CN104592498A - 一种可检测多种胺蒸气的化合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可检测多种胺蒸气的化合物及其制备方法和应用，结构通式如下所示：(见附图)。其中，n1为0-100的整数，n2为1-10000的整数。这备方法包括：在惰性气体氛围下，将溴代物溶于四氢呋喃中，保持-78℃15～20分钟，然后向溶液中滴加正丁基锂，继续反应1～2小时，然后加入三氟乙酸乙酯，反应体系逐步恢复至室温，此时将混合溶液旋干，通过柱色谱分离即得。本发明可同时对包括脂肪伯胺、芳香伯胺以及仲胺在内的多种胺蒸气进行检测，其响应信号特异灵敏，传感薄膜可多次反复使用；制备方法简单、产率高，所得化合物易分离、纯度高。
Description
技术领域
本发明属于荧光传感材料领域，特别涉及一种可检测多种胺蒸气的化合物及其制备方法和应用。
背景技术
挥发性有机胺广泛存在于化学化工、印染橡胶、食品安全和医药卫生等各个生活生产领域。它们当中，有些胺是合成药物、染料、炸药等重要原料；有些胺是疾病的重要标志物；有些则是大气环境的重要污染物；有些甚至能危害人类身体健康。因此，分析环境样品中的胺类化合物是非常重要的,建立一种简单易行的快速测定方法,已成为环境监测工作亟待解决的问题之一。
目前常用的用于检测有机胺的方法主要有气相色谱-质谱连用技术，高效液相色谱-溶出伏安法，电致发光，液晶取向变化和分光光度法等。气相色谱-质谱技术设备比较复杂，显然不适合现场快速检测；高效液相色谱-溶出伏安法设备复杂且繁琐，检测周期长；电致发光方法制备工艺复杂，器件稳定性差；液晶取向变化法的检测限比较高且选择性不高；而分光光度法需要的显色试剂非常难得到，显色反应也十分缓慢，显色条件比较苛刻,更不能满足现场的快速测定。由于荧光传感器具有快速响应、操作简单、选择性高、检测限量低、信号直观简单、干扰小和易于辨别等优点，因而适合用于有机胺蒸气检测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可检测多种胺蒸气的化合物及其制备方法和应用，该化合物可同时对包括脂肪伯胺、芳香伯胺以及仲胺在内的多种胺蒸气进行检测，其响应信号特异灵敏，传感薄膜可多次反复使用；制备方法简单、产率高，所得化合物易分离、纯度高。
本发明的一种可检测多种胺蒸气的化合物，其结构通式如下所示：其中，n1为0-100的整数，n2为1-10000的整数。
所述R1和R2各自独立的选自下列基团：
或
所述R3和R4各自独立的选自下列基团：
或
本发明的一种可检测多种胺蒸气的化合物的制备方法，包括：
在惰性气体氛围下，将溴代物溶于新蒸馏过的四氢呋喃中，保持-78℃15～20分钟，然后向溶液中滴加正丁基锂，继续反应1～2小时，然后加入三氟乙酸乙酯，反应体系逐步恢复至室温，此时将混合溶液旋干，通过柱色谱分离即得；其中，溴代物、正丁基锂和三氟乙酸乙酯的质量比为1:1.1～1.5:1.1～1.5。
用于制备荧光传感薄膜或检测试纸，检测伯胺或仲胺。
所述伯胺或仲胺的结构通式为其中，R5和R6各自独立的选自下列基团： 或
所述检测试纸的制备方法为：将裁剪好的滤纸条浸入到化合物的溶液中，0.2-1分钟后取出，晾干即可；所述化合物的溶液的浓度为0.1－10g/L，溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃或甲苯。
所述荧光传感薄膜的制备方法为：通过提拉、旋涂或蒸镀的方法在基底上制备基于化合物的传感薄膜，所述的基底为玻璃、石英、硅片、有机及高分子固体载体、微球体、纳米颗粒、纳米纤维或纳米管。
在胺蒸气存在下，传感薄膜或试纸的荧光发生变色或者淬灭。根据其荧光强度的变化即可实现对有机胺蒸气进行检测。
采用本发明的传感材料检测胺蒸气的过程详述如下：
(1)通过提拉、或旋涂及蒸镀的方法在基底上(玻璃、石英、硅片、有机及高分子固体载体、微球体、纳米颗粒或珠和纳米纤维和纳米管等)制备传感薄膜。
(2)测试传感薄膜的激发及发射波长。
(3)取少许胺类物质在石英池底部，在其上方垫一团脱脂棉避免与传感薄膜直接接触，石英池加盖密闭，放置一旁待测。
(4)将传感薄膜放置密闭的石英池后，迅速测其荧光最大发射波长处的荧光强度随随时间的变化曲线。并用肉眼观察薄膜颜色和荧光的变化。
(5)测试传感薄膜在反复暴露在有机胺蒸气中时，其最大发射波长处的荧光强度的变化情况，用以验证该传感薄膜的可逆性。
本发明中制备的检测试纸的方法如下：
将化合物溶于良溶剂中，如二氯甲烷，四氢呋喃，甲苯等，配成浓度为0.1-10g/L的溶液，然后将裁减好的普通滤纸(滤纸的尺寸可根据检测的需求自行设定)浸入到上述溶液中，然后在空气中自然晾干。
本发明中采用检测试纸检测胺类气体的方法如下：
(1)取少许有机胺类物质放置在密闭容器底部，在其上方垫一团脱脂棉避免与试纸与其直接接触，然后加盖密闭，放置一旁待测。
(2)将制备的试纸放置在密闭容器后，将盖子盖上，放置十分钟后观察试纸在手持式紫外灯照射下，荧光的变化。
本发明中给出的对多种胺蒸气有响应化合物结构中包含三氟乙酰基。该类结构由于空间位阻所限，荧光基团与其相连的三氟乙酰单元之间会形成较大的夹角，形成非平面结构，在固态中可以有效降低材料聚集态荧光淬灭现象，形成发光稳定的薄膜。其合成方法简单，化学修饰性强，通过引入不同结构的荧光基团为核，间或引入不同的吸电子基团或给电子基团，可以得到一系列不同发光波长的固态发光性能良好的材料。并且由于其三氟乙酰基团可以和伯胺和仲胺发生可逆化学反应，使三氟乙酰基中的碳氧双键断裂形成新的中间体，故该类化合物可以与伯胺和仲胺蒸气发生作用，引起荧光性质改变，进而实现对有机胺蒸气的检测。
有益效果
(1)本发明可同时对包括脂肪伯胺、芳香伯胺以及仲胺在内的多种胺蒸气进行检测，其响应信号特异灵敏可逆，传感薄膜可多次反复使用；制备方法简单、产率高，所得化合物易分离、纯度高；含三氟乙酰基单元的荧光化合物，无论是在溶液和固体薄膜均具有较高的荧光量子产率，且合成方法简单，结构易调节，是适用于固态传感的理想材料。
(2)制备的薄膜与胺类物质的作用灵敏，可在数秒内做出快速响应(在不同波段呈现出荧光淬灭或增强)，且可反复多次使用。
(3)制备的试纸与胺类物质的反应迅速，反应前后试纸的颜色和荧光变化明显，可用肉眼进行识别。
附图说明
图1为由化合物1制备的试纸在空气(a)、正丙胺(b)、正己胺(c)、二乙胺(d)、二正丙胺(e)、苯胺(f)以及对甲基苯胺(g)蒸气中放置1分钟后的荧光变化；
图2为由化合物1制备的薄膜在苯胺蒸气中时，最大发射波长处(525纳米)，荧光强度随时间的变化曲线；
图3为由化合物1制备的薄膜在正丙胺蒸气中时，其在蓝移后的最大发射波长处(400纳米)，荧光强度随时间的变化曲线；
图4为由化合物1制备的薄膜在二乙胺蒸气中时，其在蓝移后的最大发射波长处(360纳米)，荧光强度随时间的变化曲线；
图5为由化合物3制备的薄膜在苯胺蒸气中时，其最大发射波长处(545纳米)，荧光强度随时间的变化曲线；
图6为由化合物3制备的薄膜在正己胺蒸气中时，其在蓝移后的最大发射波长处(452纳米)，荧光强度随时间的变化曲线；
图7为聚合物4制备的薄膜在反复暴露在苯胺蒸气中时，其在最大发射波长处(525纳米)，荧光强度的变化曲线；
图8为聚合物4制备的薄膜在反复暴露在二正丙胺蒸气中时，其在蓝移后的最大发射波长处(460纳米)，荧光强度的变化曲线；
图9为本发明化合物的结构式。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)1-(4-(二苯基氨基)苯基-2,2,2-三氟乙酰的合成(1)：
在N2气氛下，将3.23g 4-溴三苯胺溶于脱气的四氢呋喃中，保持-78℃下15分钟，用注射器抽取5mL 2.5mol/L的正丁基锂，逐滴滴加至反应瓶，继续反应1h，然后注入1.775g(1.2mL)三氟乙酸乙酯，恢复至室温。反应结束后反应物加硅胶旋干，通过柱色谱分离得到亮黄色固体产物1.84g(54％)。
质谱(EI)：m/z 341
核磁氢谱1H-NMR(400MHz，CDCl3，25℃，TMS)：δ＝7.86-7.88(m，2H)，7.35-7.38(m，4H)，7.19-7.25(m，6H)，6.94-6.96(m，2H)。
(2)9-三氟乙酰基蒽的合成(2)
在N2气氛下，将2.56g 9-溴蒽溶于脱气的四氢呋喃中，保持-78℃下15分钟，用注射器抽取7mL 1.6mol/L的正丁基锂，逐滴滴加至反应瓶，继续反应1h，然后注入1.775g(1.2mL)三氟乙酸乙酯，恢复至室温。反应结束后反应物加硅胶旋干，通过柱色谱分离得到黄色固体1.01产物(36.53％)。
质谱(EI)：m/z 274
核磁氢谱1H-NMR(400MHz，CDCl3，25℃，TMS)：δ＝8.64-8.63(s,1H),8.09-8.07(d,2H),7.77-7.75(d,2H),7.62-7.54(m,4H)
(3)1-三氟乙酰基芘的合成(3)
在N2气氛下，将5.5998g溴代芘溶于脱气的四氢呋喃中，保持-78℃下15分钟，用注射器抽取13.75ml 1.6mol/L的正丁基锂，逐滴滴加至反应瓶，继续反应1h，然后注入2.38ml三氟乙酸乙酯，恢复至室温。反应结束后反应物加硅胶旋干，通过柱色谱分离得到黄色固体产物1.780(30％)。
质谱(EI)：m/z 300
核磁氢谱1H-NMR(400MHz，CDCl3，25℃，TMS)：δ＝9.11-9.09(d，1H),8.52-8.49(m，1H)，8.27-8.23(m,3H),8.19-8.17(m,1H),8.11-8.05(m,2H),8.01-7.99(d,1H)
(4)聚合物4的合成
在N2气氛下，将1.43g三(4-溴代苯)胺溶于脱气的四氢呋喃中，保持-78℃下15分钟，用注射器抽取2mL 1.6mol/L的正丁基锂，逐滴滴加至反应瓶，继续反应1h，然后注入0.426g三氟乙酸乙酯，恢复至室温。反应结束后反应物加硅胶旋干，通过柱色谱分离得到黄色固体1-(4-双(4-溴苯)氨基)苯基)-2,2,2-三氟乙酰0.95g(产率65％)。
质谱(EI)：m/z 497
核磁氢谱1H-NMR(400MHz，CDCl3，25℃，TMS)：δ＝7.91-7.89(d,2H)，7.48-7.46(d，4H)，7.04-7.03(d,4H)，6.99-6.97(d,2H)
称取322mg 9,9-二辛基芴-2,7-二硼酸嚬哪醇酯和250mg 1-(4-双(4-溴苯)氨基)苯基)-2,2,2-三氟乙酰以及130mg四-三苯基磷钯催化剂置于50ml双口瓶中，除氧后用氩气保护，然后向其中注射10ml脱气的甲苯作为溶剂，慢慢滴加约1mmol的K2CO3溶液，90℃下反应72h，提取有机相滴入20ml无水甲醇中，析出固体过滤。溶入少量氯仿中，再滴入无水甲醇中析出，以上操作反复几次得聚合物4。
核磁氢谱1H-NMR(400MHz，CDCl3，25℃，TMS)：δ＝7.80-7.50(m，12H)，7.18-7.14(m，6H)，2.07(s，4H)，1.19-1.09(m，20H)，0.82-0.76(m，10H)
实施例2
通过浸泡自然风干制备基于化合物1的试纸。将试纸放置于包含不同蒸气的小瓶中，盖上瓶盖后观察其在紫外灯照射下的荧光变化(a空气b正丙胺c正己胺d二乙胺e二正丙胺f苯胺g对甲基苯胺)，如图1所示，该试纸在脂肪伯胺(例如正丙胺和正己胺)和仲胺(例如二乙胺和二正丙胺)中荧光会发生不同程度的蓝移，而在芳香胺中(荧光会发生淬灭)。
实施例3
通过提拉在石英片基底上制备基于化合物1的传感薄膜。把一滴苯胺放置石英池底部，在其上方垫一团脱脂棉避免与传感薄膜直接接触，石英池加盖密闭。将传感薄膜放置密闭的石英池后，迅速测其荧光最大发射峰525纳米处峰强与时间的变化曲线。如图2所示，其膜的最大发射峰的强度在50秒内淬灭了90％以上。
实施例4
通过提拉在石英片基底上制备基于化合物1的传感薄膜。把一滴正丙胺放置石英池底部，在其上方垫一团脱脂棉避免与传感薄膜直接接触，石英池加盖密闭。将传感薄膜放置密闭的石英池后，迅速测其蓝移后的最大发射峰400纳米处峰强与时间的变化曲线。如图3所示，其膜的最大发射峰的强度在100秒内增强了60％以上。
实施例5
通过提拉在石英片基底上制备基于化合物1的传感薄膜。把一滴二乙胺放置石英池底部，在其上方垫一团脱脂棉避免与传感薄膜直接接触，石英池加盖密闭将传感薄膜放置密闭的石英池后，迅速测其蓝移后的最大发射峰360纳米处峰强与时间的变化曲线。如图4所示，其膜的最大发射峰的强度在100秒内增强了50％以上。
实施例6
通过提拉在石英片基底上制备基于化合物3的传感薄膜。把一滴苯胺放置石英池底部，在其上方垫一团脱脂棉避免与传感薄膜直接接触，石英池加盖密闭将传感薄膜放置密闭的石英池后，迅速测其荧光最大发射峰545纳米处峰强与时间的变化曲线。如图5所示，其膜的最大发射峰的强度在100秒内淬灭了95％以上。
实施例7
通过提拉在石英片基底上制备基于化合物3的传感薄膜。把一滴正己胺放置石英池底部，在其上方垫一团脱脂棉避免与传感薄膜直接接触，石英池加盖密闭将传感薄膜放置密闭的石英池后，迅速测其荧光最大发射峰452处峰强与时间的变化曲线。如图6所示，其膜的最大发射峰的强度在100秒内增强了200％以上。
实施例8
通过提拉在石英片基底上制备基于聚合物4的传感薄膜。把一滴苯胺滴加在脱脂棉中，然后置于500ml注射器，静置数分钟。然后将传感薄膜放置密闭的石英池后，测其荧光最大发射峰525处峰强，每隔100秒左右向其中注入苯胺蒸汽，约2秒后用气泵将新鲜的空气抽入，观测传感薄膜的可重复使用性，如图7所示。
实施例9
通过提拉在石英片基底上制备基于聚合物4的传感薄膜。把一滴二正丙胺滴加在脱脂棉中，然后置于500ml注射器，静置数分钟。然后将传感薄膜放置密闭的石英池后，测其荧光最大发射峰430纳米处峰强，每隔100秒左右向其中注入正丙胺蒸汽，约2秒后用气泵将新鲜的空气抽入，观测传感薄膜的可重复使用性，如图8所示。
Claims (9)
1.一种可检测多种胺蒸气的化合物，其特征在于：其结构通式如下所示：其中，n1为0-100的整数，n2为1-10000的整数。
2.根据权利要求1所述的一种可检测多种胺蒸气的化合物，其特征在于：所述R1和R2各自独立的选自下列基团：
3.根据权利要求2所述的一种可检测多种胺蒸气的化合物，其特征在于：所述R3和R4各自独立的选自下列基团：
-H、-CH3、-CH2CH3、-(CH2)2CH3、-CH(CH3)2、-(CH2)3CH3、-CH(CH3)CH2CH3、-(CH2)4CH3-CH(CH3)(CH2)2CH3、-CH(CH2CH3)2、-(CH2)5CH3、-(CH2)6CH3、-(CH2)7CH3、-(CH2)8CH3、-(CH2)9CH3、-(CH2)10CH3或-(CH2)11CH3。
4.一种可检测多种胺蒸气的化合物的制备方法，包括：
在惰性气体氛围下，将溴代物溶于新蒸馏过的四氢呋喃中，保持-78℃15～20分钟，然后向溶液中滴加正丁基锂，继续反应1～2小时，然后加入三氟乙酸乙酯，反应体系逐步恢复至室温，此时将混合溶液旋干，通过柱色谱分离即得；其中，溴代物、正丁基锂和三氟乙酸乙酯的质量比为1:1.1～1.5:1.1～1.5。
5.一种如权利要求1所述的可检测多种胺蒸气的化合物的应用，其特征在于：用于制备荧光传感薄膜或检测试纸，检测伯胺或仲胺。
6.根据权利要求5所述的一种可检测多种胺蒸气的化合物的应用，其特征在于：所述伯胺或仲胺的结构通式为其中，R5和R6各自独立的选自下列基团：-H、-CH3、-CH2CH3、-(CH2)2CH3、-CH(CH3)2、-(CH2)3CH3、-CH(CH3)CH2CH3、-(CH2)4CH3-CH(CH3)(CH2)2CH3、-CH(CH2CH3)2、-(CH2)5CH3、-(CH2)6CH3、-(CH2)7CH3、-(CH2)8CH3、-(CH2)9CH3、-(CH2)10CH3、-(CH2)11CH3、
7.根据权利要求5所述的一种可检测多种胺蒸气的化合物的应用，其特征在于：所述检测试纸的制备方法为：将裁剪好的滤纸条浸入到化合物的溶液中，0.2-1分钟后取出，晾干即可；所述化合物的溶液的浓度为0.1－10g/L，溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃或甲苯。
8.根据权利要求5所述的一种可检测多种胺蒸气的化合物的应用，其特征在于：所述荧光传感薄膜的制备方法为：通过提拉、旋涂或蒸镀的方法在基底上制备基于化合物的传感薄膜，所述的基底为玻璃、石英、硅片、有机及高分子固体载体、微球体、纳米颗粒、纳米纤维或纳米管。
9.根据权利要求5所述的一种可检测多种胺蒸气的化合物的应用，其特征在于：在胺蒸气存在下，传感薄膜或试纸的荧光发生变色或者淬灭。
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