Synthesis of Fluorescence Compounds based on [5]Helicene Derivatives for Utilizing as Petroleum Marker and Copper(II) Sensor

Abstract

Two new fluorescence compounds (MCA and MNH) based [5]helicene derivatives were synthesized for the applications of petroleum marker and Cu2+ sensor. MCA was the novel [5]helicene-based petroleum marker, which was prepared via simple synthetic route. Its structure contained [5]helicene moiety as a fluorophore connected to cardanol, for increasing oil-soluble capability. This synthetic marker presented invisible color in gasohol 91 with a workable level at 20 ppm. It could be simply detected by fluorescence spectrophotometer and provided good stability in gasohol 91 for 3 months. In the other application, [5]helicene-based fluorescence compound could be used as a Cu2+-specific fluorescence sensor. Sensor MNH consisted of [5]helicene derivatives coupled to hydrazine. It was successfully synthesized through simple one-step reaction. The potency of Cu2+detection among different ions has been studied using fluorescence spectrophotometer. The results showed that MNH indicated a highly sensitive fluorescence response toward Cu2+ with OFF-ON fluorescence system in aqueous acetonitrile solution and revealed very large Stokes shift (~183 nm). The binding of MNH with Cu2+ was found to be 1:1 ratio by Job’s plot analysis and the molecular modeling study. The detection limit of MNH for Cu2+ determination was estimated to be 2.57 ppb, and was lower than drinking water permission concentration specified by the U.S. EPA and WHO. Moreover, the sensor has the potential for the detection of Cu2+ in biological samples by enhancement fluorescence from the intracellular area in HepG2 cellular system.

สารเรืองแสงฟลูออเรสเซนต์ชนิดใหม่ (MCA และ MNH) สังเคราะห์ขึ้นจากอนุพันธ์ของเพนตะเฮลิซีน เพื่อใช้ประโยชน์เป็นสารทำเครื่องหมายน้ำมันเชื้อเพลิงและเซ็นเซอร์ตรวจจับไอออนทองแดง โดยที่ MCA ถือเป็นสารทำเครื่องหมายน้ำมันเชื้อเพลิงชนิดแรกที่มีอนุพันธ์ของเพนตะเฮลิซีนเป็นองค์ประกอบ สามารถสังเคราะห์ได้จากการทำปฏิกิริยาระหว่างอนุพันธ์ของเพนตะเฮลิซีนเชื่อมต่อกับคาร์ดานอล ซึ่งเป็นส่วนที่จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการละลายน้ำมัน จากผลการทดลองด้วยเทคนิคฟลูออเรสเซนต์พบว่า MCA สามารถใช้เป็นสารทำเครื่องหมายในน้ำมันแก๊สโซฮอล์ 91 ได้ที่ความเข้มข้น 20 ppm มีวิธีการตรวจวิเคราะห์ได้ง่ายด้วยเทคนิคฟลูออเรสเซนต์สเปกโทรสโกปี และมีความเสถียรเมื่อเติมลงไปในน้ำมันแก๊สโซฮอล์ 91 เป็นระยะเวลา 3 เดือน สำหรับทองแดงเซ็นเซอร์ MNH ประกอบด้วยอนุพันธ์ของเพนตะเฮลิซีนเชื่อมต่อกับไฮดราซีนซึ่งเป็นส่วนของไอโอโนฟอร์ที่มีความจำเพาะต่อการดักจับไอออนทองแดง โดยสามารถสังเคราะห์ผ่านการทำปฏิกิริยาเพียงขั้นตอนเดียว จากการทดสอบประสิทธิภาพการดักจับไอออนต่างๆ ด้วยเทคนิคทางฟลูออเรสเซนต์พบว่า MNH มีความจำเพาะเจาะจงสูงต่อไอออนทองแดง โดยแสดงสัญญาณฟลูออเรสเซนต์แบบ OFF-ON ในสารละลาย acetonitrile ที่มีน้ำเป็นองค์ประกอบและมี Stokes shift ที่กว้าง (~183 nm) โดยเซ็นเซอร์ MNH สามารถดักจับกับไอออนทองแดงด้วยอัตราส่วน 1:1 จากผลการวิเคราะห์ด้วยวิธี Job’s plot และเทคนิค molecular modeling และมีค่า detection limit ในการตรวจวัดไอออนทองแดงเท่ากับ 2.57 ppb ซึ่งต่ำกว่าค่าความเข้มข้นมาตรฐานของทองแดงที่มีได้ในน้ำดื่มตามข้อกำหนดของ U.S. EPA และ WHO นอกจากนี้ยังสามารถตรวจวัดไอออนทองแดงได้ในเซลล์สิ่งมีชีวิต (HepG2) อีกด้วย