纤维素衍生物在2,3和6位点区域选择性引入大位阻噻唑基团用于高效荧光和紫外-可见光双模式检测Cu2+/Fe3+

本文开发了两种新型纤维素苯基氨基甲酸酯衍生物（Cel-1和Cel-2），通过在葡萄糖单元2,3位引入3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯、6位接枝苯并噻唑基团，实现了对Cu2+/Fe3+的高灵敏度双模式检测（荧光LOD低至1.0 μM，UV-Vis达0.7 μM），其性能优于饮用水污染阈值，并展现出抗干扰特性和防伪墨水应用潜力。

　　

亮点

本研究通过精准设计纤维素葡萄糖单元2,3位和6位的取代模式，构建了具有多重识别位点的智能传感材料。Cel-2展现出"双锁钥"识别机制：2,3位的3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯提供刚性骨架，6位苯并噻唑基团作为荧光信号开关，协同实现了对Cu²⁺/Fe³⁺的特异性捕获。

材料表征

核磁共振氢谱(¹H NMR)证实了衍生物的结构特征：2.12 ppm处的甲基质子峰对应2,3位取代基，7.89-6.02 ppm的芳香区信号揭示了6位苯并噻唑基团的成功引入。X射线衍射显示这种区域选择性修饰显著改变了纤维素晶体结构，为金属离子配位创造了理想微环境。

传感性能

在12种金属离子竞争中，Cel-2表现出"狙击手式"识别能力：

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  荧光模式：对Fe³⁺的检测限(LOD)低至1.0 μM，相当于每滴水中检测3个铁原子

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  UV-Vis模式：Cu²⁺检测灵敏度达0.7 μM，比EPA饮用水标准严格28倍

  实时监测实验显示，响应时间<30秒，且信号强度与离子浓度呈完美线性关系（R²>0.99）。

抗干扰测试

在模拟复杂水样的"金属离子鸡尾酒"中，Cel-2保持"火眼金睛"特性：即使存在10倍浓度的竞争离子（如Hg²⁺/Al³⁺），对目标离子的识别效率仍>95%。这种"选择性过滤"能力源于苯并噻唑基团与金属离子的特异性配位几何匹配。

防伪应用

将Cel-2制成智能墨水后，在紫外灯下展现出"变色龙"特性：接触Cu²⁺时荧光猝灭，遇Fe³⁺则发生红移。这种动态响应为高级防伪标签开发提供了新思路。

结论

该研究突破了传统纤维素衍生物单一位点修饰的局限，通过"三位一体"的分子工程策略（区域选择性取代、大位阻基团引入、多模式信号输出），创造了性能超越小分子探针的智能材料。这种"绿色侦查兵"在环境监测和生物医学领域具有广阔应用前景。