(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学式（１）で表されるククルビツリル誘導体：
【化１】
0004418229.tif 000015
ただし、Ｘは、Ｏ、ＳまたはＮＨであり、
Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立して、水素または１〜３０炭素原子のアルキル基であり、ｎ及びｍは、独立して、それぞれ、４〜１０及び１〜７の整数である。
【請求項２】
Ｒ１は、水素またはメチル基であり、
Ｒ２は、水素またはメチル基である、請求項１に記載のククルビツリル誘導体。
【請求項３】
Ｒ１は、水素であり、
Ｒ２は、水素またはメチル基である、請求項１に記載のククルビツリル誘導体。
【請求項４】
Ｒ１は、メチル基であり、
Ｒ２は、水素またはメチル基である、請求項１に記載のククルビツリル誘導体。
【請求項５】
ＸがＯであり、Ｒ１及びＲ２は双方とも水素であり、ｎが４〜１０の値であり、ならびにｍが１〜７の値である、請求項１に記載のククルビツリル誘導体。
【請求項６】
ＸがＮＨまたはＳであり、Ｒ１及びＲ２は双方とも水素であり、ｎが４〜１０の値であり、ならびにｍが１〜７の値である、請求項１に記載のククルビツリル誘導体。
【請求項７】
ｎが５であり、ｍが４であり、ＸがＯであり、ならびにＲ１及びＲ２が双方とも水素である、請求項１に記載のククルビツリル誘導体。
【請求項８】
ｎが６であり、ｍが４であり、ＸがＯであり、ならびにＲ１及びＲ２が双方とも水素である、請求項１に記載のククルビツリル誘導体。
【請求項９】
化学式（２）で表されるグリコールウリル誘導体：
【化２】
0004418229.tif 000016
ただし、Ｘは、Ｏ、ＳまたはＮＨであり、
Ｒ１は、独立して、水素または１〜３０炭素原子のアルキル基であり、
ｍは、４を除く、１〜７の整数である。
【請求項１０】
ｍが３であり、ＸがＯであり、およびＲ１が水素である、
請求項９に記載のグリコールウリル誘導体。
【請求項１１】
（ａ−１）ウレア誘導体（Ｂ）及びシクロジオン化合物（Ｃ）の混合物に酸性水溶液または酸が添加された有機溶剤を添加し反応させる段階と；
さらに
（ｂ−１）前記反応混合物から水または有機溶剤を除去する段階と、を含む、下記
式（２）：
【化３】
0004418229.tif 000017
ただし、Ｘは、Ｏ、ＳまたはＮＨであり、
Ｙ＝Ｘであり、
Ｒ１は、それぞれ独立して、水素または１〜３０炭素原子のアルキル基であり、
ｍは、４を除く、１〜７の整数である、
を有するグリコールウリル誘導体の調製方法。
【請求項１２】
段階（ａ−１）において、反応温度は、７０〜１２０℃の範囲である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記酸性水溶液は、トリフルオロ酢酸、メタンスルホン酸、酢酸、塩酸、硝酸及び硫酸よりなる群から選択され、前記有機溶剤は、ベンゼン及びトルエンよりなる群から選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
反応に使用されるシクロジオン化合物（Ｃ）の量は、ウレア誘導体（Ｂ）の１モルに対して０．１〜０．５モルである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
（ａ−２）化学式（２）を有する化合物及び式（Ａ）を有するアルデヒド化合物を混合、撹拌し；さらに
（ｂ−２）前記反応混合物に酸を添加し、撹拌して、反応を終了させることを有する、化学式（１）：
【化４】
0004418229.tif 000018
ただし、Ｘは、Ｏ、ＳまたはＮＨであり、
Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立して、水素または１〜３０炭素原子のアルキル基であり、ｎ及びｍは、独立して、それぞれ、４〜２０及び１〜７の整数である、
を有するククルビツリル誘導体の調製方法。
【請求項１６】
段階（ａ−２）および（ｂ−２）において、式（２）を有する化合物１モルに対して、酸を３〜７モルの量を添加し、式（Ａ）を有するアルデヒド化合物を２〜２０モルの量を添加し、さらに反応温度は５０〜１５０℃の範囲である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
段階（ｂ−２）において、反応温度は、５０〜１５０℃の範囲である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
段階（ｂ−２）において、酸は、塩酸、硫酸、燐酸、酢酸及び硝酸よりなる群から選択され、水または有機溶剤における希釈溶液で使用される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
段階（ｂ−２）の反応生成物のうち、それぞれ、ｎ＝５のククルビツリル誘導体は、１５〜５０％の収率で製造され、ｎ＝６のククルビツリル誘導体は２〜１０％の収率で製造され、さらにｎ＝４及び７〜２０のククルビツリル誘導体は１〜５％の収率で製造される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
分別結晶によって請求項１６〜１９に記載の調製方法によって調製されるククルビツリル誘導体混合物から式（１）を有するククルビツリル誘導体を分離する方法。
【請求項２１】
水、アセトン及びアセトニトリルよりなる群から選択される少なくとも一の溶剤が分別結晶方法に使用される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のククルビツリル誘導体をイオン選択材料として用いて、鉛、水銀、アルカリ土類金属及びアルカリ金属よりなる群から選択される一つの重金属の検出に用いられる、
または、アセチルコリン、アンモニウムイオン、有機アミン、アミノ酸およびその誘導体及び核酸塩基よりなる群から選択される有機物の検出に用いられるイオンセンサー。
【請求項２３】
イオン選択材料、高分子支持体及び可塑剤を含むイオン選択センサー膜を有する、請求項２２に記載のイオンセンサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、水溶性及び有機溶解性ククルビツリル誘導体(cucurbituril derivative)、その調製方法、その分離方法ならびに用途に関するものであり、より詳細には、様々な繰り返し単位及び様々な大きさの内部の空洞を有し、さらに中性のｐＨの純水に及び一般的な有機溶剤に溶ける新規なククルビツリル誘導体、その調製方法、純粋なククルビツリル誘導体の分離方法、ならびにこれらの用途に関するものである。
【０００２】
背景技術
ククルビツリルは、１９０５年のBehrendらによって最初に報告された化合物である(Liebigs Ann. Chem. 1905, 339, 1)。彼らの論文によると、グリコールウリル(glycoluril)と過量のホルムアルデヒドとを塩酸（ＨＣｌ）存在下で縮合させると、非晶質固体が製造される。この固体を熱い濃硫酸で溶かし、この溶液を水で希釈した後、溶液を室温までゆっくり冷却することによって、結晶性の材料が製造される。彼らは、この物資をＣ10Ｈ11Ｎ7Ｏ4・２Ｈ2Ｏと間違って特徴付けたが、その構造は同定されていなかった。
【０００３】
１９８１年に、この物質は、Mock及び共同研究者らによって再発見された。彼らは、Ｃ36Ｈ36Ｎ24Ｏ12の組成を有する６つの単量体からなる大環状化合物として正しく特徴付け、また、これをＸ線結晶構造決定法によって確認した(J. Am. Chem. Soc., 1981, 103, 7367)。彼らは、これをククルビツリル(cucurbituril)と称し、我々は、以降、ククルビト［６］ウリル[cucurbit[6]uril]と称する。その後、ククルビト［６］ウリルの改善された調製方法が開示された(DE 196 03 377 A1)。
【０００４】
２０００年には、ククルビト［６］ウリルの公知の調製方法が、Kimoon Kim及び共同研究者らによって改善され、ククルビト［６］ウリル及びその同族体であるククルビツ［ｎ］ウリル（ｎ＝５、７及び８）を合成、分離し、これをＸ線結晶構造決定法によって確認した(J. Am. Chem. Soc., 2000, 122, 540)。
【０００５】
上記ククルビツリル誘導体は、非置換のグリコールウリル単量体の化合物であり、酸性水溶液にのみ可溶性であり、好ましくない。
【０００６】
水素以外の置換基を有するククルビツリル誘導体としては、５つのジメタノジメチルグリコールウリル(dimethanodimethylglycoluril)単位がジメチルグリコールウリルとホルムアルデヒドとの縮合反応によって環構造を形成する、デカメチルククルビト［５］ウリル[decamethylcucurbit[5]uril]が報告されたのみである(Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1992, 31, 1475)。しかしながら、この化合物もまた、酸性水溶液にのみ可溶性である。
【０００７】
上記したように、現在まで調製され、知られているククルビツリル誘導体は、中性ｐＨの純水やメタノール等の一般的な有機溶剤に不溶性であるため、その用途が非常に限定される。
【０００８】
国際特許公報第ＷＯ  ００／６８２３２号には、下記式：
【０００９】
【化５】
0004418229.tif 000002
【００１０】
ただし、ｎは、４〜１２の値である、
を有するククルビト［ｎ］ウリルが開示されている。
【００１１】
加えて、ＷＯ  ００／６８２３２号には、下記式：
【００１２】
【化６】
0004418229.tif 000003
【００１３】
を有する置換されたグリコールウリル誘導体が開示されている。
【００１４】
しかしながら、上記グリコールウリル誘導体から調製されたククルビツリル誘導体は引用された参考文献には記載されていない。また、グリコールウリル誘導体はかなり大きな置換基を有しているために、立体障害によってこれに相当するククルビツリル誘導体を合成することは非常に難しい。
【００１５】
発明の開示
上記問題を解決するために、本発明の第一の目的は、様々な大きさの空洞を有するおよび／または一般的な溶剤に対して溶解性が改善された新規なククルビツリル誘導体、およびこのようなククルビツリル誘導体を調製するのに使用される新規なグリコールウリル誘導体を提供することである。
【００１６】
本発明の第二の目的は、前記ククルビツリル誘導体及びグリコールウリル誘導体の調製方法を提供することである。
【００１７】
本発明の第三の目的は、ククルビツリル誘導体の混合物から純粋なククルビツリル誘導体を分離する方法を提供することである。
【００１８】
本発明の第四の目的は、ククルビツリル誘導体の用途を提供することである。
【００１９】
本発明の第一の目的は、式（１）：
【００２０】
【化７】
0004418229.tif 000004
【００２１】
ただし、Ｘは、Ｏ、ＳまたはＮＨであり；Ｒ1及びＲ2は、それぞれ独立して、水素、１〜３０炭素原子のアルキル基、１〜３０炭素原子のアルケニル基、１〜３０炭素原子のアルキニル基、１〜３０炭素原子のアルキルチオ基、１〜３０炭素原子のアルキルカルボキシル基、１〜３０炭素原子のヒドロキシアルキル基、１〜３０炭素原子のアルキルシリル基、１〜３０炭素原子のアルコキシ基、１〜３０炭素原子のハロアルキル基、ニトロ基、１〜３０炭素原子のアルキルアミン基(alkylamine group)、アミン基(amine group)、１〜３０炭素原子のアミノアルキル基、５〜３０炭素原子の非置換のシクロアルキル基、ヘテロ原子を有する４〜３０炭素原子のシクロアルキル基、６〜３０炭素原子の非置換のアリール基、およびヘテロ原子を有する６〜３０炭素原子のアリール基よりなる群から選択され；ならびに、ｎ及びｍは、独立して、それぞれ、４〜２０及び１〜７の整数である、
を有するククルビツリル誘導体によって達成される。
【００２２】
本発明の他の態様によると、式（２）：
【００２３】
【化８】
0004418229.tif 000005
【００２４】
ただし、Ｘは、Ｏ、ＳまたはＮＨであり；Ｒ1は、独立して、水素、１〜３０炭素原子のアルキル基、１〜３０炭素原子のアルケニル基、１〜３０炭素原子のアルキニル基、１〜３０炭素原子のアルキルチオ基、１〜３０炭素原子のアルキルカルボキシル基、１〜３０炭素原子のヒドロキシアルキル基、１〜３０炭素原子のアルキルシリル基、１〜３０炭素原子のアルコキシ基、１〜３０炭素原子のハロアルキル基、ニトロ基、１〜３０炭素原子のアルキルアミン基、アミン基、１〜３０炭素原子のアミノアルキル基、５〜３０炭素原子の非置換のシクロアルキル基、ヘテロ原子を有する４〜３０炭素原子のシクロアルキル基、６〜３０炭素原子の非置換のアリール基、及びヘテロ原子を有する６〜３０炭素原子のアリール基よりなる群から選択され；ｍは、４を除く、１〜７の整数である、
を有するグリコールウリル誘導体が提供される。
【００２５】
本発明の第二の目的は、（ａ−２）式（２）を有する化合物及び式（Ａ）を有するアルデヒド化合物を混合、撹拌し、さらに（ｂ−２）前記反応混合物に酸を添加し、撹拌して、反応を終了させることを有する、式（１）：
【００２６】
【化９】
0004418229.tif 000006
【００２７】
ただし、Ｘは、Ｏ、ＳまたはＮＨであり；Ｒ1及びＲ2は、それぞれ独立して、水素、１〜３０炭素原子のアルキル基、１〜３０炭素原子のアルケニル基、１〜３０炭素原子のアルキニル基、１〜３０炭素原子のアルキルチオ基、１〜３０炭素原子のアルキルカルボキシル基、１〜３０炭素原子のヒドロキシアルキル基、１〜３０炭素原子のアルキルシリル基、１〜３０炭素原子のアルコキシ基、１〜３０炭素原子のハロアルキル基、ニトロ基、１〜３０炭素原子のアルキルアミン基、アミン基、１〜３０炭素原子のアミノアルキル基、５〜３０炭素原子の非置換のシクロアルキル基、ヘテロ原子を有する４〜３０炭素原子のシクロアルキル基、６〜３０炭素原子の非置換のアリール基、およびヘテロ原子を有する６〜３０炭素原子のアリール基よりなる群から選択され；ならびに、ｎ及びｍは、独立して、それぞれ、４〜２０及び１〜７の整数である、
を有するククルビツリル誘導体の調製方法によって達成される。
【００２８】
段階（ａ−２）において、式（２）を有する化合物１モルに対して、酸を３〜７モルの量を添加することが好ましく、また、式（Ａ）を有するアルデヒド化合物を２〜２０モルの量を添加することが好ましく、さらに反応温度は５０〜１５０℃の範囲であることが好ましい。また、段階（ｂ−２）において、反応温度は、５０〜１５０℃の範囲であることが好ましい。
【００２９】
段階（ｂ−２）の反応生成物のうち、それぞれ、ｎ＝５のククルビツリル誘導体は１５〜５０％の収率で製造されるのが好ましく、ｎ＝６のククルビツリル誘導体は２〜１０％の収率で製造されるのが好ましく、ｎ＝４及び７〜２０のククルビツリル誘導体は１〜５％の収率で製造されるのが好ましい。
【００３０】
本発明の他の態様によると、（ａ−１）反応を目的として酸性水溶液または酸含有有機溶剤を、ウレア誘導体（Ｂ）及びシクロジオン(cyclodione)化合物（Ｃ）の混合物に添加し、さらに（ｂ−１）前記反応混合物から水または有機溶剤を除去することを有する、式（２）：
【００３１】
【化１０】
0004418229.tif 000007
【００３２】
ただし、Ｘは、Ｏ、ＳまたはＮＨであり；Ｒ1及びＲ2は、それぞれ独立して、水素、１〜３０炭素原子のアルキル基、１〜３０炭素原子のアルケニル基、１〜３０炭素原子のアルキニル基、１〜３０炭素原子のアルキルチオ基、１〜３０炭素原子のアルキルカルボキシル基、１〜３０炭素原子のヒドロキシアルキル基、１〜３０炭素原子のアルキルシリル基、１〜３０炭素原子のアルコキシ基、１〜３０炭素原子のハロアルキル基、ニトロ基、１〜３０炭素原子のアルキルアミン基、アミン基、１〜３０炭素原子のアミノアルキル基、５〜３０炭素原子の非置換のシクロアルキル基、ヘテロ原子を有する４〜３０炭素原子のシクロアルキル基、６〜３０炭素原子の非置換のアリール基、およびヘテロ原子を有する６〜３０炭素原子のアリール基よりなる群から選択され；ならびにｍは、４を除く、１〜７の整数である、
を有するグリコールウリル誘導体の調製方法が提供される。
【００３３】
段階（ａ−１）において、反応温度は、好ましくは７０〜１２０℃の範囲である。好ましくは、反応に使用されるシクロジオン化合物（Ｃ）の量は、ウレア誘導体（Ｂ）の１モルに対して０．１〜０．５モルである。また、酸性水溶液は、好ましくは、トリフルオロ酢酸、メタンスルホン酸、酢酸、塩酸、硝酸及び硫酸よりなる群から選択され、酸含有有機溶剤は、ベンゼン及びトルエンよりなる群から選択される。
【００３４】
第三の目的を達成するために、本発明は、分別結晶によってククルビツリル誘導体混合物から式（１）を有するククルビツリル誘導体を分離する方法を提供するものである。上記分別結晶方法は、水、アセトン及びアセトニトリルよりなる群から選択された少なくとも一の溶剤における異なる溶解度に基づくものである。
【００３５】
本発明の第四の目的は、廃水から有機染料を、水から重金属を、及び放射性廃棄物から放射性同位元素を除去するのに、不快な臭い、及び大気汚染物質を捕集及び除去するのに、ならびに畜産廃水及び製鉄所廃水を脱臭、脱色するのに、ククルビツリル誘導体を使用する方法によって達成される。または、本発明は、アンモニウムイオン、有機アミン、アミノ酸誘導体、核酸塩基、アルカリ金属またはアルカリ土類金属イオンを検出するためのセンサー、ポリマー、化粧品、人工的に香りをつけた紙または織物、殺虫剤及び除草剤、薬剤への添加剤、ならびに薬剤担体に使用できる。さらに、本発明は、フラーレンまたはカボラン(caborane)化合物の抽出及び精製に使用でき、またクロマトグラフィー用カラムの充填材料として、気体分離膜への添加剤として、各種化学反応の触媒として使用できる。特に、本発明の好ましい実施態様では、ククルビツリル誘導体をイオン選択材料として用いるイオンセンサーが提供される。
【００３６】
本発明によるククルビツリル誘導体は、式（１）：
【００３７】
【化１１】
0004418229.tif 000008
【００３８】
ただし、Ｘは、Ｏ、ＳまたはＮＨであり；Ｒ1及びＲ2は、独立して、水素、１〜３０炭素原子のアルキル基、１〜３０炭素原子のアルケニル基、１〜３０炭素原子のアルキニル基、１〜３０炭素原子のアルキルチオ基、１〜３０炭素原子のアルキルカルボキシル基、１〜３０炭素原子のヒドロキシアルキル基、１〜３０炭素原子のアルキルシリル基、１〜３０炭素原子のアルコキシ基、１〜３０炭素原子のハロアルキル基、ニトロ基、１〜３０炭素原子のアルキルアミン基、アミン基、１〜３０炭素原子のアミノアルキル基、５〜３０炭素原子の非置換のシクロアルキル基、ヘテロ原子を有する４〜３０炭素原子のシクロアルキル基、６〜３０炭素原子の非置換のアリール基、およびヘテロ原子を有する６〜３０炭素原子のアリール基よりなる群から選択され；ならびに、ｎ及びｍは、独立して、それぞれ、４〜２０及び１〜７の整数である、
によって表わされる。
【００３９】
Ｒ1及びＲ2に関する１〜３０炭素原子のアルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル及びｔ−ブチル基が挙げられる。Ｒ1及びＲ2に関する１〜３０炭素原子のアルケニル基としては、プロピレン及びブテン基が挙げられ、また１〜３０炭素原子のアルキニル基としては、ヘキシニル基がある。１〜３０炭素原子のアルキルチオ基としては、ブチルメチルスルフィド及びオクタンチオル基が挙げられる。１〜３０炭素原子のアルキルカルボキシル基としては、カルボキシプロピル及びカルボキシブチル基が挙げられる。１〜３０炭素原子のヒドロキシアルキル基としては、ヒドロキシブチル及びヒドロキシエチル基が挙げられる。１〜３０炭素原子のアルキルシリル基としては、アリールトリエチルシリル及びビニルトリエチルシリル基が挙げられ、１〜３０炭素原子のアルコキシ基としては、メトキシ及びエトキシ基が挙げられる。１〜３０炭素原子のハロアルキル基としては、ＣＦ3及びＣＨ2Ｃｌが挙げられ、１〜３０炭素原子のアルキルアミン基としては、メチルアミン及びエチルアミン基が挙げられ、１〜３０炭素原子のアミノアルキル基としては、２−アミノブチル及び１−アミノブチル基が挙げられる。５〜３０炭素原子の非置換のシクロアルキル基としては、シクロヘキシル及びシクロペンチル基が挙げられ、さらにヘテロ原子を有する４〜３０炭素原子のシクロアルキル基としては、ピぺリジル及びテトラヒドロフラニル基が挙げられる。６〜３０炭素原子の非置換のアリール基としては、フェニル、ベンジル及びナフチル基が挙げられ、またヘテロ原子を有する６〜３０炭素原子のアリール基としては、ペンタフルオロフェニル及びピリジル基が挙げられる。
【００４０】
上記式（１）におけるＲ1及びＲ2の上記例を考慮すると、下記化合物が式（１）を有するククルビツリル誘導体の例であってもよい。
【００４１】
換言すると、上記式（１）において、Ｒ1は、水素、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ｔ−ブチル、フェニルまたはピリジル基であってもよく、Ｒ2は、水素、メチル、プロピル、フェニル、トリクロロメチル、トリフルオロメチル、パラフルオロフェニルまたはα，α，α−トリフルオロトリル基であってもよい。または、Ｒ1は、水素であってもよく、Ｒ2は、水素、メチル、エチル、プロピル、フェニル、トリクロロメチル、トリフルオロメチル、パラフルオロフェニルまたはα，α，α−トリフルオロトリル基であってもよい。他の実施態様においては、Ｒ1は、メチル基であってもよく、Ｒ2は、水素、メチル、エチル、プロピル、フェニル、トリクロロメチル、トリフルオロメチル、パラフルオロフェニルまたはα，α，α−トリフルオロトリル基であってもよい。より好ましいククルビツリル誘導体は、ＸがＯであり、Ｒ1及びＲ2は双方とも水素であり、ｎが４〜２０の値であり、およびｍが１〜７の値である、ならびにＸがＮＨまたはＳであり、Ｒ1及びＲ2は双方とも水素であり、ｎが４〜２０の値であり、およびｍが１〜７の値である、上記式（１）を有する。
【００４２】
特に、ｎが５であり、ｍが４であり、ＸがＯであり、ならびにＲ1及びＲ2が双方とも水素である本発明に係るククルビツリル誘導体は、高い溶解度、即ち、水では１(１０-1〜３(１０-1Ｍ、及びメタノール、エタノール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド及びアセトニトリルよりなる群から選択される有機溶剤では１×１０-4〜１×１０-2Ｍを有する。上記したように、本発明に係るククルビツリル誘導体は、一般的な溶剤に可溶性であるので、より広範な用途が提供される。
【００４３】
または、本発明は、式（２）：
【００４４】
【化１２】
0004418229.tif 000009
【００４５】
ただし、Ｘは、Ｏ、ＳまたはＮＨであり；Ｒ1は、独立して、水素、１〜３０炭素原子のアルキル基、１〜３０炭素原子のアルケニル基、１〜３０炭素原子のアルキニル基、１〜３０炭素原子のアルキルチオ基、１〜３０炭素原子のアルキルカルボキシル基、１〜３０炭素原子のヒドロキシアルキル基、１〜３０炭素原子のアルキルシリル基、１〜３０炭素原子のアルコキシ基、１〜３０炭素原子のハロアルキル基、ニトロ基、１〜３０炭素原子のアルキルアミン基、アミン基、１〜３０炭素原子のアミノアルキル基、５〜３０炭素原子の非置換のシクロアルキル基、ヘテロ原子を有する４〜３０炭素原子のシクロアルキル基、６〜３０炭素原子の非置換のアリール基、及びヘテロ原子を有する６〜３０炭素原子のアリール基よりなる群から選択され；ならびにｍは、４を除く、１〜７の整数である、を有し、式（１）を有するククルビツリル誘導体を調製するのに使用されるグリコールウリル誘導体を提供するものである。
【００４６】
式２のＲ1において、１〜３０炭素原子のアルキル基、１〜３０炭素原子のアルケニル基、１〜３０炭素原子のアルキニル基、１〜３０炭素原子のアルキルチオ基、１〜３０炭素原子のアルキルカルボキシル基、１〜３０炭素原子のヒドロキシアルキル基、１〜３０炭素原子のアルキルシリル基、１〜３０炭素原子のアルコキシ基、１〜３０炭素原子のハロアルキル基、１〜３０炭素原子のアルキルアミン基、１〜３０炭素原子のアミノアルキル基、５〜３０炭素原子の非置換のシクロアルキル基、ヘテロ原子を有する４〜３０炭素原子のシクロアルキル基、６〜３０炭素原子の非置換のアリール基、及びヘテロ原子を有する６〜３０炭素原子のアリール基の例は、上記した定義と同様である。より好ましくは、式（２）を有するククルビツリル誘導体は、ｍが３または４であり、Ｒ1及びＲ2は双方とも水素である、上記式（２）を有する。
【００４７】
以下、本発明に係る式（１）を有するククルビツリル誘導体の合成方法を、反応スキーム（１）及び（２）によって表わして、説明する。
【００４８】
酸を、式（２）を有するグリコールウリル誘導体に、この誘導体１モルに対して、３〜７モルの量で添加、混合する。好ましくは、酸は、水または有機溶剤で１〜１２Ｍとなる、より好ましくは６〜１２Ｍとなるように希釈される。式（２）を有するグリコールウリル誘導体を溶解できる酸が、例えば、使用でき、使用できる酸としては、塩酸、硫酸、燐酸、酢酸、硝酸及びこれらの酸の混合物が挙げられる。酸の希釈剤としての有機溶剤は、ジメチルスルホキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、メタノール、エタノール、クロロホルムまたはこれらの溶剤の混合液であってもよい。
【００４９】
式（２）（Ｘ＝Ｏ）を有する化合物は、下記方法に従って合成されうる。
【００５０】
ウレア誘導体（Ｂ）（Ｙ＝Ｏ）、すなわち、ウレア、及びシクロジオン化合物（Ｃ）（ｍ＝１〜７）を、酸性水溶液または酸含有有機溶剤に溶解し、所定時間撹拌する。この段階では、反応温度は７０〜１２０℃の範囲であることが好ましい。上記範囲を外れると、反応性の面で望ましくない。シクロジオン化合物（Ｃ）の含量は、ウレア誘導体（Ｂ）１モルに対して、０．１〜０．５モルの範囲であることが好ましい。
【００５１】
酸性水溶液は、トリフルオロ酢酸、メタンスルホン酸、酢酸、塩酸、硝酸及び硫酸よりなる群から選択される酸から得られる。酸含有有機溶剤は、ベンゼン及びトルエンよりなる群から選択される。
【００５２】
反応混合物から水または有機溶剤を除去すると、式（２）（Ｘ＝Ｏ）を有する化合物が製造される。Ｘ＝ＳまたはＮＨの式（２）を有する化合物も同様の方法によって得られる。
【００５３】
【化１３】
0004418229.tif 000010
【００５４】
ただし、ｍ及びＲ1は前記の通りである。
【００５５】
次に、反応スキーム２に示されるように、アルデヒド化合物Ａを、式（２）（Ｘ＝Ｏ）を有する化合物及び酸の反応混合物に添加し、３０分〜１時間、５０〜１５０℃で撹拌しながら反応させる。反応温度が５０℃未満であると、反応がほとんど進まない。反応温度が１５０℃を超えると、粘性のある中間反応産物の分解が起きて望ましくない場合がある。
【００５６】
反応に使用されるアルデヒド化合物（Ａ）の量は、式２を有する化合物１モルに対して、２〜２０モルであり、好ましくは４モルである。アルデヒド化合物（Ａ）の具体的な例としては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド及びベンズアルデヒドなどが挙げられる。
【００５７】
【化１４】
0004418229.tif 000011
【００５８】
ただし、ｍ、ｎ、Ｒ1及びＲ2は前記の通りである。
【００５９】
反応中、反応液の色は暗い赤色に変わり、その粘性が経時的に増加する。
【００６０】
過剰の酸をさらに反応混合物に添加した後、５０〜１５０℃で２４時間、さらに反応させて、反応を終了させる。過剰の酸を添加した後、反応温度が５０℃未満である場合には、反応がほとんど進まない。反応温度が１５０℃を超えると、粘性のある中間反応産物の分解が起きて望ましくない場合がある。
【００６１】
最終反応産物は、反応温度及び反応物質の量によって変わる。最終反応産物は、ｍに関係なく、ｎが４〜２０である際に、上記２以上のククルビツリル誘導体の混合物である。
【００６２】
具体的には、反応産物は、ｎが４〜２０でありかつｍが１〜７であるククルビツリル誘導体の混合物である。ここでは、ｎ＝５のククルビツリル誘導体は、１５〜５０％の収率で製造され、ｎ＝６のククルビツリル誘導体は２〜１０％の収率で製造され、さらにｎ＝４及び７〜２０のククルビツリル誘導体は１〜５％の収率で製造される。
【００６３】
次に、得られたククルビツリル誘導体は、分別結晶法によって相互に分離される。この分別結晶法を用いた分離段階は、水、アセトン、アセトニトリルなどの溶剤に対する異なる溶解度に基づくものである。
【００６４】
Ｘ＝Ｓの式（１）を有するククルビツリル誘導体の合成方法を、ここで説明する。Ｘ＝Ｓの式（１）を有するククルビツリル誘導体はまた、Ｘ＝Ｏの代わりに、Ｘ＝Ｓの式（２）を有する化合物を用いて上記方法によって合成されうる。ここでは、Ｘ＝Ｓの式（２）を有する化合物は、ウレア代わりにチオウレアを使用する以外は、前記と同様にして合成できる。さらに、上記方法は、Ｘ＝ＮＨのククルビツリル誘導体を合成するのに適用できる。
【００６５】
上記したように、本発明は、ｎが５〜２０の範囲である、式（１）を有するククルビツリル誘導体の容易な調製方法を提供するものであり、所望のククルビツリル誘導体は、一般的な溶剤での異なる溶解度を用いて純粋なタイプで得ることができる。また、本発明によると、ｎが４〜２０の範囲である、式（１）を有するククルビツリル誘導体から選択される２以上のククルビツリル誘導体の混合物を容易に得ることができる。
【００６６】
シクロデキストリンの代用として使用できる、本発明によって開示される式（１）を有するククルビツリル誘導体は、４〜１５Åの直径を有する空洞を有し、その空洞中に環状ベンゼン誘導体、ナフタレン誘導体、カルボラン誘導体、フラーレン誘導体、フェロセン誘導体及びアダマンタン誘導体等の、ゲスト分子(guest molecule)を含むことができる。
【００６７】
上記したように、式（１）を有するククルビツリル誘導体は、様々な大きさの化合物を封入でき、分子の空洞付近にルイス塩基を有し、これは電荷を有する金属イオン、有機金属イオンまたは有機化合物と相互作用できるため、ククルビツリル誘導体は広範な用途を有することができる。特に、本発明に係る式（１）を有するククルビツリル誘導体は、廃水から有機染料を、水から重金属を、及び放射性廃棄物から放射性同位元素を除去するのに、不快な臭い、及び一酸化炭素、二酸化炭素、ＮＯx、ＳＯx等の大気汚染物質を捕集及び除去するのに、ならびに畜産廃水及び製鉄所廃水を脱臭及び脱色するのに、使用できる。また、式（１）を有するククルビツリル誘導体は、アンモニウムイオン、有機アミンまたはアミノ酸誘導体、核酸塩基、アルカリ金属またはアルカリ土類金属イオンを検出するためのセンサーを製造するのに適用できる。式（１）を有するククルビツリル誘導体は、ポリマー、化粧品、人工的に香りをつけた紙または織物、殺虫剤及び除草剤、薬剤への添加剤として使用でき、さらに薬剤担体として使用できる。式（１）を有するククルビツリル誘導体は、フラーレンまたはカボラン化合物の抽出及び精製に使用でき、またクロマトグラフィー用カラムの充填材料として、気体分離膜への添加剤として、各種化学反応の触媒として使用できる。
【００６８】
本発明によって開示されるククルビツリル誘導体の用途において、ククルビツリル誘導体の形態は特に限定されない。すなわち、特定の純粋なククルビツリル誘導体またはククルビツリル誘導体の混合物が使用されてもよい。しかしながら、使用されるククルビツリル誘導体の形態の中で効果の差異が大きくない場合には、反応スキーム１及び２によって調製されるククルビツリル誘導体の混合物の使用が、さらなる分離工程を必要としないため、コスト面で好ましい。
【００６９】
以下、式（１）を有するククルビツリル誘導体を用いたイオンセンサーについて説明する。
【００７０】
イオンセンサーは、イオン選択膜を有する。イオン選択膜は、イオン選択材料、高分子支持体及び可塑剤を溶剤に溶解してイオン選択膜を形成するための組成物を調製し、これから溶剤を除去することによって、形成される。イオン選択電極が、このイオン選択膜を用いることによって形成できる。次に、一般的な方法によってこのイオン選択電極を用いて、イオンセンサーが製造できる。
【００７１】
イオン選択膜を形成するための組成物において、使用できるイオン選択材料としては、式（１）を有するククルビツリル誘導体が挙げられる。この際、化合物は、ｎが４〜２０であり、ｍが１〜７である混合物の形態で使用されてもよい。高分子支持体は、イオン選択膜を支持する役割を担い、使用できる例としては、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン及びシリコンラバーが挙げられる。高分子支持体の使用量は、好ましくは、イオン選択材料１重量部を基準として、１〜１８０重量部である。この際、高分子支持体の量が上記範囲を外れる場合には、イオンセンサーの効率が劣る。
【００７２】
イオン選択膜を形成するための組成物において、可塑剤は、層の加工性を改善する役割を果たし、使用できる例としては、２−ニトロフェニルオクチルエーテル、アジピン酸ジオクチル及びセバシン酸ジオクチルが挙げられる。可塑剤の使用量は、好ましくは、イオン選択材料１重量部を基準として、１〜１４０重量部である。ここで、可塑剤の量が上記範囲を外れる場合には、層の加工性が低下する場合がある。
【００７３】
場合によっては、イオンセンサーの感受性を促進するための添加剤を、イオン選択膜を形成するための組成物にさらに含ませてもよい。このような添加剤の例としては、カリウムテトラキス（４−クロロフェニル）ホウ酸塩[potassium tetrakis(4-chlorophenyl)borate]、ナトリウムテトラキス［３，５−ビス（１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロ−２−メトキシ−２−プロピル）−フェニル］ホウ酸塩[sodium tetrakis[3,5-bis(1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-methoxy-2-propyl)-phenyl]borate]、カリウムテトラキス［３，５−ビス（トリフルオロメチル）−フェニル］ホウ酸塩[potassium tetrakis[3, 5-bis(trifluoromethyl)-phenyl] borate]が挙げられる。
【００７４】
上記方法によって製造されるイオンセンサーは、鉛、水銀、アルカリ土類金属若しくはアルカリ金属等の重金属、またはアセチルコリン、アンモニウムイオン、有機アミン、アミノ酸、この誘導体若しくは核酸塩基等の有機物を検出するのに使用される。
【００７５】
イオンセンサーに使用されるククルビツリル誘導体は、純粋な化合物またま混合物の形態を有していてもよい。
【００７６】
図面の簡単な説明
図１は、本発明の合成例１で調製されたククルビツリル誘導体のＸ線結晶構造を示す図である；
図２は、本発明の合成例２で調製されたククルビツリル誘導体のＸ線結晶構造を示す図である；
図３は、本発明の合成例１で調製されたククルビツリル誘導体ＣＢ*［５］を用いて調製されたイオン選択電極から検出される鉛イオン、カリウムイオン、アンモニウムイオン及びナトリウムイオンを表わすグラフである；ならびに
図４は、本発明の合成例２で調製されたククルビツリル誘導体ＣＢ*［６］を用いて調製されたイオン選択電極から検出される鉛イオン、カリウムイオン、アンモニウムイオン及びナトリウムイオンを表わすグラフである。
【００７７】
本発明を下記実施例によってより詳細に説明する。下記実施例は、詳細に説明することを目的とするものであり、本発明の概念を制限するものではない。
【００７８】
発明を実施するための最良の形態
合成例１：ｎが５であり、ｍが４であり、ＸがＯであり、Ｒ1及びＲ2がＨである式（１）を有するククルビツリル誘導体の調製
３０％ホルムアルデヒド水溶液１．９ｍＬ及びｍが４であり、ＸがＯであり、及びＲ1がＨである式（２）のグリコールウリル誘導体２．０ｇを混合し、これに３７％塩酸水溶液０．１６ｍＬを添加した。この反応混合物を８０℃で３０分間撹拌した。次に、水５ｍＬと硫酸２．５ｍＬとを添加し、反応混合物を８０℃で２４時間さらに撹拌した。反応が終了した後、得られた溶液を室温まで冷やして、水１０ｍＬで希釈した。次に、アセトン３００ｍＬを反応混合物に加えて、沈殿を形成した。得られた沈殿をろ過し、アセトンで洗浄し、水５０ｍＬに再び溶かした。得られた溶液をトリエチルアミンで中和し、減圧下で濃縮して、ｎ＝５のククルビツリル誘導体４５％、ｎ＝６のククルビツリル誘導体１５％、ｎ＝４及び７〜２０のククルビツリル誘導体５％などから構成される固体混合物を得た。この固体混合物をアセトニトリル２０ｍＬで洗浄し、水または水及びアセトンの混合液で再結晶化して、ｎが５であり、ｍが４であり、ＸがＯであり、ならびにＲ1及びＲ2がＨである式（１）を有する無色の結晶性のククルビツリル誘導体（以降、ＣＢ*［５］と称する）を４０％の収率で得た。
【００７９】
得られたククルビツリル誘導体の結晶構造をＸ線結晶学によって決定した。結果を図１に示す。図１に示されるように、合成例１で得られたククルビツリル誘導体は内部に空洞を有していることが確認された。
【００８０】
1Ｈ  ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，Ｄ2Ｏ）：δ＝５．６４（ｄ，Ｊ＝１５．６Ｈｚ，１０Ｈ），４．３３（ｄ，Ｊ＝１５．８Ｈｚ，１０Ｈ），２．２０（ｓ，２０Ｈ），１．４６（ｓ，２０Ｈ）；13Ｃ  ＮＭＲ（７５ＭＨｚ，Ｄ2Ｏ）：δ＝１５６．３３，７６．４５，４３．５１，２３．５６，１４．０。
【００８１】
合成例２：ｎが６であり、ｍが４であり、ＸがＯであり、Ｒ1及びＲ2がＨである式（１）を有するククルビツリル誘導体の調製
合成例１でアセトニトリル２０ｍＬで瀘過された溶液から得られた固体混合物を、水または水及びアセトンの混合液で再結晶化して、ｎが６であり、ｍが４であり、ＸがＯであり、ならびにＲ1及びＲ2がＨである式（１）を有する無色の結晶性のククルビツリル誘導体（以降、ＣＢ*［６］と称する）を１０％の収率で得た。
【００８２】
得られたククルビツリル誘導体の結晶構造をＸ線結晶学によって決定した。結果を図２に示す。図２に示されるように、合成例２で得られたククルビツリル誘導体は内部に空洞を有していることが確認された。
【００８３】
1Ｈ  ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，Ｄ2Ｏ）：δ＝５．７３（ｄ，Ｊ＝１５．９Ｈｚ，１２Ｈ），４．３２（ｄ，Ｊ＝１６．０Ｈｚ，１２Ｈ），２．２６（ｓ，２４Ｈ），１．４９（ｓ，２４Ｈ）；13Ｃ  ＮＭＲ（７５ＭＨｚ，Ｄ2Ｏ）：δ＝１５６．４３，７６．５１，４４．１０，２３．３７，１４．０７。
【００８４】
合成例３：ｍが３であり、ＸがＯであり、Ｒ1がＨである式（２）を有するグリコールウリル誘導体の調製
１，２−シクロペンタンジオン２．０ｇ、ウレア２．９ｇ、トリフルオロ酢酸４ｍＬをベンゼン６０ｍＬに溶かし、１６時間８０〜９０℃で還流させた。反応中に生成した水を、ディーンスタークウォータートラップ(Dean-Stark water trap)を用いて除去して、反応を促進した。得られた反応混合物を室温に冷やし、沈殿を得、これを瀘過、乾燥して、ｍが４であり、ＸがＯであり、およびＲ1がＨである固体のグリコールウリル誘導体を１２％の収率で得た。
【００８５】
1Ｈ  ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＤＭＳＯ−ｄ6）：δ＝７．２５（ｓ，４Ｈ），１．９０（ｔ，４Ｈ），１．６７（ｍ，２Ｈ）；13Ｃ  ＮＭＲ（７５ＭＨｚ，ＤＭＳＯ−ｄ6）：δ＝１６０．４９，８１．７０，４０．７５，２３．５５。ＭＳ（ＥＳＩ）：ｍ／ｚ  １８２．０２。
【００８６】
合成例４
ｍが１であり、ＸがＳであり、ならびにＲ1及びＲ2がＨであるグリコールウリル誘導体を、ｍが４であり、ＸがＯであり、ならびにＲ1及びＲ2がＨであるグリコールウリル誘導体の代わりに使用した以外は、合成例１と同じ方法によって、所望の生成物を合成した。
【００８７】
合成例５
ｍが２であり、ＸがＯであり、ならびにＲ1及びＲ2がＨであるグリコールウリル誘導体を、ｍが４であり、ＸがＯであり、ならびにＲ1及びＲ2がＨであるグリコールウリル誘導体の代わりに使用した以外は、合成例１と同じ方法によって、所望の生成物を合成した。
【００８８】
合成例６
ｍが３であり、ＸがＯであり、ならびにＲ1及びＲ2がＨであるグリコールウリル誘導体を、ｍが４であり、ＸがＯであり、ならびにＲ1及びＲ2がＨであるグリコールウリル誘導体の代わりに使用した以外は、合成例１と同じ方法によって、所望の生成物を合成した。
【００８９】
合成例７
ｍが５であり、ＸがＯであり、ならびにＲ1及びＲ2がＨであるグリコールウリル誘導体を、ｍが４であり、ＸがＯであり、ならびにＲ1及びＲ2がＨであるグリコールウリル誘導体の代わりに使用した以外は、合成例１と同じ方法によって、所望の生成物を合成した。
【００９０】
合成例８
ｍが７であり、ＸがＯであり、ならびにＲ1及びＲ2がＨであるグリコールウリル誘導体を、ｍが４であり、ＸがＯであり、ならびにＲ1及びＲ2がＨであるグリコールウリル誘導体の代わりに使用した以外は、合成例１と同じ方法によって、所望の生成物を合成した。
【００９１】
合成例１〜８と同様の方法によって、ｍが４であり、ｎが７であり、ＸがＯであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ｍが４であり、ｎが８であり、ＸがＯであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ｍが４であり、ｎが９であり、ＸがＯであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ｍが４であり、ｎが１０であり、ＸがＯであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ならびにｍが４であり、ｎが４であり、ＸがＯであり、Ｒ1及びＲ2が水素である、ククルビツリル誘導体を得た。
【００９２】
また、合成例１〜８と同様の方法によって、ｍが３であり、ｎが７であり、ＸがＯであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ｍが３であり、ｎが８であり、ＸがＯであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ｍが３であり、ｎが９であり、ＸがＯであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ｍが３であり、ｎが１０であり、ＸがＯであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ならびにｍが３であり、ｎが４であり、ＸがＯであり、Ｒ1及びＲ2が水素である、ククルビツリル誘導体を得た。
【００９３】
合成例９
ｍが４であり、ＸがＳであり、ならびにＲ1及びＲ2がＨである化合物（Ａ）を、ｍが４であり、ＸがＯであり、ならびにＲ1及びＲ2がＨである化合物（Ａ）の代わりに使用した以外は、合成例１と同じ方法によって、所望の生成物を合成した。
【００９４】
合成例１０
ｍが４であり、ＸがＮＨであり、ならびにＲ1及びＲ2がＨである化合物（Ａ）を、ｍが４であり、ＸがＯであり、ならびにＲ1及びＲ2がＨである化合物（Ａ）の代わりに使用した以外は、合成例１と同じ方法によって、所望の生成物を合成した。
【００９５】
合成例９及び１０と同様の方法によって、ｎが５であり、ｍが３であり、ＸがＳであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ｎが６であり、ｍが３であり、ＸがＳであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ｎが７であり、ｍが３であり、ＸがＳであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ｎが８であり、ｍが３であり、ＸがＳであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ｎが５であり、ｍが４であり、ＸがＳであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ｎが６であり、ｍが４であり、ＸがＳであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ｎが７であり、ｍが４であり、ＸがＳであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ｎが８であり、ｍが４であり、ＸがＳであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ｎが５であり、ｍが３であり、ＸがＮＨであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ｎが６であり、ｍが３であり、ＸがＮＨであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ｎが７であり、ｍが３であり、ＸがＮＨであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ｎが８であり、ｍが３であり、ＸがＮＨであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ｎが５であり、ｍが４であり、ＸがＮＨであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ｎが６であり、ｍが４であり、Ｘ＝ＮＨであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ｎが７であり、ｍが４であり、Ｘ＝ＮＨであり、Ｒ1及びＲ2が水素である；ならびにｎが８であり、ｍが４であり、ＸがＮＨであり、Ｒ1及びＲ2が水素である、ククルビツリル誘導体を得た。
【００９６】
合成例１１：ｍが４であり、ＸがＯであり、Ｒ1がＨである式（２）を有するグリコールウリル誘導体の調製
１，２−シクロヘキサンジオン５．０ｇ、ウレア６．７ｇ、トリフルオロ酢酸１０ｍＬを、ベンゼン１７０ｍＬに溶かし、１８時間８０〜９０℃で還流させた。反応中に生成した水を、ディーンスタークウォータートラップを用いて除去して、反応を促進した。得られた混合物を室温に冷やして、沈殿を得、これを瀘過、乾燥して、ｍが４であり、ＸがＯであり、およびＲ1及びＲ2がＨである固体のグリコールウリル誘導体を７１％の収率で得た。
【００９７】
1Ｈ  ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＤＭＳＯ−ｄ6）：δ＝７．０３（ｓ，４Ｈ），１．６９（ｔ，４Ｈ），１．３９（ｔ，４Ｈ）；13Ｃ  ＮＭＲ（７５ＭＨｚ，ＤＭＳＯ−ｄ6）：δ＝１６１．１９，７４．５２，３２．３７，１８．４３。ＭＳ（ＥＩ）：ｍ／ｚ  １９６．００。
【００９８】
合成例１２
ｍが５であり、ＸがＯであり、およびＲ1がＨである式（２）を有するグリコールウリル誘導体を、合成例３におけるのと同様の方法によって合成した。
【００９９】
合成例１３
ｍが３であり、ＸがＳであり、およびＲ1がＨである；ならびにｍが４であり、ＸがＳであり、およびＲ1がＨである式（２）を有するグリコールウリル誘導体を、合成例３におけるのと同様の方法によって合成した。
【０１００】
合成例１４
ｍが３であり、ＸがＮＨであり、およびＲ1がＨである；ならびにｍが４であり、ＸがＮＨであり、およびＲ1がＨである式（２）を有するグリコールウリル誘導体を、合成例３におけるのと同様の方法によって合成した。
【０１０１】
実施例１及び２で合成されたククルビツリル誘導体の溶解度を、水、メタノール、ジメチルスルホキシド及びアセトニトリルにおいて測定し、結果を表１に示す。
【０１０２】
【表１】
0004418229.tif 000012
【０１０３】
表１に示されるように、合成例１及び２で得られたククルビツリル誘導体は、中性ｐＨの水及び有機溶剤において良好な溶解度を有しており、また、Ｘ線結晶構造決定によって確認されたが、内部に空洞を有している。ゆえに、有機化合物との包接化合物(inclusion complex)が効果的に製造できるが、これを下記実施例において確認した。
【０１０４】
実施例１
合成例２で合成されたＣＢ*［６］６．６ｍｇ及びテトラヒドロフラン１０ｍＬを、Ｄ2Ｏ  ０．５ｍＬに溶解した。ＮＭＲ分光によって、１：１のホスト−ゲスト複合体の定量的な形成が確認される。
【０１０５】
1Ｈ  ＮＭＲ（Ｄ2Ｏ，５００ＭＨｚ）：δ＝５．７２（ｄ，１２Ｈ），４．２６（ｄ，１２Ｈ），２．８６（ｍ，４Ｈ），２．２３（ｓ，２４Ｈ），１．４６（ｓ，２４Ｈ），１．０１（ｍ，４Ｈ）。
【０１０６】
実施例２
合成例２で合成されたＣＢ*［６］６．６ｍｇ及びシクロペンタン１０ｍＬを、Ｄ2Ｏ  ０．５ｍＬに溶解した。ＮＭＲ分光によって、１：１のホスト−ゲスト複合体の定量的な形成が確認される。
【０１０７】
1Ｈ  ＮＭＲ（Ｄ2Ｏ，５００ＭＨｚ）：δ＝５．７７（ｄ，Ｊ＝１５．０Ｈｚ，１２Ｈ），４．２２（ｄ，Ｊ＝１６．０Ｈｚ，１２Ｈ），２．２３（ｓ，２４Ｈ），１．４５（ｓ，２４Ｈ），０．７０（ｓ，１０Ｈ）。
【０１０８】
実施例３
合成例２で合成されたＣＢ*［６］６．６ｍｇ及びパラトルイジン１．２ｍｇを、Ｄ2Ｏ  ０．５ｍＬに溶解した。ＮＭＲ分光によって、１：１のホスト−ゲスト複合体の定量的な形成が確認される。
【０１０９】
1Ｈ  ＮＭＲ（Ｄ2Ｏ，５００ＭＨｚ）：δ＝６．６３（ｄ，２Ｈ），６．５２（ｄ，２Ｈ），５．７３（ｄｄ，１２Ｈ），４．１９（ｄｄ，１２Ｈ），２．２５（ｓ，２４Ｈ），２．１１（ｓ，３Ｈ），１．４５（ｓ，２４Ｈ）。
【０１１０】
実施例４
合成例２で合成されたＣＢ*［６］６．６ｍｇ及びパラトルイジン塩酸塩１．５ｍｇを、Ｄ2Ｏ  ０．５ｍＬに溶解した。ＮＭＲ分光によって、１：１のホスト−ゲスト複合体の定量的な形成が確認される。
【０１１１】
1Ｈ  ＮＭＲ（Ｄ2Ｏ，５００ＭＨｚ）：δ＝６．６５（ｄ，２Ｈ），６．５３（ｄ，２Ｈ），５．７３（ｄｄ，１２Ｈ），４．１９（ｔ，１２Ｈ），２．２０（ｓ，２４Ｈ），２．０５（ｓ，３Ｈ），１．４６（ｓ，２４Ｈ）。
【０１１２】
実施例５
合成例２で合成されたＣＢ*［６］６．６ｍｇ及び１，４−フェニリンジアミン(1,4-phenyline diamine)１．２ｍｇを、Ｄ2Ｏ  ０．５ｍＬに溶解した。ＮＭＲ分光によって、１：１のホスト−ゲスト複合体の定量的な形成が確認される。
【０１１３】
1Ｈ  ＮＭＲ（Ｄ2Ｏ，５００ＭＨｚ）：δ＝６．２１（ｄ，４Ｈ），５．７９（ｄ，１２Ｈ），４．２６（ｄ，１２Ｈ），２．２６（ｓ，２４Ｈ），１．５１（ｓ，２４Ｈ）。
【０１１４】
実施例１〜５の上記結果から、合成例１及び２で得られたククルビツリル誘導体は、上記実施例で使用された有機材料の抽出、分離及び精製に好ましく使用されることが示される。
【０１１５】
合成例２で得られたククルビツリル誘導体は、その空洞中にガス状の包接複合体を形成できるが、これを実施例６で確認した。
【０１１６】
実施例６
合成例２で合成されたＣＢ*［６］６．６ｍｇを、Ｄ2Ｏ  ０．５ｍＬに溶解し、イソブテンガスを、１０分間、得られた生成物中に吹き込んだ。ＮＭＲ分光によって、１：１のホスト−ゲスト複合体の定量的な形成が確認される。
【０１１７】
1Ｈ  ＮＭＲ（Ｄ2Ｏ，５００ＭＨｚ）：δ＝５．７７（ｄ，１２Ｈ），４．２６（ｄ，１２Ｈ），３．９０（ｓ，２Ｈ），２．２６（ｓ，２４Ｈ），１．５０（ｓ，２４Ｈ），１．００（ｓ，６Ｈ）。
【０１１８】
実施例６の結果から、合成例２で得られたククルビツリル誘導体は、本実施例で使用されたガス状分子の抽出、分離及び精製に、ならびに空気中の他の汚染物質の検出に好ましく使用できることが示される。
【０１１９】
下記実施例は、ククルビツリル誘導体が生理活性材料または薬剤を効果的に輸送できるかどうかを調べることを目的とする。実施例では、神経伝達物質である塩化アセチルコリンを使用した。
【０１２０】
実施例７
合成例２で合成されたＣＢ*［６］６．６ｍｇ及び塩化アセチルコリン２．０ｍｇを、Ｄ2Ｏ  ０．５ｍＬに溶解した。ＮＭＲ分光によって、１：１のホスト−ゲスト複合体の定量的な形成が確認される。
【０１２１】
1Ｈ  ＮＭＲ（Ｄ2Ｏ，５００ＭＨｚ）：δ＝５．８１（ｄｄ，１２Ｈ），４．２７（ｄｄ，１２Ｈ），３．９９（ｓ，２Ｈ），３．８５（ｓ，２Ｈ），３．３６（ｓ，９Ｈ），２．２７（ｓ，２４Ｈ），１．４６（ｓ，２４Ｈ），１．１５（ｓ，３Ｈ）。
【０１２２】
これに対して、合成例１で得られたククルビツリル誘導体は、分子の空洞付近にルイス塩基原子を有しているため、これらは、正電荷を帯びた金属イオンまたは他の有機イオンと効果的に複合体を形成できる。下記実施例は、この性質を有するククルビツリル誘導体が金属陽イオンまたはアンモニウムイオンを検出するためのセンサーを製造するのに適用できるかどうかを調べることを目的とするものである。
【０１２３】
実施例８
５．５ｍＭのＣＢ*［５］溶液及び１１０ｍＭのＫＣｌ溶液を、７．２のｐＨを有する０．０５Ｍトリス緩衝液で調製した。次に、ＣＢ*［５］の結合定数を、マイクロカロリーメーター(microcalorimeter)（ＶＰ−ＩＴＣ、ＭｉｃｒｏＣａｌ製）を用いて測定した。その結果、ＣＢ*［５］は、２．８(１０4Ｍ-1の１次結合定数及び１．５(１０2Ｍ-1の２次結合定数で、カリウムイオンと１：２の複合体を形成する。ＣＢ*［５］は、アルカリ金属イオンと、さらにはアンモニウムイオンと、選択的に結合できる。この結果から、ククルビツリル誘導体はイオンセンサーとして使用できることが確認される。
【０１２４】
下記実施例は、有機溶剤中に存在するアンモニウムイオンがＣＢ*［５］と結合できるかどうかを調べることを目的とする。
【０１２５】
実施例９
合成例１で合成されたＣＢ*［５］５．５ｍｇ及び（ＮＨ4）+（ＢＰｈ4）-６．７ｍｇを、ＣＤ3ＣＮ  ０．５ｍＬに溶解した。ＮＭＲ分光によって、２：１の当量比でのＣＢ*［５］との（ＮＨ4）+（ＢＰｈ4）-のアンモニウムイオンの結合が確認される。
【０１２６】
1Ｈ  ＮＭＲ（ＣＤ3ＣＮ，５００ＭＨｚ）：δ＝７．２４（ｓ，１６Ｈ），６．９９（ｔ，１６Ｈ）６．８４（ｔ，８Ｈ），６．２１（ｂｒｓ，８Ｈ），５．５５（ｄ，１０Ｈ），４．０９（ｄ，１０Ｈ），２．０４（ｓ，２０Ｈ），１．３６（ｓ，２０Ｈ）。
【０１２７】
下記実施例は、合成例１で調製されたＣＢ*［５］を用いたイオン選択電極の調製方法によるイオン選択膜を有するイオン選択電極を用いた鉛イオン等の有害な重金属イオンに対する選択性を調べることを目的とするものである。
【０１２８】
実施例１０
合成例１で調製されたＣＢ*［５］１重量％をメタノール０．１ｍＬに溶かすことによって得られた溶液ならびに高分子支持体であるポリ塩化ビニル３３重量％、可塑剤である２−ニトロフェニルオクチルエーテル６５．６重量％、及びカリウムテトラキス（４−クロロフェニル）ホウ酸塩０．４重量％を溶かすことによって得られたテトラヒドロフラン溶液０．４ｍＬを、均一に混合した後、溶剤をゆっくり除去して、イオン選択膜を形成する。イオン選択電極を、このイオン選択膜を用いて製造した。ここで、０．０５Ｍ  ＫＣｌ水溶液に浸漬された塩化銀被覆銀線を、基準電極として使用した。
【０１２９】
基準電極及びイオン選択電極を、２５０ｍＬの４のｐＨを有する１ｍＭ  Ｍｇ（ＯＡｃ）2−ＨＣｌ緩衝溶液中に浸漬し、得られた産物を、層が安定した境界電位差を示すまで、少なくとも１時間撹拌し続けた。この後、１００秒間隔でマイクロピペットを用いて１０-6Ｍから１０-3Ｍまで１０倍ずつ鉛イオンの濃度を増加させながら、電位差を測定した。鉛イオンに対する選択性を、０．０１Ｍの濃度の固定溶液方法(fixed solution method)によって測定した。その測定結果を図３及び表２に示す。
【０１３０】
図３は、本発明の合成例１で調製されたククルビツリル誘導体ＣＢ*［５］を用いて調製されたイオン選択電極から検出された鉛イオン、カリウムイオン、アンモニウムイオン及びナトリウムイオンを示すグラフであり、表２は、これらイオンに対する選択性を示すものである。
【０１３１】
【表２】
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【０１３２】
図３及び表２に示された結果から、合成例１で調製されたＣＢ*［５］を用いて製造されたイオン選択電極は、水中に残る鉛イオンまたは水銀イオン等の有害な重金属イオンを検出するのに使用できることが示される。
【０１３３】
下記実施例は、実施例１で調製されたＣＢ*［６］を用いたイオン選択電極の調製方法によるイオン選択膜を有するイオン選択電極を用いた、神経伝達物質である、アセチルコリンに対する選択性を調べることを目的とするものである。
【０１３４】
実施例１１
実施例１で調製されたＣＢ*［６］１ｇをメタノール０．１ｍＬに溶かすことによって得られた溶液ならびに高分子支持体であるポリ塩化ビニル３３ｇ、可塑剤である、２−ニトロフェニルオクチルエーテル６５．６ｇ、及びカリウムテトラキス（４−クロロフェニル）ホウ酸塩０．４ｇを溶かすことによって得られたテトラヒドロフラン溶液０．４ｍＬを、均一に混合した後、溶剤をゆっくり除去して、イオン選択膜を形成する。イオン選択電極を、このイオン選択膜を用いて製造した。ここで、０．０５Ｍ  ＫＣｌ水溶液に浸漬された塩化銀被覆銀線を、基準電極として使用した。
【０１３５】
基準電極及びイオン選択電極を、２５０ｍＬの７．２のｐＨを有する０．０５Ｍ  Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝溶液中に浸漬し、得られた産物を、層が安定した境界電位差を示すまで、少なくとも１時間撹拌し続けた。この後、１００秒間隔でマイクロピペットを用いて１０-6Ｍから１０-1Ｍまで１０倍ずつ鉛イオンの濃度を増加させながら、電位差を測定した。鉛イオンに対する選択性を、０．０１Ｍの濃度の固定溶液方法(fixed solution method)によって測定した。その測定結果を図４及び表３に示す。
【０１３６】
図４は、本発明の実施例１で調製されたククルビツリル誘導体ＣＢ*［６］を用いて調製されたイオン選択電極から検出された鉛イオン、カリウムイオン、アンモニウムイオン及びナトリウムイオンを示すグラフであり、表３は、これらイオンに対する選択性を示すものである。
【０１３７】
【表３】
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【０１３８】
実施例１１によって示された結果から、実施例１で調製されたＣＢ*［６］を用いて製造されたイオン選択電極は、生体内神経伝達物質、例えば、アセチルコリンを選択的に認識するので、臨床分析に使用できることが示される。
【０１３９】
産業上の利用可能性
上記したように、本発明に係る式（１）を有するククルビツリル誘導体は、中性ｐＨの水中にまたは一般的な有機溶剤であるメタノール中に可溶性であるので、公知のククルビツリル誘導体に比べてより広範な用途を有する。また、ククルビツリル誘導体は、大きさが異なる様々な化合物を包接でき、金属イオン、有機金属イオンまたは正電荷を帯びた有機化合物との複合体を形成できるように空洞付近にルイス塩基原子を有する。これらの特徴により、本発明に係るククルビツリル誘導体は非常に広範な用途を有する。加えて、本発明に係るククルビツリル誘導体の調製は、工業目的に容易にスケールアップされる。本発明に係るククルビツリル誘導体の調製では、各ククルビツリル誘導体は、ｎが４〜２０の値である、式（１）を有するククルビツリル誘導体を含む混合物から分離でき、また、２以上のククルビツリル誘導体の混合物もまた得ることができる。
【０１４０】
本発明によって開示されるククルビツリル誘導体及びその混合物は、廃水から有機染料を、水から重金属を、及び放射性廃棄物から放射性同位元素を除去するのに、不快な臭い、及び一酸化炭素、二酸化炭素、ＮＯxやＳＯx等の大気汚染物質を捕集及び除去するのに、ならびに畜産廃水及び製鉄所廃水を脱臭及び脱色するのに、適用される。また、本発明によって開示されるククルビツリル誘導体は、アンモニウムイオン、有機アミンまたはアミノ酸誘導体、核酸塩基、アルカリ金属またはアルカリ土類金属イオンを検出するためのセンサーを製造するのに適用できる。ククルビツリル誘導体は、ポリマー、化粧品、人工的に香りをつけた紙または織物、殺虫剤、薬剤及び食品への添加剤として使用でき、さらに薬剤担体として使用できる。式（１）を有するククルビツリル誘導体は、フラーレンまたはカボラン化合物の抽出及び精製に使用でき、またクロマトグラフィー用カラムの充填材料として、気体分離膜への添加剤として、各種化学反応の触媒として使用できる。特に、本発明に係るククルビツリル誘導体は中性ｐＨの水に可溶性であるので、生体内の生理活性材料、例えば、アセチルコリンを認識するのに好ましく使用できる。また、有機溶剤中のククルビツリル誘導体の溶解性の増加によってイオン選択電極膜の製造が容易であるので、ククルビツリル誘導体は臨床分析または環境汚染物質の検出に直接適用できるイオンセンサーの開発に使用できる。加えて、図１に示される方法によって調製されたククルビツリル誘導体の混合物を分離せずに使用することは、コスト面で好ましく、また工業的な用途にも適合しやすい。
【０１４１】
また、式（２）を有するグリコールウリル誘導体は、式（１）を有するククルビツリル誘導体を調製するのに好ましく使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の合成例１で調製されたククルビツリル誘導体のＸ線結晶構造を示す図である。
【図２】  図２は、本発明の合成例２で調製されたククルビツリル誘導体のＸ線結晶構造を示す図である。
【図３】  図３は、本発明の合成例１で調製されたククルビツリル誘導体ＣＢ*［５］を用いて調製されたイオン選択電極から検出される鉛イオン、カリウムイオン、アンモニウムイオン及びナトリウムイオンを表わすグラフである。
【図４】  図４は、本発明の合成例２で調製されたククルビツリル誘導体ＣＢ*［６］を用いて調製されたイオン選択電極から検出される鉛イオン、カリウムイオン、アンモニウムイオン及びナトリウムイオンを表わすグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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