ตัวตรวจจับฟลูออไรด์อย่างจำเพาะเจาะจงที่ได้จากอนุพันธ์อิมีน-ฟีนอล

Abstract

ตัวตรวจจับไอออนลบ 2-((E)-((2-hydroxyphenyl)imino)methyl)-4-((E)-phenyldiazenyl)phenol (L) ที่มีหมู่ 2-iminephenol เป็นหนว่ยจับไอออนลบ และมีหมู่ phenylazo เป็นหน่วยให้สัญญาณทางแสง สามารถสังเคราะห์ได้ง่ายเพียง 2 ขั้นตอน และให้ร้อยละของผลผลิตสูง เมื่อทำการศึกษาการเกิดสารประกอบเชิงซ้อนกับไอออนลบชนิดต่างๆ โดยใช้เทคนิค UV-Visible spectrophotometry ในตัวทำละลายอะซิโตไนไตรล์ พบว่าตัวตรวจจับนี้เลือกจับอย่างจำเพาะเจาะจงกับ F->>>CH3COO->H2PO4-  โดยเกิดพีคใหม่ที่ความยาวคลื่น 468.5 นาโนเมตร และสีของสารละลายเปลี่ยนจากสีเหลืองอ่อน เป็นสีเหลืองเข้ม มีอัตราส่วนการเกิดสารประกอบเชิงซ้อนระหว่าง L กับ F- เป็น 1:2 ในขณะที่อัตราส่วนการเกิดสารประกอบเชิงซ้อนระหว่าง L กับ CH3COO-  และ L กับ H2PO4- มีค่าเป็น 1:1 สำหรับค่าคงที่การเกิดสารประกอบเชิงซ้อน (Kass) ที่คำนวณโดยใช้ข้อมูลจากการไทเทรตด้วยเทคนิค UV-visible  spectrophotometry ของ L กับ F-  CH3COO- และ H2PO4- มีค่าเท่ากับ (1.89±0.12) x 108 M-2, (3.50±0.28) x 104 M-1 และ (2.67±0.40) x 104  M-1 ตามลำดับ และจากข้อมลูของการไทเทรต ด้วยเทคนิค 1H NMR  สามารถยืนยันการเกิดพันธะไฮโดรเจนระหว่าง L กับF- ได้ โดยพบว่าเกิดการ deprotonation ของ โปรตอนในหมู่ไฮดรอกซีของฟีนอล นอกจากนี้เมื่อทำการศีกษาอันตรกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่าง L กับไอออนลบโดยใช้การคำนวณ ทางเคมีเชิงคอมพิวเตอร์ด้วยระเบียบวิธีคำนวณ B3LYP/6-31G(d,p) พบว่าพลังงานการจับที่เกิดขึ้นระหวา่ง L กับ F- เป็นแบบ 1:2 ในขณะที่ CH3COO- และ H2PO4- เป็นแบบ 1:1 โดยให้ค่าพลังงานเท่ากับ -144.59, -37.30 และ -31.71 kcal/mol ตามลำดับ ซึ่งจะเห็นได้วา่ผลการคำนวณที่ได้ทางเคมีคอมพิวเตอร์มีความสอดคล้องกับผลการทดลองเป็นอย่างดี   Anion sensor, 2-((E)-((2-hydroxyphenyl)imino)methyl)-2-((E)-phenyldiazenyl)phenol (L) bearing a 2iminephenol group as a binding unit and a phenylazo group as  a signaling unit was synthesized in high yield by two simple steps. Complexations of sensor L with various anions were carried out by UV-visible spectrophotometry in acetonitrile solvent. The results indicated that the sensor L showed high selectivity for fluoride over other anions (F->>> CH3COO->H2PO4-). The pale yellow solution was observed to have turned dark yellow in color with a new band at 468.5 nm. The stoichiometry of complex between L and F- was 1:2 while the stoichiometries of complexes between L and CH3COO- or H2PO4- were 1:1. The association constants of L towards F-, CH3COO- and H2PO4- were calculated to be (1.89±0.12) x 108 M-2, (3.50±0.28) x 104 M-1 and (2.67±0.40) x 104 M-1, respectively using the UV-visible titration data. The presence of hydrogen bonding interaction between L and F- was confirmed by 1H NMR titration results which displayed deprotonation of the OH proton of phenol. Furthermore, the interaction between L and anions were evaluated by computational chemistry using B3LYP/631G(d,p) level of calculation. The results confirmed that the formation between L and anion are 1:2 for F- and 1:1 for CH3COO- and H2PO4-. The binding energies are -144.59, -37.30 and -31.71 kcal/mol for L-F-, L-CH3COO- and L- H2PO4- systems, respectively. The calculation is in a relatively good agreement with the experimental results.