Imidazoloum Derivatives for Adenosine Triphosphate, Guanosine Triphosphate and Hydrogen Sulfate Ion Sensing

Abstract

In chapter I, three naphthoimidazolium derivatives were synthesized and studied for the recognition of nucleotides. Compound 1 composed of single naphthoimidazolium group and quaternary ammonium group did not show any significant fluorescent changes with various anions and nucleotides, such as ATP, GTP, CTP, TTP, UTP, ADP and AMP. On the other hand, tripodal compound 3 bearing three naphthoimidazolium groups and three quaternary ammonium groups, respectively, showed large fluorescence enhancements with UTP, CTP and TTP and moderate fluorescence enhancements with ATP and pyrophosphate and a fluorescence quenching effect with GTP. Finally, a dipodal system 2 displayed a selective fluorescence enhancement with ATP and a selective fluorescence quenching effect with GTP among the various anions and nucleotides. In chapter II, a novel fluorescent cyclic benzobisimidazolium derivative was designed and prepared for the selective recognition of HSO4-. This cyclic benzobisimidazolium chemosensoris capable of showing more selective spectral changes for HSO4- compared to other anions especially H2PO4-. For the first time, preorganized unique and neutral C-H hydrogen bondings would be used to recognize HSO4- in aqueous solution. Spectroscopic studies, including UV-vis and fluorescence, showed that this cyclic receptor exhibited high selectivity in response to HSO4-. X-ray crystal data, NMR data and theoretical calculations are presented to explain its unique binding mode.;1장에서는 수용액 (pH 7.4, 20 mM HEPES) 상에서 아데노신 삼인산과 구아노신 삼인산염을 검출할 수 있는 새로운 나프토이미다졸리움 유도체를 합성하였다. 서로 다른 갯수의 나프토이미다졸리움이 치환된 대조군과의 비교를 통해 두 개의 나프토이미다졸리움 유도체가 벤질 링커로 연결되어있는 본 형광 화학 센서만이 생리학적인 pH인 pH7.4 수용액 상에서 아데노신 삼인산에 대하여 선택적인 형광 증가 현상을 구아노신 삼인산염에 대하여서는 형광 감소현상을 보였으며, 다른 음이온들과는 특이적 반응이 일어나지 않았다. 결합상수 값은, 아데노신 삼인산에 대하여는 5.1 x 104 M-1, 구아노신 삼인산염에 대하여는 2.4 x 104이었다. 2장에서는 유기 수용액 상에서 황산 수소를 검출할 수 있는 순환체구조를 가진 벤조비스이미다졸리움 유도체를 합성하였다. 본 형광 화학 센서는 유기 수용액 상(CH3CN : pH 7.4, 20 mM HEPES = 9 : 1)에서 황산 수소이온에 대하여 선택적인 형광 증가 현상을 보였으며, 다른 음이온들과는 특이적 반응이 일어나지 않았다. 결합상수 값은 황산 수소염에 대하여는 4.57 x 104 M-1이었다. 메틸기로 치환된 간단한 비순환체 대조군과의 비교를 통하여, 독특한 순환체 구조가 통상적인 이미다졸리움의 2번 탄소의 수소이온과의 음이온의 결합모드를 벗어나 결합력은 약하지만 구조적인 경직성으로 오직 C-H를 배향시켜 HSO4-가 순환체 주머니 안에 선택적으로 결합시키는 원동력임을 확인하였다.