含罗丹明基团两亲性高分子的合成和性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

1.1研究背景

离子在生命过程中扮演很重要的角色,如维持人体新陈代谢不可缺少的元素Fe³ ，Zn² ，Cu² ，Co² 等，当人体摄入过多或缺乏时会导致疾病的产生。又比如在环境中存在的重金属离子Hg² ， Cd² ，Pb² 等会通过食物链积累在人和动物体内，从而引起严重的衰弱疾病。因此对特定离子识别检测材料，在环境、生物、医学、化学科学中都具有非常重要的意义。

生物体内外的离子检测一直是一个活跃的研究领域。荧光检测的方法具有操作简便、速度快、精确度高、成本低等特点,在离子检测上有很好的应用前景。罗丹明类化合物是一种荧光性能良好的发色团，是构建荧光分子探针的理想结构。

罗丹明类化合物作为一种具有良好光稳定性和光物理性质的荧光物质被广泛应用于环境检测领域。1997年，Czarnik 等利用罗丹明螺环内酰胺结构设计了第一个Cu² 的开-关荧光分子探针，他们主要是基于Cu² 能与相邻氨基上的氮原子和羰基上氧原子进行配位进而催化氨基酸酯水解的反应，而将这种类似的结构引入到罗丹明的骨架结构中。该反应能够用于水溶液中铜离子的目视检测，且选择性好，反应速度快，检测限为10 nm。近年来，罗丹明类化合物被广泛地应用于各种污水中的离子检测。

这些罗丹明类的荧光探针通常都采用罗丹明內酰胺类结构的开环、闭环转变来实现。这些罗丹明探针在遇到某些特定的金属离子或者氢离子时，发生具有选择性的配位作用或者氧化还原作用，内酰胺结构被打开成开环状态。当罗丹明分子是闭环状态时，往往为无色且无荧光状态。当开环后，罗丹明分子为深色且强荧光状态。因此，罗丹明内酰胺分子可以实现对特定离子的荧光响应。其中，基于配位作用的罗丹明分子的荧光响应往往是可逆的。当识别离子除去后，罗丹明会恢复原来的闭环状态。而基于氧化还原作用的罗丹明分子遇到识别离子后由于结构不可逆地改变而无法返回原先的闭环状态，所以这类探针的识别是不可逆的。

罗丹明对离子的响应主要以针对Cu² 、Fe³ 、Hg² 居多。下表是近年来几种罗丹明类探针识别Cu² 的实例，这些分子的共同点是内酰胺的N原子上连接了相似的对Cu² 有配位能力的基团，并且邻位引入了供电子基团增强配位能力。

表1 罗丹明类Cu² 选择性探针的结构和对应性能

1.2研究目的

通过对功能材料的基础研究和应用研究，在合成的罗丹明单体上引入具有吸电子结构和双键结构的丙烯酰基团，通过和其他单体共聚合成出具有较好应用价值的高分子特定离子识别材料，并总结引入基团对识别性能的影响规律。

1.3研究意义

作为一种高量子产率的荧光分子,罗丹明常常被选作荧光母体用于金属离子和氢离子荧光探针的设计合成。设计并合成可以选择性识别不同目标体系的荧光分子探针在超分子化学、医学、生物学及环境监测等诸多学科和领域引起了科研工作者的广泛关注。

离子与生命活动息息相关。尤其是过渡金属、重金属离子，超过一定浓度，则表现出神经毒性、致癌性、氧化还原异常等有害作用。汞污染问题已经成为污染防治的重点,汞离子通过各种途径进入人体后,可以对机体造成以神经毒性和肾脏毒性为主的多系统损害。铜元素能够参加人体内的多种反应,然而体内摄取过量的铜则会引起一系列神经性疾病,含铜的废水排入水体后会对水生生物产生很大的毒性。因此，对特定离子的识别检测已经是保卫生命活动健康延续的重要关口。

在生物领域的应用，对特定离子识别材料往往具有较严格的要求，如细胞膜穿透功能、100%水溶性、良好的抗干扰性能，在一些应用场合还需要多功能性的识别材料，比如具有癌细胞的靶向性、可胶囊化、具有缓释性等。

随着近代工业的迅猛发展,重金属污染问题日趋严重。针对近年出现的大规模水体土壤的金属污染，国家颁布了我国首个十二五专项规划《重金属污染综合防治十二五规划》，并提出需要重点加强各类金属离子检测探针的研究工作。尽管已经报道的材料在荧光识别性能上往往具有优异性能，但多数新材料由于存在非水溶性、稳定性差、响应能力不足与功能单一等原因，在实际应用上遇到一定的困难。本课题旨在设计合成一种合适结构的罗丹明内酰胺化合物能对金属离子、氢离子产生较好的荧光相应功能，并具有水溶性和良好的稳定性。根据初步市场调查分析，本项目所预期的新材料具有巨大的市场前景和社会意义。而基础研究所得的规律性经验，对特定离子识别材料的深入发展具有重要意义。

2. 研究内容和预期目标

2.1研究内容

本课题将合成具有合适结构的罗丹明内酰胺化合物能够对氢离子产生较好的荧光响应功能。本论文中设计的结构是将具有吸电子结构与双键结构的丙烯酰基团连接在罗丹明底部苯环上，形成对金属离子不敏感的小分子荧光探针用于检测氢离子。然后通过和其他单体共聚得到高分子荧光探针。所得到的高分子荧光探针可以在水溶液中对ph值产生荧光强弱的响应，通过表征这些响应性能可以得到检测ph值的工作曲线。

2.1.1 设计合成含可聚合双键的罗丹明单体以及测试表征

3. 研究的方法与步骤

首先合成含罗丹明基团的单体，再合成高分子荧光探针。具体的合成路线如图1

图1合成步骤示意图所示：

3.1罗丹明单体的合成

4. 参考文献

[1] xinxiuf, shoufeng z, guiyan z, wenwen z, jingwei x, aimin r, cunqi w, wei y. thesolvent-dependent binding modes of a rhodamine-azacrown based fluorescent probefor al³ and fe³ . dyes and pigments, 2014, 101: 58-66

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5. 计划与进度安排

1月15日3月1日：汇总资料、开题报告、准备实验。

3月1日4月1日：探针的合成、制备和性能表征。

4月1日4月15日：性能测试、完成毕业论文的初稿，接受中期检查。