Identyfikacja jakościowa kwasów karboksylowych, kwasów boronowych i amin przy użyciu fluoroforów krzyżowych

Thimon Schwaebel; Rio Carlo Lirag; Evan A. Davey; Jaebum Lim; Uwe H. F. Bunz; Ognjen Š. Miljanić

doi:10.3791/50858

Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Identyfikacja jakościowa kwasów karboksylowych, kwasów boronowych i amin przy użyciu fluoroforów krzyżowych

13.9K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/50858

⸱

19 sierpnia 2013

Thimon Schwaebel¹ , Rio Carlo Lirag² , Evan A. Davey¹ , Jaebum Lim² , Uwe H. F. Bunz¹ , Ognjen Š. Miljanić²

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

W tym artykule

Podsumowanie

Krzyżowo sprzężone fluorofory krzyżowe oparte na jądrach 1,4-distyryl-2,5-bis(arylethynylo)benzenu i benzobisoksazolu mogą być używane do jakościowej identyfikacji różnych analitów Lewisa kwasowych i zasadowych Lewisa. Metoda ta opiera się na różnicach w kolorach emisyjnych krzyży, które obserwuje się po dodaniu analitu. Strukturalnie blisko spokrewnione gatunki można odróżnić od siebie.

Streszczenie

Molekularne krzyże to systemy w kształcie litery X, w których dwie osie koniugacji przecinają się w centralnym rdzeniu. Jeśli jedna oś tych cząsteczek zostanie podstawiona donorami elektronów, a druga akceptorami elektronów, HOMO krzyżowych będzie zlokalizowany wzdłuż osi bogatej w elektrony, a LUMO wzdłuż osi ubogiej w elektrony. Ta przestrzenna izolacja granicznych orbitali molekularnych (FMO) krzyżowców jest niezbędna do ich wykorzystania jako czujników, ponieważ wiązanie analitu z kształtem krzyża niezmiennie zmienia jego przerwę HOMO-LUMO i związane z tym właściwości optyczne. Korzystając z tej zasady, grupy Bunza i Miljanića opracowały odpowiednio 1,4-distyryl-2,5-bis(arylethynylo)benzen i benzobisoksazol w postaci krzyżowych, które działają jako czujniki fluorescencyjne jonów metali, kwasów karboksylowych, kwasów boronowych, fenoli, amin i anionów. Barwy emisyjne obserwowane po zmieszaniu tych krzyży z analitami są bardzo wrażliwe na szczegóły struktury analitu i - ze względu na stany wzbudzone rozdzielone ładunkiem - na rozpuszczalnik, w którym obserwuje się emisję. Strukturalnie blisko spokrewnione gatunki można jakościowo wyróżnić w ramach kilku klas analitów: a) kwasy karboksylowe; b) kwasy borowe i c) metale. Korzystając z hybrydowego systemu detekcji składającego się z benzobizoksazolowych roślin krzyżowych i dodatków kwasu boronowego, byliśmy również w stanie rozróżnić strukturalnie podobne: (d) małe aniony organiczne i nieorganiczne, (e) aminy i (f) fenole. Metoda użyta do tego jakościowego rozróżnienia jest niezmiernie prosta. Rozcieńczone roztwory (zwykle ^10-6 M) roślin krzyżowych w kilku gotowych rozpuszczalnikach umieszcza się w fiolkach UV/Vis. Następnie dodaje się interesujące nas anality, albo bezpośrednio w postaci ciał stałych, albo w stężonym roztworze. Zmiany fluorescencji zachodzą praktycznie natychmiast i można je zarejestrować za pomocą standardowej fotografii cyfrowej za pomocą półprofesjonalnego aparatu cyfrowego w ciemnym pomieszczeniu. Przy minimalnej manipulacji graficznej, reprezentatywne wycinki kolorowych zdjęć emisyjnych można rozmieścić w panele, które umożliwiają szybkie rozróżnienie analitów gołym okiem. W celu ilościowego określenia wartości koloru czerwonego/zielonego/niebieskiego można wyodrębnić z tych zdjęć, a uzyskane dane liczbowe można przetworzyć statystycznie.

Wprowadzenie

Molekularne formy krzyżowe są definiowane jako cząsteczki sprzężone krzyżowo w kształcie litery X, w których dwa obwody koniugacji przecinają się w centralnym rdzeniu. ^1,2,3 Przy odpowiednim podstawieniu donor-akceptor, cząsteczki te mogą przestrzennie lokalizować swoje graniczne orbitale molekularne (FMO), tak że najwyżej zajęty orbital molekularny (HOMO) znajduje się dominująco wzdłuż osi bogatej w elektrony cząsteczki, podczas gdy najniższy niezajęty orbital molekularny (LUMO) ma większość swojej gęstości umieszczonej wzdłuż ramienia cząsteczki ubogiego w elektrony. Taka izolacja przestrzenna FMO jest niezbędna w zastosowaniach tych krzyży jako ....