Простые краун-эфиры в качестве активных ингредиентов ионо- селективных мембранных электродов

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН (19) (11) .

01 А1 (я) q С 07 0 323/00; С 08 К 5/15;

G01N27

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ. НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblT

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0 0

0 Р

0 0 ! l н1 0 — сн2 — g — сн — 0 (-кн 0 о где Х вЂ” атом водорода или нитрогруппа;

У вЂ” простая химическая связь, CH S СН -группа или в качестве активных ингредиентов ионоселективных мембранных электродов.

-Ко С О 0 — CHg — -группа, г

4Р (21) 3622807/23-04 (62) 3570153/23-04 (86) РСТ/HU 82/00034 (09.07.82) (22) 22.07.83 (23) 04.03.83 (31) 1999/81 (32) 09.0?..81 (33) HU (46) 15.09.86. Бюл. У 34 (71) Мадьяр Тудоманьош Академиа (72) Ласло Токе, Бела Агаи, Иштван

Биттер, Ерне Пуигор. Клара Сепешвари.

Ерне Линднер, Мариа Хорват.и Йене

1Хабаш (HU) (53) 547.841.03(088.8) (56) Патент Швейцарии W 479870, кл. С 01 N 27/40, опублик. 1969. (54) ПРОСТЫЕ КРАУН-ЭФИРЫ В КАЧЕСТВЕ

АКТИВНЫХ ИНГРЕДИЕНТОВ ИОНОСЕЛЕКТИВ(HU) НЫХ МЕМБРАННЫХ ЭЛЕКТРОДОВ (57) Простые краун-эфиры формулы

1 1257071

Изобретение относится к новым хими-ческим соединениям — простым краунэфирам, которые обладают комплексообразующей способностью с катионами металлов и могут быть использованы 5 в качестве активных ингредиентон ионоселективных электродов для измерения различных катионов (ионы щелочных, щелочно-земельных и тяжелых металлов). 1О

Цель изобретения — повышение фактора селективности ионоселектинных мембран по отношению к ионам щелочного металла, имеющего большой объем. 15

Пример 1 . Получение исходных изоцианатов. В соответствии с этим примером 0,1 моль амино-соединения, характеризуемого общей формулой (ZI), подвергают растворению н 500 мл хлорбензола. В полученный раствор добавляют 150 мл хлорбензола„ насыщенного фосгеном, при комнатной температуре, при постояннсм перемешивании при нводе фосгена. Полученную таким образом реакционную смесь затем 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 1,52 ч). Хлорбензол отгоняют дистилляцией под вакуумом. Остаток подвергают очистке, как указано в табл. 1 ° где К вЂ” алкил С вЂ” С, бензил или

4 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 хлорформиата при комнатной температуре и при постоянном перемешивании. Спустя

10 мин производят добавление 10. 1 r триэтиламина и полученную смесь подвергают дальнейшему перемешиванию в течение 30-45 мин. Реакционную смесь подвергают выпариванию и остаток подвергают очистке, как указано н табл. 1.

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

Пример 3 (вариант процесса а). Раствор, содержащий 0,2 моль изоцианата (IIa, б) в 500 мл абсолютного диоксана или абсолютного хлороформа, подвергают перемешиванию с 0,1 моль эт ленгликоля 6,2 г (тиоI этилен 12,2) и 2,2 -бис -оксиэтилпирокетахина 19,8 " в течение 1-2 ч при комнатной температуре. В тех случаях, когда используются оксисоединения, 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 н вакууме и осадок подвергается рекристаллизации из растворителя, как показано н табл. 2.

Пример 4 (вариант процес,-са б). 20 ммоль уретана подвергают растворению в 50 мл хлороформа (или диоксана, толуола или хлорбен зола) и полученный такик образом раствор подвергают перемешинанию н течение 3-4 ч при 60-100 С с

10 ммоль .этиленгликоля 0,62 г (тио- диэтиленгликоля 0,62 r) и 2,2 -бисоксиэтилпирокатехина 1,98 г при

30-80 С н течение 0,5-1 ч, если

Х = NO . В тех случаях, когда испо.. зуются оксисоединения, необходимо

Соединения формулы (IIa) и (116) получены в соответствии с указанной методикой: (ZIa)-2-нитро-4,5/1, 4, 7

10, 13 -пентаоксациклопентадека-2

-ен/фенилизоцианат — исходное соединение для получения соединения (Ia) и (1б). (11б) — 4-/1, 4, 7, 10, 13 пентаоксациклопентадека-2 -ен/-фенил-иэоцианат — исходное соединение для получения соединения (1б).

Пример ?. Получение уретанон, характеризуемых общей формулой (111), 20

О О ! о о н .ор о р

1257071

10 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 Х = 0 выход 40-60%.

Пример 5. Раствор, содержащий 10 ммоль бис-уретана, характеризуемого общей формулой (I), где У 15 соответствует указанным выше значениям и Х = О) в 50 мл толуола или хлорбензола, хлороформа или ди-норм-бутилового простого эфира подвергают перемешиванию с 10 ммоль альфа, 20 омега- полиметилендиамина(этилендиамин — 0,6 г; 1,3-пропилендиамин

0,74 г; 1,6-гексаметилендиамин 1,16 г) при 80-100 С, при X = Н и при 60-80 С при X = NO в течение 2-4 ч.

Отделение осуществляют аналогично варианту а. Выход составляет 50-82% от теоретического. Полученные согласно варианту процесса продукты являются идентичными продуктам, получен- З0 ным в процессе согласно вариантам примеров 3 и 4 (по данным инфракрасного спектра, точкам плавления, точкам плавления смеси и по данным хроматографирования в тонких слоях).

Пример 7. В соответствии с этим вариантом 10 ммоль бис-коронного соединения, характеризуемого общей формулой (I) (где У соответствует указанным вьппе значениям. 40

Х = 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-4 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 gp при 65 С в течение 30 мин. Смесь охлаждают и выливают на раэмельченный 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 из растворителя. Выход составляет 55-78%.

Полученные таким образом нитропроизводные 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 укаэанные 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, содержащие в качестве активного ингредиента валиномицин.

Для применения в биологических исследованиях основным свойством является фактор селективности по от1ot ношению к ионам натрия (К я ), который составляет примерно Зх10

-4

Калиевый электрод, полученный на основе валиномицина, имеет более высокую селективность или равную по

071 Ь

5 1257 отношению к ионам щелочного металла большого размера (Rb, Cs ) селек+ тивности иона К, т.е. электрод обеспечивает измерение указанных ионов с большей или такой же селективнос5 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 уменьшения 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 цля использования электродов, селективных по отношению к ионам калия. Электроды, полученные из новых соединений, обладают 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 гелективности которых изменяются в диапазоне 4,60,5, и в то же время фактор селективности по отношению к ионам щелочно-земельных металлов является тем самым, 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 — поливинилхлорида в количестве 0,2-3%, при этом используют пригодные пластификаторы, например сложные эфиры фталевой кислоты, сложные эфиры себациновой кислоты или орто-нитро фенил-октиловый простой эфир. ",.îåäèíåíèå Формулы (I} вводят в силиконовый каучук или в

55 другой полимер, например, полиамид, поливинилхлорид, полиэтилен, диэлектрическая постоянная которых находится в диапазоне 2-30. Соединения формулы (I) наносят на пористую мембрану, растворенную в пригодном растворителе, предпочтительно в пласгификаторах, указанных выше в п.а.

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

Приготовление калиевой ионоселективной мембраны с использованием коронного соединения, характеризуемого общей формулой (?), осуществляют следующим образом.

20-60, предпочтительно около

35 вес.ч., порошкообразного поливинилхлорида растворяют в 2-3 мл тетрагидрофурана и полученный таким образом раствор выливают в емкость, содержащую 0,2-10 Mr, предпочтительно 1-5 вес.ч. активных ингредиентов (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 эфира 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 температуре 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. диметилполисилоксана подвергают растворению в 2-4 мл четыреххлористого углерода.

К полученному таким образом раствору добавляют необходимое количество

О сшивающего агента, Каждый катализаингредиента подвергают размельчению в ступке, изготовленной из агата, 10 и затем диспергируют в 50-20 мг, предпочтительно в 90-99 вес.ч. диметилполисилоксана. Зтот процесс продолжают до тех пор, пока не получат статистически гомогенную суспензию. !5

Сшивающий агент добавляют в количестве, необходимом для отверждения (например, 1 вес.ч. дибутил-Sn-дилаурата и 2 вес.ч ° гексаэтоксисилоксана).

Затем полученную смесь наносят на 20 пластинку из пластика слоем равной толщины 0,01-1 мм. После отверждения, которое происходит в течение нескольких часов, эластичную пластинку снимают с поверхности пластико- 25 вой пластины.

1-20 вес.ч. активного ингредиента подвергают растворению в растворителе, несмешивающемся с водой (диэлектрическая постоянная которого равна 50

2-30), таком, как например сложные эфиры фталевой кислоты, сложные эфиры себациновой кислоты, орто-нитро-!

Образец раствора я мембрана

Ар, AgC1, 0,01 M KCl, ионоселективна

Ионоселективный электрод

0,1 LOOCCH, 0,1М КС1

Двойной соединенный эталонный электрод.

55 тор, 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

Калибровочные зависимости ЕМЕ1р й„ для диапазона КС1 10 -10 М, использующие данные потенциалов, измерены с помощью укаэанной измерительной ячейки в качестве активных ингредиентов используют соединения

Ia, I6 Is). Факторы селективности

- этих электродов определяют с помощью метода раздельных растворов с использованием растворов, имеющих концентм) рацию, равную 10 М.

В табл. 4 представлены данные по факторам селективности калиевого селективного электрода по отношению к различным ионам с целью сравнения

1257071 8 фенил-октиловый простой эфир. Пористую мембрану увлажняют с помощью полученного раствора.

Тетрагидрофурановый полученный раствор, содержащий пластификатор и активный ингредиент, или полученный раствор диметилполисилоксана в четыреххлористом углероде, содержащий активный ингредиент и катализатор, или диметилн суспензия, содержащая активный ингредиент, включающая в себя сшивающий агент и/или катализатор, наносят на электронопроводящую поверхность, предпочтительно металлическое серебро, серебро, проволоку из хлорида серебра, нити платины или золота, графитовые стержни и т.д.

Злектрохимические свойства выбранных активных ингредиентов, характеризуемых общей формулой (I) и используемых в качестве калиевого ионоселективного мембранного электрода, приведены в табл. 3.

Мембрана, приготовленная на основе носителя — поливинилхлоридной фазы, приготовлена аналогично активным ингредиентам, TBKHM K&K Ia, Тб, Is которые соединяют с пригодным электродом, таким как жидкий мембран ный электрод, разработанный фирмой

"Филипс", LS-561. Следующая измерительная ячейка: как электрода, полученного на основе валиномицина, так и электрода, содержащего в качестве активного ингредиента новые соединения, характеризуемые формулой (I): Ia-этилен-1,2- .

I 1 I II

-бис — N-/2 -нитро-4,5 -/1, 4, 7

10, 13 -пентаоксациклопентадека-2

-ен/-фенил/-карбамат; -16-диэтил1 It н 1Ф сульфид-?,? -бис-N-/2 -нитро-4,5

I(I I

-/1, 4, 7, 10, 13 -пентаоксациклопентадека-2 -ен/-фенил/-карбамат; Is-/1,2-фенилендиокси/-диэтил-?,2 -бис-N-/3,4 -/1,4,7

II I.

10,13 -пентаоксициклопентадека-2 ,-ен/-фенил/-карбамат. о щ g а

Ф л

r. Z. с

K! о

1 C(о а

1- Ь

II хо

И II

О ь

cv

С 4

1 1 1

1 Х и а

1 4 !» I о Х Э

1 Ы Ю,а

1- — * — *!

I F ° ! 0)

I о а

cd 3 ! Р х о () х х

1» х

cd

Ф х х

cd

В:(Ch е- СО

Щ л е ГЪ

О л (Q л о

10 н н

° . С»! ссс

Ю л QQ л

Н

00 cv

В»» ь л л

О С 1 л О

v л ф

cd _#_I

1 °

z o

Р X

I ь

С ) л

Ch ь

Г 1

IA о

С4 1

% х е хо

I Эо

Д. 1= Ц 1 х

М

1 о

О

Ю о

tf о !

Х с

1 и х

tj х

4 е

1 Х

1 Р

1 М

)х х

И

1»

Ю

1

1

1

l

1

I

1

1 фМ ь к

1 х о

Ci х

Р

И х

В о с5 х о

1 9

z x р х о

Я

>х у>а

Ф cd

Ef й.

lO М о

cd

5 1 о х

g4 Э ! 1 и о

Ф

Р а3

cd Х

Х (б х

Ф о х 0) х х у 1

2 =7

1 о и

1 — т — и —.

125707 с х ь г)

Ф Д, л Й

1

1! ь

С ) о ссс

О д

Р1

I

C) 1 ь 1

С 1 I

С4 I

1!

Ф I и, 1) ж к

i2

12г7071

1 «» с

X и

О

I о ! к

>Г\ м л л а

Е»

С>

1 1

М 1

3: 1

C)

Г 4

С«> м

С>

CO

С 4

Э I

Б I

Э Ж (U «c> I х4

6> а Е 1

l ж

ccj

E à

Q)

I Ж

1 Э

1 и а о л CO О>

Сс> л л

СЧ л о и л о л CQ л л м - и о

С 4 о л

CO и о О

М CO M л л О > о

E Э

О Э 1

6 а м л со О> лл л

Сс> л

> л

С 4

CO СЧ

° ф

СО л о

1

1 ь л ь м л 1

I о г о

«г

С4 х

4>

Cl

О х сс>

CO х О г 4«> со и о

С4 а л

>О и л Х

Ф л и

cd

t(>Я

-о

Э !

«

Ж X х а ю о

1 &

С> а ц о

I и

Э СО с6

Е» !

> >

О

С>

c:o

1= В

С«4

О! л г

1 х и

1 л>

С>

I K !

1 к а а а

1 Е- X

Ц

t(g х !

» о

М и о а

Х

Э

g г

vo

Х 11 ж 4

Э

Я Г ж н

««

И X

Э ъ. !>>

& а

Х Э

cd Х

Ф Р

cd л х сс>

Э О

1 1

Ц щ!

» >О о (-4 о

Э

Я

«

> 1 а с х X и

Э а и X и а

X O

1 !>1 9

u w х и х ы и ж к

Ь

6 х (б е4 ж

Ы

1 о

О

Н

04

K.

О

<:!1 о

<»4

1,О л

1 п л

С«1 л Ф I О л

К«) О

41 л

С ) I ж

1 !

44, 1 ж

1 н

Ф

1 !

Ф

1 м л х

С»! л

gl

СЧ

Ml л сп

Щ

О

О

°

00 чР л л

Ж

Ы

I с4

1

1

5

-e!v

I0iA

61 Д

Ы (.

С4 о

О к

14 1

14 ю л х г О ».Г ( м х о о m !

" .а

W F4

Е ао

О 4

° ео о 4

e g

g,P г

31 щ И

g 0! \Ф P, Д cQ

0! Ж

- л4 л4.

С4 л х а Д

Е» л

С4 х

Ю

1 о

«1 I

Ц о

4 I

1 1

1 1

1

— l

lå

1 Х

1

}- 1

I g

1 -

1 Ц

1 !

I г м .г

Г Т

Ж P I ! у! 25/071

Ф л, (»4

<Л .«»4 л (Л

\,Д л ъб а 1Д н ) с 1

1 1

Ф ж

1 ! н н н

Cl O л в л л л о о л.О

16

125 7071

Таблица 4

Логарифм фактора потенциометрической селективности бис-краун-соединений формулы (I).

Со Li Ва РЪ

Na NH„Mg Са Rb

Соединение

-3,7

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

-4,1

-3,0 -2,0

-1,3 -2,2 -3,9

-3,6

-4,6

1б

-4,0 -1,0 -1,9

1в

-4,9

-4,9 -5,0 -0,4 -0,4

-3,8

Валиномицин

Составитель И. Дьяченко

Редактор Т, Парфенова Техред Л.Сердюкова

Корректор М Демчик

Заказ 4880/19

Тираж 379

Подписное

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

-2,7 -1,6

-4,2 -1,8