蒽醌為基底銅離子化學感測分子之合成及應用

Abstract

以 Anthraquinone 作為基底，並藉由醯胺鍵以及胺端官能基作為接收裝置，合成出化學感測分子1 ~ 3，並進一步對化學感測分子與金屬離子錯合產生的特性作深入的研究。化學感測分子 1 對 Cu2+ 離子有獨特的選擇專一性，造成 UV-vis 吸收波長由 396 nm 位移至472 nm，顏色由黃色變為棕色，而螢光會產生淬息的現象。而在化學感測分子 2 的部分，對 Cu2+、Ni2+ 及 Co2+ 離子有辨識的能力，2－Cu2+ 可造成 UV-vis 吸收波長由 395 nm 位移至 473 nm，顏色由黃色變為棕色；而 2－Ni2+ 可由 395 nm 位移至 483 nm，導致顏色由黃色變為紅棕色；以及 2－Co2+ 由 395 nm 位移至 385 & 485 nm，顏色由黃色變為黃綠色；螢光方面，以 2－Co2+ 有很大增強。化學感測分子 3 則能同時對 Cu2+ 和 Ni2+ 離子產生顏色的變化 ( 黃色→棕色 )，吸收波長由 395 nm 位移至473 nm。螢光方面，對 Cu2+ 及 Ni2+ 離子皆會造成淬息的現象，尤以 3－Cu2+ 最為明顯。 在鍵結比例方面，由 Job’s plot 可知化學感測分子 1 、 2 及 3 與 Cu2+ 離子的鍵結比例皆為1：1，化學感測分子 2 與 Ni2+ 、 Co2+ 離子以及化學感測分子 3 與 Ni2+ 離子則不只一種比例。由氫核磁共振光譜發現，當化學感測分子與金屬離子錯合時，造成醯胺氮上的氫脫去。有關於 pH 對金屬離子鍵結的研究發現，1－Cu2+ 會在 pH ＞ 5.5 時產生顏色的變化，感測分子 2 與 Cu2+ 、 Ni2+ 及 Co2+ 分別在 pH ＞ 2.0、pH ＞ 5.5 以及 pH ＞ 6.0 會發生變化，而感測分子3與 Cu2+ 和 Ni2+ 則分別在pH ＞ 4.0、pH ＞ 5.5 後改變。IR 光譜實驗得知， Anthraquinone 上 C=O 鍵的氧原子亦參與金屬離子錯合。化學感測分子 1 、 2 及 3 會同時由 Anthraquinone 上的C=O 鍵的氧原子、醯胺上的氮及胺基與 Cu2+ 離子產生的鍵結。

Chemosensors 1, 2 and 3 based on anthraquinone have been synthesized and their detection ability for metal ions has been studied. Chemsensor 1 can sense Cu2+ ion by color changes from yellow to brown (396 nm to 472 nm) and significant fluorescence quenching. Chemosensor 2 (yellow, λmax = 395 nm) undergoes color changes upon addition of Cu2+ (brown, λmax = 473 nm), Ni2+ (red-brown, λmax = 483 nm) and Co2+ (yellow-green, λmax = 385 and 485 nm). In addition, Co2+ ions greatly enchanced fluorescence intensity of chemosensor 2. Chemosensor 3 detects Cu2+ and Ni2+ ions with color changes from yellow to brown (395 nm to 473 nm) and significant fluorescence quenching, especially Cu2+ ions. The binding ratios of 1－Cu2+, 2－Cu2+ and 3－Cu2+ complexes are 1 : 1. Ni2+ and Co2+ bindings with chemosensors 2 and 3 contain several ratios. 1H-NMR titration experiments showed that Cu2+ binding resulted in deprotonation of amide NH in chemosensors. The studies of pH effect on metal ion binding showed that color changes of 1－Cu2+ occurred at pH ＞ 5.5. 2－Cu2+, 2－Ni2+ and 2－Co2+ had color changes at pH ＞ 2.0, pH ＞ 5.5 and pH ＞ 6.0, respectively. 3－Cu2+ and 3－Ni2+ had color changes at pH ＞ 4.0 and pH ＞ 5.5, respectively. IR experiments indicated that the oxygen in C=O bond of anthraquinone formed a bond with metal ions. Metal ion binding with chemosensor 1, 2 and 3 are through quinone oxygen, amide nitrogen and amine nitrogen.