葫蘆脲［8］對羅丹明B的包結作用研究

張銳，牛麗紅，王澤甲，申兆波，張金瑩，戈石磊，鄭石洋

（燕京理工學院化工與材料工程學院，河北廊坊065201）

葫蘆脲［8］對羅丹明B的包結作用研究

張銳，牛麗紅，王澤甲，申兆波，張金瑩，戈石磊，鄭石洋

（燕京理工學院化工與材料工程學院，河北廊坊065201）

合成出葫蘆脲［8］與羅丹明B形成的超分子配合物，并采用分光光度法測定配合物穩(wěn)定常數(shù)為3.0×104L/mol。實驗結果表明，葫蘆脲［8］與羅丹明B形成了穩(wěn)定的超分子配合物，對羅丹明B有較好的吸附脫色能力，當投料摩爾比為2∶1時，脫色率最高。

葫蘆脲［8］；羅丹明B；配合物

超分子化學或主客體化學是當今化學研究的一個熱門領域，其中以主體（受體）對客體（底物）的分子識別和組裝則是超分子化學的核心研究內容［1］。人們已經(jīng)對冠醚、環(huán)糊精、杯芳烴及葫蘆脲等幾類主體化合物進行了大量研究。從上個世紀八十年代開始科研人員著手研究這種具有大環(huán)空腔、兩端開口的葫蘆狀分子的化合物——葫蘆脲，目前葫蘆脲的研究已發(fā)展成為一個重要的研究領域［2－4］。

葫蘆脲的空腔具有疏水性可以與有色基團配位，從而可以從染料污水中有效地除去染料，使污水達到脫色效果。該文對葫蘆脲［8］及與染料洛丹明B形成的配合物進行了光化學性質研究，研究發(fā)現(xiàn)所形成的配合物穩(wěn)定性很強，脫色效果明顯，為葫蘆脲在染料廢水處理方面的應用提供了理論依據(jù)。

1　實驗部分

1.1主要儀器與試劑

紫外-可見分光光度計（北京瑞利分析儀器有限公司，UV-1601）、傅立葉紅外光譜儀（Nicolet IR200）、CLT-1型磁力攪拌電熱套（北京中儀泓瑞科技發(fā)展有限公司）、DGG-9240B型電熱恒溫鼓風干燥箱（上海森信實驗儀器有限公司），F(xiàn)A1064N型電子分析天平（上海精密儀器有限公司）

苷脲（按文獻［5］合成，經(jīng)傅立葉紅外光譜儀鑒定）、葫蘆脲［8］（實驗室合成，經(jīng)傅立葉紅外光譜儀及DSC鑒定）、羅丹明B（天津市福晨化學試劑廠，分析純），實驗所用其它試劑均為分析純。

1.2實驗方法

分別稱取0.003、0.009、0.015、0.021、0.027 g的葫蘆脲［8］放入編號為1-5的燒杯中，依次加入100 mL配好待用的洛丹明B溶液。常溫下，在磁力攪拌下反應30 min，過濾。

去離子水作為參比液，于羅丹明B最大吸收波長552.5 nm下，用紫外-可見光分光光度計分別測定羅丹明B和編號為1-5的溶液在500～600 nm下的吸光度。

2　結果與討論

2.1葫蘆脲［8］結構表征

由氯化鉀做為模板，采用模板試劑法合成葫蘆脲［n］［6］。

2.1.1IR由圖1紅外譜圖可知，在大于3 000 cm-1處較強的吸收峰是葫蘆脲里結晶水的水峰；3 002、2 936 cm-1處是-CH2-的不對稱伸縮振動及對稱伸縮振動特征吸收峰；1 481 cm-1處為-CH2-的彎曲振動峰。以上3個峰的出現(xiàn)說明苷脲單體已由亞甲基相連。1 700 cm-1附近的強吸收峰是脲羰基特征吸收峰。

圖1　葫蘆脲［8］紅外譜圖

2.1.2DSC由圖2可知，a處葫蘆脲［8］在41～98℃之間發(fā)生結晶水的分解，b處285.1℃發(fā)生較弱的分解，在c處457.3℃是葫蘆脲［8］主要分解溫度。543.5℃分解完畢。

2.2葫蘆脲［8］與羅丹明B形成配合物的穩(wěn)定性研究

紫外-可見分光光度法是研究化合物與含發(fā)色基團的有機化合物直接相互作用的最常用方法［7-8］。

葫蘆脲［8］與羅丹明B形成的配合物以水溶液作為參比液，于500～600 nm的波長范圍內測定吸光度。在羅丹明B濃度為1×10-5mol/L的條件下，改變葫蘆脲［8］濃度使兩者形成穩(wěn)定的配合物，見圖3（羅丹明B濃度為a:7×10-5mol/L，b:5×10-5mol/L，c:6×10-5mol/L，d:5×10-6mol/L）。

圖2　葫蘆脲［8］的DSC圖

圖3　不同摩爾濃度的葫蘆脲［8］與羅丹明B形成配合物的吸收光譜圖

隨著葫蘆脲［8］加入量的增加，溶液的吸收強度逐漸下降，最大吸收波長從552.5 nm改變到548 nm，說明葫蘆脲已將羅丹明B包結進入非極性空腔，產(chǎn)生構型上的變化。假設客體羅丹明B與主體葫蘆脲形成的是計量比為1∶1的配合物，則主客體形成的超分子配合物的穩(wěn)定常數(shù)可利用Hidebrand-Benesi方程得到［9］。

主客體配合過程為

其中，HG代表超分子配合物。設A、［HG］、［H］、［G］分別是配位平衡時的吸光度、配合物濃度、配合物主體與客體濃度。

A0、［H］0、［G］0分別是初始吸光度以及主、客體初始濃度；εG和εHG分別是客體和配合物的摩爾吸光系數(shù)。

由于［H］0?［G］0，則［H］0?［HG］，由式（4）和式（5）得其中，Δε表示配位前后客體化合物的消光系數(shù)之差，ΔA表示加入葫蘆脲［8］后染料吸光度的變化值。以對作圖得一直線，如圖4所示，可獲得該體系配合物的穩(wěn)定常數(shù)K。實驗結果有很好的線性關系，證明了超分子配合物中主、客體化學計量比為1∶1。線性回歸方程為y=1×10-8x+0.000 3，由直線的斜率和截距可求得配位常數(shù)K=3.0×104L/moL。

圖4　與的關系圖

由測定的穩(wěn)定常數(shù)可知，所形成的超分子配合物穩(wěn)定性較好。由于葫蘆脲［8］與羅丹明B之間的氫鍵作用，以及疏水空腔呈現(xiàn)的疏水效應，使所形成的超分子配合物的整個分子體系能量降低。正是這一有利的焓變、熵變致使熱力學自由焓降低，致使葫蘆脲［8］與羅丹明B形成的超分子配合物穩(wěn)定性增強。

2.3葫蘆脲［8］投料量對脫色影響

2.3.1標準曲線的測定將羅丹明B配成1×10-3mol/L溶液，采用該溶液分別配成1×10-5、3.3×10-5、5×10-5、6×10-5、7×10-5mol/L溶液，進行紫外掃描，掃描結果如圖5所示，羅丹明B在λ=525.5 nm處有最大吸收（葫蘆脲［8］在500～600 nm處無吸收，所以對羅丹明B的吸收無干擾）。于λmax處分別測吸光度，如圖5所示。

2.3.2脫色率和吸附量的計算脫色率和吸附量計算如表1所示。從表1中的脫色率和吸附量來看，隨著葫蘆脲［8］的加入量的增加，對羅丹明B的脫色率逐漸提高，脫色效果越來越明顯。

2.4相同投料量對不同濃度染料脫色影響

將葫蘆脲［8］定量，對不同濃度羅丹明B進行脫色，如表2所示。結果顯示，當葫蘆脲［8］與羅丹明B投料摩爾比為2∶1時，脫色率最高。

圖5　羅丹明B標準曲線

表1　葫蘆脲［8］濃度對洛丹明B脫色影響

表2　不同投料摩爾比對脫色率影響

3　結論

（1）用一定量的葫蘆脲［8］對不同濃度羅丹明B進行脫色，結果顯示，當葫蘆脲與羅丹明B投料摩爾比為2∶1時，脫色率最高。

（2）由不同濃度的葫蘆脲［8］與羅丹明B形成超分子配合物的可見光光譜分析可知，葫蘆脲［8］濃度的改變不僅影響吸光度，還影響配合物吸光度的最低、最高峰的位置。說明葫蘆脲［8］與羅丹明B形成配合物時，羅丹明B已被包結進入葫蘆脲［8］的空腔，使其產(chǎn)生構型上的變化。采用分光光度法測定配合物穩(wěn)定常數(shù)為3×104L/moL，所形成的配合物很穩(wěn)定。

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Study on the inclusion interaction of Cucurbit［8］uril and Rhodamine B

ZHANG Rui，NIU Lihong，WANG Zejia，SHEN Zhaobo，ZHANG Jinying，GE Shilei，ZHENG Shiyang
（School of Chemical and Materials Engineering，Yanching Institute of Technology，Langfang 065201，China）

The properties of cucurbit［8］uril as a ligand coordinated with rhodamine B was studied by Spectrophotometric method，and the stability constant of the complex was determined to be 3.0×104 L/mol.The results indicate that cucurbit［8］uril can form the stable complex with rhodamine B，and has a good adsorbing and decolorizing effect on Rhodamine B.The decolorizing effect proves the best when the mole ratio（cucurbit［8］uril and rhodamine B）is 2∶1.

Cucurbit［8］uril；Rhodamine B；complex

O657

A

1672-0679（2016）02-0047-04

2016-03-14

廊坊市科學技術研究與發(fā)展計劃項目（2015011056）

張銳（1976-），女，講師，博士。

（責任編輯：經(jīng)朝明）