均三嗪衍生物的设计合成及应用于金属离子识别研究

摘要

现如今，因光化学传感器具有较高的灵敏度、选择性、耗资少、耗时短等诸多优势，在检测实际环境和样本中的金属离子和阴离子方面发挥出了重要作用，并在环境科学、化学、生物、医药科学、生命科学等领域展现出了其实际应用价值。本文以三甲基均三嗪为起始原料设计合成了8种三嗪烯烃衍生物，利用光谱手段分别研究了它们与金属离子的相互作用、结合模式、作用机理，建立了金属离子的定量分析方法。本论文主要从以下四个部分进行介绍。
　　 第一章为相关文献和综述的概括归纳，主要归纳了近5年来国内外已经报道出的比较优秀的荧光和比色探针及其它们的发展趋势;同时还在本章中简要概述了三嗪化合物的几个主要应用领域。
　　 第二章，我们主要合成出了2，4-二甲基-6-[4'-N,N-二甲氨基苯乙烯基]-1，3，5-均三嗪(A1)和2-苯乙烯基-4，6-二甲基-1，3，5均三嗪(A2)这两种化合物，并对其进行了熔点、NMR、Mass、元素分析等表征。采用紫外吸收光谱法和核磁光谱法研究了金属离子与化合物间的相互作用模式和机理。结果显示，化合物A1对Fe3+和Cu2+表现出高选择性光谱响应，其最大吸收波长由393 nm分别红移至525 nm和513nm，溶液颜色也由黄色变为粉红色。化合物A1与Fe3+结合形成1∶1型的络合物，经计算其结合常数的大小为K=1.8×104 L mol-1;与Cu2+结合形成2∶1型的络合物，其结合常数的大小为K=2.6×1010 Lmol-1。然而化合物A2却仅对Fe3+呈现出非常明显的光谱变化，其紫外光谱的最大吸收波长由304 nm红移到了357 nm，而Cu2+的加入未引起光谱明显变化，A2与Fe3+也形成1∶1配合物，结合常数的大小为K=1.0×105 Lmol-1。结果表明Fe3+可能与化合物A1和A2中三嗪N配位，而Cu2+与两分子化合物A1甲氨基中的N配位。同时考察了其它金属离子如Li+，K+，Mg2+，Ca2+，Co3+，Ni2+，Ag+，Cd2+，Hg2+和zn2+等对化合物A1和A2吸收光谱的影响，结果显示两者光谱均无明显变化。
　　 第三章，合成了2，4-二-（2-噻吩乙烯基）-6-（4'-N，N-二甲氨基苯乙烯基）。1，3，5-均三嗪(A3)及其对照化合物2，4-二-（2-噻吩乙烯基）-6-苯乙烯基-1，3，5-均三嗪(A4)和2，4-二-(2-呋喃乙烯基)-6-(4'-N，N-二甲氨基苯乙烯基)-1，3，5-均三嗪(A5)及其对照化合物2，4-二-（2-呋喃乙烯基）-6-苯乙烯基-1，3，5-均三嗪(A6)四种离子探针，并通过熔点、核磁、质谱、元素分析等表征手段对其结构进行了鉴定。应用紫外吸收光谱和1H NMR谱研究了化合物A3、A4、A5和A6对金属离子的作用机理。结果显示:化合物A3、A5对Li+，Na+，K+，Ag+，Mg2+，Ca2+，Zn2+，Ni2+，Cd2+和Co2+等金属离子无明显光谱响应，而Cu2+，Hg2+和Fe3+的加入产生显著的光谱变化，溶液颜色由黄色变为红色，化合物A3、A5与Cu2+、Hg2+和Fe3+均形成1∶1型配合物;Cu2+、Hg2+和Fe3+的加入也会诱导化合物A4、A6吸收光谱发生变化，但是颜色变化不显著。
　　 第四章，合成了2，4-(2-吡啶)-6-(4-N，N-二甲氨基苯乙烯基)-1，3，5-均三嗪(A7)和2，4-二-（2-吡啶乙烯基）-6-（苯乙烯基）-1，3，5-均三嗪(A8)两种探针，通过熔点、NMR、Mass、元素分析等常用的有效表征手段对其结构进行了鉴定。应用紫外吸收光谱和1H NMR光谱研究了化合物A7、A8对金属离子的作用机理。结果显示:化合物A7对Li+，Na+，K+，Ag+，Mg2+，Ca2+，Zn2+，Ni2+，Cd2+和Co2+等金属离子无明显光谱响应，而只有加入Cu2+才会导致光谱产生显著的变化，并使得在530 nm波长处的吸收增强，溶液颜色也由黄色变为紫红色;化合物A7与铜离子形成1∶1型的络合物，结合常数为K=4.4×108 L mol-1，加入的铜离子对化合物A8的光谱没有太大影响。

目录

声明

摘要

符号说明

第1章 引言

1．1 概述

1．1．1 超分子化学

1．1．2 分子识别和光化学传感器的工作原理

1．2 光化学传感器的应用

1．3 光化学传感器中的金属离子探针

1．3．1 金属铜离子探针

1．3．2 金属铁离子探针

1．3．3 金属汞离子探针

1．3．4 金属锌离子探针

1．4 光化学传感器中的阴离子探针

1．4．1 氟离子探针

1．4．2 氰离子探针

1．4．3 磷酸二氢根离子探针

1．5 三嗪衍生物的研究现状

1．6 三嗪化合物的应用领域

1．6．1 三嗪衍生物应用于除草剂

1．6．2 三嗪衍生物应用于医药产品

1．7 论文设想

第2章 均三嗪衍生物应用于Fe3+和Cu2+的选择性识别研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 主要仪器

2．2．2 实验中所用试剂

2．2．3 主体化合物的合成

2．2．4 实验方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 化合物A1、化合物A2的溶剂效应的测定及光谱比较

2．3．2 Fe3和Cu2+诱导化合物A1和A2吸收光谱变化之比较

2．3．3 化合物A1与Fe3+、Cu2+离子作用的滴定研究

2．3．4 化合物A2与Fe3+离子作用的滴定研究

2．3．5 化合物A1、A2的选择性研究

2．3．6 化合物A1、A2与金属离子结合比的测定

2．3．7 配合物稳定常数的测定与计算

2．3．8 核磁光谱分析

2．3．9 化合物A1、A2与Cu2+、Fe3+相互作用的机理研究

2．4 结论

第3章 苯乙烯三嗪衍生物的设计合成及应用于对重金属离子识别作用的研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验中所用仪器

3．2．2 实验中所用试剂

3．2．3 主体化合物的合成

3．2．4 实验方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 化合物A1、化合物A3溶剂效应的测定与比较

3．3．2 Cu2+、Fe3+和Hg2+诱导化合物A3、A4的吸收光谱变化

3．3．3 化合物A3与不同金属离子的核磁光谱分析

3．3．4 Cu2+、Fe3+和Hg2+诱导化合物A5、A6的吸收光谱变化

3．4 结论

第4章 均三嗪衍生物可视化学探针用于测定铜离子的研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 主要仪器

4．2．2 实验中所用试剂

4．2．3 主体化合物的合成

4．3 实验方法

4．4 结果与讨论

4．4．1 化合物A1、A2、A7、A8的紫外吸收光谱的测定分析与比较

4．4．2 化合物A7对金属离子的选择性识别的研究

4．4．3 Cu2+对化合物A7的吸收光谱分析研究

4．3．4 Cu2+对化合物A7的荧光光谱分析研究

4．4．5 Cu2+对对照化合物A8的吸收光谱影响分析研究

4．4．6 化合物A7与A7-Cu2+的核磁光谱图分析研究

4．4．7 化合物A7与Cu2+的结合模式的提出

4．5 结论

第5章 结论与展望

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间的研究成果