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光学分子传感和氢键自组装是当前超分子化学领域的两大研究热点,两者之间存在天然的内在联系。事实上,氢键作为一种重要的识别驱动力在光学分子传感的分子识别过程中已经得到广泛的应用。然而,目前已出现的光学传感分子中,信号单元与识别单元大都以共价键或配位键的形式进行连接,以氢键进行连接的构建模式尚未见报道——尽管多重氢键的协同作用力可与共价键和配位键相媲美并可在溶液中稳定存在。相比于传统的共价连接臂,氢键连接臂是动态的,具有高度的自发性和可逆性。这种从刚性连接臂到动态连接臂的转化,为光学分子传感的构建带来全新的思路,不仅使得传感分子的设计和合成难度大幅度降低,而且使得识别单元和信号单元的比例可调、多种不同的识别单元和信号单元可以进行自由组合。本论文拟以酰亚胺结构为氢键链接单元,制备一系列带有该类氢键链接单元的受体分子(作为识别单元)和带有氢键链接单元的荧光分子(作为信号单元),通过溶液中链接单元的自组装形成超分子传感网络;通过一系列传感实例的建立,提出基于氢键自组装的荧光传感的模块化设计理念,并展示此类荧光传感体系的性能优势。论文共分为六章:
第一章主要介绍了传统光学分子传感器的设计原理和基于氢键作用的超分子自组装的研究进展。在此基础上,提出了本论文的研究设想。
第二章介绍了研究工作中涉及的主要仪器、主要试剂以及相关化合物的合成与鉴定。
第三章研究了[1+1]荧光传感模式,即单种识别单元和单种信号单元通过氢键自组装形成的超分子传感网络。利用识别单元与信号单元的比例可调的特性,构建具有信号放大功能的新型荧光分子传感体系。分别以BAAD兼作识别单元和信号单元,和以三聚氰胺Mel为识别单元、Rhb-VA作为信号单元,实现了二氧化硫和二氧化碳的荧光传感。
第四章研究了[1+2]荧光传感模式,即单种识别单元和两种或两种以上的信号单元通过氢键自组装形成的超分子传感网络。在识别单元与信号单元的比例可调的基础上,优化信号单元的组合,建立新型的比率荧光传感体系。分别以紫脲酸为识别单元、BAAD和Rhb-VA为信号单元,和以BAB为识别单元、PTCD和Rhb-VA为信号单元,实现了神经毒剂和糖的荧光传感。
第五章研究了[2+2]荧光传感模式,即两种以上的识别单元和两种或两种以上信号单元通过氢键自组装形成的超分子传感网络。通过识别单元和信号单元的优化组合,使传感体系对两种目标物种的不同存在形式有高度区分性的荧光响应。以BAAD和BAB为识别单元、PTCD和Rhb-VA为信号单元,实现水溶液中亚硫酸氢根(二氧化硫)和葡萄糖的同时检测。
第六章是对本论文工作的总结及后续研究的展望。