JP4600613B2

JP4600613B2 - Fluorescently labeled polycarboxylic acid and method for producing the same

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Publication number: JP4600613B2
Application number: JP2000089973A
Authority: JP
Inventors: 洋中村; 洋井上; 淳宇田川
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2020-03-28
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光標識化重合体ポリカルボン酸及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ポリアクリル酸やポリマレイン酸に代表される重合体ポリカルボン酸（以下、本明細書においては、単に「ポリカルボン酸」と称する）類は、多くの水性系において、幅広く用いられている。例えば、スケール防止剤、スラッジ分散剤、防食剤としての機能を利用して、冷却水やボイラー水に添加されているほか、逆浸透膜装置用、砂糖精製用、紙製造用、地熱プロセス用、油井用の水処理添加剤として使用されている。また、凝集剤として用水・排水処理システムで用いられているほか、洗剤添加剤、抗皮膜形成剤としても用いられている。これらの用途分野において、ポリカルボン酸類は上記の機能（スケール防止、スラッジ等の分散、防食、凝集等）を発揮させるために系内に添加されているが、多くの場合、その機能を十分に発揮させるためには、ポリカルボン酸濃度に下限値もしくは最適値が存在するため、系中のポリカルボン酸の濃度を適切に管理する必要があった。しかし、大多数の用途においては、系中のポリカルボン酸の濃度がかなり低濃度であるため、簡便な検出方法がなく、従来は煩雑な手動分析法である比色法や比濁法により検出を行ってきた。これらの方法は自動化が困難なため、検出に多くの時間とコストがかかり、適切な濃度管理に支障をきたしていた。
【０００３】
そこで、これらの問題点を解決する方法の一つとして、有機蛍光団を蛍光プローブとして導入したポリカルボン酸を合成し、蛍光分析法によりポリカルボン酸を比較的簡便に検出する方法が提案されている（特開平４−２３３９１８号公報）。しかし、この方法では、ポリカルボン酸主鎖に極めて近い位置に有機蛍光団が導入されてしまうため、蛍光強度がポリカルボン酸主鎖の影響を受け易く、外的要因（ｐＨ、共存イオン等）により蛍光強度が変動し易いといった問題点を有していた。この欠点を改良する方法として、先に本発明者等はポリカルボン酸主鎖から離れた位置に有機蛍光団を導入した蛍光標識化ポリカルボン酸及びその製造方法について提案した（特願平１１−１２１０８５号）。しかし、この方法は、反応工程数が多く、煩雑な合成操作が必要であるといった欠点を有していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の欠点を解決した、蛍光分析法により検出可能な蛍光標識化ポリカルボン酸及びその製造方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、モノマー単位としてカルボン酸基またはカルボン酸無水物基及び不飽和二重結合を有するモノマーの単位を含む重合体ポリカルボン酸であって、下記式（Ｉ）で示される蛍光標識化モノマー単位を重合体ポリカルボン酸を構成する全てのモノマー単位に対して０．１〜２０モル％含む水溶性の蛍光標識化重合体ポリカルボン酸を提供するものである。
【化２】

（式中Ｒ_１は水素または炭素数１〜６の非芳香族炭化水素基であり、Ｒは炭素数１〜２４の有機基であり、Ｘは有機蛍光団を含む有機基である。）
【０００６】
本発明の蛍光標識化ポリカルボン酸は、ポリカルボン酸主鎖から離れた位置に有機蛍光団を導入した蛍光標識化ポリカルボン酸であり、その製造方法において反応工程数が少なく、簡便に製造できることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、下記３工程の反応により、モノマー単位としてカルボン酸基またはカルボン酸無水物基及び不飽和二重結合を有するモノマーの単位を含む重合体ポリカルボン酸に有機蛍光団を含む有機基を導入することを特徴とする蛍光標識化重合体ポリカルボン酸の製造方法を提供するものである。
（１）モノマー単位としてカルボン酸基またはカルボン酸無水物基及び不飽和二重結合を有するモノマーの単位を含む重合体ポリカルボン酸と下記式（II）で示される化合物とを反応させる工程。
（ＨＲ_１Ｎ−Ｒ−Ｓ−）_２（II）
（式中Ｒ_１は水素または炭素数１〜６の非芳香族炭化水素基であり、Ｒは炭素数１〜２４の有機基である。）
（２）前記重合体ポリカルボン酸に導入されたジスルフィド基を還元し、メルカプト基を生成する工程。
（３）メルカプト基との反応性を有する有機蛍光団を含む有機化合物と、前記（２）記載の工程によりメルカプト基が導入された重合体ポリカルボン酸を反応させる工程。
【０００８】
また、本発明は、下記２工程の反応により、モノマー単位としてカルボン酸基またはカルボン酸無水物基及び不飽和二重結合を有するモノマーの単位を含む重合体ポリカルボン酸に有機蛍光団を含む有機基を導入することを特徴とする蛍光標識化重合体ポリカルボン酸の製造方法をも提供するものである。
（１）モノマー単位としてカルボン酸基またはカルボン酸無水物基及び不飽和二重結合を有するモノマーの単位を含む重合体ポリカルボン酸と下記式 (III)で示される化合物とを反応させる工程。
ＨＲ_１Ｎ−Ｒ−ＳＨ (III)
（式中Ｒ_１は水素または炭素数１〜６の非芳香族炭化水素基であり、Ｒは炭素数１〜２４の有機基である。）
（２）メルカプト基との反応性を有する有機蛍光団を含む有機化合物と、前記（１）記載の工程によりメルカプト基が導入されたポリカルボン酸を反応させる工程。
【０００９】
式（Ｉ）、式（II）及び式(III) 中のＲは、炭素数１〜２４の有機基である。
ここで言う有機基とは、炭化水素基、または、酸素、窒素、硫黄、燐、ハロゲン等のヘテロ原子を含有している置換基又はハロゲン原子で置換された炭化水素基を指す。上記炭化水素基の具体例としては、メチレン、エチレン、プロピレン、テトラメチレン等のアルキレン基や、シクロペンチレン、シクロヘキシレン、ｐ−メンチレン、ビシクロウンデシレン、スピロオクチレン等の脂環式炭化水素基や、フェニレン基、ナフタレン基等の芳香族炭化水素基等が挙げられる。これらの中で、好ましい有機基はアルキレン基であり、その炭素数は２以上が好ましい。
【００１０】
上記式（Ｉ）中のＸは、有機蛍光団を含む有機基であり、有機蛍光団としては、単核芳香環、多核芳香環もしくはヘテロ原子を含む複素芳香環等が挙げられる。また、ここで言う有機基とは、炭化水素基や、酸素、窒素、硫黄、燐、ハロゲン等のヘテロ原子を含有している置換基又はハロゲン原子で置換された炭化水素基を指す。このような有機蛍光団を含む有機基の具体例としては、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基、トリチル基、ナフチル基、アントラニル基、ピレニル基、１−（ジメチルアミノ）−５−ナフタレンスルホニル基（この置換基を「ダンシル」とも称するので、以下「１−（ジメチルアミノ）−５−ナフタレンスルホニル」を「ダンシル」と略称する）、ダンシルアジリジル基、４−ジメチルアミノアゾベンゼン−４−スルホニル基（この置換基を「ダブシル」とも称する）、イソインドリル基、ビマニル基、アミノナフタレンスルホン酸やフルオレセインやエオシンのヨードアセトアミド誘導体の残基、アニリノナフタレンやクマリンやピレンのマレイミド誘導体の残基等が挙げられる。これらの中で好ましい有機基としては、ダンシルアジリジル基、イソインドリル基、ビマニル基、アミノナフタレンスルホン酸やフルオレセインやエオシンのヨードアセトアミド誘導体の残基が挙げられる。これらは、蛍光強度が高く水中での安定性に優れるために好ましい。
【００１１】
本発明の蛍光標識化ポリカルボン酸は、上記式（Ｉ）で示される蛍光標識化モノマー単位をポリカルボン酸を構成する全てのモノマー単位に対して０．１〜２０モル％含むことが必要である。蛍光標識化モノマー単位が０．１モル％未満であると、蛍光強度が低下し、低濃度でのポリカルボン酸の定量が困難となるため好ましくない。一方、蛍光標識化モノマー単位が２０モル％を超えると、ポリカルボン酸が本来有していた卓越した機能が低下したり消失してしまうために好ましくない。
【００１２】
本発明の蛍光標識化ポリカルボン酸を構成する蛍光標識化モノマー単位以外のモノマー単位としては、カルボン酸基やカルボン酸無水物基及び不飽和二重結合を有するモノマーの単位が挙げられる。その若干の例としては、アクリル酸、メタクリル酸、ビニル酢酸、クロトン酸、マレイン酸、イタコン酸、メサコン酸、フマル酸、シトラコン酸、１，２，３，６−テトラヒドロフタル酸及びそれらのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩や、マレイン酸無水物、１，２，３，６−テトラヒドロフタル酸無水物、３，６−エポキシ−１，２，３，６−テトラヒドロフタル酸無水物、５−ノルボルネン−２，３−ジカルボン無水物、ビシクロ［２．２．２］−５−オクテン−２，３−ジカルボン酸無水物、３−メチル−１，２，６−テトラヒドロフタル酸無水物、２−メチル−１，３，６−テトラヒドロフタル酸無水物等の各単位が挙げられる。
【００１３】
また、上記以外のモノマ−単位として、重合体が水溶性である限り、カルボン酸基は含まないが不飽和二重結合を有するモノマーの単位を含んでもよい。これらの若干の例としては、アクリル酸又はメタクリル酸のＣ_１〜Ｃ_４アルキルエステル（具体例としては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート等）、アクリル酸又はメタクリル酸のヒドロキシアルキルエステル（具体例としては、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート等）、その他のアクリル酸またはメタクリル酸のエステル（具体例としては、アクリル酸２−スルホエチル、アクリル酸３−スルホプロピル、アクリル酸２−スルファートエチル、２−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリレート、メタクリル酸２−スルホエチル、メタクリル酸３−スルホプロピル、メタクリル酸２−スルファートエチル、メタクリル酸ホスホエチル、エチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート等）、無置換及び置換（メタ）アクリルアミド（具体例としては、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ−ｔ−ブチルアクリルアミド、Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、３−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、アクリルアミドグリコール酸等）、（メタ）アクリロニトリル（具体例としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル）、スルホン酸基含有モノマー（具体例としては、アリルスルホン酸、ビニルスルホン酸、ｐ−スチレンスルホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、メタリルスルホン酸、１−アリルオキシ−２−ヒドロキシプロピルスルホン酸等）、ホスホン酸基含有単量体（具体例としては、アリルホスホン酸、ビニルホスホン酸等）、その他のモノマー（具体例としては、アリルアルコール、２−ビニルピリジン、４−ビニルピリジン、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルアセトアミド、Ｎ−ビニルイミダゾール、Ｎ−ビニルイミダゾリン、２−ビニルイミダゾール、２−ビニルイミダゾリン、Ｎ−アクリロイルモルホリン、アクロレイン、ジアリルフタレート、酢酸ビニル、スチレン等）の各単位や上記モノマー単位のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩等が挙げられる。
【００１４】
本発明の蛍光標識化ポリカルボン酸の分子量は、好ましくは１００〜１０００００００、より好ましくは５００〜１０００００００である。１００〜１０００００００の範囲の分子量を有する蛍光標識化ポリカルボン酸は、水処理用薬剤として用いた場合、特に優れたスケール防止、スラッジ分散、防食、凝集等の機能を発揮するために好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の蛍光標識化ポリカルボン酸の製造方法を説明しつつ発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１６】
本発明の第一の製造方法は、少なくとも下記３工程の反応を経ることを特徴と
するものである。
（１）モノマー単位としてカルボン酸基またはカルボン酸無水物基及び不飽和二重結合を有するモノマーの単位を含むポリカルボン酸と下記式（II）で示される化合物とを反応させる工程。
（ＨＲ_１Ｎ−Ｒ−Ｓ−）_２（II）
（式中Ｒ_１は水素または炭素数１〜６の非芳香族炭化水素基であり、Ｒは炭素数
１〜２４の有機基である。）
（２）ポリカルボン酸に導入されたジスルフィド基を還元し、メルカプト基を生成する工程。
（３）メルカプト基との反応性を有する有機蛍光団を含む有機化合物とメルカプト基が導入されたポリカルボン酸を反応させる工程。
【００１７】
（１）の工程は、ポリカルボン酸に部分的にジスルフィド基を導入することを目的に行うものである。ポリカルボン酸と式（II）で示される化合物との反応は、様々な条件下で実施することができるが、反応を容易に進行させるためにはポリカルボン酸の良溶媒である水中で反応させることが好ましい。水以外の良溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、（水／アルコール）混合溶媒、（水／ジオキサン）混合溶媒、ホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等を挙げることができ、これらの溶媒中で上記反応を行うこともできる。
【００１８】
更に副反応を抑制するため、反応は比較的低温で行うことが好ましく、そのような場合には、1−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド・塩酸塩等の水溶性カルボジイミド等の縮合剤を用いることが好ましい。縮合剤を用いる場合、縮合剤の添加量は、式（II）で示される化合物に対して当モル用いることが好ましい。好ましい反応条件としては、室温近辺の温度条件と数分〜数時間程度の反応時間で十分である。
【００１９】
式（II）で示される化合物の具体例としては、２，２’−ジチオビス（１−アミノエタン）、３，３’−ジチオビス（１−アミノプロパン）、４，４’−ジチオビス（１−アミノブタン）、６，６’−ジチオビス（１−アミノヘキサン）、８，８’−ジチオビス（１−アミノオクタン）、１８，１８’−ジチオビス（１−アミノオクタデカン）、２，２’−ジチオビス（１−メチルアミノエタン）、４−アミノフェニルジスルフィド、２，２’−ジチオビス（１−ナフチルアミン）、２，２’−ジチオビス（５−アミノピリジン）やこれらの塩酸塩等が挙げられる。
【００２０】
また、式（II）で示される化合物の添加量は、反応後の蛍光標識化モノマー単位導入量がポリカルボン酸を構成する全てのモノマー単位に対して０．１〜２０モル％となるように添加される。
【００２１】
（２）の工程は、（１）の工程によって得られた反応生成物中のジスルフィド基を還元し、メルカプト基を生成する工程である。
【００２２】
ジスルフィド基の還元方法については、特に制限はなく、公知の方法を用いることもできる。例えば、亜鉛、錫などの金属と酸を用いて還元する方法や、還元剤として水素化アルミニウムリチウム、水素化硼素ナトリウム、硫化ナトリウム、硫化カリウム、トレオ−１，４−ジメルカプト−２，３−ブタンジオールを用いて還元する方法や、トリフェニルホスフィンやトリブチルホスフィンを還元剤に用い、含水メタノ−ルや含水ジオキサン中で酸性で還元する方法等が挙げられる。これらの方法の中で、還元剤としてトレオ−１，４−ジメルカプト−２，３−ブタンジオールを用いて還元する方法が、温和な条件で反応が定量的に進行するため好ましい。
【００２３】
ジスルフィド基の還元反応は、様々な条件下で実施することができるが、副反応を抑制するため、比較的低温で行うことが好ましい。好ましい反応条件としては、還元剤であるトレオ−１，４−ジメルカプト−２，３−ブタンジオールをジスルフィド基に対して当モル以上添加し、室温近辺で１〜数時間反応させる。なお、反応によって生成したメルカプト基は酸化され易いため、反応は酸素を除いた不活性雰囲気下で行うことが好ましい。
【００２４】
（３）の工程は、（２）の工程で生成したメルカプト基とメルカプト基との反応性を有する有機蛍光団を含む有機化合物とを反応させる工程である。このメルカプト基との反応性を有する有機蛍光団を含む有機化合物の具体例としては、ダンシルアジリジン、５−（ヨードアセトアミドエチル）アミノナフタレン−１−スルホン酸、５−ヨードアセトアミドフルオレセイン、エオシン−５−ヨードアセトアミド、２−［４’−(２”−ヨードアセトアミド)フェニル］アミノナフタレン−６−スルホン酸、Ｎ−（１−アニリノナフチル−４）マレイミド、Ｎ−（７−ジメチルアミノ−４−メチルクマリニル）マレイミド、Ｎ−（３−ピレニル）マレイミド、４−クロロ−７−ニトロベンゾフラザン、７−フルオロベンゾフラザン−４−スルホナート、４−フルオロ−７−スルファモイルベンゾフラザン、モノブロモビマン、ジブロモビマン、モノブロモトリメチルアンモニオビマン、ｏ−フタルアルデヒド／モノエタノールアミン（２化合物の併用）、ｏ−フタルアルデヒド／モノエチルアミン（２化合物の併用）等が挙げられ、本明細書では後二者の様な２化合物の併用の場合も「メルカプト基との反応性を有する有機蛍光団を含む有機化合物」として扱う。これらの中で、ｏ−フタルアルデヒド／モノエタノールアミン、ｏ−フタルアルデヒド／モノエチルアミンを有機蛍光団を含む有機化合物として用いた系は、反応の過程でイソインドール誘導体の残基をポリカルボン酸中に導入することができ、低温・短時間で反応が完結するため、特に好ましい。具体的な反応条件としては、有機蛍光団を含む有機化合物をメルカプト基に対して当モル用い、室温近辺の温度条件下で数分〜数時間反応させることが好ましい。
【００２５】
なお、これら工程（１）〜（３）の反応は、中間体を単離することなく、順次反応試薬を添加していくことで製造可能であるため、製造工程の大幅な簡略化が達成できる。
【００２６】
本発明の第二の製造方法は、少なくとも下記２工程の反応を経ることを特徴とするものである。
（１）モノマー単位としてカルボン酸基またはカルボン酸無水物基及び不飽和二重結合を有するモノマーの単位を含むポリカルボン酸と下記式 (III)で示される化合物とを反応させる工程。
ＨＲ_１Ｎ−Ｒ−ＳＨ (III)
（式中Ｒ_１は水素または炭素数１〜６の非芳香族炭化水素基であり、Ｒは炭素数１〜２４の有機基である。）
（２）メルカプト基との反応性を有する有機蛍光団を含む有機化合物とメルカプト基が導入されたポリカルボン酸を反応させる工程。
【００２７】
この製造方法における（１）の工程は、ポリカルボン酸に部分的にメルカプト基を導入することを目的に行うもので、第一の製造方法の（１）の工程とほぼ同じ条件下で実施することができるが、式(III) のメルカプタンが酸化を受けやすいので、反応系内から酸素を除去して、例えば、窒素雰囲気下で反応を行うのが好ましい。なお、式(III) のメルカプタンの具体例としては、上に列記した式（II）のジスルフィド類のジスルフィド基が還元されてメルカプト基になった形のメルカプタン類を挙げることができ、これらのメルカプタン類の中には市販されているものもある。分子内塩の形成の虞のあるメルカプタン類は、それを避けるために塩酸塩を用いるのが望ましい。
【００２８】
この製造方法における（２）の工程は、第一の製造方法における（３）の工程と同じであり、説明を省略する。
【００２９】
本発明の蛍光標識化ポリカルボン酸は、有機蛍光団がポリカルボン酸主鎖から離れた位置に導入されているため、外的要因（ｐＨ、共存イオン等）による蛍光強度の変化が少ない。そのため、かなり希薄なポリカルボン酸溶液においても、蛍光測定によりポリカルボン酸濃度を正確に測定することが可能である。
【００３０】
【実施例】
以下に実施例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。なお、Ｌはリットルを表し、μＬはマイクロリットルを表す。
【００３１】
実施例１
［１］ポリカルボン酸とジスルフィド基含有ジアミンとの反応
ポリアクリル酸ホモポリマー（分子量：４５００）７．５１５ｇを純水２３．１ｍｌに溶解させ、水溶液を調製した。このポリアクリル酸水溶液（カルボキシル基として１０４．４ミリモル）をフラスコに入れ、室温で窒素気流下攪拌しつつ、シスタミン（ＮＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＳＳＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２）の二塩酸塩３７６．１ｍｇ（１．６７ミリモル）と１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド・塩酸塩（以下、「ＥＤＣ」と略す）３１９．５ｍｇ（１．６７ミリモル）を添加し１０分間攪拌した後、室温にて２時間静置した。
【００３２】
反応の確認は、逆相薄層クロマトグラフィー（逆相ＴＬＣ）を用いて以下の方法で行った。出発原料であるポリアクリル酸ホモポリマーとシスタミン二塩酸塩、縮合剤であるＥＤＣ、反応後溶液を逆相ＴＬＣにスポットし、水／メタノール＝１／１（容量比)の混合溶媒で展開した後、シアン化ナトリウム水溶液（濃度：０．５モル／Ｌ）に浸漬し、次いで濃アンモニア水を噴霧し、最後に５重量％ニトロプルシドナトリウム水溶液に浸漬した。上記操作により、ジスルフィド基はメルカプト基に変換され、赤色に呈色する。逆相ＴＬＣの結果を表１に示すが、反応後溶液は赤色に呈色していることと、そのＲｆ値がシスタミンと異なっていることから、ポリアクリル酸へのジスルフィド基の導入が確認できた。また、反応後溶液のスポット中にはシスタミンに対応するＲｆ値の成分が存在しないことから、反応後溶液中にはシスタミンが残存していないことも確認できた。
【００３３】
【表１】

【００３４】
［２］ジスルフィド基の還元
上記［１］で得られた反応後溶液に窒素雰囲気下、トレオ−１，４−ジメルカプト−２，３−ブタンジオール（以下、「ＤＴＴ」と略す）２８４ｍｇ（１．８４ミリモル）を添加し、室温にて１時間静置した。
【００３５】
反応の確認は、逆相ＴＬＣを用いて以下の方法で行った。反応に用いたＤＴＴと反応後溶液を逆相ＴＬＣにスポットし、水／メタノール＝１／１の混合溶媒で展開した後、濃アンモニア水を噴霧し、次いで５重量％ニトロプルシドナトリウム水溶液に浸漬した。上記操作により、メルカプト基を有する化合物は赤色に呈色する。逆相ＴＬＣの結果を表２に示すが、この反応後溶液は赤色に呈色していることと、そのＲｆ値がＤＴＴと異なっていることから、ポリアクリル酸へ導入したジスルフィド基がメルカプト基に還元されていることを確認した。また、反応後溶液のスポット中にはＤＴＴに対応するＲｆ値の成分が存在しないことから、反応後溶液中にはＤＴＴが残存していないことも確認できた。
【００３６】
【表２】

【００３７】
［３］有機蛍光団の導入
上記［２］で得られた反応後溶液に窒素雰囲気下、ｏ−フタルアルデヒド４４７ｍｇ（３．３３ミリモル）と純水７６．９ｍｌを添加し、室温にて１０分間静置した。次いで、モノエタノールアミン１９９．４μＬ（３．３３ミリモル）を添加し、室温にて１０分間静置した。なお、比較のため、ｏ−フタルアルデヒドとモノエタノールアミンとＤＴＴを反応させ、同様の条件で低分子量のイソインドール誘導体を含む水溶液（以下、「対照溶液」と略す）を合成した。
【００３８】
反応の確認は、逆相ＴＬＣを用いて以下の方法で行った。出発原料であるポリアクリル酸と対照溶液と反応後溶液を逆相ＴＬＣにスポットし、水／メタノール＝１／１の混合溶媒で展開した後、３６５ｎｍの紫外線を照射し、蛍光の有無により確認した。逆相ＴＬＣの結果を表３に示すが、この反応後溶液が蛍光を発していることと、そのＲｆ値が対照溶液と異なっていることから、ポリアクリル酸へ有機蛍光団が導入されていることを確認した。また、反応後溶液のスポット中には対照溶液に対応するＲｆ値の成分が存在しないことから、反応後溶液中には低分子量のイソインドール誘導体（有機蛍光団）が残存していないことも確認できた。
【００３９】
【表３】

【００４０】
［４］蛍光標識化ポリアクリル酸の蛍光スペクトル測定
蛍光分光光度計（日立製作所製）を用い、蛍光標識化ポリアクリル酸の蛍光スペクトル測定を行った結果を図１に示す。図１において、横軸は波長（Wavelength）を表し、縦軸は相対蛍光強度（Relative fluorescence intensity）を表す。本発明で得られた生成物は、３４１ｎｍの励起波長（λex）で励起してやることで４５８ｎｍの発光波長（λem）の蛍光を発しており、ポリアクリル酸の蛍光標識化が達成されていることを確認した。なお、対照溶液のイソインドール誘導体の場合、励起波長は３３４ｎｍ、発光波長は４４５ｎｍであった。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、反応工程数の少ない簡便な方法でポリカルボン酸の蛍光標識化が達成でき、この方法で得られた蛍光標識化ポリカルボン酸は、極めて高感度且つ選択的に測定できるため、ポリカルボン酸類が添加されている幅広い用途範囲において本発明の応用が可能である。
【００４２】
従って、本発明の蛍光標識化ポリカルボン酸を冷却水処理システムやボイラー水処理システムに代表される各種水処理システムにおいて分散剤の少なくとも一部として応用した場合、系内の分散剤濃度の的確な管理が可能となるため、スケール障害等のトラブルを防止することができる。また、本発明の蛍光標識化ポリカルボン酸を用水・排水処理システムに凝集剤の少なくとも一部として応用した場合、未凝集のポリマー量が正確に測定可能となるため、凝集剤の最適添加量の制御を簡便に行うことが可能となる。さらに、水処理システム以外にもポリカルボン酸類が添加されている系であれば、本発明の蛍光標識化ポリカルボン酸を応用することができる。そのような用途の具体例としては、紙・パルプ製造プロセス薬品としての歩留まり・濾水性向上剤として用いられているポリカルボン酸の少なくとも一部として本発明の蛍光標識化ポリカルボン酸を用い、その定量分析を行うケース、塗料、エマルジョン、ラテックス中に増粘剤・安定剤として用いられているポリカルボン酸の少なくとも一部として本発明の蛍光標識化ポリカルボン酸を用い、その定量分析を行うケース、繊維壁材の作業性向上剤、農薬展着剤、化粧品用、飼料のバインダー、樹脂加工バインダー、洗剤用ビルダー、種子吹付け表土安定剤等の用途で用いられているポリカルボン酸の少なくとも一部として本発明の蛍光標識化ポリカルボン酸を用い、その定量分析を行うケース等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施例１で得られた蛍光標識化ポリアクリル酸の蛍光スペクトルである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluorescently labeled polymer polycarboxylic acid and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Polymeric polycarboxylic acids represented by polyacrylic acid and polymaleic acid (hereinafter, simply referred to as “polycarboxylic acid”) are widely used in many aqueous systems. For example, in addition to being added to cooling water and boiler water using functions as a scale inhibitor, sludge dispersant, anticorrosive agent, for reverse osmosis membrane equipment, for sugar purification, for paper production, for geothermal processes, Used as a water treatment additive for oil wells. In addition to being used as a flocculant in water and wastewater treatment systems, it is also used as a detergent additive and anti-film forming agent. In these fields of application, polycarboxylic acids are added to the system in order to exhibit the above functions (scale prevention, sludge dispersion, corrosion prevention, aggregation, etc.). In order to achieve this, there is a lower limit or optimum value for the polycarboxylic acid concentration, and thus the concentration of the polycarboxylic acid in the system has to be appropriately managed. However, in most applications, the concentration of polycarboxylic acid in the system is quite low, so there is no simple detection method. Conventionally, it is detected by the colorimetric or turbidimetric methods, which are complicated manual analysis methods. I went. Since these methods are difficult to automate, detection takes a lot of time and cost, which hinders proper concentration management.
[0003]
Therefore, as a method for solving these problems, a method of synthesizing a polycarboxylic acid introduced with an organic fluorophore as a fluorescent probe and detecting the polycarboxylic acid relatively easily by fluorescence analysis has been proposed. (JP-A-4-233918). However, in this method, since the organic fluorophore is introduced at a position very close to the polycarboxylic acid main chain, the fluorescence intensity is easily affected by the polycarboxylic acid main chain, and external factors (pH, coexisting ions, etc.) Therefore, there is a problem that the fluorescence intensity is likely to fluctuate. As a method for improving this defect, the present inventors previously proposed a fluorescently labeled polycarboxylic acid in which an organic fluorophore is introduced at a position away from the main chain of the polycarboxylic acid and a method for producing the same (Japanese Patent Application No. 11-11). No. 121085). However, this method has the disadvantages that the number of reaction steps is large and a complicated synthesis operation is required.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides a fluorescently labeled polycarboxylic acid which can be detected by a fluorescence analysis method and a method for producing the same, which solves the above-mentioned drawbacks of the prior art.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention relates to a polymer polycarboxylic acid containing a monomer unit having a carboxylic acid group or a carboxylic anhydride group and an unsaturated double bond as a monomer unit, the fluorescent label represented by the following formula (I): there is provided a water-soluble fluorescent labeled polymer polycarboxylic acid containing 0.1 to 20 mol% relative to all monomer units constituting the polymer polycarboxylic acid monomer units.
[Chemical 2]

(In the formula, R ₁ is hydrogen or a non-aromatic hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, R is an organic group having 1 to 24 carbon atoms, and X is an organic group containing an organic fluorophore.)
[0006]
The fluorescently labeled polycarboxylic acid of the present invention is a fluorescently labeled polycarboxylic acid in which an organic fluorophore is introduced at a position away from the main chain of the polycarboxylic acid, and can be easily manufactured with a small number of reaction steps in the manufacturing method. It is characterized by.
[0007]
Further, the present invention provides an organic fluorophore in a polymer polycarboxylic acid containing a monomer unit having a carboxylic acid group or a carboxylic anhydride group and an unsaturated double bond as a monomer unit by a reaction in the following three steps. The present invention provides a method for producing a fluorescently labeled polymer polycarboxylic acid characterized by introducing a group.
(1) A step of reacting a polymer polycarboxylic acid containing a monomer unit having a carboxylic acid group or carboxylic anhydride group and an unsaturated double bond as a monomer unit with a compound represented by the following formula (II).
(HR ₁ N—R—S—) ₂ (II)
(In the formula, R ₁ is hydrogen or a non-aromatic hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, and R is an organic group having 1 to 24 carbon atoms.)
(2) A step of reducing a disulfide group introduced into the polymer polycarboxylic acid to generate a mercapto group.
(3) A step of reacting an organic compound containing an organic fluorophore having reactivity with a mercapto group and a polymer polycarboxylic acid into which a mercapto group has been introduced in the step (2) .
[0008]
The present onset Ming, by the following reaction 2 steps, including organic fluorophores to the polymeric polycarboxylic acid containing units of a monomer having a carboxylic acid group or carboxylic anhydride group and an unsaturated double bond as a monomer unit The present invention also provides a method for producing a fluorescently labeled polymer polycarboxylic acid, which is characterized by introducing an organic group.
(1) A step of reacting a polymer polycarboxylic acid containing a monomer unit having a carboxylic acid group or carboxylic anhydride group and an unsaturated double bond as a monomer unit with a compound represented by the following formula (III).
HR ₁ N-R-SH (III)
(In the formula, R ₁ is hydrogen or a non-aromatic hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, and R is an organic group having 1 to 24 carbon atoms.)
(2) A step of reacting an organic compound containing an organic fluorophore having reactivity with a mercapto group and a polycarboxylic acid into which a mercapto group has been introduced by the step described in (1) above .
[0009]
R in Formula (I), Formula (II), and Formula (III) is an organic group having 1 to 24 carbon atoms.
The organic group here refers to a hydrocarbon group, a substituent containing a hetero atom such as oxygen, nitrogen, sulfur, phosphorus, halogen, or a hydrocarbon group substituted with a halogen atom. Specific examples of the hydrocarbon group include alkylene groups such as methylene, ethylene, propylene, and tetramethylene, alicyclic hydrocarbon groups such as cyclopentylene, cyclohexylene, p-mentylene, bicycloundecylene, and spirooctylene, and phenylene. And aromatic hydrocarbon groups such as a naphthalene group. Among these, a preferable organic group is an alkylene group, and the number of carbon atoms is preferably 2 or more.
[0010]
X in the formula (I) is an organic group containing an organic fluorophore, and examples of the organic fluorophore include a mononuclear aromatic ring, a polynuclear aromatic ring, a heteroaromatic ring containing a hetero atom, and the like. In addition, the organic group referred to here refers to a hydrocarbon group, a substituent containing a hetero atom such as oxygen, nitrogen, sulfur, phosphorus, or halogen, or a hydrocarbon group substituted with a halogen atom. Specific examples of the organic group containing such an organic fluorophore include a phenyl group, a benzyl group, a phenethyl group, a trityl group, a naphthyl group, an anthranyl group, a pyrenyl group, 1- (dimethylamino) -5-naphthalenesulfonyl group ( Since this substituent is also referred to as “dansyl”, “1- (dimethylamino) -5-naphthalenesulfonyl” is hereinafter abbreviated as “dansyl”), dansylaziridyl group, 4-dimethylaminoazobenzene-4-sulfonyl group ( This substituent is also referred to as “dabucil”), isoindolyl group, bimanyl group, aminonaphthalene sulfonic acid, fluorescein, eosin iodoacetamide derivative residue, anilinonaphthalene, coumarin, pyrene maleimide derivative residue, etc. . Among these, preferred organic groups include dansyl aziridyl group, isoindolyl group, bimanyl group, aminonaphthalene sulfonic acid, fluorescein and eosin iodoacetamide derivative residues. These are preferable because of high fluorescence intensity and excellent stability in water.
[0011]
The fluorescently labeled polycarboxylic acid of the present invention needs to contain 0.1 to 20 mol% of the fluorescently labeled monomer unit represented by the above formula (I) with respect to all the monomer units constituting the polycarboxylic acid. is there. If the amount of the fluorescently labeled monomer unit is less than 0.1 mol%, the fluorescence intensity is lowered, and it is difficult to determine the polycarboxylic acid at a low concentration. On the other hand, if the amount of the fluorescence-labeled monomer unit exceeds 20 mol%, the excellent function originally possessed by the polycarboxylic acid is deteriorated or lost, such being undesirable.
[0012]
The monomer units other than the fluorescent-labeled monomer units constituting the fluorescent-labeled polycarboxylic acids of the present invention include units of a monomer having a carboxylic acid group or carboxylic anhydride group and an unsaturated double bond. Some examples are acrylic acid, methacrylic acid, vinyl acetic acid, crotonic acid, maleic acid, itaconic acid, mesaconic acid, fumaric acid, citraconic acid, 1,2,3,6-tetrahydrophthalic acid and their alkali metals Salt, alkaline earth metal salt, ammonium salt, maleic anhydride, 1,2,3,6-tetrahydrophthalic anhydride, 3,6-epoxy-1,2,3,6-tetrahydrophthalic anhydride 5-norbornene-2,3-dicarboxylic anhydride, bicyclo [2.2.2] -5-octene-2,3-dicarboxylic anhydride, 3-methyl-1,2,6-tetrahydrophthalic anhydride And units such as 2-methyl-1,3,6-tetrahydrophthalic anhydride.
[0013]
Further, monomers other than the above - as a unit, as long as the polymer is water-soluble, carboxylic acid group but does not contain may contain units of a monomer having an unsaturated double bond. Some examples of these, C ₁ -C ₄ alkyl esters of acrylic acid or methacrylic acid (Examples include methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, etc.), Hydroxyalkyl esters of acrylic acid or methacrylic acid (specific examples are hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl methacrylate, etc.), other acrylic acid or methacrylic acid esters (specific examples are acrylic acid 2-sulfoethyl, 3-sulfopropyl acrylate, 2-sulfatoethyl acrylate, 2-N, N-dimethylaminoethyl acrylate, meta 2-sulfoethyl rillate, 3-sulfopropyl methacrylate, 2-sulfatoethyl methacrylate, phosphoethyl methacrylate, ethylene glycol diacrylate, trimethylolpropane triacrylate, etc.), unsubstituted and substituted (meth) acrylamide (as specific examples) Acrylamide, methacrylamide, Nt-butylacrylamide, N-methylacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, 3-N, N-dimethylaminopropylacrylamide, acrylamide glycolic acid, etc.), (meth) acrylonitrile (specific examples) Acrylonitrile, methacrylonitrile), sulfonic acid group-containing monomers (specific examples include allyl sulfonic acid, vinyl sulfonic acid, p-styrene sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methyl). Propane sulfonic acid, methallyl sulfonic acid, 1-allyloxy-2-hydroxypropyl sulfonic acid, etc.), phosphonic acid group-containing monomers (specific examples include allyl phosphonic acid, vinyl phosphonic acid, etc.), other monomers ( Specific examples include allyl alcohol, 2-vinylpyridine, 4-vinylpyridine, N-vinylpyrrolidone, N-vinylformamide, N-vinylacetamide, N-vinylimidazole, N-vinylimidazoline, 2-vinylimidazole, 2- vinyl imidazoline, N- acryloyl morpholine, acrolein, diallyl phthalate, vinyl acetate, alkali metal salts of the unit and the monomer units such as styrene), alkaline earth metal salts, ammonium salts and the like.
[0014]
The molecular weight of the fluorescently labeled polycarboxylic acid of the present invention is preferably 100 to 10000000, more preferably 500 to 10000000. Fluorescently labeled polycarboxylic acid having a molecular weight in the range of 100 to 10000000 is preferable because it exhibits particularly excellent functions such as scale prevention, sludge dispersion, corrosion prevention, and aggregation when used as a water treatment agent.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the invention will be described while explaining the method for producing the fluorescently labeled polycarboxylic acid of the present invention, but the present invention is not limited to these.
[0016]
The first production method of the present invention is characterized in that it undergoes at least the following three-step reaction.
(1) A step of reacting a polycarboxylic acid containing a monomer unit having a carboxylic acid group or carboxylic acid anhydride group and an unsaturated double bond as a monomer unit with a compound represented by the following formula (II).
(HR ₁ N—R—S—) ₂ (II)
(In the formula, R ₁ is hydrogen or a non-aromatic hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, and R is an organic group having 1 to 24 carbon atoms.)
(2) A step of reducing a disulfide group introduced into the polycarboxylic acid to generate a mercapto group.
(3) A step of reacting an organic compound containing an organic fluorophore having reactivity with a mercapto group and a polycarboxylic acid into which the mercapto group has been introduced.
[0017]
The step (1) is performed for the purpose of partially introducing a disulfide group into the polycarboxylic acid. The reaction between the polycarboxylic acid and the compound represented by formula (II) can be carried out under various conditions, but in order to facilitate the reaction, the reaction is carried out in water, which is a good solvent for the polycarboxylic acid. It is preferable. Examples of good solvents other than water include methanol, ethanol, (water / alcohol) mixed solvent, (water / dioxane) mixed solvent, formamide, N, N-dimethylformamide, and the like. The above reaction can also be performed.
[0018]
In order to further suppress side reactions, the reaction is preferably performed at a relatively low temperature. In such a case, water-soluble carbodiimide such as 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide / hydrochloride, etc. It is preferable to use a condensing agent. When using a condensing agent, it is preferable to use an equimolar amount of the condensing agent with respect to the compound represented by the formula (II). As preferable reaction conditions, a temperature condition around room temperature and a reaction time of about several minutes to several hours are sufficient.
[0019]
Specific examples of the compound represented by the formula (II) include 2,2′-dithiobis (1-aminoethane), 3,3′-dithiobis (1-aminopropane), 4,4′-dithiobis (1-aminobutane). 6,6′-dithiobis (1-aminohexane), 8,8′-dithiobis (1-aminooctane), 18,18′-dithiobis (1-aminooctadecane), 2,2′-dithiobis (1-methyl) Aminoethane), 4-aminophenyl disulfide, 2,2′-dithiobis (1-naphthylamine), 2,2′-dithiobis (5-aminopyridine) and their hydrochlorides.
[0020]
Moreover, the addition amount of the compound represented by the formula (II) is such that the introduction amount of the fluorescence-labeled monomer unit after the reaction is 0.1 to 20 mol% with respect to all the monomer units constituting the polycarboxylic acid. Added.
[0021]
The step (2) is a step of reducing a disulfide group in the reaction product obtained by the step (1) to generate a mercapto group.
[0022]
There is no restriction | limiting in particular about the reduction method of a disulfide group, A well-known method can also be used. For example, reduction using a metal such as zinc or tin and an acid, or lithium aluminum hydride, sodium borohydride, sodium sulfide, potassium sulfide, threo-1,4-dimercapto-2,3-butane as a reducing agent Examples thereof include a method of reducing using a diol, a method of using triphenylphosphine or tributylphosphine as a reducing agent, and an acid reducing method in hydrous methanol or hydrous dioxane. Among these methods, the reduction method using threo-1,4-dimercapto-2,3-butanediol as a reducing agent is preferable because the reaction proceeds quantitatively under mild conditions.
[0023]
The reduction reaction of the disulfide group can be carried out under various conditions, but is preferably carried out at a relatively low temperature in order to suppress side reactions. As preferable reaction conditions, threo-1,4-dimercapto-2,3-butanediol, which is a reducing agent, is added in an equimolar amount or more with respect to the disulfide group, and the reaction is carried out at around room temperature for 1 to several hours. In addition, since the mercapto group produced | generated by reaction is easy to be oxidized, it is preferable to perform reaction in inert atmosphere except oxygen.
[0024]
The step (3) is a step of reacting the mercapto group generated in the step (2) with an organic compound containing an organic fluorophore having reactivity with the mercapto group. Specific examples of the organic compound containing an organic fluorophore having reactivity with the mercapto group include dansylaziridine, 5- (iodoacetamidoethyl) aminonaphthalene-1-sulfonic acid, 5-iodoacetamidofluorescein, eosin-5 Iodoacetamide, 2- [4 ′-(2 ″ -iodoacetamido) phenyl] aminonaphthalene-6-sulfonic acid, N- (1-anilinonaphthyl-4) maleimide, N- (7-dimethylamino-4-methyl) Coumarinyl) maleimide, N- (3-pyrenyl) maleimide, 4-chloro-7-nitrobenzofurazan, 7-fluorobenzofurazan-4-sulfonate, 4-fluoro-7-sulfamoylbenzofurazan, monobromide Mobiman, dibromobiman, monobromotrimethylammoniobiman, o-phthal Examples include aldehyde / monoethanolamine (combination of two compounds), o-phthalaldehyde / monoethylamine (combination of two compounds) and the like. In the present specification, “mercapto group” It is treated as an “organic compound containing an organic fluorophore having a reactivity with”. Among these, a system using o-phthalaldehyde / monoethanolamine or o-phthalaldehyde / monoethylamine as an organic compound containing an organic fluorophore is used to remove residues of isoindole derivatives in the polycarboxylic acid during the reaction. It is particularly preferable because the reaction can be completed at a low temperature and in a short time. As specific reaction conditions, it is preferable to use an organic compound containing an organic fluorophore in an equimolar amount with respect to the mercapto group and to react for several minutes to several hours under a temperature condition near room temperature.
[0025]
In addition, since reaction of these process (1)-(3) can be manufactured by adding a reaction reagent sequentially, without isolating an intermediate body, the simplification of a manufacturing process can be achieved greatly. .
[0026]
The second production method of the present invention is characterized in that it undergoes at least the following two-step reaction.
(1) A step of reacting a compound represented by the following formula (III) with a polycarboxylic acid containing a monomer unit having a carboxylic acid group or carboxylic anhydride group and an unsaturated double bond as a monomer unit .
HR ₁ N-R-SH (III)
(In the formula, R ₁ is hydrogen or a non-aromatic hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, and R is an organic group having 1 to 24 carbon atoms.)
(2) A step of reacting an organic compound containing an organic fluorophore having reactivity with a mercapto group and a polycarboxylic acid into which the mercapto group has been introduced.
[0027]
The step (1) in this production method is carried out for the purpose of partially introducing a mercapto group into the polycarboxylic acid, and is carried out under substantially the same conditions as the step (1) in the first production method. However, since the mercaptan of the formula (III) is susceptible to oxidation, it is preferable to carry out the reaction in a nitrogen atmosphere after removing oxygen from the reaction system. Specific examples of the mercaptan of the formula (III) include mercaptans in the form of the disulfide group of the formula (II) listed above reduced to a mercapto group. Some classes are commercially available. In order to avoid mercaptans that may form an intramolecular salt, it is desirable to use hydrochloride.
[0028]
The step (2) in this manufacturing method is the same as the step (3) in the first manufacturing method, and a description thereof will be omitted.
[0029]
In the fluorescently labeled polycarboxylic acid of the present invention, since the organic fluorophore is introduced at a position away from the polycarboxylic acid main chain, there is little change in fluorescence intensity due to external factors (pH, coexisting ions, etc.). Therefore, even in a very dilute polycarboxylic acid solution, it is possible to accurately measure the polycarboxylic acid concentration by fluorescence measurement.
[0030]
【Example】
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples. Note that L represents liter, and μL represents microliter.
[0031]
Example 1
[1] Reaction of polycarboxylic acid and disulfide group-containing diamine 7.515 g of a polyacrylic acid homopolymer (molecular weight: 4500) was dissolved in 23.1 ml of pure water to prepare an aqueous solution. This polyacrylic acid aqueous solution (104.4 mmol as a carboxyl group) was placed in a flask, and 376.1 mg of dihydrochloride of cystamine (NH ₂ CH ₂ CH ₂ SSCH ₂ CH ₂ NH ₂ ) while stirring under a nitrogen stream at room temperature. (1.67 mmol) and 319.5 mg (1.67 mmol) of 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (hereinafter abbreviated as “EDC”) were added and stirred for 10 minutes. And allowed to stand at room temperature for 2 hours.
[0032]
The reaction was confirmed by the following method using reverse phase thin layer chromatography (reverse phase TLC). After starting polyacrylic acid homopolymer and cystamine dihydrochloride as starting materials, EDC as condensing agent, and post-reaction solution spotted on reverse phase TLC and developed with mixed solvent of water / methanol = 1/1 (volume ratio) Then, it was immersed in an aqueous solution of sodium cyanide (concentration: 0.5 mol / L), then sprayed with concentrated aqueous ammonia, and finally immersed in an aqueous 5 wt% sodium nitroprusside solution. By the above operation, the disulfide group is converted into a mercapto group and colored red. The results of reversed-phase TLC are shown in Table 1. Since the solution after reaction is colored red and its Rf value is different from cystamine, introduction of disulfide groups into polyacrylic acid can be confirmed. It was. Moreover, since the component of Rf value corresponding to cystamine does not exist in the spot of the solution after reaction, it has also confirmed that cystamine did not remain in the solution after reaction.
[0033]
[Table 1]

[0034]
[2] Reduction of disulfide group In the post-reaction solution obtained in [1] above, 284 mg of threo-1,4-dimercapto-2,3-butanediol (hereinafter abbreviated as “DTT”) in a nitrogen atmosphere (1. 84 mmol) was added and allowed to stand at room temperature for 1 hour.
[0035]
The reaction was confirmed by reverse phase TLC by the following method. The DTT used in the reaction and the solution after the reaction were spotted on a reverse phase TLC, developed with a mixed solvent of water / methanol = 1/1, sprayed with concentrated aqueous ammonia, and then immersed in a 5 wt% sodium nitroprusside aqueous solution. By the above operation, the compound having a mercapto group is colored red. The results of reversed-phase TLC are shown in Table 2. Since the solution after this reaction is colored red and its Rf value is different from DTT, the disulfide group introduced into polyacrylic acid is a mercapto group. It was confirmed that the product was reduced. Moreover, since the component of Rf value corresponding to DTT does not exist in the spot of the solution after reaction, it has also confirmed that DTT did not remain in the solution after reaction.
[0036]
[Table 2]

[0037]
[3] Introduction of organic fluorophore 447 mg (3.33 mmol) of o-phthalaldehyde and 76.9 ml of pure water were added to the post-reaction solution obtained in [2] above in a nitrogen atmosphere, and the mixture was added at room temperature for 10 minutes. Left to stand. Next, 199.4 μL (3.33 mmol) of monoethanolamine was added and allowed to stand at room temperature for 10 minutes. For comparison, o-phthalaldehyde, monoethanolamine and DTT were reacted to synthesize an aqueous solution containing a low molecular weight isoindole derivative (hereinafter abbreviated as “control solution”) under the same conditions.
[0038]
The reaction was confirmed by reverse phase TLC by the following method. After starting the polyacrylic acid as a starting material, the control solution and the solution after the reaction, the solution was spotted on a reverse phase TLC, developed with a mixed solvent of water / methanol = 1/1, irradiated with 365 nm ultraviolet light, and confirmed by the presence or absence of fluorescence. . The results of reversed-phase TLC are shown in Table 3. The organic fluorophore was introduced into polyacrylic acid because the solution after this reaction was fluorescent and the Rf value was different from that of the control solution. It was confirmed. It is also confirmed that no low-molecular-weight isoindole derivative (organic fluorophore) remains in the post-reaction solution since there is no Rf component corresponding to the control solution in the post-reaction solution spot. did it.
[0039]
[Table 3]

[0040]
[4] Measurement of fluorescence spectrum of fluorescently labeled polyacrylic acid FIG. 1 shows the result of fluorescence spectrum measurement of fluorescently labeled polyacrylic acid using a fluorescence spectrophotometer (manufactured by Hitachi, Ltd.). In FIG. 1, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents relative fluorescence intensity. The product obtained in the present invention emits fluorescence having an emission wavelength (λem) of 458 nm by being excited with an excitation wavelength (λex) of 341 nm, and that fluorescence labeling of polyacrylic acid has been achieved. confirmed. In the case of the isoindole derivative of the control solution, the excitation wavelength was 334 nm and the emission wavelength was 445 nm.
[0041]
【The invention's effect】
As is clear from the above explanation, according to the present invention, the fluorescent labeling of polycarboxylic acid can be achieved by a simple method with a small number of reaction steps, and the fluorescently labeled polycarboxylic acid obtained by this method is extremely Since the measurement can be performed with high sensitivity and selectivity, the present invention can be applied in a wide range of uses to which polycarboxylic acids are added.
[0042]
Therefore, when the fluorescently labeled polycarboxylic acid of the present invention is applied as at least a part of a dispersant in various water treatment systems represented by a cooling water treatment system and a boiler water treatment system, the concentration of the dispersant in the system is accurately determined. Since management becomes possible, troubles such as scale failures can be prevented. In addition, when the fluorescently labeled polycarboxylic acid of the present invention is applied to water / wastewater treatment systems as at least a part of the flocculant, the amount of unaggregated polymer can be accurately measured. Control can be easily performed. Furthermore, the fluorescently labeled polycarboxylic acid of the present invention can be applied to any system in which polycarboxylic acids are added in addition to the water treatment system. Specific examples of such applications include the use of the fluorescently labeled polycarboxylic acid of the present invention as at least a part of the polycarboxylic acid used as a yield / freeness improver as a paper / pulp manufacturing process chemical, Cases in which quantitative analysis is performed, cases in which the fluorescently labeled polycarboxylic acid of the present invention is used as at least part of the polycarboxylic acid used as a thickener / stabilizer in paints, emulsions, and latexes, and quantitative analysis is performed. At least one of polycarboxylic acids used in applications such as fiber wall material workability improver, agricultural chemical spreading agent, cosmetics, feed binder, resin processing binder, detergent builder, seed spray topsoil stabilizer, etc. Examples include a case where the fluorescently labeled polycarboxylic acid of the present invention is used as a part and the quantitative analysis thereof is performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a fluorescence spectrum of fluorescently labeled polyacrylic acid obtained in Example 1 of the present invention.

Claims

モノマー単位としてカルボン酸基またはカルボン酸無水物基及び不飽和二重結合を有するモノマーの単位を含む重合体ポリカルボン酸であって、下記式（Ｉ）で示される蛍光標識化モノマ−単位を重合体ポリカルボン酸を構成する全てのモノマー単位に対して０．１〜２０モル％含む水溶性の蛍光標識化重合体ポリカルボン酸。

（式中Ｒ_１は水素または炭素数１〜６の非芳香族炭化水素基であり、Ｒは炭素数１〜２４の有機基であり、Ｘは有機蛍光団を含む有機基である。） A polymer polycarboxylic acid containing units of a monomer having a carboxylic acid group or carboxylic anhydride group and an unsaturated double bond as a monomer unit, fluorescently labeled monomer represented by the following Formulas (I) - Heavy units A water-soluble fluorescently labeled polymer polycarboxylic acid containing 0.1 to 20 mol% of all monomer units constituting the combined polycarboxylic acid.

(In the formula, R ₁ is hydrogen or a non-aromatic hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, R is an organic group having 1 to 24 carbon atoms, and X is an organic group containing an organic fluorophore.)

前記カルボン酸基またはカルボン酸無水物基及び不飽和二重結合を有するモノマーの単位が、アクリル酸、メタクリル酸、ビニル酢酸、クロトン酸、マレイン酸、イタコン酸、メサコン酸、フマル酸、シトラコン酸、１，２，３，６−テトラヒドロフタル酸及びそれらのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、マレイン酸無水物、１，２，３，６−テトラヒドロフタル酸無水物、３，６−エポキシ−１，２，３，６−テトラヒドロフタル酸無水物、５−ノルボルネン−２，３−ジカルボン酸無水物、ビシクロ[２．２．２]−５−オクテン−２，３−ジカルボン酸無水物、３−メチル−１，２，６−テトラヒドロフタル酸無水物、２−メチル−１，３，６−テトラヒドロフタル酸無水物の各単位から選ばれる請求項１に記載の蛍光標識化重合体ポリカルボン酸。The unit of the monomer having a carboxylic acid group or a carboxylic acid anhydride group and an unsaturated double bond is acrylic acid, methacrylic acid, vinyl acetic acid, crotonic acid, maleic acid, itaconic acid, mesaconic acid, fumaric acid, citraconic acid, 1,2,3,6-tetrahydrophthalic acid and their alkali metal salts, alkaline earth metal salts, ammonium salts, maleic anhydride, 1,2,3,6-tetrahydrophthalic anhydride, 3,6- Epoxy-1,2,3,6-tetrahydrophthalic anhydride, 5-norbornene-2,3-dicarboxylic anhydride, bicyclo [2.2.2] -5-octene-2,3-dicarboxylic anhydride The unit according to claim 1, which is selected from units of 3-methyl-1,2,6-tetrahydrophthalic anhydride and 2-methyl-1,3,6-tetrahydrophthalic anhydride. Light labeled polymer polycarboxylic acid.

下記３工程の反応により、モノマー単位としてカルボン酸基またはカルボン酸無水物基及び不飽和二重結合を有するモノマーの単位を含む重合体ポリカルボン酸に有機蛍光団を含む有機基を導入することを特徴とする蛍光標識化重合体ポリカルボン酸の製造方法。
（１）モノマー単位としてカルボン酸基またはカルボン酸無水物基及び不飽和二重結合を有するモノマーの単位を含む重合体ポリカルボン酸と下記式（II）で示される化合物とを反応させる工程。
（ＨＲ_１Ｎ−Ｒ−Ｓ−）_２（II）
（式中Ｒ_１は水素または炭素数１〜６の非芳香族炭化水素基であり、Ｒは炭素数１〜２４の有機基である。）
（２）前記重合体ポリカルボン酸に導入されたジスルフィド基を還元し、メルカプト基を生成する工程。
（３）メルカプト基との反応性を有する有機蛍光団を含む有機化合物と、前記（２）記載の工程によりメルカプト基が導入された重合体ポリカルボン酸を反応させる工程。 An organic group containing an organic fluorophore is introduced into a polymer polycarboxylic acid containing a monomer unit having a carboxylic acid group or a carboxylic anhydride group and an unsaturated double bond as a monomer unit by the reaction of the following three steps. A method for producing a fluorescently labeled polymer polycarboxylic acid.
(1) A step of reacting a polymer polycarboxylic acid containing a monomer unit having a carboxylic acid group or carboxylic anhydride group and an unsaturated double bond as a monomer unit with a compound represented by the following formula (II).
(HR ₁ N—R—S—) ₂ (II)
(In the formula, R ₁ is hydrogen or a non-aromatic hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, and R is an organic group having 1 to 24 carbon atoms.)
(2) A step of reducing a disulfide group introduced into the polymer polycarboxylic acid to generate a mercapto group.
(3) A step of reacting an organic compound containing an organic fluorophore having reactivity with a mercapto group and a polymer polycarboxylic acid into which a mercapto group has been introduced in the step (2) .

下記２工程の反応により、モノマー単位としてカルボン酸基またはカルボン酸無水物基及び不飽和二重結合を有するモノマーの単位を含む重合体ポリカルボン酸に有機蛍光団を含む有機基を導入することを特徴とする蛍光標識化重合体ポリカルボン酸の製造方法。
（１）モノマー単位としてカルボン酸基またはカルボン酸無水物基及び不飽和二重結合を有するモノマーの単位を含む重合体ポリカルボン酸と下記式 (III)で示される化合物とを反応させる工程。
ＨＲ_１Ｎ−Ｒ−ＳＨ (III)
（式中Ｒ_１は水素または炭素数１〜６の非芳香族炭化水素基であり、Ｒは炭素数１〜２４の有機基である。）
（２）メルカプト基との反応性を有する有機蛍光団を含む有機化合物と、前記（１）記載の工程によりメルカプト基が導入されたポリカルボン酸を反応させる工程。 An organic group containing an organic fluorophore is introduced into a polymer polycarboxylic acid containing a monomer unit having a carboxylic acid group or carboxylic anhydride group and an unsaturated double bond as a monomer unit by the reaction of the following two steps. A method for producing a fluorescently labeled polymer polycarboxylic acid.
(1) A step of reacting a polymer polycarboxylic acid containing a monomer unit having a carboxylic acid group or carboxylic anhydride group and an unsaturated double bond as a monomer unit with a compound represented by the following formula (III).
HR ₁ N-R-SH (III)
(In the formula, R ₁ is hydrogen or a non-aromatic hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, and R is an organic group having 1 to 24 carbon atoms.)
(2) A step of reacting an organic compound containing an organic fluorophore having reactivity with a mercapto group and a polycarboxylic acid into which a mercapto group has been introduced by the step described in (1) above .

前記カルボン酸基またはカルボン酸無水物基及び不飽和二重結合を有するモノマーの単位が、アクリル酸、メタクリル酸、ビニル酢酸、クロトン酸、マレイン酸、イタコン酸、メサコン酸、フマル酸、シトラコン酸、１，２，３，６−テトラヒドロフタル酸及びそれらのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、マレイン酸無水物、１，２，３，６−テトラヒドロフタル酸無水物、３，６−エポキシ−１，２，３，６−テトラヒドロフタル酸無水物、５−ノルボルネン−２，３−ジカルボン酸無水物、ビシクロ[２．２．２]−５−オクテン−２，３−ジカルボン酸無水物、３−メチル−１，２，６−テトラヒドロフタル酸無水物、２−メチル−１，３，６−テトラヒドロフタル酸無水物の各単位から選ばれる請求項３又は４に記載の蛍光標識化重合体ポリカルボン酸の製造方法。The unit of the monomer having a carboxylic acid group or a carboxylic acid anhydride group and an unsaturated double bond is acrylic acid, methacrylic acid, vinyl acetic acid, crotonic acid, maleic acid, itaconic acid, mesaconic acid, fumaric acid, citraconic acid, 1,2,3,6-tetrahydrophthalic acid and their alkali metal salts, alkaline earth metal salts, ammonium salts, maleic anhydride, 1,2,3,6-tetrahydrophthalic anhydride, 3,6- Epoxy-1,2,3,6-tetrahydrophthalic anhydride, 5-norbornene-2,3-dicarboxylic anhydride, bicyclo [2.2.2] -5-octene-2,3-dicarboxylic anhydride And 3-methyl-1,2,6-tetrahydrophthalic anhydride and 2-methyl-1,3,6-tetrahydrophthalic anhydride units. Method for manufacturing a fluorescent labeled polymers polycarboxylic acids mounting.