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Oct 20, 2023

Séparation des ions mercuriques à l'aide de 2

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 11287 (2023) Citer cet article 318 Accès aux détails des métriques Le complexe hôte-invité 2-thiénylbenzimidazole (TBI)/cucurbit[7]uril (CB7) a été utilisé comme motif pour

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 11287 (2023) Citer cet article

318 accès

Détails des métriques

Le complexe hôte-invité 2-thiénylbenzimidazole (TBI)/cucurbit[7]uril (CB7) a été utilisé comme motif pour améliorer considérablement le renouvellement des nanoparticules magnétiques γ-Fe3O4 en vue d'une application potentielle dans la séparation des ions mercure toxiques dans des échantillons d'eau polluée. Le mécanisme de restauration des matériaux solides d'origine est basé sur l'application de la liaison préférentielle à pH contrôlé de l'hôte CB7 à l'invité TBI. L'application analytique de ce concept n'a pas été réalisée dans la littérature. Les capacités de réponse aux stimuli contrôlées par le pH ont été confirmées en solution aqueuse par la constante de stabilité supérieure de trois ordres de grandeur du complexe protoné TBIH+/CB7 (par exemple, K = 4,8 × 108 M−1) par rapport au complexe neutre TBI/CB7. (par exemple, K = 2,4 × 105 M−1), se manifeste également par une augmentation des valeurs de pKa d'environ 3,3 unités dans l'état fondamental. L'interaction supramoléculaire et l'adsorption sur les nanoparticules d'oxyde de fer (NP) ont également été confirmées par spectroscopie à l'état solide. Les valeurs de durée de vie à l'état excité des TBI/CB7NP ont augmenté lors de l'abaissement des valeurs de pH (par exemple, de 0,6 à 1,3 ns) avec un décalage vers le bleu concomitant d'environ 25 nm en raison des effets de polarité. Les comportements photoluminescents résolus dans le temps des solides finaux en présence de CB7 garantissent des systèmes réutilisables pilotés par le pH pour capturer les ions mercuriques toxiques. L'étude propose une approche unique pour la séparation contrôlable des ions mercure à l'aide d'un aimant externe et en réponse au pH grâce à une liaison préférentielle de l'hôte aux molécules invitées situées au sommet des surfaces magnétiques.

Récemment, le développement le plus important de matériaux nanostructurés dotés de fonctions sensibles aux stimuli et commutables a été réalisé en utilisant la chimie supramoléculaire hôte-invité . Pour contourner les risques synthétiques, les chercheurs se concentrent sur les interactions non covalentes par rapport aux liaisons covalentes organiques traditionnelles4,5,6,7,8,9,10. L'interaction non covalente (par exemple, les interactions dipôle-dipôle, les interactions de van der Waals et les liaisons hydrogène) a joué un rôle de premier plan dans l'approche supramoléculaire hôte-invité où les petites molécules organiques (invitées) retenues à l'intérieur de la nanocavité contenant le macrocycle hôte4,5 ,6,7,8,9,10. Inspirés par la spécificité des interactions non covalentes, nous avons recherché le développement de matériaux avancés basés sur l'hôte-invité pour la surveillance de la qualité de l'eau11,12,13.

L'application des cucurbiturilles (CBn, n = 6, 7, 8, 10 ; Fig. 1) pour interagir avec de petites molécules fluorescentes a été réalisée dans la littérature où les cucurbiturilles modulent les pKas (états de protonation) d'invités intégrés tels que les benzimidazoles . Par conséquent, il a été démontré que les changements de pKa induits par le CBn établissent un contrôle piloté par le pH sur la séquestration et la libération des molécules invitées. La rétention et la libération des invités en réponse aux stimuli du pH ont également été utilisées pour construire des matériaux nanostructurés sensibles aux stimuli.

Représentation schématique des NP chargées de TBI/CB7 à pH contrôlé. Les structures chimiques de la sonde de fluorescence TBI et des macrocycles de cucurbiturile, CB7, sont également présentées. En fonction de la protonation/déprotonation de l'azote en position 3, deux formes peuvent exister du ligand de coordination : TBI et TBIH+.

D'un autre point de vue, les colorants encapsulés par CB7 ont été adsorbés à la surface de nanoparticules métalliques17,18,19,20,21 pour l'administration de médicaments18, l'imagerie par résonance magnétique20 et la fabrication de matériaux de cellules solaires19. Les nanoparticules magnétiques d'oxyde de fer (γ-Fe3O4) ont été spécifiquement utilisées pour la détection et la détection chimiques22. Il a été utilisé pour la détection du mercure en utilisant de la cyclodextrine soluble dans l'eau et des solvants comme déclencheur de commutation11.

Dans ce travail, nous avons démontré la surface des nanoparticules d'oxyde de fer (NP) sensibles au pH recouvertes du nanoconteneur CB7 qui encapsule un colorant fluorescent à base de benzimidazole (2-thiénylbenzimidazol) TBI, Fig. 123. Ainsi, la présente approche des nanomatériaux à base supramoléculaire a il est beaucoup plus probable d’utiliser ces matériaux solides de manière répétée en répondant aux déclencheurs du pH (par opposition à l’utilisation d’un solvant)11.