CN111196875A - 一种2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物、合成方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种2,5‑呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物、合成方法及应用，提出一种结构新颖的2,5‑呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物(简称配合物1)，该配合物1的化学组成通式为{[Sm2(FDC)2](FDC)·16H2O}n，该配合物1的合成方法简单，实施可行性高；该2,5‑呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物可以用作对水溶液中草酸盐浓度检测的反应基质。配合物1的紫外可见光谱数据显示，在202nm位置处的吸光度随着草酸钾浓度的增大明显增强，当草酸钾浓度为240μmol/L时，该配合物1(20μmol/L)在此处的吸光度增强幅度达519.99％。
Description
技术领域
本发明属于金属-有机框架化合物技术领域，具体涉及一种2,5- 呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物、合成方法及应用。
背景技术
草酸盐在许多植物(例如菠菜)中含量很高，并且可以作为营养物质。草酸盐还是膳食钙的强螯合物，草酸盐钙是尿路结石的主要成分，其中草酸盐钙含量超标引起的尿路结石病占尿路结石病总病例的 60～80％。因此，尿液中的草酸盐水平可能与肾损伤疾病有关，草酸盐的检测在食品化学，临床分析和环境基质中非常重要。尿液中的草酸盐含量检测是该领域的研究热点。草酸盐检测的广泛方法包括离子色谱法、荧光检测法、高效液相色谱法和酶促分析法，其中许多检测方法的费用非常昂贵且耗时较长。
金属有机骨架(MOF)，从1950年代末和1960年代初开始，是具有多孔小平面的开放式晶体超分子配位结构。MOF已被广泛接受并应用，尤其是在分析检测中的应用，例如在炸药、离子、有毒物质、生物分子中的检测。在获得用于给定应用的理想材料的考虑因素中，配体和金属离子的选择是关键因素。配体的明显选择是-共轭有机分子，配体更大，配位数更高或柔性配位方式更佳的金属离子的选择。尽管 MOF已显示出令人鼓舞的潜力，但至今尚未报道其在草酸盐中的检测应用。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种2,5- 呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物、合成方法及应用。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物，其中2,5-呋喃二甲酸简称为H2FDC，所述的2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物的化学组成通式为 {[Sm2(FDC)2](FDC)·16H2O}n，其晶体学数据见表1，键长和角度见表 2：
表1化学组成通式为{[Sm2(FDC)2](FDC)·16H2O}n配位聚合物的晶体学参数
表2化学组成通式为{[Sm2(FDC)2](FDC)·16H2O}n配位聚合物的键长
和键角°
为了便于上述的2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物的合成和应用，现提出一种2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物的合成方法，包括如下步骤：
S1：配制原料混合液，将水溶性Sm3+离子盐和2,5-呋喃二甲酸按照一定的摩尔比置于一定量的蒸馏水中，搅拌均匀，并用碱液调节至中性，得原料混合液；
S2：合成2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物，将步骤S1配制的原料混合液经水热法合成2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物。
优选的技术方案有，所述步骤S1中，水溶性Sm3+离子盐为Sm3+离子硝酸盐，Sm3+离子硝酸盐与2,5-呋喃二甲酸的摩尔比为4∶1，所述碱液为0.2mol/L的NaOH溶液或KOH溶液。
优选的技术方案还有，所述步骤S2中，具体操作为将步骤S1配制的原料混合液密封置于不锈钢反应釜中，加热至120℃，静置3天，缓慢冷却至室温，得2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物。
为了便于上述2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物的应用实施，现提出一种2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物的应用，将所述的2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物用作对水溶液中草酸盐浓度检测的反应基质。
本发明的优点和有益效果在于：
本发明提出一种结构新颖的2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物(简称配合物1)，该配合物1合成方法简单，实施可行性高；该配合物1可以用作对水溶液中草酸盐浓度检测的反应基质。2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物的紫外可见光谱数据显示，在202nm位置处的吸光度随着草酸钾浓度的增大明显增强，当草酸钾浓度为240μmol/L时，该配合物1(20μmol/L)在此处的吸光度增强幅度达519.99％。
附图说明
图1是实施例1中2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子配位聚合物单元的配位环境结构示意图，两个Sm3+离子分别与两个2,5-呋喃二甲酸根依次交替配位，第三个2,5-呋喃二甲酸根游离于两个Sm3+离子的外侧；
图2是实施例1中2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子配位聚合物中无限波浪状链式结构示意图，其中Sm3+离子与2,5-呋喃二甲酸根依次交替配位形成无限波浪状链式结构；
图3是实施例1中2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子配位聚合物的堆积图，该配位聚合物为三维框架结构；
图4是实施例2中2,5-呋喃二甲酸、2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子配位聚合物的紫外可见吸收光谱图；
图5是实施例3中2,5-呋喃二甲酸在不同浓度草酸钾溶液中的紫外可见吸收光谱图；
图6是实施例3中2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子配位聚合物在不同浓度草酸钾溶液中的紫外可见吸收光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
合成2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子配位聚合物，包括如下步骤：
S1：配制原料混合液，将Sm(NO3)3·6H2O(134.4mg，0.4mmol)、 2,5-呋喃二甲酸(15.6mg，0.1mmol)置于10mL蒸馏水中，搅拌均匀，并滴加0.2mol/L的NaOH溶液调节至pH≈7，得原料混合液；
S2：合成2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物，将步骤S1配制的原料混合液密封置于铁氟龙衬里的不锈钢反应釜中，加热至120℃，静置3天，缓慢冷却至室温，得2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物，其产率为35％(以2,5-呋喃二甲酸物质量计)、晶体结构参见附图1～3。
C18H38O31Sm2的质谱理论值：C,20.57；H,3.64；质谱测试值：C, 20.26；H,3.82，即质谱测试结果与质谱理论值一致。
红外光谱数据(KBr沉淀，cm–1)为：1547(m)，1492(s)，1354 (w)，1301(m)，1009(m)，955(w)，786(m)，694(s)，625(w)。
实施例2
分别探究2,5-呋喃二甲酸溶液和实施例1制备的2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子配位聚合物溶液对紫外可见光的吸收情况，包括如下步骤：
T1：以蒸馏水为溶剂，配置浓度为20μmol/L的2,5-呋喃二甲酸溶液、20μmol/L的2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子配位聚合物溶液；
T2：利用紫外分析光谱仪(Shimadzu UV-3100)分别测定浓度为 20μmol/L的2,5-呋喃二甲酸溶液、2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子配位聚合物(简称配合物1)溶液对200～300nm波长范围紫外可见光的吸收情况，测试结果参见附图4。
附图4数据表明，2,5-呋喃二甲酸溶液、2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子配位聚合物(简称配合物1)溶液均在265nm位置出现较强的第一吸收峰、均在202nm位置出现较弱的第二吸收峰，且2,5-呋喃二甲酸溶液在265nm位置的摩尔吸光系数为6930L·mol-1·cm-1、2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子配位聚合物溶液在265nm位置的摩尔吸光系数为 21146.5L·mol-1·cm-1，即配合物1溶液相较于2,5-呋喃二甲酸溶液在 265nm位置具有较强的吸光度。
实施例3
分别探究2,5-呋喃二甲酸溶液和实施例1制备的2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子配位聚合物溶液在不同浓度草酸钾溶液中对紫外可见光的吸收情况，包括如下步骤：
W1：以蒸馏水为溶剂，配置浓度为20μmol/L的2,5-呋喃二甲酸溶液、20μmol/L的2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子配位聚合物溶液，并分别配置浓度为200μmol/L和400μmol/L的草酸钾溶液；
W2：取7支试管，分别加入一定量步骤W1配置的2,5-呋喃二甲酸溶液，分别向7支试管中滴加不同物质量的草酸钾溶液，并调节7支试管中的草酸钾浓度依次为0μmol/L(空白对照样)、40μmol/L、 80μmol/L、120μmol/L、160μmol/L、200μmol/L和240μmol/L，并利用紫外分析光谱仪(Shimadzu UV-3100)分别测定7支试管中溶液对 200～300nm波长范围紫外可见光的吸收情况，测试结果参见附图5；
W3：取14支试管，分别加入一定量步骤W1配置的2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子配位聚合物溶液，分别向14支试管中滴加不同物质量的草酸钾溶液，并调节14支试管中的草酸钾浓度依次为0μmol/L (空白对照样)、8μmol/L、16μmol/L、32μmol/L、48μmol/L、64μmol/L、80μmol/L、96μmol/L、112μmol/L、128μmol/L、144μmol/L、160μmol/L、 200μmol/L和240μmol/L，并利用紫外分析光谱仪(Shimadzu UV-3100) 分别测定14支试管中溶液对200～300nm波长范围紫外可见光的吸收情况，测试结果参见附图6。
附图5数据表明，实施例3中加入草酸钾溶液后的各2,5-呋喃二甲酸溶液在265nm位置处的第一吸收峰的峰值相较于空白对照样(未加入草酸钾溶液的2,5-呋喃二甲酸溶液)的第一吸收峰的峰值均下降约50％，且该吸光度峰值基本不随草酸钾浓度的增大而改变；实施例 3中加入草酸钾溶液后的各2,5-呋喃二甲酸溶液在202nm位置处的第二吸收峰强度相较于空白对照样(未加入草酸钾溶液的2,5-呋喃二甲酸溶液)的第二吸收峰的峰值略有增加，但增长幅度不明显；
附图6数据表明，实施例3中加入草酸钾溶液后的各2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子配位聚合物(简称配合物1)溶液在265nm位置处的第一吸收峰的峰值相较于空白对照样(未加入草酸钾溶液的配合物 1溶液)的第一吸收峰的峰值均下降约70％，且该吸光度峰值基本不随草酸钾浓度的增大而改变；实施例3中加入草酸钾溶液后的各2,5- 呋喃二甲酸与Sm3+离子配位聚合物(简称配合物1)溶液在202nm 位置处的第二吸收峰的峰值相较于空白对照样(未加入草酸钾溶液的配合物1溶液)的第二吸收峰的峰值增强幅度范围为76.94％～519.99％，且简称配合物1溶液的第二吸收峰的峰值增长幅度随草酸钾的浓度增大而增强，即配合物1溶液对草酸钾浓度在202nm位置具有显著的峰值变化，因此该配合物1可以用作检测水溶液中草酸盐浓度的反应基质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物，其中2,5-呋喃二甲酸简称为H2FDC，其特征在于，所述的2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物的化学组成通式为{[Sm2(FDC)2](FDC)·16H2O}n，其晶体学数据见表1，键长和角度见表2：
表1化学组成通式为{[Sm2(FDC)2](FDC)·16H2O}n配位聚合物的晶体学参数
表2化学组成通式为{[Sm2(FDC)2](FDC)·16H2O}n配位聚合物的键长
和键角°
2.一种如权利要求1所述的2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：配制原料混合液，将水溶性Sm3+离子盐和2,5-呋喃二甲酸按照一定的摩尔比置于一定量的蒸馏水中，搅拌均匀，并用碱液调节至中性，得原料混合液；
S2：合成2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物，将步骤S1配制的原料混合液经水热法合成2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物。
3.如权利要求2所述的2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物的合成方法，其特征在于，所述步骤S1中，水溶性Sm3+离子盐为Sm3+离子硝酸盐，Sm3+离子硝酸盐与2,5-呋喃二甲酸的摩尔比为4∶1，所述碱液为0.2mol/L的NaOH溶液或KOH溶液。
4.如权利要求2或3所述的2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物的合成方法，其特征在于，所述步骤S2中，具体操作为将步骤S1配制的原料混合液密封置于不锈钢反应釜中，加热至120℃，静置3天，缓慢冷却至室温，得2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物。
5.一种如权利要求1所述的2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物的应用，其特征在于，将所述的2,5-呋喃二甲酸与Sm3+离子的配位聚合物用作对水溶液中草酸盐浓度检测的反应基质。
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