페노티아진 염료 분자들의 이합체 형성에 대한 씨클로덱스트린의 영향 및 분광학적 특성 연구

Abstract

본 연구에서는 thionine(TH), azure A(AZA), methylone blue(MB), toluidine blue(TB), new methylene blue(NMB)와 1,9-dimethyl mothylene blue(DMMB) 등 6가지 페노티아진 염료 분자의 단량체-이합체 평형에 대한 α-, β- 및 r-cyclodextrins(CDs)의 효과를 흡수 분광학과 형광 분광학적 방법을 이용하여 연구 하였다. 농도와 온도에 따른 염료 분자 용액의 흡수 스펙트럼의 변화를 분석하여 분광학적 파라미터들을 추출하고, 단량체-이합체 평형 상수(K_(D)) 값들을 결정 하였다. K_(D) 값은 TH의 고리 구조에 치환된 메틸기의 수(n_(me))가 증가 할수록 증가하는 경향을 보였다. 염료 용액에 α-CD를 첨가 하였을 때에는 흡수 스펙트럼의 변화를 거의 관찰할 수 없었고, β-CD의 경우엔 이합체의 형성이 억제 되었으며, r-CD의 경우엔 DMMB를 제외한 다른 염료 분자의 이합체 형성이 증가함을 관찰 하였다. 이는 α-CD의 동공 크기는 염료 분자와 내포착화합물을 이루기에 너무 작고, β-CD의 동공 크기는 염료 분자의 이합체 보다는 단량체와 우선적으로 착화합물을 이루기에 적당하며, r-CD의 동공 크기는 단량체 보다는 이합체와 더 빈틈 없는 착화합물을 이루기에 적당함을 암시한다. 단, DMMB의 경우엔, r-CD의 동공 크기가 이합체와 착화합물을 잘 이룰 정도로 충분히 크지 못한 것으로 설명될 수 있다. CDs의 농도에 의존하는 겉보기 이합체 평형 상수(K_(D)')의 변화를 흡수 스펙트럼의 변화로 부터 추출하고, 여러 평형 반응을 고려하여 결과를 분석 함으로써 단량체와 CD와의 결합 상수(K_(C1)) 값들과 이합체와 CD와의 결합 상수(K_(C2)) 값들을 결정 하였다. DMMB의 경우를 제외하고는, K_(C1)/β-CD는 K_(C2)/β-CD보다 10배 이상 컸으며, K_(C2)/r-CD는 K_(C1)/r-CD보다 100배 이상 큰 결과를 얻었다. NMB와 AZA의 경우엔, 흡수 스펙트럼과 들뜬 상태 스펙트럼을 비교 분석하고, 단량체 농도에 의존하는 형광 세기의 변화를 도시하여 봄으로써, 염료 분자의 단량체는 형광이 있으나 이합체는 형광이 없는 것으로 판단 되었다. β-CD를 첨가하면, 형광 세기의 증가율은 단량체의 분율의 증가율 보다 휠씬 크게 관찰 되었으며, 이는 단량체가 β-CD와 내포착화합물을 이룸으로써 형광 세기가 수 배 증가하는 것으로 해석 되었다. r-CD를 첨가하면, 형광 세기가 감소하나, 흡수 스펙트럼에 의한 결과로 부터 예상되는 단량체 분율의 변화와 비교하면, 단량체와 r-CD의 내포착화합물의 형광 세기도 착물을 이루지 않은 단량체에 비하여 형광 세기가 증가하는 것으로 여겨진다. β-CD의 농도에 의존하는 형광 세기의 변화를 분석하여서도 K_(C1)/β-CD 값들을 결정 하였고, 이들은 흡수 스펙트럼의 변화를 분석하여 얻은 결과와 유사 하였다.;The effects of cyclodextrins (α-, β- and r-CDs) on the monomer-dimer equilibria of phenothiazine dyes (thionine(TH), azure A(AZA), methylene blue(MB), toluidine blue(TB), new methylene blue(NMB) and 1,9-dimethylmethylene blue(DMMB)) have been studied using absorption spectroscopy and fluorescence spectroscopy. The positions of the monomer-dimer equilibria did not change in the presence of α-CD, while the addition of β-CD suppressed the dimerization. This is attributed to that the cavity of β-CD is large enough to stabilize dye monomers by the formation of inclusion complexes unlike that of α-CD. The apparent dimerization is enhanced upon addition of r-CD except for DMMB due to inclusion complexes between dimers of dyes and r-CD. However, the suppression of the apparent dimerization by addition of r-CD is observed for DMMB. It can be explained in terms of size-selective formation of inclusion complexes of phenothiazine dye monomers and dimers with r-CD : the cavity volume of r-CD is not so large enough to accommodate dimers of DMMB compared with other dyes. Dimerization constants(K_(D)) were determined for all six dyes, where K_(D) increases with the number of the methyl substituent on TH ring structure(n_(me)). The association constants of dye monomers(K_(c1)) and dimers(K_(c2)) with CDs are determined from the dependence of the apparent dimerization constants(K_(D')) against concentrations of CDs. Except for DMMB, K_(c1)/β-CD values are larger than K_(c2)/β-CD by a order of magnitude while K_(c2)/r-CD values are larger than K_(c1)/r-CD by two orders of magnitude. The monomeric forms of NMB and AZA are fluorescent while the dimeric forms of dyes are virtually non-fluorescent by analyzing the fluorescence intensity depending on the concentration of dye monomers and comparing the excitation spectra with the absorption spectra. Fluorescence intensity of the dye monomer with CDs is enhanced by a few times upon complexation with CD. To make it clearer, further experiments for fluorescence life time measurements are planned to be carried out. K_(c1)/β-CD values were also determined from the dependence of the fluorescence intensity on the concentraion of β-CD, where the results matched well with those from absorption spectroscopy.