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

СОВЕТСИИХ СТИЧЕСНИХ РЕСПУ О; С 08 К 5/1 504 СО С 0ОСУДАРСТВЕННЫЙ. НОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(.д . ф с сЕ ИЗОБРЕТЕСВИДЕТЕЛЬСТВУ ПИСА К АВТОРСК(54) ПРОСТЫЕ КРАКТИВНЫХ ИНГРЕЛИНЫХ МЕМБРАННЫХ(57) Простые кра 04 0034 (09.07.82 9,86. яр Ту О Х П) .; мн о - сн, -- сн -О гд атом водородагруппа;простая. химичеСН Б СН-гру ачестве активных гредиентов нных элект ионоселективных медов. кая связпа или(21) 3622 (62) 3570 (86) РСТ/ (22) 22.0 (23) 04.0 (31) 1999 (32) 09.0 (33) Нц (46) 15.0 (71) Мадь л. У 34аньош Академиа (НП) Бела Агаи, Иштванунгор. Клара Сепешва ариа Хорват,и Йене 088.8)йцарии У 479870,опублик. 1969.УН-ЭФИРЫ В КАЧЕСТЕНТОВ ИОНОСЕЛЕКТИЛЕКТРОДОВун-эфиры формулыО О1 1257071Изобретение 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). 1 ОЦель изобретения - повышение фактора селективности ионоселектинных мембран по отношению к ионам щелочного металла, имеющего большой объем. 15П р и м е р 1, Получение исходных изоцианатов. В соответствии с этим примером 0,1 моль амино-соединения, характеризуемого общей формулой (11), 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 1,5- 2 ч). Хлорбензол отгоняют дистилляцией под вакуумом. Остаток подвергают очистке, как указано в табл, 1где К - алкил С - С , бензил или1 4Фенил.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. Спустя10 мин производят добавление 10 ь 1 гтриэтиламина и полученную смесь подвергают дальнейшему перемешиванию втечение 30-45 мин. Реакционную смесьподвергают выпариванию и остаток подвергают очистке,как указано н табл. 1.Получение бис-краун-соединений,характеризуемых формулой (1),П р и м е р 3 (вариант процесса а). Раствор, содержащий 0,2 мольизоцианата (11 а, б) в 500 мл абсолютного диоксана или абсолютногохлороформа, подвергают перемешиваниюс 0,1 моль эт ленгликоля бь 2 г (тиоэтилен 12,2) и 2 ь 2 -бис -оксиэтилпирокетахина 19,8 г в теение 1-2 чпри комнатной температуре. В техслучаях, когда используются оксисоединения, используются и 0,005 мольтриэтиламинового катализатора,Отделение.Если продукт выпадает в осадок,то его отфильтровывают, промываютдиоксаном или хлороформом и подвергают рекристаллизации из растворителя, как указано в табл. 2. Еслипродукт не выпадает в осадок, торастворитель отделяется дистилляцией н вакууме и осадок подвергаетсярекристаллизации из растворителя,как показано н табл. 2.П р и м е р 4 (вариант процесьса б). 20 ммоль уретана подвергаютрастворению в 50 мл хлороформа(или диоксана, толуола или хлорбензола) и полученный такик образомраствор подвергают перемешинаниюн течение 3-4 ч при 60-100 С с10 ммоль этиленгликоля 0,62 г (тио-диэтиленгликоля 0,62 г) и 2,2 -бисоксиэтилпирокатехина 1,98 г при30-80 С н течение 0,5-1 ч, еслиХ = ИО. В тех случаях, когда испозуются оксисоединения, необходимо Соединения формулы (11 а) и (11 б) получены в соответствии с указанной методикой:(11 а)-2-нитро,5/1 , 4 , 7 10 , 13 -пентаоксациклопентадека-ен/фенилизоцианат - исходное соединение для получения соединения (1 а) и (1 б).(11 б) 4 /1 ь 4 ь 7 ь 10 ь 13 пентаоксациклопентадека-ен/-фенил-иэоцианат - исходное соединение для получения соединения (1 б).П р и м е р , Получение уретанон, характеризуемых общей формулой (11 Т.),20 25 ЗО 35 40 45 50 о оо о" зн .ор10 добавить 1 каплю триэтиламиновогокатализатора.Отделение. Эту операцию осуществляют аналогично примеру 3. Полученные таким образом продукты являютсяидентичными соединениям, полученнымв соответствии с процессом по примеру 3 (т.е. по данным инфракрасногоспектра, точкам плавления и точкамплавления смеси),Выход 40-90%; При Х = МН выход75-90%; при Х = 0 выход 40-60%.П р и м е р 5. Раствор, содержащий 10 ммоль бис-уретана, характеризуемого общей формулой (1), где У 15соответствует указанным выше значениям и Х = О) в 50 мл толуола илихлорбензола, хлороформа или ди-норм-бутилового простого эфира подвергают перемешиванию с 10 ммоль альфа, 20омега- полиметилендиамина(этилендиамин - 0,6 г; 1,3-пропилендиамин0,74 г; 1,6-гексаметилендиамин 1,16 г)при 80-100 С, при Х = Н и при 60-80 Спри Х = МО в течение 2-4 ч,25Отделение осуществляют аналогичноварианту а. Выход составляет 50-82%от теоретического. Полученные согласно варианту процесса продукты являются идентичными продуктам, получен- З 0ным в процессе согласно вариантампримеров 3 и 4 (по данным инфракрасного спектра, точкам плавления, точкам плавления смеси и по данным хроматографирования в тонких слоях).П р и м е р 7. В соответствиисэтим вариантом 10 ммоль бис-коронного соединения, характеризуемогообщей формулой (1) (где У соответствует указанным вьппе значениям, 40Х = Н), подвергают растворению в25 мл хлороформа, затем добавляют краствору 10 мл уксусной кислоты припостоянном перемешивании раствора и.производят добавление по каплям раст.4вора, содержащего 3 мл 65%-ной азотной кислоты в 3 мл уксусной кислоты.Полученную таким образом реакционнуюсмесь перемешивают при комнатнойтемпературе в течение 10 мин и затем 0при 65 С в течение 30 мин. Смесьохлаждают и выливают на раэмельченный лед (50 г). Два образовавшихсяслоя разделяют и водный слой экстраГируют хлороформом четыре Раза по0 мл. Соединенный органический слойпромывают 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 спект. ра, 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 необ" ходимо в процессах жизнедеятельности. Наилучшими электродами, селективными по отношению к ионам калия являютсяионоселективные электроды, содержащие в качестве активного ингредиента валиномицин.Для применения в биологических исследованиях основным свойством является фактор селективности по отРо 1 ношению к ионам натрия (К я ), который составляет примерно Зх 10 Калиевый электрод, полученный на основе валиномицина, имеет более высокую селективность или равную потью, как и при измерении ионов калия,Так как ионы щелочных металлов часто в природе встречаются вместе,такое совпадение Факторов селективности может оказаться нежелательнымв случае применения калиевого электрода, предназначенного для целей,отличных от биохимических исследований. Указанные недостатки могут бытьисключены без значительного уменьшения селективности по отношению кдругим ионам в тех случаях, когдабис-краун соединения, связанныеалифатической цепью, используютсякак ионоселективные субстанции.Большое количество соединенийФормулы (1) пригодно цля использования электродов, селективных по отношению к ионам калия. Электроды, полученные из новых соединений, обладают такой же чувствительностью поотношению к концентрации ионов калия,что и чувствительность по отношениюк концентрации калиевых электродов,приготовленных на основе валиномици-на, а их фактор селективности поотношению к ионам щелочного металла,имеющих большой объем, лучше (от 0,1до 0,01), чем аналогичный параметрэлектродов, полученных на основевалиномицина, Факторы селективностикоторых изменяются в диапазоне 4,60,5, и в то же время фактор селективности по отношению к ионам щелочно-земельных металлов является темсамым, что и для электрода., полученного на основе валиномицина,Соединения формулы (1) используютв качестве активных ингредиентовионоселективных электродов следующим,1образом,Соединение формулы (1) 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. Соединение Формулы (1) вводят в силиконовый каучук или в55 другой полимер, например, полиамид, поливинилхлорид, полиэтилен, диэлект. рическая постоянная которых находится 50 5 1257 отношению к ионам щелочного металла большого размера (РЬ , Сз ) селективности иона К , т.е, электрод обеспечивает измерение указанных ионов с большей или такой же селективнос 5 в диапазоне 2-30. Соединения Формулы(1) наносятна пористую мембрану, растворенную в пригодном растворителе,предпочтительно в пласгификаторах,указанных выше в п.а,Полученные мембраны вставляютв пригодный электрод и соединяютвместе с пригодным эталонным электро.дом аналитического измерительногоустройства.Приготовление калиевой ионоселективной мембраны с использованиемкоронного соединения, характеризуемого общей Формулой (1), осуществляют следующим образом.20-60, предпочтительно около35 вес.ч., порошкообразного поливинилхлорида растворяют в 2-3 млтетрагидрофурана и полученный такимобразом раствор выливают в емкость,содержащую 0,2-10 мг, предпочтительно 1-5 вес.ч. активных ингредиентов (т,е. соединений, выбранных из группы соединений, характеризуемых общей формулой (1) 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, диметил. полисилоксана подвергают растворению в 2-4 мл четыреххлористого углерода. К полученному таким образом раствору добавляют необходимое количество сшивающего агента, Каждый катализа1257071 8фенил-октиловый простой эфир. Пористую мембрану увлажняют с помощьюполученного раствора.Тетрагидрофурановый полученныйраствор, содержащий пластификатор иактивный ингредиент, или полученныйраствор диметилполисилоксана в четыреххлористом углероде, содержащийактивный ингредиент и катализатор,или диметилволисилоксановая суспензия, содержащая активный ингредиент,включающая в себя сшивающий агенти/или катализатор, наносят на электронопроводящую поверхность, предпочтительнс) металлическое серебро, серебро, проволоку из хлорида серебра,нити платины или золота, графитовыестержни и т.д.Злектрохимические свойства выбранных активных ингредиентов, характеризуемых общей формулой (1) и используемых в качестве калиевого ноно.селективного мембранного электрода,приведены в табл. 3.Мембрана, приготовленная на основе носителя - поливинилхлориднойфазы, приготовлена аналогично активным ингредиентам, таким как 1 а, 16,1 в, которые соединяют с пригоднымэлектродом, таким как жидкий мембранный электрод, разработанный фирмой"филипс", ЬЯ. Следующая измерительная ячейка: ингредиента подвергают размельчению в ступке, изготовленной из агата, 1 О 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-Яп-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 вой пластины.1-20 вес.ч. активного ингредиента подвергают растворению в растворителе, несмешивающемся с водой (диэлектрическая постоянная которого равна 30 2-30), таком, как например сложные эфиры фталевой кислоты, сложные эфиры себациновой кислоты, орто-нитро Образец раствора я мембрана Ар, АС 1, 0,01 М КС 1, ионоселективна Ионоселективный электрод 0,1 1.00 ССН , 0,1 М КС 1 Двойной соединенный эталонный электрод. 45 50 55 тор, обеспечивающий отверждение нахолоде, пригодный для сшивания,например Т, может быть использован для этой цели. Полученную такимобразом смесь затем выливают в стеклянное кольцо, установленное настеклянной пластинке. 2-10 мг, предпочтительно 1-10 вес.ч. активного Калибровочные зависимости ЕМЕ 1 р й для диапазона КС 1 10 -10М,использующие данные потенциалов, измерены с помощью укаэанной измерительной ячейки в качестве активныхингредиентов используют соединения1 а, 16, 1 в). Факторы селективностиэтих электродов определяют с помощьюметода раздельных растворов с использованием растворов, имеющих концентй)рацию, равную 10 М,В табл. 4 представлены данные пофакторам селективности калиевогоселективного электрода по отношениюк различным ионам с целью сравнения как электрода, полученного на основевалиномицина, так и электрода, содержащего в качестве активного ингредиента новые соединения, характеризуемые формулой (1): 1 а-этилен,2-,1(ОМ - СО Юлл Ол ли о 1Э О Э 1 а м лсо О лллС 4Ол лл СЧСО СЧл +фСОлО 1 1 1 1 о л о л 11 1 1 а г о ч ь о)Ял ОЭх аю оС 8 о а цо1 й Э СО а 3б Е ф ) цо1:в4 1 о л г 1хо:1 1д 1Цо111 11 1111 11 Х11111 811111 гнГ ТЖ Сй 1с25/071 Я с л Л15 16 1257071 Таблица 4 Логарифм фактора потенциометрической селективности бис-краун-соединений формулы (17. Со Е Ва РЪ Ва КНМ 8 Са КЬ Соединение-3,8 Валиномицин Составитель И. ДьяченкоРедактор Т, Парфенова Техред Л.Сердокова Корректор М Демчик Заказ 4880/19 Тираж 379 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5