Il rilevamento accurato e sensibile delle ammine è fondamentale nella sicurezza industriale, nel monitoraggio ambientale e nella diagnosi clinica. La ricerca e lo sviluppo continui di materiali di rilevamento offrono la promessa di migliorare la sensibilità e la selettività del rilevamento delle ammine. I materiali ottici/fluorescenti per il rilevamento delle ammine sono particolarmente promettenti grazie alla loro facile manipolazione, lettura a occhio nudo e portabilità.
Tuttavia, le sonde fluorescenti riportate hanno sofferto di sensibilità moderata a causa di limitazioni intrinseche nel loro meccanismo di rilevamento stechiometrico "uno a uno". Tipicamente, una molecola di ammina interagisce con una sola (o, al massimo, diverse) molecole fluorescenti, causando un impatto trascurabile sull’emissione complessiva del sistema. Per ottenere una variazione del segnale rilevabile è necessario un numero significativo di molecole di ammina, dando origine a basse sensibilità.
In uno studio pubblicato sul Journal of American Chemical Society , il gruppo di ricerca guidato dal Prof. Huang Weiguo del Fujian Institute of Research on the Structure of Matter dell'Accademia cinese delle scienze ha sviluppato una catena domino costituita da una molecola fluorescente (ad esempio, PTF1) e fino a 40 catene polimeriche non emissive ( pPFPA) comprendente più di 1.000 unità ripetitive (PFPA).
I ricercatori hanno scoperto che il fluoroforo PTF1 agisce come innesco domino, interagendo con le unità ripetitive polimeriche circostanti (PFPA, i seguenti blocchi domino) attraverso interazioni polari-π, portando a un segnale fluorescente giallo amplificato a 570 nm. Dopo l'esposizione alle ammine, la catena domino basata su PTF1-pPFPA viene rapidamente smantellata, ripristinando le emissioni blu a 455 nm assegnate al PTF1 intrinseco, creando così un metodo ultrasensibile per il rilevamento delle ammine.
Il motivo pentafluorofenilico è noto per le sue proprietà di attrazione di elettroni. Al contrario, le ammine sono forti composti donatori di elettroni e basi forti. Dopo la miscelazione, gli elettroni della coppia solitaria sull'atomo "N" della trietilammina (TEA) potrebbero facilmente comunicare con i gruppi pendenti elettron-carenti su pPFPA, portando a un effetto induttivo che altera la distribuzione della nuvola di elettroni tra le unità PFPA e interrompe l'originale attraverso -coniugazione spaziale (TSC) lungo la catena pPFPA.
Il calcolo della teoria del funzionale della densità (DFT) ha rivelato che l'energia di legame (ΔG) del pPFPA con TEA è -15,5 kcal mol -1 , implicando una forte affinità e interazione tra TEA e pPFPA. Le ammine tagliano il TSC lungo il domino se si incastonano tra le unità ripetitive del PFPA o inibiscono il trasferimento di carica tra PTF1 e pPFPA se sono in diretta prossimità dei fluorofori PTF1. In entrambe le condizioni, la catena domino supramolecolare PTF1-pPFPA stabilita verrà interrotta e i segnali fluorescenti gialli amplificati originali verranno sostanzialmente soppressi.
Questo studio presenta un meccanismo di rilevamento dell'"effetto domino", che fornisce un approccio generale per il rilevamento chimico.
Ulteriori informazioni: Jiamao Chen et al, Rilevazione ottica in situ di ammine a livello di parti per quadrilione mediante la separazione del domino supramolecolare coniugato nello spazio, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.3c11480
Informazioni sul giornale: Giornale dell'American Chemical Society
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
