[发明专利]一种卟啉-冠醚化合物及其合成和应用

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种在水相介质中能够选择性识别无机阴离子的卟啉-冠醚化合物，并提供了其有效的合成方法以及在阴离子检测领域的应用，属于环境分析和生物医药研究领域。

背景技术

阴离子广泛存在于生命体系和自然环境中，在生命科学、环境科学和药物化学中都起着重要作用。大多数酶的底物和辅酶都是阴离子，如ATP和ADP中的磷酸盐。氯离子是主要的细胞外阴离子，其离子通道被认为与胆囊纤维化密切相关。同时，阴离子在环境污染方面的效应和对人体健康方面的影响现在也已经被人们意识到。工业中大量使用的NO₂^-和CN^-经降解后流入河、湖并渗入地下，在土壤中富集后对人体有致命危害。因此，研究新的阴离子检测方法具有十分重要的意义。 

以分子识别为基础的超分子化学己经成为当今研究的热点，它包括对中性分子、阳离子和阴离子的识别，其中阴离子识别相对其他两种发展相对缓慢。阴离子由于本身的固有特性，如体积较大、形状复杂、存在形式多样等，使得其识别分子的设计极具挑战。阴离子能通过静电作用、氢键作用、疏水作用、配位作用等与识别分子结合，从而引起识别分子中探针基团的光、电化学性质的变化，通过监测识别分子的光化学或电化学信号的变化，以实现对阴离子的检测。在此基础上，人们发展了能够识别阴离子的化学传感器，按照化学传感器识别某种特定阴离子后发出信号的不同，可分为荧光传感器、生色传感器、电化学传感器等。随着环境问题的日益严重，绿色化学的研究与应用已受到广泛关注，根据绿色化学原理，发展新的对环境友好的分析方法和技术以取代原有的对环境有污染的分析方法和技术，在分析过程中尽量减少甚至避免有害物质的使用和生成，可以减少或消除分析过程本身对环境的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在水相介质中能够选择性识别无机阴离子的卟啉-冠醚化合物。

本发明的又一目的在于提供一种在水相介质中能够选择性识别无机阴离子的卟啉-冠醚化合物的合成方法。

本发明的再一目的在于提供一种在水相介质中能够选择性识别无机阴离子的卟啉-冠醚化合物的用途。

本发明描述的一种在水相介质中能够选择性识别无机阴离子的卟啉-冠醚化合物，其中卟啉上的金属离子可以和不同阴离子配位并引起卟啉生色团的紫外和萤光的光学信号变化，而大环冠醚则和抗衡阳离子（如Na⁺, K⁺, NH₄⁺等）络合且优先选择与冠醚尺寸匹配的阳离子，针对不同立体构型的阴离子还可通过调节链接单元的长度控制分子内穴的大小与其相互匹配。本发明提供的无机阴离子传感器分子，包含金属卟啉分子骨架和大环冠醚络合单元，以及将两个片段串联起来的链接基团，其通式为:

[Metallic porphyrin]-Linker-[Crown ether]

其中，Metallic porphyrin代表金属卟啉，Crown ether代表大环冠醚，链接基团Linker为烷基键，酰胺键等。

本发明提供的在水相介质中能够选择性识别无机阴离子的卟啉-冠醚化合物的结构式如下：

其中，R1为卟啉环上的取代基团，可以是C1-C10直链烷基或ArR（即苯基或取代苯基），其中R为氢或C1-C10直链烷基； M为卟啉环上配位的金属离子，可以是Zn²⁺, Mg²⁺, Ni²⁺, Mn²⁺等；n为0或1，代表不同尺寸的氮杂冠醚；1，5，10，15分别表示卟啉环meso位上的1-碳原子（C1），5-碳原子（C5），10-碳原子（C10），15-碳原子（C15）；Linker为卟啉环和大环冠醚的链接基团，可以是C3-C5烷基键，酰胺键等。具体而言，以卟啉分子为骨架，在其两个meso位C1和C10上引入键合基团，通过烷基链，酰胺键连接氮杂冠醚，合成无机阴离子传感器分子。

本发明提供的在水相介质中能够选择性识别无机阴离子的卟啉-冠醚化合物的合成方法，可以在卟啉环的meso位引入不同的取代基团，即能够促进卟啉化合物的溶解性，又可以作为反应位点连接氮杂冠醚，从而得到无机阴离子传感器分子。

所述卟啉-冠醚化合物的合成方法为：采用了Lindsey的分步合成法，先合成二吡咯化合物，再和键合基团缩合，控制其在两个meso位C1和C10上引入，最后与大环冠醚反应，得到卟啉-冠醚化合物。