Содержание к диссертации
Введение
2. Литературный обзор .8
2.1. Спектральные свойства производных имида нафталевой кислоты .8
2.2. Оптические сенсоры на основе 1,8-нафталимида 14
2.2.1. Дизайн оптических сенсоров 14
2.2.2. PET-сенсоры .17
2.2.3. ICT-сенсоры 20
2.2.4. FRET-сенсоры .22
2.3. Флуоресцентные фотохромные соединения .25
2.3.1. Переключение флуоресценции с помощью PET-процесса 26
2.3.2. Переключение флуоресценции с помощью FRET-процесса .30
2.3.3. Флуоресцентные фотохромы на основе производных 1,2-диарилэтена .34
2.4. Флуоресцентные фотохромы, содержащие фрагмент 1,8-нафталимида 37
3. Обсуждение результатов .55
3.1. Флуоресцентные сенсоры на основе краунсодержащих производных 1,8- нафталимида 55
3.1.1. Синтез краунсодержащих производных 4-пиразолинил-N-фенил-1,8- нафталимида .56
3.1.2. Синтез дитиакраунсодержащих производных 4-метокси-1,8-нафталимида 59
3.1.3. Изучение влияния природы N-арильного фрагмента на спектральные свойства 61
3.1.4. Комплексообразование краунсодержащих производных нафталимида с катионами металлов .65
3.2. Флуоресцентные фотохромы .72
3.2.1. Синтез алкоксипроизводных N-фенил-1,8-нафталимида 73
3.2.2. Исследование спектральных свойств алкоксипроизводных N-фенил-1,8 нафталимида .74
3.2.3. Синтез фотохромной супрамолекулярной системы на основе производных 4- амино-N-(2-аминоэтил)-1,8-нафталимида и 18-краун-6-эфирсодержащего бензопирана .85
3.2.4. Свойства супрамолекулярной системы на основе 4-аминозамещенного нафталимида и краунсодержащего пирана 86
3.2.5. Синтез 4-стирилзамещенных производных N-бутил-1,8-нафталимида .92
3.2.6. Свойства 4-стирилзамещенных производных N-бутил-1,8-нафталимида .93
3.3. Конъюгаты нафталимидов с N-аминобактериопурпуринимидом .99
3.3.1. Синтез бис(хромофорных) систем на основе производных 4-метокси-1,8- нафталимида и N-аминобактериопурпуринимида .100
3.3.2. Исследование спектральных свойств полученных конъюгатов 101
4. Экспериментальная часть .107
4.1. Синтез соединений .111
4.2. Расчет констант устойчивости комплексов .133
4.3. Расчет квантовых выходов флуоресценции .134
4.4. Фотохимические реакции фотохромных производных 1,8-нафталимида .134
4.5. Изучение комплексообразования с помощью спектроскопии 1Н ЯМР 138
5. Выводы 140
6. Приложение .141
7. Список использованной литературы
- Дизайн оптических сенсоров
- Переключение флуоресценции с помощью FRET-процесса
- Комплексообразование краунсодержащих производных нафталимида с катионами металлов
- Расчет квантовых выходов флуоресценции
Дизайн оптических сенсоров
Характерной чертой нафталимидного ядра является наличие у него в возбужденном -состоянии электроноакцепторных свойств. В присутствии подходящего донора электронов, в роли которого может выступать отдельная молекула, атом или группа атомов, ковалентно связанная с нафталимидным остатком, в системе может происходить фотоиндуцированный перенос электрона (Photoinduced Electron Transfer, PET). Так, например, способность некоторых производных нафталимида вызывать фотохимическое расщепление молекул ДНК обусловлена возможностью переноса электрона с остатка азотистого основания на нафталимидную группировку [14]. PET процесс сопровождается безизлучательной дезактивацией возбужденного состояния, т. е. тушением флуоресценции. Это обстоятельство позволило разработать многочисленные флуоресцентные PET-сенсоры на катионы, анионы и нейтральные молекулы [10,15 - 19].
РЕТ-сенсор состоит из флуорофорного фрагмента, способного в возбужденном состоянии либо принимать электрон (безызлучательная дезактивация), либо испускать квант света (флуоресценция), к которому с помощью короткой алкильной цепочки (спейсера) подсоединяется рецептор (рис. 3). Рецептор является ионофорной группой, ответственной за связывание с ионом. При фотовозбуждении возможен перенос электрона с ВЗМО рецептора на ВЗМО возбужденного флуорофора. В результате связывания с субстратом, уменьшающим электронодонорный характер рецептора, энергия ВЗМО последнего понижается, перенос электрона становится невозможным и интенсивность флуоресценции возрастает. Связывание, сопровождающееся повышением электронодонорных свойств рецептора, приводит к тушению флуоресценции. Важно отметить, что изменение свойств рецептора при комплексообразовании в общем случае не сказывается на Г и Л г флуорофора, поскольку эти два фрагмента разделены спейсером и не могут взаимодействовать в основном электронном состоянии. Возможность переноса электрона, который происходит после фотовозбуждения, зависит от длины спейсера: более короткий и жестко закрепленный в пространстве спейсер повышает эффективность РЕТ-процесса. По этой схеме действует большинство PET-сенсоров, другой механизм изменения спектральных характеристик возможен в случае катионов переходных металлов [20, 21].
Если одна или несколько групп, входящих в состав ионофорного фрагмента, является частью сопряженной системы молекулы, внутри которой при поглощении света происходит внутримолекулярный перенос заряда (Intramolecular Charge Transfer, ICT), то принято говорить о сенсоре ICT-типа (рис. 4) [22]. Комплексообразование с участием такого типа флуорофора будет влиять на эффективность внутримолекулярного переноса заряда, что приводит к изменению положения максимумов полос поглощения и флуоресценции.
Энергетическая диаграмма, объясняющая спектральные сдвиги при связывании катионов ICT-сенсором. а) ЭД заместитель в структуре флуорофора входит в состав рецептора; б) ЭА заместитель в структуре флуорофора входит в состав рецептора.
Если электронодонорная группа хромофора входит в состав рецептора (рис. 4а), то комплексообразование с катионами металлов, при котором ее электронодонорные свойства уменьшаются, приводит к гипсохромному сдвигу в спектре поглощения и уменьшению экстинкции. Наоборот, если электроноакцепторная группа хромофора входит в состав рецептора (рис. 4б), то комплексообразование с катионами металлов, при котором увеличиваются ее электроноакцепторные свойства, приводит к батохромному сдвигу в спектре поглощения и увеличению экстинкции [23].
Помимо использования процессов переноса заряда и электрона существуют и другие подходы к разработке ионофорных оптических устройств. Системы, в которых механизм переключения оптических свойств подразумевает образование эксиплексов или перенос энергии электронного возбуждения [20, 22], позволяют реализовать ратиометрический метод определения концентрации анализируемого вещества. Данная особенность представляет интерес с точки зрения разработки биосенсоров, а также для создания микрочипов, пригодных для проведения мультиионного анализа [24].
На рис. 5а показаны изменения в спектре поглощения соединения 11а при увеличении концентрации катионов Na+ в растворе. В отсутствие катионов металла максимум поглощения в спектре соединения 11а находится при 345 нм. При добавлении катионов Na+ в раствор полоса поглощения гипсохромно сдвигается на 52 нм, при 311 нм наблюдается изобестическая точка. Как видно из рис. 5б, интенсивность флуоресценции сенсора 11а с увеличением концентрации катионов Na+ в растворе растет. Однако, при добавлении катионов К+ никаких изменений в спектрах поглощения и флуоресценции соединения 11а не наблюдается.
Спектр поглощения соединения 11б c увеличением концентрации катионов К+ в растворе гипсохромно сдвигается на 45 нм. В присутствии ионов К+ спектр поглощения имеет две изобестические точки при 357 и 320 нм (рис. 6а). Интенсивность флуоресценции соединения 11б с увеличением концентрации катионов К+ в растворе растет. С увеличением концентрации катионов Na+ в растворе максимум в спектре поглощения соединения 11б гипсохромно сдвигается на 35 нм. Это титрование привело к относительно маленькому изменению оптической плотности и к появлению одной изобестической точки при 320 нм. Катионы щелочных металлов препятствуют процессу переноса электрона с краун-эфирного фрагмента на нафталимидный флуорофор.
Селективность сенсора 11а к ионам Na+, а сенсора 11б к ионам К+ объясняется соответствием радиуса иона размеру макроциклической полости краун-эфирного фрагмента. Подобные системы позволяют осуществлять ратиометрическое определение концентрации анализируемого иона.
Переключение флуоресценции с помощью FRET-процесса
Авторы также используют обратимую изомеризацию фотохромного акцептора для модуляции флуоресцентных свойств донора в связи с внутримолекулярным переносом энергии. Полученные соединения демонстрируют превосходную устойчивость в водной среде и отсутствие обратной термической реакции.
При облучении соединений 45а и 46а УФ светом устанавливается равновесие между открытой и закрытой формами. Степень конверсии для данных систем составила 33% и 85% соответственно. Степень тушения флуоресценции донора в соединении 45а составила 65%, а в производном 46а – 84%, что хорошо согласуется со значениями конверсии. Значение эффективности переноса энергии оказалось близко к 100% как в случае системы 45а с критическим радиусом между донором и акцептором, равным 38, так и в случае молекулы 46а, в которой критический радиус составляет 35. Также фотогенерированные закрытые формы обоих соединений показали достаточную устойчивость при комнатной температуре в темноте (более 120 ч). Таким образом, водорастворимые нафталимидсодержащие системы 44а, 45а и 46а с фотопереключаемой флуоресценцией могут использоваться для создания биологических конъюгатов.
Авторами работы [77] было изучено модельное соединение 47а, содержащее остаток 4-амино-1,8-нафталимида и спироиндолилбензопирана (схема 34). Переключение флуоресценции в данной системе, как и в случае соединения 44а, происходит вследствие резонансного переноса энергии с донорного нафталимида на акцепторный спирооксазин в открытой форме, и может быть использовано при дизайне молекулярного логического устройства, откликающегося на химический и фотонный сигналы. Схема
Гибридный подход (сочетание химических и фотонных сигналов) является перспективной стратегией для достижения высоких уровней логической функциональности. С концептуальной точки зрения, химический сигнал служит примером чувствительного входного сигнала, в то время как фотонный сигнал открывает возможность для дистанционного управления устройством.
Авторами работы [78] были исследованы свойства системы 48а, состоящей из бистиенилциклопентена с двумя терминальными остатками нафталимида (схема 34). Это соединение имеет переключаемую флуоресценцию.
Спектры поглощения и флуоресценции открытой и закрытой форм представлены на рис. 24а,б. Если соединение 48а подвергнуть облучению светом с длиной волны, равной 442 нм, то в спектре флуоресценции будет одна длинноволновая полоса, соответствующая флуоресценции нафталимидных фрагментов (рис. 24б). При действии облучения с длиной волны, равной 365 нм, бистиенилэтеновый фрагмент, связывающий два остатка замещенного нафталимида, переходит в закрытую форму 48б. Рисунок 24. Изменения в спектрах поглощения (а) и флуоресценции (б) соединения 48а в полиметилметакрилате до (сплошная линия) и после (пунктирная) облучения светом (возб = 365 нм) в течение 5 мин при комнатной температуре.
Спектр флуоресценции нафталимидного фрагмента ( Л г= 497 нм) перекрывается со спектром поглощения закрытой формы бистиенилэтенового остатка, таким образом, в закрытой форме 486 флуоресценция нафталимидного остатка эффективно подавляется внутримолекулярным переносом энергии с нафталимидных хромофоров на бистиенилэтеновый мостик (рис. 24б). Следует отметить, что процесс изомеризации соединения 48а в закрытую форму 486 является фотообратимым, под действием облучения с длиной волны больше 510 нм соединение 486 переходит в соединение 48а.
Фотография полиметил метакрилатной пленки, содержащей бистиенилэтен 48а, после 5 мин облучения светом с длиной волны 365 нм. Зеленая область показывает свечение, а темные области не люминесцируют (возб = 442 нм). Изменение флуоресценции нафталимидсодержащего бистиенилэтена 48а является привлекательным свойством в качестве способа считывания информации ввиду высокого разрешения и чувствительности [79]. Путем центрифугирования смеси соединения 48а и полиметилметакрилата в ТГФ на стеклянную подложку были получены тонкие пленки. Затем на пленку поместили шаблон маски и облучали светом с длиной волны 365 нм. После этого маску удалили, а изображение успешно осталось в полимерной пленке в качестве флуоресцентного рисунка с высоким разрешением (рис. 25). Схема
Система 49а флуоресцирует в гелевой фазе, но слабо излучает в растворе. Два нафталимидных остатка, ковалентно присоединеные к фотохромному дитиенилциклопентену, обеспечивают высококонтрастную фотопереключаемую флуоресценцию. Наличие фрагмента бистиенилэтена в молекуле 49а предполагает протекание обратимой фотохромной реакции с образованием закрытой формы 49б. Облучение светом с длиной волны 365 нм системы 49а приводит к появлению новой полосы поглощения в области 540 нм и изменению окраски (рис. 28). Степень конверсии для данной системы в растворе составила 39%. Значительное увеличение интенсивности флуоресценции нафталимидного фрагмента (рис. 26) при переходе в фотостационарное состояние 49б связано с образованием более протяженной сопряженной -системы, что может происходить как вследствие фотоциклизации, так и образования агрегатов.
При облучении УФ-светом геля, содержащего дитиенилциклопентен 49а, его окраска становится красной (рис. 28), и появляется новая полоса поглощения в области 540 нм (рис. 26). При последующем облучении закрытой формы 49б видимым светом ( 510 нм) система постепенно возвращается в исходное состояние. Этот цикл может повторяться больше 10 раз, а гелевая фаза остается устойчивой при комнатной температуре. Степень конверсии для данной системы в гелевой фазе составила 18%.
Рисунок 28. Фотографии изменений дитиенилциклопентена 49а под действием света, температуры и при добавлении фторид-анионов в раствор: (а ) гель (49а); (б) гель (49б); (в) раствор (49а); (г) раствор (49б); (д) раствор (49а) + F-; (е) раствор (49б) + F-.
Авторы исследовали взаимодействие фотохрома 49а с анионом фтора с помощью спектрофотометрического титрования. При добавлении фторид-аниона к раствору соединения 49а в ТГФ наблюдается постепенное увеличение экстинкции в области 330 нм и появление новой полосы поглощения с максимумом, равным 495 нм (рис. 27). В спектре флуоресценции при связывании анионов фтора наблюдалось увеличение уровня излучения при 570 нм. Возможным объяснением изменения оптических характеристик соединения 49а при связывании с анионом фтора может быть депротонирование аминогруппы в 4-ом положении нафталимидного фрагмента анионами фтора, что приводит к отрицательному заряду на амидном атоме азота и увеличению эффективности внутримолекулярного переноса заряда.
Таким образом, эта система представляет собой мультифункциональный обратимый переключатель, работающий с помощью светового, термического и химического сигналов, что делает ее перспективной для применения в качестве опто- и электронных смарт-материалов, логических устройств, флуоресцентных сенсоров и других молекулярных фотонных устройств.
Фотопереключаемый супрамолекулярный ансамбль 50а, содержащий фрагмент фотохромного диарилэтена с меламиновой группой и остаток гелеобразующего производного нафталимида, был разработан в работе [82]. Нафталимидная компонента способна образовывать водородные связи с меламином, за счет чего и происходит самосборка комплекса 50а.
Комплексообразование краунсодержащих производных нафталимида с катионами металлов
Аналогичные параметры для превращения ТТ-изомера в ТС-изомер определить не удалось из-за низкой концентрации и высокой термической стабильности ТТ-изомера.
Продукты фотолиза нафтопирана 30 при температурах -60C, -55C, -50C и -40C оказались термически более стабильными, чем в случае нафтопирана 29. ТТ-изомер нафтопирана 30 имеет более слабое стерическое отталкивание между протонами в положениях 5 и 9 по сравнению с нафтопираном 29, поэтому его концентрация в смеси после облучения оказывается выше, чем в случае нафтопирана 29. Экспериментальные данные, полученные при анализе спектров ЯМР продуктов фотопревращения нафтопирана 30, позволили рассчитать константы скорости (табл. 7) и термодинамические характеристики (табл. 8) процессов, происходящих при термической релаксации открытых форм нафтопирана 30 согласно следующему уравнению:
Химический сдвиг, м.д. Рисунок 19. Изменения в спектрах ЯМР при переходе ТС-изомера в нафтопиран 30 при -80С в толуоле-d8. Таблица 7. Константы скорости, полученные из временной зависимости концентрационных профилей для изомеров нафтопирана 30 по данным ЯМР, и свободная энергия активации Гиббса.
Используя формулу (4) нами была рассчитана свободная энергия активации Гиббса для равновесия между ТС- и ТТ-изомерами. Отрицательные значения энергии Гиббса, полученные при каждой температуре, указывают на смещение равновесия в сторону ТТ-изомера (табл. 7).
Таким образом, на основе результатов оптических и ЯМР исследований можно сделать вывод об устойчивости открытых форм нафтопиранов 29 и 30. Разница констант скорости перехода ТС-изомера в закрытую форму при -50C составила два порядка: 3.110-3 с-1 в случае нафтопирана 29 и 4.17105 с-1 в случае нафтопирана 30. Это можно объяснить тем, что открытая форма нафтопирана 30 стабилизирована сопряжением между атомом кислорода в 4-ом положении нафталимида и карбонильной группой карбоксиимидной группировки. Еще одной причиной быстрого обесцвечивания открытой формы нафтопирана 29 может быть низкая, по сравнению с нафтопираном 30, устойчивость ТТ-изомера, которая приводит к быстрому образованию ТС-изомера и последующему переходу в закрытую неокрашенную форму (схема 16). Схема Сопряжение
Сопряжения нет Переключение флуоресценции. Изученные соединения 29, 30 сочетают в своей структуре фотохромный пирановый и флуорофорный нафталимидный фрагменты. При поглощении фотонов образуется синглетное возбужденное состояние, из которого происходит раскрытие пиранового кольца. Флуоресценция также происходит из синглетного возбужденного состояния, и, возможно, именно она является наиболее эффективным и быстрым способом релаксации возбужденной молекулы, а не электроциклическая реорганизация связей, ведущая к фотохромизму. Нафтопираны 29 и 30 демонстрируют характерную флуоресценцию нафталимидного фрагмента с максимумом в области 450 - 480 нм (рис. 20), в то время как полосы излучения открытых форм имеют максимум в области 525 - 535 нм (рис. 21).
Было обнаружено, что квантовые выходы флуоресценции соединений 29 и 30 имеют средние значения (табл. 5). Таким образом, фотовозбуждение может вызывать как фотохромное превращение, так и флуоресценцию. Для сравнительно устойчивой открытой формы нафтопирана 30 мы смогли оценить квантовые выходы флуоресценции в ацетонитриле и толуоле (табл. 5, рис. 21), которые оказались очень низкими.
При облучении УФ светом (365 нм) интенсивность флуоресценции нафтопирана 30 снижается и при образовании после 6 минут облучения фотостационарного состояния интенсивность флуоресценции уменьшается на 36% (рис. 22). Во время облучения видимым светом (515 нм) или после темновой релаксации флуоресценция восстанавливается.
Таким образом, флуоресценцией нафталимидного фрагмента в соединении 30 можно обратимо управлять с помощью фотоиндуцированной изомеризации закрытой формы в открытую, что может представлять интерес для создания элементов оптической памяти, для использования подобных флуорофоров в биохимических исследованиях. 3.2.3. Синтез фотохромной супрамолекулярной системы на основе производных 4-амино-N-(2-аминоэтил)-1,8-нафталимида и 18-краун-6 эфирсодержащего бензопирана.
В настоящей работе был изучена супрамолекулярная система, состоящая из пирана 32, содержащего фрагмент бензо-18-краун-6-эфира, и 4-аминонафталимида 35, имеющего в качестве заместителя аммонийную группу, способную координироваться с краун-эфирным рецептором (схема 17).
Данный метод не применялся нами для синтеза соединения 38, поскольку требовалась дополнительная хроматографическая очистка продукта. Для предотвращения образования смеси моно- и бисзамещенных нафталимидов 38, 39 на стадии ацилирования ангидридом 13 (схема 17) одна из аминогрупп этилендиамина 37 была защищена остатком ди-трет-бутилдикарбоната [115]. Химический сдвиг, м. д.
Восстановление нитрогруппы проводили хлоридом олова (II) в присутствии кислоты, чтобы одновременно с этим восстановить карбаматную группу в этилендиаминовом фрагменте в Ж-арильном заместителе. Для выделения свободного амина 34 реакционную массу разбавляли водой, подщелачивали 5%-м раствором NaOH до слабощелочной реакции и проводили экстракцию хлористым метиленом. Перевод 4-амино-#-аминоэтилнафталимида 34 в перхлорат 35 был осуществлен с использованием хлорной кислоты в ацетонитриле.
В рамках данной работы мы изучили взаимное влияние флуорофора и фотохрома в составе супрамолекулярного комплекса. В качестве фотохромной единицы нами был выбран пиран, содержащий фрагмент бензо-18-краун-6-эфира 32, а протонированная форма 4-аминонафталимида 35 являлась флуорофором. Координация аммонийной группы нафталимида 35 по краун-эфирному фрагменту бензопирана 32 была изучена с использованием методов ЯМР- и оптической спектроскопии.
Известно, что протонированная аминогруппа способна координироваться по краун-эфирному фрагменту бензопирана, что должно привести к образованию супрамолекулярного комплекса (схема 19). Координация аммоний-содержащего соединения 35 по краун-эфирному фрагменту бензопирана 32 аналогична взаимодействию данного бензопирана с протонированными аминокислотами, что было детально изучено в работе [116].
Расчет квантовых выходов флуоресценции
Для синтеза конъюгатов 55 и 56 из бактериохлорофилла а в соответствии с описанной методикой [135, 136] был получен #-аминобактериопурпуринимид 54. Реакция пурпуринимида 54 с ацилхлоридами, полученными из нафталимидов 47 и 50, дала целевые соединения 55, 56 (схема 25).
Конъюгаты производных бактериопурпуринимида с флуоресцентными красителями, в которых две фотоактивные компоненты разделены спейсером, можно рассматривать как бис(хромофорные) системы, в которых оптические характеристики отдельных хромофоров могут меняться до некоторой степени в результате обмена энергией и/или электронами между хромофорами системы или образования комплекса-эксиплекса с участием обоих хромофоров. Применительно к рассматриваемым конъюгатам для ФДТ рака, безызлучательные пути дезактивации возбужденного состояния, такие как перенос энергии, перенос электрона, образование эксиплексов, могут значительно снизить эффективность образования синглетного кислорода порфириновой компонентой и/или погасить эмиссию флуорофора.
Как известно из литературы, резонансный перенос энергии возбуждения (FRET) может происходить, когда спектр излучения флуорофора донора (в нашем случае, нафталимид) перекрывается со спектром поглощения акцептора (N аминобактериопурпуринимид) [85]. Как видно из рис. 35, в спектре поглощения производного бактериопурпуринимида 54 в ацетонитриле присутствует интервал между 440 нм и 520 нм, где величина оптического поглощения относительно мала. В тоже время известно, что алкоксипроизводные нафталимида обладают синей флуоресценцией в области 430 - 470 нм [137, 138]. При сочетании двух хромофоров, согласно результатам, представленным на рис. 35, будет наблюдаться небольшое перекрывание полосы излучения 4-метоксинафталимида 47 с полосами поглощения порфирина 54 в области 400 - 450 нм и 500 - 550 нм. Следовательно, в конъюгате 55 при облучении светом с длиной волны 437 нм можно ожидать как флуоресценцию нафталимида, так и частичный перенос энергии с фрагмента нафталимида на порфириновый хромофор.
аДанные для соединений 55, 47 и смеси 54 + 47 были получены с использованием ацетонитрила в качестве растворителя (возб = 360 нм), данные для 56, 50 и смеси 54 + 50 - используя ДМСО (возб = 340 нм). бРассчитано из спектров поглощения порфирина 54 и излучения соединений 47 и 50 в соответствии с уравнением (8).
Экспериментальные результаты по изучению флуоресценции конъюгата 55 показали очень низкий уровень его флуоресценции (max= 437 нм) по сравнению с модельным соединением 47 (рис. 36б): наблюдалось 85-кратное уменьшение квантового выхода флуоресценции (табл. 13). Разницу в квантовых выходах флуоресценции можно объяснить тем, что возбуждающий свет (возб = 360 нм) поглощается обоими хромофорами в составе конъюгата 55 (рис. 36а) и, таким образом, энергия поглощенного кванта света расходуется как на флуоресценцию нафталимидным фрагментом, так и на перенос энергии возбуждения с нафталимида на порфириновый хромофор. Чтобы оценить величину тушения флуоресценции нафталимида, мы сравнили квантовые выходы флуоресценции конъюгата 55 и раствора, содержащего эквимолярную смесь производного бактериопурпуринимида 54 и 4-метоксинафталимида 47 (табл. 13). Оказалось, что значение квантового выхода флуоресценции нафталимида в смеси хромофоров ( fluor = 0.17) в 25 раз выше по сравнению с аналогичным значением для конъюгата 55 ( = 0.0068). Этот результат показывает, что уровень эмиссии нафталимида в конъюгате 55 снижается за счет конкурирующего с флуоресценцией процесса обмена энергией между хромофорами при фотовозбуждении. где k2 - ориентационный фактор, "г . квантовый выход флуоресценции донора в отсутствие акцептора, п - показатель преломления среды, NA - постоянная Авогадро (NA = б.ОгкЯмоль1), а интеграл определяет величину перекрывания спектра излучения донора FD() и поглощения акцептора д().
Если предположить, что к2 = 2/3 (для случайной ориентации), а = 0.58 (квантовый выход соединения 47 в ацетонитриле), то константа скорости kFRET составляет 7.11010 с"1, и критический радиус Ферстера равен 37.1 (табл. 13). С другой стороны, скорость релаксации донорного нафталимидного хромофора в отсутствие акцептора можно оценить суммой излучательной (kr) и безызлучательной (k„r) констант, описывающих потери энергии возбуждения в нафталимиде 47, как указано в формуле:
Проведенные расчеты показали, что скорость переноса энергии возбуждения в конъюгате 55 на 2 порядка превышает скорость излучательной дезактивации, что является причиной тушения флуоресценции. Судя по всему, высокое значение kFRET является результатом довольно небольшого расстояния между нафталимидным и порфириновым хромофорами (г = 13.0 ), лежащего в пределах диапазона 0 г 0.5Ro (18.5 ), где эффективность переноса (E), как правило, близка к 100% [85]. Как видно из таблицы 13, значения эффективности переноса энергии Е в конъюгате 55, полученные из теоретических расчетов и путем измерения флуоресценции, выше 95%.
Для того чтобы избежать уменьшения уровня флуоресценции нафталимида в конъюгате 55 за счет переноса энергии, мы решили модифицировать структуру спейсера, используя менее жесткую пентаметиленовую цепь вместо п-фениленметиленовой группы. Эта идея была реализована в конъюгате 56. В этом случае, молекула, как ожидалось, будет более гибкой, что должно привести к более легкому достижению конформации с почти ортогональной ориентацией дипольных моментов хромофоров, при которой скорость переноса энергии близка к нулю. Как было показано Пандеем и его коллегами на примере конъюгатов пурпуринимида с цианиновыми красителями, при переходе к молекуле с более гибким спейсером между двумя хромофорами увеличиваются возможности использования таких агентов для визуализации опухоли [134]. Пентаметиленовый спейсер имеет почти такую же длину, как и в случае конъюгата 55 (расстояние между нафталимидом 50 и порфирином 54 в конъюгате 56 составляет 13.2 , рис. 37б), но имеет бльшую стерическую гибкость. Введение более длинного спейсера может привести к такой конформации молекулы, где фрагменты пурпуринимида и нафталимида будут располагаться в виде H-агрегата, стабилизированного -стэкинг-взаимодействием и в котором могут образовываться не излучающие эксимеры.
Как видно из табл. 13, интенсивность излучения нафталимида в конъюгате 56 уменьшается всего в 2 раза по сравнению с интенсивностью 50 в эквимолярной смеси соединений 50 и 54. Если проводить аналогию с конъюгатом 55, то наблюдаемое тушение флуоресценции соответствует 50% эффективности переноса энергии между хромофорами конъюгата 56, что существенно ниже наблюдаемого переноса энергии в конъюгате 55 (96%). Учитывая, что интеграл перекрывания (3.301014 М см нм4, табл. 13) и расстояние между хромофорами (г = 13.2 ) для конъюгата 56, а также квантовый выход и время жизни флуоресценции нафталимида 50 ( fl = 0.56, D = 6.7 нс) очень близки по значениям к соответствующим параметрам для соединений 55 и 47, можно предположить, что ингибирование процесса переноса энергии в молекуле 56 является результатом конформационных изменений и различной взаимной ориентации хромофоров. Высокую теоретическую эффективность переноса энергии для конъюгата 56 (табл. 13), не согласующуюся с экспериментальными данными, можно объяснить случайным выбором ориентационного фактора к2 (2/3), используемого нами для расчета константы скорости KFRET и критического радиуса Ro.
![Синтез азапиренов на основе 1Н-нафто[1,8-de][1,2,3]триазина (1,2,3-триазафеналена)](/i/i/4482/289040.png "Синтез азапиренов на основе 1Н-нафто[1,8-de][1,2,3]триазина (1,2,3-триазафеналена) Ковалев Дмитрий Анатольевич")
![Первые 2-моно и 2,3-дизамещенные фосфорсодержащие производные [1,8]нафтиридина. Синтез и изучение координационных свойств](/i/i/4383/300943.png "Первые 2-моно и 2,3-дизамещенные фосфорсодержащие производные [1,8]нафтиридина. Синтез и изучение координационных свойств Лемпорт Павел Сергеевич")
![1,2,3,4,5,6,7,8-октагидро-1,6-нафтиридины и 2,3,4,5,6,7,8,9-октагидро-1Н-пиридо[4,3-b]азепины. Синтез и реакционная способность](/i/i/4399/311934.png "1,2,3,4,5,6,7,8-октагидро-1,6-нафтиридины и 2,3,4,5,6,7,8,9-октагидро-1Н-пиридо[4,3-b]азепины. Синтез и реакционная способность Есипова Татьяна Владимировна")