萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機(jī)器及基于其的pH計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機(jī)器及基于其的pH計(jì)。所述分子機(jī)器結(jié)構(gòu)式如式(I)所示：(I)。所述pH計(jì)包括金電極以及吸附在金電極表面形成自組裝單分子層的所述萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機(jī)器。本發(fā)明通過合成一種萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機(jī)器，利用雙硫鍵與金電極實(shí)現(xiàn)結(jié)合，在加入酸或堿的過程中導(dǎo)致分子機(jī)器與金電極上電荷間的轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)pH值的在線快速監(jiān)測(cè)；整個(gè)監(jiān)測(cè)過程產(chǎn)生的廢物也不會(huì)在單分子層上堆積，從而提高了檢測(cè)限、靈敏度以及耐疲勞性。
【專利說明】萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機(jī)器及基于其的pH計(jì)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于分子機(jī)器與電化學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機(jī)器及基于其的PH計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]輪烷型分子梭作為分子機(jī)器的一種類型，由一個(gè)環(huán)狀分子和一個(gè)線型分子組成，線型分子貫穿環(huán)狀分子的內(nèi)腔，并且線型分子的兩端大的阻擋基團(tuán)可以防止環(huán)狀分子脫離線型分子。在外界特定刺激的作用下，環(huán)狀分子可以在兩個(gè)阻擋基團(tuán)之間沿著線型分子作往復(fù)的活塞式運(yùn)動(dòng)。輪烷型分子梭是研究分子間弱相互作用力及其可控轉(zhuǎn)換的理想體系之一，它為研究組分之間的能量、電子轉(zhuǎn)移等重要物理化學(xué)過程及其調(diào)控提供了新的模型體系，譬如光電轉(zhuǎn)換、構(gòu)型轉(zhuǎn)換、手性轉(zhuǎn)換、狀態(tài)記憶與轉(zhuǎn)換等，并且有利于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和理解生物體系內(nèi)復(fù)雜的能量、電子轉(zhuǎn)移過程。
[0003]雖然基于輪烷或索烴等互鎖分子的分子機(jī)器在最近十年有了很大的發(fā)展，例如南開大學(xué)劉育教授的《具有分子鍵盤鎖功能的雙插頭-插座超分子器件及其制備》，但是具有高復(fù)雜性的分子機(jī)器體系仍然缺乏，并且能夠?qū)⒔M分的相對(duì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為可以識(shí)別的信號(hào)的例子則更少，特別是肉眼觀測(cè)的信號(hào)如顏色、熒光等。另外，目前來講，如何利用已知原理進(jìn)行分子設(shè)計(jì)、組裝而達(dá)到識(shí)別目的以及如何構(gòu)造分子級(jí)別上的復(fù)雜邏輯電路仍面臨著挑戰(zhàn)。另一方面，分子機(jī)器的最終目標(biāo)是構(gòu)建有真正意義的分子器件，要想使分子機(jī)器能夠真正的應(yīng)用，就要求特定空間里一定數(shù)目的分子機(jī)器能夠相對(duì)整齊地進(jìn)行協(xié)同工作。在溶液中，分子機(jī)器的自由運(yùn)動(dòng)空間比較大，在外界刺激下各種組分發(fā)生的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以順利進(jìn)行；而很多原本在溶液中運(yùn)轉(zhuǎn)得很好的分子機(jī)器體系一旦制備成固態(tài)器件后，絕大部分工作效率大大降低、響應(yīng)時(shí)間 大幅度增加。自組裝單分子層技術(shù)(self-assembledmonolayers, SAMs)近年來成為研究熱點(diǎn),各種有機(jī)功能分子通過單層自組裝,可以實(shí)現(xiàn)分子在納米尺度上在固體表面進(jìn)行有序的排列，構(gòu)筑納米層，并可以消除分子機(jī)器本身的布朗運(yùn)動(dòng)。將性能優(yōu)異的酸堿控制的分子機(jī)器的端基進(jìn)行修飾，使分子機(jī)器在兩相界面上形成自組裝單分子層(石英、玻璃或者金電極表面)，研究分子機(jī)器在界面上的協(xié)同運(yùn)動(dòng)以及運(yùn)動(dòng)前后兩個(gè)狀態(tài)對(duì)界面性質(zhì)的影響。
[0004]市面上現(xiàn)有的pH計(jì)存在結(jié)果重復(fù)性較差、易污染樣品、檢測(cè)周期較長(zhǎng)、測(cè)試穩(wěn)定性較差、電極易損壞以及檢測(cè)限較低等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機(jī)器及基于其的可視在線快速監(jiān)測(cè)PH計(jì)。本發(fā)明通過合成一種萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機(jī)器，利用雙硫鍵與金電極實(shí)現(xiàn)結(jié)合，在加入堿或酸的過程中導(dǎo)致萘酰亞胺冠醚環(huán)在啞鈴形桿上運(yùn)動(dòng)，整個(gè)過程中會(huì)導(dǎo)致缺電子的萘酰亞胺與富電子的金電極之間的電荷轉(zhuǎn)移，從而猝滅或者恢復(fù)萘酰亞胺明亮的黃綠色熒光，熒光變化之強(qiáng)肉眼可見，檢測(cè)金電極上電荷轉(zhuǎn)移，經(jīng)過函數(shù)轉(zhuǎn)化為測(cè)試溶液的pH值從而實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。本發(fā)明提供的快速在線監(jiān)測(cè)pH計(jì)，采用最新的單分子層自組裝技術(shù)，在金電極表面形成一層功能協(xié)調(diào)一致的分子層，只要有一個(gè)萘酰亞胺冠醚環(huán)在分子機(jī)器內(nèi)移動(dòng)，金電極上就會(huì)有對(duì)應(yīng)的電位變化，整個(gè)過程產(chǎn)生的廢物也不會(huì)在單分子層上堆積，從而提高了檢測(cè)限、靈敏度以及耐疲勞性。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0007]第一方面，本發(fā)明涉及一種萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機(jī)器(啞鈴型輪烷分子梭)，其結(jié)構(gòu)式如式(I)所示:
【權(quán)利要求】
1.一種萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機(jī)器，其結(jié)構(gòu)式如式(I)所示:
2.一種如權(quán)利要求1所述的萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機(jī)器的合成方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟A、以六氟磷酸四乙腈銅為催化劑，以CH2Cl2為溶劑，等摩爾的雙硫鍵疊氮化合物I
3.如權(quán)利要求2所述的萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機(jī)器的合成方法，其特征在于，所述雙硫鍵疊氮化合物I是通過如下步驟制備而得的: 步驟Α、3，5-二甲氧基-4-羥基苯甲醛、1，2-二溴乙烷和碳酸鉀按摩爾比1:5:2.5反應(yīng)，得化合物4 ; 步驟B、化合物4、NaBH4按摩爾比1:2.5加入到重蒸的THF中，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)，得化合物5 ; 步驟C、將化合物5、NaI以及NaN3按摩爾比1:0.1:2加入到干燥過的DMF中，升溫至80°C反應(yīng)，得化合物6 ; 步驟D、將化合物6、硫辛酸、DMAP以及EDC -HCl按摩爾比1:1:1:2.5加入到干燥過的CH2Cl2中，惰性氣氛保護(hù)常溫?cái)嚢璺磻?yīng)，即得雙硫鍵疊氮化合物I。
4.如權(quán)利要求2所述的萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機(jī)器的合成方法，其特征在于，所述萘酰亞胺二苯并24冠8冠醚是通過如下方法制備而得的:以CH2Cl2為溶劑，單醛基二苯并24冠8冠醚用NaBH4還原后與化合物7
5.一種如權(quán)利要求1所述的萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機(jī)器在制備可視在線快速監(jiān)測(cè)PH計(jì)中的用途，其特征在于，所述萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機(jī)器吸附在金電極表面形成自組裝單分子層，在加入酸或堿的過程中導(dǎo)致所述萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機(jī)器與金電極上電荷間的轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)PH值的在線快速監(jiān)測(cè)。
6.一種基于萘酰亞胺分子機(jī)器的可視在線快速監(jiān)測(cè)pH計(jì)，其特征在于，所述pH計(jì)包括金電極以及吸附在金電極表面形成自組裝單分子層的萘酰亞胺分子機(jī)器；所述萘酰亞胺分子機(jī)器為權(quán)利要求1所 述的萘酰亞胺冠醚的輪烷分子機(jī)器。
【文檔編號(hào)】G01N21/64GK103539790SQ201310463739
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】虞明東, 周斌, 丁萬強(qiáng) 申請(qǐng)人:上海維凱化學(xué)品有限公司