[发明专利]一种双萘西弗碱氰根离子传感器及其合成和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种氰根离子传感器，尤其涉及一种双萘西弗碱氰根离子传感器；本发明同时还涉及该氰根离子传感器的合成和荧光比色检测氰根离子的应用，属于化学合成领域及阴离子检测领域。

背景技术

由于在环境科学、生物化学、临床医学和生物应用等广大领域中的重要角色，阴离子识别逐渐在超分子化学界中受到了广泛关注，并且科研工作者也极其期望能够设计合成出具有高选择性、高灵敏度的人工智能传感器。其中，被人们视为最有毒性、致死人数最多的阴离子，氰根仍然被用于合成光纤、树脂、除草剂和炼金过程中。不幸的是，氰根对人类的伤害是非常大的，当它进入人体后会通过肺、胃肠道和皮肤是人体吸收，并且与亚铁血红素单元结合，干扰电子的转移导致哺乳动物因缺氧而死亡。尽管如此，氰根和氰化盐在地表水的源头大量蔓延，不但有从化工污水中排出的，还有从生物体系中排出的。众所周知，当人体氰根的量达到0.5~3.5mg/kg时，就会使人类致死。根据世界健康组织（WHO）的规定，人饮用水中氰根的含量最高不能超过1.9μM。因此，灵敏、专一的检测氰根是迫在眉睫。

目前，设计合成的氰根离子传感器已有很多类型，但大部分的氰根离子传感器仍然一定的缺陷，由于其识别机理是通过超分子自组装体系进行离子识别，对氰根离子的择性差，灵敏度低等。因此，发展高选择性、高灵敏度的氰根离子探针仍是十分迫切的。

发明内容

本发明的目的是针对现有氰根离子传感器存在的问题，提供一种高选择性、高灵敏度的氰根探针——双萘西弗碱氰根离子传感器；

本发明的另一目的是提供一种上述双萘西弗碱氰根离子传感器的合成方法；

本发明还有一个目的，就是提供上述双萘西弗碱氰根离子传感器荧光比色识别氰根离子的机理和应用。

一、双萘西弗碱氰根离子传感器及合成

本发明双萘西弗碱氰根离子传感器的合成，是以乙醇为溶剂，冰醋酸为催化剂，2-羟基-1-奈甲醛与β-萘胺为反应底物进行回流反应，反应结束后冷却，抽滤，洗涤，重结晶，得到的黄色产物即为目标化合物，标记为R。其化学名称为：萘胺类-2-羟基萘甲醛希夫碱，分子结构式为：

2-羟基-1-奈甲醛与β-萘胺的摩尔比为1:1~1:1.2；催化剂冰醋酸的用量为β-萘胺摩尔量的8~10%；回流反应温度为80~85℃，反应时间为3.5~4h。

上述合成产物经红外图谱、核磁图谱、紫外光谱、氢谱等手段得到验证。

二、双萘西弗碱氰根离子传感器的阴离子识别实验

1、传感器的阴离子识别性能研究

首先，考察传感器分子R对11种常见有毒阴离子的紫外响应和荧光响应。将R的粉末用DMSO配置成2.5×10^-4mol/L^-1的溶液，分别移取0.5mL于12支10mL比色管中；再分别移取1.0mL的pH=7.2的HEPES缓冲溶液于上述比色管中混合均匀；然后在11支比色管（其中一支比色管中不加）中分别加入11种常见的有毒阴离子（F^-，Cl^-，Br^-，I^-，AcO^-，H₂PO₄^-，CN^-，HSO₄^-，ClO₄^-， SO₄^2-，N₃^-）的水溶液（0.01mol·L^-1） 0.5mL，最后用DMSO定容至5mL，摇动使其混合均匀，在室温下放置使其反应完全，并观察传感器分子对各个阴离子的紫外响应和荧光响应。

发现，加入11种阴离子后，R溶液的颜色没有明显变化；由紫外光谱（图1）可见，除了CN^-在448nm的紫外吸收峰有所降低以外，其它阴离子溶液的吸收带几乎都在相同位置，强度也与R差不多。当把加入不同阴离子的比色管放在紫外灯（365nm）下与R溶液颜色作对比，发现只有加入氰根离子的溶液的荧光明显增强，而R溶液及加入其它阴离子的溶液几乎都是完全猝灭的。因此，传感器R对氰根离子的识别性能主要体现在荧光响应上。在荧光扫描（图2）中能够清晰的看到，R溶液以及加入其它阴离子的溶液都在413nm处的荧光发射峰很弱，而只有加入CN^-的溶液在该处出现了很强的荧光发射峰。