Тиосемикарбазоны на основе хинолина как колориметрические хемосенсоры для ионов фтора и цианида и исследования DFT

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 4927 (2022) Цитировать эту статью

Доступы 1953 г.

12 цитат

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Высокая токсичность и широкая доступность ионов фтора и цианида в различных средах окружающей среды привлекли внимание к разработке хорошо организованных зондов для их обнаружения. Имея это в виду, мы разработали и синтезировали хемосенсоры на основе тиосемикарбазона РБ-1, РБ-2 и РБ-3 для обнаружения ионов фтора и цианида. Выяснение структуры синтезированных хемосенсоров осуществляется с использованием различных аналитических методов, включая ядерный магнитный резонанс и электронную абсорбционную спектроскопию. Потрясающий предел обнаружения, константа связывания и быстрое время отклика (2 с) на ионы F- и CN- расширили возможности применения этих хемосенсоров. Дополнительное подтверждение чувствительной способности этих хемосенсоров получено из расчетов DFT и TDDFT с использованием метода M06/6-311G(d,p) путем выполнения FMO, UV-Vis, QTAIM и определения глобальных параметров реактивности. Общие результаты показывают, что исследованные хемосенсоры являются подходящими кандидатами для обнаружения ионов F-. Эти хемосенсоры были успешно применены для обнаружения ионов F- в образце коммерческой зубной пасты.

В супрамолекулярной химии селективное и чувствительное обнаружение анионов привлекло большое внимание из-за их биомедицинских, экологических и химических применений1,2,3,4,5. Среди многочисленных анионов CN- и F- наносят огромный вред окружающей среде и здоровью человека6. Фторид — это самый маленький и наиболее электроотрицательный ион, который способствует здоровому росту костей и предотвращает образование кариеса, благодаря чему он считается микроэлементом7. Ионы F- обычно присутствуют в зубной пасте, фармацевтических средствах и питьевой воде из-за их важной роли в предотвращении кариеса зубов и лечении остеопороза8. Ионы F- также используются для разделения радиоактивных и нерадиоактивных веществ в атомной промышленности9. Помимо своей биологической активности, ионы F- также используются в качестве потенциальных катализаторов синтеза и идентифицируются как сильное основание Льюиса10. Кроме того, ионы F- находят также различное промышленное применение, главным образом в сталелитейной и алюминиевой промышленности11. Скорость поглощения ионов F- выше, чем скорость выведения12. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) установила предельный уровень содержания ионов F- (1,5 мг/л) для здоровья человека13. Высокое поступление ионов F- вызывает флюороз, который дополняется множеством заболеваний, таких как пятнистость зубов, метаболические нарушения и нейротоксичность14. В молекулярной и клеточной биологии более высокая концентрация NaF также влияет на процессы передачи сигналов в клетках и, таким образом, вызывает апоптоз15. Помимо этого, также ожидалось, что ионы F- с более высокой концентрацией вызывают митохондриальные нарушения и способствуют митохондриальному окислительному стрессу16. Точно так же ионы CN- широко известны как токсичные и чрезвычайно эффективные вещества для здоровья человека. Тем не менее, ионы CN- широко используются в промышленных разработках, таких как производство искусственных пластмасс и резины, фармацевтическое производство, добыча золота и серебра, металлургия и восстановление рентгеновских пленок17,18. В природе различные продукты питания и растения также содержат ионы CN-17. В химической промышленности соль CN- (1,5 млн т/год) также участвует в синтезе нитрилов, нейлона и акрилового полимера19. Даже при низких концентрациях ионы CN- чрезвычайно токсичны20. Ионы CN- быстро всасываются через пищеварительный, дыхательный и кожный пути в виде гипертонического аниона21,22. Повышенная концентрация ионов CN- блокирует цепь переноса электронов и подавляет клеточное дыхание. Максимальная концентрация ионов CN- в питьевой воде составляет 1,9 мкМ по определению ВОЗ18. Поэтому обнаружение этих ионов важно23. Недавно сообщалось о некоторых колориметрических методах селективного и чувствительного обнаружения ионов F- и CN-24,25,26,27,28,29. Колориметрический метод (обнаружение невооруженным глазом) обычно основан на переносе протона N – H от донорной единицы к анионам. К донорам протонов относятся производные мочевины и пиррола30,31,32,33,34.