Separazione degli ioni mercurico utilizzando 2

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 11287 (2023) Citare questo articolo

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Il complesso ospite-ospite 2-Thienylbenzimidazolo (TBI)/cucurbit[7]uril (CB7) è stato utilizzato come motivo per migliorare significativamente il turnover delle nanoparticelle magnetiche γ-Fe3O4 per una potenziale applicazione nella separazione di ioni mercurici tossici in campioni di acqua inquinata. Il meccanismo di ripristino dei materiali solidi originali si basa sull'applicazione del legame preferenziale controllato dal pH dell'ospite CB7 all'ospite TBI. L'applicazione analitica di questo concetto non è stata realizzata in letteratura. Le capacità di risposta agli stimoli controllate dal pH sono state confermate in soluzione acquosa dalla costante di stabilità più elevata di tre ordini di grandezza del complesso TBIH+/CB7 protonato (ad esempio, K = 4,8 × 108 M−1) rispetto al complesso TBI/CB7 neutro (ad esempio, K = 2,4 × 105 M−1), manifestato anche in un aumento dei valori pKa di ~ 3,3 unità nello stato fondamentale. Anche l'interazione supramolecolare e l'adsorbimento sulle nanoparticelle di ossido di ferro (NP) sono stati confermati spettroscopicamente allo stato solido. I valori di durata dello stato eccitato dei TBI/CB7NP aumentavano abbassando i valori del pH (ad esempio, da 0,6 a 1,3 ns) con un concomitante spostamento verso il blu di ~ 25 nm a causa degli effetti di polarità. I comportamenti fotoluminescenti risolti nel tempo dei solidi finali in presenza di CB7 hanno assicurato sistemi riutilizzabili basati sul pH per catturare ioni mercurici tossici. Lo studio offre un approccio unico per la separazione controllabile degli ioni di mercurio utilizzando un magnete esterno e in risposta al pH attraverso il legame preferenziale delle molecole ospite con quelle ospiti sulla parte superiore delle superfici magnetiche.

Recentemente, lo sviluppo più significativo di materiali nanostrutturati con funzioni sensibili agli stimoli e commutabili è stato ottenuto utilizzando la chimica supramolecolare ospite-ospite1,2,3. Per aggirare i rischi sintetici, i ricercatori si concentrano sulle interazioni non covalenti rispetto ai tradizionali legami covalenti organici4,5,6,7,8,9,10. L'interazione non covalente (ad esempio, interazioni dipolo-dipolo, interazioni di van der Waals e legami idrogeno) ha svolto un ruolo di primo piano nell'approccio supramolecolare ospite-ospite in cui le piccole molecole organiche (ospite) sono tenute all'interno della nanocavità contenente il macrociclo ospite4,5 ,6,7,8,9,10. Ispirati dalla specificità delle interazioni non covalenti, abbiamo studiato lo sviluppo di materiali avanzati basati su ospite-ospite per il monitoraggio della qualità dell'acqua11,12,13.

L'applicazione dei cucurbiturili (CBn, n = 6, 7, 8, 10; Fig. 1) per interagire con piccole molecole fluorescenti è stata realizzata in letteratura dove i cucurbiturili modulano i pKa (stati di protonazione) di ospiti incorporati come i benzimidazoli14. Di conseguenza, è stato dimostrato che gli spostamenti di pKa indotti dal CBn stabiliscono un controllo guidato dal pH sul sequestro e sul rilascio di molecole ospiti14, 15. La ritenzione e il rilascio degli ospiti in risposta agli stimoli del pH sono stati utilizzati anche per costruire materiali nanostrutturati sensibili agli stimoli16.

Rappresentazione schematica delle NP caricate con TBI/CB7 controllate da pH. Vengono mostrate anche le strutture chimiche della sonda di fluorescenza TBI e dei macrocicli del cucurbiturile, CB7. A seconda della protonazione/deprotonazione dell'azoto in posizione 3, possono esistere due forme del ligando coordinante: TBI e TBIH+.

Da un'altra prospettiva, i coloranti incapsulati da CB7 sono stati adsorbiti sulla superficie di nanoparticelle metalliche17,18,19,20,21 per la somministrazione di farmaci18 nella risonanza magnetica20 e nella fabbricazione di materiali per celle solari19. Le nanoparticelle magnetiche di ossido di ferro (γ-Fe3O4) sono state utilizzate specificamente per il rilevamento e il rilevamento di sostanze chimiche22. È stato utilizzato per il rilevamento del mercurio utilizzando ciclodestrina idrosolubile e solventi come trigger per la commutazione11.

In questo lavoro, abbiamo dimostrato la superficie delle nanoparticelle di ossido di ferro (NP) sensibili al pH, rivestita con nanocontenitore CB7 che incapsula un colorante fluorescente a base di benzimidazolo (2-tienilbenzimidazolo) TBI, Fig. 123. Pertanto, il presente approccio ai nanomateriali a base supramolecolare ha molto più potenziale per utilizzare ripetutamente tali materiali solidi rispondendo ai fattori scatenanti del pH (invece di utilizzare un solvente)11.