を用いて平衡にし得、７mM溶液に浸漬し、その結果、検出複合材料を数分間、（完全な平衡は約90秒間以内であったけれども）他の［Ｋ⁺］で平衡にし得た。約３時間半にわたって、このプロセスを５回繰り返した。両方の溶液の蛍光強度（即ち、CDI^TMS400モニターを用いて測定して、３mM溶液で約647カウントおよび７mM溶液で約677カウント）は試験時間中実質的に変化しなかった。
【００８５】
Ｂ．血液
前項記載のように、牛の血液を138mMの［Ｎａ⁺］および300mOsmの浸透性に調節した。前述のように、ＫＣlの添加により、約３〜９mMのカリウムイオン濃度を得た。2.8％ＣＯ₂、5.5％Ｏ₂、91.7％Ｎ₂のガス組成を連続分散することにより、ABL-4^TM血液ガスアナライザー（デンマーク、コペンハーゲン(Copenhargen)のラジオメーター(Radiometer)A/S製）を用いて測定して、血液のpＨを約7.34±0.02に保持した。その血液溶液を調温した水浴に貯蔵し、試験用ループに誘導した後、蠕動ポンプ（前項参照）により循環した。そのセンサーを、CDI^TMS400カセットおよびCDI^TM6730型クイックセル(Quick-cell)血液ガス監視ユニット、3/8インチサイズ（CDI/３Ｍヘルスケアー(Health Care)製）に固定した。
【００８６】
２種の［Ｋ⁺］の溶液を入れ換えるため、３mM溶液を用いて初期センサー強度を得、その試験ループを空にし、９mM溶液を直接誘導した。このプロセスを逆にするとき、その試験ループを［Ｋ⁺］＝３mMの洗浄溶液で濯ぎ、３mM試験溶液の混入を防いだ。（この洗浄プロセスによりそのセンサーを、血液溶液入れ換えの間、空気にさらし、それによりセンサー応答時間を増加した。８mMのＫ⁺を含むHEPES緩衝溶液内でそのセンサーを水和すること、およびトリトン(Triton^TM)X-100またはトウィーン(Tween^TM)80（両方ともアルドリッチ(Aldrich)社から市販）、おそらく内用薬用途に対する認可により後者、により安定なセンサー強度を示す。）
【００８７】
血液溶液入れ換えの間に中間洗浄浴を使用することなく、［Ｋ⁺］が３から９mMとなる時の応答時間(95％)は約40秒であり、９から３mMとなる時の応答時間は約65秒であった。
【００８８】
センサーは、約５時間に渡って良好な安定性を示した。９mM溶液により試験過程の間中に、その強度は若干減少（即ち、約５カウント）したが、このことは、入れ換えた３mM溶液によるこの溶液の溶離によるものであると考えられる。
【００８９】
本発明の範囲および意図から逸脱することなく、本発明の様々な修飾および変更が当業者間では明らかである。本発明は、本明細書中に例示された実施例により不当に限定するものであると解されるべきではない。

Claims

以下の一般式の構造を有する蛍光イオン透過性化合物であって、

ｍおよびｎは独立して０または１；
Ｒは少なくとも、電子求引基および分極性基の内の１つであり、カルボキシアミド、置換または非置換スルホニルアリールおよびケト-アルキルエステルから成る群から選択される基；および
Ｚは酸素またはＮ-Ｒ''、ここでＲ''はＨまたはＣ_１〜Ｃ_４アルキル基を表し；350〜440nmの領域に吸光度の最大値を有する化合物。
基材および請求項１記載の蛍光イオン透過性化合物から成るカチオン検出用複合構造体であって、該化合物が該基材と結合または結合基によってＲを介して共有結合し、基材がポリマー材料から成り、膜上に被覆されており、該結合基が両末端の官能基から成り、片方の末端の該結合基の官能基がＲの官能基と相補的でかつ他方の末端の官能基が該基材上の官能基と相補的であり、該官能基がアミン、アミド、エステル、オキシラン、オレフィン、尿素、シラノール、カルバメート、イソシアネート、チオイソシアネート、スルホンアミド、スルホニルクロリド、カルボキシル、クロロトリアジン、ヒドラジン、ヒドラジド、およびアルデヒド基から成る群から独立して選択される複合構造体。
a)イオンを運搬し得るカチオン含有媒質と接触する蛍光イオン透過性化合物を含有し、該カチオンを該検出用複合構造体に拡散して検出用複合構造体の蛍光イオン透過性化合物と共に平衡錯体を形成することを可能とするまたは形成する手段を提供する請求項２記載の検出用複合構造体を提供する段階であって、該イオン透過性化合物錯体がほぼλ_１に中心を有する波長領域の光を照射すると、ほぼλ_２に中心を有する波長領域の光を放射し得る、ここでλ_２はλ_１より少なくとも10nm大きく、λ_１は350〜440nmの範囲である；b)該錯体が収束および検出される波長λ_２の可視光を放射するに十分な時間、ほぼλ_１に中心を有する波長領域の光で該錯体をインタロゲイトさせる段階；c) 該放射光と該カチオン濃度との関連を明らかにし該カチオン濃度を測定する段階であって、ほぼλ_１に中心を有する波長領域の該インタロゲイト光が少なくとも１本の光ファイバーにより誘導され、ほぼλ_２に中心を有する波長領域の該放射光が少なくとも１本の光ファイバーにより該検出器に伝達される段階；から成るカチオンの存在を検出する方法。
a)1)以下の一般式の構造を有するビス置換芳香族化合物であって、

Ｙは水素およびアルデヒド基から成る群から選択され、
Ｌは塩素、臭素およびヨウ素、およびアルキルスルホネートおよびアリールスルホネート基から成る群から選択される残りの部分；を
2)約等モル量の一般式Ａ-ＣＨ_２-Ｂの構造を有する二官能価メチレン化合物であって、該ビス置換芳香族化合物のＹがアルデヒド基という制限下で有効量の触媒存在下で、
ＡはＲであり、Ｒは前述のものと同様、
Ｂはカルボキシルおよびニトリル基から成る群から選択される、
二官能価メチレン化合物、
と縮合し、残基置換ビス-エトキシクマリン誘導体を提供する段階；および
b)段階a)から誘導したクマリンを約等モル量のジアザクラウン化合物と反応させることにより、イオン透過性化合物クリプタンド部分を生じ、該蛍光イオン透過性化合物を提供する段階；
から成る請求項１記載の蛍光イオン透過性化合物を調製する方法。