随着化工产业的不断发展,累积在水体系中的有毒离子逐渐增多,能够在水体系中定性定量的识别某一特定离子,已经引起了科学家的广泛关注。根据已经报道的众多离子识别文献,随着实验设备不断更新,识别离子的手段从最初的原子吸收光谱、电感耦合等离子质谱等方法发展到今天的比色荧光识别法。最初的识别方法专业性强、操作困难且成本较高,大大限制了它们在实地检测方面的应用。同时,伴随着超分子化学的极速发展,研究者们已经在主客体识别方面取得了巨大成就,其中以杂环化合物作为母体合成的各种各样的识别主体,已经被广泛提及。作为杂环化合物的典型代表,吩嗪及其衍生物具有稳定的光学性质、易于形成堆积的平面结构以及强的荧光性质,在识别方面深受研究者们的偏爱。基于此,在本论文中设计合成不同的吩嗪衍生物,能够在含水体系中专一性识别某一种特定离子。第一章杂环化合物在阴阳离子识别方面的应用本部分主要介绍了超分子化学的研究历史及现状,着重介绍了杂环化合物在阴阳离子识别方面的应用。第二章2-苯基-1H-咪唑并吩嗪(ZH)在阳离子识别方面的紫外荧光性能研究设计合成以吩嗪为荧光基团、咪唑环为识别位点的主体化合物(ZH)。该化合物在半水体系中通过π-π堆积及分子间氢键作用形成自组装体系,使该化合物溶液呈黄色且具有黄色荧光,当加入Ag+后,自组装体系被破坏后荧光猝灭,溶液变为浅粉色。将Na I加入含ZH+Ag+的溶液中,溶液荧光打开,随后再向该混合液中加入Ag+,溶液荧光猝灭,如此荧光打开猝灭过程可循环四次以上,这说明该识别过程是一个可逆过程,且传感器分子可作为一种多次使用的识别工具。制作的含有ZH的试纸,使该化合物的实际应用性能大大提高,有利于该传感器分子被广泛使用。第三章基于超分子自组装的吩嗪衍生物在水溶液中双通道识别氰根离子(CN-)设计合成了含有咪唑基团的吩嗪衍生物(ZH),该化合物可在含水体系中高选择性的识别CN-。从单晶结构可以看出,ZH结构中的咪唑氮原子与另一分子中咪唑环上的-NH形成分子间氢键,分子之间又通过π-π作用堆积,分子间氢键以及π-π作用共同构成了ZH的自组装体系,使ZH溶液呈黄色且具有强的黄色荧光。当加入CN-后,发生脱质子作用,导致自组装体系解体,溶液变为橘红色且荧光猝灭。随后向含有ZH-CN-的溶液中加入H+,溶液的荧光及颜色与主体的相差无几,再加入CN-,溶液颜色又变为橘红色荧光猝灭,该过程可循环5次以上,且荧光几乎无损耗,说明在识别过程中,ZH可以反复多次使用,大大地提高了该传感器分子的经济实用型。较低紫外和荧光的检测限(分别为5.0×10–8和7.0×10–8 mol/L),使ZH在低浓度检测方面具有相当大的优势。在含有ZH的试纸上,滴加各种常见的阴离子后,出现明显的颜色以及荧光对比,大大提高了探针ZH的实际应用性能。第四章2-巯基噁唑并吩嗪(TZ)选择性识别阳离子的荧光性能研究合成一种以吩嗪基团作为发光体、巯基噁唑为识别基团的新型荧光传感器(TZ),能够在含水体系中瞬时检测Hg2+。TZ有硫酮和硫醇两种同分异构体,经过红外谱图以及核磁数据可以得出结论:溶液中主要存在形式为硫酮结构,固体时主要存在结构为硫醇结构。在含有TZ的p H=7.2 HEPES缓冲溶液中,发生去质子作用,向其中加入Hg2+,Hg2+与噁唑氮原子以及巯基配位,荧光由淡黄色变为浅蓝色,且在365nm紫外灯下裸眼最低检测限为10-5 mol/L,大大提高了TZ在实际检测方面的应用能力。同时,TZ在2-8的p H范围内都可以检测Hg2+。此外,含有TZ的试纸已经制成,可作为一种简单的识别Hg2+工具,在实地检测方面取得了较大的突破。第五章2-巯基咪唑并吩嗪(CW)选择性识别阳离子的荧光性能研究合成一种以咪唑烷及硫酮基团作为识别位点的传感器分子(CW),能够在含水体系中快速检测Hg2+。在DMSO和水(9:1,v:v,p H=7.2的HEPES缓冲溶液),CW发生去质子作用后,发生分子内电荷转移,使主体变为咪唑硫醇式结构,且咪唑环上的一个氮原子及硫原子都带有一个负电荷。向其中加入Hg2+,Hg2+与带负电荷的咪唑氮原子及硫原子配位,荧光由黄色变为浅红色,且在365nm紫外灯下裸眼最低检测限为10-4 mol/L,大大提高了CW在实际检测方面的应用能力。同时,含有CW的试纸已经制成,为传感器分子实时实地检测提供可便携的工具。