阴离子荧光传感器的合成及其在水溶液中的识别性能研究

摘要

大多数阴离子都存在于生物体内。为了进一步理解生物体系内的生物催化过程，对阴离子识别的研究引起了广泛的关注;手性阴离子作为阴离子的特殊形式，广泛存在于自然界和医药中。快速、准确地检测手性底物及其对映体的纯度在手性不对称催化，医药等领域也具有十分重要的作用。对阴离子的识别性能研究不仅在超分子领域，在医学，药物化学，材料科学等领域也有广阔的应用前景。由于生物体内重要的阴离子都广泛存在于水溶液的环境中，设计并合成具有高度选择性的化学传感器，尤其是水溶性的传感器的研究具有十分重要意义。
　　一些以N或O连接而成的手性“钳型”和“链状”主体分子，由于能够与阴离子形成很好的氢键，越来越引起科研工作者的广泛关注，在中性主体分子中引入手性中心和荧光团，利用光化学响应的不同，可准确、有效的对阴离子或手性阴离子进行识别。
　　本论文设计合成了一系列含有吖啶、菲咯啉或蒽的荧光化学传感器，并确证了其结构的正确性。利用紫外光谱、荧光光谱滴定、质谱、核磁共振氢谱、化学计算等方法研究了这些新型荧光化学传感器与一些常见的阴离子（卤素阴离子、HSO4-、AcO-、H2PO4-、扁桃酸及其衍生物阴离子、丙氨酸阴离子、苯丙氨酸阴离子、苯甘氨酸阴离子、苹果酸阴离子、酒石酸和二苯甲酰酒石酸阴离子等）之间的相互作用及光化学传感性能。本论文主要分为四章，内容如下:
　　(1)简要介绍了阴离子识别和阴离子传感器的研究进展，据此提出了本论文的设计思想。
　　(2)合成了四个基于吖啶的荧光化学传感器S-1，S-2，S-3和R-1。并通过荧光光谱，质谱研究了它们在水溶液中对苹果酸异构体的选择性识别能力。S-1，S-2和S-3对D-苹果酸具有良好的识别效果，而对L-苹果酸则识别效果不理想，通过肉眼能直接的观察出其颜色的变化。S-1，S-2和S-3和苹果酸之间均形成了1∶1的络合物。荧光响应强度的不同说明其对苹果酸具有非常好的对映选择性识别性能。并通过量子化学计算了S-1与D-/L-苹果酸阴离子的分子识别机理。
　　(3)合成了三个基于菲咯啉的荧光化学传感器L1，L2和D1。并通过紫外吸收光谱，荧光光谱，质谱，量子化学计算等研究了它们对金属离子的选择性识别能力，并以金属配合物作为新的传感器在水溶液中对手性苹果酸进行手性识别探究。传感器L1-Eu3+和D1-Eu3+对苹果酸异构体有良好的识别效果，且均成了形成了1∶1的络合物，且能用肉眼直观的看出颜色的变化。而与其他的手性羧酸阴离子没有形成络合物，随着空间位阻的增大，主体化合物L2没有识别性能。
　　(4)合成了五个含有蒽荧光团的化合物L0，L1，L2，L3和L4，通过紫外吸收光谱，荧光光谱滴定，质谱，核磁共振氢谱等在水溶液中研究其对常见阴离子的选择性识别能力。结果表明，传感器L2对AcO-有良好的识别效果，传感器L2与AcO-间形成了1∶1的络合物。并对常见的金属离子做了识别性能研究，传感器L2与Ag+形成了1∶1的络合物，以L2-Ag+为新的荧光传感器，则对I-具有很好的专一性识别效果，且颜色变化明显。这说明传感器L2对AcO-及L2-Ag+对I-具有非常好的选择性识别能力。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 超分子化学与手性阴离子识别

1．1．1 引言

1．1．2 手性阴离子识别意义

1．2 阴离子化学传感器

1．2．1 阴离子化学传感器的概念

1．2．2 阴离子荧光传感器原理

1．2．3 对阴离子识别的荧光化学传感器

1．2．4 阴离子比色传感

1．3 阴离子化学传感器的设计

1．3．1 基于氨基盐受体的化学传感器

1．3．2 基于脲、硫脲受体的阴离子传感器

1．3．3 基于含有金属离子的阴离子传感器

1．4 本论文的整体设计思路与主要研究内容

1．4．1 选题背景与目的

1．4．2 主要研究内容

参考文献

2 基于吖啶的手性荧光化学传感器的合成及在水溶液中对手性阴离子的传感性能研究

2．1 前言

2．2 研究思路

2．3 实验部分

2．3．1 仪器与试剂

2．3．2 合成步骤

2．4 结果与讨论

2．4．1 光谱测定

2．4．2 最小二乘法非线性曲线拟合公式的推导和稳定常数的计算

2．4．3 量子化学计算

2．5 小结

参考文献

附录A

3 基于菲咯啉-金属复合物的新型荧光传感器的合成及在水溶液中对苹果酸的传感性能研究

3．1 前言

3．2 研究思路

3．3 实验部分

3．3．1 仪器与试剂

3．3．2 合成步骤

3．4 结果与讨论

3．4．1 光谱测定

3．4．2 量子化学计算

3．5 小结

参考文献

附录B

4 基于蒽的阴离子生色传感器及其在水溶液中对醋酸阴离子的识别性能研究

4．1 前言

4．2 研究思路

4．3 实验部分

4．3．1 仪器与试剂

4．3．2 合成步骤

4．4 结果与讨论

4．4．1 L2与阴离子相互作用的UV-vis光谱变化

4．4．2 L2与阴离子相互作用的荧光光谱变化

4．4．3 L2与金属阳离子相互作用的荧光光谱变化

4．5 小结

参考文献

附录C

致谢

攻读学位期间发表的论文