一种具有光和磁双响应的咪唑离子盐及其制备方法和对水溶液中三价铁离子的检测技术

本发明专利技术公开一种具有光和磁双响应的咪唑离子盐及其制备方法和对水溶液中三价铁离子的检测，通过亚胺和溴代烷的亲核取代反应、Suziki偶联反应、Williamsom成醚反应、季铵化反应合成目标化合物，磁场范围‑10000Oe～+10000Oe，温度为100K，200K，300K和380K时均表现为超顺磁性；利用紫外‑可见吸收光谱可以进行金属铁离子检测。本发明专利技术的化合物兼具光和磁双响应的特性，是一种多功能化合物，利用紫外吸收光谱和荧光发射光谱均可进行金属离子检测，在磁成像、工厂废液中金属离子检测等方面具有较好的应用前景和价值。

An imidazole ion salt with double response of light and magnetism, its preparation method and detection of ferric ion in aqueous solution

【技术实现步骤摘要】
一种具有光和磁双响应的咪唑离子盐及其制备方法和对水溶液中三价铁离子的检测
本专利技术属于化合物领域，更加具体地说，涉及一种具有光和磁双响应咪唑离子盐及其合成方法以及对水溶液中Fe3+检测的应用，具体涉及具有光和磁双响应咪唑离子盐的设计与制备技术和在水溶液中对Fe3+的检测。
技术介绍
咪唑类化合物由于杂环上的氮具有孤对电子，易与卤代烃发生亲电加成反应，即季铵化反应，因而咪唑类化合物通常被用作合成离子盐(离子液体)。通过对阴离子的调节引入过渡金属元素可以得到磁性离子盐，磁性离子盐在分离、萃取、催化和CO2吸收等领域具有重要应用。然而报道的磁性离子盐在室温下多为顺磁性，磁性较弱(E.Santos,J.AlboandA.Irabien,RSCAdvances,2014,4,40008-40018)，限制了其应用。此外磁性离子盐一般只有磁性，功能单一，因此设计强磁性并且带有其他功能(光、热、电、pH响应等)的磁性离子盐对于其应用领域的拓宽具有重要意义。铁元素是地壳中含量第二多的金属元素，同时在生物体中也参与诸多生理活动：比如人体的造血过程，同时还是人体必需的微量元素，铁元素无论缺乏还是过量对人体都会产生不良影响(W.Lin,L.Long,L.Yuan,etal.,Anal.Chim.Acta.,2009,634(2),262-266)；此外含铁元素的物质在工业中经常被使用，由此带来的金属离子污染对环境和生物都有潜在的危害。因此Fe3+的检测是一个非常重要的研究内容，尤其是在诸多金属离子中，能够专一鉴别Fe3+显得格外重要。对于Fe3+检测的方法有很多，比如原子吸收法、伏安法等，这些方法较为繁琐。研究发现紫外可见吸收光谱法和荧光发射光谱法也可用于Fe3+的检测，并且具有快速、有效、灵敏度高等诸多优点，因此受到研究人员的广泛关注，近些年来含有共轭结构的小分子或者聚合物等(T.Sun,Q.Niu,Y.Li,etal.,Sen.ActuatorsB,2017,248,24-34)被用于Fe3+的检测。但是无论是小分子还是聚合物，设计的离子探针往往只有单功能性，在诸多类型的离子探针中无法很好地显示其优势，从而限制了其应用范围。因此如果能设计一种化合物既能实现对Fe3+离子的检测同时还具有其他功能，那么其应用范围和应用潜力无疑是巨大的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有光和磁双响应的咪唑离子盐及其制备方法和对水溶液中三价铁离子的检测。本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现。一种具有光和磁双响应的咪唑离子盐，具有如下化学式所示的结构。上述咪唑离子盐的制备方法，按照下述步骤进行：步骤1，将5-降冰片烯-2,3-二甲酰亚胺、K2CO3和1,4-二溴丁烷均匀分散在N,N-二甲基甲酰胺中，在60—70摄氏度进行回流反应；在步骤1中，在60—70摄氏度进行回流反应20—50小时，优选30—50小时。在步骤1中，5-降冰片烯-2,3-二甲酰亚胺、K2CO3和1,4-二溴丁烷的摩尔比为(1—1.2)：2：(2.6—3)。步骤2，将1,6-二溴芘、4-羟基苯硼酸和NaHCO3分散在四氢呋喃和蒸馏水的混合溶液中，在绝氧条件下加入四(三苯基膦)钯催化剂并在绝氧条件下，在60—70摄氏度进行回流反应；在步骤2中，在60—70摄氏度进行回流反应20—30小时，优选24—28小时。在步骤2中，对反应体系进行冻融循环操作以排出氧，并通入惰性保护气体，如氮气、氦气或者氩气，以排出氧的影响。在步骤2中，1,6-二溴芘、4-羟基苯硼酸和NaHCO3的摩尔比为(1—1.2)：(2—2.5)：5，四(三苯基膦)钯用量为1,6-二溴芘质量的八分之一到十分之一。步骤3，将步骤1的产物、步骤2的产物、K2CO3、KI和四丁基溴化铵均匀分散在丙酮中，在60—70摄氏度进行回流反应；在步骤3中，在60—70摄氏度进行回流反应20—50小时，优选30—50小时。在步骤3中，步骤1的产物、步骤2的产物和K2CO3的摩尔比为(1—1.2)：2：4，KI用量为步骤1的产物质量的八分之一到十分之一，四丁基溴化铵用量为步骤1的产物质量的八分之一到十分之一。步骤4，将步骤3的产物、1,4-二溴丁烷、K2CO3、KI和四丁基溴化铵均匀分散在丙酮中，在60—70摄氏度进行回流反应；在步骤4中，在60—70摄氏度进行回流反应20—50小时，优选30—50小时。在步骤4中，步骤3的产物、1,4-二溴丁烷和K2CO3的摩尔比为(1—1.2)：5：4，KI用量为步骤3的产物质量的八分之一到十分之一，四丁基溴化铵用量为步骤3的产物质量的八分之一到十分之一。步骤5，将步骤4的产物、N-甲基咪唑和KI均匀分散在四氢呋喃中，在60—70摄氏度进行回流反应，再使用氯离子交换树脂进行离子交换，以过量氯离子交换树脂以将碘、溴全部交换为氯；在步骤5中，在60—70摄氏度进行回流反应20—50小时，优选30—50小时。在步骤5中，步骤4的产物和N-甲基咪唑的摩尔比为(1—1.2)：5，KI用量为步骤4的产物质量的八分之一到十分之一。步骤6，将步骤5的产物和三价铁离子在甲醇中溶解分散，在50—60摄氏度下进行回流反应；在步骤6中，在60—70摄氏度进行回流反应20—30小时，优选24—28小时。在步骤6中，步骤5的产物和三价铁离子为等摩尔比。在步骤6中，选择FeCl3·6H2O、硝酸铁或者硫酸铁提供三价铁离子。在本专利技术中，选择K2CO3、KI作为催化剂，选择四丁基溴化铵TBAB作为相转移催化剂，共同催化反应进行。本专利技术的技术方案通过亚胺和溴代烷的亲核取代反应、Suziki偶联反应合成出两部分中间产物，再通过Williamsom成醚反应、季铵化反应合成阴离子为Br-的离子盐，最后通过离子交换反应和与FeCl3络合得到最终产物。通过核磁共振氢谱、质谱以及拉曼光谱，验证了目标化合物结构的正确性；通过不同温度下的磁性表征，由M-H曲线可知合成的化合物在磁场范围-10000Oe～+10000Oe，温度为100，200，300和380K时均表现为超顺磁性。通过紫外可见吸收光谱发现，该化合物可以进行金属离子检测，研究表明：在相同条件下的该化合物甲醇与水的混合溶液(体积比，9:1)中分别加入相同量的常见的金属离子Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Al3+、Ag+、Co2+、Ni2+、Mn2+、Cd2+、Sn2+、Fe3+、Ba2+、Cu2+、Cr3+、Pb2+，只有在加入Fe3+后溶液的吸光度明显增加，此外磁性基元的引入提高了检测的灵敏度。此外该化合物还具有荧光发光特性，也可以利用荧光发射光谱进行金属离子检测，对上述加入金属离子后的溶液进行测试发现：只有在加入Fe3+后溶液荧光发生了淬灭，溶液由无色变为浅黄色，用肉眼即可观察出明显变化。本专利技术提供的一种具有离子检测能力的磁性离子盐，是一种多功能化合物，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有光和磁双响应的咪唑离子盐，其特征在于，具有如下化学式所示的结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有光和磁双响应的咪唑离子盐，其特征在于，具有如下化学式所示的结构。





2.一种具有光和磁双响应的咪唑离子盐的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：
步骤1，将5-降冰片烯-2,3-二甲酰亚胺、K2CO3和1,4-二溴丁烷均匀分散在N,N-二甲基甲酰胺中，在60—70摄氏度进行回流反应；
步骤2，将1,6-二溴芘、4-羟基苯硼酸和NaHCO3分散在四氢呋喃和蒸馏水的混合溶液中，在绝氧条件下加入四(三苯基膦)钯催化剂并在绝氧条件下，在60—70摄氏度进行回流反应；
步骤3，将步骤1的产物、步骤2的产物、K2CO3、KI和四丁基溴化铵均匀分散在丙酮中，在60—70摄氏度进行回流反应；
步骤4，将步骤3的产物、1,4-二溴丁烷、K2CO3、KI和四丁基溴化铵均匀分散在丙酮中，在60—70摄氏度进行回流反应；
步骤5，将步骤4的产物、N-甲基咪唑和KI均匀分散在四氢呋喃中，在60—70摄氏度进行回流反应，再使用氯离子交换树脂进行离子交换，以将碘、溴全部交换为氯；
步骤6，将步骤5的产物和三价铁离子在甲醇中溶解分散，在50—60摄氏度下进行回流反应。


3.根据权利要求2所述的一种具有光和磁双响应的咪唑离子盐的制备方法，其特征在于，在步骤1中，在60—70摄氏度进行回流反应20—50小时，优选30—50小时；5-降冰片烯-2,3-二甲酰亚胺、K2CO3和1,4-二溴丁烷的摩尔比为(1—1.2)：2：(2.6—3)。


4.根据权利要求2所述的一种具有光和磁双响应的咪唑离子盐的制备方法，其特征在于，在步骤2中，在60—70摄氏度进行回流反应20—30小时，优选24—28小时；1,6-二溴芘、4-羟基苯硼酸和NaHCO3的摩尔比为(1—1.2)：(2—2.5)：5，四(三苯基膦)钯用量为1,6-二溴芘质量的八分之一到十分之一。


5.根据权利要求2所述的一种具有光和磁双响应的咪唑离子盐的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：任丽霞，夏正奕，袁晓燕，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12