跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.200.171.156) 您好!臺灣時間:2023/03/27 10:07
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:張凱奇
研究生(外文):Kai-Chi Chang
論文名稱:含發色或螢光基團之芳杯化學感應器的合成及其在金屬離子辨識之研究
論文名稱(外文):Synthesis of Chromogenic and Fluorogenic Calix[4]arenes as Chemosensors for Metal Ions
指導教授:鍾文聖
指導教授(外文):Wen-Sheng Chung
學位類別:博士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:應用化學系所
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:213
中文關鍵詞:芳杯化學感測器
外文關鍵詞:calixarenechemosensor
相關次數:
  • 被引用被引用:3
  • 點閱點閱:203
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本論文報導了設計及合成含發色或螢光基團的芳杯衍生物作為金屬離子的化學感應器。
我們合成偶氮芳杯7,並以bistriazoles及azophenols作為金屬離子的辨識端,azo groups作為訊號傳遞的感應端。偶氮芳杯7對Ca2+及Pb2+離子具有很好的選擇性,並可直接由肉眼觀測顏色的變化。偶氮芳杯7與Ca2+及Pb2+離子是以1:1的模式錯合,錯合常數分別為7.06 x 104及8.57 x 103 M-1。
接著,我們合成具有兩種不同金屬離子錯合位置的螢光芳杯15作為光開關感應器的研究,分別在芳杯15的上緣修飾冠醚 (crown-5 ether ring),作為金屬離子的第一個辨識端,而在芳杯的下緣利用即合化學 (Click Chemistry) 的方法獲得五員三唑雜環 (five-membered triazole) 作為金屬離子的第二個辨識端,並引入螢光基團蒽 (anthracene) 作為訊號傳遞的感應端。螢光芳杯15加入Hg2+、Cu2+、Cr3+及Pb2+離子後,螢光強度有很強烈地淬熄。而當錯合物15•Pb2+加入K+離子時,可以使其螢光強度恢復。從這樣的結果得知,我們成功地研發出可藉由金屬離子的交換過程來調控分子螢光的感應器。
另外,我們合成一系列的具有anthraceneisoxazolylmethyl 取代的螢光芳杯22-25作為Cu2+離子的化學計量器 (chemodosimeters)。藉由生命期的量測,可證明螢光芳杯對Cu2+離子的淬熄機制為static quenching。最後,經由循環伏安法 (CV)、電子順磁共振光譜 (EPR)、螢光光譜及氫核磁共振光譜等實驗,可證明螢光芳杯22-25與Cu2+會發生氧化還原反應,並作為Cu2+離子的化學計量器。
最後, 我們期望將具有功能性的芳杯鍵結在二氧化矽的表面作為金屬離子的隔離材料。我們將具有疊氮的二氧化矽材料34與含有雙丙炔基醚化的偶氮芳杯3,以即合化學 (Click Chemistry) 的條件反應,可得到具有三唑雜環的芳杯材料36。然後我們將利用材料36對金屬離子進行主客化學的研究。
This thesis presents the design and synthesis of chromogenic and fluorogenic calix[4]arene derivatives as chemosensors for metal ions.
A novel chromogenic calix[4]arene 7 which has within a molecule both the triazoles and hydroxyl azophenols as the metal-binding sites and the azophenol moiety as a coloration site was designed and synthesized. Calix[4]arene 7 is highly sensitive to Ca2+ and Pb2+ ions which can be detected by the naked eye. Furthermore, the association constants for the 1:1 complexes of 7•Ca2+ and 7•Pb2+ were determined to be 7.06 �e 104 M-1 and 8.57 �e 103 M-1, respectively.
A novel fluorescent on-off switchable chemosensor 15 with two different types of cationic binding sites was synthesized, which composed of a triazole-modified calix[4]crown in the 1,3-alternate conformation. Among fifteen metal ions examined, the fluorescence of 15 was strongly quenched by Hg2+, Cu2+, Cr3+, and Pb2+, respectively; however, the revival of emission from these strongly quenched complexes was solely observed by addition of K+ ion to the 15•Pb2+ complex. Thus, metal ion exchange can trigger an on-off switchable fluorescent chemosensor.
We have designed a series of lower-rim anthraceneisoxazolylmethyl substituted calix[4]arenes 22-25 as chemodosimeters for Cu2+ ion. Stern-Volmer plots from steady state fluorescence quenching and lifetime measurements revealed that a static quenching mechanism is operative in the molecular system. Cyclic Voltammetry (CV), EPR, fluorescence measurement and 1H NMR titration experiments supported that these fluoroionophores 22-25 are Cu2+ selective chemodosimeters.
Finally, we plan to immobilize the potentially useful calix[4]arene sensors onto the silica gel surface for the sequestration of metal ions. Cu(I)-catalyzed 1,3-dipolar cycloaddition reaction of the N3-material 34 and dipropargyloxy-azocalix[4]arene 3 in the Click Chemistry condition afforded the 1,2,3-triazole modified calix[4]arene-material 36. Then, we will examine the abilities of the 1,2,3-triazole modified calix[4]arene-material to remove metal cations from aqueous solution.
目錄 Ⅱ
圖目錄 Ⅳ
表目錄 Ⅹ
中文摘要 ⅩⅠ
英文摘要 ⅩⅣ
謝誌 ⅩⅦ
化合物對照表 ⅩⅨ
一、 緒論1
二、 結果與討論29
2.1 偶氮芳杯在離子感應器之研發29
2.1.1 偶氮芳杯的設計與合成29
2.1.2 偶氮芳杯對金屬離子篩選之研究32
2.1.3 偶氮芳杯對陰離子篩選之研究55
2.1.4 其他偶氮芳杯的發展61
2.2 螢光芳杯在光開關感應器之研發88
2.2.1 螢光芳杯的設計與合成88
2.2.2 螢光芳杯對金屬離子篩選之研究91
2.2.3 螢光芳杯與金屬離子的變構性效應之研究109
2.3 螢光芳杯在金屬離子感應器之研發123
2.3.1 螢光芳杯的設計與合成123
2.3.2 螢光芳杯對金屬離子篩選之研究129
2.3.3 螢光芳杯與Cu2+離子錯合後的生命期之研究150
2.3.4 螢光芳杯與Cu2+離子的氧化還原反應之研究156
2.4 芳杯鍵結於二氧化矽表面做為感應器之研發172
2.4.1 芳杯鍵結於二氧化矽表面的設計與合成172
2.4.2 芳杯材料的鑑定174
2.4.3 芳杯材料對金屬離子篩選之研究180
三、 綜合結論181
四、 實驗部分183
4.1 試藥及測試方法183
4.2 實驗步驟及光譜資料185
五、 參考文獻 208
伍、參考文獻
1. Lehn, J.-M. Angew. Chem. Int., Ed. 1988, 27, 89.
2. Gutsche, C. D. Acc. Chem. Res. 1983, 16, 161.
3. Ikeda, A.; Shinkai, S. Chem. Rev. 1997, 97, 1713.
4. (a) Mandolini, L.; Ungaro, R. Calixarenes in Action, Imperial College
Press: London; 2000. (b) Jaime, C.; de Mendoza, J.; Pardos, P.; Nieto, P.
M.; Sanchez, C. J. Org. Chem. 1991, 56, 3372.
5. Gutsche, C. D.; Dhawan, B.; Levine, J. A.; No, K. H.; Bauer, L. J.
Tetrahedron 1983, 39, 409.
6. Bocchi, V.; Foina, D.; Pochini, A.; Ungaro, R. Tetrahedron 1982, 38, 373.
7. Löhr, H. G.; Vögtle, F. Acc. Chem. Res. 1985, 18, 65.
8. Gunnlaugsson, T.; Leonard, J. P.; Murray, N. S. Org. Lett. 2004, 6, 1557.
9. Lee, S. J.; Jung, J. H.; Seo, J.; Yoon, I.; Park, K.-M.; Lindoy, L. F.; Lee, S.
S. Org. Lett. 2006, 8, 1641.
10. Cheng, Y.-F.; Zhao, D.-T.; Zhang, M.; Liu, Z.-Q.; Zhou, Y.-F.; Shu, T.-M.;
Li, F.-Y.; Yi, T.; Huang, C.-H. Tetrahedron Lett. 2006, 47, 6413.
11. Lee, K. H.; Lee, H.-Y.; Lee, D. H.; Hong, J.-I.; Tetrahedron Lett. 2001, 42,
5447.
12. Lee, D. H.; Lee, K. H.; Hong, J.-I. Org. Lett. 2001, 3, 5.
13. Sancenón, F.; Martínez-Máñez, R.; Soto, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2002,
41, 1416.
14. Lee, D. H.; Im, J. H.; Son, S. U.; Chung, Y. K.; Hong, J.-I. J. Am. Chem.
Soc. 2003, 125, 7752.
15. Shimizu, H.; Iwamoto, K.; Fujimoto, K.; Shinkai, S. Chem. Lett. 1991,
2147.
16. Kim, N. Y.; Chang, S.-K. J. Org. Chem. 1998, 63, 2362.
17. Van der Veen, N. J.; Egberink, R. J. M.; Engbersen, J. F. J.; van Veggel, F. J.
209
C. M.; Reinhout, D. N. Chem. Commum. 1999, 681.
18. Kim, J. Y.; Kim, G.; Kim. C. R.; Lee S. H.; Lee, J. H.; Kim, J. S. J. Org.
Chem. 2003, 68, 1933.
19. (a) Chen, C.-F.; Chen, Q.-Y. New J. Chem. 2006, 30, 143. (b) Shinkai, S.;
Araki, K.; Shibata, J.; Tsugawa, D.; Manabe, O. J. Chem. Soc., Perkin
Trans. 1, 1990, 3333.
20. (a) Kao, T.-L.; Wang, C.-C.; Pan, Y.-T.; Shiao, Y.-J.; Yen, J.-Y.; Shu, C.-M.;
Lee, G.-M.; Peng, S.-M.; Chung, W.-S. J. Org. Chem. 2005, 70, 2912. (b)
Ho, I.-T.; Lee, G.-H.; Chung, W.-S. J. Org. Chem. 2007, 72, 2434.
21. Valeur, B.; Leray, I. Coord. Chem. Rev. 2000, 205, 3.
22. Ji, H.-F.; Brown, G. M.; Dabestani, R. Chem. Commun. 1999, 609.
23. Ji, H.-F.; Dabestani, R.; Brown, G. M. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 9306.
24. Aoki, I.; Sakaki, T.; Shinkai, S. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1992, 730.
25. Kim, J. S.; Shon, O. J.; Rim, J. A.; Kim, S. K.; Yoon, J. J. Org. Chem. 2002,
67, 2348.
26. Kim, J. S.; Noh, K. H.; Lee, S. H.; Kim, S. K.; Kim, S. K.; Yoon, J. J. Org.
Chem. 2003, 68, 597.
27. Bu, J.-H.; Zheng, Q.-Y.; Chen, C.-F.; Huang, Z.-T. Org. Lett. 2004, 6,
3301.
28. Li, G.-K.; Xu, Z.-X.; Chen, C.-F.; Huang, Z.-T. Chem. Commun. 2008,
1774.
29. (a) de Silva, A. P.; Gunaratne, H. Q. N.; Lynch, P. L. M. J. Chem. Soc.
Perkin Trans. 2 1995, 685. (b) Ojida, A.; Mitooka, Y.; Inoue, M.-A.;
Hamachi, I. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 6256.
30. Kim, S. K.; Lee, J. K.; Lim, J. M.; Kim, J. W.; Kim, J. S. Bull. Korean
Chem. Soc. 2004, 25, 1247.
31. Chae, M.-Y.; Cherian, X. M.; Czarnik, A. W. J. Org. Chem. 1993, 58,
5797.
32. Miao, R.; Zheng, Q.-Y.; Chen, C.-F.; Huang, Z.-T. Tetrahedron Lett. 2005,
210
46, 2155.
33. Molecular Fluorescence; Valeur, B., Ed.; Wiley-VCH: Weinheim,
Germany, 2001.
34. Jin, T.; Ichikawa, K.; Koyama, T. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1992,
499.
35. Kim, S. K.; Lee, S. H.; Lee, J. Y.; Lee, J. Y.; Bartsch, R. A.; Kim, J. S. J.
Am. Chem. Soc. 2004, 126, 16499.
36. Schazmann, B.; Alhashimy, N.; Diamond, D. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128,
8607.
37. Leray, I.; O’Reilly, F.; Jiwan, J.-L. H.; Soumillion, J.-Ph.; Valeur, B. Chem.
Commun. 1999, 795.
38. Kim. S. K.; Bok, J. H.; Bartsch, R. A.; Lee, J. Y.; Kim, J. S. Org. Lett. 2005,
7, 4839.
39. Lee, S. H.; Kim, H. J.; Lee, Y. O.; Vicens, J.; Kim, J. S. Tetrahedron Lett.
2006, 47, 4373.
40. Jin, T. Chem. Commun. 1999, 2491.
41. Lee, M. H.; Quang, D. T.; Jung, H. S.; Yoon, J.; Lee, C.-H.; Kim. J. S. J.
Org. Chem. 2007, 72, 4242.
42. (a) Shu, C.-M.; Lin, W.-L.; Lee, G.-H.; Peng, S.-M.; Chung, W.-S. J. Chin.
Chem. Soc. 2000, 47, 173. (b) Shiao, Y.-J.; Chiang, P.-C.; Senthilvelan, A.;
Tsai, M.-T.; Lee, G.-H.; Chung, W.-S. Tetrahedron Lett. 2006, 47, 8383.
43. Senthilvelan, A.; Tsai, M.-T.; Chang, K.-C.; Chung, W.-S. Tetrahedron Lett.
2006, 47, 9077.
44. (a) Kolb, H. C.; Finn, M. G.; Sharpless, K. B. Angew. Chem., Int. Ed. 2001,
40, 2004. (b) Rostovtsev, V. V.; Green, L. G.; Fokin, V. V.; Sharpless, K. B.
Angew. Chem., Int. Ed. 2002, 41, 2596.
45. Xu, W.; Vittal, J. J.; Puddephatt, R. J.; Can. J. Chem. 1996, 74, 766.
46. Jaime, C.; de Mendoza, J.; Prados, P.; Nieto, P. M.; Sanchez, C. J. Org.
Chem. 1991, 56, 3372.
211
47. Tsuge, A.; Moriguchi, T.; Mataka, S.; Tachiro, M. J. Chem. Soc., Perkin
Trans. 1 1993, 2211.
48. Johnson, J. R.; McEwen, W. L. J. Am. Chem. Soc. 1926, 48, 469.
49. Benesi, H. A.; Hilderbrand, J. H. J. Am. Chem. Soc. 1949, 71, 2703.
50. Connors, K. A. Binding Constants, Wiley: New York, 1987.
51. Rudkevich, D. M.; Verboom, W.; Reinhoudt, D. N. J. Org. Chem. 1994, 59,
3683.
52. Oueslati, I.; Abidi, R.; Thuéry, P.; Vicens, J. J. Inclusion Phenom. 2003, 47,
173.
53. Bond, A. D.; Creaven, B. S.; Donlon, D. F.; Gernon, T. L.; McGinley, J.;
Toftlund, H. Eur. J. Inorg. Chem. 2007, 749.
54. Lee, J. Y.; Kim, S. K.; Jung, J. H.; Kim, J. S. J. Org. Chem. 2005, 70, 1463.
55. Nabesshima, T.; Saiki, T.; Iwabuchi, J.; Akine, S. J. Am. Chem. Soc. 2005,
127, 5507.
56. (a) Shinkai, S.; Ikeda, M.; Sugasaki, A.; Takeuchi, M.; Acc. Chem. Res.
2001, 34, 494. (b) Takeuchi, M.; Ikeda, M.; Sugasaki, A.; Shinkai, S. Acc.
Chem. Res. 2001, 34, 865. (c) Kovbasyuk, L.; Kramer, R.; Chem. Rev.
2004, 104, 3161.
57. Stern, O.; Volmer, M. Phys. Z. 1919, 20, 183.
58. Casnati, A.; Ungaro, R.; Asfari, Z.; Vicens, J. In Calixarenes 2001; Asfari,
Z.; Bohmer, V., Harrowfied, J., Eds.; Kluwer Academic Publishers:
Dordrecht, The Netherlands, 2001; pp 365-384.
59. Kramer, R. Angew. Chem., Int. Ed. 1998, 37, 772.
60. (a) Jang, Y. J.; Moon, B.-S.; Park, M. S.; Kang, B.-G.; Kwon, J. Y.; Hong, J.
S. J.; Yoon, Y. J.; Lee, K. D.; Yoon, J. Tetrahedron Lett. 2006, 47, 2702. (b)
Yang, H.; Liu, Z.-Q.; Zhou, Z.-G.; Shi, E.-X.; Li, F.-Y.; Du, Y.-K.; Yi, T.;
Huang, C.-H. Tetrahedron Lett. 2006, 47, 2911. (c) Jun, J. E.; Won, H. N.;
Kim, J. S.; Lee, K.-H.; Yoon, J. Tetrahedron Lett. 2006, 47, 4577. (d) Qi,
X.; Jun, E. J.; Xu, L.; Kim, S.-J.; Hong, J. S. J.; Yoon, Y. J.; Yoon, J. J. Org.
212
Chem. 2006, 71, 2881. (e) Kim. S. H.; Kim, J. S.; Park, S. M.; Chang, S.-K.
Org. Lett. 2006, 8, 371. (f) Xiang, Y.; Tong, A.; Jin, P.; Ju, Y. Org. Lett.
2006, 8, 2863. (g) Zeng, L.; Miller, E. W.; Pralle, A.; Isacoff, E. Y.; Chang,
C. J. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 10. (h) Kamila, S.; Callan, J. F.;
Mulrooney, R. C.; Middleton, M. Tetrahedron Lett. 2007, 48, 7756. (i) Liu,
J.; Lu, Y. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 9838.
61. (a) Kim, J. S.; Quang, D. T. Chem. Rev. 2007, 107, 3780. (b) Liang, Z.; Liu,
Z.; Jiang, L.; Gao, Y. Tetrahedron Lett. 2007, 48, 1629. (c) Xu, Z.; Kim, S.;
Kim, H. N.; Han, S. J.; Lee, C.; Kim, J, S.; Qian, X.; Yoon, J. Tetrahedron
Lett. 2007, 48, 9151.
62. Dujols, V.; Ford, F.; Czarnik, A. W. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 7386.
63. (a) Calvo-Flores, F. G.; Isac-Garcia, J.; Herna´ndez-Mateo, F.;
Pe´rez-Balderas, F.; Calvo-Asin, J. A.; Sanche´z-Vaquero, E.;
Santoyo-Gonza´lez, F. Org. Lett. 2000, 2, 2499. (b) Santoyo-Gonza´lez , F.;
Torres-Pinedo, A.; Sanch´ez-Ortega, A. J. Org. Chem. 2000, 65, 4409.
64. Asfari, Z.; Bilyk, A.; Bond, C.; Harrowfied, J. M.; Koutsantonis, G. A.;
Lengkeek, N.; Mocerino, M.; Skelton, B. W.; Sobolev, A. N.; Strano, S.;
Vicens, J.; White, A. H. Org. Biomol. Chem. 2004, 2, 387.
65. Han, X.; Twamley, B.; Natale, N. R. J. Heterocyclic Chem. 2003, 40, 539.
66. (a) Bouas-Laurent, H.; Castellan, A.; Daney, M.; Desvergne, J.-P.; Guinand,
G.; Marsau, P.; Riffaud, M.-H. J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 315. (b) Fages,
F.; Desvergne, J.-P.; Bouas-Laurent, H.; Marsau, P.; Lehn, J.-M.;
Kotzyba-Hibert, F.; Albrecht-Gary, A.-M.; Al Joubbeh, M. J. Am. Chem.
Soc. 1989, 111, 8672. (c) Fages, F.; Desvergne, J.-P.; Bouas-Laurent, H.;
Lehn, J.-M.; Konopelski, J.-P.; Marsau, P.; Barrans, Y. J. Chem. Soc., Chem.
Commum. 1990, 655. (d) Fages, F.; Desvergne, J.-P.; Kampke, K.;
Bouas-Laurent, H.; Lehn, J.-M.; Meyer, M.; Albrecht-Gary, A.-M. J. Am.
Chem. Soc. 1993, 115, 3658. (e) Marquis, D.; Desvergne, J.-P.;
Bouas-Laurent, H. J. Org. Chem. 1995, 60, 7984.
213
67. Creaven, B. S.; Gernon, T. L.; McCormac, T.; McGinley, J.; Moore, A.-M.;
Toftlund, H. Inorganic Chim. Acta, 2005, 358, 2661.
68. Al-Sayah, M. H.; Branda, N. R. Chem. Commum, 2002, 178.
69. Joy T. Kraunjappu J. Photo&em. Photobiol. A: Chem. 1994, 78, 237.
70. Halouani, H.; Dumazet-Bonnamour, I.; Perrin, M.; Lamartine, R. J. Org.
Chem. 2004, 69, 6521.
71. Hay, A. S.; Blanchard, H. S.; Endres, C. F.; Eustance, J. W. J. Am. Chem.
Soc., 1959, 81, 6335.
72. (a) Baesjou, P. J.; Driessen, W. L.; Challa, G.; Reedijk, J. J. Mol. Catal. A:
Chem. 1996, 110, 195. (b) Baesjou, P. J.; Driessen, W. L.; Challa, G.;
Reedijk, J. J. Mol. Catal. A: Chem. 1999, 140, 241. (c) Talsi, E. P.;
Shaikhutdinova, N. I.; Shubin, A. A.; Chinakov, V. D.; Khlebnikov, B. M.;
Yudkin, B. I.; Nekipelov, V. M.; Zamaraev, K. I. J. Mol. Catal. 1990, 57,
325.
73. Antholine, W. E.; Yuan, H.; Lynne, M. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 5073.
74. (a) Katz, A.; Costa, P. D.; Lam, A. C. P.; Notestein, J. M. Chem. Mater.
2002, 14, 3364. (b) Notestein, J. M.; Andrini, L. R.; Kalchenko, V. I.;
Requejo, F. G.; Katz, A.; Iglesia, E. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1122. (c)
Notestein, J. M.; Iglesia, E.; Katz, A. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 16478.
(d) Nechifor, A. M.; Philipse, A. P.; de Jong, F.; van Duynhoven, J. P. M. ;
Egberink, R. J. M.; Reinhout, D. N. Langmuir 1996, 12, 3844.
75. (a) Dermody, D. L.; Crooks, R. M.; Kim, T. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118,
11912. (b) Schierbaum, K. D.; Weiss, T.; Engbersen, J. F. J.; Reinhout, D.
N. Science, 1994, 265, 1413. (c) Davis, F.; Sterling, C. J. J. Am. Chem. Soc.
1995, 117, 10385.
76. Lummerstorfer, T.; Hoffmann, H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 3963.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
無相關期刊