Syntheses of novel ultraviolet-visible and near-infrared fluorescent probes for their applications of ion sensing and petroleum labeling

Abstract

In this work, four new fluorescence probes were successfully synthesized based on rhodamine B, Aza-BODIPY and indole alkaloid compounds. The compounds offered the absorption and emission in the UV-visible and near-infrared (NIR) regions. Fluorescence probe 1 was designed by functionalization on the surface of polyhedral oligomeric silsesquioxanes (POSS) with several rhodamine B fluorophores via a Schiff base (hydrazone) formation for increasing the sensitivity of Hg2+-detection in aqueous ethanol solution. The sensor offered high selectivity and provided very low detection limit (0.63 ppb). In addition, this sensor was successfully utilized for the selective and sensitive determination of Hg2+ ion in real samples such as mineral water, drinking water and skin lightening cream. Fluorescence probe 2 was synthesized based on Aza-BODIPY containing isothiocyanate groups for cyanide ion sensing via nucleophilic addition reaction in aqueous buffer solution. The probe can quantitatively determine CN- with high specificity and sensitivity, as well as a low detection limit (19 ppb) Moreover, this probe was compatible and capable of sensing cyanide anion in living cells. Fluorescence probe 3 is a series of indole-based chemosensors consist of three isomeric Iheyamines compound with different substituents on benzene ring at position 5 (-H, -OCH3, -Br). The probe showed high sensitivity and selectivity for Fe2+ and Fe3+ detection over other metal ions depended on their substituent on benzene ring and exhibited the potential for the detection of Fe3+ in HeLa cellular system. Fluorescence probe 4 was prepared based on the Aza-BODIPY which was utilized as a taxation petroleum marker. Probe 4 could be used as fluorescent petroleum marker for the quantitative determination of different commercial fuel oils, (diesel and gasohol). Moreover, this marker was stable under storage conditions over a period of at least 3 months and did not alter the physical properties of the three fuel oils according to the American Society for Testing and Materials standard (ASTM).

วิทยานิพนธ์นี้ได้ออกแบบและสังเคราะห์สารเรืองแสงฟลูออเรสเซนต์ชนิดใหม่จำนวน 4 ชนิดบนพื้นฐานของสารประกอบโรดามีนบี (rhodamine B) เอซาโบดิปี (aza-BODIPY) และสารประกอบ อินโดล (indole) ซึ่งแสดงการดูดกลืนและคายแสงในช่วงความคลื่นยูวี-วิสิเบลและช่วงใกล้อินฟราเรด สารเรืองแสงฟลูออเรสเซนต์ 1 ถูกออกแบบโดยการปรับเปลี่ยนหมู่ฟังก์ชันบนพื้นผิวของ polyhedral oligomeric silsesquioxanes (POSS) ด้วยฟลูออโรฟอร์โรดามีนบีจำนวนหลายหมู่ผ่านปฏิกิริยา Schiff base (hydrazone) formation เพื่อเพิ่มความไวในการตรวจวัดไอออนปรอทในสารละลายที่มีน้ำเป็นองค์ประกอบ เซ็นเซอร์ 1 แสดงการตรวจวัดไอออนปรอทได้อย่างว่องไวและจำเพาะเจาะจงสูงด้วยค่าความสามารถในการตรวจวัดต่ำสุดเท่ากับ 0.63 ppb อีกทั้งยังสามารถวิเคราะห์หาไอออนปรอทในตัวอย่างจริง ได้แก่ น้ำแร่ น้ำดื่มและครีมบำรุงผิวกาย ได้ด้วย สารเรืองแสงฟลูออเรสเซนต์ 2 ถูกสังเคราะห์บนพื้นฐานเอซาโบดิปีฟลูออโรฟอร์เชื่อมต่อกับหมู่ไอโซไทโอไซยาเนตสำหรับตรวจวัดไอออนไซยาไนด์ด้วยปฏิกิริยาการเติมของนิวคลีโอไฟล์ในสารละลายบัฟเฟอร์ เซ็นเซอร์นี้แสดงการตรวจวัดไอออนไซยาไนด์ได้อย่างว่องไวและจำเพาะเจาะจงสูงด้วยค่าความสามารถในการตรวจวัดต่ำสุดเท่ากับ 19 ppb อีกทั้งยังสามารถวิเคราะห์หาไอออนไซยาไนด์ในเซลล์สิ่งมีชีวิตได้ สารเรืองแสงฟลูออเรสเซนต์ 3 ประกอบด้วยเซ็นเซอร์ทางเคมีจำพวกสารประกอบ indole จำนวน 3 โมเลกุลที่มีหมู่แทนที่บนวงเบนซีนตำแหน่งที่ 5 ที่แตกต่างกันได้แก่ -H -OCH3 และ -Br โดยเซ็นเซอร์ทั้ง 3 แสดงการตรวจวัดไอออนเหล็กเฟอรัส (Fe2+) และไอออนเหล็กเฟอริก (Fe3+)ได้อย่างจำเพาะเจาะจงสูงและว่องไวด้วยค่าความสามารถในการตรวจวัดต่ำสุดแตกต่างกันซึ่งขึ้นอยู่กับหมู่แทนที่บนวงเบนซีนของโครงสร้าง อีกทั้งยังสามารถวิเคราะห์หาไอออนเหล็กเฟอริก (Fe3+) ในเซลล์สิ่งมีชีวิตได้ สารเรืองแสงฟลูออเรสเซนต์ 4 ถูกเตรียมจากเอซาโบดิปีฟลูออโรฟอร์เพื่อใช้เป็นสารทำเครื่องหมายในน้ำมันเชื้อเพลิง 3 ชนิด ได้แก่ น้ำมันดีเซล, น้ำมันแก๊สโซฮอล์อี 10 ออกเทน 91 และน้ำมันแก๊สโซฮอล์อี 10 ออกเทน 95 โดยสามารถตรวจวัดได้ด้วยการเรืองแสงฟลูออเรสเซนต์ซึ่งสามารถวิเคราะห์หาปริมาณสารทำเครื่องหมายได้ด้วยวิธีการทางสเปกโตรสโกปี นอกจากนี้สารทำเครื่องหมายยังมีความคงตัวในน้ำมันเชื้อเพลิงอย่างน้อย 3 เดือน และไม่ส่งผลกระทบให้คุณสมบัติทางกายภาพของน้ำมันเชื้อเพลิงเปลี่ยนแปลง