含香豆素的衍生物阴离子识别受体的设计合成及性能研究(2)
超分子化学中的两个基本概念是主体（受体）和客体[6]（底物），我们通常认为一个分子（主体）键合了一个分子（客体）就生成了一个“主-客体”化合物或超分子。通常主体是一个大分子或聚集体,如酶或合成的(空间上具有一个大体积中心或空穴)环状化合物；客体是一个阳离子，简单的无机阴离子，也可以是更复杂的分子(如激素、信息素或神经传递单元等)。更规范的说主体就是具有汇聚的键合位点(如：Lewis碱性的给体原子或氢键给体等)的分子实体；客体则是具有发散的键合位点（如氢键受体卤素阴离子）。
超分子化学研究包括分子识别、分子自主装、分子自组织和超分子器件等，分子识别是超分子化学的一个核心研究内容之一。
1.1.2 阴离子特征
与阳离子或者中性分子相比较，非共价阴离子配位化学的发展速度相对较为缓慢，这主要是因为阴离子固有的特征所决定的[7]。
阴离子相对半径较大，所以要求受体比阳离子受体的空腔半径要大。例如F–是较小的阴离子之一,其半径为1.33Å,与K+的半径1.38Å相当。
甚至简单的阴离子存在多种形状的几何构型，例如球形(如F–、Cl–、Br–和I–)、直线型(SCN–、CN–)、平面三角型(CO32–、NO32–、RCO3–)及四面体型(如PO43–、SO42–、ClO4¯)等,以及更复杂的阴离子如生物体中重要的低聚磷酸根阴离子。
与半径相似的阳离子相比较,阴离子具有更高的溶剂化自由能,例如F–的水合自由能为-465kJ/moL,而K+离子水和自由能为-295kJ/moL。极性质子溶剂中阴离子的溶剂化能较大,质子性溶剂的溶剂化作用极强地屏蔽了阴离子自身的其他反应,例如羟基溶剂能以强的氢键与受体、阴离子底物相互作用,受体分子必须与溶剂分子进行有效地竞争结合,方可达到有效地识别阴离子的目的。许多阴离子只能在一段相对较窄的pH范围内存在(因为阴离子在低的pH值条件下易于质子化,从而不再以负电荷形式存在),这就会出现一些问题,如对一些阴离子受体,特别是多胺盐的受体,在适当的pH范围内不能完全质子化。阴离子通常是配位饱和的,因此只能通过弱相互作用力(氢键、范德华力等)来结合。
因此，阴离子客体的选择性结合要比金属阳离子的结合存在更大更多的挑战。
1.1.3 阴离子识别的意义
阴离子作为与阳离子相对应的离子，它在自然界和生物体内无所不在。生物体内，酶和底物、酶和辅酶以及蛋白质、RNA或DNA与ATP、磷酸肌酸等生物大分子间的相互作用涉及大量的阴离子聚集、识别过程，这些作用过程对物质合成、能量转化等生物过程起着十分重要的作用。但是一些离子的大量存在又会对环境造成污染，对生命体造成危害，因此对阴离子识别和检测的研究就显得尤为重要。由于阴离子在医学领域，催化领域，环境科学领域，生命科学领域以及化学过程中都有着举足轻重的作用，因此设计和合成能够选择性识别阴离子并能显示其识别过程的人工受体，引起了人们的广泛关注。对生物学上和环境中重要阴离子具有选择性识别的人工受体在工业生产、疾病诊断和治疗医学、环境治理监测等方面有着广泛的应用前景。
1.2 化学传感器及荧光探针的简介
在众多的阴离子检测方法中,阴离子荧光传感器是应用最普遍的方法之一。
超分子化学自1987年后迅速发展，至今已发展的比较成熟，其中荧光传感器己成为超分子化学领域的重要研究方向之一，并且由于其简单、快速、高选择性和灵敏性等特性得到了很多化学家的青睐。荧光传感器可定义为能通过与特定分子作用引起荧光信号变化从而达到识别特定分子的目的的一类分子，也叫做荧光探针分子。它们的结构一般包括两部分:一是能表达信号的荧光基团(fluorophore),二是有识别能力的客体分子接受体即识别基团(receptor),这两部分一般通过连接基团(spacer)连成一体,形成所谓的“荧光基团-连接基团-识别基团[8]”模式。当客体分子与识别基团作用时,荧光基团的荧光特性如荧光强度、发射波长和荧光寿命等会产生变化,进而识别客体分子，从而实现对阴离子的检测。