Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


ДИЗАЙН, СИНТЕЗ, ФОТОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОНДЕНСИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДНЫХ 2-АРИЛ-1,2,3-ТРИАЗОЛА

Работа №102750

Тип работы

Авторефераты (РГБ)

Предмет

химия

Объем работы24
Год сдачи2022
Стоимость250 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
22
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПУБЛИКАЦИИ

Актуальность и степень разработанности темы исследования. В настоящее время медицинская химия и химия материалов требуют все большего структурного разнообразия органических соединений, чтобы сделать их более привлекательными для практического использования. Важным моментом дериватизации органических молекул является формирование различных комбинаций конденсированных гетероциклических фрагментов, что существенно разнообразит их архитектуру, обеспечивает реакционную способность и, во многом, определяет физико-химические и фотофизические свойства.
1,2,3-Триазолы и их производные всегда были объектом особого внимания химиков- синтетиков, а в последние десятилетия они стали одним из гетероциклов-лидеров - благодаря широкому спектру их применения, флуоресцентным свойствам, синтетической доступности и высокой химической и биологической стабильности. 1,2,3-Триазолы являются популярными билдинг-блоками в медицинской химии и агрохимии, они находят применение в качестве красителей, антикоррозионных агентов и фотоматериалов. Недавно было показано, что А-2-арил- 1,2,3-триазолы являются уникальным классом флуорофоров, обладающих яркой голубой флуоресценцией. Значительно меньше известны конденсированные системы на основе 1,2,3- триазола и особенно их 2-замещенные производные.
Анализ литературных данных по методам синтеза конденсированных гетероциклических производных 2-арил-1,2,3-триазола показал, что существенным недостатком, который сдерживает развитие и эффективное использование этого класса соединений, является отсутствие общего метода, который позволяет синтезировать большие библиотеки производных с разнообразным набором заместителей и функциональных групп. В литературе описаны примеры флуорофоров, содержащих в структуре конденсированные гетероциклические системы на основе 1,2,3-триазола и шестичленных гетероциклов (пиридина, пиридазина и пиримидина), приведены примеры их применения. Среди них наиболее известны изостеры пуринов - 8- азапурины, в которых С8 природного пурина заменен на атом азота.
8-Азапурины обладают ценными биологическими свойствами и флуоресценцией. Все это демонстрирует перспективность поиска новых биологически активных веществ и фотоактивных материалов в ряду этих соединений.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 20-13-00089) и Российского фонда фундаментальных исследований (гранты № 19-33-90184 и № 19¬03-00720).
Целью диссертационной работы является дизайн и разработка методов синтеза новых флуорофоров на основе конденсированных производных 2-арил-1,2,3-триазола, обладающих подходящим набором заместителей и функциональных групп, который позволит определить особенности фотофизических свойств, установить взаимосвязь структуры и оптических свойств, показать перспективы их применения. Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
✓ Разработать методы синтеза гетероциклов (пиримидинов и тиофенов), содержащих необходимую для аннелирования 1,2,3-триазола комбинацию амино- и азогрупп в орто-положениях цикла.
✓ Оптимизировать условия окислительной циклизации 5 -арилазо-4-амино- 1,4-дигидропиримидин- 2-тионов, 5-арилазо-6-аминопиримидинов и 3-арилазо-4-аминотиофенов, определить область распространения и ограничения используемого метода в ряду исследуемых соединений;
✓ Изучить возможности модификации полученных соединений для синтеза новых флуорофоров с регулируемыми фотофизическими и сенсорными свойствами;
✓ Исследовать особенности строения и электронной структуры новых гетероциклических производных, а также их физико-химические свойства спектральными и квантово-механическими методами;
✓ Изучить фотофизические свойства полученных бициклических производных 2-арил-1,2,3- триазола, установить влияние электронных и пространственных эффектов заместителей на оптические свойства;
✓ Исследовать поведение полученных флуорофоров в биологических средах (проникновение в клетку через клеточную мембрану, биосовместимость, локализация и т.д.) и оценить перспективы использования 3,4-дигидро-1,2,3-триазолопиримидин-5-онов, 1,2,3-триазолопиримидинов и тиено[3,4-^]триазолий-олатов для биологии и медицины.
Научная новизна и теоретическая значимость работы
Продемонстрированы синтетические возможности метода окислительной циклизации орто-арилазоаминозамещенных гетероциклов, с помощью которого синтезированы три набора новых флуорофоров, содержащих 2-арил-1,2,3-триазольный фрагмент, конденсированный с дигидропиримидиновым, пиримидиновым или тиофеновым циклом с различными комбинациями заместителей и функциональных групп, а также различными системами сопряжения в молекуле.
Получены новые производные 1,4-дигидропиримидинов, 2-трихлорметил-пиримидинов и 2-аминотиофенов, предложены оптимальные условия для проведения окислительной циклизации, катализируемой солями меди(11).
Обнаружены два возможных направления протекания реакции арилазоацетамидинов с арилизотиоцианатами. Экспериментальными и теоретическими методами изучен механизм реакции и предложены условия для селективного получения каждого из альтернативных продуктов превращения: 6-амино-5-арилазопиримидин-2(1Я)-тионов и 5-амино-3-арилимино-2- арил-2,3-дигидро-1,2,4-триазин-6-карбонитрилов.
Впервые установлено, что 1,2,3-триазоло[4,5-^]пиримидины, содержащие ССЕ-фрагмент, склонны к фототрансформации, которая приводит к образованию карбонилхлоридов триазолопиримидинов, легко вступающих в реакцию с Н-, О- и 5-нуклеофилами.
Установлено, что аннелирование 1,4-дигидропиримидинового, пиримидинового и тиофенового цикла к 2-арил-1,2,3-триазолу и варьирование заместителей, декорирующих гетероциклический фрагмент, существенно изменяет фотофизические и физико-химические свойства по сравнению с моноциклическими 2-арил-1,2,3-триазолами, приводя к батохромному сдвигу максимумов поглощения и эмиссии.
Показано, что дигидропиримидиновый цикл значительно усиливает сенсорные свойства в отличие от моноциклических 2-арил-1,2,3-триазолов и придает чувствительность к воздействию кислот в растворах и парах кислот в твердом состоянии. Феноксипроизводные триазолопиримидинов проявляют сенсорные свойства в щелочных средах. Обнаружено, что дигидротриазолопиримидины обладают эффектом усиления эмиссии при агрегации (А1ЕЕ) в органических растворителях и их смесях с водой.
Практическая значимость работы. Предложены однореакторные процедуры для получения 2-арил-1,2,3-триазоло[4,5-^]пиримидин-5-онов и 2-арилтиено[3,4-^]-1,2,3-триазолий- олатов. Синтезированы новые эффективные голубые, зеленые, желтые, оранжевые и красные флуорофоры, обладающие эмиссией в разбавленных растворах, кристаллическом состоянии и суспензиях. В ряду 2-арил-1,2,3-триазоло[4,5-^]пиримидин-5-онов обнаружены соединения, обладающие сенсорными свойствами. Показано, что синтезированные флуорофоры легко проникают через клеточную мембрану и селективно распределяются в лизосомах, эндоплазматическом ретикулуме и мембране клетки и могут быть использованы для изучения биологических процессов в режиме реального времени, а также для получения изображений клеток и клеточных компартментов с помощью конфокальной микроскопии.
Методология и методы диссертационного исследования. Для проведения исследований были использованы классические методы и приемы органического синтеза, широко использовалась оптимизация проводимых превращений, возможности однореакторного варианта проведения реакций. Для изучения реакционной способности соединений и процессов фотодиссоциации использовалось УФ-излучение. Для разделения реакционных смесей и очистки синтезированных соединений использовались методы жидкостной хроматографии и ВЭЖХ. Установление структурных особенностей и чистоты соединений осуществлено с помощью комплекса физико-химических методов: спектроскопии ЯМР 1Н и 13С, масс-спектрометрии высокого разрешения, ИК-спектроскопии, элементного и рентгеноструктурного анализа. Изучение оптических свойств (УФ - спектров и спектров флуоресценции) в растворах, в суспензии и в твердом состоянии проводились в соответствии с описанными в литературе стандартными и апробированными методиками. Для анализа геометрии и электронной структуры основного и возбужденного состояний молекулы и теоретического расчета спектральных характеристик (абсорбция, эмиссия) были использованы квантово-химические методы.
Достоверность полученных данных обеспечена использованием современных методов исследования и воспроизводимостью экспериментальных результатов. Анализ состава, чистоты и фотофизических свойств полученных соединений осуществлялся на современном сертифицированном оборудовании.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Дизайн и синтез орто-аминоазопроизводных 2,4-дигидропиримидинтионов, 2- трихлорметилпиримидинов и 2-аминотиофенов. Изучение особенностей строения синтезированных соединений спектральными и теоретическими методами.
2. Синтез флуорофоров с различными типами сопряженных систем в молекуле, функциональными группами и заместителями, отличающимися по электронными свойствам и расположению в молекуле. Однореакторные методы получения 2,4-дигидро-1,2,3-триазоло[4,5- ^]пиримидинов и мезоионных тиено[3,4-^]триазолий-олатов.
3. Результаты исследования фотофизических свойств полученных соединений и особенностей их электронной структуры и геометрии теоретическими и спектральными методами, определение влияния электронных и пространственных характеристик заместителей на оптические свойства.
4. Исследование поведения в биологических средах, оценка перспектив использования новых конденсированных производных 1,2,3-триазола для биовизуализации процессов, протекающих в живых клетках.
Личный вклад соискателя. Автор осуществлял сбор, систематизацию и анализ литературных данных, постановку целей и задач исследования, планирование и проведение синтетических исследований, выполнял фотофизические исследования полученных производных. Соискатель принимал участие в обработке и обсуждении полученных результатов, подготовке публикаций.
Апробация работы. Результаты работы доложены (с опубликованием тезисов) на Всероссийских и международных конференциях: XXXI Российской молодежной научной конференции с международным участием "Проблемы теоретической и экспериментальной химии" (Екатеринбург, 2021), Международной конференции «Актуальные вопросы органической химии и биотехнологии» (Екатеринбург, 2020), IV Международной научно-практической конференции «Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов» (Екатеринбург, 2020), XXIX Российской молодежной научной конференции с международным участием "Проблемы теоретической и экспериментальной химии" (Екатеринбург, 2019), III Международной научно-практической конференции «Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов» (Екатеринбург, 2019), V Конференции по химии гетероциклов «Новые направления в химии гетероциклических соединений» (Владикавказ, 2018).
Публикации. Содержание работы было опубликовано в 11 научных работах, в том числе в 4 научных статьях в рецензируемых научных журналах, определенных ВАК РФ и Аттестационным советом УрФУ, входящих в международные базы Scopus и Web of Science, и в 7 тезисах докладов на всероссийских и международных конференциях.
Автор выражает благодарность доктору Э. Бенасси (университет Шихэцзы, КНР) за проведение квантово-химических расчетов, к.х.н. ведущему инженеру испытательной аналитической лаборатории УрФУ Шевырину В. А. за проведение масс-спектрометрического исследования, к.х.н руководителю группы рентгеноструктурного анализа Института органического синтеза им. И.Я. Постовского УрО РАН Слепухину П. А., м.н.с Института физики металлов УрО РАН Минину А. С. за проведение исследований на живых клетках. Сотрудникам лаборатории комплексных исследований и экспертной оценки органических материалов ЦКП УрФУ и заведующему лабораторией к.х.н. Ельцову О. С. за проведение спектральных исследований.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа выполнена на 213 листах машинописного текста, состоит из введения, литературного обзора (Глава 1), обсуждения результатов (Глава 2), экспериментальной части (Глава 3), списка сокращения и условных обозначений, заключения, списка литературы и 4 приложений. Работа содержит 75 схем, 49 рисунков и 33 таблицы. Библиографический список включает 166 ссылок на литературные источники.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!


1. Показаны перспективы использования метода окислительной циклизации для синтеза трех серий флуорофоров, содержащих различный гетероциклический остов, и требуемый для проведения фотофизических исследований набор заместителей с определенной электронной природой и пространственным расположением.
2. Детально изучены реакции получения орто-аминоазопроизводных 1,4-дигидропиримидинов, 2-трихлорметилпиримидинов и 2-аминотиофенов. Установлены оптимальные условия их проведения, рассмотрены особенности механизма, показаны перспективы их использования для синтеза новых производных.
3. Изучены реакции окисления арилазоаминопиримидинов. Определены оптимальные условия получения дигидро-1,2,3-триазоло[4,5-^]пиримидин-5-онов и 1,2,3-триазоло[4,5- ^]пиримидинов.
4. Предложена однореакторная процедура синтеза бициклических мезоионных производных 1,2,3-триазола, изучены особенности их структуры с помощью теоретических и экспериментальных методов.
5. Проведены исследования фотофизических свойств новых соединений в разных условиях (водно-органические смеси, растворители с различной полярностью и рН среды), выявлены особенности процессов поглощения и эмиссии. Обнаружено, что дигидро-1,2,3- триазолопиримидиноны чувствительны к микроокружению, изменению рН среды и полярности растворителя.
6. Изучены особенности фотофизических свойств полученных соединений в смесях ДМСО- Н2О и ДМСО-EtOH и установлено, что дигидро-1,2,3-триазолопиримидиноны проявляют AIEE эффект.
7. В результате фотофизических исследований обнаружено, что 1,2,3 -триазолопиримидины с тирхлорметильным фрагментом подвергаются фототрансформации, изучена кинетика реакции и её перспективы для реакций N-, O-и 5-ацилирования.
8. В результате первичных исследований обнаружено, что в зависимости от структуры синтезированные конденсированные производные 1,2,3-триазола способны проникать через клеточную мембрану и селективно накапливаться в клеточной мембране, аппарате Гольджи и эндоплазматическом ретикулуме. Показаны перспективы использования полученных соединений для биовизуализации.



1. Eltyshev, A.K. An effective and facile synthesis of new blue fluorophores on the basis of an 8- azapurine core / A.K. Eltyshev, P.O. Suntsova, K.D. Karmatskaia, O.S. Taniya, P.A. Slepukhin, E. Benassi, N.P. Belskaya //Org. Biomol. Chem. - 2018. - Vol.16, Iss.48. - P. 9420-9429. (Scopus, Web of Science). (0,965 п.л./0,290 п.л.).
2. Eltyshev, A.K. 2-Aryl-2,4-dihydro-5H-[1,2,3]triazolo[4,5-d]pyrimidin-5-ones as a New Platform for the Design and Synthesis of Biosensors and Chemosensors / A.K. Eltyshev, A.S. Minin, L.T. Smoliuk , E. Benassi, N.P. Belskaya // Eur. J. Org. Chem. - 2020. - P. 316-329 (Scopus, Web of Science). (1,650 п.л./0,578 п.л.).
3. Eltyshev, A.K. Sensitivity of the phenoxy derivatives of 2,4-dihydro-5H-[1,2,3]triazolo[4,5- d]pyrimidin-5-ones to acidic and basic stimuli/ A.K. Eltyshev, N.P. Belskaya // Chim. Techno Acta - 2021. - Vol.8, Iss.3. - P. 20218303. (Scopus). (0,375 п.л./0,188 п.л.).
4. Eltyshev, A.K. Photophysics, photochemistry and bioimaging application of 8-azapurine derivatives/ A.K. Eltyshev, I.A. Agafonova, A.S. Minin, V. Pozdina, V.A. Shevirin, P.A. Slepukhin, E. Benassi, N.P. Belskaya // Org. Biomol. Chem. - 2021. - Vol. 19, Iss. 45. - P.9880-9896. (Scopus, Web of Science). (1,467 п.л./0,528 п.л.).
Другие публикации:
5. Агафонова И.А. Синтез и оптические свойства новых производных 8-азапуринов / И.А. Агафонова, А.К. Елтышев, Н.П. Бельская // Сборник тезисов XXXI Российской молодежной научной конференции с международным участием “Проблемы теоретической и экспериментальной химии” - Екатеринбург:УрФУ, 2021. - С. 234. (0,049 п.л./0,015 п.л.).
6. Елтышев, А.К. Новые флуоресцентные производные 7#-тиено[3,4-^]-1,2,3-триазолий- олатов / А.К. Елтышев, Н.В. Чернышева, Н.П. Бельская // XXXI Российская молодежная научная конференция с международным участием “Проблемы теоретической и экспериментальной химии” - Екатеринбург:УрФУ, 2021. - С. 257. (0,045 п.л./0,015 п.л.).
7. Елтышев, А.К. Оптические свойства 7#-тиено[3,4-^]-1,2,3-триазолийолатов / А.К. Елтышев, Н.В. Чернышева, Н.П. Бельская //. Международная научная конференция “Актуальные вопросы органической химии и биотехнологии” - ЕкатеринбургУрФУ, 2020. - С. 354-355. (0,076 п.л./0,030 п.л.).
8. Агафонова, А.И. Синтез и оптические свойства новых производных 2-арил- [1,2,3]триазоло[4,5-й]пиримидинов/ И.А. Агафонова, А.К. Елтышев, Н.П. Бельская // IV Международня конференция “Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов”: Тезисы докладов - Екатеринбург, 2020. - С. ОЯ-9. (0,043 п.л./0,015 п.л.).
9. Елтышев А.К. Синтез и флуоресцентные свойства новых производных 8-азапуринов / А.К. Елтышев, В.Е. Яковлев, Э. Бенасси, Н.П. Бельская // XXIX Российская молодежная научная конференция с международным участием «Проблемы теоретической и экспериментальной химии»: Тезисы докладов - Екатеринбург, 2019. - С. 357. (0,044 п.л./0,014 п.л.).
10. Джуманиязов Т.Х. Синтез и фотофизические свойства 2-арилтриазолопиримидин-5- оновю / Т.Х. Джуманиязов, В.Е. Яковлев, А.К. Елтышев, Н.П. Бельская // 2-я Международная (российско-индийская) научно-практическая конференция «Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов»: Тезисы докладов - Екатеринбург, 2018. - С. СД-32. (0,048 п.л./0,015 п.л.).
11. Бельская Н.П. Дигидро-1,2,3-триазоло[4,5-^]пиримидины: удобный метод синтеза и флуоресцентные свойства. / Н.П. Бельская, Е. Бенасси, А.К. Елтышев, П.О. Сунцова, П.А. Слепухин, А.С. Минин, Л.Т. Смолюк // V Всероссийская конференция по органической химии: Тезисы докладов - Владикавказ, 2018. - С. 95. (0,050 п.л./0,015 п.л.).
синтеза Уральского отделения РАН (г. Екатеринбург).


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.




©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ