Органические производные фуллерена C60 и трифторметилфуллеренов C70, перспективные для применения в медицине и технике тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ
|
Овчинникова, Наталья Сергеевна
АВТОР
|
||||
|
кандидата химических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Москва
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2010
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
02.00.04
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
А 1/1
На правах рукописи
003494189
Овчинникова Наталья Сергеевна
Органические производные фуллерена Сво и трифторметилфуллеренов С 70, перспективные для применения в
медицине и технике
02.00.04 - физическая химия 02.00.03 - органическая химия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук
2 5 МАР 2010
Москва-2010
003494189
Работа выполнена в лаборатории термохимии кафедры физической химии химического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.
Научные руководители:
кандидат химических наук, доцент Горюнков Алексей Анатольевич доктор химических наук, профессор Юровская Марина Абрамовна
Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор,
Пржевальский Николай Михайлович
кандидат химических наук Трошин Павел Анатольевич
Ведущая организация: Институт общей и неорганической химии
им. Н.С. Курнакова РАН
Защита диссертации состоится 8 апреля 2010 г. в 15 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д501.001.50 по химическим и физико-математическим наукам при МГУ имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 3, химический факультет МГУ, аудитория 446.
С диссертацией можно ознакомится в библиотеке химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.
Автореферат диссертации размещен на сайте химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова www.chem.msu.ru.
Автореферат разослан 5 марта 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Д501.001.50
Н.Н. Матушкина
Общая характеристика работы
Актуальность работы
Исследования фуллеренов и их производных за последние 20 лет продемонстрировали широкие перспективы применения этих соединений в различных областях медицины и техники. Ярко выраженные электроноакцепторные свойства фуллеренов используются для создания на их основе донорно-акцепторных систем, в которых под действием света происходит внутримолекулярный электронный переход и эффективное разделение зарядов. Фуллерены и их производные являются органическими полупроводниками /¡-типа, и к настоящему моменту известны примеры их использования в органических солнечных батареях с КПД, достигающим 5.5 %'. Одним из подходов к дальнейшему развитию органической фотовольтаики может стать поиск альтернативных электроноакцепторных производных фуллеренов. Интересным для изучения с этой точки зрения классом производных фуллеренов являются трифторметилфуллерены (ТФМФ), в которых в большинстве случаев введение фторсодержащих аддендов к фуллереновому каркасу приводит к увеличению сродства к электрону и, соответственно, электроноакцепторных свойств.
К настоящему времени известно большое число ТФМФ С„ (п=60-96), которые обладают высоким сродством к электрону, а также термической стабильностью, химической инертностью в реакциях нуклеофильного замещения, способны обратимо принимать и отдавать электрон, образуют долгоживущие анион-радикальные частицы. Наличие значительного числа реакционноспособных í/r-гибридизированных углеродных атомов, делает возможным введение электронодонорных фрагментов, способствующих образованию в результате возбуждения состояний с разделением зарядов. Поэтому, одной из целей настоящей работы стало изучение химических свойств и разработка эффективных региоселективных путей функционализации ТФМФ.
Другим перспективным направлением исследований фуллеренов и их производных является поиск биологически активных соединений, перспективных для разработки лекарственных средств. К настоящему времени известны производные фуллеренов, обладающие высокой противовирусной, антиоксидантной, фотодинамической активностью23. Активно ведется поиск новых биологически активных производных и развиваются исследования их токсичности. Кроме того, биология и медицина представляют собой широчайшие области, где востребована разработка и применение синтетических полимерных наноструктурированных материалов, например, для создания имплантов, трансдермальных лекарственных и перевязочных средств. Принципиально новым и перспективным направлением в данной области является использование
' Peet J„ Kim J. Y., Coates N.E., Ma W.L., Moses D„ Heeger A.J., Bazan G.C. Nature Mat, 2007, 6, 497-500.
2 Nielsen G.D., Roursgaard M., Jensen K.A., Poolsen S.S., Larsen S.T. Basic Clin Pharmacol Toxicol, 2008,103. 197-208.
3 Bakry R., Valiant R.M., Najam-ul-Haq M„ Rainer M., Szabo Z. et al. Int J Nanomedicme, 2007, 2, 639-649.
органических производных фуллеренов для конструирования таких материалов.
Цели работы
Целями настоящей работы являются:
- разработка методов химической модификации трифторметилфуллеренов С?о для получения на их основе донорно-акцепторных диад, являющихся перспективными соединениями для фотовольтаики;
- синтез и исследование биологической активности органических производных фуллеренов с различными гетероциклическими заместителями, а также создание на их основе новых полимерных нанобиоматериалов, перспективных для применения в медицине.
Научная новизна
В работе впервые получены следующие результаты:
1. Осуществлена химическая модификация по реакции Бингеля индивидуальных изомеров ТФМФ С7о на примере Сгр7тр-Ст(СТз)ш и С.,-р>7-С7о(СРз)8. Определена структура C7o(CF3)io[C(COOEt)j] (РСА, синхротронное излучение). Экспериментально показано и обосновано с привлечением теоретических расчетов, что мотив расположения групп CF, в Ci-p'tup-C^CFз)ю обеспечивает региоселективность протекания реакции циклопропанирования.
2. Установлено, что реакция Бингеля с С,-/>7-С7о(СРз)8 приводит к образованию двух изомеров моноаддукта C7o(CF3)s[C(COOEt)2] и одного изомера бисаддукта C70(CF3)8[C(COOEt)2]2. С использованием теоретических расчетов методом функционала плотности показано, что образовавшиеся в ходе реакции соединения лежат по энергии несколько выше наиболее энергетически предпочтительных изомеров. Это объясняется влиянием кинетических факторов, связанных с реакционной способностью и стерической доступностью углеродных атомов каркаса в исходном ТФМФ. Кроме того, с помощью РСА обнаружено, что в твердой фазе происходит димеризация по механизму [2+2]-циклоприсоединения производных C,-/>'-C7o(CF.i)s по околоэкваториальной [5,6]-связи. Строение четырех димерных молекул — двух изомеров (C7„(CF3)»[C(COOEt)2]}2-I,Il, {C7o(CF3)8[C(COOEt):]2 J2 и {С,„(CF,)g h — определено методом РСА.
3. Среди синтезированных по реакции Прато и с использованием нового метода — LiClOj-катализируемого 1,3-диполярного циклоприсоединения азометинилидов— фуллеропирролидинов с фрагментами хинолина, индола, пиридина, замещенных пиперидинов и пространственно-затрудненного фенола найдены соединения, обладающие анти-ВИЧ и антиоксидантной активностью. Так, {2-т/>е/я-бутоксикарбонил-5-[4-(Л'-пиперид-4-ол)фенил]-3,4-фуллеро)пирролидин проявляет анти-ВИЧ активность, сравнимую с используемым для лечения ВИЧ коммерческим препаратом Retrovir®, при приемлемом уровне цитотоксичности. {1-Метил-2-[3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил]-3,4-фуллеро}пирролидин продемонстрировал
антиоксидантную активность в тестах пероксидного окисления структурных фрагментов биологических мембран на примере олеиновой кислоты, а {2-/и,о£/и-бутоксикарбонил-5-[хинол-2-ил]-3,4-фуллеро)пирролидин в концентрации 20 мкмоль/л оказался эффективной ловушкой супероксид-аниона, генерируемого в ферментативной реакции ксантин/ксантиноксидаза.
4. Разработана методика создания принципиально новых материалов, обладающих антимикробной активностью, на основе полиэтилентерефталата с наноструктурированной поверхностью и фуллеропирролидинов с фрагментами индола и хинолина.
Практическая значимость
Разработаны методы химической модификации ТФМФ на примере Сгр7/пр-Ст(С¥г)ш и С,-р7-С7о(СР3)8. Показано, что реакция Бингеля с С\-р?тр-Ст{С?ъ)ю протекает регкоселективно, что позволяет эффективно получать производные этого ТФМФ с требуемыми функциональными группами, перспективные для создания устройств преобразования солнечной энергии. Среди производных фуллерена Си> с фрагментами замещенного пиперидина, хинолина и пространственно-затрудненного фенола, проявляющие анти-ВИЧ и антиоксидантную активность. Разработана методика создания биосовместимых полимерных материалов с наноструктурированной поверхностью, модифицированной фуллеропирролидинамн с гетероциклическими заместителями, проявляющих антимикробные свойства.
Использование результатов этой работы рекомендовано в научных коллективах, занимающихся химией производных фуллеренов: Институте общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова (Москва), Институте неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН (Новосибирск), Институте проблем химической физики РАН (Черноголовка), Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург), Институте органической и физической химии им. А.Е. Арбузова СО РАН (Казань), Институте физиологически активных веществ РАН (Черноголовка), Российском государственном медицинском университете (Москва).
Апробация работы
Основные результаты работы были представлены на Всероссийских и Международных конференциях: на 7-ом, 8-ом и 9-ом (2005 г., 2007 г., 2009 г., Санкт-Петербург, Россия) международных семинарах «Фуллерены и атомные кластеры», на 13-ой научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника» (2006 г., Сочи, Россия), на 13-ой международной научно-технической конференции «Высокие технологии в промышленности России» (2007 г., Москва, Россия), на 6-ой международной конференции «Высокие медицинские технологии XXI века» (2007 г., Бенидорм, Испания), на 10-ой Молодежной конференции по органической химии (2007 г., Уфа, Россия), на 13-ом симпозиуме по гетероциклической химии «Голубой Дунай» (2009 г., Блед, Словения).
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения; 2 глав, каждая из которых включает в себя введение, обзор литературы, экспериментальную часть, результаты и их обсуждение, заключение; выводов; списка литературы из 173 наименований и приложения. Материалы диссертации изложены на 136 страницах, содержат 74 рисунка и 25 таблиц.
Основное содержание работы
Во введении обоснована актуальность исследований, сформулированы основные цели, научная новизна, практическая значимость и апробация материалов диссертационной работы.
Работа включает две основные части, посвященные органическим производным ТФМФ С70 и фуллерена С®. Каждая из этих частей состоит из самостоятельных глав введения, обзора литературы, экспериментальной части и обсуждения результатов. В конце приведено заключение, содержащее описание основных результатов каждой части.
Часть I. Органические производные ТФМФ С™
Среди большого числа известных ТФМФ фуллеренов С«1 и С70 для разработки методов дальнейшей функционализации были выбраны индивидуальные изомеры Сгр'тр-СлЖСРэ)^4 и С,-Я7-С7о(СРзУ. Именно эти изомеры соединений С7о(СР3)я и С7о(Сря)ю обычно образуются в относительно больших количествах и могут быть выделены из реакционной смеси хроматографически с использованием полупрепаративной ВЭЖХ.
ТФМФ С70 были получены по двухстадийной методике6.
1. Взаимодействие С70 с СР31 при 420°С в течение 4 сут в запаянной ампуле привело к образованию смеси С70(СРз)„ (/7=8-20) с преимущественным образованием ТФМФ с 14-18 группами Ср, (данные масс-спектрометрии МАЛДИ).
2. Реакция переалкилирования смеси высших ТФМФ, образовавшихся на первой стадии, с фуллереном С70 в запаянной ампуле при 440°С в течение 60 ч привела к образованию смеси низших ТФМФ с преимущественным содержанием СУС7<1(СР;)т и С,-С7о(СРз)« (данные ВЭЖХ и МАЛДИ).
4 Kareev I.E., Kuvychko I.V., Popov A.A., Lebedkin S.F., Miller S.M. et al. Angeve Chem Int Ed, 2005,44, 7984-7987.
s Goryunkov A..A., Dorozhkin E.I., Ignat'eva D.V., Troyanov S.I. et al. Mendeleev Cammun, 2005,15.225-227.
Поскольку в работе были проведены реакции дальнейшей функционализации только одного индивидуального
изомера каждого CjuiCF.O,,, /1=8. 10. то для краткости изложения мы их в дальнейшем будем называть C7m(CFj)io и C„,(CF,)» без дескрипторов, конкретизирующих строение. Mutig Т., Joffe I.N., Kemnitz Е., Troyanov S.I. Mendeleev Commim, 2008,18, 73-75.
3. Выделение индивидуальных изомеров
С7о(СРз)а и С™(СР3)ю было осуществлено методом
полулрепаративной ВЭЖХ.
Дальнейшую работу проводили
индивидуальными изомерами, строение которых
показано на диаграммах Шлегеля на рис. 4 и 9.
Для изучения реакционной способности
выделенных индивидуальных изомеров ТФМФ
Суи была выбрана реакция Бингеля, которая
время удерживания, мин
представляет собой [2+1]-циклоприсоединение, Рис. 1. Хроматограмма, толуол, 2 мл/мин
(пунктиром обозначено схема выделения) и приводящее к образованию метанофуллеренов. шсс.спектр отрицательных ионов продуктов
Реакция протекает через стадию нуклеофильной реакции Бингеля с С7о(СРз),» атаки фуллеренового каркаса а-галогенстабилизированными карбанионами,
м
после которой анионныи центр переходит на &
о
углеродную сферу, и внутримолекулярное |
о
замещением им галогена приводит к ш
г
аннелированию циклопропанового фрагмента. 5
Реакция Бингеля с
По данным ВЭЖХ и масс-спектрометрии
.100
! 80 I
I 60
' 40 20 0
C;0(CFl)l0[C(COOEt)2r 1 35 1688.1
[M*-CF,r
1632.4
1619.1 [M-CF3r
1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 время удерживания, мин
1500 1600 1700 1800 1900 m/z Рис. 2. Масс-спектр отрицательных ионов и хроматограмма (толуол, 2 мл/мин, на вставке) МАЛДИ взаимодеиствие С7о(СРз)ю с фракцииBGlOpl.
эквимолярными количествами диэтилмалоната, 1,57
СВг* и избытком ДБУ при комнатной g°100
температуре в течение 2 ч приводит к ¿80
о
образованию одного изомера моноаддукта £ 60 C7(,(CF3)m[C(COOEt):] (90%) и двух изомеров § 40 C71l(CF3),u[CH(COOEt)] (~ 5%, каждый) (рис. 1). I 20 Образование соединений С70 (CF3),„[CH(COOEt)] 0
C„(CF,)JCHCOOEtr h
-. 1616.0
(а) ][_
1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
1.76
[M*-CFJ l\
1560.3 I I
: 1547.1 (6) ____J
[M-CFJ 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 время удерживания, мин
1400 1500 1600 1700 1800 1900 m/z происходит, по всей видимости, в результате Рцс< 3 Масс-спектр отрицательных ионов
сольволиза бромодиэтилмалоната или основного фракции ВС10р2 и хроматограммы (толуол, 2
мл/мин, на вставкеi фракции BG10p2 (а) и продукта C70(CFj)w[C(COOEt)?] с последующим BG10p3(6).
декарбоксилнрованием. С помощью
полупрепаративной ВЭЖХ были выделены индивидуальные соединения (BG10pl-3, рис. 2,3).
Медленное испарение растворителя из хроматографически выделенной фракции BGlOpl привело к образованию кристаллов, пригодных для проведения РСА с использованием
синхротронного излучения. Полученные данные о структуре (изображения молекулы и диаграмма Шлегеля для С7о(СР!)н)[С(СООЕ1)2] приведены на рис. 4) показывают, что циклоприсоединение бромодиэтилмалоната происходит по наиболее стерически доступной [6,6]-связи, принадлежащей более пространственно свободному полюсу молекулы Сл(СР.0ю. Циклоприсоединение приводит к удлинению [6,6]-связи фуллеренового каркаса с 1.386(3) А в исходном С7о(СР3)104 до 1.61(1) А.
произошло по связи а) (б).
Для объяснения наблюдаемой региоселективности реакции были проведены теоретические
расчеты относительной энергетической стабильности всех теоретически возможных изомеров
Сто(СРз)|о[СЖ2], где 0*2 = С(С00Е1),, СН(СООШ), СН2 (табл. 1).
Табл. 7. Относительная энергия образования возможных изомеров С70(СРз)ю[С(СООЕ1)21, С„(СШСН(СООЕО] и С,¿СШШ.
Циклоприсоеди- Относительные энергии" (кДж/моль) С7п(СК:ч)i,i[CRi], где CR2=
нение по связи* C(COOEt)2 CH(COOEt)-I*" CH(COOEt)-If" CH2
а 0.0 0.1 0 0
Ь 17.1 14.9 15.5 11.1
с 6.5 10.5 10.8 8.9
d 12.7 11.2 10.9 10.8
е 15.4 15.3 15.4 12.6
а' 49.6 -14.7 34.2 -23.1
Ь' 18.2 21.6 19.1 19.3
с' 24.9 25 25.5 23.9
d' 23.1 2.8 19.4 0.5
Как видно из данных табл. 1, циклоприсоединение группы >С(СООЕ02 по связи а оказывается
См. соответствующие обозначение на рис. 4. а.
Относительные энергии изомеров здесь и далее были рассчитаны методом функционала плотности (PBE!TZ2p) с помощью программного пакета Priroda (D.N. Laikov, Chem Phys Lett, 1997, 281. 151). Значения рассчитаны для двух возможных диастереомеров.
наиболее энергетически предпочтительным, в то время как по стерически затрудненным связям а', с' и й' — наименее выгодным. Относительная стабильность оставшихся пяти возможных изомеров, образованных циклоприсоединением по радиальным связям Ъ-е, £>', лежит выше по относительной энергии на величину порядка 6-20 кДж/моль.
В отличие от циклоприсоединения симметричной группы >С(СООЕ0>, присоединение несимметричного фрагмента СЩСООЕ0 может приводить к изомерам с различной ориентацией водорода и группы СООЕс в адденде относительно связи, по которой произошло циклоприсоединение, что было учтено при построении списка возможных изомеров. Принимая во внимание относительную энергетическую стабильность и предположение о том, что два изомера С7о(СРз)т[СН(СООЕ1)] образовались за счет деструкции основного С7о(СРз)к>[С(СООЕ1)2], можно предположить, что эти соединения являются диастереомерами а-1 и а-П, различающиеся лишь ориентацией групп Н и СООЕ1 относительно связи а.
Реакция Бингеля с С7п(СРз)^
Мотив присоединения восьми групп СЯ3 в С,-С7о(СРз)я совпадает с расположением экваториальных групп в С71)(СРз)т. Отсутствие же двух крайних групп СЯ3 делает доступным для циклоприсоединения и второй полюс молекулы С7и(СР3)8.
Реакция Бингеля с С7(1(СРз)8 (рис. 5) приводит к образованию двух изомеров моноаддуктов С70(СР,МС(СООЕОД (19 и 22%) и одного бисаддукта Сто(СРз)8[С(СООЕ1)2]2 (42%), которые были выделены с помощью полупрепартивной ВЭЖХ (Вв8р1-3, рис. 6-8).
После испарения растворителя из выделенных фракций В08р1-ВС8р2 картина под микроскопом во всех случаях была практически одинаковой. Образовалось большое количество очень маленьких (приблизительно 0.02x0.01x0.02 мм3) бесцветных кристаллов, расположенных
С70(СРэ)в[С(СООЕ1)2]п, п= 1708
о
1)
I 60ц>
г
о
Р 40-
8 ^ У- и-
I I
155® 1652
I .I
время удерживания, мин
время удерживания, мин
Рис. 5. Хроматограмма через 10 (а) и 45 (б) мин б. Масс-спектр отрицательных ионов и (толуол, 1 мл/мин) и масс-спектр отрицательных хроматограмма (толуол:гексан=б:4, 1 мл/мин, на ионов (на вставке) реакционной смеси. вставке) фракции В08р1.
£
8 60-
з
о
5 во-
время удерживания, мин
1494.3 _!_
3
8 40
время удерживания, мин
Рис. 7. Масс-спектр отрицательных ионов и Рис- 8• Масс-спектр отрицательных ионов и хроматограмма (толуол:гексан=6:4, 1 мл/мин, на хроматограмма (толуол:гексан=б:4, / мл/мин, на вставке) фракции ВС8р2. вставке) фракции Вв8рЗ.
под слоем окрашенного вещества. Кристаллы из всех фракций оказались пригодными для проведения РСА с использованием синхротронного излучения. Среди кристаллов, образовавшихся из фракции Вв8р1, были обнаружены монокристаллы с различающимися параметрами решетки.
Решение структур из полученных кристаллографических данных привело к неожиданным результатам — все соединения оказались центросимметричными димерными молекулами. Так, из фракций 1Ю8р2 и ВвврЗ образовались кристаллы димеров двух изомеров моноаддуктов {С7о(СРз)8[С(СООЕО:])2 (I и II), соответственно, а из фракции ВС8р1 — димер бисаддукта {С71)(СВДС(СООЕ02]2Ьи {Сти(СР.,)«Ь (см. рис. 10).
Во всех полученных соединениях димеризация происходит по
околоэкваториальной [5,6]-связи ¿1 (см. рис. 9) по механизму [2+2]-циклоприсоединения с образованием четырехчленного цикла. При этом наблюдается удлинение [5,6]-связи каркаса й с 1.418(6) А в исходном ТФМФ до 1.64(1) А. Соседние со связью й связи С-С фуллеренового каркаса также удлиняются с 1.45 А до 1.50-1.53 А. Длины связей С-С между двумя фуллереновыми сферами составляют 1.61(1) А. Соединение {С7о(СР.,)8[С(СООЕ02]2]2 является димером
бисаддукта,
образованного
Рис. 9. Диаграмма Шлегеля Сл/С/у»
циклоприсоединением бромодиэтилмалоната по тем же связям а и Ъ', что в структурах {C,o(CF,)8[C(COOEt):]b-I и {CM(CF3)lt[C(COOEt),]}2-II.
Причины образования димера ¡ Cm(CF3)s): остаются до конца не выясненными, вероятно, его образование происходит под действием присутствующего в среде основания — ДБУ, который может выступать в качестве восстановителя. Его присутствие, по-видимому, приводит к образованию анион-радикальных частиц фуллереиа, которые подвержены ретро-реакции Бингеля.
Попытки растворения вещества из высушенных фракций BG8pl-BG8p3 привели к тому, что раствор окрашивался в цвет основного вещества, которое было аморфным, а кристаллы димерных молекул не растворялись. В качестве растворителя были опробованы толуол, мезитилен, о-дихлорбензол, 1,2,4-трихлорбензол. Вероятно, кристаллы димерных молекул образовались в процессе кристаллизации под действием света и изначально не присутствовали во фракциях BG8pl~BG8p3 после их выделения методом ВЭЖХ, поскольку осуществление разделения методом ВЭЖХ подразумевает растворимость в использованном элюенте (толуол - гексан). Этот вывод подтверждает также отсутствие сигналов ионов димерных молекул в масс-спектрах МАЛДИ и хроматографических пиков с большим временем удерживания (обычно время удерживания димерных молекул соответствует приблизительно удвоенному времени удерживания мономера) при анализе растворов реакционной смеси и в выделенных фракциях.
Для объяснения причин образования экспериментально наблюдаемых продуктов реакции Бингеля с C7o(CFj)s, были проведены теоретические расчеты относительной энергии образования всех возможных изомеров продуктов моно- (45) и бисциклоприсоединения (1585) бромодиэтилмалоната к Cio(CF;)g (табл. 2).
Табл. 2. Относительные энергии образования возможных изомеров CtoíCFjtíCÍCOOEtiJ в интервале до 25 кДж/моль и CntCFJdCBríCOOEM.
Моноаддукт по связи" АЕ, кДж/моль Интермедиат с присоединением по сайту в" АЕ, кДж/моль
d -12.3 di 10:5.......... 18.4
а 0.0 ai 11.9 7.4
с' 4.2 c'i 12.3 30.2
Ь' 7.1 Ь', 12.4 0.0
Ь 11.2 Ь, 12.4 23.4
с 11.4 Cl 12.2 27.2
а' 13.7 a'¡ 12.4 34.6
Обозначения связей приведены на диаграмме Шлегеля, представленной на рис. 9. вр=ваг-90, где во* — угол пирамидализации соответствующего углеродного атома.
Рис. 10. Две проекции и диаграмма Шлегеля (ЫСШСССООЕММ (а) и (Ся(СШС(С00едЫ1 (б); диаграммы Шлегеля для {СГо(СРз)а[С(СООЕ1)гМ2 (в) и {С70(СР})ц12 (г). Жирной линией обозначена [5,6]-связь, по которой происходит [2+2]-димеризация односферных молекул.
Поскольку реакция Бингеля проходит первоначально как нуклеофильная атака бромодиэтилмалонатным анионом по атому углерода каркаса, то одним из возможных вариантов определения реакционной способности углеродных сайтов в исходном С?и(СРз)а может служить расчет относительной стабильности различных изомеров анионных интермедиатов С7„(СР,)8[СВг(СООЕ1)г]-. Согласно принципу Белла-Эванса-Поляни для однотипных реакций существует корреляция между энтальпией реакции и высотой активаиионного барьера. В нашем случае интермедиат с присоединенной группой [СВгССООЕОг]" по сайту йи ведущий к наиболее энергетически предпочтительному изомеру С7и(СР.,МСВг(СООЕ02] имеет относительную энергию на 18.4 кДж/моль выше, чем интермедиат с бромодиэтилмалонатной группой, присоединенной по сайту приводящий к энергетически менее выгодному изомеру с циклоприсоединением по связи Ь'. Аналогичная ситуация наблюдается и для изомера, образованного циклопропанированием по связи с'. В связи с этим в реакции образуются изомеры моноаддуктов С7о(СРзМСВг(СООЕ02], в которых циклоприсоединение произошло по связям а и Ь\
Энергетически наиболее предпочтительными изомерами бисаддукта Ст(СРзМС(СООЕО:]2 оказываются те, в которых аннотирование одного из циклопропановых фрагментов произошло по связи (I (табл. 3). Следующим по энергии (18.4 кДж/моль) является изомер СгаССРзМСССООЕОзЬ по связям а и с'. Однако, как было продемонстрировано в расчетах относительной стабильности интермедиатов, циклоприсоединение по связям Л и с' оказывается невыгодным из-за стерических затруднений осуществления атаки объемным бромодиэтилмалонатным анионом. Поэтому наиболее вероятным является образование бисаддукта СиССРзМСССООЕО:]: по связям а и Ъ\ что и было обнаружено экспериментально.
Табл. 3. Относительные энергии образования возможных изомеров Оo(CF3)a[C(COOEt)d2.
Бисаддукт по Относительные энергии , кДж/моль
связям d а' Ь' с'
d [44.9 ]• 13.0 7.0
а 0.0 [0.0] 26.3 19.9 18.4
Ъ 8.7 [40.9] 31.1 [33.2]
с 14.2 [43.6] 27.3 [31.0]
Ь" 30.9 28.4
с 32.0 30.8
Анализ фракций BG8pl-BG8p3 методом спектроскопии ЯМР Н и "F подтверждает, что
реакция Бингеля с C70(CF.,)8 приводит к образованию двух ионосферных изомерных
* Величины в квадратных скобках — относительная энергия изомера, рассчитанная методом функционала плотности
в одной точке для молекулярной структуры, оптимизированной методом AMI. "Чертой сверху отмечена зеркальная пара для соответствующей связи.
моноциклоаддуктов СиССРзМСССООЕ^НД получаемых присоединением бромодиэтилмалоната по связям а и Ь', соответственно, и бисаддукта С7о(СРз)8[С(СООЕ1)г]2, образованного циклоприсоединением по тем же связям. Кроме того, установлено, что фракции моноаддуктов подвержены процессам окисления с образованием оксидов С70(СРз)я[С(СООЕ|:)2]О, в которых присоединение кислорода, вероятно, протекает по околоэкваториальной связи с1.
Часть II. Биологически активные производные фуллерена См
Перспективным направлением исследований фуллеренов и их производных является поиск биологически активных соединений, перспективных для создания лекарственных препаратов. Привлекательность фуллеренов и их производных для медицинской химии обусловлена рядом присущих им особенностям, к которым можно отнести размер, трехмерность, электронные, фотофизические и мембранотропные свойства, способность выступать ловушками свободных
радикалов2"1. Одним из подходов при поиске новых биологически активных соединений на основе фуллеренов является получение производных, содержащих в структуре заместители с известными фармакофорными свойствами. В данной работе для исследования биологической активности были синтезированы фуллеропирролидины (ФП) с фрагментами хинолина (1,9), индола (2)1, пространственно-затрудненного фенола (3), замещенных пиперидинов (4-7) и пиридина (8, рис. И). Была исследована анти-ВИЧ (4-9) и антиоксидантная (1-3,9) активность полученных производных фуллерена. Соединения ФП 1 и 2 были использованы для создания полимерных материалов с наноструктурированной поверхностью (НСП) на основе полиэгилентерефталата (ПЭТФ), и было исследовано их антимикробное действие (рис. 11).
Соединения ФП 1-6 были синтезированы с использованием стандартной реакции Прато (выходы 30-45%), а ФП 7-9 (30-70%) с помощью недавно предложенного в нашей лаборатории метода LiClOi-катализируемого 1,3-диполярного циклоприсоединения азометинилидов (рис. 12).
Синтез ФП 7-9 осуществляли по двустадийной методике, заключающейся в получении соответствующего иминоэфира конденсацией альдегида и mpem-бутилового эфира глицина, который затем был использован без выделения и дополнительной очистки для циклоприсоединения к фуллерену С«, в присутствие соли лития. Реакция приводит к образованию смеси диастереомеров с преимущественным содержанием цис-изомера.
Рис. 12. Схема метода ЦСЮ4-катализируемого 1,3-диполярного циклоприсоединения азометинилидов.
Исследование противовирусной активности
В настоящей работе была исследована анти-ВИЧ активность in vitro ФП 4-7 с фрагментами замещенного пиперидина и ФП 8,9 с хинолиновым и пиридиновым заместителями. Цитотоксическое действие препаратов ш vitro было изучено на перевиваемых Т-лимфобластоидных клетках человека линий МТ-4 (ФП 5-7) или GEM SS (ФП 8, 9). Количество выживших клеток при экспонировании в присутствии исследуемых препаратов при разных концентрациях приведено в табл. 4.
7 Синтез ФП 2 впервые опубликован в работе Нуретдинов И.А., Янилкин В,В., Морозов В.И.. Губская В.П., Зверев В.В.. Настапова Н.В., Фазлеева Г.М. Изв АН, Сер а», 2002, 2, 250-255.
R
н
■N\vXOOfBu
О Ceo, LiCIO« г, EkN
Q/Bu толуол, А
Табл. 4. Жизнеспособность клетокМТ-4 и GEM SS при действии ФП 5-9 (цитотоксичность).
Соединение Жизнеспособность клеток в % от контроля Концентрация ФП
10 мкг/мл 1 мкг/мл 0.1 мкг/мл
ФП 5 98 93 89
ФП 6 91 89 82
ФП 7 0 65 58
ФП 8" 30.1 70.0 90.3
ФП 9 28.9 73.5 93.6
Исследования анти-ВИЧ активности соединений проведено на тех же клетках, которые были использованы для определения цитотоксичности, только зараженных вирусом WH-VBRU. Для ФП 5-7 значения анти-ВИЧ активности, выраженные в жизнеспособности клеток при действии исследуемых соединений при разных концентрациях, приведены в Табл. 5. А оценка анти-ВИЧ активности ФП 8, 9, представленная в виде уровня развития инфекции, приведена в Табл. 6. Табл. 5. Жизнеспособность клеток МТ-4, зараженных вирусом ВИЧ- 1/BRU при действии ФП 5-9.
Жизнеспособность клеток в % от контроля
Соединение Концентрация ФП
10 мкг/мл 1 мкг/мл 0.1 мкг/мл
ФП 5' 17.5 3.6 1.5
ФП 6 15 4 1.7
ФП 7 не исследовано 35 47
Retrovir® _ 80.3 67.3
Табл. 6. Уровень развития инфекции при действии ФП 8,9 (клетки GEM SS).
Уровень развития инфекции в % от контроля
Соединение Концентрация ФП
100 мкг/мл 10 мкг/мл 1 мкг/мл 0.1 мкг/мл
ФП 8" 16.7 i 115.7 107.0 114.7
ФП 9 17.5 115.7 109.8 106.8
Как следует из данных табл. 5,6, все исследованные соединения (кроме ФП 7) являются практически нецитоксичными, но в то же время не проявляют противовирусного действия. Соединение ФП 7 в концентрации 0.1 мкг/мл проявляет анти-ВИЧ активность, сравнимую с использованным при лечении ВИЧ препаратом Retrovir®, при приемлемом уровне цитотоксичности.
Приведенные значения являются средним из 3 независимых экспериментов. Приведенные значения являются средним из 8 независимых экспериментов.
Исследование антиоксидантной активности
Изучение антиоксидантной активности ФП 1—3, 9 и для сравнения фуллерена Сбо проводили по отношению к пероксид-радикалам, генерируемым в тесте пероксидного окисления ненасыщенных жирных кислот, и супероксид-аниону, генерируемому в ферментативной реакции ксантин/ксан ти ноксидаза.
а. Перекисное окисление структурных фрагментов липидов мембран (на примере олеиновой кислоты)
Перекисное окисление структурных фрагментов липидов (LH), являющееся радикальным процессом, было изучено на примере олеиновой (9-2-октадеценовой) кислоты в присутствии добавок фуллерена Ст и ФП 1-3. Окисление олеиновой кислоты (LH) проводили при температуре 65°С с использованием термостатированной установки при постоянном пропускании воздуха в окислительную ячейку. Концентрацию образующихся гидропероксидов (LOOH) определяли методом иодометрнческого титрования.
LOO' + LH —>LOOH + L'
Сравнить эффективность ингибирования пероксид-радикалов исследованными фуллереном Са) и его производными ФП 1-3 можно с помощью введения условной величины, так называемым эффективным антиоксидантным действием (ЭАД) (значения приведены в табл. 7), которая показывает степень ингибирования накопления гидропероксид-радикалов.
Табл. 7. ЭАД фуллерена С«, иФП1-Зв ингибировании процессов перекисного окисления олеиновой кислоты.
cao сбо-хинолин 1 смгиндол2 Сагфенол 3
ЭАД, % 47 63 68 88
Наилучшее антиоксидантное действие оказывает ФП с фрагментом пространственно-затрудненного фенола 3, что, очевидно, является следствием сочетания ингибирующей активности фуллеренового ядра и способности ди-шреот-бутилфенольного заместителя к образованию стабильного феноксильного радикала.
б. Антиоксидантное действие по отношению к супероксид-аниону О/"
Изучение антиоксидантной активности соединений ФП 1, 2 и 9 с фрагментами хинолина и пространственно-затрудненного фенола, а также для сравнения фуллерена Ся), было осуществлено по отношению к еще одной активной кислородсодержащей частице — супероксид-аниону 02'~, генерируемому в ферментативной реакции ксантин/ксантиноксидаза.
Из литературных данных известно, что производные фуллеренов не оказывают ингибирующего влияния на ксантиноксидазу, что позволяет проводить тесты по изучению их антиоксидантного действия по отношению к супероксид-аниону, генерируемому в сопряженной реакции (рис. 13).
н -ы
1 X } + 02 + Н20
N Н
)=0 + 02- + н+
Рис. 13. Генерация 0/~ в ферментативной реакции ксантин/ксантиноксидаза.
Образование супероксид-аниона без и в присутствии добавок фуллерена и ФП 1, 2 и 9 регистрировали слекрофотометрически по накоплению формазана (полоса поглощения 560 нм), который образуется восстановлением голубого тетразолия супероксид-анионом Ог'~.
Поскольку фуллерен С« и исследуемые ФП 1, 3 и 9 не растворяются в воде, то для проведения исследований были приготовлены их растворы в ДМСО в ^ то концентрации 20 мкмоль/л. Для определения вклада регистрировали
формазана в отсутствие фуллереновых 20 добавок. На рис. 14 представлена 10 сравнительная диаграмма накопления о
ДМСО
формазана спустя 60, 300 и 600 с в Рцс ,4 Накопление формазана спустя 60, 300 и 600 с в
присутствии ДМСО, С«, и его присутствии ДМСО, С№ ФП 1, 3 и 9, концентрация 20
мкмоль/л.
производных ФП 1, 3, 9.
Удивительным результатом оказалось то, что в присутствии ФП 9, содержащего в структуре хинолиновый и пгре/я-бутоксикарбонильный заместители, даже в малой концентрации (20 мкмоль/л) образования формазана, а, следовательно, и супероксид-аниона, не наблюдается, что свидетельствует о полном ингибировании соединением ФП 9 супероксид-аниона 02'".
ДМСО I 50
О" 40
накопление ё
зо
Полимерные материалы с НСП, проявляющие антимикробную активность
В работе были получены и исследованы полимерные материалы с наноструктурированной поверхностью (НСП) на основе биосовместимого полиэтилентерефталата (ПЭТФ). Формирование конечных материалов происходило в несколько этапов.
На первом этапе формировали НСП ионно-плазменным травлением; было получено два типа рельефов на поверхности ПЭТФ в зависимости от времени обработки, которые затем образовали серии. Второй этап модификации включал в себя нанесение углеводородных пленок различной
с в
Е
m
с с
Е
<4
............................! ПЭТФ, с 1-..............
1 ' 1
формирование рельефа обработкой потоками ионов смеси Ог+Ыг .....-.....-I Змин, аО • I 10 мин, 60
нанесение углеводородных пленок •■) Змин, 10нм,а7 | ! 10 мин, 10 нм, Ы
--> Змин,20 нм,а2 j -j Змин,50нм,аЗ ] —I 3 мин, 100 нм, а4 !
! 10 мин, 20 нм, Ь2
I____________________
I 10мин,50нм,ЬЗ ------------------I 10 мин, 100 нм, Ь4
О Модифицирование всех полученных образцов С6о-хинолин 1 (cq, nj aqO-4, bqO-4) и Сво-индол 2 (с/, aiO-4, biO-4) методом "spin-coating" *** (центрифугирования, нанесения на вращающуюся подложку)
Puc. IS. Схема формирования полимерных образцов ПЭТФ НСП, модифицированных органическими производными фуллерена С»
толщины (10-100 нм) методом ион-стимулированного осаждения из газовой фазы циклогексана. Затем все полученные образцы полимерных материалов с различными НСП, включая исходный ПЭТФ, были модифицированы осаждением ФП с фрагментами хинолина 1 и индола 2 (рис. 15).
Для исследования антимикробной активности полученных материалов использовали штаммы грамположительных (Staphylococcus aureus) и грамотрицательных (Escherichia coli и Pseudomonas aeruginosa) бактерий, а также грибки вида Candida albicans.
Результаты исследования антимикробной активности полученных материалов приведены на рис. 16 и представляют собой сравнительные диаграммы, отражающие снижение титра тест-организмов при экспонировании всех исследуемых полимерных материалов.
На приведенных диаграммах темно-серым цветом отмечено снижение титра микроорганизмов при действии на них исходных полимерных материалов (с, an, bn), светло-серым— серия ПЭТФ НСП, модифицированных диадой Сбо-хинолин 1 (cq, aqti, bqn), серым — серия ПЭТФ НСП, модифицированных диадой С«гиндол 2 (ci, ain, bin).
1ПЭ1 - без фуллереновых модификаторов ЩЩ|- СЕС-хинолин 1 - С60-индол 2
Рис. 16. Сравнительные результаты антимикробной активности исследуемых материалов.
Как видно из представленных рис. 16 диаграмм, в большинстве случаев происходит либо появление, либо усиление антимикробной активности полимерных материалов, модифицированных органическими производными фуллерена Сы„ по сравнению с исходными полимерными материалами.
Исследование ФП 1 и 2 по отношению к тем же видам микроорганизмам показали, что они активны по отношению к Е. coli и Ps. aeruginosa и не проявляют бактерицидного действия к St. aureus и С. albicans. Полученные данные свидетельствуют о том, что конечная антимикробная активность является проявлением синергизма свойств, как самого полимерного материала с НСП, так и фуллереновых модификаторов.
Escherichia coli
Candida albicans
Pseudomonas aeruginosa
Выводы
1. Впервые осуществлена химическая модификация индивидуальных изомеров С\-р7тр-C7„(CF3)m и Cs-p7-Cm(CF3)8 по реакции [2+1]-циклоприсоединения. Установлено, что реакция с CV р7тр-Сц,(СРз)ю приводит к образованию единственного изомера продукта моноциклоприсоединения C»(CFj)ni[C(CC>2Et)2], что свидетельствует о региоселективности протекания процесса. Строение изомера соединения Ci-C7o(CF3)K)[C(COOEt)2] установлено методом РСА с использованием синхротронного излучения. С помощью квантово-химических расчетов методом функционала плотности дано объяснение наблюдаемой региоселективности.
2. Функционализация индивидуального изомера C,-C7i>(CF3)s по реакции Бингеля приводит к образованию двух изомеров моноаддуктов C7u(CF3)8[C(COOEt)2] и одного изомера бисаддукта C7o(CF5)8[C(C02Et)i]2. На основании данных спектроскопии ЯМР 'Н и "F и квантово-химических расчетов методом функционала плотности предложено их строение. Установлено, что при кристаллизации C7i](CF3)8[C(COOEt)2]„ (п=1,2) из растворов происходит [2+2]-димеризация. Строение четырех димеров {C70(CF.OK[C(COOEt)2]„(л=0-2) определено методом РСА и подтверждает предложенное строение мономерных молекул.
3. Синтезирован ряд органических производных фуллерена См (фуллеропирролидинов с различными заместителями в положениях 1, 2 и 5 пирролндинового цикла, включая хинолин, индол, пиридин, замещенные пиперидины и пространственно затрудненный фенол), среди которых обнаружено соединение, проявляющее, при умеренной цитотоксичности, анти-ВИЧ активность, сравнимую с используемым для лечения ВИЧ коммерческим препаратом Retrovir®. Также были найдены эффективные антиоксиданты, перспективные для практического использования.
4. Разработана методика получения принципиально новых антимикробных материалов на основе полиэтилентерефталата с наноструктурированной поверхностью и органических производных фуллерена См ([1-метил-2-[хинол-2-ил]-3,4-фуллеро}пирролидин и {1-метил-2-[1Н-индол-3-ил]-3,4-фуллеро1пирролидин). Поверхность данных полимерных материалов была охарактеризована методами смачивания и атомно-силовой микроскопии. Полученные полимерные материалы проявляют антимикробную активность по отношению к Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa и Candida albicans.
Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях
1. А.А. Горюнков, Н.С. Овчинникова, И.В. Трушков, М.А. Юровская. Методы синтеза, строение и реакционная способность полигалогеи[60]фуллеренов // Успехи химии.- 2007.- Т. 76, № 4.- С. 323-347.
2. В.М. Елинсон, М.А. Юровская, А.Н. Лямин, Н.С. Овчинникова. Новое поколение композитных нанобиоматериалов на основе полимеров с наноструктурированной поверхностью, модифицированных производными фуллерена[60] // Нанотехника.- 2007.- Т. 10, № 2.- С. 48-52.
3. В.Ю. Марков, А.С. Пименова, Г.Г. Петухова, А.А. Козлов, Н.С. Овчинникова, В.А. Иоутси, Е.И. Дорожкин, А.А. Горюнков, II.Б. Тамм, С.И. Троянов, JI.H. Сидоров. Масс-спектры матрично-активировашшй лазерной десорбции/ионизации некоторых производных фуллеренов // Масс-спектрометрия,- 2007, - Т. 4, № 2.- С. 103-117.
4. В.Ю. Марков, В.А. Иоутси, М.А. Ланских, М.Г. Апенова, Н.С. Овчинникова, И.Н. Иоффе, Л.Н. Сидоров. Особенности масс-спектров МАЛДИ тре/я-бутиловых фуллеропролинов // Масс-спектрометрия.- 2009,- Т. 6, № 2.- С. 121-130.
5. Г.Т. Сухих, А.Х. Гайдарова, В.М. Елинсон, М.А. Юровская, С.Б. Нестеров, А.Н. Лямин, Н.С. Овчинникова, А.В. Куркин, Р.А. Нежметдинова. Инновационные технологии для профилактики внутриболъничных инфекций // Аллергология и иммунология,- 2009.- Т. 10.-С. 74.
6. В.М. Елинсон, М.А. Юровская, II.C. Овчинникова, А.Н. Лямин, Д.И. Никитин, Г.В. Пономарев, Ю.В. Морозова, Л.Н. Сидоров. Синтез новых материалов медицинского назначения на основе полимеров с наноструктурированной поверхностью II Вакуумная наука и техника.- 2005.- Т. 15.- С. 257-264.
7. В.М. Елинсон, М.А. Юровская, А.Н. Лямин, Н.С. Овчинникова. Способ получения нанокомпозитных полимерных материалов с биологической активностью и нанокомпозитные полимерные материалы, полученные этим способом // Пат. РФ № 2348666.- 2009.- Бюлл. Изобр. № 7.
8. N.S. Ovchinnikova, D.V. Ignat'eva, N.B. Ташш, S.M. Avdoshenko, А.А. Goryunkov, I.N. Ioffe, V.Yu. Markov, S.I. Troyanov, L.N. Sidorov, M.A. Yurovskaya, E. Kemnitz. Regioselective synthesis and crystal structure of C7o(CF.,)m[C(C02Et)2] // New J Chem - 2008,- V. 32.- P. 89-93.
9. V.M. Elinson, M.A. Yurovskaya, A.N. Lyamin, N.S. Ovchinnikova, A.V. Naumkin. New Antimicrobial Metarials Based on Polymers With Nanostructured Surface Modified by Organic Fullerene [60] Derivatives // Plasma Process. Polym.- 2009.- V. 6. P. S85-S91.
10. A.A. Popov, V. Korepanov, V.M. Senyavin, S.I. Troyanov, B.S. Razbirin, N.S. Ovchinnikova, M.A. Yurovskaya, A.N. Starukhin. Vibrational Structure in the Electronic Spectra of Си and
Fullerene Derivatives as Studied by Time-Dependent Density Functional Theory // Electrochem Soe Trans.- 2007.- V. 2, № 12.- P. 121-132.
Тезисы доладов:
1. N.S. Ovchinnikova. Modification of polymeric materials with nanostructured surface by fulleropyrrolidines for medical applications // 8th Intenational Workshop "Fullerenes and Atomic Clusters", St-Petersburg, Russia, 2007. Book of abstracts. P. 220.
2. N.S. Ovchinnikova, D.V. Ignafeva, N.B. Tamm, A.A. Goryunkov, S.I. Troyanov and M. A. Yurovskaya. Selective synthesis and crystal structure of the C7ij(CF3)iu[C(COOEt)2] Bingel monoadduct // 8th Intenational Workshop "Fullerenes and Atomic Clusters", St-Petersburg, Russia, 2007. Book of abstracts. P. 127.
3. V.A. Ioutsi, N.S. Ovchinnikova, M.A. Yurovskaya. Modified Prato reaction for synthesis of 2,5-substituted NH-fulleropyrrolidines // 8th Intenational Workshop "Fullerenes and Atomic Clusters", St-Petersburg, Russia, 2007. Book of abstracts. P. 104.
4. N.S. Ovchinnikova, A.A. Goryunkov, P.A. Khavrel, M.A. Apenova, S.I. Troyanov, M.A. Yurovskaya. Functionalization of Cs-C7rj(CF3)s: the Bingel reaction // 9th Intenational Workshop "Fullerenes and Atomic Clusters", St-Petersburg, Russia, 2009. Book of abstracts. P. 144.
5. B.M. Елинсон, M.A. Юровская, A.H. Лямин, H.C. Овчинникова. Новые антимикробные полимерные материалы с наноструктурированной поверхностью, модифицированные органическими производными фуллерена [60] // 6-ая Международная конференция «Высокие медицинские технологии XXI века», Бенидорм, Испания, 2007. Материалы конференции. С. 49.
6. В.М. Елинсон, М.А.Юровская, А.Н. Лямин, Н.С. Овчинникова, Р.А. Нежметдинова. Создание нанокомпозитных биоматериалов нового поколения на основе наноструктурированных полимеров и органических производных фуллерена [60] с разными модифицирующими агентами // ХШ Международная научно-техническая конференция «Высокие технологии в промышленности России», Москва, 2007. Материалы конференции. С. 72-76.
7. В.М. Елинсон, М.А. Юровская, А.Н. Лямин, Н.С. Овчинникова. Создание новых композитных материалов на основе полимеров с наноструктурированной поверхностью, модифицированных производными фуллерена[60] // XIII Научно-техническая конференция «Вакуумная наука и техника», Сочи, 2006. Материалы конференции. С. 231-235.
8. M.A. Yurovskaya, N.S. Ovchinnikova, V.M. Elinson, A.N. Lyamin, D.I. Nikitin, G.V. Ponomarev, Yu.V. Morozova, L.N. Sidorov. New polymeric materials with nanostructured surface (NSS) modified with organic fullerene derivatives for medical applications // 7th Intenational Workshop "Fullerenes and Atomic Clusters", St-Petersburg, Russia, 2005. Book of abstracts. P. 239.
9. И.В. Трушков, M.A. Юровская, Н.С. Овчинникова. Органические производные фуллеренов. Получение и физиологические свойства // X Молодежная конференция по органической химии,
Уфа, 2007. Материалы конференции. С. 27.
10. I.V. Trushkov, G.V. Grishina, М.А. Yurovskaya, I.S. Veselov, S. Sarkar, S.M. Rezayat, N.S. Ovchmnikova, O.A. Lobach, L.B. Kalnina. Adducts of (Poly)hydroxypiperidines and Fullerene: Synthesis and Anti-HIV activity // 13th Blue Danube Symposium on Heterocyclic Chemistry, Bled, Slovenia, 2009. Abstracts of papers. P. 136.
Заказ № 18-а/03/10 Подписано в печать 02.03.2010 Тираж 100 экз. Усл. п.л. 1
4;—'; ... ООО "Цифровичок", тел. (495) 649-83-30
V^J: www.c/r.ru; e-mail:inj"o@cfr.ru
I. ВВЕДЕНИЕ.
1.1. Актуальность работы.
1.2. Цель работы.
1.3. Научная новизна.
1.4. Практическая значимость.
1.5. Апробация работы.
1.6. Структура и объем диссертации.
П. ОРГАНИЧЕСКИЕ ПРОИЗВОДНЫЕ ТФМФ С70.Ю
П. 1. ВВЕДЕНИЕ.
П.2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ТФМФ С70.
11.2.1. Синтез ТФМФ.
11.2.2. Строение ТФМФ С70.
П.З. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
11.3.1. Методы исследования и использованные в работе реактивы.
П.3.1 .а. Масс-спектрометрия МАЛДИ.
П.3.1.6. Высокоэффективная жидкостная хроматография.
И.З.1.В. Спектроскопия ЯМР 'Н и ,9F.
П.3.1 .г. Квантово-химические расчеты.
П.З.1.Д. Рентгеноструктурный анализ.
П.3.1 .е. Использованные реактивы.
11.3.2. Синтез и выделение C7o(CF3)i0 и C7o(CF3)8.
11.3.3. Реакция Бингеля.
П.З.З.а. C7o(CF3)io.
П.3.3.6. C70(CF3)g.
П.4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.
11.4.1. Синтез и выделение C7o(CF3)i0 и C7o(CF3)8.
11.4.2. Реакция Бингеля с C70(CF3)i0.
11.4.3. Реакция Бингеля с C7o(CF3)8.
Ш.2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. Биологическая активность производных фуллеренов.47
111.2.1. Свойства фуллеренов, определяющие их биологическую активность.47
111.2.2. Противовирусная активность.51
111.2.3. Антиоксидантная активность.54
П1.2.4. Фотодинамическая активность.56
111.2.5. Антимикробная активность.58
111.2.6. Токсичность.60
Ш.2.6.а. Поглощение, распределение и выведение.60
Ш.2.6.6. Острая токсичность.63
П1.2.6.В. Хроническая токсичность.64
Ш.2.6.г. Репродуктивная токсичность, генотоксичность, канцерогенность.65
Ш.З. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.66
III.3.1. Методы исследования и использованные в работе реактивы.66
Ш.3.1 .а. ИК спектроскопия.66
Ш.3.1.6. Измерение краевых углов смачивания и оценка кровесовместимости.66
Ш.3.1.в. Атомно-силовая микроскопия.66
Ш.З.1.Г. Исследование анти-ВИЧ активности фуллеропирролидинов.67
Ш.З.1.Д. Исследование антиоксидантной активности фуллеропирролидинов.67
Ш.ЗЛ.е. Исследование антимикробной активности фуллеропирролидинов.69
Ш.З.1.ж. Исследование антимикробной активности полимерных материалов.69
П1.3.1 .з. Использованные реактивы и материалы.71
111.3.2. Методики синтеза фуллеропирролидинов.71
Ш.3.2.а. Синтез фуллеропирролидинов по реакции Прато.71
Ш.3.2.6. Синтез 2,5-замещенных фуллеропирролидинов по реакции LiC104-катализируемого циклоприсоединения азометинилидов.73
111.3.3. Формирование рельефа и модифицирование поверхности ПЭТФ ионноплазменными методами.75
Ш.3.4. Модифицирование полимеров с НСП органическими производными фуллерена.77
П1.4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.78
111.4.1. Синтез исследуемых в работе фуллеропирролидинов.79
III.4.1.a. Синтез по реакции Прато.84
Ш.4.1.6. Синтез методом 1,3-диполярного циклоприсоединения азометинилидов, катализируемого LiC104.85
111.4.2. Исследования анти-ВИЧ активности фуллеропирролидинов.89
111.4.3. Исследования антиоксидантной активности фуллеропирролидинов.92
Ш.4.3.а. Пероксидное окисление структурных фрагментов липидов биологических мембран (на примере олеиновой кислоты).93
III.4.3.6. Антиоксидантная активность по отношению к супероксид-аниону, генерируемому в ферментативной реакции ксантин/ксантиноксидаза.97
Ш.4.4. Полимерные материалы, модифицированные фуллеропирролидинами, с антимикробной активностью.99
Ш.4.4.а. Формирование НСП ПЭТФ.100
III.4.4.6. Модифицирование НСП ПЭТФ органическими производными фуллерена С6о
102
Ш.4.4.в. Исследование топографии поверхности методом АСМ.105
Ш.4.4.г. Исследования образцов методом смачивания. Краевые углы смачивания поверхностей.107
Ш.4.4.д. Оценка кровесовместимости по методу Рукенштейна.110
III.4.5. Антимикробная активность.112
III.5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.115
IV. ВЫВОДЫ.116
V. БИБЛИОГРАФИЯ.117
VI. ПРИЛОЖЕНИЕ.129
VI. 1. Расчет энергетических характеристик поверхности.129
VI. 1.1. Расчет значений поверхностной энергии полимерных материалов.129
VI. 1.2. Расчет значений межфазной энергии «полимер, уравновешенный с водой, на границе с водой».129
VI.2. Изображения топографии поверхностей (АСМ).131
I. ВВЕДЕНИЕ
IV. выводы
1. Впервые осуществлена химическая модификация индивидуальных изомеров С-\-р7тр-C7o(CF3)io и C.-//-Cvo(CF-i)s по реакции [2+1]-циклоприсоединения. Установлено, что реакция с С\-р 7inp-Cio(CF:,) 1 о приводит к образованию единственного изомера продукта моноциклоприсоединения C7o(CF3)io[C(C02Et)2], что свидетельствует о региоселективности протекания процесса. Строение изомера соединения Ci-C7o(CF3)i0[C(COOEt)2] установлено методом РСА с использованием синхротронного излучения. С помощью квантово-химических расчетов методом функционала плотности дано объяснение наблюдаемой региоселективности.
2. Функционализация индивидуального изомера CS-C70(CF3)8 по реакции Бингеля приводит к образованию двух изомеров моноаддуктов C7o(CF3)g[C(COOEt)2] и одного изомера бисаддукта C7o(CF3)8[C(C02Et)2]2. На основании данных спектроскопии ЯМР 'Н и 19F и квантово-химических расчетов методом функционала плотности предложено их строение. Установлено, что при кристаллизации C7o(CF3)8[C(COOEt)2]n (w=l,2) из растворов происходит [2+2]-димеризация. Строение четырех димеров {C7o(CF;,)8[C(COOEt)2]n} 2 (/7=0-2) определено методом РСА и подтверждает предложенное строение мономерных молекул.
3. Синтезирован ряд органических производных фуллерена С6о (фуллеропирролидинов с различными заместителями в положениях 1, 2 и 5 пирролидинового цикла, включая хинолин, индол, пиридин, замещенные пиперидины и пространственно затрудненный фенол), среди которых обнаружено соединение, проявляющее, при умеренной цитотоксичности, анти-ВИЧ активность, сравнимую с используемым для лечения ВИЧ коммерческим препаратом Retrovir Также были найдены эффективные антиоксиданты, перспективные для практического использования.
4. Разработана методика получения принципиально новых антимикробных материалов на основе полиэтилентерефталата с наноструктурированной поверхностью и органических производных фуллерена С6о ({1-метил-2-[хинол-2-ил]-3,4-фуллеро}пирролидин и {1-метил-2-[1Я-индол-3-ил]-3,4-фуллеро}пирролидин). Поверхность данных полимерных материалов была охарактеризована методами смачивания и атомно-силовой микроскопии. Полученные полимерные материалы проявляют антимикробную активность по отношению к Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa и Candida albicans.
Ill .5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Среди синтезированных по реакции Прато и с использованием нового метода LiC104-катализируемого 1,3-диполярного циклоприсоединения азометинилидов фуллеропирролидинов с фрагментами хинолина, индола, пиридина, замещенных пиперидинов и пространственно-затрудненного фенола найдены соединения, обладающие анти-ВИЧ и антиоксидантной активностью. {2-т/?е/м-Бутоксикарбонил-5-[4-(7^-пиперид-4-ол)фенил]-3,4-фуллеро}пирролидин проявляет анти-ВИЧ активность, сравнимую с используемым для лечения ВИЧ коммерческим препаратом Retrovir®, при приемлемом уровне цитотоксичности. Обнаружено антиоксидантное действие {1-метил-2-[3,5-ди-трет-бутил-4-гадроксифенил]-3,4-фуллеро}пирролидина в тестах пероксидного окисления структурных фрагментов биологических мембран на примере олеиновой кислоты. {2-/и/?еот-Бутоксикарбонил-5-[хинол-2-ил]-3,4-фуллеро}пирролидин в концентрации 20 мкмоль/л является эффективной ловушкой супероксид-аниона, генерируемого в ферментативной реакции ксантин/ксантиноксидаза.
Разработана методика создания принципиально новых материалов на основе полиэтилентерефталата с наноструктурированной поверхностью и фуллеропирролидинов в фрагментами индола и хинолина, обладающих антимикробной активностью.
Полученные результаты являются перспективными, как с точки зрения проведения дальнейших исследований в выбранных направлениях (противовирусные и антиоксидантные производные фуллерена С«о), так и с точки зрения возможного применения (полимерные материалы с НСП, модифицированные органическими производными фуллеренов) в медицине.
1. Peet J., Kim J.Y., Coates N.E., Ma W.L., Moses D., Heeger A.J., Bazan G.C. Efficiency enhancement in low-bandgap polymer solar cells by processing with alkane dithiols // Nature Mat-2007- V. 6-P. 497-500.
2. Nielsen G.D., Roursgaard M., Jensen K.A., Poulsen S.S., Larsen S.T. In vivo Biology and Toxicology of Fullerenes and Their Derivatives // Basic Clin Pharmacol Toxicol 2008 - V. 103 — P. 197-208.
3. Bakry R„ Valiant R.M., Najam-ul-Haq M., Rainer M„ Szabo Z„ Huck C.W., Bonn G.K. Medicinal applications of fullerenes // Int J Nanomedicine.- 2007,- V. 2 P. 639-649.
4. Tamm N.B., Sidorov L.N., Kemnitz E., Troyanov S.I. Crystal Structures of C94(CF3)20 and C96(C2Fs)i2 Reveal the Cage Connectivities in C94 (61) and C96 (145) Fullerenes // Angew Chem Int Ed-2009-V. 48,-P. 9102-9104.
5. Popov A.A., Shustova N.B., Boltalina O.V., Strauss S.H., Dunsch L. ESR-Vis-NIR Spectroelectrochemical Study of C7o(CF3)2~ and C7o(C2F5)2" Radical Anions // Chem Phys Chem2008-P. 431—438.
6. Fagan P.J., Krusic P.J., McEwen C.N., Lazar J., Parker D.H., Herron N., Wasserman E. Production of Perfluoroalkylated Nanospheres from Buckminsterfullerene // Science 1993,- V. 262-P. 404-407.
7. Узких И.С., Дорожкин Е.И., Болталина O.B., Болталин А.И. Новый метод синтеза перфторалкильных производных фуллеренов // Доклады АН 2001 - Т. 379,- С. 344-347.
8. Goryunkov А.А., Kuvychko I.V., loffe I.N., Dick D.L., Sidorov L.N., Strauss S.H., Boltalina O.V. Isolation of C6o(CF3)„ (n = 2, 4, 6, 8, 10) with high compositional purity // J Fluorine Chem-2003-V. 124-P. 61-64.
9. Kareev I.E., Kuvychko I.V., Lebedkin S.F., Miller S.M., Anderson O.P., Seppelt K., Strauss S.H., Boltalina O.V. Synthesis, structure, and 19F NMR spectra of 1,3,7,10,14,17,23,28,31,40-C6o(CF3)io // J Am Chem Soc.- 2005.- V. 127,- P. 8362-8375.
10. Troyanov S.I., Dimitrov A., Kemnitz E. Selective Synthesis of a Trifluoromethylated Fullerene and the Crystal Structure of C6o(CF3)i2 // Angew Chem Int Ed 2006 - V. 45 - P. 1971-1974.
11. Игнатьева Д.В., Мутиг Т., Горюнков А.А., Тамм Н.Б., Кемниц Э., Троянов С.И., Сидоров JI.H. Новые изомеры C7o(CF3)„, п = 12, 14, 16. Реакции переалкилирования и перегруппировочные процессы // Изв АН, сер хим.- 2009 Т. 6 - С. 1117-1125.
12. Mutig Т., Ioffe I.N., Kemnitz Е., Troyanov S.I. Crystal and molecular structures of C2-C7o(CF3)8T.5 PhMe // Mendeleev Commun.- 2008,- V. 18,- P. 73-75.
13. Mutig Т., Kemnitz E., Troyanov S.I. Trifluoromethyl derivatives of fullerene C70, C7o(CF3)2, C7o(CF3)8 and C7o(CF3)14 // Mendeleev Commun 2009 - V. 19,- P. 30-31.
14. Goryunkov A.A., Dorozhkin E.I., Ignat'eva D.V., Sidorov L.N., Kemnitz E., Sheldrick G., Troyanov S.I. Crystal and molecular structures of C7o(CF3)s PhMe // Mendeleev Commun.- 2005.- V. 15 P.225-227.
15. Shustova N.B., Peryshkov D.V., Boltalina O.V., Strauss S.H. 1,4,10,19,25,41,55,60,67,69-Decakis(trifluoromethyl)-1,4,10,19,25,41,55,60,67,69-decahydro-(C7o-Ah)5,6] fullerene // Acta Cryst.- 2007,- V. Е63,- P. o4073.
16. Avdoshenko S.M., Goryunkov A.A., Ioffe I.N., Ignat'eva D.V., Sidorov L.N., Pattison P., Kemnitz E., Troyanov S.I. Preparation, crystallographic characterization and theoretical study of C7o(CF3)i6 and C7o(CF3),8 // Chem Commun.- 2006 P. 2463-2465.
17. Darwish A.D., de Guio P., Taylor R. The single crystal x-ray structure of С?оМе8; The origin of the fullerene addition patterns for bulky groups // Fullerenes, Nanotubes, and Carbon Nanostructures-2002-V. 10.-P. 261-272.
18. Avent A.G., Birkett P.R., Darwish A.D., Kroto H.W., Taylor R„ Walton D.R.M. Formation of C70PhI0 and C70Ph8 from the Electrophile C70Cli0 И Tetrahedron 1996 - V. 52 - P. 5235-5246.
19. TINKER v. 4.2 // www: http://dasher.wustl.edu/tinker/index.html 2004.
20. Granovsky A.A. Firefly version 7.1 .G // http://classic.chem.msu.su/gran/firefly/index.html.
21. Schmidt M.W., Baldridge K.K., Boatz J.A., Elbert S.T., Gordon M.S., Jensen J.J., Koseki S„ Matsunaga N., Nguyen K.A., Su S., Windus T.L., Dupuis M., Montgomery J.A. // J Comput Chem-1993,-V. 14-P. 1347-1363.
22. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized Gradient Approximation Made Simple // Phys Rev Lett 1996,-V. 77,-P. 3865-3868.
23. Laikov D.N. Fast evaluation of density functional exchange-correlation terms using the expansion of the electron density in auxiliary basis sets // Chem Phys Lett- 1997,- V. 281,- P. 151156.
24. Sheldrick G.M. SHELXS-97, Program for Solution of Crystal Structures from Diffraction Data, Universitat Gottingen, Germany.- 1997.
25. Sheldrick G.M. SHELXL-97, Program for Crystal Structure Refinement, Universitat Gottingen, Germany 1997.
26. Bingel C. Cyclopropanierung von Fullerenen // Chem Ber- 1993- V. 126 P. 1957-1959.
27. Camps X., Hirsch A. Efficient cyclopropanation of Ceo starting from malonates // J Chem Soc, Perkin Trans 1 1997-P. 1595-1596.
28. Timmerman P., Anderson H.L., Faust R., Nierengarten J., Habicher Т., Seiler P., Diederich F. Fullerene-acetylene hybrids: Towards a novel class of molecular carbon allotropes // Tetrahedron-1996-V. 52-P. 4925-4947.
29. Haddon R.C. Chemistry of the Fullerenes: The Manifestation of Strain in a Class of Continuous Aromatic Molecules//Science 1993-V. 261-P. 1545-1550.
30. Lee K.H., Lee C., Kang J., Park S.S., Lee J., Lee S.K., Bohme D.K. Preferential Site of Attack on Fullerene Cations: Frontier Orbitals and Rate Coefficients // J Phys Chem A.- 2006 V. 110 - P. 11730-11733.
31. Takano Y., Herranz M.A., Guldi D., Tsuchiya Т., Akasaka Т., Strauss S.H., Boltalina O.V., Martin N. A new exTTF/C7o(CF3)io hybrid for photo-functional molecular systems // 215th ECS Meeting, Book of abstracts 2009 - P. 1125.
32. Skiebe A., Hirsch A., Klos H., Gotschy B. DBU]C6o. Spin pairing in a fullerene salt // Chem Phys Lett.- 1994,-V. 220.-P. 138-140.
33. Goryunkov A.A., Ioffe I.N., Khavrel P.A., Avdoshenko S.M., Markov V.Y., Mazej Z., Sidorov L.N., Troyanov S.I. The former "C6oFi6" is actually a double-caged adduct: (CeoFieXCso) // Chem Commun- 2007 P. 704-706.
34. Пиотровский Л.Б. Фуллерены в биологии // Киселев О.И. (Ред.). СПб: Росток 2006 - 335 с.
35. Krusic P.J., Wasserman Е., Keizer P.N., Morton J.R., Preston K.F. Radical Reactions of Ceo // Science.- 1991.-V. 254-P. 1183-1185.
36. Friedman S.H., DeCamp D.L., Sijbesma R.P., Srdanov G., Wudl F., Kenyon G.L. Inhibition of the HIV-1 protease by fiillerene derivatives: model building studies and experimental verification // J Am Chem Soc- 1993,-V. 115-P. 6506-6509.
37. Arbogast J.W., Darmanyan A.P., Foote C.S., Rubin Y., Diederich F.N., Alvarez M.M., Anz S.J., Whetten R.L. Photophysical Properties of C60 // J Phys Chem 1991 - V. 95- P. 11-12.
38. Yamakoshi Y., Umezawa N., Ryu A., Arakane K., Miyata N., Goda Y., Masumizu Т., Nagano N. Active Oxygen Species Generated from Photoexcited Fullerene (C6o) as Potential Medicines: O2-radical versus '02 // J Am Chem Soc 2003.- V. 125 - P. 12803-12809.
39. Shen L., Ji H., Zhang H. A Theoretical Elucidation on the Solvent-dependent Photosensitive Behaviors of C60 // Photochem Photobiol 2006 - V. 82,- P. 798-800.
40. Bedrov D., Smith G.D., Davande H., Li L. Passive Transport of Сбо Fullerenes through a Lipid Membrane: A Molecular Dynamics Simulation Study // J Phys Chem В.- 2008 V. 112 - P. 20782084.
41. Rajagopalan P., Wudl F., Schinazi R.F., Boudinot F.D. Pharmacokinetics of a Water-Soluble Fullerene in Rats // Antimicrob Agents Chemother 1996 - V. 40 - P. 2262-2265.
42. Qiao R., Roberts A.P., Mount A.S., Klaine S,J. Translocation of C6o and Its Derivatives Across a Lipid Bilayer // Nano Lett 2007- V. 7.- P. 614-619.
43. Kotelnikova R.A., Kotelnikov A.I., Bogdanov G.N., Romanova V.S., Kuleshova E.F., Parnes Z.N., Vol'pin M.E. Membranotropic properties of the water soluble amino acid and peptide derivatives of fullerene Ceo // FEBS Letters.- 1996,- V. 389- P. 111-114.
44. Foley S., Crowley C., Smaihi M., Bonfils C., Erlanger B.F., Seta P., Larroque C. Cellular localisation of a water-soluble fullerene derivative // Biochem Biophys Res Commun.- 2002 V. 294,-P. 116-119.
45. Yang J., Wang K., Driver J., Yang J., Barron A.R. The use of fullerene substituted phenylalanine amino acid as a passport for peptides through cell membranes // Org Biomol Chem — 2007,- V. 5,- P. 260-266.
46. Heymann D. Solubility of Ceo in alcohols and alkanes // Carbon 1996 - V. 34,- P. 627-631.
47. Wei X., Wu M., Qi L., Xu Z. Selective solution-phase generation and oxidation reaction of Ceo0" (n = 1,2) and formation of an aqueous colloidal solution of C«> // J Chem Soc, Perkin Trans 2 — 1997-P. 1389-1393.
48. Yamakoshi Y.N., Yagami Т., Fukuhara K., Sueyoshi S., Miyata N. Solubilization of Fullerenes into Water with Polyvinylpyrrolidone Applicable to Biological Tests // J Chem Soc, Chem Commun.-1994,-P. 517-518.
49. Priyadarsini K.I., Mohan H., Tyagi A.K., Mittal J.P. Inclusion Complex of gamma-Cyclodextrin-Сбо: Formation, Characterization, and Photophysical Properties in Aqueous Solutions // J Phys Chem.- 1994-V. 98-P. 4756-4759.
50. Ikeda A., Hatano Т., Kawaguchi M., Suenagab H., Shinkai S. Water-soluble 60]fullerene-cationic homooxacalix[3]arene complex which is applicable to the photocleavage of DNA // Chem Commun- 1999,-P. 1403-1404.
51. Bensasson R.V., Bienvenue E., Dellinger M., Leach S., Seta P. C6o in Model Biological Systems. A Visible-UV Absorption Study of Solvent-Dependent Parameters and Solute Aggregation // J Phys Chem.- 1994 V. 98- P. 3492-3500.
52. Guldi D.M. Capped Fullerenes: Stabilization of Water-Soluble Fullerene Monomers As Studied by Flash Photolysis and Pulse Radiolysis // J Phys Chem A.- 1997.- V. 101.- P. 3895-3900.
53. Chiang L.Y., Bhonsle J.B., Wang L., Shu S.F., Chang T.M., Hwu J.R. Efficient One-Flask Synthesis of Water-Soluble 60]Fullerenols // Tetrahedron.- 1996.- V. 52,- P. 4963^972.
54. Richardson C.F., Schuster D.I., Wilson S.R. Synthesis and characterization of water-soluble amino fullerene derivatives // Org Lett 2000.- V. 2 - P. 1011-1014.
55. Wharton Т., Kini V.U., Mortis R.A., Willson L.J. New non-ionic, highly water-soluble derivatives of Ceo designed for biological compatibility // Tetrahedron Lett 2001- V. 42,- P; 51595162.
56. Brettreich M., Hirsch A. A Highly Water-Soluble Dendro60]fiillerene // Tetrahedron Lett-1998,- V. 39,-P. 2731-2734.
57. Da Ros Т., Prato M., Novello F., Maggini M., Banfi E. Easy Access to Water-Soluble Fullerene Derivatives via 1,3-Dipolar Cycloadditions of Azomethine Ylides to Сбо // J Org Chem 1996 - V. 61- P. 9070-9072.
58. Yang J., Alemany L.B., Driver J., Hartgerink J.D., Barron A.R. Fullerene-Derivatized Amino Acids: Synthesis, Characterization, Antioxidant Properties, and Solid-Phase Peptide Synthesis // Chem Eur J 2007,- V. 13.- P. 2530-2545.
59. Lamparth I., Hirsch A. Water-soluble Malonic Acid Derivatives of C60 with a Defined Three-dimensional Structure // J Chem Soc, Chem Commun 1994.- P. 1727-1728.
60. Chiang L.Y., Upasani R.B., Swirczewski J.W. Versatile Nitronium Chemistry for Сбо Fullerene Functionalization // J Am Chem Soc 1992,- V. 114-P. 10154-10157.
61. Sijbesma R., Srdanov G., Wudl F., Castoro J.A., Wilkins C., Friedman S.H., DeCamp D.L., Kenyon G.L. Synthesis of a fullerene Derivative for the Inhibition of HIV Enzymes // J Am Chem Soc- 1993,-V. 115,-P. 6510-6512.
62. Schinazi R.F., Sijbesma R., Srdanov G., Hill C.G., Wudl F. Synthesis and Virucidal Activity of a Water-Soluble, Configurationally Stable, Derivatized Ceo Fullerene // Antimicrob Agents Chemother- 1993,-V. 37-P. 1707-1710.
63. Marcorin G.L., Da Ros Т., Castellano S., Stefancich G., Bonin I., Miertus S., Prato M. Design and Synthesis of Novel 60]Fullerene Derivatives as Potential HIV Aspartic Protease Inhibitors // Org Lett 2000,- V. 2,- P. 3955-3958.
64. Marchesan S., Da Ros Т., Spalluto G., Balzarini J., Prato M. Anti-HIV properties of cationic fullerene derivatives // Bioorg Med Chem Lett 2005 - V. 15-P. 3615-3618.
65. Lin Y., Lei H., Wen Y., Chou C., Liu H. Light-Independent Inactivation of Dengue-2 Virus by Carboxyfullerene C3 Isomer // Virology 2000 - V. 275 - P. 258-262.
66. Markovic Z., Trajkovic V. Biomedical potential of the reactive oxygen species generation and quenching by fullerenes C60 // Biomaterials 2008 - V. 29- P. 3561-3573.
67. Wang I.C., Lin A.T., Lee D.D., Kanakamma P.P., Shen C.K., Luh Т., Cheng C.H., Hwang K.C. Сбо and Water-Soluble Fullerene Derivatives as Antioxidants Against Radical-Initiated Lipid Peroxidation // J Med Chem.- 1999.- V. 42,- P. 4614-4620.
68. Gharbi N. Pressac M., Hadchouel M., Szwarc H., Wilson S.R., Moussa F. 60]Fullerene is a Powerful Antioxidant in Vivo with No Acute or Subacute Toxicity // Nano Lett 2005 - V. 5- P. 2578-2585.
69. Chiang L.Y., Lu F., Lin J. Free Radical Scavenging Activity of Water-soluble Fullerenols // J Chem Soc, Chem Commun 1995- P. 1283-1284.
70. Lu L.H., Lee Y.T., Chen H.W., Chiang L.Y., Huang H.C. The possible mechanisms of the antiproliferative effect of fullerenol, polyhydroxylated Сбо, on vascular smooth muscle cells // Br J Pharmacol 1998,-V. 123-P. 1097-1102.
71. Dugan L.L., Turetsky D.M., Du C., Lobner D„ Wheeler M„ Almli C.R., Shen C.K., Luh Т., Choi D.W., Lin T. Carboxyfullerenes as neuroprotective agents // Proc Natl Acad Sci USA 1997-V. 94-P. 9434-9439.
72. Dugan L.L., Lovett E.G., Quick K.L., Lotharius J., Lin T.T., O'Malley K.L. Fullerene-based antioxidants and neurodegenerative disorders // Parkinsonism Relat Disord 2001.- V. 7 - P. 243— 246.
73. Quick K.L., Ali S.S., Arch R„ Xiong C., Wozniak D„ Dugan L.L. A carboxyfullerene SOD mimetic improves cognition and extends the lifespan of mice // Neurobiol Aging.- 2008 V. 29 - P. 117-128.
74. Daroczi В., Kari G„ MaAleer M.F., Wolf J.C., Roderick U., Dicker A.P. In vivo Radioprotection by the Fullerene Nanoparticle DF-1 as Assessed in a Zebrafish Model // Clin Cancer Res-2006-V. 12.-P. 7086-7091.
75. Mroz P., Tegos G.P., Gali H., Wharton Т., Sarna Т., Hamblin M.R. Photodynamic therapy with fullerenes // Photochem Photobiol Sci.- 2007,- V. 6 P. 1139-1149.
76. Iwamoto Y., Yamakoshi Y. A highly water-soluble Сбо-NVP copolymer: a potential material for photodynamic therapy // Chem Commun 2006 - P. 4805-4807.
77. Tabata Y., Murakami Y., Ikada Y. Antitumor effect of poly(ethylene glycol)-modified fullerene // Fullerene Sci Technol 1997.- V. 5,- P. 989-1007.
78. Liu J., Ohta S., Sonoda A., Yamada M„ Yamamoto M„ Nitta N„ Murata K„ Tabata Y. Preparation of PEG-conjugated fullerene containing Gd3+ ions for photodynamic therapy // J Controlled Release- 2007- V. 117,-P. 104-110.
79. An Y., Chen C.B., Anderson J.L., Sigman D.S., Foote C.S., Rubin Y. Sequence-Specific Modification of Guanosine in DNA by a Сбо-Linked Deoxyloligonucleotide: Evidence for a Non-Singlet Oxygen Mechanism// Tetrahedron 1996-V. 52-P. 5179-5189.
80. Boutorine A.S., Tokuyama H., Takasugi M., Isobe H., Nakamura E., Helene C. Fullerene-Oligonucleotide Conjugates: Photoinduced Sequence-Specific DNA Cleavage // Angew Chem Int Ed Engl 1994-V. 33,-P. 2462-2465.
81. Yamakoshi Y.N., Yagami Т., Sueyoshi S., Miyata N. Acridine Adduct of 60]Fullerene with Enhanced DNA-Cleaving Activity // J Org Chem.- 1996 V. 61,- P. 7236-7237.
82. Liu Y., Zhao Y., Chen Y., Liang P., Li L. A water-soluble b-cyclodextrin derivative possessing a fullerene tether as an efficient photodriven DNA-cleavage reagent // Tetrahedron Lett- 2005 V. 46.- P. 2507-2511.
83. Higashi N., Inoue Т., Niwa M. Immobilization and cleavage of DNA at cationic, self-assembled monolayers containing Сбо on gold // Chem Comm.- 1997,- P. 1507-1508.
84. Mroz P., Pawlak A., Satti M„ Lee H„ Wharton Т., Gali H., Sarna Т., Hamblin M.R. Functionalized fullerenes mediate photodynamic killing of cancer cells: Type I versus Type II photochemical mechanism // Free Radic Biol Med 2007 - V. 43- P. 711-719.
85. Ikeda A., Doi Y., Hashizume M., Kikuchi J., Konishi T. An Extremely Effective DNA Photocleavage Utilizing Functionalized Liposomes with a Fullerene-Enriched Lipid Bilayer // J Am Chem Soc-2007.-V. 129,-P. 4140-4141.
86. Lyon D.Y., Adams L.K., Falkner J.C., Alvarez P.J.J. Antibacterial Activity of Fullerene Water Suspensions: Effects of Preparation Method and Particle Size // Environ Sci Technol 2006 - V. 40,-P. 4360-4366.
87. Tsao N., Kanakamma P.P., Luh Т., Chou C., Lei H. Inhibition of Escherichia coli-Induced Meningitis by Carboxyfiillerence // Antimicrob Agents Chemother.- 1999,- V. 43- P. 2273-2277.
88. Tsao N., Luh Т., Chou C., Wu J., Lin Y., Lei H. Inhibition of Group A Streptococcus Infection by Carboxyfullerene // Antimicrob Agents Chemother- 2001- V. 45.- P. 1788-1493.
89. Tsao N., Luh Т., Chou C., Chang Т., Wu J., Liu C., Lei H. In vitro action of carboxyfullerene // J Antimicrobial Chemother.- 2002-V. 49 P. 641-649.
90. Bosi S., Da Ros Т., Castellano S., Banfi E., Prato M. Antimycobacterial activity of ionic fullerene derivatives // Bioorg Med Chem Lett 2000 - V. 10 - P. 1043-1045.
91. Mashino Т., Nishikawa D., Takahashi K., Usui N., Yamori Т., Seki M., Endo Т., Mochizuki M. Antibacterial and Antiproliferative Activity of Cationic Fullerene Derivatives // Bioorg Med Chem Lett.-2003.-V. 13,-P. 4395^1397.
92. Tegos G.P., Demidova T.N., Arcila-Lopez D., Lee H., Wharton Т., Gali H., Hamblin M.R. Cationic Fullerenes Are Effective and Selective Antimicrobial Photosensitizers // Chem Biol 2005-V. 12-P. 1127-1135.
93. Pantarotto D„ Bianco A., Pellarini F., Tossi A., Giangaspero A., Zelezetsky I., Briand J., Prato M. Solid-Phase Synthesis of Fullerene-peptides // J Am Chem Soc 2002,- V. 124 - P. 12543-12549.
94. Rouse J.G., Yang J.Y., Ryman-Rasmussen J.P., Barron A.R., Monteiro-Riviere N.A. Effects of Mechanical Flexion on the Penetration of Fullerene Amino Acid-Derivatized Peptide Nanoparticles through Skin // Nano Lett.- 2007,- V. 7- P. 155-160.
95. Baker G.L., Gupta A., Clark M.L., Valenzuela B.R., Staska L.M., Harbo S.J., Pierce J.T., Dill J.A. Inhalation Toxicity and Lung Toxicokinetics of Сбо Fullerene Nanoparticles and Microparticles // Toxicol Sci.-2008,-V. 101-P. 122-131.
96. Ji Z.Q., Sun H., Wang H., Xie Q., Liu Y„ Wang Z. Biodistribution and tumor uptake of C60(OH)x in mice // J Nanoparticle Res 2006 - V. 8.- P. 53-63.
97. Tabata Y., Murakami Y., Ikada Y. Photodymanic Effect of Polyethylene Glycol-modified Fullerene on Tumor // Jpn J Cancer Res 1997 - V. 88 - P. 1108-1116.
98. Sayes C.M., Fortner J.D., Guo W„ Lyon D„ Boyd A.M., Ausman K.D., Tao Y.J., Sitharaman В., Wilson L.J., Hughes J.B., West J.L., Colvin V.L. The Differential Cytotoxicity of Water-Soluble Fullerenes // Nano Lett 2004- V. 4.- P. 1881-1887.
99. Rouse J.G., Yang J., Barron A.R., Montero-Riviere N.A. Fullerene-based amino acid nanoparticle interactions with human epidermal keratinocytes // Toxicol In Vitro 2006 - V. 20.- P. 1313-1320.
100. Yamawaki H., Iwai N. Cytotoxicity of water-soluble fullerene in vascular endothelial cells // Am J Physiol Cell Physiol.- 2006,- V. 290,- P. 1495-1502.
101. Huczko A., Lange H., Calko E. Fullerenes: experimental evidence for a null risk of skin irritation and allergy // Full Sci Technol.- 1999 V. 7.- P. 935-939.
102. Mori Т., Takada H., Ito S., Matsubayashi K., Miwa N., Sawaguchi T. Preclinical studies on safety of fullerene upon acute oral administration and evaluation for no mutagenesis // Toxicology.-2006- V. 225-P. 48-54.
103. Sayes C.M., Marchione A.A., Reed K.L., Warheit D.B. Comparative Pulmonary Toxicity Assessments of Сбо Water Suspensions in Rats: Few Differences in Fullerene Toxicity in Vivo in Contrast to in Vitro Profiles // Nano Lett 2007 - V. 7 - P. 2399-2406.
104. Chen H.H.C., Yu C„ Ueng Т.Н., Chen S„ Chen B.J., Huang K.J., Chiang L.Y. Acute and Subacute Toxicity Study of Water-Soluble Polyalkylsulfonated C60 in Rats // Toxicol Pathol 1998-V. 26-P. 143-151.
105. Tsuchiya Т., Oguri I., Yamakoshi Y.N., Miyata N. Novel harmful effects of 60]fullerene on mouse embryos in vitro and in vivo // FEBS Lett 1996- V. 393 - P. 139-145.
106. Ruckenstein E., Gourisankar S.V. Preparation and characterization of thin film surface coatings for biological environments // Biomaterials 1986 — V. 7 - P. 403^-22.
107. Mosmann T. Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: Application to proliferation and cytotoxicity assays // J Immunol Meth 1983 - V. 65 - P. 55-63.
108. Сидоров JI.H., Юровская М.А., Борщевский А.Я., Трушков И.В., Иоффе И.Н. Фуллерены // М: Экзамен,- 2004,- 688 с.
109. Hirsch A., Brettreich М. Fullerenes // Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.-2005.-423 c.
110. Юровская М.А., Трушков И.В. Реакции циклоприсоединения к бакминстерфуллерену С60: достижения и перспективы // Изв АН, сер хим.- 2002 Т. 3 - С. 343—413.
111. Wudl F. The Chemical Properties of Buckminsterfiillerene (C6o) and the Birth and Infancy of Fulleroids // Acc Chem Res 1992 - V. 25.- P. 157-161.
112. Prato M., Maggini M. Fulleropyrrolidines: A Family of Full-Fledged Fullerene Derivatives // Acc Chem Res 1998,- V. 31,- P. 519-526.
113. Maggini M., Scorrano G., Prato M. Addition of Azomethine Ylides to C60: Synthesis, Characterization, and Functionalization of Fullerene Pyrrolidines // J Am Chem Soc- 1993 V. 115-P.9798-9799.
114. Wilson S.R., Wang Y., Cao J., Tan X. Amino Acids as Precursors for N-unsubstituted Fulleropyrrolidine Derivatives // Tetrahedron Lett 1996 - V. 37- P. 775-778.
115. Tan X., Schuster D.I., Wilson S.R. Resolution and Absolute Configuration of a C2-Symmetric Trans-2,5-Disubstituted Fulleropyrrolidine // Tetrahedron Lett 1998 - V. 39- P. 4187-4190.
116. Prato M., Maggini M., Scorrano G. Synthesis and applications of fulleropyrrolidines // Synthetic Metals 1996- V. 77-P. 89-91.
117. Zhang X., Willems M., Foote C.S. 1,3-Dipolar Cycloaddition of N-Benzyl Azomethine Ylide to C60: Formation of a Сбо-fused N-Benzylpyrrolidine // Tetrahedron Lett- 1993 V. 34 - P. 8187-8188.
118. Komori A., Kubota M., Ishida Т., Niwa H., Nogami T. Unusual Reactions of Сбо with Aldehydes in the Presence of Aqueous Ammonia // Tetrahedron Lett 1996.- V. 37.- P. 4031-4034.
119. Gan L., Zhou D., Luo C., Tan H., Huang C., Lu M., Pan J., Wu Y. Synthesis of Fullerene Amino Acid Derivatives by Direct Interaction of Amino Acid Ester with C6o // J Org Chem.- 1996-V. 61.-P. 1954-1961.
120. Gan L., Jiang J., Zhang W„ Su Y„ Shi Y„ Huang C., Pan J., Lu M„ Wu Y. Synthesis of Pyrrolidine Ring-Fused Fullerene Multicarboxylates by Photoreaction // J Org Chem 1998 - V. 63-P.4240-4247.
121. Wu S., Wang G., Shu L., Wu H„ Jiang S„ Xu J. Reactions of 60]fullerene with 4-nitro-N-benzylbenzimidoyl chloride and triethylamine a new method for the synthesis of [60]fullerene-fused pyrroline // Synth Comm.- 1997,- V. 27.- P. 1415-1422.
122. Liou K., Cheng C. Photoinduced reactions of tertiary amines with 60]fullerene; addition of an a-C-H bond of amines to [60]fullerene // Chem Commun 1996 - P. 1423-1424.
123. Bernstein R., Foote C.S. Singlet Oxygen Involvement in the Photochemical Reaction of C6o and Amines. Synthesis of an Alkyne-Containig Fullerene // J Phys Chem 1999 - V. 103 - P. 7244-7247.
124. Guo L., Gao X., Zhang D., Wu S., Wu H., Li Y. Alkaloid-Fullerene Systems through Photocycloaddition Reactions // J Org Chem 2000 - V. 65- P. 3804-3810.
125. Wu S„ Sun W., Zhang D„ Shu L„ Wu H., Xu J., Lao X. 1,3-Dipolar cycloaddition of several azomethine ylides to 60]fullerene: synthesis of derivatives of 29,59-dihydro-19Hpyrrolo[39,49:l,2] [60]fullerene // J Chem Soc, Perkin Trans 1.- 1998 P. 1733-1738.
126. Wang G., Zhang Т., Hao E., Jiao L., Murata Y., Komatsu K. Solvent-free reactions of fullerenes and N-alkylglycines with and without aldehydes under high-speed vibration milling // Tetrahedron.-2003- V. 59-P. 55-60.
127. Kornev A.B., Troshin P.A., Peregubov A.S., Lyubovskaya R.N. First catalytic 2+3]cycloaddition of azomethine ylides to [60]fullerene // 7th Bienial International Workshop "Fullerenes and Atomic Clusters", St. Petersburg. Book of abstracts-2005-P. 120.
128. Troshin P.A., Peregubov A.S., Muhlbacher D., Lyubovskaya R.N. An Efficient 2+3] Cycloaddition Approach to the Synthesis of Pyridyl-Appended Fullerene Ligands // Eur J Org Chem-2005- P. 3064-3074.
129. Prato M., Maggini M., Giacometti C., Scorrano G., Sandona G., Famia G. Synthesis and electrochemical properties of substituted fulleropyrrolidines // Tetrahedron 1996-V. 52 - P. 52215234.
130. Солдатенков A.T., Колядина H.M., Шендрик И.В. Основы органической химии лекарственных веществ // М.: Химия 2001.— 192 с.
131. Беркенгейм A.M. Химия и технология синтетических лекарственных препаратов // Роберт-Нику М (Ред.). М.: ОНТИ,- 1935,- 643 с.
132. Граник В.Г. Основы медицинской химии // М.: Вузовская книга.— 2001.— 384 с.
133. Машковский М.Д. Лекарственные средства, часть П // М.: Медицина— 1998 574 с.
134. Халецкий A.M. Фармацевтическая химия // Кульбах В.О. (Ред.). Медицина.- 1966.- 762 с.
135. Машковский М.Д. Лекарственные средства, часть I // М.: Медицина 1998,- 624 с.
136. Глушков Р.Г., Гуськова Т. А., Крылова Л.Ю., Николаева И.С. Механизмы иммуномодулирующего действия арбидола // Вестник РАМН 1999.-Т. 3 — С. 36-40.
137. Ruoff R.S., Tse D.S., Malhotra R., Lorents D.C. Solubility of fullerene Сбо in a variety of solvents // J Phys Chem.- 1993,- V. 97 P. 3379-3383.163. http://en.wikipedia.org/wiki/HIV. 164] http://www.fda.gov/oashi/aids/viraIs.htmI.
138. Grishina G.V., Borisenko A.A., Nosatf Z.G., Ashkinadze L.D., Karamov E.V., Kornilaeva G.V., Zefirov N.S. trans-Dihydroxypiperidines: Synthesis, Stereochemistry, and Anti-HIV Activity // Dokl Chem.- 2003,-V. 391,- P. 195-199.
139. Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах //М.: Наука- 1972 365 с.
140. Milaeva E.R., Tyurin V.Y., Shpakovsky D.B., Gerasimova О.A., Jingwei Z., Gracheva Y.A. Organotins-promoted peroxidation of unsaturated fatty acids: a new antioxidative scavenger for promoters // Heteroatom Chem 2006 - V. 17,- P. 475-480.
141. Okuda K., Hirota Т., Hirobe M., Nagano Т., Mochizuki M., Mashino T. Synthesis of Various Water-Soluble Сво Derivatives and Their Superoxide-Quenching Activity // Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures-2000-V. 8,-P. 127-142.
142. Elinson V.M., Sleptsov V.V., Potraysay V.V., Lyamin A.N. Biomedical propeties of nanostructured surfaces formed by ion-plasma methods // Voevodin AA (Ed.). Kluwer Academic Publishers 2004. - C. 307-319.
143. Ravaine S., Agricole В., Mingotaud C., Cousseau J., Delhaes P. Langmuir and Langmuir-Blodgett films of a perfluoro Ceo derivative // Chem Phys Lett 1995 - V. 242- P. 478-482.
144. Schubert D.W., Dunkel T. Spin coating from a molecular point of view: its concentration regimes, influence of molar mass and distribution // Mat Res Innovat 2003 - V. 7,- P. 314—321.
145. Богданова Ю.Г., Должикова В.Д. Физико-химические аспекты кровесовместимости полимерных материалов // в сборнике статей XVI всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем»,— 2009 — Т. 3 С. 4-14.
