[发明专利]一种酚酞基水致变色分子开关及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种酚酞基水致变色分子开关及其制备方法和应用，本发明以酚酞分子为骨架，通过六亚甲基四胺甲酰化反应、亚胺缩合和还原反应制备了具有水致变色功能的化合物。本发明制备的化合物具有快速的水致变色响应和阴离子响应特性，可以作为超分子分子开关。该类材料具有原料便宜、合成步骤简单、响应灵敏等优势，有望在阴离子识别、污染物传感、水处理等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于超分子化学技术领域，特别是涉及一种酚酞基水致变色分子开关及其制备方法和应用。

背景技术

阴离子广泛存在于自然界和生物体内，对自然循环和生命体活动起到了十分重要的调节作用。如在人类生命活动中的遗传载体DNA就是阴离子，大多数酶基体和辅酶也是阴离子，如氯阴离子是一种重要的细胞外阴离子，其传输通道的功能被认为是与膀胱的纤维化有密切关系。此外，阴离子在医学、催化和环境科学中也有十分重要的地位。因此，设计阴离子主体分子用于识别生物体内或环境中的特定阴离子具有重要的应用价值。目前为止，阴离子主体的设计主要集中在一些多胺类大环、环番类以及其它一些大环主体。尽管这些大环主体实现了阴离子的有效捕获，但在很多情况下，这种主客体识别作用没有明显的颜色变化或者荧光变化用来传感。其原因在于很多阴离子主体骨架上缺少有效的生色团来实现传感。因此，开发具有阴离子响应型主体分子是十分必要的。

酚酞作为一种内酯型分子，一般多用于酸碱指示剂。酚酞分子的变色与其弱的C-O键的可逆断裂有关。当体系中有碱存在时，酚酞内酯环开环，中心碳原子由sp³杂化变为sp²杂化，分子共平面增加，整个体系共轭程度增大，形成大π键而使吸收红移，显现颜色。酚酞分子的显色反应为可逆反应，当再向体系中加入氢离子时，反应就会逆向进行，有色体转变为无色体。作为一种优异的显色分子，酚酞还没有被用来设计阴离子主体。因此，利用酚酞可逆的变色反应来设计构筑阴离子响应型“开-关”分子具有十分诱人的前景。

发明内容

本发明的目的是针对现有的阴离子主体的一些缺点，如合成步骤冗长、缺少传感单元、难以实现纯水中的识别，本发明提出了一种以酚酞分子为骨架，通过简单的结构修饰合成一种能够在水中实现阴离子传感的主体分子。该主体分子具有原料便宜、合成简易、阴离子响应快以及可实现纯水中的识别等优势。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：

一种酚酞基水致变色分子开关，其结构如式(1)所示：

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结构式中，

一种上述酚酞基水致变色分子开关的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，酚酞四醛的合成：称取2～5g的酚酞、10～15倍量酚酞的六亚甲基四胺和30～80mL的三氟乙酸混合，于氩气气氛下80～110℃反应15～24h后，加入2～5mo l/L的盐酸水溶液100～300mL，在100℃下水解1h，冷却至室温，抽滤、水洗提纯、干燥得到黄色粉末，再经200目硅胶柱层析提纯得到酚酞四醛；

步骤二，中间产物的合成：称取0.5～100mmo l的酚酞四醛与12mmo l的伯胺化合物溶解在30～200mL有机溶剂中，经过回流反应得到中间体,中间体可通过过滤或者旋蒸得到，然后经进一步提纯得到纯品；

步骤三，最终产物的合成：称取1～10mmo l的中间体分散在50～200mL乙醇中，5.4g的还原剂分批次溶解在乙醇中，缓慢加入到上述步骤二制得的中间体溶液中，并于一定温度下反应24h后，旋干乙醇溶液并加去离子水50～150mL继续室温搅拌6h后，过滤或用二氯甲烷溶液萃取得到最终产物。

上述制备方法反应的化学方程式具体如下：

进一步地说，所述有机溶剂为乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、四氢呋喃、乙腈中的一种或多种。