JP2000119291A

JP2000119291A - アルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体、製造方法および用途

Info

Publication number: JP2000119291A
Application number: JP10291711A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Kimura; 恵一木村; Satoshi Yamada; 智山田; Akio Hayashi; 昭男林
Original assignee: NOF Corp
Current assignee: NOF Corp
Priority date: 1998-10-14
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2000-04-25

Abstract

(57)【要約】【課題】新規なアルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体、製
造方法および用途を提供する。該アルコキシシリル化ホ
ウ酸塩誘導体は感応膜と反応させて、耐久性に優れた生
体内に長期留置可能なイオン活量測定用ゾル−ゲル感応
膜に適する。【解決手段】下記の一般式（Ｉ）【化１】（式中、Ｒ¹は炭素数１〜６のアルキル基、ｘ、ｙは、
１≦ｘ≦３、１≦ｙ≦３でかつｘ＋ｙ＝４を満足する整
数である。Ｒ²は芳香族基、置換芳香族基、Ｍ⁺は金属イ
オンを示す。またｎは１〜６の整数を示す。）で表され
るアルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルコキシシリル
化ホウ酸塩誘導体、製造方法およびその用途に関する。
更に詳しくは、アルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体およ
び該アルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体の製造方法、さ
らに該アルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体を用いてなる
イオン活量測定用ゾル−ゲル感応膜に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、いろいろな分野において、センサ
ーによる化学物質の計測や検出が行われている。その中
のひとつとして、生体中のイオン活量は、いろいろな疾
病において変動することから、患者の血液（血清あるい
は血漿等を含む）や尿などを検体として用い、選択的に
イオン活量を測定することは非常に重要である。従来、
選択性高くイオン活量を測定する方法としては、分光法
・炎光法・比色法・原子吸光法などの測定方法が用いら
れてきた。しかし、前記の方法は、大型の機器を必要と
するのみならず、簡便性および迅速性に優れた測定方法
ではないため、臨床の現場からは、選択的にイオン活量
を測定するための簡便、かつ、迅速な手段が求められて
きた。このような問題を解決するため、生体中のイオン
活量を選択的に測定することはもとより、簡便、かつ、
迅速に測定する手段として、イオンセンサー、例えば、
イオン電極を用いる方法あるいはイオン電界効果型トラ
ンジスタを用いる方法が提案されている。ここで、イオ
ン電極とは、溶液中の特定イオン活量を膜電極が示す膜
電位で測定できるようにした電極であり、簡便、かつ、
迅速に選択的にイオン活量を測定することが可能で、例
えば、ｐＨ測定用のガラス電極等に代表されるものであ
る。また、イオン電界効果型トランジスタは、電界効果
型トランジスタのゲート部の金属の変わりに、イオン感
応膜を付着させたものであり、溶液中のイオン活量をト
ランジスタ中を流れる電流値の変化として測定すること
が可能なものである。

【０００３】ところで、イオンセンサーは、その選択
性、簡便性および迅速性において優れた方法であり、イ
オノフォア（ニュートラルキャリヤーともいわれる）を
含有する感応膜を使用することにより、測定対象となる
イオンへの選択性を向上させることが知られている（特
開昭６１−５０９７２号公報、特開昭５９−５１８０号
公報、特開昭６０−２０２８７５号公報および特開昭６
２−７７３７４号公報など）。これらの技術では、イオ
ノフォアとアニオン排除剤を保持するための支持体とし
て、ポリ塩化ビニル、シリコンゴム、ポリメタクリル酸
メチル、ポリ酢酸ビニル、パラフィンあるいはコロジオ
ンなどが用いられている。これらの重合体はイオノフォ
アやアニオン排除剤を保持するためだけであり、イオノ
フォアやアニオン排除剤は支持体と結合してはいない。
また、このようなイオン選択性に優れたイオノフォアを
保持した感応膜を調製するためには、前記の樹脂等に適
度な可塑剤を配合して成形性を向上させることが必要で
あった。従って、これらの感応膜は、可塑剤およびイオ
ノフォアの漏出等の問題があり、生体外（ｉｎｖｉｔ
ｒｏ）あるいはセミディスポーザブルな使用には支障が
ないが、センサーの耐久性が低いばかりでなく、生体内
（ｉｎｖｉｖｏ）で長時間使用する場合、可塑剤ある
いはイオノフォアの生体に対する毒・刺激性等について
は全く不十分なものであった。

【０００４】一方、このようなセンサーを生体内の化学
物質の計測に使用する場合、センサー表面に検体中に含
まれるタンパク質および血液細胞などが吸着することに
よる感応膜の物質透過性の低下が生じるため、生体内で
長時間使用することは不可能であった。このような問題
点について、発明者らは、鋭意検討の結果、ゾル−ゲル
体感応膜を用いて、これらのセンサー表面へのタンパク
質および血液細胞などの吸着がほとんどないことを明ら
かにした（Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，第６９巻（１３），
第２３７９−２３８３頁，１９９７年）。しかし、前記
ゾル−ゲル体をマトリックスとするイオン感応膜は、ゾ
ル−ゲルマトリックス中にイオノフォアを含有すること
よりなるため、前述のようにイオノフォア等が感応膜か
ら漏出する可能性が強く、センサーの耐久性および生体
内のイオンの計測に使用する場合、イオノフォア等の漏
出から、生体への毒・刺激性等の危惧に対する対応は必
ずしも十分ではなかった。さらに、陽イオン活量を有効
に測定するには、親油性陰イオンによる目的となる陽イ
オン測定への影響を制御するためにアニオン排除剤等を
含有させる必要もあった（日本化学会編、実験化学講座
２７、生物有機、第２３８頁、１９９２年）。一般にア
ニオン排除剤としてはホウ酸塩誘導体が用いられる。こ
れらの物質は細胞組織の崩壊剤、皮下注射による局部麻
酔効果、写真乳剤の増感剤、合成樹脂の触媒等としての
機能も有することから前記のようにイオノフォアと同様
に、これらの溶出やその安全性等についても同様に問題
があった。

【０００５】しかしながら、最近では、その臨床学的な
有用性からイオンセンサーによる生体内イオン活量の長
期モニタリングの必要性が高まってきており、生体内で
長期間の測定に耐え得るばかりでなく、生体に対して、
毒・刺激性を与えることのないイオンセンサーの開発が
望まれていた。これまで、感応膜等に有用な官能性基を
有するアルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体は知られてい
ない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、上記の種々の問題を解決するための新規なアルコキ
シシリル化ホウ酸塩誘導体を提供することにある。本発
明の第２の目的は、該アルコキシシリル化ホウ酸塩誘導
体の製造方法を提供することにある。また、本発明の第
３の目的は、新規なアルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体
を用いて結合させてなるイオン活量測定用に有用なゾル
−ゲル感応膜を提供することにある。さらに詳しくは、
耐久性に優れ、すなわち、アニオン排除剤等を漏出する
ことのない新規なアルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体を
提供する。また、併用するイオノフォアとして結合型を
用いることにより可塑剤やイオノフォアが漏出すること
のないゾル−ゲル感応膜を提供することにある。また、
生体に対して無毒・無刺激性であり、かつ、長期にわた
って生体内に留置可能なイオン感応膜に適するアルコキ
シシリル化ホウ酸塩誘導体を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の問
題点を鋭意検討した結果、新規なアルコキシシリル基含
有ホウ酸塩誘導体を見い出し、本発明を完成した。すな
わち、本発明は、次の（１）〜（６）である。

【０００８】（１）下記の一般式（Ｉ）

【０００９】

【化６】

【００１０】（式中、Ｒ¹は炭素数１〜６のアルキル
基、ｘ、ｙは、１≦ｘ≦３、１≦ｙ≦３でかつｘ＋ｙ＝
４を満足する整数である。またＲ²は、芳香族基、置換
芳香族基、Ｍは金属イオンを示す。またｎは１〜６の整
数を示す。）で表されるアルコキシシリル化ホウ酸塩誘
導体。

【００１１】（２）Ｒ¹が、ＣＨ₃−基またはＣ₂Ｈ₅−
基、Ｒ²が

【００１２】

【化７】、

【００１３】

【化８】

【００１４】（ここで、ＸはＣｌ、ＢｒまたはＦを示
す。）あるいは、

【００１５】

【化９】

【００１６】であり、また、Ｍ⁺がＮａ⁺、Ｋ⁺である前
記のアルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体。

【００１７】（３）トリクロロシランと不飽和基を有す
るホウ酸塩誘導体を反応させる前記のアルコキシシリル
化ホウ酸塩誘導体の製造方法。

【００１８】（４）下記の一般式（Ｉ）

【００１９】

【化１０】

【００２０】（式中、Ｒ¹は炭素数１〜６のアルキル
基、１≦ｘ≦３、１≦ｙ≦３でかつｘ＋ｙ＝４を満足す
る整数である。また、Ｒ²は、芳香族基、置換芳香族
基、Ｍは金属イオンを示す。またｎは１〜６の整数を示
す。）で表されるアルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体を
アニオン排除剤として用い、該化合物を反応させてなる
イオン活量測定用ゾル−ゲル感応膜。

【００２１】（５）ゾル−ゲル感応膜のマトリックス成
分が、テトラエトキシシランあるいはジエトキシジメチ
ルシランの少なくとも一方に、前記のアニオン排除剤を
結合させてなるイオン活性測定用ゾル−ゲル感応膜。

【００２２】（６）測定されるイオンが、カリウム、ナ
トリウム、リチウム、アンモニウム、セシウム、ルビジ
ュウム、ストロンチウム、カルシウムあるいはマグネシ
ウムである前記のイオン活性測定用ゾル−ゲル感応膜。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に説明す
る。本発明の新規なアルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体
は、下記の一般式（Ｉ）で表されるアルコキシシリル化
ホウ酸塩誘導体である。

【００２４】

【化１１】

【００２５】ここで、式中、Ｒ¹は炭素数１〜６のアル
キル基、ｘ、ｙは、１≦ｘ≦３、１≦ｙ≦３でかつｘ＋
ｙ＝４を満足する整数である。また、Ｒ²は、芳香族
基、置換芳香族基、Ｍは金属イオンを示す。ｎは１〜２
０の整数を示す。

【００２６】（２）Ｒ¹は、ＣＨ₃−基またはＣ₂Ｈ₅−
基、Ｒ²は、

【００２７】

【化１２】、

【００２８】

【化１３】

【００２９】（ここで、ＸはＣｌ、ＢｒまたはＦを示
す。）または、

【００３０】

【化１４】

【００３１】一般式（Ｉ）の具体的な例としては、次の
構造のものが挙げられる。

【００３２】

【化１５】（ここでｐｈはフェニル基を示す。以下同様。）

【００３３】

【化１６】

【００３４】

【化１７】

【００３５】

【化１８】

【００３６】

【化１９】

【００３７】

【化２０】

【００３８】次に前記一般式（Ｉ）で表される化合物の
製造方法について述べる。前記の一般式（Ｉ）で表され
るアルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体は、ホウ酸塩誘導
体をクロロシランと反応させた後アルコキシシリル化す
ることによって得られる。前記の原料のホウ酸塩誘導体
は、アニオン排除剤として機能するもので、公知の方法
で有機合成により得られる。原料として用いるホウ酸塩
誘導体としては、クロロシランと反応できる官能基を有
していればよい。そのような官能基が無い場合は公知の
方法により適当な官能基を導入すればよい。このような
官能基としては、アルキル基、−ＣＯ−Ｏ−基、−ＣＯ
−ＮＨ−基、−Ｏ−基、−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−基、−ＣＯ−
ＯＮＨ−基、あるいは−ＮＨ−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−ＮＨ−基
等が挙げられる。アルキル基としては、広義に、ＣＨ₂
＝ＣＨ−基、ＣＨ₂＝Ｃ（ＣＨ₃）−基等も含むものとす
る。原料のホウ酸塩誘導体の末端にＣＨ₂＝ＣＨ−基、
ＣＨ₂＝Ｃ（ＣＨ₃）−等で表される官能基を導入すれば
よい（例えば、ＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎＬｅｔｔ．，
第３３巻、第３０３２〜３０３４頁、１９７８年および
Ｂｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．，第５５巻２０
０５〜２００９頁、１９８２年）。

【００３９】原料のホウ酸塩誘導体とクロロシランとを
適当な無水の溶媒中で触媒の存在下、結合させることに
よりクロロシリル化ホウ酸塩誘導体を得て、溶媒を留去
し、このクロロシリル化ホウ酸塩誘導体を無水アルコー
ルと反応させて溶媒を留去することにより得ることがで
きる。クロロシランとしては、トリクロロシラン、ジク
ロロシラン、モノクロロシランが挙げられる。好ましく
は、トリクロロシランである。

【００４０】クロロシランとホウ酸塩誘導体との結合反
応に用いる溶媒としては、ベンゼン、テトラヒドロフラ
ン、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、
アセトニトリル、ジニトロベンゼン等が挙げられる。好
ましくは、ベンゼンが挙げられる。溶媒は無水状態で用
いられるが、水分が存在すると、Ｓｉ−Ｃｌ結合が加水
分解してシリル基、シリル基が更に加水分解してシラノ
ール基となり、ガラスや金属等の容器に結合し、あるい
はポリシロキサンを結合する可能性がある。また用いる
触媒としては、有機過酸化物、紫外線、三級アミン、ホ
スフィンおよび白金、ロジウム、パラジウム系の遷移金
属物質等が挙げられる。好ましくは白金である

【００４１】クロロシリル化ホウ酸塩誘導体のアルコキ
シル化反応に用いる溶媒としては、メタノール、エタノ
ール、１−あるいは２−プロパノール、１−あるいは２
−ブタノール、１−、２−あるいは３−ヘプタノール、
１−、２−あるいは３−ヘキサノール等が挙げられる。
好ましくは、エタノールである。最終的にエバポレータ
ー等の操作により溶媒を留去することによりアルコキシ
シリル化ホウ酸塩誘導体を得ることができる。なお、還
流時間としては、０．５時間〜３０時間程度であり、好
ましくは、５〜１５時間である。また反応は、アルゴン
等の不活性ガス雰囲気下で行うことが望ましい。反応温
度としては、低温であることが望ましく、−１０℃〜１
０℃である。反応式としては次の式のとおりである。

【００４２】

【化２１】

【００４３】また、前記のアルコキシル化ホウ酸塩誘導
体は、イオン活性測定用の感応膜にイオノフォアと併用
される。併用するイオノフォアとしては、具体的には例
えば、バリノマイシン、モネンシン、ビスクラウンエー
テル誘導体、ビス（モノアザ−１２−クラウン−４）誘
導体、ビス大環状ポリエーテルジアミド誘導体あるいは
アルキル置換１４−クラウン−４誘導体等が挙げられ
る。これらの化合物を前記と同様に官能基を導入し、ト
リクロロシラン等と反応させ、次いでアルコールと反応
させることによってアルコキシシリル化クラウンエーテ
ル誘導体を得ることができる。目的とするイオンを選択
的に感応するものであれば特に限定されないが、イオン
選択性が高いものが望ましい。

【００４４】本発明のアルコキシシリル化ホウ酸塩誘導
体は、通常、イオン感応膜用に用いられるベースのテト
ラエトキシシランまたはジエトキシジメチルシラン等を
含有する高分子マトリックスのゾル−ゲル体に反応して
用いられる。アルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体をベー
ス高分子と反応した感応膜を調製する方法としては、本
発明のアルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体とゾル−ゲル
体とを適当な酸性または塩基性溶媒下で混合し、目的部
位にキャストすることにより得ることができる。反応に
用いるベースの高分子マトリックスとしての、ゾル−ゲ
ル体としては本発明のアルコキシシリル化ホウ酸塩誘導
体と結合可能なゾル−ゲル体であればよい。好ましく
は、テトラエトキシシラン、ジエトキシジメチルシラン
等が挙げられ、どちらか一方もしくは両方を含むゾル−
ゲル体である。

【００４５】反応に用いる溶媒としては、エタノール、
メタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコー
ル、親水性の有機溶媒およびこれらの混合液の水溶液が
挙げられる。より好ましくは、エタノール水溶液であ
る。シランカップリング反応を行う条件としては、酸性
または塩基性条件下でかき混ぜるか、キャスト後加熱す
るとよい。酸性条件とする場合に用いる酸としては、塩
酸、硫酸、酢酸、硝酸等を挙げることができる。より好
ましくは塩酸である。また、塩基性条件とする場合に用
いる塩基としては、トリメチルアミン、トリエチルアミ
ン等のトリアルキルアミン；ピリジン、アニリン等の芳
香族アミン；アンモニア等が挙げられる。より好ましく
は、アンモニアである。キャストするまでの時間として
は、液が粘ちょう性を有している間、すなわち、混合液
を調整後、０．５〜５０時間、好ましくは、１〜３６時
間までに目的部位にキャストするのが好ましい。

【００４６】本発明のアルコキシシリル化ホウ酸塩誘導
体は、前記のように感応膜と結合してアニオン排除剤と
して作用する。

【００４７】また、感応膜におけるイオノフォアとして
のアルコキシシリル化クラウンエーテル誘導体の含有量
は、０．１〜５０重量％、好ましくは０．５〜２０重量
％の範囲が望ましい。アルコキシシリル化クラウンエー
テル誘導体の含有量が、０．１重量％より少なすぎると
きは応答が悪くなり、アルコキシシリル化クラウンエー
テル誘導体の含有量が、５０重量％より多いとそれに見
合うだけの効果が得られず不経済だからである。併用す
るアルコキシシリル化クラウンエーテル誘導体として
は、例えば次の構造の化合物が挙げられる。

【００４８】

【化２２】

【００４９】｛ここでＲ’は炭素数１〜６のアルキル
基、Ｒ''は−（ＣＨ₂）ｍ−基（ここで、ｍは１〜２０
の数）、Ｒ'''は水素原子あるいは炭素数１〜４の炭化
水素基。またｘ、ｙは、１≦ｘ≦３、１≦ｙ≦３でかつ
ｘ＋ｙ＝４を満足する整数である。またｚは１〜６の整
数を示す。｝感応膜における本発明のアルコキシシリル化ホウ酸塩誘
導体をアニオン排除剤として用いる際の該化合物の含有
量は、前記イオノフォアに対して、０．１〜１００モル
％、好ましくは５〜５０モル％の範囲が望ましい。アニ
オン排除剤の含有量が、０．１モル％未満であると、感
度や応答性が低下し、１００モル％より多いとイオン選
択制が低下するので好ましくない。

【００５０】本発明のアルコキシシリル化ホウ酸塩誘導
体は、テトラエトキシシラン、ジエトキシジメチルシラ
ン等を含有する感応膜に反応させて、市販のイオンセン
サーの測定部位にキャストすることによりイオン活性測
定装置に組み込むことができる。例えば、イオンセンサ
ーがイオン電極の場合には、電極に上記感応膜溶解液を
キャストし、適当な条件下、例えば加熱、減圧等により
溶媒を除去すればよく、一般的には、３０〜８０℃、好
ましくは、４０〜６０℃で加熱することにより溶媒を除
去すればよい。このようにして得られたイオンセンサー
の感応膜の膜厚としては、１０〜５００μｍ、好ましく
は、５０〜３００μｍである。

【００５１】また、イオンセンサーがイオン電界効果型
トランジスタである場合には、電界効果型トランジスタ
のゲート部の金属の変わりに、イオン感応膜をイオン電
極で示した方法と同様にしてキャストして得ることがで
きる。なお、感応膜を用いてイオンセンサーを構成する
場合、その構造はイオン電極や電界効果型トランジスタ
の分野で知られた構造を適宜採用することも可能であ
る。例えば、本発明の化合物を反応させてなる感応膜を
イオン電極にゾル−ゲル体で形成させた装置は、概略図
４に示される。また、電界効果型トランジスタに本発明
の化合物をアニオン排除剤として感応膜のゾル−ゲル体
に形成させた装置は概略図５に示される。

【００５２】測定の対象となるイオンについては、選択
するイオノフォアの構造にもよるが、イオンが、カリウ
ム、ナトリウム、リチウム、アンモニウム、セシウム、
ルビジュウム、ストロンチウム、カルシウムあるいはマ
グネシウムが挙げられる。特に測定において頻度あるも
のとして、カリウム、ナトリウム、アンモニウム、カル
シウムあるいはマグネシウムが挙げられる。なお前記の
ように測定対象とするイオンに対応するイオノフォアと
して各種のクラウンエーテル誘導体から適宜選択して同
様に反応させてアルコキシシリル化化合物を得て、それ
を用いることにより結合型感応膜を得ることができ、各
種イオンの測定ができる。

【００５３】本発明の感応膜を用いて、イオン活量測定
装置を作成し、前記のようにして製造した電極を試料溶
液に漬けてイオンの量を電圧として測定できる。

【００５４】なお、本発明において、イオノフォアは、
イオンの輸送をする働きを有する有機化合物で、イオン
を取り込む物質を意味する。ここでは、原料としてのク
ラウンエーテル誘導体、およびシリル化した後の誘導体
も含めて意味する。また、「結合」は化学結合で、感応
膜に固定されることを意味する。また「感応膜」は、目
的とするイオンが近傍にきた時に捕捉・放出ができるこ
とを意味する。

【００５５】

【発明の効果】本発明のホウ酸塩誘導体は、新規なアル
コキシシリル化ホウ酸塩誘導体である。本発明の新規な
アルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体は、結合させて、結
合型ゾル−ゲル感応膜のアニオン排除剤として有用であ
る。即ち、イオン活量を測定するための結合型イオノフ
ォアとともに膜に結合させることができるイオン感応膜
に適した化合物である。また、本発明の製造方法は、容
易に官能性基を有するアルコキシシリル化ホウ酸塩誘導
体を得ることができる。本発明の該アルコキシシリル化
ホウ酸塩誘導体を結合させてなる感応膜は、イオン活量
を測定するためのアニオン排除剤をイオノフォアととも
に膜に結合させているので、生体に対して無毒・無刺激
性であり、化学結合しているので耐久性に優れ、長期
間にわたって使用可能なイオン活量測定用感応膜が得ら
れる。したがって、本発明のホウ酸塩誘導体を反応させ
た感応膜は、前記のように耐久性に優れ、長期使用でき
るので生体内等での留置可能なイオン活量測定装置に組
み込んで使用することができる。

【００５６】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。１．アルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体の製造本発明によるアルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体および
物性値を説明する。ただし、原料として用いるホウ酸塩
誘導体は、公知の方法に従って合成した。また、イオノ
フォアとしての機能を有するアルコキシシリル化クラウ
ンエーテル誘導体の合成例および物性値も併せて示す。

【００５７】実施例１；アルコキシシリル化ホウ酸塩誘
導体の合成テトラヒドロフラン、３０ｍｌ中で４−ブロモフェニル
エーテル、４０ｍｍｏｌとマグネシウムリボン、４０ｍ
ｍｏｌとを反応させ、４−アリルオキシフェニル−マグ
ネシウムブロマイドを調製した。この液をトリフェニル
ホウ酸塩、４０ｍｍｏｌを含むジクロロメタン溶液、３
０ｍｌに加え、室温下、３時間かき混ぜた。溶媒を留去
した後、残渣に塩化ナトリウム飽和溶液、５０ｍｌを加
えて溶解後、ジクロロメタン、３０ｍｌで３回抽出し
た。ジクロロメタン抽出液を集め、溶媒を留去し、抽出
物を得た。キシレンによる再結晶を行い、抽出物からナ
トリウム（４−アリルオキシフェニル）トリフェニルボ
レートの結晶を得た。融点、 ¹Ｈ−ＮＭＲ、ＩＲ、質量
分析で測定した物性値を以下に示す。融点測定の結果；ｍｐ．２６０℃（分解温度）¹ Ｈ−ＮＭＲ分析の結果；¹ Ｈ−ＮＭＲ｛δ（ｐｐｍ）、ＣＤＣｌ₃中、２７０ＭＨ
ｚ、ＴＭＳ｝６．０−６．２（１Ｈ，ｍ，ＣＨ₂＝ＣＨ）、４．５９
（２Ｈ，ｄ，Ｊ＝５．１Ｈｚ，ＣＨＣＨ ₂Ｏ）、５．３
−５．５（２Ｈ，ｍ，ＣＨ ₂＝ＣＨ）、６．６−６．７
（１９Ｈ，ｍ，ａｒｏｍａｔｉｃＨ）ＩＲ分析の結果；ＩＲ（ｃｍ^-1）；３０６０，３０００，１６４０，１５
８０，１４８０，１１８５，７４５質量分析の結果；Ｍａｓｓ（ｍ／ｚ［％ｒｅｌｉｎｔｅｎｓｉｔｙ］）
＝３９８（Ｍ⁺、１０），１５３（１００）以上の結果から化合物は下記に示す構造であることを確
認した。

【００５８】

【化２３】

【００５９】ここでｐｈ基はフェニル基を示す。

【００６０】前述で得られたナトリウム（４−アリルオ
キシフェニル）トリフェニルボレート１．２ｍｍｏｌと
トリクロロシラン、１．４８ｍｍｏｌを無水ベンゼン、
３０ｍｌに溶解し、ヘキサクロロ白金酸・１水和物、１
０ｍｇ−テトラヒドロフラン溶液、２ｍｌを加え、アル
ゴン雰囲気下で攪拌し、１０時間還流加熱した。ベンゼ
ンを留去後、残渣に無水エタノール、５０ｍｌを加えて
氷冷下、攪拌した。遠心分離により沈殿物を回収するこ
とにより触媒を含んだエタノールを除去し、さらに余剰
のエタノールを留去した。その結果、ナトリウム［４−
（トリエトキシシリルプロピルオキシ）フェニル］−ト
リフェニルボレート（ＢＡＳ−１と略す）を粘ちょうな
液体として得た（収率９１％）。¹Ｈ−ＮＭＲ、ＩＲで
測定した物性値を以下に示す。¹ Ｈ−ＮＭＲ分析の結果；¹ Ｈ−ＮＭＲ｛δ（ｐｐｍ）、ＣＤＣｌ₃中、２７０ＭＨ
ｚ、ＴＭＳ｝０．８１（２Ｈ，ｔ，Ｊ＝７．６Ｈｚ，ＳｉＣＨ ₂）、
１．２４（９Ｈ，ｔ，Ｊ＝７．３Ｈｚ，ＣＨ₂ＣＨ ₃）、
３．７３（６Ｈ，ｑ，Ｊ＝６．８Ｈｚ，ＣＨ ₂ＣＨ₃）、
４．３−４．５（４Ｈ，ｍ，ＳｉＣＨ₂（ＣＨ ₂）₂）、
７．４−７．８（１９Ｈ，ｍ，ａｒｏｍａｔｉｃＨ）ＩＲ分析の結果；ＩＲ（ｃｍ^-1）；２９３０，２８６０，１５８５，１４
８０，１４１５，１１９０，１０７５，７４０。以上の結果から化合物は下記に示す構造であることを確
認した。

【００６１】

【化２４】

【００６２】ここでｐｈ基はフェニル基を示す。

【００６３】合成例１；ビス（１２−クラウン−４）−
アルコキシシリル誘導体の製造一般式（II）において、Ｒ¹＝ＣＨ₃ＣＨ₂−、Ｒ²＝−
（ＣＨ₂）₃−、Ｒ³＝ＣＨ₃−、ｘ＝３、ｙ＝１およびｚ
＝２のビス（１２−クラウン−４）−トリエトキシシリ
ル誘導体を以下のように合成した。ヒドロキシエチル−
１２−クラウン−４は、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，第６４
巻，第２５０８−２５１１頁，１９９２年．に記載の方
法に従って調製した。ヒドロキシエチル−１２−クラウ
ン−４、９０ｍｍｏｌと２−アリル−２−メチルマロニ
ルクロライド（４０ｍｍｏｌ）を無水ベンゼン、６０ｍ
ｌに溶解し、これにシアン化銀２０ｇを加え懸濁液とし
た。混合液をかき混ぜながら、７日間還流加熱した。反
応後、シアン化銀を濾別し、さらに濾液をセライトカラ
ムに通した。ベンゼンで溶出後、回収液からベンゼンを
留去した。残渣をクロロホルムに溶解し、ゲル濾過によ
りさらに精製した。その結果、ビス［（１２−クラウン
−４−）イルメチル］−２−アリル−２−メチルマロネ
ートを粘ちょうな液体として得た（収率３０％）。¹Ｈ
−ＮＭＲ、ＩＲ、質量分析で測定した物性値を以下に示
す。¹ Ｈ−ＮＭＲの分析結果；¹ Ｈ−ＮＭＲ｛δ（ｐｐｍ）、ＣＤＣｌ₃中、２７０ＭＨ
ｚ、ＴＭＳ｝１．４０（３Ｈ，ｓ，ＣＨ ₃）、２．６０（３Ｈ，ｄ，
Ｊ＝７．６Ｈｚ，ＣＨ ₂Ｃ）、３．５−３．８（３０
Ｈ，ｍ，ＣＨ ₂ＯＣＨ ₂，ＯＣＨ）、４．１−４．３（４
Ｈ，ｍ，ＣＯＯＣＨ ₂）、５．０−５．１（２Ｈ，ｍ，
ＣＨ ₂＝ＣＨ）、５．６−５．８（１Ｈ，ｍ，ＣＨ₂＝Ｃ
Ｈ）ＩＲ分析結果；ＩＲ（ｃｍ^-1）；２９１０，２８６０，１７３０，１６
５０，１２４０質量分析の結果；ＭＳ（ｍ／ｚ［％ｒｅｌ．ｉｎｔｅｎ
ｓｉｔｙ］）＝５３５（Ｍ⁺、１００）

【００６４】ビス［１２−クラウン−４−）メチイル］
−２−アリル−２−マロネート１．２ｍｍｏｌとトリク
ロロシラン、１．４８ｍｍｏｌを無水ベンゼン、３０ｍ
ｌに溶解し、ヘキサクロロ白金酸・１水和物、１０ｍｇ
−テトラヒドロフラン溶液、２ｍｌを加え、アルゴン雰
囲気下でかき混ぜて、１０時間還流加熱した。ベンゼン
を留去後、残渣に無水エタノール、５０ｍｌを加えて氷
冷下、攪拌した。遠心分離により沈殿物を回収すること
により触媒を含んだエタノールを除去し、さらに余剰の
エタノールを留去した。その結果、ビス［１２−クラウ
ン−４−）メチイル］−２−トリエトキシプロピルメチ
ルマロネート（ＣＡＳ−１と略す）を粘ちょうな液体と
して得た（収率９１％）。¹Ｈ−ＮＭＲ、ＩＲで測定し
た物性値を以下に示す。¹ Ｈ−ＮＭＲの分析結果；¹ Ｈ−ＮＭＲ｛δ（ｐｐｍ）、ＣＤＣｌ₃中、２７０ＭＨ
ｚ｝０．１０（２Ｈ，ｔ，Ｊ＝７．６Ｈｚ，ＳｉＣＨ ₂）、
１．２１（９Ｈ，ｔ，Ｊ＝６．５Ｈｚ，ＣＨ₂ＣＨ ₃）、
１．４２（３Ｈ，ｓ，ＣＨ₂ＣＣＨ ₃）、１．６−１．９
（４Ｈ，ｍ，ＳｉＣＨ₂（ＣＨ ₂）₂ＯＣ）、３．４−
３．９（３６Ｈ，ｍ，ＳｉＯＣＨ ₂，ＣＨ ₂ＯＣＨ ₂，Ｏ
ＣＨ）、４．１−４．３（４Ｈ，ｍ，ＣＯＯＣＨ ₂）ＩＲ分析結果；ＩＲ（ｃｍ^-1）；２９６０，２８７０，１７３０，１２
６０，１１００，８０５以上の結果から、化合物は下記に示す構造であることを
確認した。

【００６５】

【化２５】

【００６６】２．イオン感応膜装着イオンセンサーの作
製参考例１；ＢＡＳ−１結合ゾル−ゲル感応膜装着電界効
果型トランジスタの作製電界効果型トランジスタ（ＳｈｉｎｄｅｎｇｅｎＥｌ
ｅｃｔｒｉｃＩｎｃ．）のゲート部（１０μｍ×３７
０μｍ）に、１μｌの１％ポリ（３−オクチルチオフェ
ン）−クロロホルム液をキャストし、減圧乾燥を行い、
電界効果型トランジスタのゲート部に約１０μｍのポリ
（３−オクチルチオフェン）層を形成させた。続いて、
テトラエトキシシラン、０．００１２ｍｏｌ、ジエトキ
シジメチルシラン、０．００３５ｍｏｌ、エタノール、
６９μｌ、０．１ｍｏｌ／Ｌ塩酸（２１μｌ）、実施例
１により調製したＢＡＳ−１、０．２ｍｇおよび合成例
１で調製したＣＡＳ−１、１ｍｇを混合した液を調製
し、この混合液の１μｌをポリ（３−オクチルチオフェ
ン）層を形成させた電界効果型トランジスタのゲート部
にキャストした。５０℃で２日間加熱乾燥後、ゲート部
に約１５０−２００μｍの膜厚を有するＢＡＳ−１結合
ゾル−ゲル感応膜装着電界効果型トランジスタ（Ｎａ⁺
−ＩＳＦＥＴｓ−１と略す）を作製することができた。

【００６７】３．イオンセンサーとしての評価参考例２；イオン活量および電極間電位差による検量線
の作製参考例１で作製した電界効果型トランジスタ、Ｎａ⁺−
ＩＳＦＥＴｓ−１を３ｍｏｌ／Ｌの塩化ナトリウム液に
１２時間浸してコンディショニングした後、試料溶液の
ナトリウムイオンの活量〔ａ〕Na⁺および電極間電位差
（Ｅ／ｍＶ）による検量線の作製を行った。なお、測定
は、電界効果型ｐＨ／ｍＶメーター（Ｓｈｉｎｄｅｎｇ
ｅｎＥｌｅｃｔｎｉｃＩｎｃ．）を用い、２５℃で
行った。参照電極は、内液を３ｍｏｌ／Ｌの塩化カリウ
ム、外液を１ｍｏｌ／Ｌの酢酸リチウムとするダブルジ
ャンクションタイプのものを用いた。その結果、図１に
示すように、検量線は、ナトリウムイオン活性〔ａ〕Na
⁺が３×１０^-5〜１Ｍの広い範囲で直線性を有し、か
つ、ネルンストによる応答を示した。

【００６８】参考例３；耐久性試験参考例１で作製した電界効果型トランジスタ、Ｎａ⁺−
ＩＳＦＥＴｓ−１を１００日間試料溶液に浸し続け、試
料溶液の電極間電位差（Ｅ／ｍＶ）を測定した。なお、
実験条件は参考例２に準じて行った。その結果を図２に
示した。（図中の黒丸）

【００６９】比較参考例１ＣＡＳ−１をビス［（１２−クラウン−４−）イルメチ
ル］−２−アリル−２−メチルマロネート、ＢＡＳ−１
をナトリウム（４−アリルオキシフェニル）トリフェニ
ルボレートとする以外は参考例１に従いイオノフォア含
有ゾル−ゲル感応膜液を調製し、それ以外は参考例１と
同様にしてＣＡＳ−１を前述のイオノフォア含有ゾル−
ゲル感応膜液とする以外は参考例１と同様にしてナトリ
ウム（４−アリルオキシフェニル）トリフェニルボレー
トを含有ゾル−ゲル感応膜装着電界効果型トランジスタ
を作製し、参考例３に従って、耐久性試験を実施した。
その結果を図２に併せて示した。（図中の白丸）

【００７０】図２の横軸は時間（日）、縦軸はイオンセ
ンサーの性能の劣化度を表す指標であるイオン活量変化
量に対する電位変化（ｓｌｏｐｅ／ｍＶｄａｃａｄｅ
^-1）を示す。ここに示されるように、本発明の化合物で
あるアニオン排除剤結合型ゾル−ゲル感応膜装着電界効
果型トランジスタは、測定期間中（１００日間）、性能
の劣化は全く認められなかったが、イオノフォア含有型
ゾル−ゲル感応膜装着電界効果型トランジスタでは、約
３０日で性能が劣化した。

【００７１】以上のように、本発明の、イオン活量を測
定するためのアニオン排除剤結合ゾル−ゲル感応膜によ
れば、アニオン排除剤およびイオノフォアが結合されて
いるので、耐久性に優れ、かつ、生体に対して無刺激性
であり、長期間にわたって生体内に留置可能なイオン活
量の測定装置が提供できる。

【００７２】本発明の化合物を感応膜に結合させ、イオ
ン電極に用いた概略図を図４に示した。また、参考例１
の電界効果型トランジスタに用いた概略図を図５に示し
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明のアルコキシシリル化ホウ酸
塩誘導体およびアルコキシシリル化クラウンエーテル誘
導体を反応させた感応膜を使用したナトリウムイオン電
界効果型トランジスタの検量線を例示するグラフであ
る。

【図２】図２は、感応膜を使用したナトリウムイオン
電界効果型トランジスタ（黒丸）および比較参考例１の
場合（白丸）の繰り返し試験結果の図である。

【図３】図３は、本発明の化合物を感応膜に結合させ
て用いた電極構成の一例を示す断面図である。

【図４】図４は、本発明の化合物を感応膜に結合させ
て用いた電界効果型トランジスタのイオン活量測定装置
のＩＳＦＥＴｓの構造の概略断面図である。

【符号の説明】

１．感応膜２．参照電極３．試料溶液４．内部液５．内部極６．液絡溶液７．塩橋８．ゲート９．ポリチオフェン膜 10．チャンネル 11．ドレイン電圧 12．ゲート電流 13．ゲート電圧

フロントページの続きＦターム(参考） 4H048 AA01 AA02 AA03 AB80 AC90 VA00 VA11 VA20 VA75 VB10 4H049 VN01 VP01 VQ19 VQ97 VR20 VR40 VU31 VW02 4H050 AA01 AA02 AA03 AB20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の一般式（Ｉ）【化１】（式中、Ｒ¹は炭素数１〜６のアルキル基、ｘ、ｙは、
１≦ｘ≦３、１≦ｙ≦３でかつｘ＋ｙ＝４を満足する整
数である。またＲ²は、芳香族基、置換芳香族基、Ｍは
金属イオンを示す。またｎは１〜６の整数を示す。）で
表されるアルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体。
【請求項２】Ｒ¹が、ＣＨ₃−基またはＣ₂Ｈ₅−基、Ｒ²
が【化２】、【化３】（ここで、ＸはＣｌ、ＢｒまたはＦを示す。）あるい
は、【化４】であり、また、Ｍ⁺がＮａ⁺、Ｋ⁺である、請求項１記載
のアルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体。
【請求項３】トリクロロシランと不飽和基を有するホウ
酸塩誘導体とを反応させる請求項１または２記載のアル
コキシシリル化ホウ酸塩誘導体の製造方法。
【請求項４】下記の一般式（Ｉ）【化５】（式中、Ｒ¹は炭素数１〜６のアルキル基、ｘ、ｙは、
１≦ｘ≦３、１≦ｙ≦３でかつｘ＋ｙ＝４を満足する整
数である。また、Ｒ²は、芳香族基、置換芳香族基、Ｍ
は金属イオンを示す。またｎは１〜６の整数を示す。）
で表されるアルコキシシリル化ホウ酸塩誘導体をアニオ
ン排除剤として用い、該アルコキシシリル化ホウ酸塩誘
導体を反応させてなるイオン活量測定用ゾル−ゲル感応
膜。
【請求項５】ゾル−ゲル感応膜のマトリックス成分が、
テトラエトキシシランあるいはジエトキシジメチルシラ
ンの少なくとも一方に、請求項４記載のアニオン排除剤
を結合させてなるイオン活性測定用ゾル−ゲル感応膜。
【請求項６】測定されるイオンが、カリウム、ナトリウ
ム、リチウム、アンモニウム、セシウム、ルビジュウ
ム、ストロンチウム、カルシウムあるいはマグネシウム
である請求項４または５記載のイオン活性測定用ゾル−
ゲル感応膜。