一类荧光增强型重金属离子传感器的构筑及性质研究

Fluorescent chemosensors for ion recognition have attracted increasing attention because of its high sensitivity, selectivity and simple application. However, fluorescent sensors for heavy metal ions with enhancement fluorescence, have remained rare up to now because these metal ions are known to quench fluorescence emission via enhanced spin-orbital coupling, energy, or electron transfer. Fluorescence quenching is not only disadvantageous for the development of chemosensor system but is also undesirable for analytical purposes. Calixarenes are ideal scaffolds or building blocks for the development of fluorescent receptors for molecular/ion recognition via the incorporation of an appropriate sensory group. In this project, a series of fluorescent chemosensors for heavy metal ion with fluorescence enhancement based on calixarenes will be synthesized and evaluated, and the most important study in this project is dry to discover how to construct related chemosensors with different structure and geometry to protect the fluorescence of an ionophore from being quenched by heavy atoms. The purpose of this project is not only to obtain a series of fluorescent receptors with high affinity and selectivity for targeting ions by enhancement fluorescence of fluorophore, but is also to provide some benefit proofs for further understanding the procedure and effect of heavy atom effect and energy,electron transfer between fluorescent chemosensors and heavy atoms. We expect that the design strategy and the photophysical properties of these chemosensors will help to extend applications of fluorescent sensors for heavy metal ions.

荧光分子传感器，由于其具有高灵敏度，选择性好，易实现可视化和实时检测等优点而备受青睐。但是，由于重金属离子在荧光分子传感器的识别过程中存在重金属效应及反光诱导电子电荷能量转移等现象，使传感器发生荧光淬灭。不仅限制了荧光分子识别体系的发展，同时也降低了荧光分子传感器本身的实际应用效果。本项目拟以杯芳烃特殊结构为骨架，设计、构筑系列具有荧光增强识别重金属离子功能的荧光分子传感器。重点探讨如何构建具有不同空间及几何结构的传感器分子以避免重金属离子淬灭分子荧光现象，从而达到荧光增强传感效果。在实现对目标离子具有检测识别作用的荧光分子传感器构筑的同时，进一步了解荧光分子与重金属离子之间的电子电荷能量转移等过程。为丰富和发展高选择性、高灵敏度的荧光增强型及离子控制型化学传感器提供实验与理论依据。

在本项目的资助下，研究组针对重金属离子容易淬灭荧光体荧光现象开展了以下几个方面的工作： 1）以氧杂杯[3]芳烃为母体骨架分子模型，探讨如何构建具有不同空间及几何结构的传感器分子以避免重金属离子淬灭分子荧光现象，从而达到荧光增强传感效果，在实现对目标离子具有检测识别作用的荧光分子传感器构筑的同时，进一步了解了荧光分子与重金属离子之间的电子电荷能量转移等过程。通过系列实验数据证实了重金属离子淬灭荧光体荧光在一定条件下可以被抑制的推论； 2）利用阳离子型苯撑乙烯衍生物的特殊荧光性质及大环主客体竞争络合作用，发展了静电力诱导聚集识别水溶液中阴离子和氨基酸分子且不受金属离子干扰的新方法； 3）在大环-金属离子配位化学中，发现了瓜环配位聚合物中的“蜂巢效应”现象，并利用该现象实现了十元瓜环框架结构在金属离子分离，固体荧光材料中的初步应用。截至目前，研究组基本完成了相关研究内容, 并发现了新的研究点，实现了预期的研究目标。研究成果为荧光增强型化学传感器提供了实验与理论依据，并为相关金属离子分离和高效率固体荧光材料的制备提供了借鉴。项目执行期间主持人以第一或通讯作者发表高水平SCI学术论文11篇，其中包括： Dalton Trans. (1篇)，Anal. Chem. （1篇)，RSC Adv.（2篇），Chem. Mater.（1篇），Chem. Soc. Rev.（1篇）, ACS Appl. Mater. Interfaces（1篇），Coord. Chem. Rev. （1篇），ChemistrySelect（1篇）等。获国家发明授权专利2件。