新型受体分子的设计合成及阴离子识别

论文摘要

分子识别是超分子化学研究的核心内容之一,它包括对中性分子、阳离子和阴离子的识别。由于阴离子在生命科学、药物领域、环境等方面起着重要的作用,阴离子的研究引起了相关领域科研工作者的高度重视。依据基态电荷转移理论,筛选特异性识别阴离子的生色离子载体,建立了灵敏度高、选择性好的阴离子光化学传感体系,实现了“肉眼”检测阴离子。本论文将分为四章介绍阴离子识别的发展状况,阐述本论文所建立的各类阴离子光化学传感体系及相关的理论方法。第一章简要介绍了超分子化学、分子识别的概念,阴离子研究发展现状,阴离子的结构特征及识别受体设计的一般原则。对近四年来国内外有关阴离子比色及荧光化学识别及传感文献进行了简要的评述。第二章设计合成了含双功能团的比色传感受体N-5-[8-羟基-喹啉]-N’-4-硝基苯基硫脲（1）。考察了Cu2+、Hg2+、Co2+、Ni2+、Zn2+和Pb2+等金属离子对1吸收光谱的影响。发现1可与Cu2+和Hg2+形成稳定的金属配合物,且1-Hg2+配合物可选择性传感F-。在乙腈溶液中,F-的引入使1-Hg2+配合物的吸收光谱在490 nm处出现新的吸收峰,溶液颜色由无色变为红色,而加入CH3CO2-、H2PO4-、HSO4-及Cl-等阴离子均未引起1-Hg2+配合物的吸收光谱和溶液颜色明显变化。Hg2+可与1的硫脲和喹啉结合,且Hg2+与硫脲的结合能力强于与喹啉的结合能力,低浓度F-存在时,1-Hg2+中喹啉基团部分结合的Hg2+与F形成HgF2,当高浓度的F-引入后,F-与喹啉上的羟基形成氢键作为电子供体,而Hg2+与硫脲结合作为一个电子受体,形成1:1型三元配合物1-Hg2+-F-,这就促使了分子内电荷转移,从而导致吸收光谱红移及配合物1-Hg2+溶液颜色变化,为此建立了一个肉眼检测F-的传感体系。实验结果还显示490 nm处吸光度值的变化与F浓度呈良好的线性关系,其线性范围为8.0×10-6-2.0×10-5 mol L-1,方法检测下限为1.4×10-6mol L-1。第三章利用吸收光谱研究了N-苯并15-冠-5-N’取代苯硫脲衍生物（4）及与阴离子的相互作用。实验结果表明:F-、AcO-、H2PO4-和Cl-的存在能使4的吸收光谱发生变化,且F-、AcO-、H2PO4-的加入使4的溶液颜色由无色变为黄色,而加入Br-、HSO4-、ClO4-、NO3-等阴离子均未引起4溶液颜色及吸收光谱明显变化。4与阴离子结合能力的大小顺序为:F-＞AcO-＞H2PO4-＞Cl-＞＞ClO4-、NO3-、Br-,且4与F-的结合常数大于107mol-1L,表明4可高选择性识别F-。F-的加入使4最大吸收波长由334nm红移至434 nm,向4-F-溶液中滴加阳离子如Na+、Li+和K+,吸收光谱恢复为4的吸收光谱,溶液颜色由黄色变为无色,且4与阳离子的结合能力大小顺序为:Na+＞Li+＞K+,在4-Na+（[4]:[Na+]=1:10）的乙腈溶液中,滴加低浓度的F-,吸收光谱和溶液颜色未发生变化,加入大于4倍4浓度的F-,434 nm处的吸收峰再次出现且溶液颜色由无色变为黄色,低浓度F因静电作用优先与Na+结合,过量的F以氢键作用结合至硫脲基团,促进了分子内的电荷转移,产生434 nm的电荷转移吸收峰。在存有F-条件下,4与Na+的结合常数为3.01×105mol-1L,由此表明冠醚为金属离子提供了一个结合位点,且金属离子能抑制4与阴离子的结合且引起溶液颜色的变化。第四章首次利用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱考察了在乙腈溶液中姜黄素与阴离子的结合性能。结果表明:姜黄素对F-离子表现出高的选择性,优于AcO-,H2PO4-和Cl-等离子。F-离子的加入可使姜黄素溶液颜色由黄色变为紫色,吸收光谱红移,荧光光谱猝灭。而加入其它阴离子如AcO-,H2PO4-,HSO4-,NO3-,Cl-及Br-等均未引起溶液颜色及光谱明显变化,姜黄素与F-的结合常数为2.0×105mol-1L。据此建立了生色与比值荧光双重响应的F-传感器,并探讨其与姜黄素的作用机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 传感阴离子的荧光和生色受体研究的最新进展
• 1.1 引言
• 1.2 阴离子的结构特点
• 1.3 阴离子识别研究
• 1.3.1 阴离子识别与传感
• 1.4 阴离子荧光传感体系
• 1.4.1 酰胺类荧光受体
• 1.4.2 （硫）脲类荧光受体
• 1.4.3 吡咯类荧光受体
• 1.4.4 路易斯酸和金属配合物类荧光受体
• 1.5 阴离子比色传感体系
• 1.5.1 酰胺类受体
• 1.5.2 脲和硫脲类受体
• 1.5.3 吡咯类受体
• 1.5.4 其它芳环类受体
• 1.5.5 胍类受体
• 1.5.6 金属配合物类比色受体
• 1.6 结语
• 第2章 8-羟基喹啉-5-硫脲苯-Hg配合物对氟离子的比色传感
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂
• 2.2.2 主要仪器
• 2.2.3 主体化合物的制备与表征
• 2.2.3.1 主体化合物的制备
• 2.2.3.2 结构表征
• 2.2.4 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 金属阳离子对主体1吸收光谱的响应
• 2+与主体1-3作用的吸收光谱影响之比较'>2.3.2 Hg²⁺与主体1-3作用的吸收光谱影响之比较
• 2+配合物吸收光谱的变化'>2.3.3 阴离子诱导1-Hg²⁺配合物吸收光谱的变化
• 2.3.4 阴离子诱导主体1和2吸收光谱的变化
• 2+对阴离子配合物1-F吸收光谱的影响'>2.3.5 Hg²⁺对阴离子配合物1-F吸收光谱的影响
• 2.4 结论
• 第3章 冠醚-硫脲类衍生物受体对阴、阳离子的识别
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂
• 3.2.2 主要仪器
• 3.2.3 主体化合物的制备与表征
• 3.2.3.1 主体化合物的制备
• 3.2.3.2 结构表征
• 3.2.4 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 阴离子诱导主体4吸收光谱变化
• 3.3.2 主客体配合物结合比及稳定常数的测定
• 3.3.3 金属离子对主体4吸收光谱的影响
• 3.3.4 碱金属离子对阴离子配合物吸收光谱的影响
• 3.3.5 阴离子和阳离子对化合物5和6吸收光谱的影响
• 3.4 结论
• 第4章 姜黄素对氟离子的比色和荧光传感
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要仪器及试剂
• 4.3 实验方法
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 阴离子诱导姜黄素吸收光谱变化
• 4.4.2 姜黄素与F之间的结合模式
• 4.4.3 阴离子诱导姜黄素荧光光谱变化
• 4.5 结论
• 参考文献
• 本论文创新之处
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 致谢