Embed Size (px)
Citation preview
Авторы: Кольцова Агния, Романова Анна
МБОУ « Лицей №2 » г. Чебоксары , класс М-10-2
Научные руководители:
Митрасов Юрий Никитичдоктор химических наук, профессорзаведующий кафедрой химии и биосинтезаГОУ ВПО « ЧГПУ им. Яковлева»Михайлова Тамара Васильевнаучитель химии высшей категорииМБОУ « Лицей №2 г. Чебоксары»
Научный консультант:
Лаврентьев Анатолий Генриховичучитель физики МБОУ « Лицей №2»
[5,2,11,7,02,6]
АКТУАЛЬНОСТЬ:Одна из физических характеристик
веществ -способность к флуоресценции.
Интерес к таким органическим
соединениям обусловлен возможностью
использования их в технике как световых
маркеров, не потребляющих
электроэнергию. Т. е. они могут
использоваться как ловушки фотонов в
составе композитных материалов для
защиты рабочего полимера от
фоторазложения ультрафиолетом. При
этом свойство флуоресценции может
быть использовано при разработке
светотехнических объектов с
длительным послесвечением. Кроме того
соединения могут быть использованы в
качестве флуорохромных меток в
медико-биологических цитологических
исследованиях.
ЦЕЛЬ:
* Синтез и изучение спектральных
характеристик 4-аза-4-арил-1-гидроксиметил-10-
окса-3,5-диоксотрицикло[5,3,11,7,02,6]дец-8-енов
для выявления перспективных флуорофоров с
целью возможного промышленного применения.
ЗАДАЧИ: синтезировать N-ариламиды
малеиновой кислоты;
синтезировать N-арилмалеинимиды;
осуществить реакциифурфурилового спирта с N-арилмалеинимидами;
исследовать способность кфлуоресценции 4-аза-4-арил-1-гидроксиметил-10-окса-3,5-диоксотрицикло[5,2,11,7,02,6] дец-8-енов.
выяснить влияние размера частиц нафлуоресцирующую способностьвеществ
Синтез N-арилмалеинимидов .
В качестве исходных диенофилов были использованы N-фенил-, N-4-метилфенил-, N-4-карбоксифенил-, N-3-этоксикарбонилфенил-, N-2-нитрофенил- и N-4-фенилазофенилмалеинимиды, которые были синтезированы в две стадии на основереакций малеинового ангидрида и замещенных анилинов. На их основе былисинтезированы N-арилмалеинмоноамиды (1а-е), которые при кипячении в средеабсолютного бензола в присутствии каталитических количеств п-толуолсульфокислоты превращаются в Nарилмалеинимиды (2а-е).
N-Арилмалеинимиды (2а-е) легко взаимодействуют с фурфуриловым
спиртом при комнатной температуре и эквимольном соотношении
реагентов. По мере протекания реакции из раствора выпадали
бесцветные (3а-г), желтые (3д) или оранжевые (3е) кристаллы аддуктов
диенового синтеза, которым по результатам анализа ИК-спектров и
данных хромато-массспектрометрии соответствуют структуры 4-аза-4-
арил-1-гидрокси-метил-10-окса-3,5-диоксо-трицикло[5,3,11,7,02,6]дец-8-
енов (3а-е).
Синтез 4-аза-4-арил-1-гидрокси-метил-10-окса-3,5-
диоксо-трицикло[5,3,11,7,02,6]дец-8-енов
*
№
соед.NС=O C–C аром., HC=СН Н–О С–О–С
3аа 1703 3073, 1593, 1500 3435 1176, 1064
3б 1705 3071, 1602, 1538 3492 1176, 1045
3вб 1707 3075, 1602, 1586 1704 1085, 1029
3гб 1706 3080, 1604, 1589 3459 1290, 1074
3дв 1703 3083, 1612, 1606 3529 1188, 1069
3е 1705 3078, 1598, 1538 3487 1172, 1044
Параметры ИК – спектров.
Примечание. а) масс-спектр, М+, (m/z): 271, б), ν (С=О) 1772 (3в), 1775 (3г) см-1,в) νas (N–O) 1562 см-1, νs (N–O) 1332 см-1.
Получение спектров при флуоресценции.
С целью исследования вызванной
флуоресценции кристаллы соединений
были подвергнуты микроскопии на
микроскопе «Люмам-4».
Электрические параметры при всех
флуоресцентных измерениях на всех
замерах определялись следующими
параметрами:
Запирающий светофильтр
ЖС18, возбужд.=410 нм, светофильтр
ы ФС, СЗС.
Спектральные характеристики соединений
(3 а-е)
Фотофлуоресценция исследуемых веществ наблюдалась в желто-
зеленой области спектра. Тестируемые соединения имеют, как
минимум, три группы синглетных атомов, являющихся источником
вызванной флуоресценции, т. е. флуоресценция cоединений (3а-г)
может быть обусловлена тем, что в их молекулах имеются полярные
связи С—О.
Фотофлуоресценция исследуемых веществ наблюдалась в
желто-зеленой области спектра.Наиболее интенсивная бело-
желтая флуоресценция наблюдалась при исследовании
замещенной п-аминобензойной кислоты (3в). Для веществ (3а-г)
наблюдаются три пика флуоресценции при 507, 534 и 569 нм. Из
этого следует, что тестируемые соединения имеют, как
минимум, три группы синглетных атомов, являющихся источником
вызванной флуоресценции. Одной из них, очевидно, является
простая эфирная группа. Вызванная флуоресценция cоединений
(3а-г) может быть обусловлена тем, что в их молекулах имеются
полярные связи С—О, атомы азота и кислорода с не поделѐнными
парами электронов, которые могут являться ловушками фотонов.
Но, поскольку кристаллическая структура сухого вещества
удерживает его от немедленного разрушения при поглощении
фотона, поглощенный фотон излучается.
Как следует из анализа представленных на графике
данных, максимальный квантовый выход наблюдается у вещества
(3в). Величина квантового выхода достаточна для того, чтобы
продолжить изучение параметров взаимодействия этого вещества с
известными композитными основами.
Анализ графика.
№
соед.
Выход
, %Т. пл.,оС Найдено, %: N Формула
Вычислено, %:
N
3а 57 149-150 2.99 C15H13NO4 3.17
3б 55 107 4.87 C16H15NO4 4.91
3в 73 125-127 3.85 C19H19NO6 3.92
3г 72 136-138 3.98 C18H17NO6 4.07
3д 66 148-149 9.05 С17Н12N2O5 9.21
3е 65 119-121 11.05 C21H17N3O4 11.20
Выходы, константы и данные элементного анализа
соединений .
Выходы, константы и данные элементного анализа4-аза-4-арил-1-
гидроксиметил-10-окса-3,5-диоксотрицикло[5,3,11,7,02,6]дец-8-енов
Для кристаллов соединений с
максимальным( 3в) и минимальным ( 3г)
квантовым выходом были получены сканы
изображений на сканирующем зондовом
микроскопе(СЗМ) «NanoEducator» методом
АСМ в полуконтактном режиме в
лаборатории нашего лицея.
Параметры сканирования : 20Х20 мкм и
10Х10 мкм.
Атомно-силовая микроскопия.
Разные квантовые выходы для исследуемых
веществ(3-в;3-г) наряду с химическим строением
можно объяснить различием в рельефе поверхностей
веществ. Было установлено , что вещество , имеющее
максимальный квантовый выход , имеет размеры
кристаллов порядка 4 мкм, а вещество , обладающие
минимальным квантовым выходом, 2 мкм. Т.е. можно
предположить, что размеры кристаллов оказывают
роль на интенсивность флуоресценции исследуемых
веществ.
а б
Анализ результатов
ВЫВОД.
Таким образом, в ходе исследовательской работы :
Осуществлено 18 синтезов ( не считая повторов) :
•были синтезированы N-ариламиды малеиновой кислоты;N-арилмалеинимиды;
•осуществлены реакции фурфурилового спирта с N-арилмалеинимидами.
•с целью выявления способности к флуоресценции, были изучены
спектральные характеристики 4-аза-4-арил-1-гидроксиметил-10-окса-3,5-
диоксотрицикло-[5,2,11,7,02,6]дец-8-енов и доказано, что для данных веществ
наблюдается фотофлуоресценция в желто-зеленой области спектра.
Данные вещества являются перспективными
соединениями для разработки на их основе
светотехнических устройств. Полученные
результаты позволяют провести дальнейшие
целенаправленные поиски перспективных
флуорофоров с целью создания веществ как с
большим квантовым выходом, так и имеющих
максимумы флуоресценции в других областях
спектра.
