CN105541697A - 一种三苯胺衍生物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三苯胺衍生物及其制备方法，属于阴、阳离子检测领域。所述三苯胺衍生物L的结构式如下：本发明的三苯胺衍生物能够在含水体系下高效、快速、高选择性和灵敏度的对Hg2+和CN-进行定性定量检测。

Description

一种三苯胺衍生物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种三苯胺衍生物及其制备方法，属于阴、阳离子检测领域。
背景技术
汞是一种严重危害人体健康的重金属,有机汞沉积在脑、肝和其他器官中,产生慢性中毒,损害肾、脑、胃和肠道，甚至引起死亡。氰化物是合成树脂、医药、农药、杀虫剂、化肥等的重要原料。但氰化物是剧毒物质，对人的致死量极微，除了直接误服外，其蒸汽和粉尘也能通过呼吸道或消化道进入人体，甚至能渗入皮肤，与体内细胞色素氧化酶中的三价铁结合，从而使细胞不能利用氧，失去了传递氧的作用，使机体缺氧，从而引起中毒甚至死亡。因此，研究微量Hg2+和CN-的测定方法在环境监测和食品分析中相当重要。
现有的Hg2+和CN-的检测方法有原子发射光谱法(M.Gavrilov,M.Skocic,M.Burger,S.Bukvic,S.Djenize,Linebroadeningintheneutralandionizedmercuryspectra,NewAstron.17(2012)624–628.)，极谱分析法(H.Mandil,A.A.Sakur,S.Alulu,Differentialpulsepolarographicanalysisofglyburideinpureformandpharmaceuticalformulations,AsianJ.Chem.24(2012)2980–2984.)，X-射线荧光分析法(M.Alcalde-Molina,J.Ruiz-Jiménez,M.D.LuquedeCastro,Automateddeterminationofmercuryandarsenicinextractsfromancientpaperbyintegrationofsolid-phaseextractionandenergydispersiveX-ray,Anal.Chim.Acta652(2009)148–153.)，红外光谱法(A.Chandrasoma,A.A.A.Hamid,A.E.Bruce,M.R.M.Bruce,C.P.Tripp,Aninfraredspectroscopicbasedmethodformercury(II)detectioninaqueoussolutions,Anal.Chim.Acta728(2012)57–63.)，但这些检测方法因有检测仪器昂贵，检测试样较多，检测时间较长，只能单一检测等缺点而不便广泛使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种三苯胺衍生物及其制备方法，该三苯胺衍生物能够在含水体系下高效、快速、高选择性和高灵敏度的对Hg2+和CN-进行定性定量检测。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种用三苯胺衍生物L对Hg2+和CN-的高选择性识别的方法：将三苯胺衍生物L与待测溶液混合，当待测溶液颜色发生变化，则说明待测溶液中含有Hg2+或CN-；
一种用三苯胺衍生物L对Hg2+和CN-的高选择性识别的方法，具体步骤如下：
步骤一、用有机溶剂将制得的三苯胺衍生物L配置成已知浓度的溶液，得到溶液A；
步骤二、将Hg2+和CN-分别加入到步骤一中所用的有机溶剂中，分别配置成不同浓度的Hg2+、CN-溶液；再将Hg2+的有机溶液与步骤一制备的溶液A混合，得到溶液B；将CN-的有机溶液与步骤一制备的溶液A混合，得到溶液C；Hg2+、CN-与三苯胺衍生物的摩尔比分别为1，2，4，5，10，15，20，25，30，35，40，50，100；
步骤三、分别测定步骤二所得不同混合溶液的紫外吸收光谱，将测得的紫外吸收光谱吸光度的变化与Hg2+、CN-浓度确定对应关系，即得到利用紫外吸收光谱定量检测Hg2+、CN-的标准方程y＝A1*exp(x/t1)+y0，其中y为所测的含Hg2+、CN-荧光探针最大吸收波长处对应的紫外吸光度，x为样品中Hg2+、CN-的含量(单位：10-5M)，对Hg2+，A1＝0.242088，t1＝-14.08706，y0＝0.33903；CN-，A1＝0.59857，t1＝-14.12962，y0＝0.10514；
步骤四、将含有Hg2+、CN-的待测样品加入到有机溶剂中，配制成溶液；然后加入到步骤一的溶液A中，测定紫外吸收光谱强度，根据紫外吸收光谱强度的变化和步骤三所得的标准函数确定其中Hg2+、CN-的含量。
一种用三苯胺衍生物L对Hg2+和CN-的高选择性识别的方法，具体步骤如下：
步骤一、用有机溶剂将制得的三苯胺衍生物L配置成已知浓度的溶液，得到溶液A；
步骤二、将Hg2+和CN-分别加入到步骤一中所用的有机溶剂中，分别配置成不同浓度的Hg2+、CN-溶液；再将Hg2+的有机溶液与步骤一制备的溶液A混合，得到溶液B；将CN-的有机溶液与步骤一制备的溶液A混合，得到溶液C；Hg2+、CN-与三苯胺衍生物的摩尔比分别为1，2，4，5，10，15，20，25，30，35，40，50，100；
步骤三、分别测定步骤二所得不同混合溶液的荧光发射光谱，将测得的荧光发射光谱的变化与Hg2+、CN-浓度确定对应关系，即得到利用荧光发射光谱定量检测Hg2+、CN-的标准方程y＝A1*exp(x/t1)+y0，其中y为所测的含Hg2+、CN-荧光探针最大发射波长处对应的荧光强度，x为样品中Hg2+、CN-的含量(单位：10-5M)，对Hg2+，A1＝131.54158，t1＝-9.03647，y0＝11.68292；CN-，A1＝58.6775，t1＝-10.74649，y0＝7.41541；
步骤四、将含有Hg2+、CN-的待测样品加入到有机溶剂中，配制成溶液；然后加入到步骤一的溶液A中，测定荧光发射光谱强度，根据荧光发射光谱强度的变化和步骤五所得的标准函数确定其中Hg2+、CN-的含量。
所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)。
所述三苯胺衍生物L的结构式如下：
所述三苯胺衍生物L的制备方法，具体步骤如下：
步骤一、将N',N”,N”'-三(4-硝基苯基)胺与水合肼按摩尔比为1:3～1:5加入到容器中，加入无水乙醇做溶剂、钯碳(Pb/C)做催化剂，所述催化剂与水合肼的摩尔比为3:1～5:1；反应在80～100℃下、搅拌反应完全,过滤得淡黄色晶体中间产物N',N”,N”'-三(4-氨基苯基)胺。
步骤二、将步骤一制得的N',N”,N”'-三(4-氨基苯基)胺与4-吡啶甲醛按摩尔比为1:3～1:5加入容器中，加入无水乙醇做溶剂，通氮气排走空气后，在80～100℃下、搅拌直至反应完全,过滤出固体物质，用二氯甲烷重结晶，得棕红色晶体目标产物，即三苯胺衍生物L。
有益效果
1、本发明的一种三苯胺衍生物，可通过使用紫外吸收光谱和荧光发射光谱实现对Hg2+、CN-的快速检测，具备灵敏度高，选择性好，成本低，便捷等特点。
2、本发明的一种三苯胺衍生物，是以氮原子为中心的星形结构的化合物，结构内部有丰富的电子可以自由流动，具有较高的量子产率，可制得不同的荧光探针。
3、本发明的一种三苯胺衍生物制备方法，以N',N”,N”'-三(4-硝基苯基)胺和4-吡啶甲醛为原料，通过二步反应制备了最终产物，反应条件温和，反应后处理简单，所得产物产率较高。
附图说明
图1是本发明中合成三苯胺衍生物L的核磁氢谱图；
图2为本发明实施例1中三苯胺衍生物L对几种不同阴离子的紫外吸收谱图；
图3为本发明实施例1中三苯胺衍生物L对几种不同阴离子的荧光发射谱图；
图4为本发明实施例1中三苯胺衍生物L随CN-加入摩尔比的紫外吸收谱图；
图5为本发明实施例1中三苯胺衍生物L随CN-加入摩尔比的荧光发射谱图；
图6为本发明实施例1中三苯胺衍生物L421nm处随CN-加入摩尔比的紫外吸收谱图；
图7为本发明实施例1中三苯胺衍生物L550nm处随CN-加入摩尔比的荧光发射光谱图；
图8为本发明实施例1中三苯胺衍生物L对几种不同阳离子的紫外吸收谱图；
图9为本发明实施例1中三苯胺衍生物L对几种不同阳离子的荧光发射谱图；
图10为本发明实施例1中三苯胺衍生物L随Hg2+加入摩尔比的紫外吸收谱图；
图11为本发明实施例1中三苯胺衍生物L随Hg2+加入摩尔比的荧光发射谱图；
图12为本发明实施例1中三苯胺衍生物L422nm处随Hg2+加入摩尔比的紫外吸收谱图。
图13为本发明实施例1中三苯胺衍生物L580nm处随Hg2+加入摩尔比的荧光发射光谱图。
具体实施方式
下面结合实例与附图将探针分子的制备以及传感器溶液的配制进行阐述。
实施例1
三苯胺衍生物L的制备
将1gN',N”,N”'-三(4-硝基苯基)胺与10ml水合肼加入到容器中，加入30ml无水乙醇做溶剂，加入300mg的Pb/C做催化剂，反应在80℃、40r/min的搅拌速度下反应10小时,过滤得淡黄色晶体中间产物N',N”,N”'-三(4-氨基苯基)胺。将190mgN',N”,N”'-三(4-氨基苯基)胺与210μl4-吡啶甲醛按加入容器中，加入30ml无水乙醇做溶剂，通氮气一段时间排走空气后，反应在80℃下、40r/min的搅拌速度下反应12小时,过滤出固体物质，用二氯甲烷重结晶，得棕红色晶体目标产物，得率98％。通过核磁共振波谱仪和质谱仪表征得到晶体产物的核磁氢谱(如图1所示)和质谱数据如下：1H-NMR(CDCl3,400MHz,ppm)δ:8.75(d,6H),8.44(s,3H),7.65(d,6H),7.12(d,6H),7.02(d,6H)。MS(MALDI-TOF)：calcd.forC36N7H27,557.0；found,557.2。
传感器溶液的配制
将三苯胺衍生物L加入到溶剂中配制成浓度为1×10-5mol/L的溶液，溶剂为DMF。
Hg2+、CN-的紫外光谱选择性实例
在配置好的三苯胺衍生物溶液中，分别单独加入以下不同种阴离子：F-、Cl-、Br-、I-、Aco-、CN-、和H2PO4 -，所加入的量均为三苯胺衍生物摩尔量的20倍，在800-200nm波长范围内对以上7种溶液进行紫外吸收光谱测试。从紫外吸收光谱图中能够明显看出，只有含CN-的样品溶液在421nm处出现强度较低的新峰，而在504nm处的峰明显增强(如图2所示)，而含有其他常见阴离子的样品表现出非常弱的紫外变化；
同样，在配置好的三苯胺衍生物溶液中，分别单独加入以下不同种阳离子：Ba2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+、Ca2+、Hg2+、Ag+、Pb2+、Co2+、Ni2+和Cd2+，所加入的量均为三苯胺衍生物摩尔量的20倍，在700-200nm波长范围内对以上11种溶液进行紫外吸收光谱测试。从紫外吸收光谱图中能够明显看出，只有含Hg2+的样品溶液在422nm处出现强度较低的新峰，而在496nm处的峰明显增强(如图8所示)，而含有其他常见阴离子的样品表现出非常弱的紫外变化由此，可以判断出本发明所制备的探针对Hg2+有很好的选择性。
Hg2+、CN-的荧光光谱选择性实例
在配置好的三苯胺衍生物溶液中，分别单独加入以下不同种阴离子：F-、Cl-、Br-、I-、Aco-、CN-、和H2PO4 -，所加入的量均为三苯胺衍生物摩尔量的20倍，在500-900nm波长范围内对以上7种溶液进行荧光发射光谱测试。从荧光发射光谱图中能够明显看出，只有含CN-的样品溶液在550nm处峰的强度呈现明显的下降现象(如图3所示)，属于荧光淬灭，而含有其他常见阴离子的样品表现出非常弱的荧光强度变化，由此，可以判断出本发明所制备的探针对CN-有很好的选择性。
同样，在配置好的三苯胺衍生物溶液中，分别单独加入以下不同种阳离子：Ba2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+、Ca2+、Hg2+、Ag+、Pb2+、Co2+、Ni2+和Cd2+，所加入的量均为三苯胺衍生物摩尔量的20倍，在465-850nm波长范围内对以上11种溶液进行荧光发射光谱测试。从荧光发射光谱图中能够明显看出，只有含Hg2+的样品溶液在580nm处峰的强度呈现明显的下降现象(如图9所示)，属于荧光淬灭，而含有其他常见阳离子的样品表现出非常弱的荧光强度变化，由此，可以判断出本发明所制备的探针对Hg2+有很好的选择性。
实施例2
三苯胺衍生物L的制备
将1.5gN',N”,N”'-三(4-硝基苯基)胺与15ml水合肼加入到容器中，加入45ml无水乙醇做溶剂，加入450mg的Pb/C做催化剂，反应在80℃、40r/min的搅拌速度下反应10小时,过滤得淡黄色晶体中间产物N',N”,N”'-三(4-氨基苯基)胺。将100mgN',N”,N”'-三(4-氨基苯基)胺与100μl4-吡啶甲醛按加入容器中，加入15ml无水乙醇做溶剂，通氮气一段时间排走空气后，反应在80℃下、40r/min的搅拌速度下反应10小时,过滤出固体物质，用二氯甲烷重结晶，得棕红色晶体目标产物，得率：90％。通过核磁共振波谱仪和质谱仪表征得到晶体产物的核磁氢谱(如图1所示)和质谱数据如下：1H-NMR(CDCl3,400MHz,ppm)δ:8.75(d,6H),8.44(s,3H),7.65(d,6H),7.12(d,6H),7.02(d,6H)。MS(MALDI-TOF)：calcd.forC36N7H27,557.0；found,557.2。
Hg2+和CN-紫外光谱的定量检测实例
步骤一、用有机溶剂将制得的三苯胺衍生物L配置成已知浓度的溶液，得到溶液A；
步骤二、将Hg2+和CN-分别加入到步骤一中所用的有机溶剂中，分别配置成不同浓度的Hg2+、CN-溶液；再将Hg2+的有机溶液与步骤一制备的溶液A混合，得到溶液B；将CN-的有机溶液与步骤一制备的溶液A混合，得到溶液C；Hg2+、CN-与三苯胺衍生物的摩尔比分别为1，2，4，5，10，15，20，25，30，35，40，50，100；
步骤三、分别测定步骤二所得不同混合溶液的紫外吸收光谱，将测得的紫外吸收光谱吸光度的变化与Hg2+(如图10所示)、CN-(如图4所示)浓度确定对应关系，即得到利用紫外吸收光谱定量检测Hg2+、CN-的标准方程y＝A1*exp(x/t1)+y0，其中y为所测的含Hg2+、CN-荧光探针最大吸收波长处对应的紫外吸光度，x为样品中Hg2+、CN-的含量(单位：10-5M)，对Hg2 +，A1＝0.242088，t1＝-14.08706，y0＝0.33903(如图12所示)；CN-，A1＝0.59857，t1＝-14.12962，y0＝0.10514(如图6所示)；
步骤四、将含有Hg2+、CN-的待测样品加入到有机溶剂中，配制成溶液；然后加入到步骤一的溶液A中，测定紫外吸收光谱强度，根据紫外吸收光谱强度的变化和步骤三所得的标准函数确定其中Hg2+、CN-的含量。
实施例3
三苯胺衍生物L的制备
将2.0gN',N”,N”'-三(4-硝基苯基)胺与18ml水合肼加入到容器中，加入45ml无水乙醇做溶剂，加入500mg的Pb/C做催化剂，反应在80℃、40r/min的搅拌速度下反应13小时,过滤得淡黄色晶体中间产物N',N”,N”'-三(4-氨基苯基)胺。将1.0gN',N”,N”'-三(4-氨基苯基)胺与1.1ml4-吡啶甲醛按加入容器中，加入50ml无水乙醇做溶剂，通氮气一段时间排走空气后，反应在80℃下、40r/min的搅拌速度下反应15小时,过滤出固体物质，用二氯甲烷重结晶，得棕红色晶体目标产物，得率84％。通过核磁共振波谱仪和质谱仪表征得到晶体产物的核磁氢谱(如图1所示)和质谱数据如下：1H-NMR(CDCl3,400MHz,ppm)δ:8.75(d,6H),8.44(s,3H),7.65(d,6H),7.12(d,6H),7.02(d,6H)。MS(MALDI-TOF)：calcd.forC36N7H27,557.0；found,557.2。
Hg2+和CN-荧光光谱的定量检测实例
步骤一、用有机溶剂将制得的三苯胺衍生物L配置成已知浓度的溶液，得到溶液A；
步骤二、将Hg2+和CN-分别加入到步骤一中所用的有机溶剂中，分别配置成不同浓度的Hg2+、CN-溶液；再将Hg2+的有机溶液与步骤一制备的溶液A混合，得到溶液B；将CN-的有机溶液与步骤一制备的溶液A混合，得到溶液C；Hg2+、CN-与三苯胺衍生物的摩尔比分别为1，2，4，5，10，15，20，25，30，35，40，50，100；
步骤三、分别测定步骤二所得不同混合溶液的荧光发射光谱，将测得的荧光发射光谱的变化与Hg2+(如图11所示)、CN-(如图5所示)浓度确定对应关系，即得到利用荧光发射光谱定量检测Hg2+、CN-的标准方程y＝A1*exp(x/t1)+y0，其中y为所测的含Hg2+、CN-荧光探针最大发射波长处对应的荧光强度，x为样品中Hg2+、CN-的含量(单位：10-5M)，对Hg2+，A1＝131.54158，t1＝-9.03647，y0＝11.68292(如图13所示)；CN-，A1＝58.6775，t1＝-10.74649，y0＝7.41541(如图7所示)；
步骤四、将含有Hg2+、CN-的待测样品加入到有机溶剂中，配制成溶液；然后加入到步骤一的溶液A中，测定荧光发射光谱强度，根据荧光发射光谱强度的变化和步骤五所得的标准函数确定其中Hg2+、CN-的含量。
实施例4
为验证本发明Hg2+、CN-的检测方法的准确性和可靠性，采用人工配制含Hg2+、CN-的试样，Hg2+、CN-的含量分别为10-5，2×10-5，4×10-5，10-4，1.5×10-4，在充分搅拌均匀后采集紫外吸收光谱，采用本发明检测方法分别对上述试样的Hg2+、CN-含量进行检测，其检测结果如下表所示。
表一：试样使用三苯胺衍生物L对Hg2+的定量识别检测
试样 1 2 3 4 5
理论含量 10-5 2×10-5 4×10-5 10-4 1.5×10-4
检测含量 0.97×10-5 2.02×10-5 3.98×10-5 1.02×10-4 1.48×10-4
表二：试样使用三苯胺衍生物L对CN-的定量识别检测
试样 1 2 3 4 5
理论含量 10-5 2×10-5 4×10-5 10-4 1.5×10-4
检测含量 0.98×10-5 1.97×10-5 4.02×10-5 1.02×10-4 1.48×10-4
由表一至表二所示的结果可知，采用本发明方法对Hg2+、CN-含量的实际检测值与制作试样时加入的含量值，即理论含量基本相同，具有较小的误差范围。
所述Hg2+盐为高氯酸汞
所述CN-盐为四丁基氰化胺
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种三苯胺衍生物，其特征在于：三苯胺衍生物的化学结构式如下：
2.一种三苯胺衍生物的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一、将N',N”,N”'-三(4-硝基苯基)胺与水合肼按摩尔比为1:3～1:5加入到容器中，加入无水乙醇做溶剂、钯碳做催化剂，所述催化剂与水合肼的摩尔比为3:1～5:1；搅拌反应完全,过滤得淡黄色晶体中间产物N',N”,N”'-三(4-氨基苯基)胺；
步骤二、将步骤一制得的N',N”,N”'-三(4-氨基苯基)胺与4-吡啶甲醛按摩尔比为1:3～1:5加入容器中，加入无水乙醇做溶剂，通氮气排走空气后，搅拌直至反应完全,过滤出固体物质，用二氯甲烷重结晶，得棕红色晶体目标产物，即三苯胺衍生物L。
3.如权利要求2所述的一种三苯胺衍生物的制备方法，其特征在于：步骤一、步骤二所述搅拌反应的温度为80～100℃。
4.将权利要求1所述的一种三苯胺衍生物用于检测Hg2+和CN-的方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一、用有机溶剂将制得的三苯胺衍生物L配置成已知浓度的溶液，得到溶液A；
步骤二、将Hg2+和CN-分别加入到步骤一中所用的有机溶剂中，分别配置成不同浓度的Hg2+、CN-溶液；再将Hg2+的有机溶液与步骤一制备的溶液A混合，得到溶液B；将CN-的有机溶液与步骤一制备的溶液A混合，得到溶液C；Hg2+、CN-与三苯胺衍生物的摩尔比分别为1，2，4，5，10，15，20，25，30，35，40，50，100；
步骤三、分别测定步骤二所得不同混合溶液的紫外吸收光谱，将测得的紫外吸收光谱吸光度的变化与Hg2+、CN-浓度确定对应关系，即得到利用紫外吸收光谱定量检测Hg2+、CN-的标准方程y＝A1*exp(x/t1)+y0，其中y为所测的含Hg2+、CN-荧光探针最大吸收波长处对应的紫外吸光度，x为样品中Hg2+、CN-的含量(单位：10-5M)，对Hg2+，A1＝0.242088，t1＝-14.08706，y0＝0.33903；CN-，A1＝0.59857，t1＝-14.12962，y0＝0.10514；
步骤四、将含有Hg2+、CN-的待测样品加入到有机溶剂中，配制成溶液；然后加入到步骤一的溶液A中，测定紫外吸收光谱强度，根据紫外吸收光谱强度的变化和步骤三所得的标准函数确定其中Hg2+、CN-的含量。
5.将权利要求1所述的一种三苯胺衍生物用于检测Hg2+和CN-的方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤一、用有机溶剂将制得的三苯胺衍生物L配置成已知浓度的溶液，得到溶液A；
步骤二、将Hg2+和CN-分别加入到步骤一中所用的有机溶剂中，分别配置成不同浓度的Hg2+、CN-溶液；再将Hg2+的有机溶液与步骤一制备的溶液A混合，得到溶液B；将CN-的有机溶液与步骤一制备的溶液A混合，得到溶液C；Hg2+、CN-与三苯胺衍生物的摩尔比分别为1，2，4，5，10，15，20，25，30，35，40，50，100；
步骤三、分别测定步骤二所得不同混合溶液的荧光发射光谱，将测得的荧光发射光谱的变化与Hg2+、CN-浓度确定对应关系，即得到利用荧光发射光谱定量检测Hg2+、CN-的标准方程y＝A1*exp(x/t1)+y0，其中y为所测的含Hg2+、CN-荧光探针最大发射波长处对应的荧光强度，x为样品中Hg2+、CN-的含量(单位：10-5M)，对Hg2+，A1＝131.54158，t1＝-9.03647，y0＝11.68292；CN-，A1＝58.6775，t1＝-10.74649，y0＝7.41541；
步骤四、将含有Hg2+、CN-的待测样品加入到有机溶剂中，配制成溶液；然后加入到步骤一的溶液A中，测定荧光发射光谱强度，根据荧光发射光谱强度的变化和步骤五所得的标准函数确定其中Hg2+、CN-的含量。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于：所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
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