Methodenartikel

Qualitative Identifizierung von Carbonsäuren, Boronsäuren und Aminen unter Verwendung Cruciform Fluorophore

DOI:

10.3791/50858

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19. August 2013

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1Organisch-Chemisches Institut, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, 2Department of Chemistry, University of Houston

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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Kreuzkonjugierten kreuzförmigen Fluorophore auf Basis von 1,4-Distyryl-2 ,5-bis (arylethinyl) benzol und benzobisoxazole Kerne verwendet werden, um qualitativ nachzuweisen verschiedenen Lewis-Säure und Lewis-basischen Analyten werden. Diese Methode beruht auf den Unterschieden in Emission Farben der cruciforms die auf Analyten zusätzlich beachtet werden. Strukturell eng verwandte Arten voneinander unterscheiden.

Zusammenfassung

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Molecular cruciforms sind X-förmigen, in denen zwei Konjugation Achsen an einem zentralen Kern schneiden. Wenn eine Achse dieser Moleküle mit Elektronendonoren, und das andere mit Elektronenakzeptoren substituierte, wird cruciforms "HOMO lokalisieren entlang der elektronenreichen und LUMO entlang der elektronenarmen Achse. Diese räumliche Trennung der cruciforms "Grenze Orbitale (RGV) ist wichtig, um deren Verwendung als Sensoren, da die Bindung an den Analyten kreuzförmigen immer ändert ihren HOMO-LUMO-Abstand und die damit verbundenen optischen Eigenschaften. Mit diesem Prinzip entwickelten Bunz und Miljanić Gruppen 1,4-Distyryl-2 ,5-bis (arylethinyl) benzol und benzobisoxazole cruciforms verbunden, die als fluoreszierende Sensoren für Metallionen, Carbonsäuren, Boronsäuren, Phenole, Amine und handeln Anionen. Die Emission Farben beobachtet, wenn diese kreuzförmig gemischt mit Analyten sehr empfindlich auf die Details der Analyten Struktur und - wegen der cruciforms "Abgabe-sepABemessungsspannung angeregten Zuständen - dem Lösungsmittel, in dem Emission beobachtet. Strukturell eng verwandte Spezies kann qualitativ innerhalb mehrerer Analyten Klassen unterscheiden: (a) Carbonsäuren, (b) Boronsäure, und (c) Metalle. Mit einem Hybrid-Sensing-System von benzobisoxazol cruciforms und Boronsäure Additiven zusammengesetzt, wir waren auch in der Lage, unter strukturell ähnlich zu erkennen: (d) kleine organische und anorganische Anionen, (e) Amine und (f) Phenole. Das Verfahren für diese qualitative Unterscheidung verwendet wird, ist überaus einfach. Verdünnten Lösungen (in der Regel 10 -6 M) von cruciforms in mehreren off-the-shelf Lösungsmittel werden in UV / Vis Fläschchen platziert. Dann werden Analyten von Interesse aufgenommen, entweder direkt als Feststoffe oder in konzentrierter Lösung. Fluoreszenz-Änderungen auftreten praktisch augenblicklich und kann über Standard der digitalen Fotografie mit einem semi-professionellen digitalen Kamera in einem dunklen Raum aufgenommen werden. Mit minimalen grafischen Manipulation,Vertreter Ausschnitte der Emission Farbfotos können in Form von Tafeln, die schnell mit bloßem Auge Unterscheidung zwischen Analyten erlauben angeordnet werden. Zur Quantifizierung Zwecke können Rot / Grün / Blau-Werte aus diesen Fotos extrahiert und die erhaltenen numerischen Daten können statistisch verarbeitet werden.

Einleitung

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Molecular cruciforms als X-förmigen Querschnitt konjugierten Moleküle in dem zwei Konjugation Schaltungen an einem zentralen Kern schneiden definiert. 1,2,3 Mit entsprechenden Donor-Akzeptor-Substitution können diese Moleküle räumlich lokalisieren ihre Grenze Orbitale (RGV), so dass das höchste besetzte Orbital (HOMO) befindet sich überwiegend entlang der elektronenreichen Achse des Moleküls, während das niedrigste unbesetzte Molekülorbital (LUMO) hat den Großteil seiner Dichte entlang der elektronenarmen Arm des Moleküls positioniert. Solche räumlichen Trennung von RGV ist wichtig, in den Anwendungen dieser cruciforms als Sensoren für kleine Mole....

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Protokoll

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1. Nachweis von Carbonsäuren mittels Distyrylbis (Arylethinylrest) Benzol Kreuzformen

  1. Bereiten Sie eine frische Stammlösung cruciforms 1-3 mit einer Konzentration von 1,0 x 10 -3 mol / L in DCM. Es ist nicht notwendig, um spektroskopische Qualität Lösungsmittel verwenden, ACS-Reagenz Reinheit ist ausreichend.
  2. Mit den Stammlösungen von 1.1 Herstellung von 100 ml von 2,0 × 10 -6 M Lösung von 1-3 in Dichlormethan (DCM), Ethylacetat (EtOAc), Acetonitril (AN), N, N-Dimethylformamid (DMF), Isopropylalkohol (i PrOH) und Methanol (MeOH). Es ist nicht notwendig, um spektroskopische Qualität Lösungsmittel verwenden, ....

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Ergebnisse

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Um das Potenzial der kreuzförmigen Fluorophore beim Erfassen und Unterscheiden eng verwandten Analyten zu veranschaulichen, werden drei Klassen von Ergebnissen vorgestellt. Erstens, 1,4-Distyryl-2 ,5-bis (Arylethinylrest) Benzol Kreuzformen 1-3 (Abbildung 1) werden verwendet, um unter strukturell verwandten Carbonsäuren A1-A10 in Abbildung 3 dargestellt diskriminieren. Dann benzobisoxazol-basierte kreuzförmigen 4 (Abbildung 1) wurde verwendet, um Boronsäuren B1-B9

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Diskussion

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Die Protokolle für qualitative Unterscheidung in diesem Dokument beschriebenen halten und Video hohen Potenzial Routine Qualitätsanalyse, wo auch eine minimal ausgebildet sein konnte, erkennen die Unterschiede in der Zusammensetzung, oder Abweichungen von einer genau definierten Formel. Praktikabilität dieser Technik weiter verbessert werden könnte mit einfachen Handy-Kameras, die in Kombination mit Muster-und Bild-Erkennungs-Software wie Google Goggles, die aufgenommenen Farben Emission in die Datenbank der bekannten Z.......

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Offenlegungen

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Wir haben nichts zu offenbaren.

Danksagungen

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Work in Bunz Labor am Georgia Institute of Technology wurde teilweise von der National Science Foundation (NSF-CHE 07502753) und die Arbeit an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg wurde von der "Struktur und Innovationsfond des Landes Baden-Württemberg" gefördert unterstützt. Work in Miljanić Labor an der Universität von Houston wurde von der National Science Foundation CAREER-Programm (CHE-1151292), der Welch Foundation (Grant No. E-1768), der University of Houston (UH) und seine Kleine Grant-Programm finanziert werden, und die Texas Center for Supraleitung bei UH.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Cyclohexan (CH)Mallinckrodt4878-02
Chlorbenzol (CB)JT Baker9179-1
1,2,4-Trichlorbenzol (TCB)Alfa Aesar19390
Dichlormethan (DCM) - MiljanićMallinckrodt4879-06
Acetonitril (AN)Mallinckrodt2856-10
Chloroform (CF)Mallinckrodt4440-19
Dichlormethan (DCM) - BunzSigma Aldrich24233
Ethylacetat (EtOAc)Brenntag10010447Zusätzliche Destillation
Acetonitril (AN)Sigma Aldrich34851
Dimethylformamid (DMF)Sigma Aldrich38840
2-Propanol (iPrOH)Ruprecht-Karls Universitätä t Heidelberg, Zentralbereich Neuenheimer Feld69595
Methanol (MeOH)VWR20847.295
4-Hydroxybenzoesäure (A1)Fluka54630
(4-Hydroxyphenyl)essigsäure (A2)Sigma AldrichH50004
Ibuprofen (A3)ABCRAB125950
Aspirin (A4)Sigma AldrichA5376
Phenylessigsäure (A5)Sigma AldrichP16621
4-Chlorphenylessigsäure (A6)Sigma Aldrich139262
Benzoesäure (A7)Merck8222571000
3,5-Dihydroxybenzoesäure (A8)Sigma AldrichD110000
2,4-Dichlorbenzoesäure (A9)Sigma Aldrich139572
2-Hydroxy-5-iodbenzoesäure (A10)Sigma AldrichI10600
2,6-Dichlorphenylboronsäure (B1)TCID3357
3,5-Bis(trifluormethyl)phenylboronsäure (B2)Sigma Aldrich471070
4-Mercaptophenylboronsäure (B3)Sigma Aldrich524018
4-Methoxyphenylboronsäure (B4)TCIM1126
Benzolboronsäure (B5)Alfa AesarA14257
Cyclohexylboronsäure (B6)Sigma Aldrich556580
3-Pyridylboronsäure (B7)Sigma Aldrich512125
4-Nitrophenylboronsäure (B8)Sigma Aldrich673854
Pentafluorphenylboronsäure (B9)Sigma Aldrich465097
Triethylamin (N1)Alfa AesarA12646
Piperidin (N2)JT Baker2895-05
Piperazin (N3)AldrichP45907
1,4-Diaminobenzen (N4)Alfa AesarA15680
1,3-Diaminobenzen (N5)Eastman
1,2-Diaminobenzen (N6)TCIP0168
4-Methoxyanilin (N7)Alfa AesarA10946
Anilin (N8)Acros22173-2500
4-Nitroanilin (N9)Alfa AesarA10369
N,N-Diphenylharnstoff (N10)Alfa AesarA18720
N,N-Dimethylharnstoff (N11)Alfa AesarB21329
Harnstoff (N12)Mallinckrodt8648-04
Canon EOS 30D (Objektiv EFS 18-55 mm Zoomobjektiv)Canon
Canon EOS Rebel T3i (Objektiv EFS 18-55 mm Zoomobjektiv)Canon
FujiFilm FinePix S9000Fuji

Referenzen

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  1. Zucchero, A. J., McGrier, P. J., Bunz, U. H. F. Cross-conjugated cruciform fluorophores. Acc. Chem. Res. 43 (3), 397-408 (2010).
  2. Feldman, A. K., Steigerwald, M. L., Guo, X., Nuckolls, C. Molecular electronic devices based on single-walled carbon nanotube electrodes. Acc. Chem. Res. ....

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Schlagwörter

FluoreszenzsensorenAmindetektionUV BestrahlungEmissionsfarbanalysel sungsmittelabh ngige Fluoreszenzqualitative Analytenunterscheidungdigitaler Fotografie Aufbau

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