论文部分内容阅读
阴离子识别与传感是超分子化学领域中的重要研究内容之一。本论文在系统综述吲哚类阴离子受体的研究现状以及进展等基础上，针对3，3-双吲哚烷/烯骨架，设计合成包含拉电子和给电子取代基的系列双吲哚烷/烯和三吲哚烷/烯类化合物，利用多种谱学分析方法考察了这类吲哚烷/烯类受体分子与生物相关的阴离子、氨基酸分子的相互作用，探讨了基于氢键的阴离子识别与传感体系中可逆质子转移现象的发生、发展机制及其调控因素，揭示了相关体系的识别与传感机理。本论文主要研究内容为：
1．设计合成了包含拉电子和给电子取代基的系列3，3-双吲哚烷类、3，3-双吲哚烯类和3，3-三吲哚烯类化合物，并对化合物的结构进行了核磁、红外和质谱表征。
2．系统研究了非质子溶剂体系中3，3-双吲哚烷类受体分子的阴离子识别与传感性能。实验结果表明，在3，3-双吲哚烷(受体A1)介位苯环上引入拉电子硝基或给电子甲氧基，或在其吲哚环上引入甲氧基不能有效改善对阴离子的氢键结合能力，相关受体分子(A1-A4)对各种阴离子均没有明显的光谱响应；而在3，3-双吲哚烷骨架的吲哚环上引入硝基基团，显著增强了受体氢键作用位点的质子酸性，在CH3CN和DMSO溶剂中，受体分子(A5)发生可逆去质子化反应，实现了高选择性比色识别F-;在吲哚环和介位苯环上同时引入硝基基团的受体分子（A6和A7），介位CH质子活性增强，F-存在下，会进一步发生不可逆的氧化反应，生成了双吲哚烯产物。在弱极性的氯仿溶剂中，受体A5-A7均以氢键作用方式选择性识别F-,AcO-和H2P04-，没有观察到具有显著颜色变化的去质子化过程。
3．系统研究了非质子溶剂体系和含水体系中3，3-双吲哚烯类受体分子的阴离子识别与传感性能。实验结果表明，与3，3-双吲哚烯受体B1识别性能对比，吲哚环上引入甲氧基，能够提高氢键受体单元的碱性，受体B4在含水体系中比色识别H2P04-和HS04-;吲哚环上引入拉电子硝基，提高了氢键给体单元的酸性，受体B5在非质子溶剂体系中比色识别F-，AcO-和H2P04-。取代基的引入改善了受体分子的阴离子键合能力和感应灵敏度，但降低了识别选择性。
4．系统研究了三吲哚烯类受体的阴离子识别与传感性能。实验结果表明，在三吲哚烯骨架上引入给电子甲氧基或拉电子硝基，调整了氢键给体单元的酸性，一定程度的促进或抑制了受体氢键给体单元去质子化的发生。在非质子溶剂体系中，受体D2基于两步去质子化过程选择性比色识别F-，而AcO-和H2P04-只能形成氢键作用；受体D3能够比色识别F-,AcO-和H2P04-，F-可以引起受体单去质子和双去质子过程，AcO-引起了受体单去质子过程，而H2P04-存在下仅观察到受体不完全的单去质子化过程。
5．考察了吲哚烯类受体对氨基酸分子的识别与传感性能。实验结果表明，在未缓冲的有机水溶液体系中，不含硝基的双吲哚烯受体B1和B4通过氢键受体单元的质子化作用比色识别天冬氨酸、谷氨酸等酸性氨基酸，吲哚环上甲氧基的引入提高了氢键受体单元的碱性，有利于质子化反应的发生，从而提高了对酸性氨基酸的灵敏度。而含硝基的双吲哚烯B5，B6和B7则比色识别精氨酸、赖氨酸等碱性氨基酸，主要归因于受体分子中氢键给体单元的去质子化作用。在中性的缓冲溶液中，不含硝基的双吲哚烯受体B1-B4以及D1和D2对各种氨基酸都没有响应，而含硝基的吲哚烯受体B5，B6，B7和D3则通过与巯基发生亲核加成反应机制选择性比色识别半胱氨酸和高半胱氨酸。