检测、捕获和/或释放化学元素的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于选择性地检测、捕获和/或释放化学元素的适当方法，化学元素选 自P区金属、碱金属、碱土金属、锕系金属和稀土金属。这些方法采用了通过如下物质与这些 化学元素中的至少一种形成的分子组装体：至少一种胺、至少一种醛和/或至少一种亚胺 和/或co 2,或者通过使胺和co2接触形成的加合物。本发明还涉及用于实施检测、捕获和/或 释放方法的试剂盒。
【背景技术】
[0002] 当前诸如锕系金属和稀土金属的一些化学元素被广泛用于众多应用中，例如用于 电池、磁体或低功率灯中。虽然稀土金属是大量存在于地壳中的元素，但是世界上对用于新 型技术的这些元素的需求增长、以及在生产上的中国的垄断地位，使它们成为了战略元素 (strategic element)。
[0003] 为获得非常高的纯度水平，在对所提取的矿石进行多个步骤的分离之后获得作为 混合物的稀土金属浓缩物。还可通过专业的回收公司从消耗后的废料中获得稀土金属浓缩 物。在这一背景下，越来越多地关注将这些元素彼此分离或与其它元素分离的可能性。迄今 为止，在将离子色谱法和选择性沉淀法废弃后，对此类元素进行选择性分选的方法主要基 于逆流液/液萃取法。在基础设施、时间和能量方面，这些方法较昂贵且具有低的生产能力 和性能。
[0004] 相较于稀土金属工业中使用的液/液分离技术，已开发出能够显著降低操作成本 和基础设施成本的新型分离方法。该方法的原理基于最近发表的论文（Lee la ire等， J.Am.Chem. Soc.，2010,132，p.3582-3593)，该论文描述了在C〇2存在的情况下特定的分子 砖(molecular bricks)的自组装，并设想了这些分子组装体在分离混合物的不同组分中的 用途。
[0005] 出乎预料的是，已经证实了与上述论文中所述的系统类似的、配置了简单的有机 砖的系统也使得能够形成复杂构造，该复杂构造涉及选自如下的化学元素:P区金属、碱金 属、碱土金属、锕系金属和稀土金属。这些组装体的形成导致产生沉淀，并因此使得能够预 期这些组装体在检测、捕获和/或释放上述化学元素的方法中的用途，该方法廉价且易于施 行，并能够使用对环境有害的废产物(C0 2)。
【发明内容】
[0006] 本发明的第一主题是用于检测和/或捕获样品中的至少一种化学元素的方法，该 化学元素选自P区金属、碱金属、碱土金属、锕系金属和稀土金属，该方法包括使如下物质与 能够包含至少一种所述化学元素的至少一种样品接触：
[0007] -至少一种胺、以及至少一种醛和/或至少一种亚胺(通过使醛和胺接触形成）和/ 或C〇2,或者
[0008] -通过使胺和C02接触形成的加合物。
[0009] 使这些组分接触的操作引起分子组装体的形成，当期望的化学元素存在时，使得 能够检测和/或捕获该期望的化学元素。
[0010] 本发明的第二主题是用于释放至少一种化学元素的方法，该化学元素选自p区金 属、碱金属、碱土金属、锕系金属和稀土金属，该方法包括对组装体的至少部分组分进行分 离、优选对组装体的全部组分进行分离，该组装体通过使如下物质与包含所述化学元素的 样品接触而形成：
[0011] -至少一种胺、以及至少一种醛和/或至少一种亚胺和/或c〇2，或者
[0012] -通过使胺和C02接触形成的加合物。
[0013] 本发明的第三主题是用于形成分子组装体的方法，该方法包括使如下物质与包含 至少一种化学元素的至少一种样品接触，所述至少一种化学元素选自P区金属、碱金属、碱 土金属、婀系金属和稀土金属：
[0014] -至少一种胺、以及至少一种醛和/或至少一种亚胺(通过使醛和胺接触形成）和/ 或C02,或者
[0015] -通过使胺和c〇2接触形成的加合物。
[0016] 本发明的最后一个主题是用于检测、捕获和/或释放至少一种化学元素的试剂盒， 该化学元素选自P区金属、碱金属、碱土金属、锕系金属和稀土金属，该试剂盒包含：至少一 种胺、以及至少一种醛和/或至少一种亚胺和/或⑶ 2,或者通过使胺和⑶2接触形成的加合 物。
【附图说明】
[0017]图1:在15分钟和2880分钟之后，在不加入C〇2的情况下产生的样品库的分析。各区 室对应于横坐标上的胺以及纵坐标上的醛或亚胺的组合。阴影区室对应于观察到沉淀，证 明了组装体的形成。
[0018] 图2:在15分钟和2880分钟之后，在C02存在的情况下产生的样品库的分析。各区室 对应于横坐标上的胺以及纵坐标上的醛或亚胺的组合。阴影区室对应于观察到沉淀，证明 了组装体的形成。
【具体实施方式】
[0019] 本发明所述的用于检测、捕获和/或释放化学元素的方法基于当使化学元素与如 下物质接触时的分子组装体的形成：至少一种胺、以及至少一种醛和/或至少一种亚胺和/ 或C0 2,或者通过使胺和C02接触形成的加合物。通过在包含各种组分的介质中形成沉淀，对 此类组装体的形成进行检测。
[0020] 在一个实施方式中，本发明涉及用于检测和/或捕获样品中的至少一种化学元素 的方法，该化学元素选自碱金属、碱土金属、锕系金属和稀土金属，该方法包括使如下物质 与至少一种所述化学元素接触：至少一种胺、以及至少一种醛和/或至少一种亚胺、任选 C02，以及任选通过使胺和C02接触形成的加合物。
[0021 ]对本发明所述的组装体的不同组分进行的描述
[0022] -醛
[0023] 本发明所述的醛是包含至少一个醛基CH0官能团的化合物。因此，醛可具有如下通 式：
[0024] (I)R1-CH0，
[0025] 其中，R1选自烷基、烯基、炔基、环烷基、环烯基和环炔基基团以及芳基基团，其中 的烃链任选被选自N、0和S的至少一个杂原子间断，这些基团任选被至少一个取代基取代。 优选取代基独立地不包括胺(-NHR或-NH 2)、肼(-NH-NH2)、酰肼(C (0) -NH-NH2)或羟胺(-0-NH2)。优选取代基如下所定义。
[0026] 优选醛具有如下通式：
[0028] 其中，0表示烃环，该烃环选自包含η元环的芳基、环炔基、环烯基和环烷基基团， η为5-7;优选η的值为5或6。特别是，烃环为苯基。烃环可任选被选自Ν、0和S的至少一个杂原 子间断。各Rn取代基选自氢原子、醛基CH0、羟基-0Η基团、硫醇-SH、卤素原子、烷氧基和Q-C2〇烷基(优选&-C3烷基）。在优选的实施方式中，各烷基基团独立地不包括任何胺(-NHR或-NH 2)、肼(-NH-NH2)、酰肼(C (0) -NH-NH2)或羟胺(-0-NH2)取代基。优选至少一个匕包含醛基 CH0〇
[0029] 在本发明中，烷基基团表示直链或支链&-C20烃基基团、优选&-C6烃基基团、特别 是(^_(： 3烃基基团。优选烷基基团选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、 正戊基和正己基基团。烷基基团可任选被选自N、0和S的至少一个杂原子间断。烷基基团可 任选被取代，特别是被选自如下基团中的至少一个基团取代:羟基(-OH)、烷氧基(-0R)、硫 醇（-SH)、硫醚(-SR)、羰基(-CH0或-C (0) R)、羧基(-C00H或-C00R)、胺(-NH2)、肼(-NH-NH2)、 酰肼(C (0) -NH-NH2)、羟胺（-0-NH2)、卤素、亚胺(-CH = NR)、肟(-CH=N0R或-CH=Ν0Η)、腙（_ CH=N-NHR)、酰腙(-CH=N-NH-C (0) -R)、缩醛胺(-CH (NHR) -NHR '）、噁唑烷(-CH (OR) NHR '）和 噻唑烷(-CH(SR)-NHR'），其中，R和R'优选独立地为未取代的烷烃基基团，并且仅包含单键。
[0030] 烯基基团表示另外包含至少一个C = C双键的如上所定义的烷基基团。
[0031] 炔基基团表示另外包含至少一个C = C三键的如上所定义的烷基基团。
[0032] 环烷基、环烯基和环炔基基团分别表示环状的烷基基团、环状的烯基基团和环状 的炔基基团。
[0033] 芳基基团是包含至少一个平面环的基团，该平面环包含通过双键和/或孤对电子 形成的共辄η系统，其中，环的各原子包含P轨道，P轨道重叠以及η电子的离域导致分子能量 降低。优选芳基基团选自苯基、吡啶基、嘧啶基、吡嗪基、三嗪基、呋喃基、苯硫基、吡咯基、咪 唑基、噻唑基、噁唑基和萘基基团。高度优选芳基基团是苯基。
[0034] 烷氧基(-0-烷基)基团表示如上定义的烷基基团