Синтез и спектральные характеристики функционализированных ароматическими заместителями дипиррометенатов бора тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Молчанов Евгений Евгеньевич

• Молчанов Евгений Евгеньевич
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Молчанов Евгений Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. BODIPY - историческая справка, номенклатура, возможности практического применения

1.2. Общие подходы к синтезу BODIPY

1.3. Подходы к направленной структурной модификации BODIPY

1.3.1. Функционализация пирролов

1.3.2. Фунционализация по 8 положению

1.3.3. Замещение в пиррольных кольцах

1.3.4. Галогенирование

1.3.5. Прямая функционализация ядра BODIPY

1.3.6. Замещение у атома бора

1.4. Полидоменные структуры на основе BODIPY

1.5. B ODIPY с расширенной п -электронной системой

1.6. BODIPY как перспективные объекты тераностики в живых системах

1.6.1. Молекулярные сенсоры на основе BODIPY

1.6.2. BODIPY в качестве сенсибилизаторов фотодинамической терапии онкологических заболеваний

1.7. BODIPY с максимумами поглощения и флуоресценции в красной и ближней ИК области

1.7.1. Стратегии перехода к красителям дальнего красного и ближнего инфракрасного диапазона на основе BODIPY

1.7.2. Батохромное смещение спектральных полос BODIPY посредством конъюгации с различными ароматическими системами

1.7.3. Батохромное смещение спектральных полос Б001РУ посредством

расширения п-электронной системы

1.7.4. сиа-БОШРУ

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Методики получения объектов исследования

2.2. Идентификация полученных соединений

2.3. Определение спектральных параметров

2.4. Полипараметрический анализ спектральных характеристик

2.5. Количественное определение сольфатохромных эффектов методом полуэмпирического анализа

2.6. Метод определения цитотоксичности

2.7. Определение антимикробной активности

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Спектральные характеристики

3.1.1. Влияние природы лиганда на спектральные свойства полученных соединений

3.1.2. Влияние концентрации красителя на спектральные свойства полученных соединений

3.1.3. Влияние природы растворителя на спектральные свойства полученных соединений

3.2. Квантово-химические расчеты спектров поглощения

3.3. Цитотоксичность

3.4. Определение антимикробной активности

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Электронные спектры поглощения и флуоресценции объектов исследования в зависимости от природы растворителя и концентрации люминофора в растворе

Кривые полуэмпирического анализа сольватохромных свойств полученных соединений

ЯМР спектры полученных соединений (в дейтерохлороформе)

MALDI-TOF спектры полученных соединений

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез и спектральные характеристики функционализированных ароматическими заместителями дипиррометенатов бора»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность и степень разработанности темы исследования.

Дипиррометенаты бора (BODIPY) привлекают все большее и большее внимание исследователей, и число публикаций по данной тематике за последние 30 лет растет в геометрической прогрессии. Это связано как с выраженными хромофорными и флуоресцентными характеристиками данных соединений в растворах и их высокой фотоустойчивостью, так и возможностью плавного изменения этих характеристик путем структурной функционализации для решения конкретных практических задач. Среди потенциальных областей применения BODIPY следует отметить возможность их использования в качестве красителей в лазерной технике и фотоэлектрических преобразователях, а также флуоресцентных маркеров и фотодинамических агентов при проведении диагностики и терапии онкологических заболеваний.

Наибольший интерес BODIPY представляют, как высокоинтенсивные флуоресцентные молекулярные сенсоры, что требует поиска структур, оптимизированных для реализации различных фотофизических эффектов, или другими словами, направленного изменения свойств соединений за счет внешнего воздействия на них. Реализация данных эффектов может быть достигнута за счет сольватационных и агрегационных процессов, явлений переноса энергии, а также других воздействий. Все это стимулирует поиск новых структур на основе BODIPY для создания материалов с заданными свойствами. В этой связи развитие и обобщение представлений о возможностях модификации данного класса ароматических соединений, поиск новых путей и подходов для получения конкретных структур, а также установление взаимосвязи структуры соединений с проявляемыми спектральными характеристиками остается на сегодняшней день важной задачей в химии дипиррометенатов бора и их аналогов.

Одним из вариантов химической модификации является сочетание нескольких дипирриновых доменов в одной молекуле. Разнообразие вариантов объединения доменов рождает широкие возможности для синтеза соединений с необходимыми

спектральными характеристиками для конкретных практических применений. Кроме того, полидоменные структуры представляют интерес вследствие проявления синергического эффекта, обусловленного взаимовлиянием отдельных элементов структуры. Инструментом управления спектральными характеристиками является также увеличение протяженности хромофорной системы дипирринового ядра. Такая модификация позволяет сместить спектральные полосы БОБЛРУ в более длинноволновую область. Функционализация бордипирринового ядра ароматическими заместителями также приводит к батохромному смещению спектральных полос и повышает сродство люминофоров к биологическим средам, а также интенсивность сенсорного отклика на состав локального молекулярного окружения.

В этой связи переход от традиционных BODIPY к структурам, модифицированным с целью настройки спектральных характеристик и реализации разных фотофизических эффектов, является актуальной и практически значимой задачей. Вместе с этим многообразие структур БОБГРУ ставит перед исследователями проблему поиска оптимальных способов функционализации, а также исследования механизмов, обусловливающих наблюдаемые на опыте спектральные изменения.

Цель и задачи исследования.

Цель диссертационной работы заключалась в установлении основных закономерностей влияния особенностей молекулярной структуры и природы среды на спектрально-люминесцентные свойства и прикладной потенциал люминофоров BODIPY, функционализированных ароматическими заместителями.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• разработка методик направленного синтеза, получение и структурная идентификация серии комплексов BODIPY, различающихся количеством доменов BODIPY в составе молекулы, природой центрального гетероатома, заместителями в ядре BODIPY и протяженностью п-электронной системы люминофоров;

• экспериментальное определение спектральных характеристик BODIPY-люминофоров в условиях варьирования сольватного окружения и концентрации

соединений, установление и анализ влияния природы растворителя на свойства исследуемых соединений;

• теоретический сравнительный анализ спектральных характеристик исследуемых BODIPY методами квантовой химии и хемоинформатики;

• сравнительный анализ возможностей использования полученных в работе новых соединений класса BODIPY для решения прикладных задач.

Научная новизна исследования.

В результате работы было получено 11 новых комплексов BODIPY, различающихся числом бордипирриновых доменов, природой мезо-атома, заместителей в периферии дипирринового лиганда и протяженностью ароматической системы дипиррометена. Все соединения были получены по авторским методикам синтеза.

Впервые исследованы спектральные характеристики полученных борфторидных комплексов дипиррометенов, в условиях варьирования природы растворителя и концентрации люминофора в растворе. Полученные спектры поглощения и спектры флуоресценции, а также ряд важнейших фотофизических характеристик, таких как квантовый выход флуоресценции, величина стоксового сдвига, время жизни возбужденного состояния, роторный эффект, позволили установить ключевые закономерности в изменении спектральных свойств комплексов BODIPY в зависимости от структуры молекулы и природы растворителя.

Впервые экспериментально установлено и методами квантовой химии подтверждено изменение характера спектральных полос для двух комплексов BODIPY: 8-(3,5-диметилфенил)-3,5-(2-винилтиофен)-1,7-диметил-4-боро-3а,4а-диаза-сммм-индацена, и 8-(3,5-диметилфенил)-Ь,Ь'-динафтил-4-боро-3а,4а-диаза-симм-индацена, связанное с расширением п-электронной системы дипирринового ядра

Проведен систематический анализ влияния расширения электронной системы дипирринового лиганда и увеличения их количества на свойства соединений и проявляемые ими механизмы изменения спектральных откликов.

Впервые исследована темновая токсичность 8-(3,5-диметилфенил)-Ь,Ь'-динафтил-4-боро-3а,4а-диаза-симм-индацена в отношении форменных элементов крови in vitro, и доказано, что данное соединение не обладает цитотоксическим действием и может быть использовано в качестве флуоресцентного зонда.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Полученные результаты расширяют имеющиеся представления о получении, свойствах и возможностях практического использования борфторидных комплексов дипиррометенов, различающихся числом бордипирриновых доменов, природой центрального гетероатома молекулы, размером хромофорной системы, а также заместителями в периферии бордипирринового ядра.

Предложенные подходы к направленному синтезу функционализированных комплексов BODIPY расширяют возможности тонкой настройки спектральных и фотофизических характеристик для использования получаемых эффектов в конкретных практических применениях.

Синтезированные люминофоры BODIPY, в силу присущих им уникальных спектральных характеристик, могут быть использованы в областях, где необходима как инертность соединений к молекулярному окружению, так и напротив, ярко выраженные сольватохромные эффекты и флуоресцентный отклик на изменение природы растворителя. Полученные соединения проявили и положительный, и отрицательный сольватохромизм, в зависимости от особенностей структурного строения и природы локального молекулярного окружения. Предложенные структурные модификации позволили сместить спектральные полосы в дальнюю красную и ближнюю инфракрасную области, что представляет интерес для молекулярной биосенсорики и диагностики онкологических заболеваний. Наблюдаемое повышение величин коэффициентов экстинкции для синтезированных полидоменных BODIPY структур позволяют уменьшить рабочие концентрации люминофора, а усиленная тенденция к агрегации в растворах открывает возможности применения полидоменных комплексов в областях, где требуется отклик на минимальные изменения концентрации красителя в жидкой фазе.

Методология и методы исследования.

Для подтверждения молекулярной структуры, анализа степени и изучения физико-химических характеристик синтезированных соединений в растворах был задействован широкий спектр современных методов анализа, включающий: спектроскопию ядерного магнитного резонанса (ЯМР) на ядрах и ПВ и 19F, масс-спектрометрию MALDI TOFF, спектроскопию поглощения и флуоресценции, разрешенную во времени флуоресцентную спектроскопию. Для подтверждения полученных в работе результатов были выполнены квантовохимические расчеты свободной энергии Гиббса, граничных молекулярных орбиталей, спектров поглощения и флуоресценции. Для численного представления сольватохромных эффектов была использована группа методов, представляющая собой полипараметрический регрессионный анализ.

Анализ темнового цитотоксического действия на морфологические характеристики форменных элементов крови с использованием фазово-контрастной микроскопии с детекцией измененных клеток и анализ интенсивности свободно-радикальных процессов деградации клеточных мембран, позволили изучить токсическое действие исследуемых соединений in vitro.

Положения, выносимые на защиту.

На защиту выносятся следующие основные положения и результаты:

1. Методики синтеза и очистки 11 координационных соединений дипирринатов бора(Ш) с различной структурой дипирринового лиганда и количеством дипирриновых доменов в молекуле.

2. Возможности применения различных методов анализа спектральных и фотофизических характеристик для дипирринатов бора(Ш) в условиях варьирования природы растворителя и концентрации комплекса в растворе.

3. Проявление полученными комплексами интенсивных фотофизических эффектов, таких как хромофорные и флуоресцентные отклики на изменение природы растворителя, вязкости и концентрации красителя.

Степень достоверности и апробация результатов работы.

Достоверность результатов работы подтверждается воспроизводимостью экспериментальных данных, полученных с использованием ряда современных физико-химических методов исследования, а также согласованностью выводов, сделанных на основе сравнительного анализа экспериментальных, расчетных и литературных данных.

Основные результаты работы были представлены на следующих научных конференциях: Всероссийской научной конференции «Фундаментальные науки -специалисту нового века» (Студенческая научная школа-конференция «Дни науки в ИГХТУ») (г. Иваново, 2018 г.), Всероссийской научной конференции «Фундаментальные науки - специалисту нового века» (Студенческая научная школа-конференция «Дни науки в ИГХТУ») (г. Иваново, 2019 г.), Международной конференции «Спектроскопия координационных соединений» (КУБГУ, г. Туапсе, 2019г.), Зимней школе-конференции «WSOC-2020 Марковниковские чтения» (МГУ, пансионат Красновидово, 2020г), Международной конференции «Спектроскопия координационных соединений» (КУБГУ, г. Туапсе, 2020г.), Международной конференции «Спектроскопия координационных соединений» (КУБГУ, г. Туапсе, 2021г.).

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №19-33-90232.

Публикации.

По теме диссертационного исследования опубликовано 5 статей в журналах Перечня рецензируемых изданий, в том числе 3 из них в профильных журналах, и 7 тезисов докладов на конференциях различного уровня.

Личный вклад автора заключается в обзоре литературы по теме диссертационной работы, планировании и проведении экспериментальных исследований, а также в обработке экспериментальных данных, выполнении расчетов характеристик соединений. Постановка цели и задач работы, обсуждение результатов и написание статей выполнены совместно с научным руководителем.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, перечня используемых сокращений, трех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 137 наименований и приложения. Работа изложена на 154 страницах и содержит 145 рисунков и 10 таблиц.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. БОБ1РУ - историческая справка, номенклатура, возможности практического применения

Впервые борфторидный комплекс дипирролилметена (БОБ1РУ) был получен в 1968 году Требисом и Кройцером, как побочный продукт реакции ацилирования 2,4-диметилпиррола уксусным ангидридом в присутствии эфирата трифторида бора [1]. Сконденсировавшиеся в кислой среде по свободному а-положению, пирролы вступили в реакцию комплексообразования с частицей ББ2, донором которой послужил эфират трифторида бора (рис. 1.1).

Рисунок 1.1. Методика синтеза BODIPY, применённая Требисом и Кройцером.

Несмотря на сочетание в молекулах БОБ1РУ таких перспективных характеристик, как химическая устойчивость, большой молярный коэффициент поглощения, высокий квантовый выход флуоресценции и узкие спектральные полосы поглощения и эмиссии, до начала XXI века данные соединения не привлекали пристального внимания исследователей [2-4] (рис. 1.2). Структуры данного типа обладают высокой фотостабильностью, электронейтральны и низкотоксичны, по сравнению со своими аналогами [2, 5]. В XX веке интерес к БОБ1РУ ограничивался разработкой способов их применения в качестве активных сред для лазеров на красителях [6].

1.1

1 2

0.4 ■

0.8 ■

0.2 ■

0.6 ■

0

A, nm

0

0.4

0.2

0.6

0.8

450 470 490 510 530 550 570 590 610 630 650 Рисунок 1.2. Типичный спектр поглощения (1) и относительная интенсивность флуоресценции (2) комплекса BODIPY в бензоле.

Синтетическая химия BODIPY открывает множество способов модификаций структур данного типа для конкретных практических применений. Наиболее актуальная на данный момент сфера применения BODIPY люминофоров подразумевает их использование в качестве флуоресцентных сенсоров [7, 8], так называемых "ON/OFF индикаторов" [9, 10], а также маркеров или меток различных биомолекул и биологических систем [11, 12]. 1.1.1. Номенклатура BODIPY

Номенклатура BODIPY по системе IUPAC несколько отличается от традиционной номенклатуры дипирринов. Однако, для всех трёх базовых соединений этого семейства (рис. 1.3) центральный, или, иначе, мостиковый атом углерода, имеет название мезо-положения. Кроме того, углероды, ближайшие к атому азота, носят название а-углерод, что подчёркивает их высокую реакционную способность (остальные углероды по такой номенклатуре - находятся в ¡5-положениях).

МЕЗО

2

2

Рисунок 1.3. Номенклатура дипиррометана, дипиррометена и BODIPY.

Также, на ряду с привычной номенклатурой, часто встречается номенклатура, где за основу наименования принимается индацен. Таким образом, BODIPY, который изображен на рисунке 1.3, будет называться: по IUPAC - 4-боро-3а,4а-диаза-симм-индацен, с точки зрения традиционной номенклатуры - борфторидный комплекс дипирролилметена или дипиррометена. Также люминофоры BODIPY называют дипиррометенаты бора.

1.1.2. Возможности практического применения БОВ1РУ

В настоящее время бордипирриновые люминофоры привлекают значительное внимание исследователей [3]. Среди областей применения стоит выделить использование BODIPY в качестве активных сред лазерных красителей и фотоэлектрических преобразователей [13], применение их, как маркеров или фотодинамических агентов при проведении биохимических исследований и терапии онкологических заболеваний [14-16]. BODIPY флуорофоры широко используются в качестве сенсоров катионов [17-21] и анионов [22, 23], агентов доставки лекарств [24], флуоресцентных переключателей [25], электролюминесцентных пленок [26, 27], сенсибилизаторов для солнечных батарей [21]. Этот список не является исчерпывающим для BODIPY люминофоров.

Возможности практического применения BODIPY активно исследуются в лаборатории координационной и супрамолекулярной химии линейных и циклических олигопирролов кафедры неорганической химии Ивановского государственного химико-технологического университета.

В частности, нашей научной группой была показана возможность применения BODIPY-1.2, содержащего в своем составе активный донорный атом азота в качестве флуоресцентного сенсора рН в водно-этанольной смеси. Установлено, что протонирование алкил-амино группы приводит к десятикратному увеличению интенсивности флуоресценции [28] (рис. 1.4).

80 60 40 20 0

/А

рИ 1-21

500 520 540 560 580 600 620

1.2 Д/им

—г I •

660 680 700

Рисунок 1.4. Спектры флуоресценции диметилпараамино-БОВ1РУ (1.2) при различных рН.

Доказана возможность применения BODIPY-1.3 в качестве молекулярного ротора. Принцип работы молекулярных роторов основан на подавлении безызлучательного канала релаксации в условиях повышения вязкости раствора. Одним словом, относительное смещение (вращение) двух хромофоров в возбужденном состоянии приводит к внутримолекулярному переносу заряда и сопутствующему тушению флуоресценции. Увеличение вязкости сопровождается ярко выраженным ростом интенсивности флуоресценции и незначительным увеличением поглощения раствора (рис. 1.5), что свидетельствует о наличии роторных свойств у этого флуорофора [29].

500 520 >40 560 580 600 620 640

Рисунок 1.5. Спектры флуоресценции и поглощения 8-фенилВО01РУ (1.3) в СС14 с различной вязкостью (1 - 0.534 сР, 2 - 0.969 сР)

Так же были получены pH чувствительные материалы методом иммобилизации сенсорных молекул на поверхности или в порах полимерных матриц органической, неорганической или гибридной природы [30]. На рисунке 1.6 показано тушение флуоресценции BODIPY-1.4 с увеличением pH (а) и разгорание флуоресценции с увеличением pH (Ь). Учитывая то, что содержание люминофора в матрицах одинаковое, можно сделать вывод, что матрица влияет на характер зависимости интенсивности испускания от pH среды.

10

12

14

рН

Рисунок 1.6. Зависимость относительной интенсивности флуоресценции БODIPY-1.4 от рН для гибридов c поливинилхлоридом (а) и полисульфоном (Ь).

Фотофизические эффекты серии BODIPY-красителей исследовались в плазме крови и сыворотке крови здоровых доноров. По изменению спектров поглощения и флуоресценции были установлено, что это вызвано специфическим и неспецифическим взаимодействием с биомолекулами. Было показано, что белки могут образовывать молекулярные комплексы с флуорофорами. Природа механизмов комплексообразования зависит от структуры BODIPY [31]. Из ряда исследованных соединений наибольший отклик на присутствие в растворе белка показало соединение BODIPY-1.5 (рис. 1.7).

5

Ша *

» •

* 55

* 45 35 25 1.5

1/1 „

1-3 '¡белка,

г г 1.5

ш

15

20

25

Рисунок 1.7. Зависимость относительной интенсивности флуоресценции БODIPY-1.5 в растворе от концентрации белков в пробе (1-3 - пробы с плазмой крови; 4 - проба с сывороткой крови)

При концентрации белка менее 1 г/л происходит увеличение интенсивности флуоресценции. Затем при дальнейшем увеличении биологического объекта происходит тушение флуоресценции, связанное с неоднородностью среды, а при высоких концентрациях биологического объекта (более 20%) - светорассеяние. 1.2. Общие подходы к синтезу БОБ1РУ

Существует два основных подхода к получению дипирриновых лигандов в синтезе BODIPY [32-35]:

1. Конденсация пирролов и ароматического альдегида в присутствии каталитических количеств кислоты с последующим окислением мостиковой связи и комплексообразованием с трифторидом бора, который обычно вносят в виде эфирата (рисунок 1.8).

^Ч ^Ч гг-^Ч

ч,

о

н

\

N4

Рисунок 1.8. Метод синтеза, основанный на конденсации пиррола с ароматическим альдегидом.

В качестве протонирующего агента (кислоты), на стадии образования лиганда используется трифторуксусная кислота. Для окисления мостиковой связи традиционно используют DDQ. Перед комплексообразованием с эфиратом трифторида бора в реакционную массу вводят триэтиламин, для депротонирования лиганда по одному из атомов азота.

2. Конденсация пиррола с ацильным эквивалентом (рис. 1.9). Ацилпиррол в присутствии кислоты легко реагирует со свободным пирролом по а-положению с образованием дипиррометена (лиганда).

Х=С1, н, ося

н

к

/^Ло

V—N4 Х^О ^¿Н НГ

н

/

в; 1.7

Рисунок 1.9. Методика получения БОВ1РУ конденсацией пиррола с ацильным эквивалентом.

Реакция комплексообразования протекает точно так же, как и в первом методе, однако, преимущество этого метода синтеза БОБЛРУ в том, что можно получать ассиметричные БОБ1РУ (1.8), путем сочетания пирролов с различными заместителями (рис. 1.10).

х

Рисунок 1.10. Методика получения ассиметричного БОВ1РУ (Х=С1, Бг).

Реакцию комплексообразования проводят в 2 основные стадии (рисунок 1.11) [36-38]:

1. Депротонирование лиганда

2. Введение ББ2 группы, донором которой является трифторид бора, вводимый в реакционную смесь в виде эфирата.

[НЬ-ВИз]

Рисунок 1.11. Схема образования BODIPY через стадию формирования донорно-акцепторного комплекса.

Образование борфторидного комплекса происходит через протонированный трифторидный комплекс дипиррина [HL*BFз], при нагревании которого в течении 30 минут происходит отщепление фтороводорода с образованием BODIPY [BF2L], 1.3. Подходы к направленной структурной модификации БОБ1РУ

Основным преимуществом BODIPY перед люминофорами других классов является возможность тонкой настройки оптических параметров путем селективного введения различных функциональных групп в структуру люминофора, которые так же могут быть способны к связыванию с различными биологическими мишенями. Основные способы функционализации BODIPY:

1.3.1. Функционализация пирролов

Самый простой и часто используемый метод функционализации BODIPY -это предварительное введение функциональных групп в пиррол, который будет использован в качестве основы для получения BODIPY. Недостатком этого метода является то, что функционализация пиррола - крайне трудоемкий и неэффективный процесс. Системы, которые могут быть получены по относительно простой синтетической процедуре являются, по большей части, коммерчески доступными [39].

1.3.2. Фунционализация по 8 положению

Ранее уже представлен пример получения BODIPY с ароматическим заместителем в ^-положении (рисунок 1.8). Главным преимуществом данного способа функционализации является коммерческая доступность и разнообразие ароматических альдегидов, а также возможности их модификации непосредственно в структуре люминофора. Также мезо-заместитель может быть введен в ацильпиррольный эквивалент, [40] как упоминалось ранее (рисунки 1.9;1.10).

1.3.3. Замещение в пиррольных кольцах

Метильные группы, находящиеся в а-положении BODIPY (1.9), аналогично таковым в пирролах, обладают большей реакционной способностью, чем другие, что делает их активными в реакции конденсации Кнёвенагеля для получения соединений, таких как BODIPY-1.10;1.11 [41-43] (рис. 1.12). Реакцию проводят в

присутствии основания или в буферном растворе. Одним из главных факторов успешного проведения реакции является удаление воды из реакционной смеси. Для этого обычно используют аппарат Дина Старка или молекулярные сита.

\ \ / Рисунок 1.12. Пример функционализации по а-СН3 группировке посредством конденсации Кнёвенагеля. 1.3.4. Галогенирование

Введение галогена может осуществляться либо в предварительно синтезированный ВОБГРУ, либо на одной из стадий его синтеза (рис. 1.13; ВОБ1РУ-1.12).

1.ББС)

2. ЛЕ^, ВБз

/-~

С1 С1 С1 ' 1.12 ' С1

Рисунок 1.13. Пример введения в молекулу БОВ1РУ галогена на стадии образования дипиррометена.

Поскольку, галоген — это хорошая уходящая группа, галогенопроизводные ВОБ1РУ становятся способными к селективному замещению по атому галогена [44, 45] (рис. 1.14).

агентов (R1, R2 = N-хлор или N-бром сукцинимид).

На практике, чаще галогенируют BODIPY в целях последующего получения олигомерных систем с расширенной п-электронной системой типа push-pull [46] (рис. 1.15). Такие системы (BODIPY-1.15) обладают пиками поглощения и флуоресценции в более длинноволновой области чем моно-BODIPY, однако более слабыми кумулятивными свойствами [47-49].

BODIPY.

1.3.5. Прямая функционализация ядра Б0В1РУ

1,3,5,7-замещённые BODIPY (со свободным ^-положением) часто используются для присоединения различных функциональных групп по в-положению. В литературе описаны случаи успешного нитрования [3] и формилирования (BODIPY-1.16) по Вильсмайеру подобных систем. Хотя формил-производные впервые были упомянуты Кевином Бюргессом, научная группа Цзяо первая опубликовала полный синтез и использовала это соединение в конденсации Кнёвенагеля для получения дициановинил производного [50] (рис. 1.16; BODIPY-2.17).

Рисунок 1.16. Пример применения конденсации Кнёвенагеля для дериватизации БОЫРУ.

В настоящее время, большое внимание уделяется превращениям с использованием реакции C-H активации на переходных металлах. [51] Химическая устойчивость люминофоров класса BODIPY позволяет использовать в качестве способа модификации все существующие подходы к превращениям данного типа. Наглядным примером может служить палладий-катализируемое присоединение двойной связи на 2,6-положения, произведённое группой Бюргесса (рис. 1.17, BODIPY-1.18).

Рисунок 1.17. Палладий-катализируемое присоединение двойной связи на 3,5 положения ядра Б0В1РУ.

1.3.6. Замещение у атома бора

Замещение по атому бора в структуре BODIPY незначительно влияет на спектральные свойства данного люминофора. Однако, с помощью такой модификации можно добиться увеличения полярности молекулы, тем самым увеличив ее растворимость в воде [52]. Кислородсодержащие нуклеофилы замещают фторы как в присутствии оснований, так и кислот Льюиса. Например, мезо-фенил-1,3,5,7-тетраметил BODIPY, замещаясь по бору, в основном растворе метанола, позволяет получить смесь моно- (BODIPY-1.19) и ди-(BODIPY-1.20) метокси замещённых систем (рис. 1.18).

Рисунок 1.18. Пример синтеза Б-замещённых БОВ!РУ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Молчанов Евгений Евгеньевич, 2023 год

У /

1 J F /- -N> < л

F N jí в N 4F

С Y i< )

ч

V -N. l^/ /

I 1 i I- 1, il i

>г i- рн¥ S r

7.8 7.6 7.4 7.2 7.0 6.8 6.6 6.4 6.2 6.0 5.8 5.6 5.4 5.2 5.0 4.8 4.6 4.4 4.2 4.0 3.8 3.6 3.4 3.2 3.0 2.8 2.6

fl (Hfl)

Рисунок 4.41. Спектр 1HЯМР соединения 4.

ям ВЛФЧ nNN /.1S 7.19 7.18 s 5.36 5.32

S\ S \ \ /

( 1

/ 1

F 1" ы N

1 F .В' i У

у Ч У

N I

1 /

L J

Л

s М.

/ [y V 1 /J р-В "F

T IV- Г4

3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 О -200

7.6 7.4 7.2 7.0 6.8 6.6 6.4 6.2 6.0 5.8 5.6 5.4 5.2 5.0 4.8 4.6 4.4 4.2 4.0 3.8 3.6 3.4 3.2 3.0 2.8 2.6

fl (мд)

¡tren ■«»й в«« яэрз g 1-7.87 1-7.86 1-7.86 ÍSBRÍ f» 1-7.69 1-7.27 я S 3 ¡399 7.20 7.19 7.18

г

/ i F 1 ^ N.. >

I F N J

с Г r^ 1

N "О

«V 11

M

< V

F F

il 1

sf И 1

—I-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-г

8.2 8.0 7.8 7.6 7.4 7.2 7.0 6.8 6.6 6.4 6.2 6.0 5.8 5.6 5.4 5.2 5.0 4.8 4.6 4.4 4.2 4.0 3.8 3.6

fl (МД)

Рисунок 4.43. Спектр 1H ЯМР соединения б.

8.6 8.5 8.4 8.3 8.2 8.1 8.0 7.9 7.8 7.7 7.6 7.5 7.4 7.3 7.2 7.1 2.8 2.7 2.6 2.5 2.4 2.3

fl (мд)

-100000

-90000

-80000

-70000

-60000

-50000

-40000

-30000

-20000

-10000

-0

--10000

PucynoK 4.45. CneKmp 11BHMP coedunenux 7.

-15000

-14000

-13000

-12000

-11000

-10000

-9000

-8000

-7000

-6000

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

-0

PucynoK 4.46. CneKmp 1H HMP coedunenux 8.

Sample 11B 29 @khodc 1.4. fid 5 K V 7 nov ember 2019 a 1

( r-N c =1

V h ) <

.

S 3

LOO 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -100 -110 -120 -130

fl(Mfl)

a»«? S ft /-5.37 ,5.32 -5.28 ^5.26 5 -2.60 ■2.55 -2.52 -2.51 ■2.51 2.42 ,2.41 2.39 ^-2.38 -2.19 -1.43 ^1.39 ,1.13 ,1.10 -1.08

r ---- - y /

s__/N

_/

-1

n y /

\ F ^F \

111 ill ! II 11 1 ■■ L i! _! i

TT T

= - a d

7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0

fl (Mil)

7.73 7.73 7.73 7.72 7.72 7.57 s s s й s s J J n n M 5.37 5.28 4.34 4.33 4.31 4.1Я 4.17 4.16 4.15 2.80 2.79 7Я й m S Я Я Р °иноос о о о о о о Г-. Г>. г-- Г-. Г-. Г". ТС ч- (О п мм !>. 1»Ч Гч |>. |Ч pN £ g ç ç ? ? í ¥

í /

f Í

1

к

\ \jí /

\ / M

т Г4 ч

\ .h / ^ \ 1

F 1 \ ц

/ Г г \

1 ! i 1 Ü !l!

ЗГ ï г г

из ID

7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5

fl (мд)

Рисунок 4.47. Спектр 1HЯМР соединения 9.

34000 32000 30000 28000 26000 24000 22000 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0

-2000

-0.32 -0.30 -0.28 -0.26 -0.24 -0.22 -0.20 -0.18 -0.16 -0.14 -0.12 -0.10 -0.08 -0.06 -0.04 -0.02 -0.00 - -0.02

МАЬБТ-ТОР спектры полученных соединений

500 1000 1500

Рисунок 4.49. Спектр ЫАЬВ1-ТОЕ соединения 1.

Рисунок 4.51. СпектрЫАЬВ1-ТОЕ соединения 3.

Рисунок 4.52. Спектр ЫАЬВ1-ТОЕ соединения 4.

Рисунок 4.53. СпектрЫАЬВ1-ТОР соединения 5.

Рисунок 4.54. Спектр ЫАЬВ1-ТОР соединения 6.

Рисунок 4.55. СпектрЫАЬВ1-ТОЕ соединения 7.

Рисунок 4.56. Спектр ЫАЬВ1-ТОР соединения 8.

Рисунок 4.57. Спектр ЫАЬВ1-ТОГ соединения 9.

Рисунок 4.58. Спектр ЫАЬВ1-ТОР соединения 10.