(57)【要約】【課題】両異性体において発光を示すことができ、且つ、温度応答性及び酸素濃度応答性を有するフォトクロミック化合物を提供する。【解決手段】下記式（１）で表されたフォトクロミック化合物。    【化１】2018020988.tif 000012    （式（１）において、Ａ及びＢは電子供与基である置換基である。Ｚ1及びＺ2はそれぞれ水素または電子受容基から選択される置換基である。）【選択図】図４
2018020988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記式（１）で表されたフォトクロミック化合物。
【化１】
2018020988.tif 000009
（式（１）において、Ａ及びＢは電子供与基である置換基である。Ｚ1及びＺ2はそれぞれ水素または電子受容基から選択される置換基である。）
【請求項２】
前記Ａ及びＢはそれぞれアルキル基、芳香環及び複素芳香環から成る群から選択される一種である請求項１に記載のフォトクロミック化合物。
【請求項３】
前記Ａ及びＢはそれぞれメチル基、フェニル基、トリル基から成る群から選択される一種である請求項２に記載のフォトクロミック化合物。
【請求項４】
前記ＡとＢとで環式置換基を構成し、前記環式置換基が、カルバゾール、アクリジン、フェノキサジン及びフェノチアジンから成る群から選択される一種である請求項１に記載のフォトクロミック化合物。
【請求項５】
所定波長の光を照射することで、下記式（１’）で表された異性体に変化する請求項１〜４のいずれか一項に記載のフォトクロミック化合物。
【化２】
2018020988.tif 000010
【請求項６】
下記式（２）で表された請求項１〜５のいずれか一項に記載のフォトクロミック化合物。
【化３】
2018020988.tif 000011
【請求項７】
記録光の照射により情報が記録され、再生光の照射により前記情報が再生される書き換え可能型光記録媒体の記録材料として用いられ、請求項１〜６のいずれか一項に記載のフォトクロミック化合物を含む書き換え可能型光記録分子材料。
【請求項８】
記録光の照射により情報が記録され、再生光の照射により前記情報が再生されるラベル材料として用いられ、請求項１〜６のいずれか一項に記載のフォトクロミック化合物を含む蛍光ラベル材料。
【請求項９】
記録光の照射により情報が記録され、再生光の照射により前記情報が再生されるインクとして用いられ、請求項１〜６のいずれか一項に記載のフォトクロミック化合物を含むセキュリティーインク。
【請求項１０】
記録光の照射により情報が記録され、再生光の照射により前記情報が再生される表示材料として用いられ、請求項１〜６のいずれか一項に記載のフォトクロミック化合物を含む表示材料。
【請求項１１】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のフォトクロミック化合物を含む温度センサー材料。
【請求項１２】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のフォトクロミック化合物を含む温度プローブ材料。
【請求項１３】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のフォトクロミック化合物を含む細胞内局所温度の動的挙動測定材料。
【請求項１４】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のフォトクロミック化合物を含む酸素濃度センサー材料。
【請求項１５】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のフォトクロミック化合物を含む酸素濃度プローブ材料。
【請求項１６】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のフォトクロミック化合物を含む細胞内局所酸素濃度の動的挙動測定材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトクロミック化合物、温度センサー材料、温度プローブ材料、酸素濃度センサー材料及び酸素濃度プローブ材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光の光スイッチは、蛍光イメージングや光記憶媒体等、幅広い分野への応用が期待されることから、多くの注目を集めている。可逆的な蛍光の光スイッチが可能な分子として、蛍光部位と可逆的光反応性を有するフォトクロミック化合物を合わせ持つ分子が数多く報告されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
蛍光性のスイッチ可能なフォトクロミック化合物は高密度光メモリーや蛍光プローブなどへの応用が期待されているが、中でも、蛍光性フォトクロミック化合物を用いた蛍光イメージングでは、生体分子の細胞内移動物質の動的挙動を追跡できるため、特に注目を集めている。一方、近年、温度プローブ、酸素濃度プローブを用いた計測により、細胞小器官の局所温度、局所酸素濃度が変化することが見出されるなど、細胞内温度計測、細胞内酸素濃度計測への期待が高まっている。しかしながら、従来の温度プローブ、酸素濃度プローブは、細胞小器官中の局所的な温度変化、酸素濃度変化を計測できるものの、その温度分布、酸素濃度分布の時間的な変化又は場所の違いによる変化、すなわち、温度分布、酸素濃度分布の時空間的な動きを追跡することはできない。
【０００４】
本発明は、このような問題に鑑み、両異性体において発光を示すことができ、且つ、温度応答性及び酸素濃度応答性を有するフォトクロミック化合物を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記課題を解決するために、フェノキシナフタセンキノン骨格を有するフォトクロミック化合物に着目した。フェノキシナフタセンキノン骨格はＰ型フォトクロミック分子として知られているが、その発光特性は未知であり研究結果等の報告が無い。そこで、本発明では、このようなフェノキシナフタセンキノン骨格に電子供与性・電子吸引性骨格を導入することで新規なフェノキシナフタセンキノン誘導体を作製し、これによって両異性体において発光を示すことができ、且つ、温度応答性及び酸素濃度応答性を有するフォトクロミック化合物を提供することができることを見出した。
【０００６】
本発明は一側面において、下記式（１）で表されたフォトクロミック化合物である。
【化１】
2018020988.tif 000003
（式（１）において、Ａ及びＢは電子供与基である置換基である。Ｚ1及びＺ2はそれぞれ水素または電子受容基から選択される置換基である。）
【０００７】
本発明のフォトクロミック化合物は一実施形態において、前記Ａ及びＢはそれぞれアルキル基、芳香環及び複素芳香環から成る群から選択される一種である。
【０００８】
本発明のフォトクロミック化合物は別の一実施形態において、前記Ａ及びＢはそれぞれメチル基、フェニル基、トリル基から成る群から選択される一種である。
【０００９】
本発明のフォトクロミック化合物は更に別の一実施形態において、前記ＡとＢとで環式置換基を構成し、前記環式置換基が、カルバゾール、アクリジン、フェノキサジン及びフェノチアジンから成る群から選択される一種である。
【００１０】
本発明のフォトクロミック化合物は更に別の一実施形態において、所定波長の光を照射することで、下記式（１’）で表された異性体に変化する。
【化２】
2018020988.tif 000004
【００１１】
本発明のフォトクロミック化合物は更に別の一実施形態において、下記式（２）で表される。
【化３】
2018020988.tif 000005
【００１２】
本発明は別の一側面において、記録光の照射により情報が記録され、再生光の照射により前記情報が再生される書き換え可能型光記録媒体の記録材料として用いられ、本発明のフォトクロミック化合物を含む書き換え可能型光記録分子材料である。
【００１３】
本発明は更に別の一側面において、記録光の照射により情報が記録され、再生光の照射により前記情報が再生されるラベル材料として用いられ、本発明のフォトクロミック化合物を含む蛍光ラベル材料である。
【００１４】
本発明は更に別の一側面において、記録光の照射により情報が記録され、再生光の照射により前記情報が再生されるインクとして用いられ、本発明のフォトクロミック化合物を含むセキュリティーインクである。
【００１５】
本発明は更に別の一側面において、記録光の照射により情報が記録され、再生光の照射により前記情報が再生される表示材料として用いられ、本発明のフォトクロミック化合物を含む表示材料である。
【００１６】
本発明は更に別の一側面において、本発明のフォトクロミック化合物を含む温度センサー材料である。
【００１７】
本発明は更に別の一側面において、本発明のフォトクロミック化合物を含む温度プローブ材料である。
【００１８】
本発明は更に別の一側面において、本発明のフォトクロミック化合物を含む細胞内局所温度の動的挙動測定材料である。
【００１９】
本発明は更に別の一側面において、本発明のフォトクロミック化合物を含む酸素濃度センサー材料である。
【００２０】
本発明は更に別の一側面において、本発明のフォトクロミック化合物を含む酸素濃度プローブ材料である。
【００２１】
本発明は更に別の一側面において、本発明のフォトクロミック化合物を含む細胞内局所酸素濃度の動的挙動測定材料である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、両異性体において発光を示すことができ、且つ、温度応答性及び酸素濃度応答性を有するフォトクロミック化合物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、実施例に係る式（２）で表されたフォトクロミック化合物の合成の反応式を示す。
【図２】図２は、式（２）のトランス体及び式（２’）のアナ体の分子構造を示す。
【図３】図３は、式（２）のトランス体に波長３６６ｎｍの紫外光を照射して式（２’）のアナ体の閉環体へ変化させたときの吸収スペクトル変化、及び、式（２’）のアナ体に４５０ｎｍの可視光を照射して式（２）のトランス体へ変化させたときの吸収スペクトル変化を示すグラフである。
【図４】図４は、式（２）のトランス体から式（２’）のアナ体へ変化する際の蛍光スペクトル変化を示すグラフである。
【図５】図５Ａは、式（２）のトランス体の試料に係る酸素濃度及び温度の変化による発光性を示す外観観察写真である。図５Ｂは、式（２）のトランス体の酸素濃度変化による二重蛍光の蛍光スペクトル変化を示すグラフである。図５Ｃは、式（２）のトランス体の温度変化による二重蛍光の蛍光スペクトル変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（フォトクロミック化合物）
本発明のフォトクロミック化合物は、下記式（１）で表される。
【化４】
2018020988.tif 000006
（式（１）において、Ａ及びＢは電子供与基である置換基である。Ｚ1及びＺ2はそれぞれ水素または電子受容基から選択される置換基である。）
【００２５】
本発明のフォトクロミック化合物は、フェノキシナフタセンキノン骨格を有するフォトクロミズムユニット、及び、アリールアミノ基を有する蛍光発光ユニットを備えており、フォトクロミズムユニットのフェノキシナフタセンキノン骨格が所定波長の光の照射によって光異性化し、トランス体からアナ体となる。そして、当該フォトクロミック分子のアナ体において、フェノキシナフタセンキノン骨格を含むフォトクロミズムユニットのπ共役系が変化する。これによって、アリールアミノ基とフェノキシナフタセンキノン骨格間の電荷移動励起状態に変化が生じるため蛍光特性が変化する。このようにして、トランス体及びアナ体の両異性体において発光を示すことができる。このような構成により、発光スペクトルを変えることができるので、後述のセキュリティーインク等の用途に好適に用いることができる。また、アナ体の可視部の吸収波長帯に光照射することで、トランス体へ戻すことができる。
【００２６】
本発明のフォトクロミック化合物は、式（１）において、フェノキシナフタセンキノン骨格を有するフォトクロミズムユニットの電子受容部と、アリールアミノ基を有する蛍光発光ユニットの電子供与部とを有している。このような構成によれば、フォトクロミズムユニットの電子受容部と、蛍光発光ユニットの電子供与部との間で電荷移動励起状態の光変調に基づく発光の光スイッチが可能になり、発光の光スイッチがより容易となる。
【００２７】
本発明のフォトクロミック化合物は、電子供与部位と電子受容部位とを備える。このような構成により、トランス体とアナ体の二種類の電荷移動励起状態からの蛍光が生じる。従って、フォトクロミック化合物に二種類の蛍光特性を付与し、さらに二種類の蛍光の相対発光強度比を温度または酸素濃度によって制御することで、フォトクロミック化合物に温度応答性または酸素濃度応答性を付与することができる。
【００２８】
このように、本発明のフォトクロミック化合物は、両異性体において発光を示すだけでなく、さらに、温度応答性及び酸素濃度応答性を有する。このため、後述のように、書き換え可能型光記録分子材料、蛍光ラベル材料、セキュリティーインク、表示材料、温度センサー材料、酸素濃度センサー材料、温度プローブ材料、酸素濃度プローブ材料、細胞内局所温度の動的挙動測定材料及び酸素濃度の動的挙動測定材料という様々な用途に有効である。
【００２９】
本発明のフォトクロミック化合物は、式（１）において、Ａ及びＢがそれぞれアルキル基、芳香環及び複素芳香環から成る群から選択される一種であってもよい。また、前記Ａ及びＢがそれぞれメチル基、フェニル基、トリル基から成る群から選択される一種であってもよい。また、前記ＡとＢとで環式置換基を構成し、前記環式置換基が、カルバゾール、アクリジン、フェノキサジン及びフェノチアジンから成る群から選択される一種であってもよい。これらの置換基はいずれも式（１）で表されたフォトクロミック化合物において、有効な電子供与基となる。
【００３０】
本発明のフォトクロミック化合物は、所定波長の光を照射することで、下記式（１’）で表された異性体に変化してもよい。本発明のフォトクロミック化合物は、式（１）で表されるトランス体と式（１’）で表されるアナ体との両異性体において発光を示すことができる。
【化５】
2018020988.tif 000007
【００３１】
本発明のフォトクロミック化合物は、下記式（２）で表されてもよい。
【化６】
2018020988.tif 000008
【００３２】
（フォトクロミック化合物の製造方法）
本発明のフォトクロミック化合物の製造方法は特に限定されない。後述の実施例では、式（２）で表されるフォトクロミック化合物を、複数段階で合成する例を示している。
【００３３】
（書き換え可能型光記録分子材料）
書き換え可能型光記録分子材料は、記録光の照射により情報が記録され、再生光の照射により前記情報が再生される書き換え可能型光記録媒体の記録材料として用いられる。本発明の書き換え可能型光記録分子材料は、本発明のフォトクロミック化合物を含んでおり、例えば、樹脂材料に本発明のフォトクロミック化合物を、必要であれば溶媒を用いて混合させて形成される。本発明の書き換え可能型光記録分子材料は、両異性体において発光を示す本発明のフォトクロミック化合物を用いているため、従来に比べてより広範囲の書き換え可能型光記録用途に適用できる。
【００３４】
（蛍光ラベル材料）
蛍光ラベル材料は、記録光の照射により情報が記録され、再生光の照射により前記情報が再生されるラベル材料として用いられる。本発明の蛍光ラベル材料は、本発明のフォトクロミック化合物を含んでおり、例えば、樹脂材料に本発明のフォトクロミック化合物を、必要であれば溶媒を用いて混合させて形成される。本発明の蛍光ラベル材料は、両異性体において発光を示す本発明のフォトクロミック化合物を用いているため、従来に比べてより広範囲の蛍光ラベル用途に適用できる。
【００３５】
フォトクロミック化合物を蛍光ラベル材料として用いる際、化合物の溶解性に応じて、混合溶媒の体積比を適宜調整する。また、一般の蛍光ラベルを用いて、ＤＮＡ、たんぱく質、細胞等の生体分子サンプルを観察する場合、その動的挙動をモニターすることが困難である。これに対し、本発明の蛍光ラベル分子はフォトクロミック反応を利用した生体分子の動的挙動の追跡に加え、フォトクロミック化合物の蛍光は媒体依存性を示すため、生体分子サンプルの局所的な環境を動的に蛍光ラベルにより追跡することが可能となると期待される。
【００３６】
また、混合溶媒に用いる無極性溶媒及び極性溶媒の組み合わせは特に限定されないが、例えば、無極性溶媒として、ヘキサン、ベンゼン、トルエン、クロロホルム、ジクロロメタン等の一般に用いられる無極性溶媒が挙げられ、極性溶媒として、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、アセトン、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、エタノール、メタノール、２−プロパノール、水等の一般に用いられる極性溶媒が挙げられる。
【００３７】
（セキュリティーインク）
セキュリティーインクは、記録光の照射により情報が記録され、再生光の照射により前記情報が再生されるインクとして用いられる。本発明のセキュリティーインクは、本発明のフォトクロミック化合物を含んでおり、例えば、樹脂材料に本発明のフォトクロミック化合物を、必要であれば溶媒を用いて混合させて形成される。また、本発明のフォトクロミック化合物は、二種類の蛍光の短波長側の蛍光と長波長側の蛍光の強度比が、光照射に伴うフォトクロミック反応によって制御できる。従って、任意の光照射条件を二種類の蛍光の強度比として記録することができ、この点においても、セキュリティーインク材料として有用であると言える。
【００３８】
（表示材料）
表示材料は、記録光の照射により情報が記録され、再生光の照射により前記情報が再生される表示材料として用いられる。本発明の表示材料は、本発明のフォトクロミック化合物を含んでおり、例えば、樹脂材料に本発明のフォトクロミック化合物を、必要であれば溶媒を用いて混合させて形成される。本発明の表示材料は、両異性体において発光を示す本発明のフォトクロミック化合物を用いているため、従来に比べてより広範囲の表示用途に適用できる。
【００３９】
（温度センサー材料、温度プローブ材料、酸素濃度センサー材料、酸素濃度プローブ材料、細胞内局所温度及び酸素濃度の動的挙動測定材料）
本発明のフォトクロミック化合物は、二種類の蛍光を示し、この二種類の蛍光の発光強度が温度及び酸素濃度に対して敏感に応答する。従って、高感度温度センシング及び高感度酸素濃度センシングが可能となる。このため、本発明のフォトクロミック化合物は温度センサー材料、酸素濃度センサー材料として有用である。
また、従来の温度プローブ材料及び酸素濃度プローブ材料は、一般的に高分子材料等の巨大分子系であるため、生体分子と複合化した際の生体分子の高次構造への影響が懸念されるが、本発明のフォトクロミック化合物は小分子であるため、この影響が小さくなることが期待される。また、本発明のフォトクロミック化合物は小分子であることから、タンパク質等の特定の結合ポケットやＤＮＡ等との複合化を行うことも期待され、そのような局所環境中での細胞内温度測定または細胞内酸素濃度測定を行うため温度プローブ材料、酸素濃度プローブ材料として有用である。
また、本発明のフォトクロミック化合物により、細胞小器官中の温度分布及び酸素濃度分布の時間的な変化又は場所の違いによる変化、すなわち、温度分布及び酸素濃度分布の時空間的な動きを追跡することができる。このため、本発明のフォトクロミック化合物は細胞内局所温度、細胞内局所酸素濃度の動的挙動測定材料として有用であり、生命現象において未だ解明されていない生理現象に対する温度効果及び酸素濃度効果が解明されると期待される。また、このことから、本発明のフォトクロミック化合物によれば、生命化学分野のみならず、創薬化学分野等、ライフサイエンス全般に渡る極めて広い波及効果が期待できる。
【実施例】
【００４０】
以下に、本発明を実施例でさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４１】
・フォトクロミック化合物の合成
図１に実施例に係る、式（２）で表されたフォトクロミック化合物の合成の反応式を示す。以下、各工程について詳細に説明する。
【００４２】
・２−（１−ヒドロキシ−２−ナフトイル）安息香酸の合成
１−ナフトール（式（３））、無水フタル酸及び三酸化二ホウ素を窒素雰囲気下、１８０℃で加熱することで、２−（１−ヒドロキシ−２−ナフトイル）安息香酸（式（４））を収率８２％で得た。
【００４３】
・６−クロロ−５，１２−ナフタセンキノンの合成
２−（１−ヒドロキシ−２−ナフトイル）安息香酸（式（４））、及び、五塩化リンを窒素雰囲気下、４時間１７０℃で加熱し、抽出をした後、硫酸を加えて環化させることで、６−クロロ−５，１２−ナフタセンキノン（式（５））を収率３８％で得た。
【００４４】
・ジフェニルアミノフェノールの合成
４−メトキシトリフェニルアミン（式（６））のジクロロメタン溶液に冷却しながら三臭化ホウ素を加え、室温で３時間撹拌することで、ジフェニルアミノフェノール（式（７）を収率９０％で得た。
【００４５】
・ジフェニルアミノフェノキシナフタセンキノンの合成
６−クロロ−５，１２−ナフタセンキノン（式（５））と炭酸カリウムとを、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）溶媒中で７０℃に保ちながら撹拌し、ジフェニルアミノフェノール（式（７））を加えて１１０℃に保ちながら、３時間撹拌することで、フォトクロミック化合物であるジフェニルアミノフェノキシナフタセンキノン（式（２））を収率２７％で得た。
【００４６】
・フォトクロミック化合物の同定
化合物の同定は、1Ｈ ＮＭＲ、ＥＩ−ＭＳスペクトルを用いて行った。式（２）のフォトクロミック化合物の１．４５×１０-5ｍｏｌ/ｄｍ3のトルエン溶液について、波長３６６ｎｍの紫外光、及び、波長４５０ｎｍの可視光の照射を行い、図２に記載の式（２）のトランス体及び式（２’）のアナ体に係る分子構造変化を起こさせた。そして、これに伴う吸収スペクトル変化及び蛍光スペクトル変化を測定した。励起光の波長は３６６ｎｍとした。図３は、式（２）のトランス体に波長３６６ｎｍの紫外光を照射して式（２’）のアナ体の閉環体へ変化させたときの吸収スペクトル変化、及び、式（２’）のアナ体に４５０ｎｍの可視光を照射して式（２）のトランス体へ変化させたときの吸収スペクトル変化を示すグラフである。図４は、式（２）のトランス体から式（２’）のアナ体へ変化する際の蛍光スペクトル変化を示すグラフである。
【００４７】
図３に示すように、本発明のフォトクロミック化合物は、トルエン溶液中で波長３６６ｎｍの紫外光、及び、波長４５０ｎｍの可視光によって、式（２）のトランス体と式（２’）のアナ体とで可逆的なフォトクロミズムを示すことが確認された。また、図４に示すように、式（２）のトランス体は短波長側と長波長側にそれぞれ蛍光ピークを示す、二重蛍光特性があることが確認された。
【００４８】
また、式（２）のトランス体の１．４５×１０-5ｍｏｌ/ｄｍ3のトルエン溶液を調製し、これを試料とした。当該試料を試験管に入れて窒素バブリングを行い、雰囲気内から酸素を窒素で置換した。その結果、図５Ａに示すように窒素バブリングによって試験管の雰囲気内から酸素が減少すると試料が発光した。このときの二重蛍光の蛍光スペクトル変化を図５Ｂに示す。
【００４９】
続いて、窒素バブリングが終了した試験管内の試料の温度を室温（２５℃）から８５℃に上昇させたところ、図５Ａに示すように試料の発光強度が増加した。このときの各温度（２５℃、３５℃、４５℃、５５℃、６５℃、７５℃、８５℃）における蛍光スペクトル変化を測定した。このときの蛍光スペクトル変化を図５Ｃに示す。
【００５０】
図５Ｂから、式（２）のトランス体は、酸素濃度を減少させていくと、短波長側及び長波長側の蛍光ピーク強度がいずれも大きくなることが確認でき、これによって酸素濃度応答性が非常に良好であることがわかる。
【００５１】
図５Ｃから、式（２）のトランス体は、温度を上げていくと、短波長側及び長波長側の蛍光ピーク強度がいずれも大きくなることが確認でき、これによって温度応答性が非常に良好であることがわかる。
【図１】
2018020988.tif 000013
【図２】
2018020988.tif 000014
【図３】
2018020988.tif 000015
【図４】
2018020988.tif 000016
【図５】
2018020988.tif 000017