Люминесцентная акваметрия с использованием производных изоиндола
Линник Р.П.,1 Кисель А.И.2,Левков И.В.3
1Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко,
Киев, Украина.
Молодой учёный.
2Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, Украина. Молодой учёный.
3Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, Украина. Аспирант 3г.
Научный руководитель: Запорожец О.А., Войтенко З.В.
Вода способна оказывать существенное влияние на протекание многих химических и технологических процессов. Ее содержание в органических растворителях зачастую является одним из определяющих показателей их качества и стоимости. Для определения концентрации воды используют различные физические, химические, а также физико-химические методы анализа [1]. Каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками, которые необходимо учитывать при их выборе в каждом конкретном случае. Высокой чувствительностью в сочетании с экспрессностью и простотой анализа характеризуется метод флуоресцентной спектроскопии. Его использование для определения воды в органических растворителях основано на эффекте влияния химических и физических свойств растворителей на спектры эмиссии органических флуорофоров [2], большинство которых представляют собой поликонденсированные гетероциклические соединения с системой сопряженных связей. Флуоресцентные свойства присущи и соединениям изоиндольного ряда, синтез и исследование свойств которых в настоящее время широко развивается. Сочетание таких свойств системы изоиндола, как ароматичность и способность вступать в реакцию Дильса-Альдера [3], предоставляет широкие возможности для получения на ее основе новых люминесцентных реагентов. Исследование спектральных характеристик производных 3-арилпропилиден-1Н-изоиндол-3-амина и 4-аминобензо[f]изоиндол-1,3-диона [4] (рис. 1) позволило установить перспективность их использования в качестве флуоресцентных индикаторов для определения микроколичеств воды в ацетонитриле.
R: NO2 (1), Br (2); R1: CH3 (3), C6H5 (4), 4-CH3C6H4 (5)
Рисунок 1. Структура исследованных производных 3-арилпропилиден-1Н-изоиндол-3-амина (1, 2) и 4-аминобензо[f]изоиндол-1,3-диона (3–5).
Среди исследованных соединений – 1-[3-хлоро-3-(4-нитрофенил)-2-пропенилиден]-1H-изоиндол-3-амин (1), 1-[3-(4-бромофенил)-3-хлоро-2-пропенилиден]-1H-изоиндол-3-амин (2), а также 4-амино-9-(1-метил-2,5-диоксопиролидин-3-ил)-1-метил-бензо[f]изоиндол-1,3-дион (3), 4-амино-9-(2,5-диоксо-1-фенилпиролидин-3-ил)-1-фенилбензо[f]изоиндол-1,3-дион (4), и 4-амино-9-(2,5-диоксо-1-(4-метилфенил)-пиролидин-3-ил)-1-(4-метилфенил)бензо[f]изоиндол-1,3-дион (5).
В присутствии воды наблюдается гашение люминесценции растворов 1 и 2 в ацетонитриле. Более чувствительным к следам H2O оказался аминоизоиндол с нитрофенильным заместителем. Интенсивность свечения его ацетонитрильного раствора уменьшается в 2 раза уже при концентрации воды 0,3% (v/v), а при ее содержании 2,9% (v/v) степень гашения флуоресценции достигает 80%. При использовании данного соединения в качестве люминесцентного индикатора предел обнаружения воды составляет 0,04% (v/v). В случае соединения 2 влияние воды на интенсивность свечения выражено в меньшей степени. В интервале концентрации H2O 0,5–5,0% (v/v) она снижается лишь на 16%.
Производные 4-аминобензо[f]изоиндола, в частности соединения 4 и 5, также чувствительны к присутствию следовых количеств воды в ацетонитриле. В отличие от соединений 1 и 2, увеличение содержания H2O в ацетонитриле приводит к возрастанию интенсивности люминесценции и сдвигу максимума в спектре эмиссии в длинноволновую область (Стоксов сдвиг). Полученные результаты легли в основу методик определения воды в ацетонитриле при ее содержании 0,2–20% (v/v). Лучшая чувствительность определения достигается в случае флуоресцентного индикатора 5. В качестве аналитического сигнала возможно использование как интенсивности люминесценции, так и величины Стоксового сдвига. При определении воды по первому способу предел обнаружения составляет 0,2% (v/v), по второму – 2,5% (v/v). Относительная ошибка определения 1% (v/v) H2O не превышает соответственно 0,20 и 0,30. Обе методики не требуют длительной пробоподготовки и выполняются с минимальным количеством операций. Второй способ может быть предложен для экспрессной оценки влажности растворителя.
Литература:
[1] Ничуговский Г.Ф. Определение влажности химических веществ. – Л.: Химия, 1977, 200 с.
[2] Lakowicz J.R. Principles of Fluorescence Spectroscopy, Third Edition. – Springer, 2006, 954 p.
[3] Ковтуненко В.А., Войтенко З.В. Успехи химии 63, 1064–1086 (1994)
[4] Levkov I.V., Voitenko Z.V., Zaporozhets O.A., Linnik R.P., Shishkina S.V., Shishkin O.V. J. Chem. Res. 35, 209–213 (2011)