杂环衍生物分子荧光探针的制备及应用

作     者：付青青 

作者单位：兰州交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡京汉

授予年度：2020年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

主      题：重金属 氰根 荧光探针 逻辑门 试纸条 

摘      要：超分子化学研究的内容较为广泛,其中分子识别是超分子化学的研究核心之一。分子识别主要是对阴阳离子、中性分子和生物大分子的识别,其中阴阳离子的识别是最基础也是最需发展和丰富的课题。设计结构简单、水溶性好、抗干扰能力强的双通道探针用于离子识别是目前较为热门的研究领域。基于此,我们设计合成了三种杂环芳烃衍生物荧光探针,利用光谱技术、理论计算等对其进行离子识别性能的研究。论文主要从四个方面进行阐述:第一章:主要介绍了超分子及超分子化学的基本概念,离子识别机理及离子识别的意义,阐述了杂环衍生物分子对离子识别的研究进展,重点总结了四类杂环芳烃衍生物荧光探针:(1)含氮杂环衍生物分子荧光探针(2)含氧杂环衍生物分子荧光探针;(3)含硫杂环衍生物分子荧光探针;(4)含多种杂原子的杂环芳烃衍生物荧光探针。第二章:我们设计合成了一种基于4-甲基-7-羟基-8-醛基香豆素的传感器F1,该传感器在DMSO/H2O(5:5,v/v;pH=7.20)介质中对氰化物具有“开启的荧光响应。传感器F1上的吸电子基团(羟基)阻止了苯环与香豆素基团之间的分子内电荷转移。当加入CN-时,通过去质子化作用脱去酰腙上的质子和羟基上的质子,从而苯基和香豆素基团之间的分子内电荷转移(ICT)得以进行。通过1H NMR滴定和量化计算(DFT)证实了此机理。此外,传感器F1对氰根的荧光响应的检测极限相对较低(9.92×10-8 M)。值得一提的是,传感器F1已成功用于检测食品样品中的氰化物阴离子。不仅如此,而且制备了基于F1的检测试纸,该试纸可以方便快捷地检测水样中的CN-。第三章:设计并合成了一种基于苯并咪唑双通道检测Cu2+的传感器F2。在识别Cu2+时,F2基本不受其他阳离子的影响。传感器F2的最低检测限为9.09×10-9 M。通过实验和理论计算证明配体-金属电荷转移(LMCT)是F2与Cu2+之间的相互作用机理。此外,加入Cu2+和EDTA后F2的荧光变化在分子水平上被用作超灵敏的IMPLICATION逻辑门。同时,分子键盘实验已经在分子水平上实现了信息保护。更重要的是,含有F2的试纸条在实际应用中可以方便、快速地应用于Cu2+的检测。第四章:我们设计合成了一种羧酸功能化的香豆素衍生物传感器F3,该传感器在DMSO/HO(2:3,v/v;pH=7.20)溶液中对CN具有双通道响应,最低检测限为3.09×10M。由于F3-CN-的体系中加入AcOH后荧光又恢复到初始状态,表明F3是一个可逆的荧光传感器。基于此,我们将其应用于超灵敏的IMPLICATION逻辑门。此外,我们还制作了可用于快速、便捷地检测CN-的测试条。根据传感器F3的各种特性和应用,可以得出结论,传感器F3是一种有前途的CN-检测剂,具有抗干扰能力强、使用方便、响应速度快和检测限低的特点。