一种氰根离子超分子传感器及其合成和荧光识别氰根的应用制造技术

本发明专利技术设计合成了一种能够在含水体系中荧光识别CN

【技术实现步骤摘要】
一种氰根离子超分子传感器及其合成和荧光识别氰根的应用
本专利技术涉及一种能够单一选择性识别CN-的超分子传感器及其合成方法；本专利技术同时还涉及该超分子传感器在DMSO-H2O溶液中荧光识别CN-的应用，属于化学合成领域、阴离子检测等领域。
技术介绍
众所周知,CN-具有极强的毒性,是对生物和环境危害最大的阴离子之一。人体吸入氰化物后,能够影响人体的内分泌和代谢系统,另外视觉、中枢神经、心脏、血管等也会受到损伤,导致生命体呕吐、抽搐、甚至死亡。目前,氰化物仍被广泛应用于有机化合物的合成、冶金、电镀等行业,因此设计结构简单、高选择性、高灵敏性的氰根离子化学传感器已成为科研工作者的研究热点,具有十分重要的意义与价值。基于以上原因,本专利设计合成了一种识别CN-离子的传感器分子,利用光谱技术等对其阴离子识别性能进行研究，氰根的检测在生命科学和环境检测等领域也有着同样重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能荧光识别CN-的超分子传感器；本专利技术的另一目的是提供上述超分子传感器的合成方法；本专利技术还有一个目的，就是提供该超分子传感器单一选择性荧光识别CN-的具体应用。一、超分子传感器本专利技术传氰根离子感器分子的分子式为：C64H75N3O11S，标记为：SPNHM，结构式为：超分子传感器分子的制备，包括以下步骤：（1）中间化合物S的合成：以丙酮（DMK）为溶剂，对甲氧基苯酚和1,6-二溴己烷为底物，KI与K2CO3为催化剂，在N2的保护下，60~65℃反应70~72h；反应结束后进行抽滤，除去多余的无机盐，用硅胶拌样，柱层析分离，得到化合物S。对甲氧基苯酚和1,6-二溴己烷的摩尔比为1:3~1:4；催化剂KI、K2CO3的加入量分别为反应底物总摩尔量的0.6~0.75倍、0.4~0.5倍。（2）化合物SP的合成：以1,2-二氯乙烷为溶剂，三氟化硼乙醚为催化剂，中间化合物S与1,4-二甲氧基苯为底物，以1:8~1:10的摩尔比进行投料，加入多聚甲醛，在28~30℃下反应30~45min，加水猝灭，再用水萃取3次，用硅胶进行拌样，柱层析分离，得到化合物SP。中间化合物S与1,4-二甲氧基苯的摩尔比为1:8~1:10；中间化合物S与多聚甲醛的摩尔比为1:16~1:17。多聚甲醛作为反应所需原料，其作用是作为苯环的亲电试剂，在苯环上发生烷基化反应，从而使得苯环之间相互连接，起到桥连苯环的作用。催化剂三氟化硼乙醚的用量为底物总摩尔量的0.7~0.8倍。（3）化合物SPN的合成：以乙腈为溶剂，KI、K2CO3为催化剂，化合物SP与巯基乙酸乙酯为底物，在N2的保护下，于95~100℃反应18~20h；反应结束后抽滤除去多余的无机盐，用硅胶拌样，柱层析分离，得到化合物SPN。底物化合物SP与巯基乙酸乙酯的摩尔比为1:5~1:6进行投料；催化剂KI、K2CO3的加入量分别为底物总摩尔量的1~1.5倍、0.8~1倍。（4）化合物SPNH的合成：以乙醇为溶剂，化合物SPN与水合肼为底物，于80~85℃回流20~24h，反应结束后，冷却，待有白色物质析出，进行抽滤，烘干，得到化合物SPNH。化合物SPN与水合肼以1:10~1:15的摩尔比投料。（5）超分子传感器SPNHM的合成：以乙醇为溶剂，冰醋酸为催化剂，化合物SPNH与喹啉-2-甲醛在80~85℃回流20~24h，反应结束后，冷却，待有淡黄色物质析出，进行抽滤，烘干，即得化合物SPNHM。化合物SPNH与喹啉-2-甲醛以1:1.1~1:1.2的摩尔比投料。上述合成的超分子传感器SPNHM的核磁氢谱图见图1。二、超分子传感器在检测氰根的应用1、超分子传感器SPNHM的荧光性能通过对超分子传感器SPNHM荧光性能的研究表明，超分子传感器SPNHM在DMSO-H2O溶液（VDMSO:V水=5:1~4.5:1）具有良好的溶解性与荧光发射性能，当激发波长为380nm时，传感器分子SPNHM发出淡黄绿色荧光（发射波长468nm）。2、超分子传感器SPNHM单一选择性荧光检测CN-在超分子传感器SPNHM的DMSO-H2O溶液（VDMSO:V水=5:1~4.5:1）中，加入50倍当量（相对于超分子传感器SPNHM）的CN-，I-，F-，Cl-，N3-，ClO4-，H2PO4-，AcO-，HSO4-，SCN-，Br-和OH-的水溶液。结果发现，只有CN-的加入能使SPNHM的DMSO-H2O溶液荧光明显增强（如图2所示）。而其他阴离子的加入，不能使SPNHM的DMSO-H2O溶液的荧光发生变化，说明超分子传感器SPNHM对CN-具有单一选择性识别性能。同时，为了研究其它阴离子对实验的干扰，我们做了抗干扰实验。结果表明，其它阴离子的存在对超分子传感器SPNHM识别CN-没有任何的干扰（如图3所示）。荧光滴定实验表明，超分子传感器SPNHM对CN-的最低检测限为9.70×10-8（如图4、5、6所示）。3、识别机理分析在DMSO-H2O溶液中，超分子传感器SPNHM能与CN-发生相互作用，通过其氢键及C-H…π作用，同时荧光增强。从图7可以看出，当CN-加入到之体分子SPNHM后，主体SPNHM中N-H伸缩振动峰从3431cm-1移动到3426cm-1，C=O伸缩振动峰从1610m-1移动到1602cm-1，说明主体SPNHM与CN-发生相互作用，即形成了氢键及C-H…π作用，致使其荧光增强。附图说明图1为本专利技术传感器分子SPNHM的核磁氢谱图。图2为本专利技术传感器分子SPNHM的DMSO-H2O溶液中分别加入不同阴离子的全扫描(λex=380nm)。图3为本专利技术传感器分子SPNHM的DMSO-H2O溶液中加入CN-，在此基础上分别加入不同阴离子的抗干扰图（从3到12依次为：F-，Cl-，Br-，I-，N3-，SCN-，HSO4-，H2PO4-，AcO-，及ClO4-。）。图4为本专利技术传感器分子SPNHM的DMSO-H2O溶液中加入CN-的荧光滴定图。图5为本专利技术传感器分子SPNHM的DMSO-H2O溶液中加入CN-的散点图。图6为本专利技术传感器分子SPNHM的DMSO-H2O溶液中加入CN-的最低检测限。图7为本专利技术传感器分子SPNHM和SPNHM-CN-的红外光谱图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术传感器分子SPNHM的制备和荧光识别CN-的应用做进一步说明。实施例1：超分子传感器分子SPNHM的制备（1）化合物S的合成：取对甲氧基苯酚（50mmol）和1,6-二溴己烷（150mmol），加入到200mlDMK（丙酮）中，加入25g（150mmol）KI、13.8g（100mmol）K2CO3，通N2保护，65℃反应70~72h；反应结束后进行抽滤，除去多余的无机盐，用硅胶拌样，柱层析分离，得到化合物S。产率95.2%。S的合成式如下：（2）化合物SP的合成：取化合物S（5mmol），1,4-二甲氧基苯（50mmol），加入到150ml1,2-二氯乙烷中，加入2.5g（83mmol）多聚甲醛，5.6g（39.5mmol）三氟化硼乙醚，在30℃下反应30~45min；加水猝灭，再用水萃取3次，加入硅胶进行拌样，柱层析分离，得到化合物SP。产率为40.6%。化合物SP的合成式如下：（3）化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氰根离子超分子传感器，其分子是为C64H75N3O11S，结构式为：

【技术特征摘要】
1.一种氰根离子超分子传感器，其分子是为C64H75N3O11S，结构式为：。2.如权利要求1所述氰根离子超分子传感器的合成方法，包括以下步骤：（1）中间化合物S的合成：以丙酮为溶剂，对甲氧基苯酚和1,6-二溴己烷为底物，KI与K2CO3为催化剂，在N2的保护下，60~65℃反应70~72h；反应结束后进行抽滤，除去多余的无机盐，用硅胶拌样，柱层析分离，得到化合物S；（2）化合物SP的合成：以1,2-二氯乙烷为溶剂，三氟化硼乙醚为催化剂，中间化合物S与1,4-二甲氧基苯为底物，以1:8~1:10的摩尔比进行投料，加入多聚甲醛，在28~30℃下反应30~45min，加水猝灭，再用水萃取，用硅胶进行拌样，柱层析分离，得到化合物SP；（3）化合物SPN的合成：以乙腈为溶剂，KI、K2CO3为催化剂，化合物SP与巯基乙酸乙酯为底物，在N2的保护下，于95~100℃反应18~20h；反应结束后抽滤除去多余的无机盐，用硅胶拌样，柱层析分离，得到化合物SPN；（4）化合物SPNH的合成：以乙醇为溶剂，化合物SPN与水合肼为底物，于80~85℃回流20~24h，反应结束后，冷却，待有白色物质析出，进行抽滤，烘干，得到化合物SPNH；（5）超分子传感器SPNHM的合成：以乙醇为溶剂，冰醋酸为催化剂，化合物SPNH与喹啉-2-甲醛在80~85℃回流20~24h，反应结束后，冷却，待有淡黄色物质析出，进行抽滤，烘干，即得化合物SPNHM。3.如权利要求1所述氰根离子超分子传感器的合成方法，其特征在于：步骤（1）中，对甲氧基苯酚和1,6-二溴己烷的摩尔比为1:3~1:4；催化剂KI、K2CO3的加入量分别为反应底物总摩尔量的0.6~0.75倍、0.4~0.5倍。4.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：林奇，杨海龙，樊彦青，关晓文，朱伟，江晓梅，魏太保，张有明，姚虹，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62