Простые краун-эфиры в качестве активных ингредиентов ионо-селективных мембранных электродов Советский патент 1986 года по МПК C07D323/00 C08K5/159 G01N27/40 

Изобретение относится к новым химическим соединениям - простым краун- эфирам, которые обладают комплексо- образующей способностью с катионами металлов и могут быть использованы в качестве активных ингредиентов ионоселективных электродов для измерения различных катионов (ионы щелочных, щелочно-земельньпх: и тяжелых металлов).

Цель изобретения - повышение фактора селективности ионоселективных мембран по отношению к ионам щелочного металла, имеющего большой объем.

Пример 1. Получение исходны изоцианатов. В соответствии с этим примером 0,1 моль амино-соединения, характеризуемого общей формулой (II) подвергают растворению в 500 мл хлорбензола. В полученный раствор добавляют 150 мл хлорбензола, насыщенного фосгеном, при комнатной температуре, при постоянном перемешивании вводе фосгена. Полученную таким образом реакционную смесь за- тем медленно нагревают до точки кипения. Затем выделение газообразного хлористого водорода прекращается в результате прекращения ввода фосгена и избыточное количество фосгена вводят при кипении с помощью азота и газообразного аргона (примерно 1 ,5- 2 ч). Хлорбензол отгоняют дистилляцией под вакуумом. Остаток подвергаю очистке, как указано в табл. 1.

X NH

Г

о

OF, (И) О

Соединения формулы (На) и (116)

получены в соответствии с указанной методикой:

(11а),-2-нитро-4,5/1 , 4, 7, , 10, 1З -пентаоксациклопентадека-2 - -ен/фенилизоцианат - исходное соединение для получения соединения (1а) и (16). , , , , (Пб) - 4-/1 , 4 , 7, JO , 13 - пентаоксациклопентадека-2 -ен/-фенил -изоцианат - исходное соединение для получения соединения (16).

Пример 2. Получение урета- нов, характеризуемых формулой (ЦТ),

(1Ш

где R - алкил С , бензил или

фенил.

В соответствии с этим примером 0,5 моль амина подвергают растворению в 200 мл хлороформа и к полученному таким образом раствору добавляют 0,1 моль хлор- формиата при комнатной температуре и при постоянном перемешивании. Спустя 10 мин производят добавление 10.1 г триэтиламина и полученную смесь подвергают дальнейшему перемешиванию в течение 30-45 мин. Реакционную смесь подвергают выпариванию и остаток подвергают очистке, как указано в табл. 1 .

Получение бис-краун-ссединений, характеризуемых формулой (I).

Пример 3 (вариант процесса а). Раствор, содержащий 0,2 моль изоцианата (На, б) в 500 мл абсолютного диоксана или абсолютного хлороформа, подвергают перемешиванию с 0,1 моль эт шенгликоля 6,2 г (тио- этилен 12,2) и 2,2, -бис-оксиэтил- пирокетахина 19,8 г в течение 1-2 ч при комнатной температуре. В тех случаях, когда исполкзуются оксисое- динения, используются и 0,005 моль триэтиламинового катализатора.

Отделение.

Если продукт выпадает в осадок, то его отфильтровывают, промывают диоксаном или хлороформом и подвергают рекристаллизации из растворителя, как указано в табл. 2. Если продукт не выпадает в осадок, то растворитель отделяется дистилляцией в вакууме и осадок подвергается рекристаллизации из растворителя, как показано в табл. 2.

Пример 4 (вариант процес- ;Са 0). 20 ммоль уретана подвергают растворению в 50 мл хлороформа (или диоксана, толуола или хлорбен зола) и полученньш таким образом раствор подвергают перемешиванию в течение 3-4 ч при 60-100°С с 10 ммоль .этиленгликоля 0,62 г (тис- диэтиленгликоля 0,62 г) и 2,2 -бис- оксизтилпирокатехина 1,98 г при 30-80°С в течение 0,5-1 ч, если X NOj. В тех случаях, когда испо.. зуются оксисоединения, необходимо

добавить 1 каплю триэтиламинового катализатора.

Отделение. Эту операцию осуществляют аналогично примеру 3. Полученные таким образом продукты являются идентичными соединениям, полученным в соответствии с процессом по примеру 3 (т.е. по данным инфракрасного спектра, точкам плавления и точкам плавления смеси).

Выход 40-90%; При X NH выход 75-90%; при X О выход 40-60%.

Пример 5. Раствор, содержащий 10 ммоль бис-уретана, характеризуемого общей формулой (I) , где У соответствует указанным выше значениям и X Ч)) в 50 мл толуола или хлорбензола, хлороформа или ди-норм- -бутилового простого эфира подвергают перемешиванию с 10 ммоль альфа, омега- полиметилендиамина(зтилен- диамин-- 0,6 г; 1,3-пропилендиамин 0,74 г; 1,6-гексаметилендиамин 1,16 г при 80-100 С, при X Н и при бО-вО С при X NOj в течение 2-4 ч.

Отделение осуществляют аналогично варианту а. Выход составляет 50-82% от теоретического. Полученные согласно варианту процесса продукты являются ир.ентичными продуктам, получен- ным в процессе согласно вариантам примеров 3 и 4 (по данным инфракрасного спектра, точкам плавления, точкам плавления смеси и по данным хро- матографирования в тонких слоях).

Пример 7.В соответствии с ЭТИМ вариантом 10 ммоль бис-корон- ного соединения, характеризуемого общей формулой (I) (где У соответствует указанным вьш1е значениям. X Н), подвергают растворению в 25 мл хлороформа, затем добавляют к раствору 10 мл уксусной кислоты при постоянном перемешивании раствора и производят добавление по каплям раст вора, содержащего 3 мл 65%-ной азотной кислоты в 3 мл уксусной кислоты. Полученную таким образом реакционную смесь перемешивают при комнатной температуре в течение 10 мин и затем при в течение 30 мин. Смесь охлаждают и выливают на размельченный лед (50 г). Два образовавшихся слоя разделяют и водный слой экстрагируют хлороформом четыре раза по 0 мл. Соединенный органический слой промывают порциями воды по 30 мл, хлороформ отгоняют дистилляцией под

вакуумом и остаток подвергают рекрис таллизации ий растворителя. Выход составляет 55-78%.

Полученные таким образом нитро- производные являются идентичными тем нитропроизводным, которые получают в соответствии с процессом по примерам 3 и 4 (по данным инфракрасного спектра , точкам плавления и точкам плавления смеси).

Увеличение комплексообразования (константы стабильности комплекса) . в случае заданных катионов зависит не только от геометрических характеристик простого краун-эфира, таких как номер кольцевого элемента, номер гетероатома, но так же и от типа используемого при этом растворителя. Стехиометрия полученного комплекса обусловливается соотношением между диаметрами кольца простого краун-эфира и катиона. Все указанные факторы оправдывают использование простых краун-эфиров в качестве активных ингредиентов ионоселективных мембранных электродов.

Различные электроды имеют различные активные ингредиенты, характеризуются механическими и динамическими свойствами и отличаются по факторам селективности. В области биохимических процессов эти электроды являются в особенности важными, поскольку они пригодны для ведения ионных процессов клеточного метаболизма в организме. В тех случаях, когда необходимо использовать электроды в качестве датчиков, пригодных для измерения биологических важных ионов, то большое значение имеют электроды, пригодные для измерения катионов, выбранных из группы, включающей в себя натрий, калий, кальций и магний. Измерение ионов калия особенно необходимо в процессах жизнедеятельности .Наилучшими электродами, селективными по отношению к ионам калия являются ионоселективные электроды, содержа- в качестве активного ингредиента валиномицин.

Для применения в биологических исследованиях основным свойством является фактор селективности по отношению к ионам натрия (Kj ), который составляет примерно 3x10. Калиевый электрод, полученный на основе валикомицина, имеет более высокую селективность или равную по

51

отношению к ионам щелочного металла большого размера (Rb, Cs) селективности иона К 5 т.е. электрод обеспечивает измерение указанных ионов с большей или такой же селективное- тью, как и при измерении ионов калия Так как ионы щелочных металлов часто в природе встречаются вместе, такое совпадение факторов селективности может оказаться нежелательным в случае применения калиевого электрода, предназначенного для целей, отличных от биохимических исследований. Указанные недостатки могут быть исключены без значительного умень- шения селективности по отношению к другим ионам в тех случаях, когда бис-краун соединения, связанные алифатической цепью, используются как ионоселективные субстанции. .

Большое количество соединений формулы (I) пригодно для. использова- ния электродов, селективных по отношению к ионам калия. Электроды, полученные из новых соединений, обла- дают такой же чувствительностью по отношению к концентрации ионов калия что и чувствительность по отношению к концентрации калиевых электродов, приготовленных на основе валиномици- на,, а их фактор селективности по отношению к ионам щелочного металла, имеющих большой объем, лучше (от 0,1 до 0,01), чем аналогичный параметр электродов, полученных на основе валиномицина, факторы селективности которых изменяются в диапазоне 0,5, и в то же время фактор селективности по отношению к ионам ще- лочно-земельнык металлов является те самьм, что и для электрода, полученного на основе валиномицина.

Соединения формулы (I) используют в качестве активных ингредиентов ионоселективных электродов следующим образом.

Соединение формулы (I) вводят в фазу носителя - поливинилхлор1-ща в количестве 0,2-3%, при этом используют пригодные пластификаторы, например сложные эфиры фталевой кислоты, сложные эфиры себациновой кислоты или opтo-нитpo- фeнил-oктилoвый простой эфир. Соединение формулы (I) вводят в силиконовый каучук или в другой полимер, например, полиамид, поливинилхлорид, полиэтилен, диэлектрическая постоянная которых находится

71а

в диапазоне 2-30. Соединения формулы (I) наносят на пористую мембрану, расворенную в пригодном растворителе, предпочтительно в пластификаторах, указанных вьш1е в п.а.

Полученные мембраны вставляют в пригодный электрод и соединяют вместе с пригодным эталонным электрдом аналитического измерительного устройства.

Приготовление калиевой ионоселек тивной мембраны с использованием коронного соединения, характеризуемого общей формулой (I), осуществля ют следующим образом.

20-60, предпочтительно около 35 вес.ч., порошкообразного поли- винилхлорида растворяют в 2-3 мл тетрагидрофурана и полученный таким образом раствор выливают в емкость, содержащую 0,2-10 мг, предпочти- тельно 1-5 вес.ч. активных ингре- .диентов (т.е. соединений, выбранных из группы соединений, характеризуемых общей формулой (I) или смеси таких соединений), и 60-120 мг, предпочтительно 65 вес.ч. пластификатора (органического растворителя с диэлектрической постоянной 2-30, например сложного эфира фталевой кислоты или сложного эфи:Ра себациновой кислоты). Смесь подвергают перемешиванию встряхиванием до получения гемогенной смеси.

На стеклянную пластину, расположенную под стеклянным кольцом высотой 10 мм и диаметром 25-35 мм, зафиксированным с помощью резинового кольца, имеющую плоскую поверхность, выливают 3 мл полученной смеси и кольцо накрывают фильтровальной бумагой. Тетрагидрофуран выпаривают при комнатной температур в течение 1-2 дней через фильтровальную бумагу, при этом на поверхности стеклянной пластины внутри кольца образуется эластичная мембрана толщиной 0,1-0,5 мм в виде остатка, которую можно легко снять с ТОЙ стеклянной поверхности.

2-10 мг , предпочтительно 1-10 вес .ч активного ингредиента и 50-200 мг, предпочтительно 90-99 вес.ч. диметил полисилоксана подвергают растворению в 2-4 мл четыреххлористого углерода К полученному таким образом раствору добавляют необходимое количество

v

сшивающего агента. Каждый катализатор, обеспечивающий отверждение на холоде, пригодный для сшивания, например Т-37, может быть использован для этой цели. Полученную таким образом смесь затем выливают в стеклянное кольцо, установленное на стеклянной пластинке. 2-10 мг, предпочтительно 1-10 вес.ч. активного ингредиента подвергают размельчению в ступке, изготовленной из агата, и затем диспергируют в 50-20 мг, предпочтительно в 90-99 вес.ч. диме- тилполисилоксана. Этот процесс продолжают до тех пор, пока не получат статистически гомогенную суспензию. Сшивающий агент добавляют в количестве, необходимом для отверждения (например, 1 вес.ч. дибутил-Зп-дилаурата и 2 вес.ч. гексаэтоксисилоксана). Затем полученную смесь наносят на пластинку из пластика слоем равной толщины 0,01-1 мм. После.отверждения которое происходит в течение нескольких часоп. эластичную пластинку снимают с поверхности пластиковой пластины.

1-20 вес.ч. активного ингредиента подвергают растворению в растворителе, несмешивающемся с водой (диэлектрическая постоянная которого равна 2-30), таком, как например сложные эфиры фталевой кислоты, сложные эфи- ры себациновой кислоты, орто-нитро р,, AgCl, 0,01 М КС1, ионоселективная мембрана

- .,

Ионоселективньй электрод

0,1 LOOCCH , 0,1М КС1

Двойной соединенный эталонный электрод,

Калибровочные зависимости ЕМЕ- Ig d для диапазона КС1 10 -10 М, использующие данные потенциалов, измерены с помощью указанной измерительной ячейки в качестве активных ингредиентов используют соединения 1а, 16, IB). Факторы селективности этих электродов определяют с помощью метода раздельньге растворов с использованием растворов, имеющих концентрацию, равную 10 М.

В табл. А представлены данные по факторам селективности калиевого селективного электрода по отношению к различным ионам с целью сравнения

,

12570718

фенил-октиловый простой эфир. Пористую мембрану увлажняют с помощью полученного раствора.

Тетрагидрофурановый полученный 5 раствор, содержащий пластификатор и активный ингредиент, или полученный раствор диметилполисилоксана в четы- реххлористом углероде, содержащий активный ингредиент и катализатор, 10 или диметилполисилоксановая суспензия, содержащая активный ингредиент, включающая в себя сшивающий агент и/или катализатор, наносят на элект- ронопроводящую поверхность, предпочтительн(У металлическое серебро, серебро, проволоку из хлорида серебра, нити платины или золота, графитовые стержни и т.д.

Электрохимические свойства выбранных активных ингредиентов, характеризуемых общей формулой (l) и используемых в качестве калиевого ионо- селективного мембранного электрода, приведены в табл. 3.

Мембрана, приготовленная на основе носителя - поливинилхлоридной фазы, приготовлена аналогично актив- Hbw ингредиентам, таким как 1а, 16, IB , которые соединяют с пригодным

электродом, таким как жидкий мембран ный электрод, разработанный фирмой Филипс, LS-561. Следующая измерительная ячейка:

Образец раствора

как электрода, полученного на основе валиномицина, так и электрода, содержащего в качестве активного ингредиента новые соединения, характери- уемые формулой (I): la-этилен-1,2-. -бис-М-/2 -нитро-4 ,5 -/l , 4, 7, 10 , 13 -пентаоксациклопентадека-2 - -ен/-фенил/-карбамат; -Тб-диэтил- сульфид-2,2 -бис-Н-/2| -нитро-4 ,5 -/1

10

13 -пентаоксациклопентадека-2 -ен/-фенил/-карба- 55 мат; 1в-/1,2-фeнилeндиoкcи/-диэтил- -2 ,2 -бис-Н-/3 , ,4,, 10, 13 -пентаоксициклопентадека-2 - -ен/-фенил/-карбамат.

.(Я ЕГ S

ч о я

н

со

а

S

t; ю

се

н

15

Логарифм фактора потенциометрической селективности био-краун-соединений формулы (1),

-3,1-2,0

-3,6-2,0

-2,7-1,6

-4,2-1,8

-4,1 -4,6

-4,9 Составитель И. Дьяченко Редактор Т. Парфенова Техред Л.Сердюкова

Заказ 4880/19

Тираж 379

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1257071

16 Таблица 4

-1,3 -2,3

-1,3 -2,2 -1,0 -1,9 -0,4 -0,4

-4,1 -3,7

-3,9

-3,8

-4,9

Корректор М, Демчик

Подписное

Простые краун-эфиры формулы Г о 0-СН2- У СН2-Ох ..-NH О - ) « ..-NH О (Л где X - атом водорода или нитрогруппа; У - простая, химическая связь, - CHj-группа или -Н2С-0-,0-СН2-группа. в качестве активных ингредиентов ионоселективных мембранных электро- ДОВ. сд