АКТУАЛЬНОСТЬ. Люминесцентные комплексы лантанидов и функционализированных гетероциклов находят широкое применение при создании новых материалов, среди которых можно выделить метки для фосфоресцентного иммуноанализа и электролюминесцентные материалы для органических светодиодов. Несмотря на то, что люминесценция таких комплексов связана с электронными переходами самого атома лантанида, целевые характеристики, которыми должен обладать материал (поглощение света, связывание с белками, растворимость, летучесть, стабильность, проводимость и т.д.), практически полностью определяются именно строением гетероциклической составляющей. Зачастую требуется тонкая настройка структуры лиганда для достижения разных по своей природе свойств комплекса. В ряде случаев это становится нетривиальной задачей, для решения которой нужны новые лиганды, а значит, и новые методы для их синтеза и функционализации, что и определяет актуальность данной работы.
В основе большинства лигандов для люминесцентных лантанидных комплексов лежит пиридиновое (би- и терпиридиновое) ядро, которое обеспечивает перенос энергии возбуждения от лиганда к металлу. Однако особенности свойств катионов металлов лантанидной группы требуют введения в молекулу лиганда определенных функциональных заместителей. Необходимым условием для получения лантанидных комплексов с заданными свойствами является наличие дополнительных координационных центров (карбоксилатных, карбонильных групп, полиаминоуксусных кислот, иминоуксусной кислоты и др.), которые отвечают за стабильность, заряд, растворимость координационного соединения лантанида и т.п. Настройка фотофизических свойств может достигаться введением ароматических заместителей. Учитывая, что для получения комплексов различных лантанидов могут быть использованы лиганды одной группы, разрабатываемые подходы должны давать возможность варьирования заместителей для подстройки свойств и структуры лиганда под конкретный металл.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ стал поиск удобных методов синтеза функционализированных бипиридинов для получения люминесцентных лантанидных комплексов с возможностью настройки свойств комплексов за счет варьирования структуры лиганда.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
1. Поиск удобных синтетических подходов к 5-арил-2,2’-бипиридинкарбоновым кислотам - лигандам для получения нейтральных комплексов лантанидов, управление люминесценцией и растворимостью комплексов за счет варьирования заместителей в лиганде.
2. Поиск путей получения новых лигандов для устойчивых Еи(111) хелатов на основе 5-
арил-2,2’-бипиридинов, несущих остатки циклических или ациклических
олигоэтиленаминоуксусных кислот - хромофоров для меток для фосфоресцентного иммуноанализа.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Разработан метод синтеза производных 5-арил-2,2’- бипиридинкарбоновых кислот - удобных строительных блоков для получения лантанидных хелатов. Метод включает синтез предшественников 1,2,4-триазинового ряда и их превращение в целевые пиридины в результате реакции Дильса-Альдера с обратными электронными требованиями. Такой подход обеспечивает гибкую модификацию структуры лиганда (варьирование ароматических заместителей, введение дополнительных заместителей, выбор положения карбоксильной группы). Полученные на основе бипиридин- 6-карбоновых кислот нейтральные комплексы европия(Ш) состава 3: 1 обладают хорошими фотофизическими свойствами (квантовые выходы фосфоресценции до 28%), что удалось достичь в результате целевой модификации лиганда на основе выявленных закономерностей «структура-свойство». Разработка методов аннелирования циклопентенового фрагмента к центральному пиридиновому ядру позволила резко повысить растворимость лантанидных комплексов в неполярных органических растворителях.
Найдены пути получения гибридных лигандов, содержащих фрагмент бипиридина и остатки циклических и ациклических полиаминоуксусных кислот. Получены комплексы европия(Ш) и новых лигандов. Изучены люминесцентные свойства комплексов. Выявлены закономерности влияния структуры лиганда на процессы передачи энергии возбуждения люминесценции от лиганда к металлу.
Разработаны методы введения дополнительных координационных центров, например, остатка дипиколиламина для получения новых лигандов для катионов переходных металлов.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Получен ряд растворимых в органических растворителях и полимерах люминесцентных нейтральных лантанидных комплексов, которые могут быть использованы в качестве новых люминофоров. Получены потенциальные метки для фосфоресцентного иммуноанализа на основе новых европиевых комплексов. Для этого разработан метод введения в молекулу лиганда аминогруппы, предшественника изотиоцианатного линкера для связывания с аминогруппами белков. Получены потенциальные люминесцентные индикаторы на ионы цинка(11) на основе дипиколиламинометилбипиридина. Количественно изучено влияние концентрации цинка на увеличение интенсивности флюоресценции в водных буферных растворах. Показана селективность отклика по сравнению с катионами некоторых переходных металлов.
ПУБЛИКАЦИИ И АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные материалы диссертации опубликованы в 2 статьях в ведущих научных журналах. Результаты работы доложены и обсуждены в виде сообщений на 3 конференциях. Работа выполнена в рамках проектов РФФИ (гранты 08-03-00988 и 08-03-00585), а также при поддержке Научно-Образовательного Центра «Перспективные материалы» (REC-005).
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа общим объемом 122 страницы машинописного текста состоит из введения, обзора литературы, обсуждения результатов, выводов и экспериментальной части. Библиографический список - 175 работ. Диссертация содержит 13 схем, 6 таблиц и 29 рисунков.
1. Методология синтеза замещенных бипиридинов, включающая получение промежуточных 1,2,4-триазинов, их трансформацию в пиридины в результате реакции Дильса-Альдера с последующей дополнительной функционализацией, является удобным путем к лигандам для лантанидов. Гибкость метода синтеза лигандов, разработанного на основе этой методологии, позволяет управлять как фотофизическими, так и другими целевыми свойствами люминесцентных комплексов. В частности:
- разработан новый метод получения 5-арил-2,2’-бипиридин-6(6’)-карбоновых кислот, которые образуют растворимые в органических растворителях люминесцентные лантанидные комплексы;
- найдены пути синтеза лигандов на основе бипиридина, содержащего дополнительный полиэтиленаминоацетатный хелатирующий узел, которые дают водорастворимые люминесцентные европиевые комплексы, хромофоры для меток для иммуноанализа.
2. Показано, что активация гидролиза 5-арил-6-циано-2,2’-бипиридинов хлоридом меди является удобным синтетическим приемом для получения 5-арил-2,2’-бипиридин-6- карбоновых кислот и их европиевых комплексов.
3. На основании данных РСА показано, что введение ароматических заместителей в положение 5 бипиридинкарбоновых кислот управляет самоорганизацией молекул европиевых комплексов в кристаллической фазе за счет внутри- и межкомплексных п-п- взаимодействий между молекулами лиганда.
4. Используемый подход позволяет получать европиевые комплексы, содержащие аминогруппу в молекуле лиганда для связывания с белками, что открывает путь к фосфоресцентным меткам для иммуноанализа.
5. Разработанные синтетические подходы могут быть использованы для введения различных дополнительных хелатирующих узлов, что открывает путь к соединениям различного назначения. В рамках работы такая возможность показана на примере получения люминесцентных индикаторов на катионы цинка (за счет введения остатков дипиколиламина и диэтилентриамина в положение 6 бипиридина), которые показали селективный отклик при концентрациях аналита в водных буферных растворах порядка 10-5 моль/л.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
