초분자는 2개 이상의 작은 분자들이 분자 간 힘에 의한 상호작용을 통해 형성하는 분자 복합체이다. 이러한 초분자의 구조와 광학적, 물리적 특성을 조사하고 연구하는 분야가 바로 초분자 화학이며, 화학 센서, 의공학, 약물 전달 등 다양한 분야에서 응용될 수 있다. 이 중 화학 센서는 분자 인지 분야에 속해 있으며 ...
초분자는 2개 이상의 작은 분자들이 분자 간 힘에 의한 상호작용을 통해 형성하는 분자 복합체이다. 이러한 초분자의 구조와 광학적, 물리적 특성을 조사하고 연구하는 분야가 바로 초분자 화학이며, 화학 센서, 의공학, 약물 전달 등 다양한 분야에서 응용될 수 있다. 이 중 화학 센서는 분자 인지 분야에 속해 있으며 수용체가 특정 기질을 선택적으로 인지한다는 ‘host-guest chemistry’ 개념을 적용한다. 수용체가 특정 기질과 상호작용하여 발생하는 신호를 색변화로 확인할 수 있는 센서 (colorimetric sensor)와 형광의 변화로 확인할 수 있는 센서 (fluorescent sensor)가 화학 센서로 유용하게 활용될 수 있다. 본 연구에서는 환경이나 인체에 유해한 영향을 끼치는 전이 금속 이온, 음이온 및 중성 분자 중에서 특정 이온이나 분자에 대하여 높은 선택성을 가지는 화학 센서를 개발하고자 하였다. 음이온 또는 중성 분자를 인지하는 수용체는 공유 결합의 절단 방식을 적용하였으며 다양한 화학 반응 중 친핵성 반응을 통해 활성 결합이 절단될 수 있도록 ester linkage를 수용체에 도입하였다. 직접적인 착물화 방식을 활용한 수용체로 금속 양이온을 인지하고자 하였으며, 더 나아가 수용체와 양이온이 형성한 착물이 음이온과 상호작용할 수 있는 특성을 활용하여 음이온을 감지할 수 있는 화학 센서를 개발하고자 하였다. 효과적인 선택성을 위해 signaling subunit과 binding subunit의 역할을 할 수 있는 benzothiazole을 골격으로 하여 azo와 acetyl 및 oxoacetate 구조를 수용체에 도입하였다. Receptor A는 DMSO/H2O (1:99, v/v, HEPES 10 mM, pH = 7.4) 용매 조건에서 hydrazine에 대한 UV-Vis 선택성이 뚜렷하게 나타났으며, 다른 종류의 음이온에 영향을 받지 않았다. 또한 water sample 실험을 통해 실제 환경에서도 hydrazine이 검출 가능한 것을 확인하였다. Receptor B1은 THF/H2O (3:7, v/v, HEPES 10 mM, pH = 7.4) 용매 조건에서 Cu2+에 대하여 형광 선택성을 나타냈으며, Receptor B1-Cu2+ complex는 동일 용매 조건에서 양이온 치환에 의해 HSO4–에 대해 형광 선택성이 나타났다. Receptor B2는 다양한 용매 조건에서 어떠한 선택성도 나타나지 않았다. Receptor A와 Receptor B1은 수용액 상에서 특정 이온 또는 분자에 대하여 선택적 인지가 가능한 화학 센서이므로 생물학적 분야 혹은 환경적 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
초분자는 2개 이상의 작은 분자들이 분자 간 힘에 의한 상호작용을 통해 형성하는 분자 복합체이다. 이러한 초분자의 구조와 광학적, 물리적 특성을 조사하고 연구하는 분야가 바로 초분자 화학이며, 화학 센서, 의공학, 약물 전달 등 다양한 분야에서 응용될 수 있다. 이 중 화학 센서는 분자 인지 분야에 속해 있으며 수용체가 특정 기질을 선택적으로 인지한다는 ‘host-guest chemistry’ 개념을 적용한다. 수용체가 특정 기질과 상호작용하여 발생하는 신호를 색변화로 확인할 수 있는 센서 (colorimetric sensor)와 형광의 변화로 확인할 수 있는 센서 (fluorescent sensor)가 화학 센서로 유용하게 활용될 수 있다. 본 연구에서는 환경이나 인체에 유해한 영향을 끼치는 전이 금속 이온, 음이온 및 중성 분자 중에서 특정 이온이나 분자에 대하여 높은 선택성을 가지는 화학 센서를 개발하고자 하였다. 음이온 또는 중성 분자를 인지하는 수용체는 공유 결합의 절단 방식을 적용하였으며 다양한 화학 반응 중 친핵성 반응을 통해 활성 결합이 절단될 수 있도록 ester linkage를 수용체에 도입하였다. 직접적인 착물화 방식을 활용한 수용체로 금속 양이온을 인지하고자 하였으며, 더 나아가 수용체와 양이온이 형성한 착물이 음이온과 상호작용할 수 있는 특성을 활용하여 음이온을 감지할 수 있는 화학 센서를 개발하고자 하였다. 효과적인 선택성을 위해 signaling subunit과 binding subunit의 역할을 할 수 있는 benzothiazole을 골격으로 하여 azo와 acetyl 및 oxoacetate 구조를 수용체에 도입하였다. Receptor A는 DMSO/H2O (1:99, v/v, HEPES 10 mM, pH = 7.4) 용매 조건에서 hydrazine에 대한 UV-Vis 선택성이 뚜렷하게 나타났으며, 다른 종류의 음이온에 영향을 받지 않았다. 또한 water sample 실험을 통해 실제 환경에서도 hydrazine이 검출 가능한 것을 확인하였다. Receptor B1은 THF/H2O (3:7, v/v, HEPES 10 mM, pH = 7.4) 용매 조건에서 Cu2+에 대하여 형광 선택성을 나타냈으며, Receptor B1-Cu2+ complex는 동일 용매 조건에서 양이온 치환에 의해 HSO4–에 대해 형광 선택성이 나타났다. Receptor B2는 다양한 용매 조건에서 어떠한 선택성도 나타나지 않았다. Receptor A와 Receptor B1은 수용액 상에서 특정 이온 또는 분자에 대하여 선택적 인지가 가능한 화학 센서이므로 생물학적 분야 혹은 환경적 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
Supramolecule is a molecular complex formed through the interaction of two or more small molecules through intermolecular forces. Supramolecular chemistry is the field that investigates and studies the structure and optical/physical properties of supramolecules, which can be applied in various field...
Supramolecule is a molecular complex formed through the interaction of two or more small molecules through intermolecular forces. Supramolecular chemistry is the field that investigates and studies the structure and optical/physical properties of supramolecules, which can be applied in various fields such as chemical sensors, biomedical engineering, and drug delivery. Among them, chemosensors belong to the field of molecular recognition and apply the concept of ‘host-guest chemistry’, in which receptors selectively recognize specific substrates. A sensor that can confirm a signal generated by the interaction of receptors with specific substrates as a color change and a sensor that can confirm a change in fluorescence can be usefully used as the chemosensor. In this study, compounds act as chemosensors with high selectivity for specific ions or small molecules that have a harmful effect on the environment or human body are studied and discussed. The cleavage of the covalent bond method is applied to the receptor that recognizes an anion or neutral molecule, and an ester linkage is introduced into the receptor so that the active bond could be cleaved through a nucleophilic reaction. A direct complexation method is applied to the receptor for recognizing metal cations, and further, a chemosensor that can detect anions is developed by utilizing the properties of the complex formed by the receptor and the cation can interact with the anion. For effective selectivity, benzothiazole, which can act as a signaling subunit and a binding subunit, is used as a backbone. In addition, azo, acetyl, and oxoacetate moieties are introduced into the receptors. Receptor A showed clear UV-Vis selectivity to hydrazine in a DMSO/H2O (1 : 99, v/v, HEPES 10 mM, pH = 7.4) solvent, and was not affected by other types of anions. It was also demonstrated that the Receptor A could detect hydrazine in real samples. Receptor B1 showed fluorescent selectivity for Cu2+ in a THF/H2O (3 : 7, v/v, HEPES 10 mM, pH = 7.4) solvent, and Receptor B1-Cu2+ complex appeared fluorescent selectivity for HSO4– in the same solvent conditions. Receptor B2 did not show any selectivity in various solvent conditions. Receptor A and Receptor B1 are chemosensors that can selectively recognize specific ions or small molecules in aqueous solution, they are expected to be used in biological or environmental fields.
Supramolecule is a molecular complex formed through the interaction of two or more small molecules through intermolecular forces. Supramolecular chemistry is the field that investigates and studies the structure and optical/physical properties of supramolecules, which can be applied in various fields such as chemical sensors, biomedical engineering, and drug delivery. Among them, chemosensors belong to the field of molecular recognition and apply the concept of ‘host-guest chemistry’, in which receptors selectively recognize specific substrates. A sensor that can confirm a signal generated by the interaction of receptors with specific substrates as a color change and a sensor that can confirm a change in fluorescence can be usefully used as the chemosensor. In this study, compounds act as chemosensors with high selectivity for specific ions or small molecules that have a harmful effect on the environment or human body are studied and discussed. The cleavage of the covalent bond method is applied to the receptor that recognizes an anion or neutral molecule, and an ester linkage is introduced into the receptor so that the active bond could be cleaved through a nucleophilic reaction. A direct complexation method is applied to the receptor for recognizing metal cations, and further, a chemosensor that can detect anions is developed by utilizing the properties of the complex formed by the receptor and the cation can interact with the anion. For effective selectivity, benzothiazole, which can act as a signaling subunit and a binding subunit, is used as a backbone. In addition, azo, acetyl, and oxoacetate moieties are introduced into the receptors. Receptor A showed clear UV-Vis selectivity to hydrazine in a DMSO/H2O (1 : 99, v/v, HEPES 10 mM, pH = 7.4) solvent, and was not affected by other types of anions. It was also demonstrated that the Receptor A could detect hydrazine in real samples. Receptor B1 showed fluorescent selectivity for Cu2+ in a THF/H2O (3 : 7, v/v, HEPES 10 mM, pH = 7.4) solvent, and Receptor B1-Cu2+ complex appeared fluorescent selectivity for HSO4– in the same solvent conditions. Receptor B2 did not show any selectivity in various solvent conditions. Receptor A and Receptor B1 are chemosensors that can selectively recognize specific ions or small molecules in aqueous solution, they are expected to be used in biological or environmental fields.
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