基于2-羟基萘酰亚胺功能化柱[5]芳烃的超分子传感器及其合成和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种基于2‑羟基萘酰亚胺功能化柱[5]芳烃的超分子传感器HNP5，该传感器分子在含水量10%的体系中呈现蓝色荧光。当加入相同当量的不同阳离子时，只有Fe3+的加入可使溶液的荧光猝灭，同时，其他阳离子的加入对该识别过程不产生干扰。并且，HNP5与Fe3+反应后的络合物可以在相同条件下荧光打开检测F‑。所以HNP5可以连续性荧光检测Fe3+和F‑。另外，该传感器分子HNP5可以从水溶液中很好地移除Fe3+（去除率达98.25%）。基于HNP5制作的IMP逻辑门和检测试纸可以方便快速地检测环境中的Fe3+和F‑。

Supramolecular sensor based on 2- hydroxy naphthalimide functionalized column [5] arene and its synthesis and Application

The invention discloses a supramolecular sensor HNP5 based on a 2_hydroxynaphthalimide functionalized column [5] aromatic hydrocarbon. The sensor molecule exhibits blue fluorescence in a system of 10% water content. When the same amount of different cations are added, only the addition of Fe3+ can quench the fluorescence of the solution. At the same time, the addition of other cations does not interfere with the recognition process. Moreover, the complex reaction between HNP5 and Fe3+ can be detected under the same conditions by fluorescence detection of F. Therefore, HNP5 can detect Fe3+ and F by continuous fluorescence. In addition, the sensor molecule HNP5 can remove Fe3+ from aqueous solution (removal rate of 98.25%). HNP5 based IMP logic gates and test strips can detect Fe3+ and F in environment conveniently and quickly.

【技术实现步骤摘要】
基于2-羟基萘酰亚胺功能化柱[5]芳烃的超分子传感器及其合成和应用
本专利技术涉及一种功能化柱[5]芳烃的超分子传感器，尤其涉及一种基于2-羟基萘酰亚胺功能化柱[5]芳烃的超分子传感器及其合成，可用于连续性检测Fe3+和F-，属于化学合成领域和阴阳离子的连续性检测

技术介绍
铁（Fe3+）是动植物中必不可少的微量元素，在细胞代谢、酶催化、以及血红蛋白转运中起着重要的作用。异常的Fe3+波动是贫血、帕金森、血色素沉着、关节炎、肝炎、糖尿病和癌症等疾病的特征。此外，Fe3+还是环境的重要污染源。同时，氟离子（F-）作为生物系统中最重要的离子之一，由于其在生物过程和健康科学中的重要作用而受到越来越多的关注。适量的氟摄入可以预防龋齿和氟骨症，但是，过量的氟摄入可能导致急性疾病，甚至导致死亡。因此，有必要准确地检测和监测环境中的Fe3+和F-。传统的检测不同离子的方法包括伏安法、分光光度法、原子吸收光谱法等，这些方法需要精密的仪器和繁琐的样品制备程序，从而限制了它们的实际应用。柱芳烃是一种新型的大环主体分子，它不仅具有独特的对称和刚性结构，而且易于功能化以及在主客体化学方面拥有许多优良性能，这为构建各种超分子体系提供了一个良好的平台。值得注意的是，虽然许多基于柱芳烃的超分子传感器已经被报道过，但是，大多数相关的传感器没有很好的识别位点，而且这些报道很少提到相应的离子可以被有效地去除。因此，为了扩大柱芳烃的应用范围，有必要设计和合成具有良好识别位点的新型柱芳烃衍生物来检测和去除相应的离子。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于2-羟基萘酰亚胺功能化柱[5]芳烃的超分子传感器；本专利技术的另一目的是提供一种基于2-羟基萘酰亚胺功能化柱[5]芳烃的超分子传感器的合成方法；本专利技术还有一目的，就是提供一种上述基于功能化柱[5]芳烃的超分子传感器用于连续荧光识别Fe3+和F-的方法。一、超分子传感器及其合成基于功能化柱[5]芳烃的超分子传感器，其结构式如下：超分子传感器的合成：以无水乙醇为溶剂，冰醋酸为催化剂，在氮气保护下，氨基功能化的柱[5]芳烃与2-羟基-1-萘甲醛以1.2:1~1.5:1的摩尔比，在80~85℃油浴锅中搅拌反应8~12h，反应结束后，冷却至室温，加入硅胶，拌样、旋干，再用柱层析法纯化，即得。标记为HNP5。二、HNP5对阳离子的识别实验1、HNP5对Fe3+的荧光响应分别移取0.5mL含有HNP5的DMSO溶液（2×10-3mol/L）于一系列10mL的比色管中，分别加入Fe3+，Hg2+，Ag+，Ca2+，Cu2+，Co2+，Ni2+，Cd2+，Pb2+，Zn2+，Cr3+，Mg2+，Eu3+，Tb3+（c=4×10-2mol/L）的DMSO溶液0.5mL，再加入3.5mLDMSO，0.5mLH2O，观察溶液颜色的变化。结果发现，当向含有HNP5的溶液中分别加入上述阳离子时，在365nm荧光灯下，只有Fe3+的加入使溶液的荧光猝灭。在其相应的荧光发射光谱中，只有加入Fe3+后，HNP5的溶液的荧光明显被猝灭，而其余阳离子的加入不能使HNP5溶液的荧光猝灭（如图1所示）。说明该传感器分子HNP5在DMSO-H2O体系中（水的体积含量为10%）可以单一选择性识别Fe3+。2、HNP5对Fe3+的滴定实验将HNP5用DMSO配成2×10-3M的溶液，取该溶液0.5mL于10mL比色管中，再加入4mLDMSO和0.5mLH2O，摇匀、静置。移取2.5mL该溶液于荧光比色池中，用累积加样法逐渐加入DMSO配制的Fe3+溶液（1mol/L）。在荧光光谱中随着Fe3+的逐渐加入，主体荧光逐渐被猝灭（如图2所示）。HNP5对Fe3+的荧光检测限为1.21×10-7M（如图3所示），说明HNP5对Fe3+的检测具有较高的灵敏性。3、HNP5在识别Fe3+的过程中的抗干扰检测为了测定HNP5在识别Fe3+的过程中的抗干扰能力，我们进行了如下测试：取15支10mL的比色管，并且分别加入0.5mL上述含有HNP5的DMSO溶液（2×10-3mol/L），向第1支比色管中加入4mLDMSO，0.5mLH2O；向第2支比色管中加入0.5mLFe3+，然后加入3.5mLDMSO，0.5mLH2O；向其余13支比色管中分别加入0.5mLFe3+，再依次加入0.5mLHg2+，Ag+，Ca2+，Cu2+，Co2+，Ni2+，Cd2+，Pb2+，Zn2+，Cr3+，Mg2+，Eu3+，Tb3+（c=4×10-2M）的DMSO溶液，3mLDMSO，0.5mLH2O。混合均匀后，测定其荧光强度的变化。图4为HNP5对Fe3+识别的荧光抗干扰谱图。结果发现，加入其他阳离子后，HNP5对Fe3+的识别基本不受其它阳离子的干扰。基于HNP5对Fe3+的单一选择性识别性能，可将HNP5用于环境水体中Fe3+吸附。4、络合物HNP5-Fe3+荧光打开检测F-分别移取0.5mL含有HNP5的DMSO溶液（2×10-3M）于一系列10mL的比色管中，然后加入0.5mL用DMSO配制的Fe3+（c=4×10-2M），再分别加入0.5mL用DMSO配制的F-，Cl-，Br-，I-，AcO-，HSO4-，ClO4-，CN-，SCN-溶液（c=0.1M），3mLDMSO，0.5mLH2O，混合均匀。结果发现，在365nm荧光灯下，只有F-的加入使溶液的荧光再次打开（如图5所示）。5、HNP5-Fe3+对F-的滴定实验取0.5mL含有HNP5的DMSO溶液（2×10-3M）于一支10mL的比色管中，然后加入0.5mL用DMSO配制的Fe3+（c=4×10-2M），3.5mLDMSO，0.5mLH2O，混合均匀后，移取2.5mL该溶液于荧光比色池中，用累积加样法逐渐加入DMSO配制的F-溶液（0.1mol/L）。在荧光光谱中随着F-的逐渐加入，主体荧光逐渐打开（如图6所示）。HNP5-Fe3+对F-的荧光检测限为1.34×10-7M（如图7所示），说明HNP5-Fe3+对F-的检测具有较高的灵敏性。6、HNP5-Fe3+在识别F-的过程中的抗干扰检测为了测定HNP5-Fe3+在识别F-的过程中的抗干扰能力，我们进行了如下测试：取10支10mL的比色管，向第1支比色管中加入0.5mL用DMSO配制的HNP5溶液（2×10-3M），0.5mL用DMSO配制的Fe3+溶液（4×10-2M），3.5mLDMSO，0.5mLH2O。然后向其余的比色管中分别加入0.5mL的HNP5溶液（2×10-3M），0.5mL的Fe3+溶液（4×10-2M），0.5mL用DMSO配制的F-溶液（0.1M）。向第2支比色管中再加入3mLDMSO，0.5mLH2O。向其余的比色管中再分别加入0.5mL其他阴离子，2.5mLDMSO，0.5mLH2O。混合均匀后，测定其荧光强度的变化。图8为HNP5-Fe3+对F-识别的荧光抗干扰谱图。结果发现，加入其他阴离子后，HNP5-Fe3+对F-的识别基本不受其它阴离子的干扰。基于HNP5对Fe3+和F-的连续性荧光检测可以用于IMP逻辑门的制作。7、基于HNP5的离子检测试纸将试纸剪成长方形并浸泡在HNP5的DMSO-H2O体系中（水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于2‑羟基萘酰亚胺功能化柱[5]芳烃的超分子传感器，其结构式如下：

【技术特征摘要】
1.基于2-羟基萘酰亚胺功能化柱[5]芳烃的超分子传感器，其结构式如下：。2.如权利要求1所述基于2-羟基萘酰亚胺功能化柱[5]芳烃的超分子传感器的合成方法，是以氨基功能化的柱[5]芳烃2-羟基-1-萘甲醛为原料，无水乙醇为溶剂，冰醋酸为催化剂，在氮气保护下，在80~85℃油浴锅中搅拌反应8~12h，反应结束后，冷却至室温，加入硅胶，拌样、旋干，再用柱层析法纯化，即得。3.如权利要求2所述基于2-羟基萘酰亚胺功能化柱[5]芳烃的超分子传感器的合成方法，其特征在于：氨基功能化的柱[5]芳烃和2-羟基-1-萘甲醛摩尔比为1.2:1~1.5:1。4.如权利要求1所述基于2-羟基萘酰亚胺功能化柱[5]芳烃的超分子传感器用于识别Fe3+，其特征在于：在超分子传感器的DMSO-H2O溶液中，分别加入Fe3+，Hg2+，Ag+，Ca2+，Cu2+，Co2+，Ni2+，Cd2+，Pb2+，Zn2+，Cr3+，Mg2+，Eu3+，Tb3+的DMSO溶液，若溶液的蓝色荧光被猝灭，说明加入的是Fe3+；若溶液的荧光没有发生变化，说明加入的不是Fe3+；所述DMSO-H2O体系中，水的体积含量为5~10%。5.如权利要求1所述基于2-羟基萘酰亚胺功能化柱[5]芳烃的超分子传感器用于连续识别Fe3+、F-，其特征在于：在超分子传感器HNP5的DMSO-H2O溶液中，先加入Fe3+溶液，溶液的蓝色荧光被猝灭；再向HNP5-Fe3+溶液中分别滴加F-，C...

【专利技术属性】
技术研发人员：张有明，朱伟，林奇，何俊霞，房虎，贾文华，姚虹，魏太保，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62