Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

تحديد النوعية من الأحماض الكربوكسيلية، الأحماض Boronic، والأمينات طريق Fluorophores صليبي

Published: August 19, 2013 doi: 10.3791/50858
Automatic Translation
1, 2, 1, 2, 1, 2
1Organisch-Chemisches Institut, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, 2Department of Chemistry, University of Houston

Summary

fluorophores صليبي عبر مترافق يعتمد على 1،4-distyryl-2 ،5-مكررا (arylethynyl) البنزين ونوى benzobisoxazole يمكن أن تستخدم لتحديد النوعية المتنوعة لويس لويس الحمضية والتحاليل الأساسية. يعتمد هذا الأسلوب على الاختلافات في الألوان الانبعاثات من cruciforms التي لوحظت عند إضافة الحليلة. الأنواع هيكليا يرتبط ارتباطا وثيقا يمكن تمييزها عن بعضها البعض.

Abstract

cruciforms الجزيئية هي نظم على شكل X الذي محورين اقتران تتقاطع في نواة مركزية. إذا يتم استبدال محور واحد من هذه الجزيئات مع الإلكترون الجهات المانحة، والآخر مع الإلكترون يقبلون، سوف هومو cruciforms 'توطين على طول الإلكترون الغنية وLUMO على طول محور الإلكترون للفقراء. هذه العزلة المكانية من المدارات الجزيئية الحدود cruciforms '(FMOs) أمر ضروري لاستخدامهم أجهزة الاستشعار، ومنذ الحليلة ملزمة للصليبي يتغير دائما لها فجوة هومو LUMO والخصائص البصرية المرتبطة بها. باستخدام هذا المبدأ، وضعت بونز والجماعات Miljanić 1،4-distyryl-2 ،5-مكررا (arylethynyl) البنزين وcruciforms benzobisoxazole، على التوالي، والتي تكون بمثابة أجهزة استشعار الفلورسنت لأيونات المعادن، والأحماض الكربوكسيلية، والأحماض boronic، الفينولات، والأمينات، و الأنيونات. لاحظ الألوان الانبعاثات عندما يتم خلط هذه صليبي مع التحاليل حساسة للغاية لتفاصيل هيكل الحليلة و- بسبب cruciforms 'تهمة سبتمبرarated الحالات المثارة - إلى المذيب الذي يتم الاحتفال به في الانبعاثات. الأنواع هيكليا ترتبط ارتباطا وثيقا ويمكن التمييز بين نوعي ضمن عدة فئات الحليلة: (أ) الأحماض الكربوكسيلية، (ب) الأحماض boronic، و (ج) المعادن. باستخدام نظام الاستشعار عن هجين تتألف من cruciforms benzobisoxazole والمواد المضافة حمض boronic، كنا أيضا قادرة على تمييز بين هيكليا مشابهة: (د) الأنيونات صغيرة العضوية وغير العضوية، (ه) الأمينات، و (و) الفينولات. الطريقة المستخدمة لهذا التمييز النوعي هو بسيط جدا. يتم وضع الحلول المخففة (عادة 10 -6 م) من cruciforms في العديد من المذيبات قبالة الجاهزة للاستخدام في قارورة الأشعة فوق البنفسجية / فيس. ثم، تضاف التحاليل المصالح، إما مباشرة أو في شكل مواد صلبة محلول مركز. تحدث التغييرات مضان على الفور تقريبا، ويمكن تسجيلها من خلال التصوير الرقمي القياسي باستخدام كاميرا رقمية شبه مهنية في غرفة مظلمة. مع الحد الأدنى من التلاعب الرسم،ويمكن ترتيب ممثل مجسمات وصورا فوتوغرافية ملونة من الانبعاثات في الألواح التي تسمح سريعة التمييز بالعين المجردة بين التحاليل. لأغراض التقدير الكمي، ويمكن استخراج القيم أحمر / أخضر / أزرق من هذه الصور، والبيانات الرقمية التي تم الحصول عليها يمكن معالجتها إحصائيا.

Introduction

يتم تعريف cruciforms الجزيئية كما X على شكل جزيئات عبر مترافق في اثنين من الدوائر اقتران تتقاطع في نواة مركزية. 1،2،3 مع تبديل المانحين متقبل المناسبة، يمكن لهذه الجزيئات توطين مكانيا المدارات الجزيئية حدودهم (FMOs)، بحيث أعلى المدار الجزيئي المحتلة (هومو) يقيم يغلب على طول المحور الغنية الإلكترون من الجزيء، في حين أن أدنى غير مأهولة الجزيئية المدارية (LUMO) لديه الأكبر من كثافته المتمركزة على طول الذراع الإلكترون للفقراء من الجزيء. مثل هذه العزلة المكانية من FMOs أمر أساسي في تطبيقات هذه cruciforms وأجهزة الاستشعار عن الجزيئات الصغيرة، منذ الحليلة ملزمة للصليبي يتغير دائما لها فجوة هومو LUMO والخصائص البصرية المرتبطة بها. وقد تجلى هذا السلوك في cruciforms على أساس 1،4-distyryl-2 ،5-مكررا (arylethynyl) البنزين، 1 1،2،4،5-tetrakisethynylbenzene و 4 و 5،6 benzobisoxazole الهيكليةالزخارف. وبما أن جميع فئات ثلاث من الجزيئات الفلورسنت بطبيعتها، سمحت هذه المنهجية استخدامهم أجهزة الاستشعار الصغيرة جزيء. في جميع الأمثلة الثلاثة، وجرى الاستعاضة cruciforms مع لويس الأساسية البيريدين والجماعات dialkylaniline وبالتالي كانت استجابة لويس التحاليل الحمضية، مثل البروتونات والأيونات المعدنية. 1،4،5،7،8،9

في عام 2011، وقد أظهرت بونز وزملاء العمل 10 أن الردود مضان من 1،4-distyryl-2 ،5-مكررا (arylethynyl) البنزين cruciforms 1-3 (الشكل 1) اختلفت بشكل كبير تبعا لبنية حمض الكربوكسيلية تستخدم للحث أيون الهيدروجين الموجب للصليبي. وفي وقت لاحق، Miljanić وآخرون. أثبتت أن benzobisoxazole cruciforms مثل 4 (الشكل 1) كما تظهر استجابات محددة للغاية الانبعاثات مضان للأحماض الكربوكسيلية ذات الصلة هيكليا، ويمكن رؤية هذا التمييز مماثلة بين الأحماض organoboronic مشابهة جدا، جدا. 11 أصول هذاانتقائية للغاية يتغير لونها الانبعاثات هي غير واضحة في الوقت الحاضر، وعلى الأرجح المعقدة - كما التبريد مضان بواسطة التحاليل الإلكترون الفقراء، المتبقية مضان الحليلة، وأيون الهيدروجين الموجب الناجم عن التحول من cruciforms 'الانبعاثات ماكسيما جميع يفترض أن تلعب دورا. ومع ذلك، فإن القدرة على التمييز بين التحاليل المتعلقة هيكليا كبيرا، وخصوصا منذ تمييز ذات الصلة إحصائيا يمكن الحصول عليها دون الحاجة لأداء حصرية الأشعة فوق البنفسجية / فيس امتصاص أو توصيف مضان من الاستجابة البصرية من cruciforms إلى التحاليل. بدلا من ذلك، والصور بسيطة من اللون الانبعاثات متميزة بما فيه الكفاية للسماح للتمييز بين التحاليل هيكليا ارتباطا وثيقا، وخاصة إذا أخذت هذه الصور في المذيبات المختلفة أو باستخدام أكثر من واحد استشعار صليبي. باستخدام هذه المنهجية سريع، وعشرات من التحاليل يمكن تحليلها بسرعة في فترة ما بعد الظهر (انظر لوحات في أرقام 3-5)، في حين أن نفس التحليل سيتطلبأسابيع إذا كان يعمل التحليل الطيفي الدقيق. وعلاوة على ذلك، منذ الأحماض boronic هي من الأنواع الحيوية التي يمكن تنسيق nucleophiles من خلال البورون وفارغة ع المدارية، وتستخدم Miljanić هذه الميزة لتطوير أجهزة الاستشعار هجين تتألف من benzobisoxazole صليبي 4 وبسيطة غير الفلورسنت boronic حمض المضافات B1 و B5 (الشكل 4). 11، 12 هذه المنهجية تعمل على النحو التالي: 4 صليبي والأحماض boronic مجمع إلى مجمع عابر 4 · ن B1 (أو 4 · ن B5)، وهيكل دقيق من هذا المجمع هو غير معروف في الوقت الحاضر، ولكنه يختلف مضان لها من أن من صليبي نقية . إذا تعرضت هذا الحل لويس التحاليل الأساسية، فإنها يمكن أن تحل محل واحد أو كلا-OH المجموعات على حمض boronic، 13 وبالتالي إحداث تغييرات كبيرة في خصائص الإلكترونية من البورون و، في المقابل، مضان من المجمع بأكمله. باستخدام هذا "بالانابه الاستشعار عن" منهجية، الاستشعار من الفينولات والأمينات العضوية وureas، فضلاابتداء من الأنيونات العضوية وغير العضوية الصغيرة، ويمكن تحقيق.

في هذه الورقة، نقدم البرنامج التعليمي على استخدام مباشرة ومنهجية الاستشعار بالانابه بسرعة للتمييز بين نوعي ذات الصلة هيكليا (أ) الأحماض الكربوكسيلية (الشكل 3)، (ب) الأحماض boronic (الشكل 4)، و، مفوض، ( ج) الأمينات العضوية (الشكل 5). لتوضيح تطبيق واسعة من بروتوكولات المبلغ عنها، واستخدمت cruciforms بونز على الكشف عن الأحماض الكربوكسيلية، بينما كانوا يعملون المركبات Miljanić على الكشف عن الأحماض boronic، و، من خلال جهاز استشعار الهجين، الأمينات العضوية الصغيرة. نحن نفترض أن هذه المجسات يمكن أن يكون متبادل بسهولة دون عواقب كبرى لجودة التمييز الحليلة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. الكشف عن الأحماض الكربوكسيلية عن طريق Distyrylbis (arylethynyl) البنزين Cruciforms

  1. إعداد محلول المخزون جديدة من cruciforms 1-3 مع تركيز 1.0 × 10 -3 مول / لتر في DCM. فإنه ليس من الضروري استخدام المذيبات جودة الطيفية؛ ACS كاشف نقاء الصف كافية.
  2. باستخدام الحلول الأسهم من 1.1 إعداد 100 مل كل من 2.0 × 10 -6 M حل 1-3 في ثنائي كلورو ميثان (DCM)، خلات الإيثيل (EtOAc)، الأسيتونتريل (AN)، N، N-ثنائي ميثيل (DMF)، ايزوبروبيل (ط PrOH) والميثانول (MeOH). فإنه ليس من الضروري استخدام المذيبات جودة الطيفية؛ ACS كاشف نقاء الصف كافية.
  3. تزن من 0.65 مليمول (88،2 حتي 124،2 ملغ) من حمض الكربوكسيلية الحليلة A1 - A10 في 5 مل قارورة الدرام، إضافة 5 مل من الحلول التي يجري اعدادها في 2.1 ويهز القارورة. إذا غير متجانسة، ينبغي أن يترك الحل المقابلة لتسوية (الترشيح هو لا لزوم لها). وهذا يؤدي إلى تناسق المشاركاتالتموينية من 0.13 M (31 جم / لتر) من حمض الكربوكسيلية.
  4. التقاط الصور الرقمية من مضان في غرفة مظلمة في غياب الضوء المحيط. الإعداد الفوتوغرافية (الشكل 2) يتضمن كاميرا رقمية (كانون EOS 30D) مجهزة موضوعي (EFS 18-55 مم عدسة التكبير) واثنين من مصابيح الأشعة فوق البنفسجية (الإثارة الطول الموجي 365 نانومتر). وينبغي وضع قارورة لم يسبق لهم اللعب تحت اثنين من مصابيح الأشعة فوق البنفسجية لأقصى قدر من التعرض مع مسافة 60 سم بين عدسة الكاميرا وقارورة العينة. واختلفت مرات التعرض لكل حل لتنتج صورا تعكس لون من الانبعاثات 0.25 (- 15 ثانية).

2. الكشف عن الأحماض Boronic طريق Benzobisoxazole Cruciforms

  1. إعداد 1.0 × 10 -4 M حل صليبي 4 في DCM. فإنه ليس من الضروري استخدام المذيبات جودة الطيفية؛ ACS كاشف نقاء الصف كافية.
  2. إعداد خمسة حلول فردية لكل الحليلة حمض boronic، عن طريق إذابة 50 ملغ (0،24-0،41 ملمول)من الحليلة في 3 مل كل من الأسيتونتريل (AN)، 1،2،4-ثلاثي كلور البنزين (إدارة التعاون الفني)، ثنائي كلورو ميثان (DCM)، الهكسان الحلقي (CH)، وكلور البنزين (CB). هذا ينبغي أن يؤدي إلى تقريبا. 16.7 G / L الحلول فيما يتعلق بكل الحليلة. فإنه ليس من الضروري استخدام المذيبات جودة الطيفية؛ ACS كاشف نقاء الصف كافية.
  3. نقل 1.8 مل من كل من الحلول الحليلة أعد في 2.2 إلى خمسة 10 × 10 مم الكوارتز cuvettes منفصلة (تستخدم عادة للأشعة فوق البنفسجية / فيس الطيفي). ثم، إضافة 20 ميكرولتر من الحل صليبي أعد في 2.1 في كل من خمسة cuvettes، ويحرك الحلول اثنين إلى التجانس. إذا لوحظ أي هطول، ينبغي ببساطة أن تترك الحل المقابلة لتسوية (الترشيح هو لا لزوم لها).
  4. إخضاع جميع cuvettes خمسة على طبق من ذهب الزجاج وأشرق لهم من قبل ومصباح الأشعة فوق البنفسجية محمول (365 نانومتر) من أعلى. وينبغي وضع مصباح الأشعة فوق البنفسجية بطريقة تضمن التشعيع متساوية لجميع قارورة خمسة.
  5. تأكد من أن الغرفة هي دارك (إطفاء الأنوار، ويندوز بلوك وغيرها من مصادر الضوء الطبيعية والاصطناعية) وتتخذ على الفور صورة رقمية من الألوان الانبعاثات من الحلول. Miljanić وآخرون. وقد استخدم نموذجين الكاميرا الرقمية: FUJIFILM FINEPIX S9000 وكانون EOS المتمردين T3i، مع مسافة 45 سم بين عدسة الكاميرا وcuvettes عينة. كان سرعة الغالق 0.5 ثانية.

3. كشف أمين التحاليل باستخدام صليبي Benzobisoxazole / الأحماض Boronic نظام الاستشعار الهجين

  1. إعداد (على الأقل) 80 مل لكل منهما من 1.0 × 10 -6 حلول M من 4 صليبي في الأسيتونتريل (AN)، 1،2،4-ثلاثي كلور البنزين (إدارة التعاون الفني)، الهكسان الحلقي (CH)، ثنائي كلورو ميثان (DCM)، والكلوروفورم (CF ).
  2. حل B1 (152.6 ملغ، 0.80 ملمول) في 40 مل من كل من الحلول التي يجري اعدادها في 3.1.
  3. حل B5 (97.6 ملغ، 0.80 ملمول) في 40 مل من كل من الحلول التي يجري اعدادها في 3.1.
  4. على الفور بعد أن يتم إعداد حلول وصفها في 3.2 و 3.3، استخدمم (2 مل لكل منهما) في حل الحليلة أمين المطلوب (40 ملغ، 0،19-0،47 ملمول). لكل الحليلة أمين، وينبغي أن تكون الحلول التي يجري اعدادها عشر: خمسة مع B1 وخمسة مع B5 والمواد المضافة. فإنه ليس من الضروري استخدام المذيبات جودة الطيفية؛ ACS كاشف نقاء الصف كافية.
  5. لكل الحليلة، مأخوذة نقل عشرة معدة الحليلة / boronic حمض / صليبي 4 الحلول إلى عشرة cuvettes الكوارتز منفصلة. ضع هذه المجموعات الخمس كفيت اثنين (واحد لل4/B1، واحدة لل4/B5) على طبق من ذهب الزجاج، وأشرق في 365 نانومتر بواسطة مصباح الأشعة فوق البنفسجية المحمولة، وصورة فورا باستخدام الإعدادات الموضحة في 2.5 أعلاه.

4. معالجة الصور الرقمية والتمييز الحليلة

  1. باستخدام أدوبي فوتوشوب أو برنامج مشابه لمعالجة الصور، وقطع شريحة ممثل مربع من الصور الرقمية من الألوان الانبعاثات من كل قارورة تصويرها. تنظم هذه القصاصات إلى لوحات مماثلة لتلك التي في أرقام 3B و 4 و 5
  2. إذا كان المطلوب تقدير الاختلافات في اللون الانبعاثات، ويمكن استخراج القيم R / G / B من لوحات في 4.1 ومن ثم معالجتها إحصائيا. تحميل بحرية اللون محلل التباين 14 يمكن استخدامها لهذا الغرض. للحصول على الانحرافات المعيارية النسبية من الألوان الانبعاثات من الحليلة واحد بالنسبة لآخر (مثل مركبات B1 و B2، الشكل 4)، يتم استخدام المعادلة التالية:
    المعادلة 1
  3. يتم استخدام المعادلة من 4.2 أيضا لتحديد مجهولة التحاليل حمض الكربوكسيلية. ولذلك يتم تحديد كل الانحراف بين الحليلة غير معروفة لجميع المواد من مجموعة البيانات المعايرة. أصغر الانحراف يشير إلى مضمون المقابلة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

لتوضيح إمكانات fluorophores صليبي في الاستشعار عن بعد والتمييز التحاليل وثيقة الصلة، يتم عرض ثلاثة أنواع من النتائج. الأول، 1،4-distyryl-2 ،5-مكررا (arylethynyl) البنزين cruciforms 1-3 (الشكل 1) وتستخدم للتمييز بين الأحماض الكربوكسيلية ذات الصلة هيكليا A1-A10 هو موضح في الشكل 3. ثم، المستندة إلى benzobisoxazole صليبي 4 (الشكل 1) استخدمت لتحليل الأحماض boronic B1-B9 (الشكل 4). وأخيرا، يتم استخدام صليبي 4 في تركيبة مع الأحماض boronic B1 و B5 لتحليل التحاليل أمين هو مبين في الشكل 5.

باستخدام fluorophores صليبي 1-3 في ستة مذيبات مختلفة، تم العثور على استجابات الفلورسنت لأنها تعتمد على تركيز وهوية الهيكلية للحمض الكربوكسيلية. ويبين الشكل 3B اللون الانبعاثات المسجلة رقميا من كل fluorophore، المذيبات، وتوليفات حمض الكربوكسيلية. الويسلك مجموعة 18 لونا الانبعاثات مميزة في الحليلة، والتي يمكن استخدامها لوصف فريد وتحليلها. باستخدام القيم R / G / B من اللون الانبعاثات، كل التحاليل يمكن تمييزها النسبي للأحماض الكربوكسيلية A1-A10 والتي تم تحديدها كما هو مبين في مؤامرة الارتباط الذاتي في الشكل 3C.

باستخدام إجراء مشابه تماما، والأحماض boronic B1-B9 يتم التمييز بسهولة من بعضها البعض باستخدام صليبي 4، كما يتضح من لوحة اللون الانبعاثات والرسم البياني الارتباط هو مبين في الشكل 4.

ويتحقق تحليل الأمينات باستخدام الموقع المجمعات شكلت من 4 صليبي في مع فائض كبير من المواد المضافة حمض boronic B1 و B5. في الوقت الحاضر، فإن هيكل هذه المجمعات غير معروفة، على الرغم من أنها من المرجح تنطوي إما التنسيقية NB السندات، أو نوعا من الرابطة الهيدروجينية بين الأحماض boronic وذرات النيتروجين في صليبي. هذه المجمعات - التي هي الألوان الانبعاثات دifferent من تلك التي صليبي نقية - يمكن الرد على التحاليل أمين بطريقتين. الأمينات أكثر أساسية من البريدين (مركبات N1-N3 في الشكل 5) تهجير صليبي 4 من المجمعات مع إضافات حمض boronic، وبالتالي تجديد الألوان انبعاث صليبي uncomplexed نقي 4. من ناحية أخرى، والأنواع أقل الأساسية (أي مشتقات الأنيلين وureas استبداله، N4-N12 في الشكل 5)، ويبدو أن ربط 4 · ن ARB (OH) 2 معقدة دون تدميره وهذا يؤدي حدث في التشكيل من المعقد الانبعاثات مضان. ولذلك، يتميز منهجية الاستشعار بالانابه عن طريق تأثير التسوية، حيث التحاليل أعلاه عتبة معينة من قاعدية لم يعد من الممكن تمييز عن بعضها البعض.

الشكل 1
الشكل 1. fluorophores صليبي 1-4، بASED على 1،4-distyryl-2 ،5-مكررا (arylethynyl) البنزين (1-3) وbenzobisoxazole (4) نوى، ويمكن استخدامها للتمييز بين نوعي الأحماض الكربوكسيلية المرتبطة هيكليا، والأحماض boronic، والأمينات، والتحاليل الأخرى. اضغط هنا لعرض أكبر شخصية .

الشكل 2
الشكل 2. الإعداد لالتقاط الصور الرقمية من لون الانبعاثات والتحول إلى قيم R / G / B.

الشكل (3)
الشكل (3): (أ) التحقيق مع الأحماض الكربوكسيلية. (B) صفيف من الصور الرقمية التي شكلتها XF 1-3 باستخدام ستة أنواع مختلفة من المذيبات وعشرة DIFالأحماض الكربوكسيلية مختلفتين (- = المرجعية؛ A1 = حمض الهيدروكسي 4؛ A2 = حمض 4-hydroxyphenylacetic؛ A3 = ايبوبروفين؛ A4 = الأسبرين؛ A5 = فينيل الخل حامض؛ A6 = حمض 4-chlorophenylacetic؛ A7 = البنزويك حمض؛ A8 = 3 حمض ،5-dihydroxybenzoic؛ A9 = حمض 2،4-dichlorobenzoic؛ A10 = حامض 5 iodosalicylic)؛ أخذت الصور الرقمية تحت أشعة الضوء الأسود (الإثارة الطول الموجي 365 نانومتر) (C) مؤامرة ترابط تلقائي شكلت من الردود الفلورسنت (المشفرة. في القيم R / G / B) من الأحماض الكربوكسيلية A1-A10 من مجموعة على الجانب الأيسر. والمحور Z يمثل الانحراف المعياري النسبي للقيم R / G / B لحمض الكربوكسيلية A1. انقر هنا لعرض أكبر شخصية .

الشكل 4
الشكل 4. التمييز الهيكليلاي ترتبط ارتباطا وثيقا الأحماض organoboronic B1-B9 (يسار) ويمكن تحقيق ذلك باستخدام حلول من 4 صليبي في مختلف المذيبات (لوحة المركزية؛ إدارة التعاون الفني = 1،2،4-ثلاثي كلور البنزين؛ CH = الهكسان الحلقي؛ DCM = ثنائي كلورو ميثان؛ CB = كلور البنزين؛ AN = أسيتو-النتريل). على اليمين، رسم تخطيطي العلاقة بين مختلف التحاليل 'R / G / B القيم. انقر هنا لعرض أكبر شخصية .

الرقم 5
الشكل 5. التمييز الأمينات العضوية وureas N1-N12 باستخدام نظام الاستشعار عن هجين تتألف من 4 صليبي والمواد المضافة حمض boronic B1 و B5.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

البروتوكولات للتمييز النوعي وصفها في هذه الورقة والفيديو عقد إمكانات كبيرة في التحليلات جودة الروتينية، حيث حتى مشغل تدريب الحد الأدنى يمكن ان نستشف الاختلافات في التركيب، أو الانحراف عن صيغة محددة جيدا. التطبيق العملي لهذه التقنية يمكن زيادة تعزيز باستخدام كاميرات الهواتف المحمولة البسيطة، والتي، في تركيبة مع برامج نمط وصورة الاعتراف مثل جوجل نظارات، يمكن أن تتطابق مع ألوان الانبعاثات المسجلة على قاعدة البيانات من المؤلفات المعروفة. تصوير بسيط من الألوان الانبعاثات هو ما يقرب من أوامر من حجم أسرع أن صرامة مضان التحليل الطيفي الانبعاثات، وفي كثير من الحالات يمكن أن تتطابق الطيفي في قدرته على تمييز بين التحاليل المختلفة.

بينما البروتوكولات المعروضة هي انتقائية للغاية في الاختلافات الهيكلية بين المميزين التحاليل، فهي ليست حساسة للغاية. عادة، تركيزات الحليلة من عدة زمطلوبة الكباش للتر الواحد لتعديل الألوان الانبعاثات cruciforms '. وبالتالي من غير المحتمل أن تلعب دورا في تحليل المكونات تتبع أساليب عملنا. ومع ذلك، قوتها تكمن في تحليل الأنواع التي تتوفر بكميات كبيرة ولكن حساسة للتحلل أو التزوير: المستحضرات الصيدلانية، والمضافات الغذائية، والمواد الكيميائية الأساسية، أو المشروبات الكحولية.

ومع ذلك، fluorophores 1-4 يمكن من حيث المبدأ أن يصدر أكثر حساسية من خلال تعزيز الانتماءات الملزمة للالتحاليل. كما البيريدين وظائف أمين الأساسية في الطبيعة، فإن التعديل من الحلبة البيريدين أو الأنيلين إلى وظائف أكثر تحديدا أو القلوية تكون بداية واعدة لخفض حدود الكشف. على سبيل المثال، 2-ميثلبريدين و2،6-dimethylpyridine هي أكثر قلوية مما البيريدين، وبالتالي يجب أن تفاعل التحاليل الحمضية وتحسين fluorophore. وهناك طريقة أخرى لتحسين الكشف عن أن يكون استخدام وظيفة غوانيدينبدلا من أمين الألكيلية. وأخيرا، يمكن تحسين حساسية النظام الذاتي تجميعها حمض 4/boronic الاستشعار عن بعد عن طريق التحول من حمض boronic إلى مصدر البورون أكثر بالإلكترونات، مثل PhBF 2، والذي من شأنه أن يزيد متراكبات ثابت للمجمع. العديد من هذه المسارات الاصطناعية تجري في مختبراتنا.

التحذير موجود: تحليل إشارة الفلورسنت سجلت مع كاميرا رقمية تعتمد على لون الفضاء وسرعة مصراع الكاميرا، وفقا لنتائج الدراسة التي أجريناها مؤخرا 15 ولذلك، فإن القيم RGB للون الانبعاثات تختلف الى حد ما، اعتمادا على التعديلات الكاميرا. ويمكن إجراء التعديلات التالية على معظم الكاميرات: توازن اللون الأبيض، وسرعة مصراع الكاميرا، وحساسية الفيلم، والفتحة التنسيق، تنسيق البيانات (ملفات RAW أو ملفات JPEG)، ولون الفضاء (أي إس آر جي بي، أدوبي RGB، أو ProPhotoRGB). أفضل استراتيجية لضمان ثبات اللون الاستجابة الانبعاثات هو الحفاظ على توازن اللون الأبيض، والفيلمحساسية، والفتحة التنسيق المستمر وتختلف فقط في سرعة مصراع الكاميرا. يتم حل معظم القضايا عندما تحويل القيم RGB إلى إحداثيات CIE LUV لون الفضاء واستخدامها فقط في هوى تنسق ش 'V' دون أية معلومات السطوع. لهذا التحول فإنه من المهم أن نعرف لون الفضاء من الصورة المسجلة. باستخدام سطوع إزالة إحداثيات اللون، وتحديد من الحليلة غير معروف وتحسنت كثيرا عند وجود الصور المسجلة مع مختلف شدة RGB.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

ليس لدينا شيء في الكشف عنها.

Acknowledgments

وأيد العمل في مختبر بونز في معهد جورجيا للتكنولوجيا في جزء من مؤسسة العلوم الوطنية (NSF-CHE 07502753) وكان تمويل هذا العمل في روبرشت-كارلس-جامعة هايدلبرغ من قبل "Struktur اوند Innovationsfond قصر اندز بادن فورتمبيرغ". وقد تم تمويل العمل في المختبر Miljanić في جامعة هيوستن من قبل برنامج المؤسسة الوطنية للعلوم مهنية (CHE-1151292)، ومؤسسة وولش (منحة لا. E-1768)، وجامعة هيوستن (UH) وبرنامجها المنح الصغيرة، و مركز تكساس لالفائقة في UH.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Cyclohexane (CH) Mallinckrodt 4878-02
Chlorobenzene (CB) JT Baker 9179-1
1,2,4-Trichlorobenzene (TCB) Alfa Aesar 19390
Dichloromethane (DCM) - Miljanić Mallinckrodt 4879-06
Acetonitrile (AN) Mallinckrodt 2856-10
Chloroform (CF) Mallinckrodt 4440-19
Dichloromethane (DCM) - Bunz Sigma Aldrich 24233
Ethyl Acetate (EtOAc) Brenntag 10010447 Additional distillation
Acetonitrile (AN) Sigma Aldrich 34851
Dimethylformamide (DMF) Sigma Aldrich 38840
2-Propanol (iPrOH) Ruprecht-Karls Universität Heidelberg, Zentralbereich Neuenheimer Feld 69595
Methanol (MeOH) VWR 20847.295
4-Hydroxybenzoic Acid (A1) Fluka 54630
(4-Hydroxyphenyl)acetic Acid (A2) Sigma Aldrich H50004
Ibuprofen (A3) ABCR AB125950
Aspirine (A4) Sigma Aldrich A5376
Phenylacetic Acid (A5) Sigma Aldrich P16621
4-Chlorophenylacetic Acid (A6) Sigma Aldrich 139262
Benzoic Acid (A7) Merck 8222571000
3,5-Dihydroxybenzoic Acid (A8) Sigma Aldrich D110000
2,4-Dichlorobenzoic Acid (A9) Sigma Aldrich 139572
2-Hydroxy-5-iodobenzoic Acid (A10) Sigma Aldrich I10600
2,6-Dichlorophenylboronic Acid (B1) TCI D3357
3,5-Bis(trifluoromethyl)phenylboronic Acid (B2) Sigma Aldrich 471070
4-Mercaptophenylboronic Acid (B3) Sigma Aldrich 524018
4-Methoxyphenylboronic Acid (B4) TCI M1126
Benzeneboronic Acid (B5) Alfa Aesar A14257
Cyclohexylboronic Acid (B6) Sigma Aldrich 556580
3-Pyridylboronic Acid (B7) Sigma Aldrich 512125
4-Nitrophenylboronic Acid (B8) Sigma Aldrich 673854
Pentafluorophenylboronic Acid (B9) Sigma Aldrich 465097
Triethylamine (N1) Alfa Aesar A12646
Piperidine (N2) JT Baker 2895-05
Piperazine (N3) Aldrich P45907
1,4-Diaminobenzene (N4) Alfa Aesar A15680
1,3-Diaminobenzene (N5) Eastman
1,2-Diaminobenzene (N6) TCI P0168
4-Methoxyaniline (N7) Alfa Aesar A10946
Aniline (N8) Acros 22173-2500
4-Nitroaniline (N9) Alfa Aesar A10369
N,N-Diphenylurea (N10) Alfa Aesar A18720
N,N-Dimethylurea (N11) Alfa Aesar B21329
Urea (N12) Mallinckrodt 8648-04
Canon EOS 30D (objective EFS 18-55 mm zoom lens) Canon
Canon EOS Rebel T3i (objective EFS 18-55 mm zoom lens) Canon
FujiFilm FinePix S9000 Fuji

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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. 41 (12), 1731-1741 (2008).
  3. Galbrecht, F., Bünnagel, T., Bilge, A., Scherf, Functional Organic Materials. Müller, T. J. J., Bunz, U. H. F. , Wiley-VCH. Weinheim. 83 (2007).
  4. Marsden, J. A., Miller, J. J., Shirtcliff, L. D., Haley, M. M. Structure-property relationships of donor/acceptor-functionalized tetrakis(phenylethynyl)benzenes and bis(dehydrobenzoannuleno) benzenes. J. Am. Chem. Soc. 127 (8), 2464-2476 (2005).
  5. Lim, J., Albright, T. A., Martin, B. R., Miljanić, O. Š Benzobisoxazole cruciforms: heterocyclic fluorophores with spatially separated frontier molecular orbitals. J. Org. Chem. 76 (24), 10207-10219 (2011).
  6. Lirag, R. C., Le, H. T. M., Miljanić, O. Š L-shaped benzimidazole fluorophores: synthesis, characterization and optical response to bases, acids and anions. Chem. Commun. , (2013).
  7. Hauck, M., Schoenhaber, J., Zucchero, A. J., Hardcastle, K. I., Mueller, T. J. J., Bunz, U. H. F. Phenothiazine cruciforms: synthesis and metallochromic properties. J. Org. Chem. 72 (18), 6714-6725 (2007).
  8. Zucchero, A. J., Wilson, J. N., Bunz, U. H. F. Cruciforms as functional fluorophores: response to protons and selected metal ions. J. Am. Chem. Soc. 128 (36), 11872-11881 (2006).
  9. Wilson, J. N., Bunz, U. H. F. Switching of intramolecular charge transfer in cruciforms: metal ion sensing. J. Am. Chem. Soc. 127 (12), 4124-4125 (2005).
  10. Davey, E. A., Zucchero, A. J., Trapp, O., Bunz, U. H. F. Discrimination of organic acids using a three molecule array based upon cruciform fluorophores. J. Am. Chem. Soc. 133 (20), 7716-7718 (2011).
  11. Lim, J., Nam, D., Miljanić, O. Š Identification of carboxylic and organoboronic acids and phenols with a single benzobisoxazole fluorophore. Chem. Sci. 3 (2), 559-563 (2012).
  12. Lim, J., Miljanić, O. Š Benzobisoxazole fluorophore vicariously senses amines, ureas, anions. Chem. Commun. 48 (83), 10301-10303 (2012).
  13. Braga, D., Polito, M., Bracaccini, M., D'Addario, D., Tagliavini, E., Sturba, L. Novel organometallic building blocks for molecular crystal engineering. 2. Synthesis and characterization of pyridyl and pyrimidyl derivatives of diboronic acid, Fe(η5-C5H4 - B(OH)2)2], and of pyridyl boronic acid, [Fe(η5-C5H4-4-C5H4N)(η5-C5H4 - B(OH)2)]. Organometallics. 22 (10), 2142-2150 (2003).
  14. Colour Contrast Analyser 2-2 for Web Pages [Internet]. , Available from: http://www.visionaustralia.org.au/info.aspx?page=628 (2012).
  15. Schwaebel, T., Trapp, O., Bunz, U. H. F. Digital photography for the analysis of fluorescence responses. Chem. Sci. 4 (3), 273-281 (2013).

Tags

الكيمياء، العدد 78، الهندسة الكيميائية، والأمينات، والكيمياء التحليلية، والكيمياء العضوية، والقياس الطيفي (تطبيق)، التحليل الكيميائي الطيفي (تطبيق)، المركبات الحلقية غير المتجانسة، مضان، صليبي، benzobisoxazole، آلكاين، والمستحضرات الصيدلانية، ومراقبة الجودة، والتصوير
تحديد النوعية من الأحماض الكربوكسيلية، الأحماض Boronic، والأمينات طريق Fluorophores صليبي
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Schwaebel, T., Lirag, R. C., Davey,… More

Schwaebel, T., Lirag, R. C., Davey, E. A., Lim, J., Bunz, U. H. F., Miljanić, O. Š. Qualitative Identification of Carboxylic Acids, Boronic Acids, and Amines Using Cruciform Fluorophores. J. Vis. Exp. (78), e50858, doi:10.3791/50858 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter