PL223362B1 - Pochodne bis(2,2'-bitienylo)metanu i sposoby ich wytwarzania, warstwa rozpoznającego polimeru utworzona metodą wdrukowania molekularnego i sposób jej otrzymywania, jak również jej zastosowanie do selektywnego oznaczania i uwalniania nikotyny - Google Patents
Pochodne bis(2,2'-bitienylo)metanu i sposoby ich wytwarzania, warstwa rozpoznającego polimeru utworzona metodą wdrukowania molekularnego i sposób jej otrzymywania, jak również jej zastosowanie do selektywnego oznaczania i uwalniania nikotynyInfo
- Publication number
- PL223362B1 PL223362B1 PL407167A PL40716714A PL223362B1 PL 223362 B1 PL223362 B1 PL 223362B1 PL 407167 A PL407167 A PL 407167A PL 40716714 A PL40716714 A PL 40716714A PL 223362 B1 PL223362 B1 PL 223362B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- bis
- nicotine
- bitienyl
- hours
- methyl
- Prior art date
Links
- SNICXCGAKADSCV-JTQLQIEISA-N (-)-Nicotine Chemical compound CN1CCC[C@H]1C1=CC=CN=C1 SNICXCGAKADSCV-JTQLQIEISA-N 0.000 title claims description 135
- 229960002715 nicotine Drugs 0.000 title claims description 135
- SNICXCGAKADSCV-UHFFFAOYSA-N nicotine Natural products CN1CCCC1C1=CC=CN=C1 SNICXCGAKADSCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 134
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 37
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims description 24
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 22
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 23
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 22
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 22
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 18
- HXITXNWTGFUOAU-UHFFFAOYSA-N phenylboronic acid Chemical compound OB(O)C1=CC=CC=C1 HXITXNWTGFUOAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- RGHHSNMVTDWUBI-UHFFFAOYSA-N 4-hydroxybenzaldehyde Chemical compound OC1=CC=C(C=O)C=C1 RGHHSNMVTDWUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical group [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 12
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 claims description 11
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 10
- 239000001257 hydrogen Chemical group 0.000 claims description 10
- 229910052739 hydrogen Chemical group 0.000 claims description 10
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 10
- VCDGTEZSUNFOKA-UHFFFAOYSA-N 4-(2-hydroxyethoxy)benzaldehyde Chemical compound OCCOC1=CC=C(C=O)C=C1 VCDGTEZSUNFOKA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 claims description 9
- XQZYPMVTSDWCCE-UHFFFAOYSA-N phthalonitrile Chemical compound N#CC1=CC=CC=C1C#N XQZYPMVTSDWCCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229920006391 phthalonitrile polymer Polymers 0.000 claims description 9
- NFHFRUOZVGFOOS-UHFFFAOYSA-N palladium;triphenylphosphane Chemical compound [Pd].C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 NFHFRUOZVGFOOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 claims description 8
- LDLCZOVUSADOIV-UHFFFAOYSA-N 2-bromoethanol Chemical compound OCCBr LDLCZOVUSADOIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 7
- VXWBQOJISHAKKM-UHFFFAOYSA-N (4-formylphenyl)boronic acid Chemical compound OB(O)C1=CC=C(C=O)C=C1 VXWBQOJISHAKKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- OOHQHYJZUSXMFD-UHFFFAOYSA-N 4-iodobenzene-1,2-dicarbonitrile Chemical compound IC1=CC=C(C#N)C(C#N)=C1 OOHQHYJZUSXMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- UEEJHVSXFDXPFK-UHFFFAOYSA-N N-dimethylaminoethanol Chemical compound CN(C)CCO UEEJHVSXFDXPFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N hypochlorous acid Chemical compound ClO QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- XYMGZPOSIAWOSD-UHFFFAOYSA-N 3-(1-methylpyrrolidin-2-yl)pyridine;pyridine Chemical group C1=CC=NC=C1.CN1CCCC1C1=CC=CN=C1 XYMGZPOSIAWOSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- JISYYLCBKJNNEQ-UHFFFAOYSA-N 3-(1-methylpyrrolidin-2-yl)pyridine;pyrrolidine Chemical group C1CCNC1.CN1CCCC1C1=CC=CN=C1 JISYYLCBKJNNEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- IMROMDMJAWUWLK-UHFFFAOYSA-N Ethenol Chemical group OC=C IMROMDMJAWUWLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 239000000010 aprotic solvent Substances 0.000 claims description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 3
- 235000015320 potassium carbonate Nutrition 0.000 claims description 3
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000003586 protic polar solvent Substances 0.000 claims 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 55
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 49
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- UIKROCXWUNQSPJ-UHFFFAOYSA-N Cotinine Natural products C1CC(=O)N(C)C1C1=CC=CN=C1 UIKROCXWUNQSPJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 229950006073 cotinine Drugs 0.000 description 26
- UIKROCXWUNQSPJ-VIFPVBQESA-N (-)-cotinine Chemical compound C1CC(=O)N(C)[C@@H]1C1=CC=CN=C1 UIKROCXWUNQSPJ-VIFPVBQESA-N 0.000 description 25
- 230000008859 change Effects 0.000 description 21
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 229920000344 molecularly imprinted polymer Polymers 0.000 description 16
- DPNGWXJMIILTBS-UHFFFAOYSA-N myosmine Chemical compound C1CCN=C1C1=CC=CN=C1 DPNGWXJMIILTBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 13
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000004401 flow injection analysis Methods 0.000 description 12
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 12
- RWRDLPDLKQPQOW-UHFFFAOYSA-N Pyrrolidine Chemical compound C1CCNC1 RWRDLPDLKQPQOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 10
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 10
- 238000003775 Density Functional Theory Methods 0.000 description 9
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 8
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 8
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 8
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical compound N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 7
- RFFLAFLAYFXFSW-UHFFFAOYSA-N 1,2-dichlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1Cl RFFLAFLAYFXFSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004811 liquid chromatography Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N sodium hypochlorite Chemical compound [Na+].Cl[O-] SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005160 1H NMR spectroscopy Methods 0.000 description 5
- YIYFFLYGSHJWFF-UHFFFAOYSA-N [Zn].N1C(C=C2N=C(C=C3NC(=C4)C=C3)C=C2)=CC=C1C=C1C=CC4=N1 Chemical class [Zn].N1C(C=C2N=C(C=C3NC(=C4)C=C3)C=C2)=CC=C1C=C1C=CC4=N1 YIYFFLYGSHJWFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 239000003480 eluent Substances 0.000 description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 5
- 238000000302 molecular modelling Methods 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 5
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 5
- 229960001866 silicon dioxide Drugs 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004057 DFT-B3LYP calculation Methods 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-M perchlorate Chemical compound [O-]Cl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 4
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 4
- -1 zinc porphyrin macrocycle Chemical class 0.000 description 4
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 3
- 230000003592 biomimetic effect Effects 0.000 description 3
- 229910001914 chlorine tetroxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000536 complexating effect Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 3
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 3
- HEDRZPFGACZZDS-MICDWDOJSA-N deuterated chloroform Substances [2H]C(Cl)(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-MICDWDOJSA-N 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 3
- 102000005962 receptors Human genes 0.000 description 3
- 108020003175 receptors Proteins 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 3
- FCEHBMOGCRZNNI-UHFFFAOYSA-N 1-benzothiophene Chemical compound C1=CC=C2SC=CC2=C1 FCEHBMOGCRZNNI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000000954 2-hydroxyethyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])O[H] 0.000 description 2
- ZKHQWZAMYRWXGA-KQYNXXCUSA-N Adenosine triphosphate Chemical compound C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1[C@@H]1O[C@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OP(O)(O)=O)[C@@H](O)[C@H]1O ZKHQWZAMYRWXGA-KQYNXXCUSA-N 0.000 description 2
- ZKHQWZAMYRWXGA-UHFFFAOYSA-N Adenosine triphosphate Natural products C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1C1OC(COP(O)(=O)OP(O)(=O)OP(O)(O)=O)C(O)C1O ZKHQWZAMYRWXGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NTYJJOPFIAHURM-UHFFFAOYSA-N Histamine Chemical compound NCCC1=CN=CN1 NTYJJOPFIAHURM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000208125 Nicotiana Species 0.000 description 2
- 235000002637 Nicotiana tabacum Nutrition 0.000 description 2
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229960001456 adenosine triphosphate Drugs 0.000 description 2
- UCTWMZQNUQWSLP-UHFFFAOYSA-N adrenaline Chemical compound CNCC(O)C1=CC=C(O)C(O)=C1 UCTWMZQNUQWSLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229930013930 alkaloid Natural products 0.000 description 2
- 150000003797 alkaloid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 210000001124 body fluid Anatomy 0.000 description 2
- 239000010839 body fluid Substances 0.000 description 2
- 238000006664 bond formation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000009918 complex formation Effects 0.000 description 2
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000001903 differential pulse voltammetry Methods 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000000816 matrix-assisted laser desorption--ionisation Methods 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 238000002414 normal-phase solid-phase extraction Methods 0.000 description 2
- 239000012044 organic layer Substances 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 150000004032 porphyrins Chemical class 0.000 description 2
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 2
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- FPGGTKZVZWFYPV-UHFFFAOYSA-M tetrabutylammonium fluoride Chemical compound [F-].CCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC FPGGTKZVZWFYPV-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 210000002700 urine Anatomy 0.000 description 2
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 2
- 229930182840 (S)-nicotine Natural products 0.000 description 1
- AVFZOVWCLRSYKC-UHFFFAOYSA-N 1-methylpyrrolidine Chemical compound CN1CCCC1 AVFZOVWCLRSYKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OHZAHWOAMVVGEL-UHFFFAOYSA-N 2,2'-bithiophene Chemical class C1=CSC(C=2SC=CC=2)=C1 OHZAHWOAMVVGEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VLSRKCIBHNJFHA-UHFFFAOYSA-N 2-(trifluoromethyl)prop-2-enoic acid Chemical compound OC(=O)C(=C)C(F)(F)F VLSRKCIBHNJFHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000007848 Alcoholism Diseases 0.000 description 1
- 108010031480 Artificial Receptors Proteins 0.000 description 1
- RZYMOXWFDNHCIM-UHFFFAOYSA-N C.C1=CSC(C=2SC=CC=2)=C1.C1=CSC(C=2SC=CC=2)=C1 Chemical group C.C1=CSC(C=2SC=CC=2)=C1.C1=CSC(C=2SC=CC=2)=C1 RZYMOXWFDNHCIM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010088986 Camphor 5-Monooxygenase Proteins 0.000 description 1
- 208000024172 Cardiovascular disease Diseases 0.000 description 1
- 108010009685 Cholinergic Receptors Proteins 0.000 description 1
- 206010013654 Drug abuse Diseases 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- GHASVSINZRGABV-UHFFFAOYSA-N Fluorouracil Chemical compound FC1=CNC(=O)NC1=O GHASVSINZRGABV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 108010074633 Mixed Function Oxygenases Proteins 0.000 description 1
- 102000008109 Mixed Function Oxygenases Human genes 0.000 description 1
- 102000003505 Myosin Human genes 0.000 description 1
- 108060008487 Myosin Proteins 0.000 description 1
- AHVYPIQETPWLSZ-UHFFFAOYSA-N N-methyl-pyrrolidine Natural products CN1CC=CC1 AHVYPIQETPWLSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000007832 Na2SO4 Substances 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 208000012902 Nervous system disease Diseases 0.000 description 1
- 101000745603 Pseudomonas putida Camphor 5-monooxygenase Proteins 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical class [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 102000034337 acetylcholine receptors Human genes 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 206010001584 alcohol abuse Diseases 0.000 description 1
- 208000025746 alcohol use disease Diseases 0.000 description 1
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000003637 basic solution Substances 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000000970 chrono-amperometry Methods 0.000 description 1
- 235000019506 cigar Nutrition 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000012866 crystallographic experiment Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- ZJULYDCRWUEPTK-UHFFFAOYSA-N dichloromethyl Chemical compound Cl[CH]Cl ZJULYDCRWUEPTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 229960002949 fluorouracil Drugs 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 125000000623 heterocyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 229960001340 histamine Drugs 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- LBSANEJBGMCTBH-UHFFFAOYSA-N manganate Chemical compound [O-][Mn]([O-])(=O)=O LBSANEJBGMCTBH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000001840 matrix-assisted laser desorption--ionisation time-of-flight mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 229920003240 metallophthalocyanine polymer Polymers 0.000 description 1
- MSCNUQCEEQKVCO-UHFFFAOYSA-N methanol;3-(1-methylpyrrolidin-2-yl)pyridine Chemical compound OC.CN1CCCC1C1=CC=CN=C1 MSCNUQCEEQKVCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000401 methanolic extract Substances 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 229940015769 nicotine chewing gum Drugs 0.000 description 1
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UQPUONNXJVWHRM-UHFFFAOYSA-N palladium;triphenylphosphane Chemical compound [Pd].C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 UQPUONNXJVWHRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 1
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012673 precipitation polymerization Methods 0.000 description 1
- 238000003380 quartz crystal microbalance Methods 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- BAZAXWOYCMUHIX-UHFFFAOYSA-M sodium perchlorate Chemical compound [Na+].[O-]Cl(=O)(=O)=O BAZAXWOYCMUHIX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001488 sodium perchlorate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000011877 solvent mixture Substances 0.000 description 1
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 1
- 201000009032 substance abuse Diseases 0.000 description 1
- 208000011117 substance-related disease Diseases 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 description 1
- 150000003577 thiophenes Chemical class 0.000 description 1
- 235000019505 tobacco product Nutrition 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 1
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 description 1
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku są nowe pochodne bis(2,2'-bitienylo)metanu i sposoby ich wytwarzania, warstwa rozpoznającego polimeru utworzona metodą wdrukowania molekularnego i sposób jej otrzymywania, jak również jej zastosowanie do selektywnego oznaczania i uwalniania nikotyny.
Nikotyna (Nic) (S)-3-[2-(N-metylopirolidyno)]pirydyna (Schemat 1) to toksyczny alkaloid zbudowany z dwóch pierścieni heterocyklicznych, z których każdy zawiera atom azotu. Nikotyna występuje głównie w produktach tytoniowych. Nikotyna z dymu tytoniowego wywołuje wiele poważnych chorób w tym nowotwory, choroby układu krążenia, choroby układu nerwowego, itd. [Foulds, J.; Delnevo, C.; Ziedonis, D. M.; Steinberg, M. B., in Handbook of the Medical Consequences of Alcohol and Drug Abuse, ed. J. Brick. The Haworth Press, Inc: New York, 2nd edn., 2008, pp. 423-459]. Dlatego nikotynę należy jednoznacznie rozpoznawać i selektywnie oznaczać. Opracowano już i wykonano wiele syntetycznych receptorów naśladujących rozpoznawanie nikotyny w przyrodzie ożywionej, w tym receptor acetylocholiny [Xiu, X.; Puskar, N. L; Shanata, J. A. P.; Lester, H. A.; Dougherty, D. A., Nicotine binding to brain receptors requires a strong cation-pi interaction, Nature 2009, 458, 534-537; Arnaud, C., Nicotine's binding mystery solved, Chem. Eng. News 2009, 87, 8] i monooksygenazy hemoproteinowej cytochromu P450cam [Strickler, M.; Goldstein, B. M.; Maxfield, K.; Shireman, L.; Kim, G.; Matteson, D. S.; Jones, J. P., Crystallographic Studies on the Complex Behavior of Nicotine Binding to P450cam (CYP101), Biochemistry 2003, 42, 11943-11950]. Atrakcyjną alternatywą dla tych bioreceptorów są polimery molekularnie wdrukowane (ang. molecularly imprinted polymers, MIPs). Polmery te to nowe syntetyczne materiały zapewniające wysoką selektywność oznaczeń poprzez możliwość kontroli wielkości i kształtu luk wdrukowanych molekuralnie a nawet orientacji miejsc rozpoznających w tych lukach [Haupt, K., Imprinted polymers - tailor-made mimics of antibodies and receptors, Chem. Commun. 2003, 171-178; Karim, K.; Breton, F.; Rouillon, R.; Piletska, E. V.; Guerreiro, A.; Chianella, I.; Piletsky, S. A., How to find effective functional monomers for effective molecularly imprinted polymers? Adv. Drug Delivery Rev. 2005, 57, 1795-1808; Tokonami, S.; Shiigi, H.; Nagaoka, T., Review: Micro- and nanosized molecularly imprinted polymers for high-throughput analytical applications, Anal. Chim. Acta 2009, 641, 7-13; Sharma, P. S.; D'Souza, F.; Kutner, W., Molecular imprinting for selective chemosensing of environmental hazards and drugs of abuse, Trends Anal. Chem. 2012, 34, 59-77; Sharma, P. S.; Pietrzyk-Le, A.; D'Souza, F.; Kutner, W., Electrochemically synthesized polymers in molecular imprinting for chemical sensing, Anal. Bioanal. Chem. 2012, 402, 3177-3204; Suriyanarayanan, S.; Cywiński, P. J.; Moro, A. J.; Mohr, G. J.; Kutner, W., Chemosensors Based on Molecularly Imprinted Polymers in Top. Cur. Chem. Springer, 2010, vol. 325, pp 165-266],
W przypadku rozpoznawania nikotyny za pomocą klasycznych receptorów MIP, jako monomer funkcyjny najczęściej stosowany jest kwas metakrylowy (MAA). Do kompleksowania nikotyny wyk orzystywane są tu wiązania wodorowe pomiędzy grupami karboksylowymi MAA i pierścieniami, pirolidynowym i pirydynowym, nikotyny [Matsui, J.; Takeuchi, T., A Molecularly Imprinted Polymer Rod as Nicotine Selective Affinity Media Prepared With 2-(Trifluoromethyl)acrylic Acid, Anal. Commun. 1997, 34, 199-200; Zander, A.; Findlay, P.; Renner, T; Sellergren, B., Analysis of Nicotine and Its Oxidation Products in Nicotine Chewing Gum by a Molecularly Imprinted Solid-Phase Extraction, Anal. Chem. 1998, 70, 3304-3314; Sambe, H.; Hoshina, K.; Moaddel, R.; Wainer, I. W.; Haginaka, J., Uniformlysized, molecularly imprinted polymers for nicotine by precipitation polymerization, J. Chromatogr. A 2006, 1134, 88-94]. Chemosensory wykorzystujące warstwy MIP osadzone na złotych elektrodach krystalicznych rezonatorów kwarcowych (ang. gold film electrode quartz crystal resonators, Au-QCRs) osiągają granicę wykrywalności (ang. limit of detection, LOD) w zakresie od dziesiątek nM do dziesiątek μM [Tan, Y; Yin, J.; Liang, C; Peng, H.; Nie, L.; Yao, S., A study of a new TSM bio-mimetic sensor using a molecularly imprinted polymer coating and its application for the determination of nicotine in human serum and urine, Bioelectrochemistry 2001, 53, 141-148; Alenus, J.; Galar, P.; Ethirajan, A.; Horemans, F.; Weustenraed, A.; Cleij, T. J.; Wagner, P., Detection of L-nicotine with dissipation mode quartz crystal microbalance using molecular imprinted polymers, Phys. Status Solidi A 2012, 209, 905-910]. Nikotynę zatężoną w warstwie MIP-MAA zastosowano do przyspieszania redukcji nadmanganianu(VII) do manganianu(VI) w roztworze zasadowym, co monitorowano obserwując absorpcję światła przy długością fali 610 nm [Figueiredo, E. C; Oliveira, D. M. d.; Siqueira, M. E. P. B. d.; Arruda, M. A. Z., On-line molecularly imprinted solidphase extraction for the selective spectrophotometric determination of nicotine in the urine of smokers, Anal. Chim. Acta 2009, 635, 102-107]. Wyznaczona dla tego układu wartość LOD wynosiła 1,1 μM. Pomimo tych obiecujących wyników, stała
PL 223 362 B1 trwałości kompleksu Nic-MAA była stosunkowo niska, ponieważ do rozpoznawania nikotyny wykorzystano wiązanie wodorowe. W rezultacie selektywność tego chemosensora była również niska.
Dlatego zaproponowaliśmy inne podejście do rozpoznawania nikotyny wykorzystując w tym celu pochodne metaloporfiryny [Deviprasad, G. R.; D'Souza, F., Molecular recognition directed porphyrin chemosensor for selective detection of nicotine and cotinine, Chem. Commun. 2000, 2000, 1915-1916; Noworyta, K.; Kutner, W.; Wijesinghe, C. A.; Srour, S. G.; D'Souza, F., Nicotine, Cotinine, and Myosmine Determination Using Polymer Films of Tailor-Designed Zinc Porphyrins as Recognition Units for Piezoelectric Microgravimetry Chemosensors, Anal. Chem. 2012, 84, 2154-2163], W tym podejściu pierścień pirydyny w nikotynie i centralny atom cynku w makrocyklu porfiryny cynkowej tworzyły silne wiązanie koordynacyjne. Dlatego stała trwałości wytworzonego kompleksu była wyższa (10 to 10 M-), stąd wykrywalność nikotyny za pomocą tego chemosensora była wyższa (120 μM). Jednakże, aby pełniej pokryć zakres niskich stężeń występowania nikotyny w płynach ustrojowych, potrzebny jest chemosesnor o jeszcze wyższej wykrywalności i selektywności. W związku z tym pożądane byłoby opracowanie czujnika do oznaczania nikotyny poprzez zastosowanie specjalnie w tym celu opracowanych elementów rozpoznających.
Dlatego celem niniejszego wynalazku jest opracowanie i wytworzenie substancji chemicznych, które po spolimeryzowaniu mogą być wykorzystane do budowy elementu rozpoznającego chemicznego czujnika do selektywnego oznaczania jak również uwalniania nikotyny.
To znaczy, jako kontynuację i rozwinięcie naszej poprzedniej procedury przedstawionej pow yżej, w niniejszym zgłoszeniu zastosowaliśmy związek metaloheteromakrocykliczny innego typu, tj. metaloftalocyjaninę. W tym celu zsyntetyzowaliśmy dwa elektroaktywne monomery funkcyjne zdo lne do kompleksowania nikotyny. W jednym z nich elektroaktywny bis(2,2'-bitienylo)metan zmodyfikowano podstawnikiem 2-hydroksyetylowym (EtOH-S2), a w drugim - ftalocyjaniną cynku (ZnPc-S8) (Schemat 1). Monomery te tworzyły, odpowiednio, wiązanie wodorowe z pierścieniem pirolidynowym i wiązanie koordynacyjne z atomem azotu w pierścieniu pirydynowym nikotyny. Następnie, za pomocą elektropolimeryzacji potencjodynamicznej, osadzono na Au-QCR warstwę MIP z wdrukowaną nikotyną jako szablonem [Lange, U.; Roznyatovskaya, N. V.; Mirsky, V. M., Conducting polymers in chem ical sensors and arrays, Anal. Chim. Acta 2008, 614, 1-26; Pietrzyk, A.; Suriyanarayanan, S.; Kutner, W.; Chitta, R.; D'Souza, F., Melamine Acoustic Chemosensor Based on Molecularly Imprinted Polymer Film, Anal. Chem. 2009, 81,2633-2643; Pietrzyk, A.; Kutner, W.; Chitta, R.; Zandler, M. E.; D'Souza, F.; Sannicoló, F.; Mussini, P. R., Selective Histamine Piezoelectric Chemosensor Using a Recognition Film of the Molecularly Imprinted Polymer of Bis(bithiophene) Derivatives, Anal. Chem. 2009, 81, 10061-10070]. Do oznaczania nikotyny zastosowano jednoczesny pomiar chronoamperometryczny (CA) i piezomikrograwimetryczny (PM) w warunkach analizy wstrzykowo-przepływowej.
PL 223 362 B1
Za pomocą modelowania molekularnego DFT, jak również eksperymentalnie wyznaczono selektywność oznaczania nikotyny względem substancji przeszkadzających, takich jak kotynina i miozmina (Schemat 1).
W ramach niniejszego zgłoszenia zsyntetyzowano dwie nowe pochodne bis(2,2'-bitienylo)-metanu. W jednej z nich podstawnikiem rozpoznającym była ftalocyjanina cynku (ZnPc-S8), w drugiej zaś podstawnik 2-hydroksyetylowy (EtOH-S2). Pochodne te zastosowano jako monomery funkcyjne do biomimetycznego rozpoznawania nikotyny metodą wdrukowania molekularnego. Zarówno wyznaczona wysoka stała trwałości kompleksu pre-polimeryzacyjnego szablonu nikotyny z ZnPc-S8 i EtOH-S2 w chloroformie (Ks = 4.67 x 10 M-), wyznaczona za pomocą miareczkowania spektrofotometrycznego UV-vis, jak i wysoka zmiana entalpii swobodnej tworzenia tego kompleksu w próżni (AG = -115.95 kJ/mol), obliczona za pomocą teorii funkcjonału gęstości (ang. density functional theory, DFT) w przybliżeniu B3LYP/3-21G(*), wykazały tworzenie trwałego kompleksu. MIP wdrukowany nikotyną osadzono na Au-QCR za pomocą elektropolimeryzacji potencjodynamicznej z roztworu zawierającego kompleks pre-polimeryzacyjny. Wyznaczony współczynnik wdrukowania był wysoki, wynosił ~9.9. Kompleksowanie cząsteczek nikotyny przez luki molekularne MIP potwierdzono za pomocą rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronów (ang. X-ray photoelectron spectroscopy, XPS). W wyniku oddziaływania nikotyny z MIP-Nic zaobserwowano ujemne przesunięcie energii wiązania elektronu Zn 2p w ZnPc-S8. Do oznaczania nikotyny zastosowano jednoczesny pomiar CA i PM w warunkach analizy przepływowo-wstrzykowej (ang. flow-injection analysis, FIA). Wartości LOD oznaczeń CA i PM wynosiły, odpowiednio, 40 i 12 μM. Spośród tych dwóch typów oznaczeń, selektywność oznaczeń CA względem substancji przeszkadzających, kotyniny i miozminy, była wyższa. Przyczynił się do tego przyłożony do elektrody pracującej stały potencjał dyskryminyjący (ang. discriminating potential) o wartości 1,10 V vs Ag/AgCI, przy którym te substancje przeszkadzające nie wykazywały elektroaktywności. Różnice selektywności obu tych typów oznaczeń względem substancji przeszkadzających zinterpretowano za pomocą modelowania molekularnego kompleksowania nikotyny i kolejno każdej z tych substancji przez „zamrożoną” lukę molekularną MIP-Nic.
Przedmiotem obecnego wynalazku są pochodne bis(2,2'-bitienylo)metanu, zawierające podstawnik fltalocyjaniny cynku albo podstawnik 2-hydroksyetylenowy.
Korzystnie, pochodna według wynalazku obejmuje bis(2,2'-bitienylo)-(4-(2-hydroksy-etoksy)-fenylo)metan, EtOH-S2, i 2,9,16,23-tetrafenylo(4-metylo-bis(2,2'-bitienylo))ftalocyjaninato cynk(ll), ZnPc-S8, (Schemat 1).
Wynalazek ponadto obejmuje sposób wytwarzania bis(2,2'-bitienylo)-(4-(2-hydroksy-etoksy)-fenylo)metanu według wynalazku, charakteryzujący się tym, że obejmuje następujący etapy, gdzie wyjściowy roztwór 4-hydroksybenzaldehydu poddaje się reakcji z bromo-etanolem i K2CO3 z wytworzeniem 4-(2-hydroksyetoksy)benzaldehydu, a następnie ten otrzymany 4-(2-hydroksyetoksy)benzaldehyd poddaje się reakcji z 2,2'-bitiofenem w glikolu etylenowym i otrzymuje się bis(2,2'-bitienylo)-(4-(2-hydroksy-etoksy)fenylo)metan.
Korzystnie, etap (a) prowadzi się w atmosferze gazu obojętnego, w temperaturze w zakresie od 50 do 80°C, korzystnie w 80°C, przez 16 do 24 godz., korzystnie przez 20 godz., w aprotycznym rozpuszczalniku polarnym, korzystnie w acetonie, przy stosunku reagentów względem 4-hydroksybenzaldehydu równym dla bromoetanolu od 2 do 4, korzystnie 3, dla K2CO3 od 2 do 10, korzystnie 6.
Korzystnie, etap (b) prowadzi się w atmosferze gazu obojętnego, w temperaturze w zakresie od 50 do 70°C, korzystnie w 60°C, przez 14 do 18 godz., korzystnie przez 16 godz. w glikolu etylenowym, przy stosunku reagentów względem 4-(2-hydroksyetoksy)benzal-dehyddu równym dla 2,2'-bisbitiofenu od 2 do 4, korzystnie 2,5, dla kwasu nadchlorowego od 10 do 45, korzystnie 21,2.
Wynalazek ponadto obejmuje sposób wytwarzania 2,9,16,23-tetrafenylo(4-metylo-bis(2,2'-bitienylo))ftalocyjaninato cynku(ll) według wynalazku, charakteryzujący się tym, że obejmuje następujący etapy, gdzie (a) wyjściowy roztwór kwasu 4-formylofenyloborowego poddaje się reakcji z 2,2'-bitienylometanem i 70% HCIO4 z wytworzeniem kwasu 4-metylo-bis(2,2'-bitienylo)fenylo-borowego, a następnie (b) ten otrzymany kwas 4-metylo-bis(2,2'-bitienylo)fenyloborowy poddaje się reakcji z 4-jodoftalonitrylem w obecności katalizatora ieirak/s(trifenylofosfino)palladu(0) w mieszaninie toluenu i tetrahydrofuranu z wytworzeniem 4-fenylo(4-metylo-bis(2,2'-bitienylo))ftalonitrylu, po czym (c) ten otrzymany 4-fenylo(4-metylo-bis(2,2'-bitienylo))ftalonitryl poddaje się reakcji z ZnCb w 2-dimetyloaminoetanolu i otrzymuje się 2,9,16,23-tetrafenylo(4-metylo-bis(2,2'-bitienylo))ftalocyjaninato cynk(ll).
PL 223 362 B1
Korzystnie, etap (a) prowadzi się w atmosferze gazu obojętnego, w temperaturze w zakresie od 50 do 70°C, korzystnie w 70°C, przez 14 do 24 godz., korzystnie przez 16 godz., w protycznym rozpuszczalniku organicznym korzystnie w glikolu etylenowym, przy stosunku reagentów względem kwasu 4-formylofenyloborowego równym dla 2,2'-bitiofenu od 2 do 4, korzystnie 3, dla HCIO4 od 20 do 80, korzystnie 46.
Korzystnie, etap (b) prowadzi się w atmosferze gazu obojętnego, w temperaturze w zakresie od 60 do 100°C, korzystnie w 80°C przez od 14 do 20 godz., korzystnie przez 18 godz., w mieszaninie rozpuszczalników aprotycznych, korzystnie w mieszaninie toluenu i tetrahydrofuranu zmieszanych w stosunku objętościowym jak 1:1, przy stosunku reagentów względem kwasu 4-metylo-bis(2,2'-bitiofeno)fenyloborowego równym dla 4-jodoftalonitrylu od 1 do 4, korzystnie 1,2, dla tetrakis-(trifenylofosfino)palladu(0) od 0,05 do 0,2, korzystnie 0,1.
Korzystnie, etap (c) prowadzi się w atmosferze gazu obojętnego, w temperaturze w zakresie od 110 do 150°C, korzystnie 140°C przez 14 do 24 godz., korzystnie 18 godz. w 2-dimetyloaminoetanolu, przy stosunku reagentów względem 4-fenylo(4-metylo-bis(2,2'-bitiofen)ftalonitrylu równym dla ZnCI2 bromoetanolu od 2 do 10, korzystnie 5.
Wynalazek również obejmuje warstwę rozpoznającego polimeru, utworzoną metodą molekularnego wdrukowania, charakteryzującą się tym, że stanowi ją polimer zawierający pochodną bis(2,2'-bitienylo)metanu według wynalazku.
Wynalazek ponadto obejmuje sposób otrzymywania warstwy rozpoznającego polimeru, według wynalazku, metodą molekularnego wdrukowania, zwłaszcza za pomocą elektropolimeryzacji potencjometrycznej, charakteryzujący się tym, że jako monomer funkcyjny do elektropolimeryzacji stosuje się pochodną bis(2,2'-bitienylo)metanu, a ponadto w etapie poprzedzającym wdrukowanie molekularne w roztworze tworzy się pre-polimeryzacyjny kompleks poprzez wytworzenie wiązania koordynacyjnego pomiędzy atomem cynku podstawnika fltalocyjaniny cynku monomeru ZnPc-S8 i atomem azotu fragmentu pirydynowego nikotyny oraz wiązania wodorowego pomiędzy grupą -OH podstawnika
2-hydroksyetylenowego monomeru EtOH-S2 i atomem azotu pierścienia pirolidynowego nikotyny.
Wynalazek także obejmuje zastosowanie warstwy rozpoznającego polimeru według wynalazku i/lub otrzymanego sposobem według wynalazku, jako elementu rozpoznającego czujnika chemiczn ego do wykrywania i/lub oznaczania nikotyny jak również uwalniania nikotyny do roztworu.
Wynalazek jest poniżej bliżej przedstawiony, w korzystnym przykładzie wykonania, z odniesieniem do załączonych rysunków.
Fig. 1 przedstawia widmo spektrometrii mas z jonizacją laserową typu MALDI (ang. matrix-assisted laser desorption-ionization) dla ZnPc-S8.
Fig. 2 przedstawia zmiany w widmie spektroskopii UV-vis podczas miareczkowania ZnPs-S8 za pomocą nikotyny w chloroformie. Stężenie początkowe ZnPc-S8 wynosiło cZnPc-se 0 = 0,021 mM, natomiast stężenie nikotyny (cNic) było zmieniane w zakresie od 7 do 36 ąM. Wstawka na wykresie przedstawia absorbancję przy długości fali 690 nm odpowiadającej pasmu Soreta roztworów o różnym stężeniu nikotyny.
Fig. 3 przedstawia woltamperogramy cykliczne zarejestrowane na platynowej elektrodzie dyskowej o średnicy 1 mm dla roztworu acetonitrylu i 1,2-dichlorobenzenu, zmieszanych w stosunku objętościowym jak 2 : 1, który był 0,1 M względem (TBA)CIO4 i 1 mM względem (1) nikotyny lub (2) ZnPc-S8, lub (3) EtOH-S2. Szybkość zmian potencjału wynosiła 50 mV/s.
Fig. 4 przedstawia krzywą woltamperometrii pulsowej różnicowej (ang. differential pulse voltammetry, DPV) dla roztworu ACN i DCB, zmieszanych w stosunku objętościowym jak 2 : 1, 1 mM względem ZnPc-S8 i 0,15 M względem (TBA)CIO4, na platynowej elektrodzie dyskowej o średnicy 1 mm. Skok potencjału, amplituda pulsu i czas trwania pulsu potencjału wynosiły, odpowiednio, 5 mV, 25 mV i 50 ms.
Fig. 5 przedstawia jednocześnie zarejestrowane krzywe zależności (a) prądu, (b) częstotliwości rezonansowej i (c) oporu dynamicznego od potencjału. Wszystkie krzywe zarejestrowano na elektrodzie Au-QCR o podstawowej częstotliwości rezonansowej 10 MHz podczas osadzania warstwy MIP-Nic za pomocą elektropolimeryzacji potencjodynamicznej (5 cykli potencjałowych) z roztworu ACN i DCB, zmieszanych w stosunku objętościowym jak 2 : 1, który był 0,2 mM względem nikotyny, 0,2 mM względem ZnPc-S8, 0,2 mM względem EtOH-S2, 0,6 mM względem monomeru sieciującego i 0,1 M względem (TBA)CIO4. Numery kolejnych cykli zmian potencjału są podane przy krzywych na panelu (a). Szybkość zmian potencjału wynosiła 50 mV/s.
PL 223 362 B1
Fig. 6 przedstawia widmo rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronów (ang. X-ray photoelectron spectroscopy, XPS) elektronu Zn 2p dla osadzonej za pomocą elektropolimeryzacji potencjodynamicznej na elektrodzie Au-QCR (a) warstwy kontrolnej polimeru niewdrukowanego (ang. nonimprinted polymer, NIP) (krzywa 1) i (b) warstwy MIP-Nic z wdrukowaną nikotyną (krzywa 2), rozłożonych na dwa piki składowe dla (krzywa 3) atomu Zn nieuczestniczącego w wiązaniu koordynacyjnym i (krzywa 4) atomu Zn skoordynowanego za pomocą nikotyny.
Fig. 7 przedstawia widmo spektroskopii UV-vis zarejestrowane dla metanolowego roztworu (1) 1 mM względem nikotyny i (2) nikotyny wyekstrahowanej z warstwy MIP-Nic w warunkach przepływowych.
Fig. 8 przedstawia chronoamperometryczne prądy anodowego utlenienia (1) nikotyny, (2) kotyniny i (3) miozminy zarejestrowane na Au-QCR przy różnych potencjałach w warunkach FIA. Prędkość przepływu 0,1 M NaCIO4 roztworu nośnego wynosiła 20 ąL/min. Stężenie alkaloidu w każdym z zastrzyków o objętości 200 ąl wynosiło 1,5 mM.
Fig. 9 przedstawia jednoczesne zmiany w czasie, przy potencjale 1.10 V vs Ag/AgCI, (1) prądu anodowego i (2) częstotliwości rezonansowej podczas zastrzykiwania roztworów 0,1 M NaCIO4 o różnych stężeniach nikotyny (podanych przy każdym piku), zarejestrowane w warunkach FIA, na elektr odzie Au-QCR pokrytej warstwą MIP-Nic z wyekstrahowaną nikotyną. 0,1 M NaCIO4 służył jako roztwór nośny a jego szybkość przepływu wynosiła 20 ąL/min.
Fig. 10 przedstawia jednoczesne zmiany (a) prądu anodowego i (b) częstotliwości rezonansowej względem stężenia substancji przeszkadzających, przy potencjale 1,10 V vs Ag/AgCI, zarejestrowane w warunkach FIA, dla zastrzyków o objętości 200 ąl, dla 0,1 M NaCIO4 o różnych stężeniach (1 i 1') nikotyny, (2 i 2') miozminy i (3 i 3') kotyniny na elektrodzie Au-QCR pokrytej warstwą MIP-Nic i (4') NIP. 0,1 M NaCIO4 zastosowano jako roztwór nośny. Był on pompowany z szybkością 20 ąL/min.
Korzystne przykłady wykonania wynalazku
Odczynniki
Acetonitryl (ACN), 1,2-dichlorobenzen (DCB), nadchloran tetra-n-butyloamoniowy [(TBA)CIO4], nadchloran sodu (NaCIO4) i wszystkie odczynniki do syntezy zakupiono w firmie Sigma-Aldrich. Monomer sieciujący (ang. cross-linking, CL), 2,2'-bis[2,2'-bis(2,2'-bitiofen-5-ylo)]tianaften, przygotowano zgodnie z wcześniej opisaną procedurą [Sannicolo, F.; Rizzo, S.; Benincori, T.; Kutner, W.; Noworyta, K.; Sobczak, J. W.; Bonometti, V.; Falciola, L.; Mussini, P. R.; Pierini, M., An effective multipurpose building block for 3D electropolymerisation: 2,2-Bis(2,2-bithiophene-5-yl)-3,3-bithianaphthene, Electrochim. Acta 2010, 55, 8352-8364],
Syntezy monomerów funkcyjnych ZnPc-S8 i EtOH-S2 opracowano i przeprowadzono w następujący sposób.
P r z y k ł a d 1
Przygotowanie monomerów funkcyjnych
Zsyntetyzowano dwie nowe pochodne bis(2,2'-bitienylo)metanu. W jednej z nich podstawnikiem rozpoznającym była ftalocyjanina cynku (ZnPc-S8), w drugiej zaś grupa 2-hydroksyetylowa (EtOH-S2).
P r z y k ł a d 1.1
Wytwarzanie bis(2,2'-bitienylo)-(4-(2-hydroksyetoksy)fenylo)metanu, EtOH-S2
4-(2-Hydroksyetoksy)benzaldehyd. Najpierw 4-hydroksybenzaldehyd (3 g, 24,6 mmola) rozpuszczono w 100 ml acetonu, po czym do tak przygotowanego roztworu dodano K2CO3 (20 g,
144,6 mmola) i roztwór mieszano przez 30 min w atmosferze azotu. Następnie do tego roztworu wkroplono bromoetanol (5,22 ml, 73,7 mmola), po czym roztwór mieszano przez 20 godz. w temperaturze 80°C. Po ochłodzeniu roztworu do temperatury pokojowej, roztwór odsączono a z przesączu odparowano rozpuszczalnik. Żółtą oleistą pozostałość rozcieńczono dichlorometanem i przemyto wodą. W końcu warstwę organiczną wysuszono bezwodnym Na2SO4 a rozpuszczalnik odparowano.
PL 223 362 B1
Pomarańczowy oleisty produkt oczyszczono za pomocą chromatografii cieczowej (ang. liquid chromatography, LC) na kolumnie silikażelowej z zastosowaniem, jako eluent, roztworu chloroformu i metanolu zmieszanych w stosunku objętościowym jak 95 : 5. Otrzymano 1,96 g produktu (wydajność 48%). Widmo spektroskopii 1H NMR roztworu d-CDCh (δ ppm) 9,82 (s, 1H, CHO), 7,81-7,79 (d, 2H, Ar-H), 7,04-6,98 (d, 2H, Ar-H), 4,16-4,10 (t, 2H, -CH2), 4,00-3,96 (t, 2H, -CH2-).
Powyższy proces można, z równie dobrym wynikiem, prowadzić przy objętości rozpuszczalnika w zakresie od 80 do 200 ml, korzystnie 100 ml, i przy stężeniu 4-hydroksybenzaldehydu w zakresie od 120 do 310 mM, korzystnie 250 mM.
Bis(2,2'-bitienylo)-(4-(2-hydroksyetoksy)fenylo)metan, EtOH-S2. W 120 ml glikolu etylenowego rozpuszczono 2,2'-bitiofen (3,6 g, 21,7 mmoli) i 4-(2-hydroksyetoksy)-benzaldehyd (1,44 g, 8,7 mmola). Roztwór ten mieszano w atmosferze azotu przez 30 min. Następnie dodano do niego 70% HCIO4 (12 ml, 184,5 mmoli) i mieszano w temperaturze 60°C przez 16 godz. Po ochłodzeniu do temperatury pokojowej, do mieszaniny reakcyjnej dodano nadmiar dichlorometanu w celu rozpuszczenia produktu reakcji, po czym mieszaninę przemyto wodnym roztworem nasyco nym Na2CO3. Zebraną fazę organiczną przemyto wodą a następnie wysuszono bezwodnym Na2SO4 i zatężono przez odparowanie rozpuszczalnika. Fioletową oleistą pozostałość oczyszczono za pomocą LC na kolumnie silikażelowej z zastosowaniem chloroformu jako eluent. Otrzymano 1,71 g produktu (wydajność 41%). Widmo spektroskopii 1H NMR roztworu d-CDCI3 (δ ppm): 7,30-7,25 (d, 2H, bitiofen H), 7,18-7,14 (dd, 2H, bitiofen H), 7,10-7,07 (dd, 2H, bitiofen H), 7,03-7,00 (d, 2H, Ar-H), 6,98-6,95 (dd, 2H, Ar-H), 6,92-6,88 (d, 2H, bitiofen H), 6,77-6,74 (dd, 2H, bitiofen H), 5,71 (s, 1H, -CH-), 4,08-4,04 (t, 2H, -CHr), 3,963,92 (t, 2H, -CH2-). Wyznaczono strukturę kryształu EtOH-S2 (Schemat 2).
Powyższy proces można, z równie dobrym wynikiem, prowadzić przy objętości rozpuszczalnika w zakresie od 80 do 160 ml, korzystnie 120 ml, i przy stężeniu 4-(2-hydroksyetoksy)benzaldehydu w zakresie od 50 do 110 mM, korzystnie 73 mM.
Schemat 2. Struktura krystaliczna monomeru funkcyjnego EtOH-S2.
Kryształy EtOH-S2 otrzymano w następujący sposób. EtOH-S2 rozpuszczono w dichlorometanie a do otrzymanego roztworu w fiolce dodano kilka kropli stężonego HCI. Następnie fiolkę z roztwo8
PL 223 362 B1 rem zamknięto w sposób rozszczelniony tak, aby rozpuszczalnik mógł powoli odparować. Po kilku tygodniach z roztworu wytrąciły się ciemnofioletowe kryształy w kształcie igieł. Parametry wyznaczonej struktury krystalicznej zdeponowano w Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC) i przypisano jej numer CCDC 969570.
Przykład 1.2
Wytwarzanie 2,9,16,23-tetrafenylo(4-metylo-bis(2,2,-bitienylo))ftalocyjaninato cynk(ll)
Kwas 4-metylo-bis(2,2'-bitienylo)fenyloborowy. Kwas 4-formylofenyloborowy (700 mg, 4,7 mmola) i 2,2'-bitiofen (2,32 mg, 14,0 mmola) rozpuszczono w 80 ml glikolu etylenowego i mieszano przez 20 min w atmosferze azotu. Do tak przygotowanego roztworu dodano 70% HCIO4 (13 ml, 216,1 mmola), następnie roztwór podgrzano do 70°C i mieszano przez kolejne 16 godz. Po ochłodzeniu roztworu do temperatury pokojowej, nadmiar kwasu zobojętniono za pomocą nasyconego roztworu NaHCO3. Następnie produkt wyekstrahowano z roztworu za pomocą dichlorometanu. Warstwę organiczną przemyto wodą i wysuszono bezwodnym Na2SO4. Po odparowaniu rozpuszczalnika, jasnozieloną oleistą pozostałość oczyszczono za pomocą LC na kolumnie silikażelowej z zastosowaniem, jako eluent, roztworu heksanu i chloroformu zmieszanych w stosunku objętościowym jak 40 : 60. Otrzyma1 no 382 mg produktu (wydajność 55%). Widmo spektroskopii H NMR roztworu d-CDCI3 (δ ppm) 4,35 (4H, s, -CH2), 5,75 (1H, s, -CH), 6,75 (d, 2H, Ar-H), 6,93 (m, 2H, Ar-H), 7,05 (d, 2H, Ar-H), 7,10 (m, 2H, Ar-H), 7,18 (m, 2H, Ar-H), 7,40 (d, 2H, Ar-H), 7,80 (d, 2H, Ar-H).
Powyższy proces można, z równie dobrym wynikiem, prowadzić przy objętości rozpuszczalnika w zakresie od 60 do 120 ml, korzystnie 80 ml, i przy stężeniu kwasu 4-formylofenyloborowego w zakresie od 40 do 80 mM, korzystnie 59 mM.
4-Fenylo(4-metylo-bis(2,2,-bitienylo))ftalonitryl. Przez mieszaninę kwasu 4-metylo-bis(2,2'-bitiofeno)fenyloborowego (500 mg, 1,0 mmol), 4-jodoftalonitrylu (307 mg, 1,2 mmola), K2CO3 (1,25 mg, 9,1 mmola) i katalizatora tetrakis(trifenylofosfino)palladu(0) (116 mg, 0,1 mmola), umieszczoną w 100 ml kolbie okrągłodennej, przepuszczano azot przez 20 min. Następnie do mieszaniny tej dodano toluen (20 ml) i tetrahydrofuran (20 ml), po czym ogrzano ją do temperatury wrzenia i mieszano przez 18 godz. Po ochłodzeniu do temperatury pokojowej, mieszaninę przefiltrowano, a przesącz odparowano. Zieloną oleistą pozostałość oczyszczono za pomocą LC na kolumnie silikażelowej z zastosowaniem, jako eluent, roztworu heksanu i chloroformu zmieszanych w stosunku objętościowym jak 1 : 80. Otrzymano 250 mg produktu (wydajność 50%). Widmo spektroskopii 1H NMR roztworu d-CDCIa (δ ppm) 1H-NMR (CHC^-d): δ (in ppm). 5,70 (1H, s, -CH), 6,70 (d, 2H, Ar-H), 6,85 (m, 2H,
PL 223 362 B1
Ar-H), 6,93 (d, 2H, Ar-H), 7,01 (m, 2H, Ar-H), 7,10 (m, 2H, Ar-H), 7,45 (m, 4H, Ar-H), 7,70 (d, 1H, Ar-H), 7,78 (m, 1H, Ar-H), 7,83 (m, 1H, Ar-H).
Powyższy proces można, z równie dobrym wynikiem, prowadzić przy objętości rozpuszczalnika w zakresie od 25 do 70 ml, korzystnie 40 ml, i przy stężeniu kwasu 4-metylo-bis(2,2'-bitiofeno)fenyloborowego w zakresie od 25 do 70 mM, korzystnie 25 mM.
2,9,16,23-Tetrafenylo(4-metylo-bis(2,2,-bitienylo))ftalocyjaninato cynk(ll), ZnPc-S8. Przez mieszaninę 4-fenylo(4-metylo-bis(2,2'-bitiofen)ftalonitrylu (300 mg, 0,55 mmola) i ZnCI2 (374 mg, 2,74 mmola), umieszczoną w 100 ml kolbie okrągłodennej, przepuszczano azot przez 30 min. Następnie dodano 2-dimetyloaminoetanol (4 ml). Otrzymany roztwór ogrzano do temperatury wrzenia i mieszano przez 18 godz. bez dostępu światła. Po ochłodzeniu mieszaniny do temperatury pokojowej odparowano rozpuszczalnik. Zieloną oleistą pozostałość oczyszczono za pomocą LC na kolumnie silikażelowej z zastosowaniem chloroformu jako eluent. Otrzymano 90 mg produktu (wydajność 30%). Widmo spektroskopii 1H NMR roztworu d-CDCI3 (δ ppm) 5,75 (4H, s, -CH), 6,75 (m, 8H, Ar-H), 6,90 (m, 8H, Ar-H), 7,01 (m, 16H, Ar-H), 7,15 (m, 8H, Ar-H), 7,65 (br, 16H, Ar-H), 7,70 (m, 6H, Ar-H), 7,78 (m, 3H, Ar-H). MALDI-TOF MS, [M]+, masa cząsteczkowa: obliczona 2252,40, wyznaczona 2246,29-2258,30 (Fig. 1).
Powyższy proces można, z równie dobrym wynikiem, prowadzić przy objętości rozpuszczalnika w zakresie od 2 do 16 ml, korzystnie 4 ml, i przy stężeniu 4-fenylo(4-metylo-bis(2,2'-bitiofen)ftalonitrylu w zakresie od 34 do 275 mM, korzystnie 138 mM.
P r z y k ł a d 2
Przygotowanie warstw polimeru molekularnie wdrukowanego (MIP-Nic)
Pochodne według wynalazku wytworzone sposobem opisanym w Przykładzie 1 zastosowano jako monomery funkcyjne do biomimetycznego rozpoznawania nikotyny za pomocą wdrukowania molekularnego.
Warstwy MIP-Nic osadzono przez elektropolimeryzację w warunkach potencjodynamicznych w zakresie potencjału od 0,50 do 1,25 V vs Ag/AgCI i szybkości zmian potencjału 50 mV/s. Rolę przeciwelektrody spełniała platynowa elektroda dyskowa o średnicy 5 mm. Osadzanie polimeru na Au-QCR o podstawowej częstotliwości rezonansowej 10 MHz kontrolowano stosując różną liczbę cykli potencjałowych. Po elektropolimeryzacyjnym osadzeniu warstwy MIP-Nic, elektrodę obficie opłukano ACN w celu usunięcia nadmiaru roztworu elektrolitu podstawowego. Molekularne wdrukowanie nikotyny prowadzące do wytworzenia warstwy MIP-Nic potwierdzono za pomocą pomiarów XPS. Następnie szablon, nikotynę, wyekstrahowano z warstwy MIP-Nic metanolem w warunkach przepływowych. Postęp wymywania śledzono za pomocą spektroskopii UV-vis.
PL 223 362 B1
Kontrolną warstwę NIP osadzono z roztworu nie zawierającego nikotyny, ale o pozostałym składzie takim samym jak roztwór do przygotowania warstwy MIP-Nic i z zastosowaniem tej samej procedury elektropolimeryzacji.
Wyniki
Kompleksowanie nikotyny przez ZnPc-S8 i EtOH-S2
Ze względu na obecność w cząsteczce nikotyny dwóch pierścieni, pirydynowego i pirolidyn owego, zaprojektowano i zyntetyzowano dwa odpowiednie monomery funkcyjne do wiązania nikotyny, ZnPc-S8 i EtOH-S2 (Schemat 1). Najpierw zoptymalizowano strukturę kompleksu nikotyny z ZnPc-S8 i EtOH-S2 za pomocą DFT/(B3LYP/3-21G*). Zoptymalizowana struktura potwierdziła koordynację aksjalną atomu cynku w ZnPc-S8 przez atom azotu pierścienia pirydynowego nikotyny oraz tworzenie wiązania wodorowego pomiędzy atomem azotu pierścienia pirolidynowego nikotyny z grupą -OH w EtOH-S2 (Schemat 3). W ten sposób skompleksowano oba miejsca wiążące w cząsteczce nikotyny. W otrzymanym kompleksie nie występowała żadna zawada przestrzenna pomiędzy ugrupowaniami bis(2,2'-bitienylojmetanowymi ZnPc-S8 i EtOH-S2, która mogłaby zakłócić oddziaływanie tych monomerów z nikotyną. To aksjalne koordynowanie sprawiło, że cząsteczka nikotyny ustawiona była prostopadle względem płaszczyzny makropierścienia cząsteczki ZnPc-S8. Dzięki temu ustawieniu pozostała wolna przestrzeń niezbędna dla drugiego oddziaływania, tj. wiązania wodorowego. Całkowita zmiana entalpii swobodnej tworzenia kompleksu była wysoka, AG = -115.95 kJ/mol. Główną składową tej zmiany była zmiana entalpii swobodnej tworzenia wiązania koordynacyjnego (AG = -92.11 kJ/mol), podczas gdy zmiana entalpii swobodnej tworzenia wiązania wodorowego stanowiła zaledwie ~20% (AG = -23.84 kJ/mol) całkowitej wartości AG. Stąd wywnioskowano, że kompleks nikotyny z ZnPc-S8 i EtOH-S2 jest wystarczająco trwały, aby wdrukować go w polimer za pomocą tych dedykowanych monomerów funkcyjnych.
Schemat 3. Struktura cząsteczkowa kompleksu nikotyny z ZnPcS8 i EtOH-S2 zoptymalizowana za pomocą teorii funkcjonału gęstości, DFT, w przybliżeniu B3LYP na poziomie 3-21G*.
Trwałość wiązania koordynacyjnego pomiędzy nikotyną i ZnPc-S8 potwierdzono eksperymentalnie za pomocą miareczkowania spektroskopowego UV-vis chloroformowego roztworu ZnPc-S8 chloroformowym roztworem nikotyny. W trakcie miareczkowania, pasmo absorpcji Soreta monomeru ZnPc-S8 przy 690 nm wzrosło i nieznacznie przesunęło się w stronę niższych energii o ~2 nm (Fig. 2). Ponadto pojawiły się dwa punkty izozbestyczne przy 625 i 690 nm wskazujące na obecność równowagi kompleksowania ZnPc-S8 i nikotyny [Bikram, C. K. C; Subbaiyan, N. K.; D'Souza, F., Supramolecular Donor-Acceptor Assembly Derived from Tetracarbazole-Zinc Phthalocyanine Coordinated to Fullerene: Design, Synthesis, Photochemical, and Photoelectrochemical Studies, J. Phys. Chem. C 2012, 116,11964-11972], Z wykresu zależności absorbancji przy 690 nm od stężenia nikotyny (wstawka na Fig. 2) wyznaczono stechiometrię kompleksu, równą 1 : 1. Stała trwałości kompleksu,
PL 223 362 B1 obliczona za pomocą równania Benesi-Hildebranda [Benesi, H. A.; Hildebrand, J. H., A Spectrophotometric Investigation of the Interaction of Iodine with Aromatic Hydrocarbons, J. Am. Chem. Soc. 1949, 71, 2703-2707], była wysoka (Ks = 4.67 x 10 M-) w porównianiu do stałej trwałości kompleksu nikotyny z porfiryną cynkową [Deviprasad, G. R.; D'Souza, F., Molecular recognition directed porph yrin chemosensor for selective detection of nicotine and cotinine, Chem. Commun. 2000, 2000, 1915-1916].
Pomiary woltamperometryczne dla nikotyny, ZnPc-S8 I EtOH-S2
Do pomiarów woltamperometrii cyklicznej (ang. cyclic voltammetry, CV) zastosowano taką samą mieszaninę rozpuszczalników jak do elektropolimeryzacji (opisanej niżej), tj. stosunek objętości owy ACN do DCB wynosił 2 :1. ACN jest odpowiednim rozpuszczalnikiem do elektropolimeryzacji bis(2'-bitienylo)metanu [Huynh, T.-P.; Pietrzyk-Le, A.; C, C, B, K.; Noworyta, K.; Sobczak, J. W.; Sharma, P. S.; D'Souza, F.; Kutner, W., Electrochemically synthesized molecularly imprinted polymer of thiophene derivatives for flow-injection analysis determination of adenosine-5'-triphosphate (ATP), Biosens. Bioelectron. 2013, 41, 634-641], jednak należało dodać do niego DBC w celu zwiększenia rozpuszczalności ZnPc-S8 i CL. Jako elektrolit podstawowy zastosowano 0,15 M (TBA)CIO4.
Pik anodowy na woltamperogramie CV dla nikotyny przy potencjale 1,02 V jest związany z elektroutlenianiem pierścienia pirolidynowego nikotyny (krzywa 1 na Fig. 3). Pik anodowy odpowiadający elektroutlenieniu grupy bis(2,2'-bitienylo)metanowej w ZnPc-S8 i EtOH-S2 występuje przy potencjale ~1.25 V [Heinze, J.; Frontana-Uribe, B. A.; Ludwigs, S., Electrochemistry of Conducting Polymers Persistent Models and New Concepts, Chem. Rev 2010, 110, 4724-4771] (krzywe 2 i 3 na Fig. 3). Dodatkowo, dla ZnPc-S8 występowały dwa piki anodowe, jeden (słabo wykształcony) przy 0,75 V a drugi (dobrze wykształcony) przy 1,10 V związane, odpowiednio, z jednoelektronowym utlenieniem centralnego jonu cynku i ftalocyjaniny w cząsteczce ZnPc [Green, J. M.; Faulkner, L. R., Reversible Oxidation and Rereduction of Entire Thin Films of Transition Metal-Phthalocyanine, J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 2950-2955; Koca, A.; Dincer, H. A.; Kocak, M. B.; Gul, A., Electrochemical Characterization of Co(ll) and Pd(ll) Phthalocyanines Carrying Diethoxymalonyl and Carboxymethyl Substituents, Russ.
J. Electrochem. 2006, 42, 31-37] (krzywa 3 na Fig. 3).
Piki elektroutlenienia ZnPc-S8 zarejestrowane za pomocą DPV były znacznie lepiej wykształcone (Fig. 4) niż piki zarejestrowane za pomocą CV.
Osadzanie warstwy MIP-Nic na Au-QCR
Warstwę MIP-Nic osadzono za pomocą elektropolimeryzacji potencjodynamicznej z roztworu ACN i DCB, zmieszanych w stosunku objętościowym jak 2 :1, który był 0,2 mM względem nikotyny, 0,2 mM względem ZnPc-S8, 0,2 mM względem EtOH-S2, 0,6 mM względem CL i 0,1 M względem (TBA)CIO4. Aby za pomocą znacznego usieciowania uzyskać sztywną i mechanicznie odporną warstwę polimeru, zastosowano stosunkowo wysokie stężenie CL. Anodowy zakres przykładanego potencjału ograniczono do 1,25 V, aby uniknąć elektroutlenienia warstwy złota na Au-QCR. Podczas pierwszego cyklu potencjałowego zaobserwowano dwa piki anodowe przy potencjale 0,95 i 1,10 V towarzyszące elektroutlenieniu, odpowiednio nikotyny i bis(2,2'-bitienylo)metanu (Fig. 5a). W następnych dwóch cyklach piki te uległy obniżeniu i przesunięciu w stronę bardziej dodatnich potencjałów, a w kolejnych dwóch cyklach całkowicie zaniknęły. Zachowanie to można przypisać właściwościom warstwy MIP-Nic osadzonej podczas pierwszych kilku cykli potencjałowych. Warstwa ta spełniała rolę bariery o wzrastającej z cyklu na cykl oporności, przez to zapobiegając dalszemu utlenieniu nikotyny [Huynh, T.-P.; KC, C. B.; Lisowski, W.; D'Souza, F.; Kutner, W., Molecularly imprinted polymer of bis(2,2'-bithienyl)methanes bearing recognition sites for selective determination of adrenaline, Bioelectrochemistry 2013, 93, 37-45], Dzięki temu kompleks pre-polimeryzacyjny w roztworze mógł być skutecznie przeniesiony do warstwy MIP.
Spadek częstotliwości rezonansowej Au-QCR, Af = ~3.0 kHz, wskazywał na osadzenie warstwy MIP-Nic o masie, m = ~2.6 μg (Fig. 5b), wyznaczonej z równania Sauerbreya [Buck, R. P.; Lindner, E.; Kutner, W.; Inzelt, G., Piezoelectric Chemical Sensors, Pure Appl. Chem. 2004, 76, 1139-1160], ^ac (PąPą)l/2· gdzie f0 to podstawowa częstotliwość rezonansowa Au-QCR (10 MHz), Am to zmiana masy re-5 2 zonatora kwarcowego, Aac to aktywna akustycznie powierzchnia rezonatora (1,96 x 10- m ), μμ to
-3 moduł ścinający kwarcu (2,95 x 10 Pa), a pq to gęstość kwarcu (2648 kg m-). W niniejszych badaniach zmiana częstotliwości rezonansowej, Af, wynikająca ze zmiany oporu dynamicznego (~45 Ω)
PL 223 362 B1 była zaniedbywalnie mała (Fig. 5c). Oznacza to, że podczas osadzania warstwa MIP-Nic nie zmieniała ani swojej gęstości, ani lepkości [Huynh, T.-P.; Pieta, P.; D'Souza, F.; Kutner, W., Molecularly imprinted polymer for recognition of 5-fluorouracil by the RNA-type nucleobase pairing, Anal. Chem. 2013, 85, 8304-8312].
Charakterystyka wydajności wdrukowania i ekstrakcji nikotyny z warstwy MIP-Nic
Według najlepszej wiedzy wynalazców, po raz pierwszy w badaniach warstw MIP kompleksowanie analitu przez lukę molekularną MIPu scharakteryzowano za pomocą XPS. Jako znacznik kompleksowania nikotyny za pomocą ZnPc-S8, na drodze aksjalnego koordynowania atomu cynku w ZnPc-S8 przez atom azotu pierścienia pirydynowego nikotyny, wybrano pik odpowiadający elektro3 nowi atomu Zn na powłoce 2p3. Zgodnie z oczekiwaniem, zamiast widocznego dla kontrolnej warstwy NIP piku elektronu Zn 2p3 o energii 1022,07 eV [Wanger, C. D.; Riggs, W. M.; Davis, L. E.; Moulder, J. F.; E.Muilenberg, G., Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy Perkin-Elmer Corporation: Minnesota, USA, 1979] (krzywa 1 na Fig. 6a), dla warstwy MIP-Nic widoczny był znacznie szerszy pik, przesunięty w stronę niższych energii, przy 1021.70 eV (krzywa 2 na Fig. 6b). Rozłożenie tego piku na dwa piki składowe doprowadziło do potwierdzenia wyżej postulowanego kompleksowania. Przy założeniu, że jednym z tych pików był pik przy 1022,07 eV o szerokości połówkowej takiej samej jak pik dla warstwy NIP (krzywa 3 na Fig. 6b) odpowiadający nieskoordynowanym atomom Zn to drugi, przy 1021,47 eV (krzywa 4 na Fig. 6b), odpowiadał elektronowi atomu Zn skoordynowanego z nikotyną. Obecność tego nowego piku w widmie świadczyła o skutecznym przeniesieniu kompleksu prepolimeryzacyjnego nikotyny z dwoma monomerami funkcyjnymi z roztworu na powierzchnię Au-QCR 3 za pomocą elektropolimeryzacji. Znaczny spadek energii elektronu Zn 2p , wynoszący ~0.60 eV (57,89 kJ/mol), wskazuje na tworzenie trwałego kompleksu w warstwie MIP-Nic. Stosunek liczby atomów Zn związanych do liczby atomów niezwiązanych wiązaniem koordynacyjnym z nikotyną był bliski 1 : 1. Tak więc jedynie połowa wszystkich jednostek ZnPc-S8 w MIP-Nic była zaangażowana w kompleksowanie.
Do ekstrakcji nikotyny z warstwy MIP w warunkach przepływowych wybrano metanol ze względu na wysoką rozpuszczalność nikotyny w tym rozpuszczalniku [Ng, L.-K.; Hupe, M., Effects of moisture content in cigar tobacco on nicotine extraction. Similarity between soxhlet and focused openvessel microwave-assisted techniques, J. Chromatogr. A 2003, 1011, 213-219], Aby określić stopień zaawansowania tej ekstrakcji, porównano zmiany intensywności piku absorbancji nikotyny przy długości fali 280 nm dla metanolowego ekstraktu i kontrolnego roztworu metanolowego 1 mM nikotyny (Fig. 7).
P r z y k ł a d 3
Jednoczesne chronoamperometryczne (CA) i piezomikrograwimetryczne (PM) oznaczanie nikotyny w warunkach analizy przepływowo-wstrzykowej
W ramach kontynuacji naszych wcześniejszych badań nad oznaczaniem nitroaromatycznych związków wybuchowych [Huynh, T.-P.; Sosnowska, M. I.; Sobczak, J. W.; KC, C. B.; Nesterov, V. N.; D'Souza, F.; Kutner, W., Simultaneous chronoamperometry and piezoelectric microgravimetry determination of nitroaromatic explosives using molecularly imprinted thiophene polymers, Anal. Chem. 2013, 85, 8361-8368], do oznaczania nikotyny w niniejszych badaniach zastosowano jednoczesne pomiary CA i PM. Najpierw scharakteryzowano właściwości elektroutleniania nikotyny, a także substancji przeszkadzających w jej oznaczaniu, tj. kotyniny i miozminy, za pomocą CA w warunkach analizy przepływowo-wstrzykowej na niepokrytym polimerem Au-QCR. W tym celu przykładano stałe potencjały w zakresie od 0,70 do 1,10 V, w 0,1 M NaCIO4 roztworze nośnym, który jednocześnie spełniał rolę elektrolitu podstawowego (Fig. 8). Badania te ujawniły przy jakich potencjałach nikotyna wykazywała elektroaktywność.
Dlatego przy potencjale, przy którym utleniała się nikotyna, a ani kotynina, ani miozmina nie utleniały się, można było selektywnie oznaczać nikotynę w obecności tych substancji przeszkadzaj ących za pomocą CA. Dlatego do dalszych badań wybrano potencjał 1,10 V. Ze względu na opór omowy warstwy MIP-Nic, potencjał ten był o ~0,10 V wyższy od potencjału woltamperometrycznego piku anodowego utleniania nikotyny na niepokrytej warstwą polimeru Au-QCR. Opór ten sprawiał, że potencjał tego piku ulegał dodatniemu przesunięciu.
Zgodnie z oczekiwaniem, prąd mierzony przy potencjale 1,10 V w warunkach FIA za pomocą elektrody Au-QCR pokrytej warstwą MIP-Nic był tym niższy im niższe było stężenie nikotyny w zastrzykiwanym roztworze (krzywa 1 na Fig. 9). Jednocześnie zarejestrowano zmiany częstotliwości rezonansowej odpowiadające wnikaniu a następnie usuwaniu cząsteczek nikotyny, odpowiednio, do i z warstwy MIP-Nic prowadzące do, odpowiednio, wzrostu i spadku masy warstwy (krzywa 2 na
PL 223 362 B1
Fig. 9). Kształt krzywych w postaci pików, zarówno zmian prądu anodowego jak i częstotliwości rezonansowej w czasie, wskazuje na odwracalność wiązania nikotyny przez luki molekularne MIP-Nic oraz na zdolność uwalniania nikotyny z MIP-Nic za pomocą nadmiaru roztworu nośnego.
Sygnał prądowy CA był proporcjonalny do stężenia nikotyny w zakresie od 50 do 700 ąM. Do zależności tej można było dopasować następujące równanie regresji lc/ąA = 1.93 (±0.30) + 12.64 (±1.64)cNic/mM o współczynniku korelacji równym 0.91 (krzywa 1 na Fig. 10a). Granica wykrywalności tych oznaczeń przy stosunku sygnału do szumu, S/N = 3, wynosiła 40 ąM, a czułość 25.27 (±3.27) ąA/mM (Tabela 1).
T a b e l a 1
Granica wykrywalności (LOD) i selektywność oznaczeń chemosensors MIP-Nic wyznaczona w warunkach FIA za pomocą zastrzykiwania roztworów nikotyny lub substancji przeszkadzających o różnych stężeniach. Jako roztwór nośny zastosowano 0,1 M Na CIO4.
| LOD ąM | Selektywność względem | |||
| kotyniny | miozminy | |||
| CA | 40 | 15.5 | 8.4 | |
| Oznaczenia | PM | 12 | 3.8 | 1.8 |
Sygnał zmian częstotliwości rezonansowej oznaczeń PM był proporcjonalny do stężenia nikotyny w zakresie od 50 to 700 ąM. Zależność tę opisano równaniem regresji ΔΖ/Hz = - 24.85 (±1.04) 103.22 (±8.18)cNic/mM o współczynniku korelacji 0.94 (krzywa 1' na Fig. 10b). Granica wykrywalności tych oznaczeń, przy stosunku sygnału do szumu, S/N = 3, wynosiła 12 ąM, a czułość 103.22 (±8.18) Hz/mM (Tabela 1). Tak więc oznaczenia te charakteryzowały się wyższą wykrywalnością i czułością niż oznaczenia CA. Ponadto ich wykrywalność była o rząd wielkości wyższa od wykrywalności naszego wcześniej opisanego chemosensora z niewdrukowaną warstwą polimeru porfiryny cynkowej (NIP-ZnPorf) [Noworyta, K.; Kutner, W.; Wijesinghe, C. A.; Srour, S. G.; D'Souza, F., Nicotine, Cotinine, and Myosmine Determination Using Polymer Films of Tailor-Designed Zinc Porphyrins as Recognition Units for Piezoelectric Microgravimetry Chemosensors, Anal. Chem. 2012, 84, 2154-2163]. Przyczyną wyższej wykrywalności chemosesorów przygotowanych w ramach niniejszego wynalazku było znac znie silniejsze oddziaływanie nikotyny z MIP-Nic niż z przygotowanym poprzednio NIP-ZnPor.
Selektywność względem kotyniny i miozminy obu typów, CA i PM, oznaczeń nikotyny, będących przedmiotem niniejszego wynalazku, wyznaczono w warunkach FIA (Fig. 10 i Tabela 1). Podczas zastrzykiwania substancji przeszkadzających, przy przyłożonym potencjale 1,10 V w warunkach CA nie zaobserwowano prądu anodowego (Fig. 10a). Wskazuje to na pominięcie (ang. discrimination) kotyniny i miozminy w oznaczaniach CA za pomocą przyłożonego potencjału. Oznaczenia te charakteryzowały się wyższą selektywnością względem kotyniny niż względem miozminy ze względu na bardzo niski prąd anodowy (~2 ąA) zarejestrowany podczas przepływu roztworu o wysokim stężeniu miozminy. Oznaczenia PM okazały się mniej selektywne względem tych susbtancji przeszkadzających, ponieważ różnica w czułości względem poszczególnych substancji wynikała jedynie z różnic strukturalnych pomiędzy nimi i dopasowania ich cząsteczek do luk molekularnych MIP-Nic. Podobnie jak oznaczenia CA, również oznaczenia PM wykazywały wyższą selektywność względem kotyniny niż względem miozminy. Najprawdopodobniej spowodowane to było słabym oddziaływaniem, za pomocą wiązania wodorowego, pomiędzy pierścieniem pirolidynowym kotyniny i ftalocyjaninowym, ZnPc, miejscem rozpoznającym luki molekularnej polimeru MIP-Nic w porównaniu do analogicznego oddziaływania pierścienia 1-pirolidynowego miozminy (poniżej).
Aby potwierdzić wdrukowanie przygotowano warstwę kontrolną NIP i zastosowano ją do oznaczania nikotyny (krzywe 4 i 4', odpowiednio, na Fig. 10a i 10b). Ze względu na brak wdrukowanych luk molekularnych w NIP, oddziaływanie nikotyny z NIP było znacznie słabsze niż oddziaływanie nikotyny z MIP-Nic z wyekstrahowanym szablonem nikotyny. Znalazło to swoje odzwierciedlenie w tylko niewielkim spadku częstotliwości rezonansowej wraz ze wzrostem stężenia nikotyny w zastrzykiwanym roztworze. Zmiana częstotliwości rezonansowej dla warstwy NIP była proporcjonalna do stężenia nikotyny w zakresie od 20 do 700 mM. Opisano ją równaniem regresji: ΔΖ/Hz = -0.61 (±0.39) - 10.4 (±1.12)cNic/mM o współczynniku korelacji 0.96. Obliczony, jako stosunek nachylenia krzywych kalibracyjnych dla warstw MIP-Nic i NIP, współczynnik wdrukowania był wysoki; wynosił ~9.9.
PL 223 362 B1
Modelowanie molekularne selektywności wdrukowanej luki molekularnej warstwy MIP-Nic
Aby lepiej zrozumieć przyczynę selektywności warstwy MIP-Nic, za pomocą DFT opracowano prosty geometryczny model wdrukowanej luki molekularnej z wprowadzoną do obliczeń przenikalnością elektryczną charakterystyczną dla wody jako ośrodka [Leach, A. R., Molecular Modelling: Principles and Applications. 2nd ed.; Prentice Hall: Dorset, England, 2001]. W tym celu najpierw z wymodelowanej luki molekularnej usunięto szablon, nikotynę. Następnie „zamrożono” kształt luki z wyłączeniem atomu Zn w ZnPc-S8 i „ramienia” EtOH w EtOH-S2. Oba te miejsca rozpoznające luki pozostawiono ruchome. Następnie zoptymalizowano struktury dla tak „zamrożonej” luki na nowo wypełnionej, kolejno, cząsteczką nikotyny, kotyniny lub miozminy. W końcu obliczono zmianę entalpii swobodnej tworzenia kompleksu luki molekularnej MIP-Nic z każdą substancją przeszkadzającą (Schemat 4). Całkowita zmiana entalpii swobodnej kompleksowania luki molekularnej MIP-Nic i kotyniny była znacznie niższa niż kompleksowania miozminy. Najprawdopodobniej odpowiedzialna za to była zawada przestrzenna atomu tlenu przyłączonego do pierścienia pirolidynowego kotyniny. W przeciwieństwie do tego, „ramię” EtOH luki molekularnej łatwo wiązało atom azotu pierścienia 1-pirolidynowego miozminy. Wobec braku grupy metylowej w strukturze miozminy było to spowodowane obecnością wiązań typu tt w pierścieniu pirolidynowym. Wyniki modelowania wykazały znacznie wyższą selektywność MIP-Nic względem kotyniny niż względem miozminy i były zgodne z wynikami oznaczeń CA i PM. Zmiana entalpii swobodnej tworzenia kompleksu luki molekularnej MIP-Nic z nikotyną była nieznacznie wyższa, o ~1 kJ/mol, od zmian kompleksu z miozminą, co wyjaśnia niską selektywność sensora PM względem miozminy, wynoszącą zaledwie 1,8.
J
Luka molekuraina warstwy MIP-Nic
Z \ ' Kotynina _,*·*·
Nikotyna
Miozminą
AG - -86.90 kJ/mol
AG = -87.83 kJ/mol
AG = -53.35 kJ/mol
PL 223 362 B1
Schemat 4. Wyniki modelowania molekularnego zdolności „zamrożonej” luki molekularnej warstwy MIP-Nic do oddziaływania z cząsteczką nikotyny, kotyniny lub miozminy w wodzie za pomocą teorii funkcjonału gęstości, DFT, w przybliżeniu B3LYP/3-21G*. Położenie wszystkich atomów luki molekularnej zostało ustalone z wyjątkiem położenia miejsc rozpoznających, czyli atomu Zn podstawnika ftalocyja ni nowego i „ramienia” EtOH. Zmiany entalpii swobodnej obliczone dla kompleksów „zamrożonej luki molekularnej MIP-Nic z nikotyną, kotyniną lub miozminą są podane pod każdą z tych luk.
Wnioski
Niniejszy wynalazek obejmuje rozpoznawanie i oznaczanie nikotyny w roztworze za pomocą wdrukowania molekularnego jak i uwalnianie nikotyny z polimeru molekularnie wdrukowanego nikotyną do roztworu. Do wdrukowania tego wykorzystano wiązanie koordynacyjne ftalocyjaniny cynku i wiązanie wodorowe grupy 2-hydroksyetylowej podstawników dwóch różnych cząsteczek bis(2,2'-bitienylo)metanu. Stosunkowo wysoka zmiana obliczonej entalpii swobodnej (AG = -115.95 kJ/mol) tworzenia zoptymalizowanej struktury pre-polimeryzacyjnego kompleksu nikotyny z ZnPc-S8 i EtOH-S2 w roztworze i wyznaczona stała trwałości tego kompleksu (Ks = 4,67 x 10 M-) wskazują, że kompleks ten jest stosunkowo trwały. Dlatego kompleks ten można było przenieść z roztworu na powierzchnię elektrody Au-QCR za pomocą elektropolimeryzacji potencjodynamicznej. W tym celu wykorzystano zdolność fragmentów bis(2,2'-bitienylo)metanowych tego kompleksu do elektropolimeracji. Otrzymano warstwę MIP-Nic charakteryzującą się znacznym współczynnikiem wdrukowania, wynoszącym ~9,9.
3
Dodatkowo, ujemne przesunięcie energii piku elektronu Zn 2p w pomiarach XPS potwierdziło tworzenie kompleksu nikotyny z lukami molekularnymi MIP-Nic.
Właściwość elektroutleniania nikotyny i zmiany masy warstwy MIP-Nic podczas wnikania do niej i uwalniania z niej nikotyny wykorzystano do jednoczesnego przetwarzania sygnału rozpoznawania chemicznego na sygnał analityczny za pomocą dwóch różnych technik, tj. CA i PM w warunkach FIA. To znaczy, nikotynę oznaczano dwojako jednocześnie mierząc prąd anodowy elektroutlenienia nikotyny za pomocą CA i zmianę częstotliwości rezonansowej za pomocą PM. Spośród tych dwóch tec hnik niższą wartością LOD charakteryzowała się PM (12 ąM); granica ta była znacznie niższa niż dla wytworzonego wcześniej chemosensora do oznaczania nikotyny, w którym zastosowano polimer porfiryny cynku koordynującej nikotynę [Noworyta, K.; Kutner, W.; Wijesinghe, C. A.; Srour, S. G.; D'Souza, F., Nicotine, Cotinine, and Myosmine Determination Using Polymer Films of Tailor-Designed Zinc Porphyrins as Recognition Units for Piezoelectric Microgravimetry Chemosensors, Anal. Chem. 2012, 84, 2154-2163]. Wartość LOD naszego chemosensora w przypadku oznaczeń CA wynosiła 40 ąM. Była więc wyższa od wartości LOD w przypadku oznaczeń PM (powyżej). Jednak zaletą oznaczeń CA była zarówno wysoka odtwarzalność sygnału prądu faradajowskiego jak i wysoka czułość względem nikotyny przy jednoczesnym braku czułości względem substancji przeszkadzających. Przy potencjale 1,10 V substancje te były bowiem niemal całkowicie nieaktywne elektrochemicznie. Oba sposoby oznaczania nikotyny charakteryzowały się wysoką selektywnością względem kotyniny. Jest to ważna zaleta z punktu widzenia potencjalnych zastosowań klinicznych, ponieważ w płynach ustrojowych stężenie kotyniny jest znacznie wyższe niż stężenie nikotyny [Hukkanen, J.; Jacob-III, P.; Benowitz, N. L, Metabolism and Disposition Kinetics of Nicotine, Pharmacol. Rev. 2005, 57, 79-115]. Wyższą selektywność warstwy MIP-Nic względem kotyniny niż względem miozminy w pomiarach PM wyjaśniono za pomocą obliczeń kwantowo-chemicznych oddziaływań „zamrożonej” luki molekularnej z cząsteczką nikotyny, po czym, z cząsteczką kotyniny, a następnie miozminy.
Podziękowania
Wynalazcy dziękują profesorowi F. Sannicolo (Uniwersytet w Mediolanie, Włochy) za przygotowanie CL. Badania były sfinansowane przez następujące instytucje:
- Fundację na rzecz Nauki Polskiej (MPD/2009/J/styp15 i MPD/2009/1/styp19), wsparcie finansowe dla MIS i TPH
- Unię Europejską w ramach Funduszu Rozwoju Regionalnego, Grantu programu Innowacyjna Gospodarka, POIG.01.01.02-00-008/08, wsparcie finansowe dla WK i JWS
- US National Science Foundation (Grant No. 1110942), wsparcie finansowe dla FD
Opłaty związane z ochroną niniejszego wynalazku sfinansowano ze środków projektu, pn.: Nanotechnology, Biomaterials and alternative Energy Source for ERA integration FP7-REGPOT-CT-
Claims (12)
- Zastrzeżenia patentowe1. Pochodne bis(2,2'-bitienylo)metanu, zawierające podstawnik fltalocyjaniny cynku albo podstawnik 2-hydroksyetylenowy.
- 2. Pochodna według zastrz. 1, obejmująca: bis(2,2'-bitienylo)-(4-(2-hydroksyetoksy)fenylo)metan, EtOH-S2, o poniższym strukturalnym Wzorze 1 oraz 2,9,16,23-tetrafenylo(4-metylo-bis(2,2’-bitienylo))ftalocyjaninato cynk(II), ZnPc-S8, o poniższym strukturalnym Wzorze 2
- 3. Sposób wytwarzania bis(2,2'-bitienylo)-(4-(2-hydroksyetoksy)fenylo)metanu według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że obejmuje następujący etapy:(a) wyjściowy roztwór 4-hydroksybenzaldehydu poddaje się reakcji z bromoetanolem i K2CO3 z wytworzeniem 4-(2-hydroksyetoksy)benzaldehydu, a następnie (b) ten otrzymany 4-(2-hydroksyetoksy)benzaldehyd poddaje się reakcji z 2,2'-bitiofenem w glikolu etylenowym i otrzymuje się bis(2,2'-bitienylo)-(4-(2-hydroksyetoksy)fenylo)-metan.
- 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że etap (a) prowadzi się w atmosferze gazu obojętnego, w temperaturze w zakresie od 50 do 80°C, korzystnie w 80°C, przez 16 do 24 godz., korzystnie przez 20 godz., w aprotycznym rozpuszczalniku polarnym, korzystnie w acetonie, przy stosunku reagentów względem 4-hydroksybenzaldehydu równym dla bromoetanolu od 2 do 4, korzystnie 3, dla K2CO3 od 2 do 10, korzystnie 6.
- 5. Sposób według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że etap (b) prowadzi się w atmosferze gazu obojętnego, w temperaturze w zakresie od 50 do 70°C, korzystnie w 60°C, przez 14 do 18 godz., korzystnie przez 16 godz. w glikolu etylenowym, przy stosunku reagentów względem 4-(2-hydroksyPL 223 362 B1 etoksy)benzaldehydu równym dla 2,2'-bisbitiofenu od 2 do 4, korzystnie 2,5, dla kwasu nadchlorowego od 10 do 45, korzystnie 21,2.
- 6. Sposób wytwarzania 2,9,16,23-tetrafenylo(4-metylo-bis(2,2'-bitienylo))ftalocyjaninato cynku(ll) według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że obejmuje następujący etapy:(a) wyjściowy roztwór kwasu 4-formylofenyloborowego poddaje się reakcji z 2,2'-bitienylometanem i 70% H CIO4 z wytworzeniem kwasu 4-metylo-bis(2,2'-bitienylo)fenylo-borowego, a następnie (b) ten otrzymany kwas 4-metylo-bis(2,2'-bitienylo)fenyloborowy poddaje się reakcji z 4-jodoftalonitrylem w obecności katalizatora tetrakis(trifenylofosfino)palladu(0) w mieszaninie toluenu i tetrahydrofuranu z wytworzeniem 4-fenylo(4-metylo-bis(2,2'-bitienylo))ftalonitrylu, po czym (c) ten otrzymany 4-fenylo(4-metylo-bis(2,2'-bitienylo))ftalonitryl poddaje się reakcji z ZnCI2 w 2-dimetyloaminoetanolu i otrzymuje się 2,9,16,23-tetrafenylo(4-metylo-bis(2,2'-bitienylo))ftalocyjaninato cynk(ll).
- 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że etap (a) prowadzi się w atmosferze gazu obojętnego, w temperaturze w zakresie od 50 do 80°C, korzystnie w 70°C, przez 14 do 18 godz., korzystnie przez 16 godz., w protycznym rozpuszczalniku organicznym korzystnie w glikolu etylenowym, przy stosunku reagentów względem kwasu 4- formylofenyloborowego równym dla 2,2'-bitiofenu od 2 do 4, korzystnie 3, dla HCIO4 od 20 do 80, korzystnie 46.
- 8. Sposób według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że etap (b) prowadzi się w atmosferze gazu obojętnego, w temperaturze w zakresie od 50 do 100°C, korzystnie w 80°C przez od 14 do 24 godz., korzystnie przez 18 godz., w mieszaninie rozpuszczalników aprotycznych, korzystnie w mieszaninie toluenu i tetrahydrofuranu zmieszanych w stosunku objętościowym jak 1 : 1, przy stosunku reagentów względem kwasu 4-metylo-bis(2,2'-bitiofeno)fenyloborowego równym dla 4-jodoftalonitrylu od 1 do 4, korzystnie 1,2, dla tetrakis(trifenylofosfino)palladu(0) od 0,05 do 0,2, korzystnie 0,1.
- 9. Sposób według zastrz. 6, 7 albo 8, znamienny tym, że etap (c) prowadzi się w atmosferze gazu obojętnego, w temperaturze w zakresie od 100 do 150°C, korzystnie 140°C przez 14 do 24 godz., korzystnie 18 godz. w 2-dimetyloaminoetanolu, przy stosunku reagentów względem 4-fenylo(4-metylo-bis(2,2'-bitiofen)ftalonitrylu równym dla ZnCI2 bromoetanolu od 2 do 10, korzystnie 5.
- 10. Warstwa rozpoznającego polimeru, utworzona metodą molekularnego wdrukowania, znamienna tym, że stanowi ją polimer zawierający pochodną bis(2,2'-bitienylo)metanu według zastrz. 1.
- 11. Sposób otrzymywania warstwy rozpoznającego polimeru, określonej w zastrz. 10, metodą molekularnego wdrukowania, zwłaszcza za pomocą elektropolimeryzacji potencjodynamicznej, znamienny tym, że jako monomer funkcyjny do elektropolimeryzacji stosuje się pochodną bis(2,2'-bitienylo)metanu, a ponadto w etapie poprzedzającym wdrukowanie molekularne w roztworze tworzy się pre-polimeryzacyjny kompleks poprzez wytworzenie wiązania koordynacyjnego pomiędzy podstawnikiem fltalocyjaniny cynku monomeru ZnPc-S8 i atomem fragmentu pirydynowego nikotyny i wiązania wodorowego pomiędzy grupą -OH podstawnika 2-hydroksyetylenowego monomeru EtOH-S2 i atomem azotu pierścienia pirolidynowego nikotyny.
- 12. Zastosowanie warstwy rozpoznającego polimeru według zastrz. 10 i/lub otrzymanego sposobem według zastrz. 11, jako elementu rozpoznającego czujnika chemicznego do wykrywania i/lub oznaczania nikotyny jak również uwalniania nikotyny do roztworu.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL407167A PL223362B1 (pl) | 2014-02-13 | 2014-02-13 | Pochodne bis(2,2'-bitienylo)metanu i sposoby ich wytwarzania, warstwa rozpoznającego polimeru utworzona metodą wdrukowania molekularnego i sposób jej otrzymywania, jak również jej zastosowanie do selektywnego oznaczania i uwalniania nikotyny |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL407167A PL223362B1 (pl) | 2014-02-13 | 2014-02-13 | Pochodne bis(2,2'-bitienylo)metanu i sposoby ich wytwarzania, warstwa rozpoznającego polimeru utworzona metodą wdrukowania molekularnego i sposób jej otrzymywania, jak również jej zastosowanie do selektywnego oznaczania i uwalniania nikotyny |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL407167A1 PL407167A1 (pl) | 2015-08-17 |
| PL223362B1 true PL223362B1 (pl) | 2016-10-31 |
Family
ID=53786687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL407167A PL223362B1 (pl) | 2014-02-13 | 2014-02-13 | Pochodne bis(2,2'-bitienylo)metanu i sposoby ich wytwarzania, warstwa rozpoznającego polimeru utworzona metodą wdrukowania molekularnego i sposób jej otrzymywania, jak również jej zastosowanie do selektywnego oznaczania i uwalniania nikotyny |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL223362B1 (pl) |
-
2014
- 2014-02-13 PL PL407167A patent/PL223362B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL407167A1 (pl) | 2015-08-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Alreja et al. | Recent advances in 1, 10-phenanthroline ligands for chemosensing of cations and anions | |
| Kwon et al. | Fluorescent GTP-sensing in aqueous solution of physiological pH | |
| Busschaert et al. | Applications of supramolecular anion recognition | |
| Chowdhury et al. | Bis-heteroleptic ruthenium (II) complex of a triazole ligand as a selective probe for phosphates | |
| Huynh et al. | Nicotine molecularly imprinted polymer: Synergy of coordination and hydrogen bonding | |
| Karmakar et al. | Oxidation-induced differentially selective turn-on fluorescence via photoinduced electron transfer based on a ferrocene-appended coumarin–quinoline platform: Application in cascaded molecular logic | |
| Rather et al. | Recent developments in calix [4] pyrrole (C4P)-based supramolecular functional systems | |
| Goetsch et al. | Electron-transfer processes in 3, 4-diferrocenylpyrroles: insight into a missing piece of the polyferrocenyl-containing pyrroles family | |
| Yavuz et al. | Superior sensor for Be2+ ion recognition via the unprecedented octahedral crystal structure of a one-dimensional coordination polymer of crown fused zinc phthalocyanine | |
| Zhang et al. | Synthesis, structure, and photochemical behavior of [5] heli-viologen isomers | |
| Kumar et al. | Synthesis and characterization of acid-responsive luminescent Fe (II) metallopolymers of rigid and flexible backbone N-donor multidentate conjugated ligands | |
| Mikata et al. | TQOPEN (N, N, N′, N′-Tetrakis (2-quinolylmethyl)-3-oxa-1, 5-pentanediamine) Family as Heptadentate Fluorescent Cd2+ Sensors | |
| Ho et al. | 1, 3‐Alternate Calix [4] arene as a Homobinuclear Ditopic Fluorescent Chemosensor for Ag+ Ions | |
| Jimenez-Sanchez et al. | Multiresponsive photo-, solvato-, acido-, and ionochromic Schiff base probe | |
| Giri et al. | Benzodithieno-imidazole based π-conjugated fluorescent polymer probe for selective sensing of Cu 2+ | |
| Al-Otaibi et al. | Modeling the conformational preference, spectral analysis and other quantum mechanical studies on three bioactive aminobenzoate derivatives and their SERS active graphene complexes | |
| Giannetto et al. | Calixarene–Poly (dithiophene)‐Based Chemically Modified Electrodes | |
| Bak et al. | Fullerene-functionalized halogen-bonding heteroditopic hosts for ion-pair recognition | |
| Ghosh et al. | Azaindole-1, 2, 3-triazole conjugate in a tripod for selective sensing of Cl−, H 2 PO 4− and ATP under different conditions | |
| PL223094B1 (pl) | Nowa pochodna bis(2,2'-bitienylo)metanu i sposób jej wytwarzania, warstwa molekularnie wdrukowanego polimeru, sposób jej wytwarzania i jej zastosowanie do selektywnego wykrywania i oznaczania związków nitroaromatycznych | |
| PL223362B1 (pl) | Pochodne bis(2,2'-bitienylo)metanu i sposoby ich wytwarzania, warstwa rozpoznającego polimeru utworzona metodą wdrukowania molekularnego i sposób jej otrzymywania, jak również jej zastosowanie do selektywnego oznaczania i uwalniania nikotyny | |
| Zhang et al. | Synthesis of a new amino-furopyridine-based compound as a Novel fluorescent pH Sensor in Aqueous Solution | |
| Hewage et al. | Syntheses and Aromaticity Parameters of Hexahydroxypyrrocorphin, Porphotrilactones, and Their Oxidation State Intermediates | |
| US20170184535A1 (en) | Conducting polymers for direct sensing of metal ions | |
| Chowdhury et al. | Redox-responsive 1D-assembly built from cucurbit [8] uril and a water-soluble metalloporphyrin-based tecton |