DE3886084T2

DE3886084T2 - Chromogenische Cryptahemispherande zum Elektrolytnachweis.

Info

Publication number: DE3886084T2
Application number: DE3886084T
Authority: DE
Inventors: Eddy Chapoteau; Donald J Cram; Bronislaw P Czech; Carl R Gebauer; Roger C Helgeson; Anand Kumar; Koon-Wah Leong
Original assignee: University of California; Miles Inc
Current assignee: University of California; Bayer Corp
Priority date: 1987-04-15
Filing date: 1988-04-12
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2008-04-13
Also published as: EP0287329A2; AU623587B2; EP0287329B1; JP2606721B2; AU1306588A; IL84421A; DK204088D0; ES2060649T3; EP0287329A3; US4859606A; DK204088A; CA1290750C; DE3886084D1; IL84421A0; JPS646861A

Description

Die Erfindung betrifft bestimmte Verbindungen, chromogene Cryptahemispheranden, und ihre Verwendung zur Messung von Ionen, insbesondere von Ionen in wäßriger Lösung, sowie ein Testmittel oder Testgerät, das sich einer oder mehrerer der Verbindungen zur Durchführung derartiger Messungen bedient.
Die Erfindung liefert eine rasche und einfache Weise zur Bestimmung derartiger Ionen, wodurch für den Untersucher Ergebnisse augenblicklich erhalten werden, nachdem er lediglich eine Testprobelösung mit dem Testmittel oder Testgerät in Berührung gebracht hat. Eine mühselige, aufwendige elektronische Einrichtung, wie beispielsweise ionenselektive Elektroden, Flammfotometer Atomabsorptionsspektrofotometer oder dergleichen, wie sie bisher verwendet worden sind, sind nicht erforderlich. Es ist auch nicht notwendig, bekannte zeitaufwendige Naßchemietechniken, wie beispielsweise Titrierungen und andere Laborverfahren, anzuwenden. Die vorliegende Erfindung versetzt den Durchführer einer Analyse in die Lage, daß er die Testprobe lediglich mit einer Testzusammensetzung oder einem Trockentestgerät, Test-Objektträger oder ähnlichem Mittel oder einer ähnlichen Vorrichtung in Berührung zu bringen braucht und dann eine Farbänderung oder eine andere erfaßbare Reaktion beobachten kann. Die vorliegende Erfindung kann auch eine unüblich schnelle Bestimmung und unerwartete hohe Selektivität liefern, wodurch die Erfassung von verhältnismäßig niedrigen Konzentrationen eines zu analysierenden Ions selbst in Lösungen möglich ist, die verhältnismäßig hohe Konzentrationen an unterschiedlichen,möglicherweise störenden Ionen aufweisen, wobei Selektivität und Genauigkeit in einem bisher unbekannten Ausmaß ermöglicht werden.
Die Bestimmung von wäßrigen Ionenkonzentrationen ist in zahlreichen Technologien anwendbar. In der Wasserreinigung muß die Calciumkonzentration sorgfältig messend verfolgt werden, um den Grad der Sättigung eines Entionisierungsmittels auf der Grundlage eines Ionenaustauscherharzes zu bestimmen. Die Messung von Natrium und anderen Ionen in Meereswasser ist für die Herstellung von Trinkwasser an Bord eines Schiffes auf See von großer Bedeutung. Die Messung des Kaliumspiegels in Blut hilft dem Arzt bei der Diagnose von Zuständen, die zu Muskelreizbarkeit und Erregungsänderungen bei der Herzmuskelfunktion führen. Derartige Zustände umfassen auch Oligurie, Anurie, Harnverhaltung und Schockniere.
Es versteht sich von selbst, daß eine schnelle, leicht durchführbare Methode zur Bestimmung der Anwesenheit und der Konzentration eines spezifischen Ions in wäßrigen Proben den Stand dieser Technologien sowie anderer, bei denen derartige schnelle, genaue Bestimmungen von Vorteil sind, stark vorantreiben. Wenn daher beispielsweise ein medizinischer Laboratoriumstechniker den Kalium- oder Natriumspiegel einer Serum-, Gesamtblut-, Plasma- oder Urinprobe in Sekunden oder Minuten genau messen könnte, so würde das dem Arzt zur frühzeitigen Diagnosestellung behilflich sein, und der Wirkungsgrad des Labors würde um ein Vielfaches erhöht werden. Die vorliegende Erfindung liefert diese und andere unerwartete Vorteile.
Vor der vorliegenden Erfindung bestanden die Verfahren zur Bestimmung von Ionen in Lösung aus der Flammenfotometrie, der Atomabsorptionsfotometrie, ionenselektiven Elektroden, multipler Flüssigphasenverteilung und kolorimetrischen Objektträgern. Die Verwendung bestimmter Verbindungen und Zusammensetzungen, die selektiv mit bestimmten Ionen aus der Probelösung Komplexe bilden und sie daher isolieren, ist bei ionenselektiven Elektroden sehr beliebt geworden. Diese Substanzen, die als Ionophore bekannt sind, besitzen die Fähigkeit, selektiv Ionen von ihren Gegenionen und anderen Ionen in einer Testprobe zu isolieren und dadurch eine Ladungstrennung und eine entsprechende Veränderung in der elektrischen Leitfähigkeit in der Phase hervorzurufen, die den Ionophoren enthält. Beispiele für andere Verwendungszwecke des Ionen/Ionophor-Phänomens sind Ionenbestimmungen, die unter Verwendung von Membranelektroden der Flüssig/Flüssig-Verteilung, der Fluoreszenz von verschiedenen Reportersubstanzen und von chromogenen Derivaten bestimmter ionophorer Verbindungen durchgeführt werden.
Viele technische Entwicklungen sind seit der sehr frühen Erkenntnis, daß Antibiotika, wie Valinomycin, in der Lage sind, bestimmte Ionen zu komplexieren und sie in die hydrophobe innere Region einer Zellenmembran und letztlich in den Zellkern zu transportieren, vor sich gegangen. Diese grundlegende Ionophoren-Entdeckung hat zu der Erfindung einer Vielzahl von Bestimmungstechniken für derartige Ionen, wie Kalium-, Natrium-, Calcium- und anderen Ionen geführt und hat die verschiedensten diagnostischen Verfahren hervorgebracht, die dem Chemiker und Arzt eine unschätzbare Hilfe darstellen. Darüber hinaus sind zahlreiche neue Ionophor-Verbindungen mit einer derartigen chemischen und strukturellen Verschiedenheit und Komplexität entdeckt und erfunden worden, daß ein ganz neues Gebiet der organischen Chemie erzeugt wurde.
Bei bestimmten Anwendungen dieser Technologien auf die Ionenbestimmung ist man jedoch auf Schwierigkeiten gestoßen. Wenngleich Ionophore eine hohe Ionenselektivität besitzen können, kann die Anwesenheit von hohen Konzentrationen anderer Ionen im Verhältnis zu dem zu bestimmenden Ion zu Störungen bei dem gewünschten Ergebnis führen. Wenn daher ein Ionophor ein Spezifizitätsverhältnis von 50 : 1 für das Komplexieren mit dem Ion X&spplus; gegenüber dem Komplexieren mit dem Ion Y&spplus; aufweist, so wird trotzdem, wenn Y&spplus; in der Lösung mit 50-mal so hoher Konzentration wie X&spplus; vorhanden ist, die sich ergebende Selektivität des Systems für X&spplus; derart vermindert, daß der Ionophor als Bestimmungsreagenz für praktisch wertlos wird. Eine derartige Ungleichheit von Konzentrationen tritt beispielsweise in Blut auf, wo das normale Verhältnis der Natrium- zur Kaliumkonzentration in dem Bereich von 35 : 1 liegt.
Außerdem erforderten bisher einige bekannte Assays, die sich bekannter Ionophorer bedienen, ein stark alkalisches Medium, damit sie zufriedenstellend funktionieren, was zu einer geringen Haltbarkeit als auch zu; korrodierendem Verhalten führt. Derartige Systeme erfordern außerdem eine hydrophobe Phase, um den Ionophor von der wäßrigen Testprobe aufzunehmen oder abzutrennen, wodurch sie zu organischwäßrigen Systemen führen, die verhältnismäßig langsam reagieren.
Es wäre daher wünschenswert, die Selektivität in einem chromogenen Ionophor stark zu erhöhen und dadurch die Störungen von konkurrierenden Ionen, die in viel stärkerer Konzentration vorhanden sind, zu überwinden. Auch wäre es wünschenswert, die Notwendigkeit für das Arbeiten unter stark alkalischen Bedingungen und mit einem mehrphasigen System zu umgehen. Diese und andere unerwarteten Vorteile werden nun durch die Verwendung der einzigartigen Verbindungen gemäß der Erfindung verwirklicht.
Kurz gesagt, fußt die Erfindung auf der Entdeckung einer neuen Verbindungsklasse, die im folgenden als "chromogene Cryptahemispheranden" mit folgender Struktur (I) definiert ist:
worin jeder Rest R unabhängig Wasserstoff oder eine unsubstituierte oder mit Methyl substituierte Alkyl- oder Alkylidengruppe von bis zu 4 Kohlenstoffatomen oder eine Vinylgruppe oder eine mit einer Alkylgruppe von bis zu 4 Kohlenstoffatomen substituierte Vinylgruppe oder eine Allyl- oder Pyridyl-, Phenyl- oder Benzylgruppe bedeutet; jeder Rest R' unabhängig eine unsubstituierte oder mit Methyl substituierte Alkyl- oder Alkylidengruppe von bis zu 4 Kohlenstoffatomen oder eine Vinylgruppe oder eine mit einer Alkylgruppe von bis zu 4 Kohlenstoffatomen substituierte Vinylgruppe oder eine Allyl- oder Pyridyl-, Phenyl- oder Benzylgruppe bedeutet; jeder Rest R'' unabhängig Wasserstoff oder eine unsubstituierte oder mit Methyl substituierte Alkyl- oder Alkylidengruppe von bis zu 4 Kohlenstoffatomen oder eine Vinylgruppe oder eine mit einer Alkylgruppe von bis zu 4 Kohlenstoffatomen substituierte Vinylgruppe oder eine Allyl- oder Pyridyl-, Phenyl- oder Benzylgruppe bedeutet;
a,b,m und n jeweils unabhängig 1 bis 3 bedeuten;
x 1 bis 4 ist;
y 1 bis 4 ist und
Q ein chromogener Rest der Formel II ist,
worin R die oben angegebene Bedeutung besitzt und G aus
ausgewählt ist.
Die Erfindung umfaßt auch eine Zusammensetzung zur Erfassung der Anwesenheit eines Ions in Lösung, wie beispielsweise eines Kalium- oder Natriumions, und ein Verfahren zu ihrer Verwendung. Die Zusammensetzung umfaßt die Verbindung und einen Puffer, der in der Lage ist, einen pH- Wert im Bereich von etwa 5 bis 9 aufrechtzuerhalten. Das Einbringen der Zusammensetzung in eine Trägermatrix liefert ein Trockentestgerät zur Verwendung bei der Bestimmung spezifischer Ionen in Lösung. Sowohl die Zusammensetzung als auch das Gerät werden in der Weise verwendet, daß man sie mit einer Testprobe in Berührung bringt, von der man annimmt, daß sie das interessierende Ion enthält, und eine erfaßtbare Reaktion beobachtet.
Die Erfindung umfaßt außerdem ein Verfahren zur Herstellung der Verbindungen der Erfindung, das weiter unten ausführlicher beschrieben wird. Die Verbindungen gemäß der Erfindung können durch eine stufenweise erfolgende Synthese hergestellt werden, wie dem Fachmann klar ist, wobei die geeigneten Reagenzien auf jeder Stufe verwendet werden. Ein besonderer Syntheseweg wird lediglich als Beispiel unter Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnungen beschrieben. Die Verbindungen gemäß Fig. 6 und 7 können in ähnlicher Weise hergestellt werden, wie die Verbindung gemäß Fig. 5.
In den Zeichnungen erläutern:
Fig. 1 einen Reaktionsweg zur Synthese eines bevorzugten chromogenen Cryptahemispheranden, der in Abschnitt 6.3 beschrieben und in Fig. 5 dargestellt ist;
Fig. 2 die lineare Dosis/Reaktion-Kurve, die von der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Abschnitt 10.2 beschrieben ist, erhalten worden ist;
Fig. 3 die Vergleichsdaten zwischen dem Verfahren der Erfindung und der üblichen Methode mit ionenselektiven Elektroden für die Kaliumbestimmung in willkürlichen Serumproben, wie in Abschnitt 10.3 beschrieben;
Fig. 4 eine Dosis/Reaktion-Kurve für verschiedene Kaliumspiegel unter Verwendung des Testgeräts gemäß der Erfindung, wie in Abschnitt 10.5 beschrieben;
Fig. 5 die Struktur einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wodurch die dargestellte Verbindung für eine Bestimmung von Kaliumionen selektiv gemacht ist;
Fig. 6 die Struktur einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wodurch die dargestellte Verbindung für Natriumionen in einer Geschwindigkeitsmessung selektiv gemacht ist; und
Fig. 7 die Struktur einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wodurch die dargestellte Verbindung für Natriumionen in einer Endpunktbestimmung selektiv gemacht ist.

5. Definitionen

Bestimmte Ausdrücke und Ausdrucksweisen, wie sie im vorliegenden Fall verwendet werden, besitzen die folgenden Bedeutungen:

5.1 Ionophor

Der Ausdruck "Ionophor" umfaßt im weiten Sinne Moleküle, die in der Lage sind, einen Komplex mit einem in Lösung befindlichen Ion zu bilden. Beispielsweise bindet das cyclische Polypeptid Valinomycin selektiv Kaliumionen in Lösung unter Ausbildung eines kationischen Komplexes. Außerdem sind von dem Ausdruck Kronenether, Cryptanden, Podanden, Spheranden, Hemispheranden und Cryptahemispheranden umfaßt.

5.2 Chromogen

Wie im vorliegenden Fall verwendet, bedeutet der Ausdruck "chromogen" oder "chromogenisch" dasjenige Merkmal eines chemischen Systems, durch das als Antwort auf eine äußere Anregung eine erfaßbare Reaktion erzeugt wird. So ist beispielsweise ein Cryptahemispherand chromogen, soweit er in der Lage ist, eine erfaßbare Reaktion nach Komplexierung mit einem Ion zu liefern, wobei die erfaßbare Reaktion nicht allein auf eine Farbänderung beschränkt ist, wie weiter unten definiert wird.

5.3 Erfaßbare Reaktion

Unter dem Ausdruck "erfaßbare Reaktion" wird eine Änderung einer Eigenschaft oder das Auftreten einer Eigenschaft in einem System verstanden, die bzw. das entweder durch unmittelbare Beobachtung oder durch Instrumente festgestellt werden kann und eine Funktion der Anwesenheit eines spezifischen Ions in einer wäßrigen Testprobe ist. Einige Beispiele für erfaßbare Reaktionen sind die Änderung oder das Auftreten von Färbung, Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Reflexion, Chemilumineszenz oder Infrarotsprektrum, was allgemein als chromogene Reaktion verstanden wird. Weitere Beispiele für erfaßbare Reaktionen können die Änderung in elektrochemischen Eigenschaften, pH-Wert und magnetische Kernresonanz sein.

5. 4 Niedrigmolekularer Alkylrest, niedrigmolekularer Alkylidenrest, niedrigmolekularer Alkenylrest

Der Ausdruck "niedrigmolekularer Alkylrest", wie im vorliegenden Fall verwendet, umfaßt einen Alkylrest mit etwa 1 bis 4 Kohlenstoffatomen. Eingeschlossen in die Bedeutung von "niedrigmolekularer Alkylrest" sind die Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, sec-Butyl- und tert-Butylgruppe. Diese können unsubstituiert oder methylsubstituiert sein. In demselben Sinne wie "niedrigmolekulare Alkylgruppe" wird der Ausdruck "niedrigmolekulare Alkylidengruppe" verwendet, bedeutet jedoch eine Alkylen- oder Alkylidengruppe (d. h. eine zweiwertige Alkylgruppe) mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen. Beispiele für niedrigmolekulare Alkylidenreste sind die Methylen-, Ethyliden-, n-Propyliden-, Isopropyliden-, n-Butyliden-, sec-Butyliden- und tert- Butyliden-Gruppe. Der Ausdruck "niedrigmolekulare Alkenylgruppen bedeutet den Vinyl- oder den mit niedrigmolekularem Alkyl substituierten Vinylrest.

5.5 Arylrest

Der Ausdruck "Arylrest" bedeutet die Pyridyl-, Phenyl- oder Benzylgruppe

5.6 Elektronen anziehende Gruppe

Der Ausruck "Elektronenanziehende Gruppe" bedeutet die Gruppe NO&sub2;, CF&sub3;, CN und COOR, die Elektronen von einer benachbarten Gruppe zu sich heranziehen. Hierzu wird beispielsweise auf Advanced Organic Chemistry, Reactions, Mechanisms, and Structure, Third Edition, von Jerry March (John Wiley$ Sons), chapter 1, verwiesen.

6. Der chromogene Cryptahemispherand

Der chromogene Cryptahemispherand gemäß der Erfindung, allgemein als Verbindung (I) im obigen Abschnitt 4 bezeichnet, ist hinsichtlich seiner Geometrie und chemischen Natur breit definiert, je nachdem, welche der variablen Parameter, wie R, R', R'', Q, a, b, m und n, x und y ausgewählt werden. Die sorgfältige Auswahl dieser Parameter erlaubt das Maßschneidern des Moleküls, um die Ionenselektivität zu verändern. So können beim Befolgen der hier gegebenen Anweisungen Moleküle nach Maß synthetisiert werden, so daß der innere Hohlraum der bicyclischen Struktur hinsichtlich seiner physikalischen Abmessungen stark variieren und mehr oder weniger elektronenreich gemacht werden kann.
Im Ergebnis kann eine sehr hohe Selektivität für eine Ionenart in Gegenwart von einer oder mehreren anderen Ionen erzielt werden. Beispielsweise zeigt der experimentelle Abschnitt 10 weiter unten die Messung der Kaliumkonzentration in Lösungen, die verhältnismäßig hochkonzentriert an Natrium sind. Somit machen nicht nur die Struktur und Chromogenizität die vorliegende Verbindung einmalig, sondern, was vielleicht noch wichtiger ist, ihre Anpaßbarkeit, daß sie so geformt werden kann, daß sie für das zu bestimmende Ion paßt, wodurch eine bisher unerreichbare Selektivität für einen Ionentypus in Lösung in Gegenwart eines anderen erzielt wird, selbst wenn die Konzentration des letztgenannten wesentlich höher ist als die des erstgenannten.
Demzufolge ist jede Kette des bicyclischen Systems (I) sowohl in der physikalischen Abmessung dem Ausmaß der Elektronenreichhalt oder des Elektronenmangels als auch in der Art der substituierenden Gruppen variabel. Beispielsweise kann durch Veränderung der Zahl der Gruppen CR&sub2; OCR&sub2; in jeder der Ketten, in der sie auftritt, die Elektronendichte, die den Hohlraum beeinflußt, so bemessen werden, daß sie sowohl der Ladung dem zu erfassenden Ions wie auch seinem Ionenradius und anderen physikalischen Abmessungen angepaßt ist.

6.1 Kationische Anpaßbarkeit

Die chromogenen Cryptahemispheranden gemäß der Erfindung können der Erfassung von Kationen angepaßt werden. Die Brückenkopf-Stickstoffatome sind ungeladen, und ihre nichtbindenden Elektronenpaare stehen zur Verfügung, um mit anderen elektronenreichen Atomen im Molekül zusammen eine elektronenreiche Umgebung zu schaffen, die dazu dient, ein Kation aufzunehmen und mit ihm einen Komplex zu bilden. Darüber hinaus kann das Molekül zufolge der einzigartigen sterischen Konfigurationsaspekte des Hohlraums des Moleküls, zu denen teilweise die aromatische Kette der bicyclischen Struktur beiträgt, das eingefangene Ion praktisch einschließen und dadurch die Assoziationskonstante Ka' des Komplexes drastisch erhöhen. Andere Ionen in der Testprobe, die durch die elektronenreiche Höhlung angezogen werden könnten, sind entweder zu groß, als daß sie in sie eindringen können, oder zu klein, als daß sie von der Geometrie und Struktur der Höhlung gehalten werden könnten, wodurch in beiden Fällen ein sehr niedriger Wert Ka für konkurrierende Ionen im Vergleich zu dem des Ions resultiert, für das der bycyclische Ionophor maßgeschneidert worden ist.

6.2 Die chromogene Gruppe

Verbindung I enthält als Teil ihrer Struktur eine besondere Art von chemisch konfigurierter Gruppe Q, die in der Lage ist, ihre physicochemischen Eigenschaften zu verändern, wenn durch ein Ion und Verbindung (I) ein Komplex gebildet worden ist. D.h., wenn das Zielion, d. h. das Ion, für das die Struktur von (I) maßgeschneidert worden ist, um das Ion unter Ausbildung eines Ionophor/Ion-Komplexes aufzunehmen, in einer Testprobe vorhanden ist, gleichgültig, ob andere Ionen vorhanden oder nicht, findet eine erfaßbare Veränderung in diesen physicochemischen Eigenschaften statt. Diese Fähigkeit von Q, eine derartige Reaktion gegenüber der Komplexierung aufzuweisen, trägt stark zur Nützlichkeit von (I) bei, das zu analysierende oder Zielion zu bestimmen.
Die chromogene Gruppe Q besitzt die Formel II
worin R wie oben definiert ist und G die folgende Bedeutung hat:
Besonders bevorzugt zur Verwendung als Gruppe G sind die Reste 2,4,6-Trinitranilino; 2,6-Dinitro-4-trifluormethylanilino; 2,4-Dinitro-6-trifluormethylanilino; 4-Nitranilino; 4-Nitrophenylazo; 4-Nitrostyryl; und 4-Benzochinomonoimino. Es wurde gefunden, daß Verbindung (I) besonders nützlich ist, wenn Q die folgende Struktur aufweist:

6.3 Gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform

Von den von der vorliegenden Offenbarung umfaßten Verbindungen ist eine, die sich als besonders selektiv bei der Bestimmung von Kaliumionen beispielsweise in Blut, Serum und Urin erwiesen hat, die Verbindung der Struktur gemäß Fig. 5, wie sie sich von Verbindung (I) ableitet, worin bedeuten:
Q die Verbindung (III),
R Wasserstoff,
R' CH&sub3;
R'' CH&sub3;,
a und b 1;
m und n 1 und
x und y 2.
Der chromogene Cryptahemispherand gemäß Fig. 5 hat sich als unüblich hochselektiv für das Kaliumion erwiesen, selbst in Lösungen, die eine um ein Vielfaches höhere Konzentration an anderen einwertigen Kationen, wie dem Natriumion, aufweisen. Außerdem können Zusammensetzungen, die in derartigen Analysen nützlich sind, bei einem verhältnismäßig milden pH-Wert formuliert und verwendet werden, der im Bereich von etwa 5 bis 9, vorzugsweise zwischen 6 und 8 liegt. Ein weiterer Vorteil der bevorzugten Ausführungsform besteht darin, daß sie in der Lage ist in einem im wesentlichen wäßrigen Medium ohne Notwendigkeit einer getrennten hydrophoben Phase wirksam ist. Somit sind die letztgenannten nachteiligen Erfordernisse der bekannten Ionophortestsysteme durch die vorliegende Erfindung beseitigt worden.

7. Die Testzusammensetzung

Die Verbindungen gemäß der Erfindung können zu Zusammensetzungen formuliert werden, die in Form einer wäßrigen Lösung nützlich zum Nachweis der Anwesenheit bestimmter Ionen, wie beispielsweise Kalium-, Natrium-, Lithium- und anderen Ionen, sind. Derartige Zusammensetzungen umfassen zusätzlich zu der Verbindung (I) ein Puffermittel, um ein pH-Medium von etwa 5 bis etwa 9 zu ergeben. Vorzugsweise liefert der Puffer einen pH-Wert von etwa 6 bis 8. Außerdem können die Zusammensetzungen Herstellungsbindemittel, Stabilisatoren, oberflächenaktive Mittel und andere inerte Bestandteile enthalten, die sämtlich innerhalb des Wissensbereichs eines Fachmanns sind oder die routinemäßig ohne aufwendige Experimente für den Einsatz bestimmt werden könne.
Bei der Verwendung wird die Testprobe lediglich mit der Zusammensetzung in Berührung gebracht und die erfaßbare Reaktion beobachtet. Im Falle der Verbindung gemäß Fig. 5 wurde als zweckmäßig gefunden, die Reaktion als absorbiertes Licht festzulegen, das bei 500 nm absorbiert wird. Eine geringe Menge einer wäßrigen Testprobe wird mit einem verhältnismäßig großen Volumen einer Lösung der Verbindung gemäß Fig. 5 bei einem pH-Wert von etwa 6 bis 8 versetzt. Das Gemisch wird in eine Küvette gefüllt und spektrofotometrisch bei etwa 500 nm beobachtet. Versuche, die sich variierter bekannter Kaliumkonzentrationen bedienen, ergeben eine Dosis/ Reaktion-Kurve, die eine klare Korrelierung zwischen der Veränderung der Absorption entsprechend verschiedenen Kaliumkonzentrationen im millimolaren Bereich ermöglicht.

8. Das Testgerät

Die chromogenen Verbindungen (I) können als Testgerät eingesetzt werden. So wird durch Hinzufügen einer geeigneten Trägermatrix zu der Zusammensetzung ein Testgerät erhalten, das die Ionenbestimmung noch weiter vereinfacht.
Ein derartiges Gerät läßt sich im Trockenen aufbewahren, wenn es nicht gebraucht wird, und besitzt daher eine lange Lebensdauer und kann sofort verwendet werden, indem man es einfach mit einer geringen Menge der Testprobe in Berührung bringt, sei es Blut, Serum, Urin oder eine andere zu bestimmende wäßrige Lösung. Es kann derartige Formate annehmen, wie beispielsweise Schnellablesestreifen für Urin, oder einen Testobjektträger für die Verwendung in einem automatischen Blutanalysegerät, oder es kann eine vielschichtige Struktur bilden, wie sie beispielsweise in den USA-Patenten 3 992 158 und 4 292 272 beschrieben sind.

8.1 Die Trägermatrix

Es ist zweckmäßig, daß die Trägermatrix aus einem porösen oder netzbaren Material besteht. So kann die Trägermatrix in Form einer Einzelschicht aus Materialien, wie Papier, Karton, porösem Polymerisat, Polymerisatfasern und natürlichem Filz oder anderen geeigneten Materialien hergestellt werden. Besonders bevorzugt als Trägermatrixmaterialien sind Filterpapier und poröses Polyethylen hoher Dichte. Bei einem vielschichtigen analytischen Element kann der Puffer in einer oberen Schicht und der chromogene Gryptahemispherand in einer unteren Schicht bei zwei übereinandergelegten Schichten aufbewahrt werden. Die Matrizes für diese Schichten können aus Materialien, wie beispielsweise Gelatine, wasserlöslichen oder mit Wasser quellbaren Polymerisaten und anderen geeigneten Materialien hergestellt werden. Zusätzlich zu diesen zwei Schichten kann eine Ausbreitungsschicht, eine Reflexionsschicht und ein Trägermaterial vorgesehen sein, um ein einstückiges analytisches Element zu bilden.

8.2 Herstellung des Testgeräts

Das Gerät wird dadurch hergestellt, daß man die Testzusammensetzung in die Trägermatrix einbringt und gewünschtenfalls die getrocknete Matrix mit einem Träger versieht.
So wird die Zusammensetzung in die Matrix eingebracht, indem man die Oberfläche der Matrix beimpft oder indem man sie in eine Lösung der Zusammensetzung eintaucht. Die auf diese Weise imprägnierte Matrix kann dann bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur getrocknet werden, sofern die Temperatur nicht so hoch ist, daß sie die Zusammensetzung beeinträchtigt.
Die getrocknete, imprägnierte Trägermatrix kann dann gewünschtenfalls auf einen geeigneten Untersatz, wie beispielsweise einen Kreisrahmen, montiert werden, der die Matrix in der Mitte exponiert läßt, oder die Matrix kann auf das eine Ende eines Kunststoffstreifens montiert werden, wobei das andere Ende als bequemer Handgriff dient.
Ein weiterer Weg zur Herstellung des Testgerätes für beispielsweise die Analyse von Kaliumionen kann in der Behandlung einer porösen Matrix von Polyethylen hoher Dichte mit einem oberflächenaktiven Mittel, um die Matrix netzbar zu machen, Imprägnieren der porösen Matrix mit einem Reagenzgemisch, das die Verbindung gemäß Fig. 5, ein Bindemittel und ein Puffer enthält, sowie dem Trocknen des Reagenzgemisches bestehen.
Bei der Verwendung wird die Testprobe mit der Oberfläche des Testgerätes in Berührung gebracht, und die erfaßbare Reaktion wird bei 580 nm oder einer anderen Wellenlänge auf einem Reflektometer gemessen. Versuche unter Verwendung verschiedener bekannter Kaliumkonzentrationen ergeben eine Dosis/Reaktion-Kurve, die eine klare Korrelation zwischen den Änderungen in der prozentualen Reflexion und der Kaliumkonzentration im Millimolarbereich ermöglicht.

9. Anwendung der Erfindung

Die Erfindung kann zur Verwendung bei der Durchführung einer Vielzahl von Ionenbestimmungen angepaßt werden, sowohl manuell als auch an automatisierten Systemen, wobei diese Bestimmungen auf einem weiten Gebiet anwendbar sind. Nicht nur ist die klinische Chemie ein Teil dieses Feldes, sondern auch die chemische Forschung, die chemische Verfahrenssteuerung und die Qualitätssicherung, die nur wenige der vielen möglichen Anwendungsformen dieser Technologie darstellen. Die Zusammensetzung und das Testgerät eignen sich gut zur Verwendung bei klinischen Untersuchungen von Körperflüssigkeiten, wie Blut, Blutserum und Urin, da bei diesen Arbeiten eine große Anzahl von wiederholten Tests häufig durchgeführt werden und die Testergebnisse häufig kurze Zeit nachdem die Testprobe dem Patienten entnommen worden ist, benötigt werden.
Die Testzusammensetzung und das Testgerät werden eingesetzt, indem man sie mit der Testprobe in Berührung bringt und eine erfaßbare Reaktion beobachtet. Bei einer typischen analytischen Verfahrensweise wird ein Teil der Testprobe über eine genügend lange Zeitdauer (wie beispielsweise mehrere Minuten) auf dem Testgerät belassen. Gewünschtenfalls kann überflüssige Probe entfernt werden, wie beispielsweise durch Waschen mit einem sanften Wasserstrom unter anschließendem Abtrocknen mit Vliespapier oder einfaches Waschen in einem sanften Wasserstrom.
Wenn das zu untersuchende Ion in der Testprobe vorhanden ist, bildet sich der Komplex des Ionophors und des Ions, und eine erfaßbare Reaktion erscheint. In den Fällen, in denen der Rest Q in der Verbindung (I) als Reaktion auf die Komplexbildung eine Färbung oder Farbveränderung hervorruft, wird eine derartige Reaktion entweder mit dem unbewaffneten Auge oder instrumentell beobachtet. Wenn Q ein Fluorophor, wie beispielsweise Fluorescein ist, kann ein Fluoreszenzspektrofotometer verwendet werden, um die erfaßbare Reaktion, die in dem Testgerät gebildet ist, zu messen (hier das Erscheinen von Fluoreszenz oder die Änderung der Fluoreszenz). Andere nützlichen Techniken zum Beobachten einer erfaßbaren Reaktion umfassen die Reflexionsspektrofotometrie, die Absorptionsspektrofotometrie und Lichtdurchlässigkeitsmessungen.
Wenn die Testprobe Blutserum ist, können Durchlässigkeits- oder Reflexionstechniken angewandt werden, um die Anwesenheit von Reaktionsprodukten, deren Bildung als erfaßbare Reaktion dient, nachzuweisen und zu bestimmen. In diesem Falle wird Strahlungsenergie, wie beispielsweise Ultraviolett-, sichtbare oder Infrarotstrahlung, auf eine Oberfläche des Testgerätes gerichtet, und der Ausgang dieser Energie von der entgegengesetzten Oberfläche wird gemessen. Im allgemeinen hat sich eine elektromagnetische Strahlung im Bereich von etwa 200 bis etwa 900 nm als nützlich für derartige Messungen erwiesen, wenngleich jede Strahlung, die die Testmittel durchdringt und die in der Lage ist, das Auftreten oder das Ausmaß der Reaktion zu kennzeichnen, angewandt werden kann.
Verschiedene Kalibrierungstechniken sind als Kontrolle für die Analyse anwendbar. Beispielsweise kann eine Probe mit einer Standardlösung des zu analysierenden Bestandteils auf ein getrenntes Testmittel als Vergleich angewandt werden, oder dazu, die Anwendung von differentiellen Messungen in der Analyse zu erlauben.

10. Experimenteller Teil

Eine Reihe von Versuchen wurde durchgeführt, um verschiedene Ausprägungen der Erfindung zu untersuchen. Eine Beschreibung der experimentellen Verfahren und Ergebnisse erfolgt hier zum besseren Verständnis des grundlegenden Konzepts sowie zur völligen und klaren Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.

10.1 Synthese eines bevorzugten chromogenen Cryptahemispheranden

Ein Versuch wurde durchgeführt, um eine bevorzugte Ausführungsform der oben erwähnten Verbindung (I) zu synthetisieren. Der in diesem Versuch hergestellte chromogene Cryptahemispherand wird in Abschnitt 6.3 als Verbindung gemäß Fig. 5 bezeichnet. Der Reaktionsweg ist in Fig. 1 dargestellt.

Herstellung von Verbindung 2

Eine Suspension von 30 g (0,12 mol) von ¹, 34 g (0,2 mol) Benzylbromid und 30 g (0,22 mol) wasserfreiem K&sub2;CO&sub3; in 600 ml Aceton wurde 48 h lang auf Rückflußtemperatur erhitzt und unter vermindertem Druck eingedampft; der Rückstand wurde in (je 600 ml) CHCl&sub3; und H&sub2;O gelöst, und die Phasen wurden getrennt. Der organische
¹Hergestellt gemäß Pearson, D.E.; Wysong, R.D.; Breder, C.V. J. Or Chem. 1967, 32, 2358-2360
Extrakt wurde getrocknet, auf 50 ml eingeengt und auf eine Säule aus 400 g Al&sub2;O&sub3; in Cyclohexan-Benzol (1 : 1) gegeben.
Elution der Säule mit 3 l Cyclohexan-Benzol (1 : 1) ergab 32,6 g (80%) von in Form eines farblosen Öls. Das ¹H-NMR-Spektrum (200 MHz, CDCl&sub3;) ergab Absorptionen bei δ5,04 (s, OC &sub2;, 2H) und 6,86-7,66 (m. Ar , 8H).

Herstellung von Verbindung 3 Eine Lösung von 13,3 g

(38,9 mmol) von in 350 ml Tetrahydrofuran unter Argon bei -78ºC wurde mit 85 ml 1,3 M -Butyllithium (Cyclohexan) versetzt. Nach 8 min Rühren wurde die Lithiierungslösung während 8 min in 150 g (1,4 mol) Trimethylborat in 350 ml Tetrahydrofuran von -78ºC mit einer Kanüle eingebracht. Das Gemisch wurde 30 min bei -78ºC gerührt, während 1 h auf 0ºC erwärmt, mit 500 ml 2 N Salzsäure verdünnt und 1 h lang bei 25ºC gerührt. 0,8 l Ether wurden zugesetzt, worauf das Gemisch 8 h lang bei 25ºC gerührt und die Phasen voneinander getrennt wurden. Die wäßrige Phase wurde mit 2·200 ml frischem Ether extrahiert. Verdampfen der Etherextrakte (kein Trocknen) bei 250/30 mm Hg ergab 7,8 g (91%) von als feuchtes Öl, das bei 5ºC aufbewahrt und ohne weitere Reinigung verwendet wurde. Das ¹H-NMR-Spektrum [200 MHz, (CD&sub3;)&sub2;CO] ergab Absorptionen bei δ5,04 (s. Ar &sub2;, 2H) und 7,14-7,86 (m. Ar , 8H).

Herstellung der Verbindung 5

Eine Lösung von 120 g (0,33 mol) von (Iodierung von handelsüblichem p-Kresol als Literaturpräparat)² in 1 l Tetrahydrofuran bei 0ºC unter Argonatmosphäre wurde mit 35 g (0,73 mol) NaH (50% in Mineralöl) versetzt. Nach Abklingen der heftigen Reaktion wurde das Kühlbad entfernt, und es wurden 76 g (0,6 mol) Dimethylsulfat hinzugegeben und danach das Gemisch 6 h lang unter Rückfluß erhitzt. Das Gemisch wurde auf 25ºC gekühlt und vorsichtig mit CH&sub3;OH versetzt, um überschüssiges Dimethylsulfat zu zersetzen. Danach wurden Ethylether und 10%ige wäßrige Kochsalzlösung zugesetzt (je 600 ml), worauf die Phasen voneinander getrennt wurden; die organische Phase wurde getrocknet, ein-²Burger, A., et al.: J. Am. Chem. Soc., 67, pp.1416-1419 (1945)
gedampft und der Rückstand in 100 ml Cyclohexan gelöst. Die Lösung wurde über eine Säule aus 1 kg Al&sub2;O&sub3; in Petrolether gegeben. Die Elution der Säule mit Gemischen aus CH&sub2;Cl&sub2; und Petrolether (2 bis 10% CH&sub2;Cl&sub2;) ergab in Form eines farblosen Öls (Literaturschmelzpunkt 25ºC)³ in 82%iger Ausbeute (102 g). Das ¹H-NMR-Spektrum (200 MHz, CDCl&sub3;) ergab Absorptionen bei δ 2,24 (s. ArC &sub3;, 3H), 3,82 (s. OC &sub3;, 3H) und 7,57 (s.Ar , 2H).

Herstellung der Verbindung 6

Eine Lösung von 100 g (0,27 mol) von 5 in 1 l Ether unter Argonatmosphäre wurde auf -78ºC gekühlt. Während 5 min wurde ein Anteil von 110 ml 2,5 M Butyllithium zugesetzt, und das erhaltene Gemisch wurde 10 min lang bei -78ºC gerührt. Durch die Suspension wurde 20 min lang kräftig Kohlendioxidgas geblasen, und das kalte Bad wurde während 10 h auf 25ºC erwärmen gelassen. Die Suspension wurde mit 600 ml 1 N wäßriger Natronlauge verdünnt, und die Phasen wurden voneinander getrennt. Die wäßrige Phase wurde mit 6 N HCl angesäuert und der weiße Feststoff gesammelt und unter Vakuum bei 25ºC getrocknet, und man erhielt 50 g (64%) rohes . Das ¹H-NMR-Spektrum [200 MHz, (CD&sub3;)&sub2;CO] ergab Absorptionen bei δ 2,33 (s. ArC &sub3;, 3H), 3,85 (s. OC &sub3;, 3H), 7,64 (d. Ar , 1H) und 7,86 (d. Ar , 1H).

Herstellung der Verbindung 7

Eine Lösung aus 50 g (0,17 mol) der Verbindung in 400 ml Ether von 10ºC wurde mit überschüssigem CH&sub2;N&sub2; (in Ether) versetzt. Nach 10 minütigem Rühren bei 25ºC wurde das überschüssige CH&sub2;N&sub2; mit Essigsäure zersetzt und der Ether abgedampft. Der Rückstand wurde in 40 ml CH&sub2;Cl&sub2; gelöst und an 300 g Silicagel in CH&sub2;Cl&sub2; blitzchromatographiert. Die Elution der Säule mit CH&sub2;Cl&sub2; ergab 47 g (90%) der Verbindung in Form eines farblosen Öls. Das ¹H-NMR-Spektrum (200 MHz, CDCl&sub3;) wies Absorptionen auf bei δ 2,30 (s. ArC &sub3;, 3H), 3,85 (s. OC &sub3;, 3H), 3,92 (s. OC &sub3;, 3H), 7,59 (d. Ar , 1H) und 7,78 (d. Ar , 1H).

Herstellung von Verbindung 8

Ein Gemisch von 7,8 g (35 mmol) der Verbindung und 27 g (88 mmol) der Verbin-³Wilkinson, J.H., J. Chem. Soc., 626-627 (1951).
dung in 200 ml Benzol und 50 ml Ethanol unter Argonatmosphäre wurde mit 100 ml 2 M wäßriger Na&sub2;CO&sub3; versetzt. Dieses heftig gerührte zweiphasige Gemisch wurde mit 1,2 g (1 mmol) Tetrakis-(triphenylphosphin)palladium versetzt, und das Gemisch wurde 48 h lang unter Rückfluß erhitzt. (Bemerkung: 100 mg frischer Katalysator wurde nach 24 h Erhitzen unter Rückfluß zugesetzt)&sup4;. Die Phasen wurden voneinander getrennt und die organische Phase getrocknet, eingedampft und in 40 ml CH&sub2;Cl&sub2; gelöst. Das Gemisch wurde durch Blitzchromatographie an Silicagel (250 g) in CH&sub2;Cl&sub2; aufgetrennt. Elution der Säule mit Ether/CH&sub2;Cl&sub2;-Gemischen (1 und 2% Ether, je 2 l) ergab 12,8 g (67%) der Verbindung in Form eines farblosen Schaums. Das ¹H-NMR-Spektrum (200 MHz, CDCl&sub3;) wies Absorptionen auf bei δ 2,32 (s. ArC &sub3;, 6H), 3,57 (s. OC , 6H) 3,93 (s. OC &sub3;, 6H), 4,33 (s. OC &sub2;, 2H) und 6,60-7,61 (m. Ar , 12H).

Herstellung der Verbindung 9

Eine Suspension von 2 g (2 mmol) 10%igem Palladium auf Kohle und 11,1 g (20,6 mmol) der Verbindung in 250 ml Essigester wurde 2 h lang in einer Parr-Schüttelvorrichtung bei 3 atm H&sub2;-Druck hydriert. Nach Filtrieren und Verdampfen des Essigesters wurde der Rückstand in 30 ml CH&sub2;Cl&sub2; gelöst und durch Blitzchromatographie an Silicagel (150 g) in CH&sub2;Cl&sub2; gereinigt. Elution der Säule mit einem Gemisch aus 2% Ether und 98% CH&sub2;Cl&sub2; ergab 7,1 g (77%) der Verbindung in Form eines farblosen Schaums. Das ¹H-NMR- Spektrum (200 MHz, CDCl&sub3;) wies Absorptionen auf bei δ 2,38 (s, ArC &sub3;, 6H), 3,60 (s, OC &sub3;, 6H), 3,92 (s, OC &sub3;, 6H) und 6,97-7,63 (m, Ar , 7H).

Herstellung der Verbindung 10

Eine gerührte Lösung von 7,1 g (15,8 mmol) der Verbindung in 500 ml eines Gemisches aus CHCl&sub3; und CH&sub3;COOH (1 : 1) wurde mit 20 ml 70%iger Salpetersäure während 2 min versetzt. Nach 15 minütigem Rühren wurde die Lösung mit 1,2 l Wasser und 200 ml CHCl&sub3; verdünnt und die organische Phase mit Wasser (3·1,2 l) extrahiert, getrocknet, auf 25 ml eingeengt und an 200 g Silicagel in
&sup4;In Anlehnung an Miyoura, N.; Yanagi, T.; Suzuki, A., Syn. Comm. 1981, 11(7), 513-519.
CH&sub2;Cl&sub2; blitzchromatographiert. Die Elution der Säule mit CH&sub2;Cl&sub2; (1 l) und ein 49 : 1-Gemisch aus CH&sub2;Cl&sub2; und Diethylether (3 l) ergab 7,1 g (91%) der Verbindung in Form eines gelben Schaums. Das ¹H-NMR-Spektrum (200 MHz, CDCl&sub3;) wies Absorptionen auf bei 2,42 (s, ArC &sub3;, 6H), 3,65 (s, OC &sub3;, 6H), 3,94 (s, OC 3, 6H), 7,36 (d, ArH, 2H), 7,72 (d, Ar , 2H) und 8,30 (s, ArH, 2H).

Herstellung der Verbindung 11

Ein Gemisch aus 7,1 g (14,3 mmol) der Verbindung , 20 g (0,16, mol) Dimethylsulfat und 22 g (0,16 mol) K&sub2; CO&sub3; in 500 ml Aceton wurde unter einer Argonatmosphäre 24 h lang unter Rückfluß erhitzt, eingedampft und der Rückstand in 1 l eines 1 : 1-Gemisches aus CHCl&sub3; und H&sub2;O gelöst. Die organische Phase wurde getrocknet, auf 25 ml eingedampft und an 200 g Silicagel in CH&sub2;Cl&sub2; blitzchromatographiert. Die Eluierung der Säule mit CH&sub2;Cl&sub2; (1 l) und einem 49 : 1-Gemisch aus CH&sub2;Cl&sub2; und Ether (2 l) ergab 6,8 g (93%) der Verbindung in Form eines farblosen Schaums. Das ¹H-NMR-Spektrum (200 MHz, CDCl&sub3;) wies Absorptionen auf bei δ 2,39 (s, ArC &sub3;, 6H), 3,30 (s, OC &sub3;, 3H), 3,60 (s, OC &sub3;, 6H), 3,94 (s, OC &sub3;, 6H), 7,34 (d, Ar , 2H), 7,68 (d, Ar , 2H und 8,25 (s, Ar , 2H).

Herstellung der Verbindung 12

Eine Lösung aus 8 g (15,7 mmol) der Verbindung in 325 ml CH&sub3;OH wurde mit 100 ml H&sub2;O und danach 12 g (0,29 mol) LiOH·H&sub2;O versetzt. Nach 14 stündigem Rühren bei 25ºC wurde das Gemisch mit 400 ml H&sub2;O verdünnt, mit CH&sub2;Cl&sub2; (2·50 ml) extrahiert und die wäßrige Phase mit konzentrierter Salzsäure auf pH 1 angesäuert. Die Extraktion der wäßrigen Suspension mit Ether (3·300 ml) und Trocknen über 16 h bei 95ºC/0,01 mm Hg ergab 5,6 g (74%) der Verbindung 12 in Form eines amorphen gelben Pulvers. Das ¹H-NMR- Spektrum [200 MHz, (CD&sub3;)&sub2;CO] wies Absorptionen auf bei δ 2,42 (s, ArC &sub3;, 6H), 3,37 (s, OC &sub3;, 3H), 3,65 (s, OC &sub3;, 6H), 7,45 (d, Ar , 2H), 7,75 (d, Ar , 2H) und 8,25 (s, Ar , 2H).

Herstellung der Verbindung 13

Eine Suspension aus 2,44 g (5 mmol) der Verbindung in 8 ml (110 mmol) gereinigtem Thionylchlorid wurde 2 h bei 25ºC unter Argon gerührt (die Verbindung 12 löste sich nach etwa 30 min). Trockenes Benzol (30 ml) wurde zugesetzt und die Lösung bei 40ºC/ 30 = Hg verdampft, um das überschüssige Thionylchlorid zu entfernen. Dieses Verfahren wurde dreimal wiederholt. Das Rohprodukt wurde bei 25ºC/0,01 mm Hg getrocknet, und man erhielt 2,6 g (etwa 100%) der Verbindung in Form eines gelben Schaums, der ohne weitere Reinigung verwendet wurde. Das ¹H-NMR-Spektrum (200 MHz, CDCl&sub3;) wies Absorptionen auf bei δ 2,44 (s, ArC &sub3;, 6H), 3,33 (s, OC &sub3;, 3H), 3,66 (s, OC &sub3;, 6H), 7,44 (d, Ar , 2H), 8,00 (d, ArH, 2H) und 8,32 (s, ArH, 2H).

Herstellung der Verbindung 15

Die Verbindung (2,6 g, 5 mmol) wurde in 150 ml wasserfreiem Benzol gelöst und in 50-ml-Anteilen in eine gasdichte 50-ml-Spritze überführt. Analog wurden 1,3 g (5 mmol) der Verbindung (erhältlich von Merck Chemicals) zusammen mit 1,5 g (15 mmol) Triethylamin in 150 ml wasserfreiem Benzol gelöst und in eine gasdichte 50-ml-Spritze überführt. Diese Lösungen wurden über eine Spritzenpumpe in einen ofengetrockneten 2-l-Morton- Kolben, der 1200 ml wasserfreies Benzol enthielt, während 2 h unter heftigem mechanischen Rühren und unter Argonatmosphäre bei 12ºC überführt. Nach 8 stündigem Rühren bei 12ºC wurde die Suspension auf 25ºC erhitzt, zur Entfernung von Triethylaminhydrochlorid filtriert und eingedampft. Der Rückstand wurde in 40 ml CH&sub2;Cl&sub2; gelöst. Elution einer Silicagel-Säule mit Aceton/Dichlormethan-Gemischen (10 bis 30% Aceton) ergab 2,1 g (60%) der Verbindung 15 in Form eines weißen Feststoffes, der oberhalb 320ºC dunkel wird und bei etwa 345ºC unter Zersetzung schmilzt. Das Massenspektrum (70 eV) zeigte ein Molekularion bei m/e 707. Das ¹H-NMR-Spektrum (200 MHz, CDCl&sub3;) wies Absorptionen auf bei δ 2,37 (s, ArC &sub3;, 6H), 2,85 (s, OC &sub3;, 3H), 3,41 (s, OC &sub3;, 6H), 3,05-3,88 (m, NC &sub2;, OC &sub2;, 22H), 4,30 (d, NC &sub2;, 2H), 7,17-7,23 (m, ArH, 4H) und 8,35 (s, Ar , 2H).

Herstellung der Verbindung 16

Eine Suspension aus 560 mg (0,79 mmol) der Verbindung und 1 g 10%iges Palladium auf Aktivkohle in 200 ml Dimethylformamid wurde in einer Parr-Schüttelapparatur 2 h lang bei 3 atm H&sub2; hydriert. Der Katalysator wurde durch Filtrieren entfernt und das Filtrat mit 500 ml CHCl&sub3; und 1,2 l Wasser verdünnt, und die Phasen wurden getrennt. Die organische Phase wurde mit frischem Wasser (3·1,2 l) extrahiert, getrocknet (K&sub2;CO&sub3;) und verdampft, wobei man 520 mg (97%) der Verbindung in Form eines farblosen Schaums erhielt. Das ¹H-NMR-Spektrum (200 MHz, CDCl&sub3;) wies Absorptionen auf bei δ 2,32 (s, ArC &sub3;, 6H), 2,66 (s, OC &sub3;, 3H), 3,41 (s, OC &sub3;, 6H), 3,06- 3,96 (m, NC &sub2;, OC &sub2;, 22H), 4,28 (d, NC &sub2;, 2H), 6,80 (s, Ar , 2H), 7,08 (s, Ar , 2H) und 7,13 (s, Ar , 2H).

Herstellung der Verbindung 17

Eine Lösung aus 490 mg (0,72 mmol) der Verbindung in 100 ml Tetrahydrofuran wurde unter Argon auf Rückflußtemperatur erhitzt und mit 2,0 ml (20 mmol) Boran-Methylsulfid versetzt. Das Methylsulfid- Tetrahydrofuran wurde langsam während 70 min aus dem Gemisch abdestilliert. Die zurückbleibende Lösung (30 ml) wurde auf 5ºC gekühlt, zur Zersetzung überschüssigen Borans vorsichtig mit 5 N wäßriger Kochsalzlösung versetzt, wonach Tetrahydrofuran (30 ml) und 5 N wäßrige Kochsalzlösung (50 ml) zugesetzt wurden. Das Gemisch wurde 10 Tage bei 25ºC gerührt, das Tetrahydrofuran abgedampft und der Rückstand mit CH&sub2;Cl&sub2; (2·50 ml) extrahiert. Die organischen Extrakte wurden durch Phasentrennpapier filtriert, auf 5 ml eingeengt und mit 150 ml CH&sub3;OH verdünnt. Nach Zusatz von 0,4 g (4,8 mmol) NaHCO&sub3; und 0,2 g (0,81 mmol) Pichrylchlorid zu der CH&sub3;OH- Lösung und 25 minütigem Rühren bei 25ºC wurde das Gemisch mit CH&sub2;Cl&sub2; (40 ml) und 100 ml 1 N wäßriger Kochsalzlösung verdünnt. Die Phasen wurden voneinander getrennt, und die organische Phase (keine Trocknung) wurde an einer Säule aus Silicagel (100 g) in einem Gemisch aus 2% CH&sub3;OH und 98% CH&sub2;Cl&sub2; chromatographiert. Elution der Säule mit CH&sub3;OH/ CH&sub2;Cl&sub2;-Gemischen (2 bis 5% CH&sub3;OH) ergab 40 mg (6%) des -KCl-Komplexes. Das NMR-Spektrum (200 MHz, CDCl&sub3;) wies Absorptionen auf bei δ 2,36 (s, Ar &sub3; , 6H), 2,84 (s, O &sub3;, 3H), 3,48 (s, O &sub3;, 6H), 2,18-4,10 (m, N &sub2;, 24H), 2,67 (d, Ar &sub2;N, 2H), 4,20 (d, Ar &sub2;N, 2H), 7,03 (d, Ar , 2H), 7,12 (d, Ar , 2H), 7,17 (s, Ar , 2H) und 9,09 (s, ArH, 2H).
Weitere Elution der Säule mit CH&sub3;OH/CH&sub2;Cl&sub2;-Gemischen (10 bis 20% CH&sub3;OH) ergab 250 mg (38%) des -NaCl-Komplexes in Form eines orangefarbenen Schaums. Ein Fab-Massenspektrum (m-Nitrobenzylalkohol-Dispersion) ergab einen Basispeak bei m/e 883 (M + 23) entsprechend dem M + Na-Ion, und einem Ion niedrigerer Intensität bei 899 (M + 39, 25% Intensität von 883), entsprechend dem M + K-Ion. Das ¹H-NMR-Spektrum von NaCl (200 MHz, CD&sub2;Cl&sub2;) wies Absorptionen auf bei δ 2,33 (s, ArC &sub3;, 6H), 2,12-4,00 (m, NC &sub2;, OC &sub2;, 24H), 2,95 (d, ArC &sub2;N,2H), 4,06 (d, ArC &sub2;N,2H), 4,06 (d, ArC &sub2;N, 2H), 7,02-7,13 (m, Ar , 6H) und 8,85 (s, Ar , 2H).

10.2 Bevorzugtes wäßriges System für die Kaliumbestimmung

Ein Versuch wurde durchgeführt, um die Leistungsfähigkeit der Erfindung bei der Analyse von Kaliumionen in einem wäßrigen System in einer derzeit bevorzugten Ausführungsform zu bewerten.
Demgemäß wurde eine Reagenzlösung gemäß der Erfindung hergestellt, indem man 15 mg der Verbindung gemäß Fig. 5 in Form ihres Natriumsalzes in 1,65 ml Diethylenglycolmonoethylether löste. Diese Lösung wurde mit 48 ml 0,1M HEPES- Puffer&sup5; (pH = 7,3) und anschließend mit 0,17 ml Br&ijlig;-35&sup6;- Lösung (30% Gewicht/Volumen) in destilliertem Wasser versetzt, und das Gemisch wurde gründlich gerührt.
Ein automatisiertes Spektrofotometrisches Instrument, das als RA-1000®-System von Technicon Instruments Corporation bekannt ist, wurde zur Bestimmung der Proben verwendet. Die folgenden Instrumentenparameter wurden angewandt:
&sup5;HEPES-Puffer wird hergestellt, indem man 2,38 g (N-2-Hydroxyethylpiperazin-N-2-ethan-sulfonsäure zu 90 ml destilliertem Wasser zusetzt, das Ganze mit hinreichend viel 1M- tetramethylammoniumhydroxid versetzt, um den pH-Wert auf 7,3 zu bringen und anschließend destilliertes Wasser zusetzt, um das Volumen auf 100 ml aufzufüllen.
&sup6;Br&ijlig;-35 ist Polyethoxylaurylether
Probenvolumen 5,5 ul
Reagenzvolumen 385,0 ul
Optisches Filter 500 nm
Temperatur 37ºC
Verzögerung 5 min
Bestimmungstyp Endpunkt
Eichfaktor 1,0
Die spektrofotometrischen Daten, die nach diesem Verfahren erhalten worden sind, sind in Fig. 2 dargestellt, wobei die Kaliumkonzentration gegen die Änderung der Lichtabsorption (Δ Absorption) bei 500 nm aufgetragen ist. Es ist ersichtlich, daß eine lineare Dosis/Reaktion-Kurve erhalten wird, die eine Steigung hat, die für eine leichte Unterscheidbarkeit zwischen den Absorptionswerten förderlich ist.

Ergebnisse

Das bevorzugte wäßrige System gemäß der Erfindung ergab eine lineare Dosis/Reaktion-Kurve mit einer Steigung, die eine leichte Punktdifferenzierung unter Verwendung fotometrischer Methoden (Δ Absorption bei 500 nm) ermöglichte.

10.3 Verwendung eines bevorzugten wäßrigen Systems zur Kaliumbestimmung in Serum

Ein Versuch wurde durchgeführt, um die Erfindung mit einer bekannten Methode zur Messung von Kalium in Serum zu vergleichen.
Eine Reihe willkürlicher Serumproben, die einen weiten Bereich von Kaliumkonzentrationen umfaßten, wurde erhalten. Diese wurden mit einem RA-1000®-System wie in 10.2 oben und außerdem durch die RA-1000®-Methode mit ionenselektiven Elektroden analysiert. Die Instrumentenparameter waren die gleichen, wie in Abschnitt 10.2 für die Lichtabsorptionsmethode angegeben.

Ergebnisse

Die Vergleichsdaten sind in Fig. 3 dargestellt und zeigen eine ausgezeichnete Korrelation-zwischen der Methode gemäß der Erfindung und der Standardmethode mit ionenselektiven Elektroden für Kaliumkonzentrationen im Bereich von 1-10 mM.

10.4 Einfluß des pH-Wertes auf die Kaliuin/Natrium-Selektivität in einem Flüssig/Flüssig-Verteilungssystem

Ein Versuch wurde durchgeführt, um die Selektivität einer Verbindung gemäß der Erfindung für das Kaliumion in Gegenwart von Natriumionen zu untersuchen, wobei der pH-Wert der wäßrigen Phase innerhalb eines Extraktionssystems, das ein unmischbares organisches Lösungsmittel enthielt, variiert wurde.
Zwei Reihen von sechs Testproben wurden hergestellt, wobei die Proben der einen Reihe Kaliumchlorid, die der anderen Natriumchlorid enthielten. Stammpufferlösungen wurden hergestellt bei einem pH von 5,0, 6,0, 7,0, 8,0, 9,0 und 10,0. Eine aliquote Menge von 2,5 ml jeder Lösung wurde mit 0,1 ml 0,1 M Kaliumchlorid versetzt, wobei die erste Reihe von Proben gebildet wurde. Das Verfahren wurde mit der Abweichung wiederholt, daß anstelle von Kaliumchlorid 0,1 ml 0,1 M Natriumchlorid verwendet wurde, um die zweite Probenreihe herzustellen. Jede Probe wurde danach mit 2 ml 7·10&supmin;&sup5; molarer Verbindung gemäß Fig. 5 in Methylenchlorid versetzt. Jede Probe wurde danach gründlich 1 bis 2 min auf einem Vortex-Mischer geschüttelt. Die Proben wurden kurz stehengelassen, um die Phasentrennung zu ermöglichen, und die Absorption der CH&sub2;Cl&sub2;-Phase wurde dann bei 300 bis 700 nm mit einem Beckman DU-8-Spektrofotometer gemessen. Eine Leerprobe wurde zur Kontrolle mitgemessen. Die Leerprobe wurde hergestellt, wie oben beschrieben mit der Abweichung, daß anstelle von KCl- oder NaCl-Lösung entionisiertes Wasser verwendet wurde.

Ergebnisse

Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 in Form der Veränderung der Lichtabsorption gegenüber den Vergleichsdaten bei 450 nm (Δ A) dargestellt. Die Daten zeigen, daß bei pH-Werten im Bereich von 7,0 bis 10,0 eine signifikante Reaktion auf sowohl Natrium- als auch Kaliumionen erfolgte, was eine geringe Unterscheidbarkeit zwischen Kalium- und Natriumionen anzeigt, während bei pH-Werten unter 7,0 Selektivitätsverhältnisse von 17,1 bis 5,4 erzielt wurden. Dieser Anstieg in der Ionenselektivität mit der Erniedrigung des pH-Wertes war unerwartet. Tabelle 1 Auswirkung des pH-Wertes auf die Natrium- und Kaliumreaktion unter Anwendung von Extraktion in CH&sub2;Cl&sub2; (Δ A bei 450 nm)

10.5 Auswirkung des pH-Wertes und eines mit Wasser-mischbaren organischen Lösungsmittels auf die Kalium/Natrium- Selektivität in einem wäßrigen System

Ein Versuch wurde durchgeführt, um die Auswirkungen von (a) pH-Wert und (b) der Konzentration eines mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittels auf ein bevorzugtes wäßriges System gemäß der Erfindung darzustellen. Dementsprechend wurden Lösungen von KCl und NaCl in Wasser bei unterschiedlichen pH-Werten unter Verwendung von Standardpuffern und mit unterschiedlichen Mengen an zugesetztem Dioxan hergestellt.
Wäßrige 0,1 M Pufferlösungen wurden hergestellt, wobei sich Lösungen mit einem pH-Wert von 6,0, 6,6, 7,0, 8,0 und 9,0 ergaben. Jede dieser Lösungen wurde mit einer Menge der Verbindung gemäß Fig. 5 in Dioxan versetzt, um eine Endkonzentration von 0,1 mM der Verbindung gemäß Fig. 5 zu erzielen. Das Volumen an Dioxan wurde variiert, um Konzentrationen von 1%, 25% und 50% (Volumen) an Dioxan zu erreichen. Auf diese Weise wurden drei Reihen von Reagenzlösungen hergestellt, die sämtlich 0,1 mM an der Verbindung gemäß Fig. 5 waren. Jede Reihe umfaßte fünf pH-Werte, jedoch unterschied sich jede Reihe von der anderen im Dioxanprozentgehalt.
2 ml jeder Probe des Reagenzes wurde mit 0,1 ml 1,0 M NaCl oder KCl in Wasser in einer optischen Küvette versetzt. Nach dem Vermischen wurde die Lichtabsorption mit einem Beckman DU-8-Spektrofotometer bei 300 bis 700 nm gemessen. Die Daten sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Tabelle 2 Auswirkung des pH-Wertes und der Dioxankonzentration auf die Natrium- und Kalium-Reaktionen (ΔA bei 450 nm) auf die Verbindung gemäß Fig. 5 in wäßrigem Medium Dioxan

Ergebnisse

In einer Reihe der Daten, nämlich derjenigen, bei der Lösungen vom pH-Wert 7 (0,1 M HEPES-Puffer) mit 1% Dioxangehalt angewandt wurden, wurde keine Reaktion auf Natrium beobachtet, während eine beträchtliche Reaktion auf Kalium erfolgte. Dementsprechend weist die vorliegende Erfindung ein enorm hohes Selektivitätsverhältnis für Kalium gegenüber Natrium bei neutral ein pH-Wert mit einem vernachlässigbaren Gehalt an organischem Lösungsmittel auf (siehe Fig. 3). Eine derartige unerwartete Selektivität bei chromogenen Ionophoren war bisher nicht beschrieben.
Die Gesamtdaten in Tabelle 2 zeigen, daß mit Zunahme des Lösungsmittelanteiles des Reagenzes sowohl Selektivität als auch Empfindlichkeit für Kalium gegenüber Natrium abnahmen. Diese Erscheinung widerspricht den Ergebnissen, die in zuvor veröffentlichten Arbeiten beschrieben sind, wo andere Ionophore, beispielsweise Kronenether und Cryptanden eine erhöhte Empfindlichkeit und Selektivität mit steigenden Anteilen an organischen Reagenzien aufwiesen. Die vorliegende Erfindung zeigt die gegenteilige Erscheinung.
Außerdem erscheinen Empfindlichkeit und Spezifität umgekehrt proportional zum pH-Wert zu sein, während die oben erwähnten älteren Ergebnisse mit anderen Ionophoren im allgemeinen die gegenteilige Tendenz erkennen ließen.

10. 6 Modelltestgerät

Ein Versuch wurde durchgeführt, um ein Testgerät gemäß der Erfindung herzustellen, das in der Lage ist, die Anwesenheit von Kalium zu erfassen, wobei eine Trägermatrix von Polyethylen hoher Dichte (HDPE) mit der Verbindung gemäß Fig. 5 zusammengebracht wurde.
Poröse Scheiben mit einem Durchmesser von 1/2 Zoll, einer Dicke von 1/32 Zoll und einer Porengröße von 35 um wurden von Porex Technologies, Inc. Fairburn, GA erhalten. Diese wurden vorbehandelt, indem man sie mit einer 1%igen (Gewicht/Volumen) Lösung des nichtionischen oberflächenaktiven Mittels Surfynol 104 (Air Products, Inc.) in Chloroform sättigte und trocknete. Die Scheiben wurden dann jeweils mit 30 ul einer Reagenzlösung behandelt. Die Stammreagenzlösung bestand aus einem Gemisch aus 0,9 ml destilliertem Wasser, 0,1 ml Diethylenglycolmonoethylether, 5 mg der Verbindung gemäß Fig. 5 und 40 mg Polyvinylpyrrolidon. Die Behandlung bestand aus der Abscheidung einer aliquoten Menge von 30 ul der Stammreagenzlösung auf einer Seite jeder Scheibe, wobei die Lösung durch die gesamte Scheibe hindurchdrang, und darin daß man die Scheiben bei Raumtemperatur 5 h lang trocknen ließ und anschließend in einem Exsikkator, der mit wasserfreiem Calciumsulfat beschickt war, 2 h aufbewahrte.
Die Scheiben wurden durch Aufbringen von 25 ul analytischer Proben von 0,2 M MES-Puffer&sup7; bei pH 6, die Konzentrationen an Kalium von 1,0 mM, 2,0 mM, 3,0 mM, 5,0 mM bzw. 7,5 mM aufwiesen.
Nach zweiminütiger Inkubation mit der analytischen Probe wurden die Scheiben hinsichtlich ihrer Reflexionsdaten bei
&sup7;2-(N-morpholino)-ethan-sulfonsäure
580 nm unter Verwendung eines Infra-Alyzer® (Technicon Instruments Corporation), der zur Verwendung im sichtbaren Anteil des elektromagnetischen Spektrums modifiziert worden war, beobachtet.

Ergebnisse

Die Reflexionsmessungen R wurden in K/S-Werte umgewandelt, wobei man die bekannte Gleichung von Kubelka und Munk
K/S = (1-R)²/2R
anwandte. Die K/S-Werte sind in Fig. 4 gegen die Kaliumkonzentration aufgetragen. Die Kurve zeigt, daß das Testgerät eine ideale Empfindlichkeit für Kalium im klinischen Bereich aufweist.

10.7 Testgerät für die Erfassung von Kalium in Serum

Ein poröses Substrat auf Polyethylen hoher Dichte mit einer Porengröße von 35 um und einer Dicke von 1/32 Zoll wurde zu Scheiben von 1/2 Zoll Durchmesser gestanzt. Diese Scheiben wurden durch Behandeln mit 1% Surfynol 104 (Air Products and Chemicals, Wayne, Pennsylvania) in Chloroform und Trocknen hydrophil gemacht. Ein aliquoter Reagenzanteil von 30 ul der 0,4M Imidazol/Phosphorsäure-Puffer vom pH 5,8, 6% Polyvinylpyrrolidon (MG 40000), 0,02% Br&ijlig;-35 (ICI Americas Inc., Wilmington, Delaware) und 10% 2-ethoxyethoxyethanol enthielt und 9 millimolar an der Verbindung gemäß Fig. 5 war, wurde auf jede poröse Scheibe aus Polyethylen hoher Dichte aufgebracht. Diese mit Reagenz imprägnierten Scheiben wurden bei Umgebungsbedingungen 4 h lang trocknen gelassen, bevor sie für die Kaliummessung verwendet wurden.
Um die Reaktion dieser trockenen Testgeräte auf unterschiedliche Konzentrationen an Kaliumionen in Serumproben zu untersuchen, wurden 30 ul Serumtestprobe auf jede Scheibe aufgebracht und bei Raumtemperatur 5 min lang bebrütet. Die Farbänderungen wurden auf einem Reflektometer bei 580 nm aufgezeichnet. Die Änderung in der prozentualen Reflexion (%R) zeigt eine kolorimetrische Reaktion an. Das Ergebnis ist in Tabelle 3 zusammengefaßt.
Um die Genauigkeit der Bestimmung von Kaliumionen in menschlichen Serumproben zu bewerten, wurden dieselben Proben, die von einem Krankenhaus erhalten worden waren, unter Verwendung eines Flammenfotometers auf Kalium analysiert und die erhaltenen Werte mit den Kaliumwerten, die unter Verwendung des Trockentestgerätes erhalten wurden verglichen. Die Korrelationsdaten zwischen den beiden Verfahren sind wie folgt: Steigung 0,995; Abschnitt 0,063; Korrelationskoeffizient r, 0,991. Tabelle 3 Reaktion der Verbindung gemäß Fig. 5 auf Kaliumionen in Serum auf Trockentestgeräten. Reaktion

10.8 Bevorzugtes wäßriges System für die Natrium(Geschwindigkeits)-Messung

Ein Versuch wurde durchgeführt, um die Leistungsfähigkeit eines Beispiels der Erfindung bei der Analyse von Natriumionen in einem im wesentlichen wäßrigen Reaktionssystem zu bestimmen.
Demgemäß wurde eine Reagenzlösung hergestellt, indem man 18 mg der Verbindung gemäß Fig. 6 in Form ihres Lithiumbromid-Komplexes in 1 ,65 ml Diethylenglycolmonoethylether löste. Diese Lösung wurde mit 48 ml 0,2M HEPES-Puffer vom pH 7,3 und anschließend mit 0,13 ml TRITON X-100 versetzt und das Gemisch gründlich gerührt.
Zur Bestimmung der Proben durch Unterscheidung der Änderung der Absorption der einzelnen Proben- und Reagenz- Gemische während 9 min wurde das RA-1000®-System von Technicon Instruments angewandt, wobei die folgenden Instrumentenparameter gegeben waren:
Probenvolumen 4, 0 ul
Reagenzvolumen 395 ul
Optisches Filter 500 nm
Temperatur 37ºC
Verzögerung 15 s
Inkubation 9 min
Eichfaktor 1,0
Druckerformat 3
Assaytyp Geschwindigkeit
Die durch dieses Verfahren erhaltenen spektrofotometrischen Daten mit wäßriger Natriumchloridlösung als Eichsubstanz sind über den klinisch bedeutsamen Bereich von 80 bis 200 mM Natrium in menschlichem Serum linear. Spezifische Werte für die Eichkurve sind: Steigung 0,0023, Δ Absorptionseinheiten je mM Natriumkonzentration, Abschnitt -0,025; Korrelationskoeffizient r 0,9996.
Um die Genauigkeit der Bestimmung der Natriumionen in menschlichem Serum zu bewerten, wurden Proben aus einem Krankenhaus auf Natrium unter Verwendung des RA-1000®-Gerätes mit ionenselektiven Elektroden analysiert und mit den Werten verglichen, die unter Anwendung der spektrofotometrischen Methode erhalten worden waren. Die Korrelationsdaten zwischen den beiden Methoden sind wie folgt: Steigung 1,059; Abschnitt -8,82; Korrelationskoeffizient r 0,9852.

10.9 Bevorzugtes wäßriges System für die Natrium (Endpunkt)-Messung

Die Leistungsfähigkeit eines weiteren Beispieles der Erfindung wurde für die Bestimmung von Natrium in Serumproben unter Verwendung eines im wesentlichen wäßrigen Reaktionssystems bestimmt. Dementsprechend wurden 33 mg der Verbindung gemäß Fig. 7 in Form ihres Lithiumbromid-Komplexes in 1,65 ml Diethylenglycolmonoethylether gelöst. Diese Lösung wurde mit 48 ml 0,2M HEPES-Puffer vom pH 8,1 und anschließend mit 0,085 ml Br&ijlig;-35 30% (Gewicht/Volumen) versetzt und das Gemisch gründlich gerührt.
Zur Bestimmung der Proben durch Unterscheidung der Veränderung der Absorption des Reaktionsgemisches nach Zugabe der Probe wurde das RA-1000®-System von Technicon Instruments verwendet. Die folgenden Parameter wurden bei dem Instrument verwendet:
Probenvolumen 2 ul
Reagenzvolumen 400 uml
Optisches Filter 550 nm
Temperatur 37ºC
Verzögerung 9 min
Eichfaktor 1,0
Druckerformat 3
Assaytyp Endpunkt
Die aus diesem Verfahren erhaltenen spektrofotometrischen Daten wiesen eine lineare Beziehung zwischen der Veränderung der Absorption des Reaktionsgemisches und dem Logarithmus der Natriumionen-Konzentration in der Probe über den klinisch bedeutsamen Wert von 80 bis 200 mM auf, wobei eine Empfindlichkeit von etwa 0,002 Absorptionseinheiten je mM Änderung der Natriumkonzentration festgestellt wurde.
Ein Vergleich der Serumproben, die durch diese spektrofotometrische Methode bestimmt wurden mit Ergebnissen der Methode, bei der mit der RA-1000® ionenselektiven Elektrode gemessen wurde, wurde ebenfalls durchgeführt. Die Korrelationsdaten zwischen den beiden Methoden sind wie folgt: Steigung 0,963; Abschnitt 6,22; Korrelationskoeffizient r 0,9946.

10.10 Testgerät zur Bestimmung von Natriumionen

Ein poröses Substrat aus Polyethylen hoher Dichte mit einer Porengröße von 35 um und einer Dicke von 1/32 Zoll wurde zu Scheiben mit einem Durchmesser von 1/2 Zoll gestanzt. Diese Scheiben wurden durch Behandeln mit 1% (Gewicht/Volumen) Surfynol 104 (Air Products and Chemicals, Wayne, Pennsylvania) in Chloroform hydrophil gemacht und getrocknet. Ein aliquoter Teil von 30 Mikroliter Reagenz, das 0,2M Imidazol-Phosphorsäure-Puffer vom pH 7,5, 0,2% (Gew./Vol.) Triton X-100 (Rohm and Haas Co., Philadelphia, Pennsylvania), 10% (Gew./Vol.) 2-ethoxyethoxyethanol und 7% (Gew./Vol.) Polyvinylpyrrolidon (MG 40000) enthielt und 3 Millimolar hinsichtlich der Verbindung gemäß Fig. 6 war, wurde auf jede poröse Scheibe aus Polyethylen hoher Dichte aufgebracht. Diese mit Reagenz imprägnierten Scheiben wurden bei Umgebungsbedingungen 4 h lang trocknen gelassen, bevor sie zur Natrium-Messung verwendet wurden.
Um die Reaktion dieser Trockentestgeräte auf unterschiedliche Konzentrationen an Natriumionen in wäßrigem Medium zu untersuchen, wurden auf jede Scheibe 30 Mikroliter wäßrige Testlösung aufgebracht und 6 min lang bei 37ºC inkubiert. Die Farbänderungen wurden auf einem Reflektometer bei 560 nm aufgezeichnet. Die Änderung der prozentualen Reflexion (%R) zeigt eine kolorimetrische Reaktion an. Das Ergebnis ist in Tabelle 4 zusammengefaßt. Die Daten zeigen klar, daß die Verbindung gemäß Fig. 6 dazu verwendet werden kann, um Natriumionen mit einem Trockentestgerät zu erfassen. Tabelle 4 Reaktion der Verbindung gemäß Fig. 6 auf Natriumionen in wäßrigem Medium auf Trockentestgeräten Reaktion

Claims

1. Chromogener Cryptahemispherand der Struktur (I)

worin jeder Rest R unabhängig Wasserstoff oder eine unsubstituierte oder mit Methyl substituierte Alkyl- oder Alkylidengruppe von bis zu 4 Kohlenstoffatomen oder eine Vinylgruppe oder eine mit einer Alkylgruppe von bis zu 4 Kohlenstoffatomen substituierte Vinylgruppe oder eine Allyl- oder Pyridyl-, Phenyl- oder Benzylgruppe bedeutet; jeder Rest R' unabhängig eine unsubstituierte oder mit Methyl substituierte Alkyl- oder Alkylidengruppe von bis zu 4 Kohlenstoffatomen oder eine Vinylgruppe oder eine mit einer Alkylgruppe von bis zu 4 Kohlenstoffatomen substituierte Vinylgruppe oder eine Allyl- oder Pyridyl-, Phenyl- oder Benzylgruppe bedeutet; jeder Rest R'' unabhängig Wasserstoff oder eine unsubstituierte oder mit Methyl substituierte Alkyl- oder Alkylidengruppe von bis zu 4 Kohlenstoffatomen oder eine Vinylgruppe oder eine mit einer Alkylgruppe von bis zu 4 Kohlenstoffatomen substituierte Vinylgruppe oder eine Allyl- oder Pyridyl-, Phenyl- oder Benzylgruppe bedeutet;

a,b,m und n jeweils unabhängig 1 bis 3 bedeuten;

x 1 bis 4 ist;

y 1 bis 4 ist und

Q ein chromogener Rest der Formel II ist,

worin R die oben angegebene Bedeutung besitzt und G aus

ausgewählt ist.

2. Cryptahemispherand gemäß Anspruch 1, worin in Formel II R gleich R' ist und G die Bedeutungen 2,4,6-Trinitranilino; 2, 6-Dinitro-4-trifluor-methylanilino; 2,4-Dinitro-6-trifluormethylanilino; 4-Nitranilino oder 2,4,-Dinitrophenylazo besitzt.

3. Cryptahemispherand gemäß Anspruch 1, worin G die Bedeutung 4-Nitrophenylazo; 4-Nitrostyryl oder 4-Benzochinomonoimino besitzt.

4. Zusammensetzung zum Nachweisen der Anwesenheit eines Ions in Lösung, wobei die Zusammensetzung einen Cryptahemispheranden gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 und einen Puffer aufweist, um einen pH-Wert im Bereich von 5 bis 9 zu liefern.

5. Testgerät zum Nachweis der Anwesenheit eines Ions in wäßriger Lösung, wobei das Gerät eine Trägermatrix aufweist, in die ein Cryptahemispherand gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 und ein Puffer eingearbeitet ist, der in der Lage ist, einen pH- Wert im Bereich von 5 bis 9 zu liefern.

6. Verfahren zum Nachweisen der Anwesenheit eines Ions in einer wäßrigen Testprobe, wobei das Verfahren die Stufen des Inkontaktbringens der Probe mit einem Cryptahemispheranden gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 oder mit einer Zusammensetzung gemäß Anspruch 4 oder mit einem Gerät gemäß Anspruch 5 und das Beobachten einer erfaßbaren Reaktion umfaßt.

7. Verfahren zur Herstellung eines chromogenen Cryptahemispheranden (I) der Struktur

worin R, R', R'', x und y die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung besitzen und jeder der Reste Y unabhängig eine Elektronen anziehende Gruppe CN, NO&sub2;, CF&sub3; oder COOR aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfaßt:

(a) Kuppeln einer Verbindung (II) der Formel

mit einer Verbindung (III) der Formel

worin Z Halogen bedeutet, unter Ausbildung einer Verbindung (IV) der Formel

(b) Nitrieren der Verbindung (IV) zu einer Verbindung (V) der Formel

(c) Behandeln der Verbindung (V) zur Bildung einer Verbindung (VI) der Formel

(d) Kuppeln der Verbindung (VI) mit einer Verbindung (VII) der Formel

zu einer Verbindung (VIII) der Formel

(e) Behandeln der Verbindung (VIII) unter reduzierenden Bedingungen zur Bildung einer Verbindung (IX) der Struktur

(f) Reduzieren der Verbindung (IX) zur Verbindung (X)

und (g) Kuppeln der Verbindung (X) mit einem aktivierten Arylchlorid zur Verbindung (I).

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Verbindung (II) in einer Synthesefolge hergestellt wird, die folgende Schritte umfaßt:

(a) Halogenieren von Phenol zu 2,6-dihalogenphenol;

(b) Alkylieren oder Arylieren des Dihalogenphenols zu einem Ether der Struktur

(c) Durchführung einer Lithiierung/Borierung des Ethers zu der Verbindung (II).

9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Verbindung (III) in einer Synthesefolge hergestellt wird, bei der man

(a) ein p-(R-substituiertes) Phenol zu

halogeniert,

(b) Die Verbindung (A) zu der Verbindung

alkyliert oder aryliert und (c) eines der Halogenatome der Verbindung (B) durch -CO&sub2;R unter Erhalt der Verbindung (III) ersetzt.

10. Verfahren gemäß Anspruch 7, 8 oder 9, wobei das Kuppeln der Verbindungen (II) und (III) in Gegenwart von Tetrakis (triphenylphosphin)-palladium zu Verbindung (IV) durchgeführt wird.