[发明专利]一种基于柱[5]芳烃的超分子聚合物凝胶及其合成和应用

说明书

本发明提供了一种基于柱[5]芳烃的超分子聚合物凝胶，是以硫代乙酰肼修饰的柱[5]芳烃为主体，2,2’‑(1,6‑己基)‑双苯并咪唑为客体，在DMSO‑H₂O溶液中完全溶解自组装后冷却至室温形成具有青白色聚集诱导发射的有机凝胶，该凝胶与铁离子或铜离子发生配位后其聚集态荧光猝灭，实现了对这两种金属离子的高灵敏检测。同时，将该超分子聚合物凝胶晾干后得到的固体粉末也显示出很强的白色荧光，且该粉末可直接用于快速检测等酸性气体，为高性能固态气体传感器的发展及应用提供了一种可能。

技术领域

本发明涉及一种超分子聚合物凝胶，尤其涉及一种基于柱[5]芳烃的超分子聚合物凝胶；本发明同时还涉及该超分子聚合物凝胶作为荧光传感器分子在荧光识别金属离子及快速检测H₂S等酸性气体的应用，属于荧光检测技术领域。

背景技术

超分子聚合物是超分子化学与聚合物化学相结合的结果，被定义为延伸到分子之外的聚合物系统。超分子聚合物通过各种非共价相互作用而连接，包括氢键，金属配位，π-π堆积和主客体相互作用，这些非共价键作用力不仅使它们具有优于传统共价键聚合物的优点，而且具有许多特有的性质。近年来，新的具有聚集诱导发射性能的超分子聚合物引起了大家的关注，尤其是在凝胶或固体荧光材料领域，这些材料被广泛用于荧光传感器，生物成像，药物输送及擦拭材料等。

为了解决人类所面对的健康问题和环境问题，离子的超灵敏检测及高性能的固态气体传感器的开发至今仍是一个热点问题。铁离子和铜离子是人体必需的微量元素，但这些离子的过量不但影响人体健康，而且也会对环境造成严重污染。H₂S是一种弱酸性气体，作为人体中内源性气体的转运体可调节心血管，神经元和免疫系统，而H₂S水平的异常可能导致唐氏综合症，动脉和肺动脉高压以及糖尿病。因此，对这些分析物的高灵敏度及简便的检测显得尤为重要。

柱芳烃具有构建荧光诱导发射性能的超分子聚合物的潜力，它们易于合成与修饰，能使不同的官能团连接到柱芳烃上以产生合适的相互作用位点，此外，柱芳烃的富电子空腔和柱状结构可以包结具有适当大小或电子密度的客体分子。柱芳烃不仅能与合适的阳离子相互作用，而且还能与许多中性分子结合，被修饰的柱芳烃甚至可以与阴离子客体结合。由于这些有趣的、独特的性质，许多基于柱芳烃的超分子聚合物为超分子化学开辟了新的道路。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于柱[5]芳烃的超分子聚合物凝胶的制备方法；

本发明的另一目的是对上述基于柱[5]芳烃的超分子聚合物凝胶对金属阳离子及H₂S等酸性气体的识别性能。

一、基于柱[5]芳烃的超分子聚合物凝胶

本发明的超分子聚合物凝胶，是以硫代乙酰肼修饰的柱[5]芳烃（MTP5）为主体，2,2’-(1,6-己基)-双苯并咪唑（HB）为客体，在DMSO-H₂O溶液中完全溶解自组装后冷却至室温形成具有青白色聚集诱导发射的有机凝胶MTP5-HB。

主体分子硫代乙酰肼修饰的柱[5]芳烃（MTP5）的结构式如下：

MTP5的合成方法参见文献：Q. Lin, Y. Q. Fan, P. P. Mao. Pillar[5]arene-Based Supramolecular Organic Framework with Multi-Guest Detection andRecyclable Separation Properties. Chem. Eur. J. 2018, 24, 777-783。客体分子HB的结构式如下：