L với nồng độ ion Hg(II) Theo đó, cường độ huỳnh quang dung dịc h giảm mạnh
KẾT LUẬN CHUNG VỀ NGHIÊN CỨU SENSO RL
1. Sensor L mới dựa trên dẫn xuất của cyanine đã được nghiên cứu hoàn chỉnh từ thiết kế tổng hợp đến ứng dụng bởi sự kết hợp linh hoạt giữa tính toán lượng tử và nghiên cứu thực nghiệm.
2. Tính toán lý thuyết cho thấy, sensor L với cấu trúc cyanine, có thể tổng hợp được từ các chất đầu gồm BZT, DHB và acid bromoacetic. Thực nghiệm đã tổng hợp được sensor L dựa trên kết quả tính toán lý thuyết.
4. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, sensor L là một chất phát huỳnh quang, có thể sử dụng để phát hiện ion Hg(II) dựa trên phản ứng tạo phức, hoạt động theo kiểu bật-tắt huỳnh quang. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng ion Hg(II) theo phương pháp trắc quang là 15,3 μg/và 51,2 μg/L hay 0,076 μM và 0,25 μM; và theo phương pháp huỳnh quang là 11,8 μg/ và 39,3 μg/L hay 0,059 μM và 0,19 μM. Sensor L có thể phát hiện chọn lọc ion Hg(II) trong sự hiện diện của các ion kim loại cạnh tranh Cd(II), Fe(II), Co(III), Cu(II), Zn(II), Pb(II), Ca(II), Na(I) và K(I).
5. Tính toán lý thuyết đã xác định được cấu trúc bền và các đặc tính huỳnh quang của phức Hg2L2, phức tạo bởi sensor L và ion Hg(II). Sự hình thành các tương tác kim loại - phối tử trong phức, đã dẫn đến làm giảm khoảng cách năng lượng giữa HOMO và LUMO, đồng thời làm thay đổi hệ liên hợp electron π, là nguyên nhân dẫn đến sự dập tắt huỳnh quang trong phức Hg2L2.
6. Nghiên cứu lý thuyết đã chỉ ra rằng phức Hg2L2 có thể sử dụng như một sensor huỳnh quang để phát hiện Cys, hoạt động theo cơ chế phản ứng trao đổi phức, kiểu tắt-bật huỳnh quang. Kết luận này đã được khẳng định bởi các nghiên cứu thực nghiệm sau đó. Phức Hg2L2 có thể sử dụng như một sensor huỳnh quang phát hiện chọn lọc Cys trong sự hiện diện các amino acids không chứa nhóm thiol. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng Cys tương ứng là 0,2 μM và 0,66 μM.
3.2. Thiết kế, tổng hợp, đặc trưng và ứng dựng của sensor huỳnh quang AMC từ dẫn xuất coumarin phát hiện các biothiol dựa trên phản ứng cộng Michael
3.2.1. Nghiên cứu thiết kế, tổng hợp sensor AMC và phản ứng giữa sensor AMC với các biothiol
3.2.1.1. Nghiên cứu lý thuyết thiết kế và tổng hợp sensor AMC
Những nghiên cứu trước đây đã cho thấy, các dẫn xuất của 7- hydroxycoumarin là những hợp chất phát huỳnh quang mạnh mẽ, có bước sóng hấp thụ cực đại trong khoảng từ 359 nm đến 413 nm, bước sóng phát xạ cực đại trong khoảng từ 445 nm đến 515 nm. Trong đó, 4-methyl-7-hydroxycoumarin hấp thụ cực đại ở bước sóng 359 nm và phát xạ cực đại ở bước sóng 449 nm [159].
Để thiết kế sensor huỳnh quang AMC (7-acryloyl-4-methylcouramin) từ dẫn xuất của coumarin dùng để phát hiện các biothiol dựa trên phản ứng cộng Michael, hợp chất 4-methyl-7-hydroxycoumarin (A) đã được chọn làm fluorophore, acryloyl chloride (B) được chọn làm receptor, vì các lý do: một là, phản ứng gắn receptor lên fluorophore dễ dàng thực hiện thông qua phản ứng ester hóa giữa nhóm phenol với dẫn xuất acid [2] hình thành AMC với hệ thống liên hợp electron π kiểu: liên kết π - cặp electron không chia - liên kết π; hai là, receptor này có thể gây ra phản ứng cộng với các biothiol, kèm theo đó là những thay đổi trong đặc tính huỳnh quang của AMC, sensor dự kiến tổng hợp sẽ có độ nhạy và độ chọn lọc cao.
Quá trình thiết kế và tổng hợp sensor AMC được trình bày ở Hình 3.29.
O OH + Cl O (B) O Fluorophore + HCl (A) AMC
Hình 3.29. Sơ đồ thiết kế và tổng hợp sensor AMC
Receptor
Để xem xét khả năng xảy ra của phản ứng tổng hợp sensor AMC, hình học bền của các chất được trình bày ở Hình 3.30, năng lượng của các chất tham gia và sản phẩm phản ứng đã được tính toán ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ. Tọa độ
XYZ của các chất được trình bày ở phần Phụ lục 26, 27, 28 và 29. Kết quả tính toán
ΔH298 và ΔG298 của phản ứng được trình bày ở Bảng 3.11.
(a)
(d)
(b)
(c)
(H) (C) (O) (Cl)
Hình 3.30. Hình học bền của các chất tham gia và các sản phẩm của phản ứng tổng hợp sensor AMC ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ: (a) 4-methyl-7-
hydroxycoumarin; (b) acryloyl chloride; (c) Hydrochlorine và (d) AMC
Bảng 3.11. Biến thiên Enthalpy và năng lượng tự do Gibbs của phản ứng tổng hợp sensor AMC ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ (kcal.mol-1)
Thông số ΔH298 ΔG298
Kết quả tính toán ở Bảng 3.11 cho thấy, biến thiên enthalpy (ΔH298) và năng lượng tự do Gibbs (ΔG298) của phản ứng tổng hợp sensor AMC là âm, theo đó phản ứng tổng hợp sensor AMC là thuận lợi về mặt nhiệt động.
Như trình bày ở phần trước, một phản ứng hóa học xảy ra cần phải đáp ứng cả điều kiện về nhiệt động học và điều kiện về động học (để tốc độ phản ứng đủ lớn). Tuy nhiên, mục tiêu của nghiên cứu này là kết hợp linh hoạt giữa tính toán và thực nghiệm, nên chỉ dừng lại ở mức dự đoán khả năng phản ứng và hướng sản phẩm dựa trên các thông số nhiệt động, sau đó tiến hành thực nghiệm dựa trên dự đoán của tính toán. Sự kết hợp linh hoạt này sẽ giảm tải khối lượng công việc tính toán hoặc thực nghiệm, tùy vào trường hợp cụ thể, sẽ tiến nhanh đến mục đích cuối cùng.
3.2.1.2. Nghiên cứu lý thuyết về phản ứng giữa sensor AMC với các biothiol
Theo các kết quả nghiên cứu đã được công bố, phản ứng cộng Michael giữa các biothiol (Cys, Hcy và GSH) với các ester tạo bởi acid acrylic và các ancol (thường là các fluorophore), ban đầu tạo ra các thioester, tiếp theo là hình thành các hợp chất dị vòng của S, N, chứa 7 nguyên tử đối với trường hợp của Cys (phản ứng thường xảy ra rất nhanh), hoặc chứa 9 nguyên tử đối với trường hợp của Hcy (phản ứng thường xảy ra chậm hơn nhiều so với Cys) và giải phóng các ancol là các fluorophores tự do. Trong khi đó, các thioether của GSH thường bền, không xảy ra quá trình tạo các hợp chất vòng sau đó [92].
Để tìm hiểu vấn đề này, các phản ứng giữa sensor AMC với các biothiol (Hình 3.31) được đánh giá về mặt nhiệt động dựa trên biến thiên enthalpy (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
(ΔH298) và năng lượng tự do Gibbs (ΔG298) của các phản ứng.
Hình học bền ở trạng thái cơ bản của các chất liên quan cũng được xác
định ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ và trình bày ở Hình 3.32. Tọa độ XYZ của các chất được trình bày ở Phụ lục 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36 và 37. Kết quả tính toán các thông số nhiệt động ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ được tóm tắt ở Bảng 3.12.
O SH COOHNH2 O