一种氰离子/氰化氢的比色-荧光探针合成及应用

摘要

氰化物是一种剧毒物质，被大量使用在如电镀，石化工业，金矿和冶金等工业生产中。氰化物以氰离子和氰化氢气体两种形式存在。氰离子(CN-)通过吸入或者皮肤吸收进入人体，与血红蛋白结合形成稳定的络合物，随后抑制线粒体呼吸链，使得细胞缺氧发生无氧代谢，血液中乳酸积累。最后，缺氧和乳酸酸中毒的综合作用扰乱中枢神经系统，导致人体呼吸停止和死亡。氰化氢(HCN)气体在第二次世界大战中曾被用作大规模杀伤性武器，为血液型化学战剂(CWA)。氰化物无论是在工业生产中的泄露还是被作为恐怖袭击武器的使用都会对环境和人体造成严重的危害。因此，发展快速准确检测氰离子和氰化氢气体的方法是处理突发事件或应对化学恐怖袭击的关键。本论文围绕氰离子/氰化氢的荧光探针的设计合成开展工作，具体为:
　　在第一章中，我们主要介绍了氰化物的来源和毒性，并对前人设计的氰离子探针做了总结。目前，人们所设计的氰离子探针主要基于这四种反应机理:1、氰离子与双键发生亲核加成后形成C-C键;2、氰离子进攻带正电荷的硼原子后形成C-B键;3、氰离子夺去探针-NH2或-OH的氢，发生氢质子转移;4、利用氰离子与金属离子的强络合能力，夺取探针中的金属离子，实现荧光的打开。
　　在第二章中，我们以6-二乙基氨基-2-乙烯基喹啉为母体，根据分子内电荷转移(intramolecular charge transfer)机理设计并合成了四个氰离子探针。探针的结构是以喹啉为荧光团，二乙基氨基为电子给体，2-乙烯基取代基同时作为受体和反应位点。氰离子与乙烯基的β碳发生亲核加成后，分子的吸电子基团变为吡啶环，减弱了ICT过程，最终改变了探针分子的紫外、荧光光谱。根据乙烯基处取代基吸电子能力的不同，探针分子反应前后ICT的变化程度也不一样，即探针的反应性能不一样，最终我们选择出性质最好的探针做进一步研究。通过核磁跟踪与质谱分析，我们验证了该反应的反应机理。通过高斯软件计算的数据支持，我们发现乙烯基上取代基的吸电子能力越强，乙烯基β碳的正电荷密度越高，探针分子的反应活性也越强。
　　在之前发表的文章中，很少有用探针分子检测氰化氢气体的报道。因此，在第三章中，我们尝试将探针分子负载在高分子膜上做成检测膜，进行当量实验和气体选择性实验。这些实验结果表明，该探针分子在氰离子和氰化氢气体检测方面有很好的应用潜质。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 氰离子的来源与毒性

1．3 氰离子探针反应机理

1．3．1 生成C-C键

1．3．2 生成C-B键

1．3．3 质子转移机理

1．3．4 金属络合

1．4 论文的选题及主要工作

参考文献

第2章 基于ICT机理检测氰离子的探针

2．1 引言

2．2 实验结果与讨论

2．2．1 探针的设计合成

2．2．2 探针在溶液中对CN-的响应

2．2．3 机理验证

2．2．4 取代基效应

2．2．5 探针3a的选择性实验

2．3 小结

2．4 实验部分

2．4．1 实验试剂

2．4．2 实验仪器

2．4．3 检测限的测定

2．4．4 原子电荷密度的计算

2．4．5 探针的合成

相关核磁谱图

参考文献

第3章 氰化氢气体检测实验

3．1 引言

3．2 实验结果与讨论

3．2．1 膜对氰化氢气体的检测

3．2．2 膜对多种气体的选择性测试

3．2．3 气体检测实验的前期准备工作

3．3 结论

参考文献

附录

致谢