Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,682

ПОЛИМЕРНЫЕ ХЕМОСЕНСОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, СОДЕРЖАЩИЕ МОЛЕКУЛЫ С АНТРИЛЬНОЙ СИГНАЛЬНОЙ ГРУППОЙ

Дубоносов А.Д. 1 Толпыгин И.Е. 2 Ревинский Ю.В. 1 Федянина А.Ю. 2 Цуканов А.В. 1 Брень В.А. 2
1 Южный научный центр Российской академии наук
2 Научно-исследовательский институт физической и органической химии Южного федерального университета
Получены полимерные пленки, содержащие иммобилизованные хемосенсоры с антрильной сигнальной группой, которые могут быть использованы для создания сенсорных систем, ионных жидкостей, OLED-материалов, жидких кристаллов. Методами электронной спектроскопии поглощения и испускания исследованы их спектрально-люминесцентные свойства и взаимодействие с катионами металлов. Полиметилметакрилатные пленки, содержащие 2-{[2-(антрацен-9-ил)-3-(пиридин-2-илметил)имидазолидин-1-ил]метил}пиридин или (антрацен-9-илметил)(4,5-диметокси-2-морфолин-4-илфенил)амин проявляют достаточно слабую активность по отношению к катионам цинка, меди, кадмия, ртути, однако являются эффективными сенсорами на катионы водорода. Полиметилметакрилатная пленка на основе 2-амино-4-(антрацен-9-ил)-3-циано-4H-бензотиено[3,2-b]пирана представляет собой высокоселективный и высокоэффективный хемосенсор на катионы ртути, действие которого основано на полном тушении исходной флуоресценции.
хемосенсоры
полиметилметакрилат
антрацен
поглощение
флуоресценция
катионы
1. Толпыгин И. Е. Флуоресцентные сенсоры на основе 2-замещенных ими дазолидинов / И. Е. Толпыгин, Е. Н. Шепеленко, Ю. В. Ревинский, А. В. Цуканов, А. Д. Дубоносов, В. А. Брень, В. И. Минкин // Журн. орган. химии. - 2010. - Т. 46. № 8. - С. 1180-1183.
2. Толпыгин И. Е. Эффективные pН-сенсоры на основе 1-(антрацен-9-илметил)-1Н-бензимидазол-2-амина / И. Е. Толпыгин, Ю. В. Ревинский, А. Г. Стариков, А. Д. Дубоносов, В. А. Брень, В. И. Минкин // Хим. гетероцикл. соед. - 2011. - № 10. -С. 1491-1498.
3. Basabe-Desmonts L. Design of fluorescent materials for chemical sensing / L. Basabe-Desmonts, D. N. Reinhoudt, M. Crego-Calama // Chem. Soc. Rev. - 2007. - Vol. 36. - P. 993-1017.
4. Hu J. Responsive polymers for detection and sensing applications: current status and future developments / J. Hu, S. Liu // Macromolecules. - 2010. - Vol. 43. - P. 8315-8330.
5. Ojeda C. B. Recent development in optical chemical sensors coupling with flow injection analysis / C. B. Ojeda, F. S. Rojas // Sensors. - 2006. - Vol. 6. - P. 1245-1307.
6. Thompson R. B. Fluorescence sensors and biosensors. CRC, Taylor & Francis, 2006. - 394 p.
7. Minkin V. I. Chemosensors with crown ether based receptors / V. I. Minkin, A. D. Dubonosov, V. A. Bren, A. V. Tsukanov // ARKIVOC (Archive for Organic Chemistry). - 2008. - № 4. - P. 90-102.
Введение

Полимерные материалы, содержащие органические функциональные молекулы, широко применяются для создания эффективных и селективных сенсорных систем, ионных жидкостей, OLED-материалов, жидких кристаллов и др. [3-6]. Потребность в сенсорах, контролирующих химическую природу различных объектов, диктуется необходимостью  постоянного мониторинга химического (анионного, катионного и молекулярного) состава гидросферы, литосферы, атмосферы. Сигнальные органические молекулы, составляющие основу сенсорной композиции, при взаимодействии с субстратом генерируют электромагнитный сигнал, регистрируемый визуально или с применением современных физико-химических методов контроля оптических свойств материалов.

Ранее нами были исследованы молекулярные хемосенсоры, пригодные для качественного и количественного определения вредных ионов в окружающей среде [1, 2, 7]. В данной работе было осуществлено получение полиметилметакрилатных полимерных пленок, содержащих иммобилизованные сенсорные соединения. Методами электронной спектроскопии поглощения / испускания и люминесцентного анализа произведено исследование их спектров поглощения, флуоресценции и хемосенсорной активности.  

Экспериментальная часть

Соединения 1-3 были синтезированы по методикам, описанным ранее [1]. Элек­тронные спектры поглоще­ния полиметилметакрилатных пленок (ПММА) с иммобилизированными хемосенсорами 1-3 получали на спектрофотометре VarianCary 100, спектры флуоресценции - на спек­трофлуори­метре VarianCaryEclipse. Исследованные катионы использовались в виде ацетатов. Толщина ПММА пленок - 0.01 см. Относительное увеличение интенсивности флуоресценции до и после взаимодействия с катионами определялось в максимуме испусканияобразца (I/I0).

Обсуждение результатов

ПММА пленка, содержащая 2-{[2-(антрацен-9-ил)-3-(пиридин-2-илметил) имидазолидин-1-ил]метил}пиридин 1, обладает поглощением в области 330-400 нм (рис. 1).

Спектр поглощения структурированный, содержит три характерных для антрилсодержащих соединений максимума в области 348, 368, 389 нм. В спектре флуоресценции соединения 1 также содержатся три основных максимума в области 380-450 нм (рис. 2). Спектр возбуждения флуоресценции (λвозб 360 нм) соответствует спектру поглощения, что является четким доказательством сохранения структуры 1 в полимерных матрицах.

Рис. 1. Электронный спектр поглощения полиметилметакрилатной пленки, содержащей иммобилизованное соединение 1 (С = 5×10-3 М)

Данный полимерный сенсор проявил высокую селективность по отношению к катионам водорода, которая соответствует уменьшению относительной интенсивности флуоресценции в 8 раз (рис 2, 3).

Рис. 2. Спектр флуоресценции полиметилметакрилатной пленки, содержащей иммобилизованное соединение 1 (1), и спектр в присутствии катионов водорода (2)

Рис. 3. Относительное изменение интенсивности флуоресценции (I/I0) соединения 1 (С = 5×10-3 моль/л) в полиметилметакрилатной пленке в присутствии различных катионов (С = 5×10-5 моль/л)

Интересные свойства были обнаружены у полиметилметакрилатной пленки, содержащей иммобилизованный  (антрацен-9-илметил)(4,5-диметокси-2-морфолин-4-илфенил) амин 2.

Этот полимер характеризуется отсутствием выраженной структурированной картины в спектрах поглощения и флуоресценции. Полимерный хемосенсор 2 проявляет достаточно слабую активность по отношению к катионам цинка, меди, кадмия, ртути (рис. 4), однако, отзывается сильным разгорание флуоресценции в присутствии кислот (рис. 5). Такие свойства позволяют считать его эффективным полимерным pH-сенсором.

Рис. 4. Относительное изменение интенсивности флуоресценции (I/I0) соединения 2 (С = 5×10-3 моль/л) в полиметилметакрилатной пленке в присутствии различных катионов (С = 5×10-5 моль/л)

Рис. 5. Спектр флуоресценции полиметилметакрилатной пленки, содержащей иммобилизованное соединение 2 (1), спектр в присутствии катионов водорода (2) (относительное увеличение интенсивности флуоресценции - 82 раза)

С целью поиска селективных полимерных флуоресцентных хемосенсоров особое внимание было уделено 2-амино-4-(антрацен-9-ил)-3-циано-4H-бензотиено[3,2-b]пирану 3. В растворах соединение 3 селективно взаимодействует с катионами ртути. В полиметилметакрилатной пленке, содержащей соединение 3, селективность полностью сохранилась. В данном случае катионы ртути полностью (на 100 %) тушат исходную флуоресценцию (рис. 6).

Рис. 6. Относительное изменение интенсивности флуоресценции (I/I0) соединения 3 (С = 5×10-3 моль/л) в полиметилметакрилатной пленке в присутствии различных катионов (С = 5×10-5 моль/л)

Полученные данные свидетельствуют о том, что полиметилметакрилатная пленка, содержащая 2-амино-4-(антрацен-9-ил)-3-циано-4H-бензотиено[3,2-b] пиран 3, представляет собой высокоселективный и высокоэффективный хемосенсор на катионы ртути.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы».

Рецензенты:

  • Харабаев Н. Н., д.х.н., профессор, зав. кафедрой физики Ростовского государственного строительного университета, г. Ростов-на-Дону.
  • Кужаров А. С., д.х.н., профессор, зав. кафедрой химии Донского государственного технического университета, г. Ростов-на-Дону.

Библиографическая ссылка

Дубоносов А.Д., Толпыгин И.Е., Ревинский Ю.В., Федянина А.Ю., Цуканов А.В., Брень В.А. ПОЛИМЕРНЫЕ ХЕМОСЕНСОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, СОДЕРЖАЩИЕ МОЛЕКУЛЫ С АНТРИЛЬНОЙ СИГНАЛЬНОЙ ГРУППОЙ // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 2.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=6006 (дата обращения: 13.12.2018).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252