Articolo metodologico

Identificazione qualitativa di acidi carbossilici, acidi bo e ammine Utilizzando Fluorofori Cruciform

DOI:

10.3791/50858

⸱

19 agosto 2013

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

In questo articolo

Sommario

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Fluorofori cruciformi cross-coniugati a base di 1,4-distyryl-2 ,5-bis (arylethynyl) benzene e nuclei benzobisoxazole possono essere usati per identificare qualitativamente diversa Lewis acido e Lewis analiti basici. Questo metodo si basa sulle differenze di colori di emissione degli crucimorfi che si osservano su di analita aggiunta. Specie strutturalmente strettamente connesse possono essere distinti l'uno dall'altro.

Abstract

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Crucimorfi molecolari sono sistemi a forma di X in cui due assi coniugazione intersecano in un nucleo centrale. Se un asse di queste molecole è sostituito con elettron-donatori, e l'altra con accettori di elettroni, HOMO crucimorfi 'localizzerà lungo il ricco di elettroni e LUMO lungo l'asse elettron-poveri. Questo isolamento spaziale della frontiera orbitali molecolari crucimorfi '(FMO) è essenziale per il loro uso come sensori, in quanto vincolanti per l'cruciforme analita invariabilmente cambia il suo gap HOMO-LUMO e le proprietà ottiche associate. Utilizzando questo principio, Bunz e gruppi Miljanić sviluppati 1,4-distyryl-2 ,5-bis (arylethynyl) benzene e benzobisoxazole crucimorfi, rispettivamente, che fungono da sensori fluorescenti per ioni metallici, acidi carbossilici, acidi boronico, fenoli, ammine, e anioni. I colori delle emissioni osservate quando questi cruciforme sono mescolati con gli analiti sono molto sensibili ai dettagli della struttura di analiti e - a causa di crucimorfi 'carica-settembrestati eccitati divisero - al solvente in cui viene osservata emissione. Specie strutturalmente strettamente connesse possono essere qualitativamente distinti in più classi di analiti: (a) acidi carbossilici, (b) acidi bo e (c) metalli. Utilizzando un sistema di rilevamento ibrido composto da benzobisoxazole crucimorfi e additivi acidi boronici, siamo stati anche in grado di discernere tra strutturalmente simile: (d) piccoli anioni organici e inorganici, (E), ammine, e (f) fenoli. Il metodo usato per questa distinzione qualitativa è estremamente semplice. Soluzioni diluite (tipicamente 10 -6 M) di crucimorfi in diversi solventi off-the-shelf sono collocati in fiale UV / Vis. Poi, vengono aggiunti analiti di interesse, sia direttamente come solidi o in soluzione concentrata. Cambiamenti di fluorescenza si verificano praticamente istantaneo e possono essere registrati attraverso la fotografia digitale standard utilizzando una fotocamera digitale semi-professionale in una stanza buia. Con minima manipolazione grafica,ritagli di fotografie a colori di emissione rappresentativi possono essere organizzati in pannelli che consentono rapido distinguere ad occhio nudo tra analiti. A fini di quantificazione, i valori Rosso / Verde / Blu possono essere estratti da queste fotografie ed i dati numerici ottenuti possono essere elaborati statisticamente.

Introduzione

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Crucimorfi molecolari sono definite come X-shaped cross-molecole coniugate in cui due circuiti di coniugazione si intersecano in un nucleo centrale. 1,2,3 Con un appropriato sostituzione donatore-accettore, queste molecole possono spazialmente localizzare i loro orbitali molecolari di frontiera (QOR), in modo che il più alto orbitale molecolare occupato (HOMO) risiede prevalentemente lungo l'asse ricco di elettroni della molecola, mentre il più basso orbitale molecolare non occupato (LUMO) presenta il grosso della sua densità posizionata lungo il braccio elettron-poveri della molecola. Tale isolamento spaziale di FMO è essenziale nelle applica....

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Protocollo

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1. Rilevazione degli acidi carbossilici utilizzando Distyrylbis (arylethynyl) benzene crucimorfi

  1. Preparare una soluzione madre fresca di crucimorfi 1-3 con una concentrazione di 1,0 x 10 -3 mol / L in DCM. Non è necessario usare solventi qualità spettroscopica; ACS purezza per reagenti è sufficiente.
  2. Utilizzando le soluzioni stock di 1,1 preparare 100 ml ciascuna di 2,0 x 10 -6 M di soluzione 1-3 in diclorometano (DCM), acetato di etile (EtOAc), acetonitrile (AN), N, N-dimetilformammide (DMF), alcool isopropilico (i PrOH) e metanolo (MeOH). Non è necessario usare solventi qualità spettroscopica; ACS purezza....

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Risultati

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Per illustrare le potenzialità di fluorofori cruciformi in rilevamento e discriminare analiti strettamente correlati, tre classi di risultati sono presentati. Prima, 1,4-distyryl-2 ,5-bis (arylethynyl) benzene crucimorfi 1-3 (Figura 1) sono usati per discriminare tra acidi carbossilici strutturalmente correlate A1-A10 mostrati in Figura 3. Poi, benzobisoxazole basata cruciforme 4 (figura 1) è stato utilizzato per analizzare acidi boronico B1-B9 (Figura 4).

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Discussione

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I protocolli per la discriminazione qualitativa descritta in questo documento e video detengono un potenziale significativo in analisi di qualità di routine, dove anche un operatore minimamente addestrato poteva scorgere le differenze di composizione, o deviazioni da una formula ben definita. La praticità di questa tecnica potrebbe essere ulteriormente migliorata utilizzando semplici telecamere cellulare, che, in combinazione con il software di disegno e immagine riconoscimento come Google Goggles, potrebbero corrispond.......

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Dichiarazioni

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Non abbiamo nulla da rivelare.

Ringraziamenti

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Lavoro nel laboratorio di Bunz presso il Georgia Institute of Technology è stato sostenuto in parte dalla National Science Foundation (NSF-CHE 07.502.753) e il lavoro a Ruprecht-Karls-Universität di Heidelberg è stato finanziato dalla "Struktur und Innovationsfond des Landes Baden-Württemberg". Lavoro nel laboratorio di Miljanić presso l'Università di Houston è stato finanziato dal programma National Science Foundation CARRIERA (CHE-1.151.292), la Welch Foundation (concessione n. E-1768), l'Università di Houston (UH) e il suo programma Piccolo Grant, e il Centro Texas per la superconduttività a UH.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Cicloesano (CH)Mallinckrodt4878-02
Clorobenzene (CB)JT Baker9179-1
1,2,4-Triclorobenzene (TCB)Alfa Aesar19390
Diclorometano (DCM) - MiljanićMallinckrodt4879-06
Acetonitrile (AN)Mallinckrodt2856-10
Cloroformio (CF)Mallinckrodt4440-19
Diclorometano (DCM) - BunzSigma Aldrich24233
Acetato di etile (EtOAc)Brenntag10010447Distillazione aggiuntiva
Acetonitrile (AN)Sigma Aldrich34851
Dimetilformammide (DMF)Sigma Aldrich38840
2-propanolo (iPrOH)Università Ruprecht-Karls t Heidelberg, Zentralbereich Neuenheimer Feld69595
Metanolo (MeOH)VWR20847.295
Acido 4-idrossibenzoico (A1)Fluka54630
(4-idrossifenil)acido acetico (A2)Sigma AldrichH50004
Ibuprofene (A3)ABCRAB125950
Aspirina (A4)Sigma AldrichA5376
Acido fenilacetico (A5)Sigma AldrichP16621
(A6)Acido benzoico 139262
(A7)Acido
(A8)Sigma Aldrich
(A9)Sigma Aldrich139572
Acido 2-idrossi-5-iodobenzoico (A10)Sigma AldrichI10600
Acido 2,6-diclorofenilboronico (B1)TCID3357
Acido 3,5-bis(trifluorometil)fenilboronico (B2)Sigma Aldrich471070
Acido 4-mercaptofenilboronico (B3)Acido Sigma Aldrich524018
4-metossifenilboronico (B4)TCIM1126
Acido benzenboronico (B5)Alfa AesarA14257
Acido cicloesilboronico (B6)Sigma Aldrich556580
Acido 3-piridilboronico (B7)Sigma Aldrich
(B8)AcidoAldrich 673854
(B9)Sigma Aldrich465097
Trietilammina (N1)Alfa AesarA12646
Piperidina (N2)JT Baker2895-05
Piperazina (N3)AldrichP45907
1,4-Diaminobenzene (N4)Alfa AesarA15680
1,3-Diaminobenzene (N5)Eastman
1,2-Diaminobenzene (N6)TCIP0168
4-Metossianilina (N7)Alfa AesarA10946
Anilina (N8)Acros22173-2500
4-Nitroanilina (N9)Alfa AesarA10369
N,N-Difenilurea (N10)Alfa AesarA18720
N,N-Dimetilurea (N11)Alfa AesarB21329
Urea (N12)Mallinckrodt8648-04
Canon EOS 30D (obiettivo zoom EFS 18-55 mm)Canon
Canon EOS Rebel T3i (obiettivo zoom EFS 18-55 mm)Canon
FujiFilm FinePix S9000Fuji
Acido 4-clorofenilacetico Sigma Aldrich 3,5-diidrossibenzoico Merck 8222571000 Acido 2,4-diclorobenzoico D110000 Acido 4-nitrofenilboronico 512125 pentafluorofenilboronico Sigma

Riferimenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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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