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含水介质中比色阴离子探针的设计、合成及其性质的研究

邵杰  
【摘要】: 光化学传感器被广泛地用于检测各种金属离子和阴离子。荧光化学传感器具有选择性好、灵敏度高、简便快速等优点,而比色化学传感器比较受到关注,这类传感器可不借助于任何昂贵的仪器设备而直接用‘裸眼'识别。本论文以硫脲、脲、咔哗、腙、胺基、酚羟基等氢键供体作为识别点,设计合成了一系列新颖简单的比色阴离子探针,并研究其光谱性质和识别机制。其中,探针P1,P8和P9具有在含水溶剂中检测与识别阴离子的能力。主要工作概述如下: 1.设计合成了四个基于脲或硫脲基团的探针分子P1-7。在含水溶剂DMSO:H_2O(95:5,v/v)中,探针P1能够与阴离子结合,用‘裸眼'即可观察到溶液颜色由浅紫色变成深紫色。借助UV-vis光谱手段,P1能够定性地捡测到牙膏中的氟离子。探针P2以硝基作为生色基团,脲基作为阴离子识别点,在DMSO介质中,也能当作一个比色阴离子探针。探针P3-4拥有两种不同的阴离子识别位点——咔哗基和脲基。P3中有强的吸电子基——硝基,在DMSO中,P3要比P4结合阴离子的能力强很多。 2.设计合成了基于腙类衍生物的比色阴离子探针P8-9。在竞争介质DMSO:H_2O(95:5,v/v)中,加入强碱性阴离子时,P8溶液的颜色由黄色变成红色,实现‘裸眼'检测阴离子的目的。干扰实验结果表明,其它离子对P8检测AcO~-离子的干扰很小。由于分子结构的刚性得到增强,P9与阴离子作用后,表现出荧光增强的性质,同时伴随溶液颜色变化。 3.设计合成了一个以偶氮作为生色基团,硫脲基作为阴离子识别位点的比色探针分子P12。探针分子P12以两种异构体形式——偶氮式和腙式,存在于DSMO溶液中,主要是以偶氮式存在。当与强碱性阴离子(如氟离子)作用后,P12将由偶氮式转为腙式,同时伴随着UV-vis,荧光以及溶液颜色的变化,因而达到‘裸眼'检测阴离子的目的。 4.设计合成了两个分别基于分子内电荷转移(ICT)和光诱导电子转移(PET)发光机制的荧光探针P13-14。在DMSO溶液中,P13基于ICT发光机理,对阴离子表现出双波长变化的荧光响应,可以作为一个荧光比率探针。而P14是基于PET发光机理,对阴离子表现出荧光淬灭响应。随着阴离子的不断加入,P14将逐步发生去质子,并伴随可以‘裸眼'观察的颜色变化。 此外,还合成了脲衍生物P5-7,大环化合物P15以及P11-12等。由于这些化合物结构中缺乏生色基团,因此它们无法实现阴离子的‘裸眼'检测。


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