Химики-органики разработали эффективный метод синтеза флуорофоров

15:52, 10 ноября 2017

Специалисты работали вместе с профессором Энрико Бенасси

Фотографии растворов синтезированных тиофенов в диоксане с длиной волны возбуждения 380 нм. Фото: Наталия Бельская

Химики Уральского федерального университета предложили новый метод синтеза производных тиофена и изучили их флуоресцентные свойства экспериментальными и теоретическими методами. Многие органические вещества, содержащие тиофеновый цикл, проявляют значительную фармакологическую активность. Благодаря своей необычной электронной природе и низкой ароматичности тиофены являются идеальной молекулой для синтеза фотоактивных полимеров, жидких кристаллов и органических красителей для солнечных батарей. О своем открытии ученые рассказали на страницах журнала Chemistry — An Asian Journal.

«Наша работа была бы в принципе невозможна без финансирования по программе развития УрФУ и программе повышения конкурентоспособности (УрФУ — участник проекта „5-100“). Мы познакомились с физиком-теоретиком Энрико Бенасси, ставшим важным членом нашей команды. Для того чтобы измерить спектры флуоресценции и определить оптические характеристики синтезированных соединений, нам приходилось ездить в другие институты в России и даже в Нанкайский университет (Китай). Реальные результаты появились только тогда, когда наш институт смог приобрести необходимое оборудование (УФ-спектрофотометр и два японских флуориметра). Благодаря ему наши исследования по качеству и степени важности решаемых проблем вышли на мировой уровень, появились публикации с высоким импакт-фактором», — отмечает ведущий автор статьи доктор химических наук Наталия Бельская.

Исследовательская группа кафедры технологии органического синтеза УрФУ совместно с ученым из Италии (Высшая нормальная школа, Пиза) и казахстанским Университетом Назарбаева (Астана) опубликовали результаты совместной работы, в которой представили удобную и эффективную двухстадийную процедуру получения новых производных тиофена из простых и доступных исходных веществ. Они определили особенности механизма этой реакции с помощью квантово-механических расчетов термодинамических параметров реакции, сопоставления зарядов на активных центрах, моделирования строения промежуточных веществ, исследования их внутримолекулярных взаимодействий.

Предложенный ими метод представляет интерес благодаря удобным и безопасным условиям (нагревание исходных веществ в диметилформамиде при 80^°С в течение 30-120 минут). Он отличается от ранее предложенных длительных и трудоемких процессов, протекающих к тому же и с низкими выходами. Наконец, новая процедура может быть применена для получения библиотек новых тиофенов, структура которых будет включать новые комбинации заместителей в зависимости от тех требований, которые диктуют направления их последующего использования.

Полученные соединения обладает важным фотофизическим свойством, а именно флуоресценцией (поглощение кванта света веществом с последующим излучением другого кванта, который имеет свойства, отличные от исходного). Для интерпретации экспериментальных результатов и изучения особенностей основного и возбужденного состояний исследуемых веществ были использованы методы квантовой механики, используемые в настоящее время для расчета органических молекул.

Следует отметить, что молекулы и материалы, обладающие флуоресцентными свойствами, представляют большой интерес для органической фотоники при создании люминесцентных (светодиоды и дисплеи, люминесцентные зонды и метки) и фотовольтаических устройств (фотодетекторы, цветосенсибилизированные солнечные батареи). Благодаря своим фотофизическим свойствам и повышенной чувствительности к окружающей среде синтезированные соединения могут найти применение во многих областях, особенно в биологии, из-за их структурного сходства с биологически активными тиофенами.

Статья в Chemistry — An Asian Journal уже четвертая, опубликованная в 2017 году коллективом химиков из УрФУ и посвященная новым гетероциклическим флуорофорам. Ранее они разработали методику синтеза 2-арил-1,2,3-триазолов (статья была отмечена редакцией журнала как очень важная), обнаружили и изучили их флуоресцентные свойства. Кроме того, они предложили новый метод синтеза 4,5-дигидро-1,2,4-триазолов и показали, что доступность, синтетическая простота, стабильность и высокая чувствительность к микроокружению делают эти соединения удобной платформой для создания на их основе новых сенсоров. Во всех публикациях представлены новые оригинальные вещества, которые обладают необычными оптическими свойствами в растворах, кристаллическом состоянии или в суспензии (наночастицы).

Опираясь на полученные результаты, ученые собираются перейти к дизайну, синтезу и исследованию флуоресцентных свойств соединений, которые могут стать реальными веществами-кандидатами для практического использования в биологии, медицине.