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科研成果

我校蒋伟课题组发明检测地下水中持久性污染物简易方法

发布日期:2016-12-27 15:41:21

          近日,我校化学系蒋伟课题组解决了“在水中利用氢键对极性分子进行选择性识别”的难题,为检测地下水中持久性污染物——1,4-二氧六环提供了一种简便的方法。该研究成果2016年10月28日在线发表在化学类顶级期刊JACS上(Impact Factor = 13.038)。

 

          在水中对极性分子进行选择性识别是超分子化学领域公认的难题之一。这主要源于两方面的原因:极性分子在水中严重溶剂化;在水中很难利用氢键进行分子识别。蒋伟课题组从生物受体的结构得到启发,提出了“内修饰分子管”的概念,将氢键键合位点植入到疏水的深穴空腔中。这样,疏水空腔为氢键等弱相互作用提供了相对非极性的环境,而且避免了水分子的竞争。疏水效应与氢键之间的协同效应将会大大增强主客体分子之间的相互作用。基于这一理论,蒋伟课题组发现酰胺内修饰分子管能够在水中选择性地识别极性溶剂分子,例如1,4-二氧六环、DMF、DSMO、丙酮、四氢呋喃等。对1,4-二氧六环的键合常数甚至高达104 M-1!这是目前已知的对这个高度亲水性分子的最强键合。X-射线单晶衍射、等温量热滴定、核磁滴定等实验结果都证实氢键在分子识别中起到了非常关键的作用。这一研究结果是对“在水中很难利用氢键对极性分子进行选择性识别”这一物理有机化学难题的解答。

          1,4-二氧六环是臭名昭著的二噁英的母核结构,常被用作氯代有机溶剂的稳定剂,是化妆品生产过程中的一个主要副产物。国际癌症研究机构(IARC)将其归为2B类致癌物。1,4-二氧六环高度亲水,无法被土壤吸附。一旦排入环境,将会在水中逐渐积累,是地下水中的一个持久性污染物。上世纪90年代,科学家才逐渐认识到1,4-二氧六环的危害,至今已有多本关于其的专著出版。由于1,4-二氧六环自身的特性,其检测和去除都非常困难。传统的检测方法采用固相萃取与GC-MS结合,步骤繁琐,耗时费力,且价格昂贵。而蒋伟课题组的内修饰分子管,在加入1,4-二氧六环后,会产生荧光增强,可以用于地下水中1,4-二氧六环的检测。检测限可达120 ppb。这非常接近世界卫生组织规定的饮用水中1,4-二氧六环的安全上限(50 ppb)。值得一提的是,该荧光光谱检测法方便快捷,简单便宜,不需要对样品进行前处理。目前,蒋伟课题组正在努力改进该受体分子,以期降低1,4-二氧六环的检测限,最终找到高效去除水中1,4-二氧六环的方法。

 

          蒋伟课题组的研究主要集中在新型超分子主体的设计、合成及其在分子机器、分析检测、智能材料、药物增溶与投递等方面的应用。该课题组成立以来以南科大为通讯单位发表论文13篇,其中包括1篇Chem. Soc. Rev.、 1篇JACS和2篇Chem. Sci.,4篇论文分别被Chem. Sci.和Chem. Commun.选为封面,3篇论文被英国皇家化学会Chemical Science Blog和美国化学会ACS Cutting-Edge Chemistry作为亮点介绍。

          论文链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b09472