双臂腙类超分子化合物的合成以及主客体识别性能研究

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超分子功能材料是基于分子间弱相互作用力而制备的新型材料,由于其良好的刺激响应性、自修复性、生物相容性等多种优点,近年来成为研究者广泛关注的课题。一直以来,金属离子和阴离子在生物系统和生产活动中都发挥着重要的作用。目前常见的离子检测方法通常需要复杂的操作和昂贵的仪器,因此开发可以高灵敏性、高选择性、响应迅速、操作简单且成本低廉的金属离子和阴离子检测方法对生态稳定和人体健康具有重要的意义。基于超分子化学发展,我们在超分子传感器中引入腙基,提供良好的配位能力,并且设计目标传感器为双臂结构,通过双臂结构中苯环、萘环和腙基的协同作用,实现对阴离子和金属离子的高灵敏、高选择性检测,这给识别金属离子和阴离子的超分子比色/荧光传感器供了一个新思路和新方法。本论文将分为四个部分对腙类超分子传感器的制备及其主客体识别性能研究展开论述。1.超分子传感器研究进展及其在腙类衍生物中离子识别的应用:介绍了离子识别研究意义以及金属离子和阴离子传感器的最新研究进展;聚集诱导发光(AIE)概述和AIE传感器的研究进展;含腙基的离子传感器的研究进展;课题提出及研究内容。2.通过对苯二甲醛和1-萘乙酰肼反应合成了荧光传感器BNH。该传感器在DMSO-H2O混合溶液中表现出良好的AIE性能。此外,BNH能够在DMSO-H2O(V/V=1:1)的混合溶剂中对Fe3+实现高灵敏的单一性检测,使BNH在365nm荧光灯下的蓝色荧光猝灭,检测限为4.46×10-7M,并且该识别结果基本不受其他金属离子的干扰。有趣的是,在DMSO-H2O(V/V=1:1)的混合溶剂中,F-和H2PO4-能使BNH-Fe3+的荧光重新打开,检测限分别为2.21×10-6M和2.20×10-6M,这两个过程展现了BNH对Fe3+和F-/H2PO4-的连续性识别。我们通过量化计算来呈现了BNH识别Fe3+的过程中超分子作用力,这也能够支持我们提出的识别机理。3.通过对苯二甲醛和五氟苯肼反应合成了基于五氟苯腙的比色传感器BPFH。BPFH在DMSO中能够实现对F-的单一性识别,自然光下能观察到BPFH的溶液由无色变为粉红色,通过计算得到检测限为1.63×10-7M。我们进行了~1H NMR、19F NMR核磁滴定和FT-IR实验来提出识别机理,实验结果表明BPFH通过氢键和阴离子-π作用对F-进行识别。量化计算结果也支持实验得出的机理,这部分工作为识别F-提供了一种简便易行、可视化强的新方法。4.我们以传感器BPFH能选择性识别F-为基础,开发了能选择性识别Ag+的超分子比色传感器BPFH-F。在自然光下,DMSO中的传感器BPFH-F呈粉色,当加入Ag+后,溶液变为黄色。通过BPFH-F对Ag+的强亲和力,我们提供了一种对Ag+便捷识别、选择性好、灵敏度高、可视性强的检测方法。经计算检测限为1.99×10-7M。
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