金属离子荧光化学传感器的合成及在水溶液中的性能研究

摘要

金属在自然界广泛存在，对生命、环境、医学和工农业生产都有重要的意义，其中许多金属离子在生命过程中也负有不可替代的调控作用。但不可忽视，金属的过度开采和不合理利用已造成严重的环境污染问题，特别是一些重金属离子及过渡金属离子对生命系统也产生了相当的危害。荧光化学传感器能够将识别信息转换成易被感知的荧光信号，具有灵敏性好、选择性高、检测快速、检出限低等特点，可广泛应用于生物、环境检测和污水处理等领域。利用荧光传感器技术识别金属离子的研究因而引起了人们的极大关注。
　　由具有孤对电子的O或N桥联而成的钳形和环状主体分子，具有可调控的空腔结构。再引入荧光团，利用其光化学响应的不同，就能够有效地对金属离子进行识别。
　　本论文设计合成了一系列含有萘或菲咯啉的新型化合物，且确认了它们结构的正确性。通过1HNMR、质谱、紫外吸收光谱、荧光光谱滴定、化学计算等方法研究了这些化合物与一些常见的金属离子（Na+，K+，Zn2+，Co2+，Ni2+，Hg2+，Mn2+，Cr3+，Cu2+和Fe3+）之间的相互作用及识别性能，并依此确定出其中部分化合物是对金属离子具有良好选择识别性能的荧光化学传感器。本论文分为四章，主要内容如下:
　　(1)简要介绍了荧光化学传感器对过渡金属离子和重金属离子的识别研究进展，据此提出了本论文的设计思想。
　　(2)合成了六个基于菲咯啉的化合物1，2，3，4，5和6。通过紫外吸收光谱的测定，显示它们对金属离子Cu2+和Fe3+有响应变化，但荧光滴定实验的结果却显示荧光强度没有改变。说明化合物1，2，3，4，5和6对金属离子Na+，K+，Zn2+，Co2+，Ni2+，Hg2+，Mn2+，Cr3+，Cu2+和Fe3+没有识别能力，可能是由于它们与金属离子的空腔尺寸不合适或能量不匹配。
　　(3)合成了四个基于萘的新型化合物1，2，3和4。通过紫外吸收光谱、荧光光谱滴定研究了它们在水溶液中对金属离子Na+，K+，Zn2+，Co2+，Ni2+，Hg2+，Mn2+，Cr3+，Cu2+和Fe3+的选择性识别能力，并通过1HNMR进行了确认。1显示了明显优于2，3和4的对Hg2+的特异性识别能力，且计算结果表明1和Hg2+形成了1∶1的络合物，而与其它金属离子没有相互作用。从而得到结论:化合物1是专一性的Hg2+荧光化学传感器。
　　(4)合成了两个基于萘的钳形化合物1和2、两个希夫碱类的环状化合物3和4，并通过水溶液中的紫外吸收光谱、荧光光谱滴定研究了它们对金属离子Na+，K+，Zn2+，Co2+，Ni2+，Hg2+，Mn2+，Cr3+，Cu2+和Fe3+的选择性识别能力。结果表明，化合物1、2对Cr3+和Fe3+产生了识别，化合物1、2与Cr3+和Fe3+间形成是1∶1的络合物，且对Fe3+的络合效果较之对Cr3+的络合效果要好;化合物3，4则是对Hg2+和Fe3+产生了识别，化合物3、4与Hg2+和Fe3+间形成了1∶1的络合物，络合效果相当。换句话说:化合物1、2是对Cr3+和Fe3+有选择性识别能力的传感器，且传感器1、2对Fe3+的识别较Cr3+更高效;化合物3、4是对Hg2+和Fe3+有选择性识别能力的传感器，且都比较高效。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 超分子化学与分子识别

1．2．1 超分子化学

1．2．2 分子识别

1．3 荧光化学传感器

1．3．1 荧光传感器的概念

1．3．2 荧光传感器的结构

1．3．3 荧光化学传感器的设计原理

1．3．4 荧光化学传感器的常见识别机理

1．4 金属离子的危害及其识别研究的现状和进展

1．4．1 金属离子的危害及检测

1．4．2 金属离子识别研究的现状和进展

1．5 本论文研究的目的和意义

参考文献

第二章 基于菲咯啉类化合物的合成及对金属离子的识别性能研究

2．1 引言

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 贮备液的配制及光谱测定

2．4．2 光谱测定的结果及分析

2．5 本章小结

参考文献

附录A 目标化合物1，2，3，4，5和6的结构表征谱图

第三章 Hg2+荧光化学传感器的合成及其识别性能研究

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 实验步骤

3．4 结果与讨论

3．4．1 贮备液的配制及光谱测定

3．4．2 荧光光谱

3．4．3 主客体作用前后的1H NMR研究

3．5 本章小结

参考文献

附录B 目标化合物1，2，3和4的结构表征谱图

第四章 基于萘的荧光化学传感器的合成及对金属离子的识别性能研究

4．1 引言

4．2 研究思路

4．3 实验部分

4．3．1 仪器与试剂

4．3．2 实验步骤

4．4 结果与讨论

4．4．1 贮备液的配制及光谱测定

4．4．2 荧光光谱

4．4．3 络合常数的计算

4．5 本章小结

参考文献

附录C 化合物1，2，3，4，3c，4c的结构表征谱图

致谢

攻读学位期间发表的论文