Диссертация (Синтез и свойства амфифильных порфиринов и фотоактивные конъюгаты на их основе)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯМОСКОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиЖДАНОВА КСЕНИЯ АЛЕКСАНДРОВНАСИНТЕЗ И СВОЙСТВА АМФИФИЛЬНЫХ ПОРФИРИНОВИ ФОТОАКТИВНЫЕ КОНЪЮГАТЫ НА ИХ ОСНОВЕ02.00.10 - Биоорганическая химияДиссертация на соискание ученой степеникандидата химических наукНаучный руководитель:кандидат химических наук,доцент Брагина Н.А.Москва – 2016ОГЛАВЛЕНИЕСписок сокращений................................................................................................................

41. Введение ............................................................................................................................... 52. Литературный обзор...........................................................................................................

72.1. Методы получения амфифильных мезо-арилпорфиринов с активнымифункциональными группами ............................................................................................... 72.1.1. Синтез амфифильных порфиринов, содержащих аминогруппы ........................... 82.1.2. Синтез порфиринов, содержащих гидроксигруппы и ПЭГ.................................. 142.1.3. Синтез порфиринов, содержащих тиогруппы ...................................................... 232.1.4. Синтез галогенсодержащих порфиринов.............................................................. 302.1.5.

Синтез карбоксилсодержащих порфиринов ......................................................... 342.2. Органо-неорганические фотоактивные наноструктуры на основе порфиринов 352.2.1. Конъюгаты порфиринов с полупроводниками ..................................................... 362.2.2. Конъюгаты порфиринов с наночастицами металлов ........................................... 432.2.3. Модификация поверхности магнитных наночастиц порфиринами ..................... 482.2.4. Конъюгаты порфиринов с углеродными наночастицами..................................... 503. Обсуждение результатов ..................................................................................................

573.1. Синтез мезо-арилпорфиринов с активными функциональными группами ......... 583.1.1. Синтез аминосодержащих мезо-арилпорфиринов ............................................... 593.1.2. Синтез и модификация гидроксилсодержащих мезо-арилпорфиринов .............. 643.1.3.

Синтез пиридилсодержащих мезо-арилпорфиринов............................................ 733.1.4. Синтез тиолсодержащих мезо-арилпорфиринов .................................................. 743.2. Получение и свойства конъюгатов различной природы на основеамфифильных мезо-арилпорфиринов ............................................................................... 803.2.1.

Конъюгаты с клозо-декаборатным анионом [B10H10]2- ......................................... 803.2.2. Конъюгаты порфиринов с полупроводниковыми квантовыми точками ............ 873.2.3. Конъюгаты с наночастицами тритерпеноидов бересты ....................................... 924. Экспериментальная часть. .............................................................................................. 974.1. Синтез аминосодержащих порфиринов ......................................................................

994.2. Синтез гидроксилсодержащих порфиринов............................................................. 1114.3. Синтез пиридилсодержащих порфиринов ................................................................ 1204.4. Синтез тиолсодержащих порфиринов....................................................................... 12224.5. Конъюгаты с клозо-декаборатным анионом [B10H10]2- ............................................ 1285.

Выводы: ........................................................................................................................... 1406. Список литературы ........................................................................................................ 1413Список сокращенийDDQ – 2,3-дициано-5,6-дихлоробензохинонMeI – йодистый метилMS MALDI-TOF – масс-спектр с матричной лазерной ионизациейSDS – додецилсульфат натрияTCQ – тетрахлоробензохинон ( p-хлоранил)ТFA – трифторуксусная кислотаTHPP – мезо-тетракис(4-гидроксифенил)порфиринАСМ – атомно-силовая микроскопияБНЗТ – бор-нейтрон захватная терапияВЭЖХ – высокоэффективная жидкостная хроматографияДМАП – 4-диметиламинопиридинДМСО – диметилсульфоксидДМФА - диметилформамидДПМ – дипирролилметанИК – инфракрасныйМПК – монопиррольная конденсацияНЛО – нелинейная оптикаПАВ – поверхностно-активное веществоПЭГ - полиэтиленгликольСТМ – сканирующая туннельная микроскопияТГФ – тетрагидрофуранТСХ – тонкослойная хроматографияТФП – тетрафенилпорфиринУФ – ультрафиолетовыйФДТ – фотодинамическая терапияФС – фотосенсибилизатор41.

ВведениеТетрапиррольныемакроциклы выполняютряд критических биологическихфункций, таких как реакции катализа, фотопреобразования, молекулярного связывания,переноса энергии и электрона. Важность этих процессов придает импульс дляинтенсивного исследования синтетических тетрапиррольных соединений в качествемодельных систем природных процессов. Кроме того, было установлено, что ихвозможное применение выходит далеко за рамки моделирования и имитации природныхпроцессов. Синтетические порфирины в настоящее время нашли применение в различныхобластях науки, техники и медицины [1-3]. Тетрапирролы были исследованы в качествекатализаторов [2], сенсоров [4], агентов для ФДТ и БНЗТ [5,6], соединений длянелинейной оптики [7], фотовольтаики [1, 2], различных молекулярных машин [8] и т.д.Однимизнаиболееинтересныхнаправленийприменениясинтетическихпорфиринов является создание гибридных органо-неорганических или бионеорганическихматериалов[9-10].Неорганическойкомпонентойвнихвыступаютразличныенаночастицы, углеродные нанотрубки, фуллерены, слоистые вещества (глины, слоистыедвойные оксиды), а органическая часть - порфирины включена в них посредствомвзаимодействий различного типа.

Полученные таким образом фотоактивные ансамбли иматериалы в настоящее время активно исследуются в качестве катализаторов,диагностических и терапевтических агентов, датчиков, компонентов фотовольтаических исветоизлучающих устройств [11-14].Органическая компонента в подобных объектах должна обладать рядом свойств:необходимымифотохимическимиифотохромнымисвойствами,термо-ифотостабильностью, коммерческой доступностью, легкостью синтеза и модификации.Синтетические мезо-арилзамещенные порфирины являются удобными соединениями,которые могут выступать в качестве подобных органических компонент. Следуетподчеркнуть, что амфифильная структура порфиринов является ключевым моментом присозданиигибридныхнаноматериалов,т.к.онаспособствуетсамосборкеисамоорганизации молекул за счет нековалентных взаимодействий.В связи с этим амфифильные порфирины представляют значительный интерес длясоздания разнообразных наноструктур, которые легко могут быть применимы кнаноматериалам, строительным блокам наномашин, для конструирования иерархическиорганизованных структур.

Конечная морфология полученных наноструктур определяетсяих молекулярным дизайном: балансом гидрофильных и гидрофобных заместителей, их5взаимным расположением, взаимодействующими фрагментами. В качестве гидрофобныхзаместителей удобными фрагментами служат остатки высших жирных кислот и спиртов, ав качестве гидрофильных – гидрокси-, карбокси-, амино-, тиогруппы. Помимо приданиягидрофильности и участия в процессах самосборки и самоорганизации, эти группыявляются химически активными функциональными заместителями, которые можноподвергать дальнейшей модификации.Таким образом, особый интерес и актуальность приобретают вопросы химии инаправленногопоискасинтетическихамфифильныхпроизводныхпорфиринов,содержащих в своем составе гидрофобные фрагменты и активные функциональныегруппы. Целью настоящей диссертационной работы является разработка удобных путейсинтезаамфифильныхмезо-арилзамещенныхпорфириновсактивнымифункциональными группами, изучение их свойств, а также создание и исследованиесвойств и возможного применения фотоактивных конъюгатов на их основе.62.

Литературный обзор2.1.МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ АМФИФИЛЬНЫХ МЕЗО-АРИЛПОРФИРИНОВ САКТИВНЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ГРУППАМИПорфирины являются широко распространенным классом гетероароматическихсоединений. Многие области применения порфиринов, такие как фотодинамическаятерапия (ФДТ), нелинейная оптика (НЛО), конверсия солнечной энергии, моделированиефотосинтетическихсистем,требуютиспользованиянесимметричнозамещенныхпорфиринов, и особенно, их амфифильных производных.

Для успешного практическогоприменения подобных порфиринов необходимо их получение в препаративныхколичествах с использованием надежных высокоэффективных методов синтеза.Многообразие путей модификации тетрапирролов делает их удобной молекулярнойплатформой для создания структур различной степени сложности, в том числе, и длягибридных материалов. При этом выбор конкретного метода синтеза амфифильныхпорфиринов определяется, в первую очередь, строением конечной системы. Для синтезаамфифильных производных мезо-арилпорфиринов применяют как традиционные методыхимии порфиринов, так и новые синтетические подходы. Активно развивающаяся химиятетрапирролов предлагает несколько вариантов синтеза амфифильных порфиринов:1.