Физико-химические основы сенсибилизированной производными фталоцианина и акридина фотоинактивации микроорганизмов в водных средах тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

На правах рукописи

/--

Макаров Дмитрий Александрович

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СЕНСИБИЛИЗИРОВАННОЙ ПРОИЗВОДНЫМИ ФТАЛОЦИАНИНА И АКРИДИНА ФОТОИНАКТИВАЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ В ВОДНЫХ СРЕДАХ

- )

/

02.00.04 - Физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

2 9 СЕН 2011

Москва-2011

54990

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии "Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей" (ФГУП "ГНЦ "НИОПИК").

Научный руководитель: доктор химических наук

Кузнецова Нина Александровна

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Федорова Ольга Анатольевна

(Институт элементоорганических соединений РАН)

доктор химических наук, профессор Поленов Евгений Александрович (Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова)

Ведущая организация: Национальный исследовательский Томский государственный университет

Защита состоится 26 октября 2011 года в 16.30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.120.05 при Московском государственном университете тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова по адресу: 119571, Москва, проспект Вернадского, д. 86, ауд. М-119.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова (119571, Москва, проспект Вернадского, д. 86). С авторефератом можно ознакомиться на сайте www.mitht.ru

Автореферат разослан «/^ » 2011 года

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат химических наук

Б.Б. Никишина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Фотодинамический эффект, открытый Раабом еще в 1897 году, в последние десятилетия вновь привлек внимание исследователей в первую очередь благодаря тому, что он нашел применение в медицине для фотодинамической терапии (ФДТ) злокачественных новообразований и стерилизации крови. В настоящее время активно внедряется в практику новый метод антимикробной фотодинамической терапии, актуальность которого возросла в связи с появлением штаммов патогенных микроорганизмов, резистентных к антибиотикам. Одним из перспективных применений фотодинамического эффекта представлялось фотодинамическое обеззараживание воды. В настоящее время для уничтожения бактерий и вирусов в воде в основном используют хлорирование. В качестве альтернативы хлорированию предлагаются различные способы обеззараживания воды, из которых наиболее широкое применение нашли озонирование и УФ - обеззараживание. Однако все они имеют те или иные недостатки, и разработка новых методов обеззараживания воды остается актуальной.

В основе фотодинамического эффекта лежит фотоиндуцированное красителем -сенсибилизатором образование активных форм кислорода (АФК) - синглетного кислорода ('Ог) и кислородцентрированных радикалов, которые окисляют жизненноважные биомолекулы, инактивируя таким образом микроорганизмы. Известно, что в водной среде микроорганизмы наиболее эффективно инактивируются положительно заряженными сенсибилизаторами - содержащими в своей структуре кватернизованные аминогруппы производными акридина, фенотиазина, порфирина, фталоцианина. Полагают, что положительный заряд усиливает взаимодействие сенсибилизатора с отрицательно заряженной в водной среде поверхностью микроорганизмов. Поиск эффективных катионных сенсибилизаторов образования синглетного кислорода для водной среды и изучение фотохимических процессов, протекающих в их растворах, является актуальным и представляет не только теоретический, но и практический интерес для разработки новых препаратов для фотодинамической инактивации микроорганизмов.

Цель и задачи исследования.

Целью настоящей работы является установление влияния структуры производных фталоцианина и акридина на их физико-химические свойства и эффективность сенсибилизированной ими фотоинактивации микроорганизмов в водных средах.

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

- выявление влияния структуры красителей на их состояние в растворе;

-установление влияния структурных факторов и среды на квантовый выход

флуоресценции (<%) и генерации *02 (Фл);

- выявление закономерностей фотодеструкции красителей в водной среде;

-предварительная оценка эффективности сенсибилизаторов фталоцианинового и

акридинового ряда в фотоинактивации бактерий в воде и установление её связи с некоторыми структурными факторами;

-выявление наиболее перспективных сенсибилизаторов и рекомендации по их практическому применению.

Научная новизна.

В работе как фотосенсибилизаторы образования синглетного кислорода были исследованы новые, впервые синтезированные в ФГУП«ГНЦ«НИОПИК» катионные фталоцианины цинка, алюминия, титанила и коньюгаты фталоцианина цинка с родаминами 60 и В. Изучение их физико-химических и сенсибилизирующих свойств показало, что влияние структурных факторов на Фр и Фд фталоцианинов в водной среде опосредовано зависимостью от структуры склонности фталоцианинов к образованию фотохимически неактивных ассоциатов и агрегатов. Полученные данные о влиянии среды, природы и количества заместителей показали наличие различных специфических межмолекулярных взаимодействий, таких, как электростатическое взаимодействие, образование ионных пар, водородных связей, влияющих на активность фотосенсибилизатора. Установлено, что катионные фталоцианины титанила, в отличие от фталоцианинов цинка и алюминия под действием света в водных растворах генерируют не только синглетный кислород, но и гидроксильные радикалы.

Исследованы некоторые новые аспекты фотодеструкции катионных фталоцианинов в водной среде. Показано, что закономерности их фотодеградации в водных растворах не соответствуют самосенсибилизированному окислению синглетным кислородом, наиболее вероятный механизм фотодеструкции - радикальный механизм типа I. Высказано предположение о том, что фотообесцвечивание фталоцианинов титанила в воде происходит вследствие расщепления фталоцианинового макроцикла гидроксильными радикалами, генерируемыми при возбуждении фталоцианина титанила видимым светом.

У конъюгатов фталоцианина цинка с родаминами 60 и В выявлено наличие внутримолекулярного переноса энергии возбуждения с родаминовой части молекулы (донор) на фталоцианиновую (акцептор). Квантовые выходы флуоресценции, фотодеградации, генерации синглетного кислорода для коньюгатов в 2-3 раза ниже соответствующих значений для свободных красителей, что позволяет предполагать также наличие фотоиндуцированного переноса электрона между фрагментами коньюгата.

Впервые изучены закономерности фотодеструкции акридиновых красителей в водных средах, установлены некоторые продукты фотолиза. Фотопревращение акридиновых красителей при облучении в разбавленных водных растворах в присутствии кислорода происходит через образование первичных фотопродуктов пероксидной природы. На примере профлавина показано, что с увеличением концентрации субстрата квантовый выход фотоокисления возрастает, при этом изменяется состав продуктов фотолиза. Это свидетельствует об изменении Кр*-0 на Кр*-Кр механизм фотодеструкции. Фотоокисление профлавина в форме основания происходит на порядок быстрее фотоокисления профлавина в форме монокатиона.

Получены данные о фотобактерицидном действии новых катионных фталоцианинов в природной воде в отношении общих колиформных бактерий. Установлены наиболее активные из исследованных соединений - пиридиниометил-и холинил-замещенные фталоцианины цинка с количеством заместителей в макроцикле

п = 7-^8. Подтверждено высокое фотобактерицидное действие акридиновых красителей (профлавин, акридиновый желтый, акридиновый оранжевый), из которых по совокупности физико-химических и токсикологических свойств для фотодинамического обеззараживания воды открытых водоёмов и в установках локального водоснабжения рекомендован профлавин ацетат.

Практическая значимость работы.

Результаты исследований фотохимических и фотосенсибшшзирующих свойств катионных фталоцианинов были использованы при разработке нового эффективного антимикробного препарата «Холосенс» [поли(холинил)фталоцианин цинка], который имеет отличные перспективы для широкого использования в медицине - от ФДТ онкологических заболеваний до лечения гнойных и ожоговых ран. В настоящее время препарат «Холосенс» проходит расширенные лабораторные и клинические испытания.

Полученные в работе данные о фотохимических свойствах профлавина ацетата, продуктах его фотодеструкции и эффективности фотодинамического воздействия были использованы при разработке новых технологий обеззараживания воды в установках для локального хозяйственно - питьевого водоснабжения и воды поверхностных водоёмов.

По результатам работы получено 3 патента РФ. Основные положения, выносимые на защиту:

1. Фотоактивность катионных фталоцианинов цинка, алюминия и титанила зависит от природы центрального атома металла. Природа и количество положительно заряженных заместителей на периферии макрокольца определяют образование фотохимически неактивных агрегатов.

2. Катионные фталоцианины титанила в водной среде при возбуждении генерируют как синглетный кислород, так и гидроксильные радикалы. ~

3. Закономерности фотодеградации катионных фталоцианинов в водных." средах не соответствуют самосенсибилизированному окислению синглетным кислородом, наиболее вероятный механизм фотодеструкции - радикальный механизм типа I.

4. У конъюгатов фталоцианина цинка с родаминами 60 и В происходит внутримолекулярный перенос энергии возбуждения с родаминовой части молекулы (донор) на фталоцианиновую (акцептор). Квантовые выходы флуоресценции, фотодеградации, генерации синглетного кислорода у коньюгата примерно в два раза ниже таковых для свободного фталоцианина цинка, что указывает на появление в коньюгате конкурирующего процесса, вероятнее всего фотоинициированного переноса заряда между фталоцианиновым и родаминовым фрагментами.

5. Фотоокисление акридиновых красителей в водных растворах при низких концентрациях приводит к образованию эндопероксидов. С увеличением концентрации аминоакридинов квантовый выход их фотоокисления возрастает и в продуктах фотолиза появляются олигомеры.

6. Фотобактерицидная активность катионных фталоцианинов цинка и алюминия в воде обусловлена эффективностью генерации синглетного кислорода.

Апробация работы. Работа выполнена в соответствии с программой Правительства Москвы и контрактом с Департаментом науки и промышленной политики г. Москвы1 «Каталитическая и фотокаталитическая очистка воды в системах водоснабжения и водопользования» и поддержана грантом РФФИ №07-03-00191 «Особенности катализа и фотокатализа фталоцианинами, несущими заряженные заместители, в реакциях окисления органических субстратов кислородом и пероксидами».

Основные результаты работы были представлены на международных и российских конференциях: «XXII International Conference on Photochemistry» (Cairns, Australia 2005), «IV съезд фотобиологов России» (Саратов, 2005), «IV Conference on Sustainable development of energy, water and environment systems» (Dubrovnik, Croatia, 2007), «XXII International Conference on Photochemistry» (Cologne, Germany, 2007), «Conference on Porphyrins and Phthalocyanines (Moscow 2008)» «XXII IUPAC Symposium on Photochemistry» (Geteborg, Sweden, 2008), «5th European Conference on Solar Chemistry and Photocatalysis: Environmental Applications» (Italy, Palermo, 2008), «7-th International Symposium on Photodynamic Therapy and Photodiagnosis in Clinical Practice» ( Italy, Brixen, 2008), «XXIV International Conference on Photochemistry» (Spain, Toledo, 2009) и Международной конференции «Органическая нанофотоника» (Санкт-Петербург, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликована 21 работа, из них: две в рекомендованном ВАК научном российском журнале («Журнал физической химии»), 6 в рецензируемых международных журналах и 10 в сборниках тезисов докладов научных конференций, получены 3 патента РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 128 страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и списка литературы. Работа содержит 13 таблиц, 52 рисунка и 130 библиографических ссылок.

Во введении обоснована актуальность проводимых исследований, сформулированы цели и задачи диссертационной работы.

Первая глава является критическим обзором литературы по теме диссертации. В ней кратко изложены современные представления о механизмах фотодинамического действия, особенностях фотоинактивации микроорганизмов в водной среде и направлениях поиска наиболее эффективных сенсибилизаторов - фотодезинфектантов. Обоснован выбор объектов и методов исследования, рассмотрены общие сведения и литературные данные о фотохимических свойствах выбранных для исследования классов соединений.

Вторая глава посвящена описанию объектов и методов исследования. В качестве

2

объектов исследования были выбраны новые, впервые синтезированные в ФГУП «ГНЦ«НИОПИК» катионные фталоцианины цинка, алюминия, титанила; коньюгаты

1 Автор благодарит Правительство Москвы за финансовую поддержку исследований

2 Автор благодарит д.х.н. проф. Лукьянца Е.А., к.х.н. Негримовского В.М., к.х.н. Южакову O.A. к.х.н. Маринину Л.Е., К.Х.Н. Алексееву В.И., к.х.н. Соловьеву Л .И , к.х.н. Деркачеву В.М. и Кокореву В.И. за синтез и предоставление образцов в аналитически чистом виде, а также полезные дискуссии по теме работы.

родаминов с фталоцианином цинка. Объектами исследования являлись также аминоакридины.

Фотохимические исследования проводили на лабораторной установке, выделяя свет заданной длины волны из спектра лампы ДКСШ- 150, либо СВД-120А при помощи стеклянных и интерференционных светофильтров. Световой поток определяли с помощью химических актинометров, а также при помощи кремниевого фотодиода фирмы Thorlabs. Квантовые выходы генерации синглетного кислорода (Фд) для катионных фталоцианинов цинка и алюминия измеряли относительным методом с использованием химических ловушек 'Ог. В случае катионных фталоцианинов титанила Фд определяли по ИК - фосфоресценции синглетного кислорода на длине волны 1270 нм3. Образование гидроксильных радикалов при облучении фталоцианинов титанила исследовали методом ЭПР с использованием спиновой ловушки ДМПО на радиоспектрометре Х-диапазона типа "Рубин"3. Электронные спектры поглощения регистрировали на спектрофотометре Hewlett Packard 8453. Спектры флуоресценции измеряли3 на спектрофлуориметре Hitachi-850 с ксеноновой лампой в качестве источника возбуждения. Анализ продуктов фотолиза профлавина ацетата проводили методом ВЭЖХ на жидкостном хроматографе 1100 с масс-спектрометрическим детектором MSD SL и ионным источником с электрораспылением фирмы Agilent, содержащем микроколонку марки ZORBAX. Содержание общих колиформных бактерий (ОКБ), измеряемое количеством колониеобразующих единиц (КОЕ) в 100 мл воды, определяли с помощью метода мембранной фильтрации и выращивания посевов на среде Эндо с последующим подсчетом числа колоний.

В третьей главе диссертации представлены результаты, полученные при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Фотохимические и фотосенсибилизирующие свойства катионных фталоцианинов

Катионные фталоцианины цинка, алюминия и титанила, исследованные в данной работе, содержат 8 заместителей в макрокольце, в которых имеются 8 или 16 положительно заряженных кватернизованных атомов азота с хлорид или иодид - ионами в качестве противоионов (рис. 1). Все эти соединения хорошо растворимы в воде.

сг

R-CHj-'l/y (MPcPym,) R.CHj-^N^^ (MPcTliea,)

>N ** —' *—^ OH

fi \ / 0H

R-^-H'a (MPcChoi»! R=CHjA'-cr (UPcPmiKl.

n'

M « A]CI, Zn.TiO

HR'CH;—N'Cl"

.. r

M * AJCI. Zn

Рисунок 1. Структурные формулы катионных фталоцианинов

Электронные спектры поглощения исследуемых фталоцианинов в воде, за исклю-

3 Автор благодарит д.х.н. проф. А.А.Красновского мл., к.х.н. Саввину Л.П., Уланову Л.А. и Ковалеву М.А. за помощь в исследованиях

чением МРсТЪеац, имеют узкие (^-полосы с максимумами от 677 нм для гпРсРутц до 697 нм для ТЮРсСЬо!« (табл. 1). Уширение полосы О и появление поглощения димеров в области 640 нм в воде наблюдалось только для комплексов МРсТЬеа«. Поскольку заместители в МРсТЪеав имеют большое количество гидроксильных групп, то димеризация этих соединений, по-видимому происходит за счет водородных связей.

Изучение зависимости Фд от природы центрального атома металла в молекуле фта-лоцианина показало, что значения Фд для большинства поликатионных фталоцианинов

Таблица 1. Спектральные характеристики и квантовый выход генерации синглетного

кислорода поликатионными фталоцианинами цинка, алюминия и титанила

Соединение Растворитель ^М1КС1 им ЕМД1(С, Л/МОЛЬХСМ ФА

ClAlPcPymg Вода 678 190000 0.37

Метанол 682 160000 0.10

Этанол 685 145000 <0.05

ClAlPcCholg Вода 684 190000 0.38

Метанол 684 180000 0.35

Этанол 686 180000 0.35

ClAIPcTmed Вода 680 170000 0.35

Метанол 682 165000 0.33

Этанол 685 110000 0.20

ClAlPcPmed Вода 680 170000 0.35

Метанол 684 120000 0.27

Этанол Нерастворим Нерастворим Нерастворим

ClAlPcTheag Вода 685 100000 <0.05

Метанол 688 195000 <0.05

Этанол 688 185000 0.05

ZnPcPymg Вода 677 180000 0.45

Метанол 677 170000 0.17

Этанол 677 140000 <0.05

ZnPcCholg Вода 680 190000 0.65

Метанол 680 180000 0.60

Этанол 681 185000 0.62

ZnPcTmed Вода 677 175000 0.63

Метанол 678 160000 0.55

Этанол 678 110000 0.34

ZnPcPmed Вода 679 195000 0.65

Метанол 680 130000 0.32

Этанол Нерастворим Нерастворим Нерастворим

ZnPcTheag Вода 638 66000 <0.05

Метанол 675 160000 0.25

Этанол 676 170000 0.27

TiOPcPymg Вода 697 80000 0.40

Метанол 696 60000 0.32

Этанол 697 50000 0.14

TiOPcCholg Вода 697 80000 0.51

Метанол 697 80000 0.39

Этанол 698 80000 0.27

алюминия, цинка и титан ила в тех растворах, где они присутствуют в мономерной форме, составляют 0.35+0.03; 0.63±0.03 и 0.45±0.05, соответственно (табл. 1).

Влияние заместителей на Фл фталоцианинов обусловлено главным образом их влиянием на склонность красителей к образованию фотохимически неактивных агрегатов и ассоциатов.

Квантовые выходы генерации синглетного кислорода для соединений МРсРутя с ростом гидрофобности растворителей (переход от воды к метанолу, а затем к абсолютному этанолу) резко снижаются (табл. 1). Такое поведение обусловлено тем, что пиридиниевые заместители больше других групп склонны к образованию ионных пар с противоионами. В ионных парах противоионы экранируют положительный заряд молекулы, что ведёт к снижению электростатического отталкивания, росту агрегации и падению вследствие этого фотохимической активности фталоцианина. По-видимому, ассоциация пиридиниевых групп с противоионами существует уже в воде, так как Фд для гпРсРут! и ТЮРсРут8 в водных растворах несколько ниже (0.45 и 0.4), чем для других замещённых фталоцианинов цинка и титанила (0.65 и 0.51, соответственно, табл. 1).

Зависимость фотохимических и фотосенсибилизирующих свойств от степени замещения в макроцикле была исследована на примере гпРсРут„, 2пРсС1ю1„ и С1А1РсСЬо1„, в которых количество заместителей п изменялось от 3 до 8.. В спектрах изомолярных водных растворов каждой серии соединений имеется изобестическая точка (рис. 2 для 7пРсРут„), что говорит о наличии двух форм - мономерной и димерной, соотношение между которыми меняется в зависимости от числа заместителей. По данным ЭСП для препаратов были рассчитаны значения степени агрегации а (табл. 2). Установлено, что в диапазоне п от трех до шести наблюдается значительная зависимость а от количества катионных заместителей, определяющих эффективность электростатического отталкивания.

Уменьшение степени замещения фталоцианинов и сопутствующее ему увеличение димеризации ведет к снижению Фд (табл.2). Величина Фд соединений 7пРсРут„ несколько ниже по сравнению с Фд фталоцианинов 2пРсСЬо1„ той же степени замещения, что согласуется с большей склонностью первых к образованию неактивных агрегатов.

Квантовые выходы флуоресценции (Фр) мономерных поликатионных фталоцианинов в воде составляют 0.18±0.01 для алюминиевых и титанильных комплексов и 0.11±0.01 в случае цинковых (табл. 2). Влияние полярности растворителя в ряду вода-метанол-этанол на Фр было рассмотрено на примере катионных фталоцианинов

а

0.8

0.4

0.6

0.2

10

О

Рисунок 2. ЭСП гпРсРуга„ в Н20: п = 8 - (1), 6.5 - (2), 5.5 - (3), 5 - (4), 4 - (5). Концентрация с = 5х10"6 моль/л.

550

600

650

700

750

X, нм

титанила. Соединение ТЮРсСМ» во всех трёх исследованных средах, а ТЮРсРут8 только в воде флуоресцируют достаточно эффективно, Фр находится в интервале 0.14-0.19. При переходе к спиртовым средам квантовый выход флуоресценции ТЮРсРут8 падает до 0.06 - 0.03. Аналогичная зависимость была выявлена нами для Фд (см. выше) и связана с большей склонностью пиридиниометил- замещённых фталоцианинов в спиртовых средах к образованию фотохимически неактивных ассоциатов с противоионами.

Зависимость Фр от степени замещения в водном растворе была исследована для трёх групп соединений (табл. 2), из которых она наиболее выражена у гпРсРут„. В ряду гпРсОю1„ изменения меньше, а для С1А1РсСЬо1п такого влияния выявлено не было, что также коррелирует с их склонностью к агрегации.

Таблица 2. Спектрально-люминесцентные характеристики, степень агрегации (а) и квантовые выходы синглетного кислорода (Фд) для катионных фталоцианинов цинка и алюминия с разной степенью замещения в воде (с = 5x10"6 моль/л).

Соединение Я-млко НМ Ем1кс1 Л/МОЛЬХСМ а макс1 НМ Фг Фд

гпРсРупи 677 70000 0.76 688 0.05 0.10

гпРсРуш? 677 90000 0.66 688 0.07 0.13

гпРсРут, 5 677 110000 0.47 689 0.09 0.19

гпРсРуШб 5 677 170000 0.13 690 0.12 0.38

гпРсРут8 677 180000 0 692 0.12 0.45

гпРесьоЦ 677 90000 0.60 690 0.08 0.25

гпРсСЬоЬ 680 130000 0.35 690 0.08 0.38

гпРсСЬо155 680 140000 0.27 692 0.09 0.46

гпРсОюЬ 680 190000 0 693 0.10 0.60

гпРссМя 680 190000 0 694 0.11 0.65

С1А1РсСЬо13 680 80000 0.70 688 0.17 0.15

С1А1РсОюЦ 5 681 150000 0.20 689 0.12 0.23

С1А1РсСЬо1б 5 682 185000 0 691 0.17 0.29

С1А1РсСЬо18 684 190000 0 692 0.18 0.38

Влияние солевого состава на состояние в водном растворе и фотохимическую активность поликатионных фталоцианинов было рассмотрено на примере гпРсРут8 и гпРсСЬо18 (табл. 3). В присутствии солей агрегация фталоцианинов усиливается, что приводит к снижению Фр и Фд (табл. 3). В большей степени этот эффект проявляется для гпРсРуш,.

Установлено, что катионные фталоцианины титанила в воде при возбуждении наряду с 'Ог генерируют радикалы "ОН. Так, при облучении растворов ТЮРсСЬоЦ с добавкой спиновой ловушки ДМПО как в присутствии, так и в отсутствие Ог наблюдали появление сигнала ЭПР, характерного для аддукта ДМПО с гидроксильным радикалом.

Таблица 3. Спектрально-люминесцентные характеристики и степень агрегации (а) октакатионных фталоцианинов цинка в зависимости от солевого состава раствора.

Соединение Среда Поглощение а, % Флуоресценция Фл

максч нм £максч л/мольх Хр, им фг

гпРссиои Дистиллированная вода 680 190000 0 692 0.11 0.65

Водопроводная вода 686 160000 15 697 0.06 0.55

Фосфатный буфер с рН= 6.86 683 160000 17 695 0.08 0.55

0.01 %ЫаС1 681 160000 20 693 0.08 0.50

гпРсРут! Дистиллированная вода 677 180000 0 691 0.12 0.45

Водопроводная вода 684 95000 57 694 0.04 0.20

Фосфатный буфер с рН=6.86 677 70000 73 691 0.03 0.10

0.01 %ЫаС1 634 58000 83 689 0.02 <0.0

Было найдено, что скорость образования аддуктов в присутствии воздуха выше, чем в анаэробных условиях, соответствующие квантовые выходы в водном растворе ТЮРсОюЦ составили (4.3±1.3)х10"5и (2.7±0.8)х10"5.

Изучение фотодеструкции фталоцианинов цинка и алюминия в водной среде показало, что она происходит только в присутствии кислорода. Это свидетельствует об окислительной природе процесса. Увеличение положительного заряда на периферии макрокольца приводит к значительному повышению фотоустойчивости производных фталоцианина цинка (табл. 4). Алюминиевые комплексы гораздо устойчивее цинковых, и их фотодеструкция практически не зависит от влияния заместителей (табл. 4).

Поскольку фотоокисление фталоцианинового макроцикла может происходить по механизму окисления ти-электронной системы синглетным кислородом, была изучена

Таблица 4. Квантовые выходы фотодеструкции катионных производных фталоцианина цинка и алюминия в воде при облучении в полосу р.

Соединение ФдХЮ5 Фдв/Фдн Заряд молекулы

гпРсОС 22 1.6 -8

гпРсРуш8 6 1.1 +8

гпРсОю18 3.5 1 +8

2пРсТтес18 3.5 1 +8

гпРсРте(18 1.5 1 +16

А1(ОН)РсОС 0.14 4.2 -8

С1А1РсРут8 0.10 1 +8

СМРсСЬоЬ 0.20 1 +8

С1А1РсТте<)8 0.075 1 +8

С1А1РсРтесЦ 0.10 1 +16

вероятность этого процесса. Для этого было исследовано влияние на скорость фотодеградации дейтерирования растворителя (известно, что в дейтерированных растворителях время жизни '02 резко увеличивается). Для катионных фталоцианинов МРсРупи -МРсРтесЦ различия скоростей фотообесцвечивания в Н2О и установлены не были (отношение ФдВ/Флн = 1. табл. 4). Этот результат свидетельствует о том, что синглетный кислород не принимает участия в фотодеструкции катионных фталоцианинов. В случае отрицательно заряженных в водном растворе натриевых солей октакарбокси-фталоцианинов (МРсОС) наблюдалось увеличение скорости фотодеградации при переходе к тяжелой воде, что указывает на наличие определенного вклада синглетного кислорода в фотодеструкцию этих соединений. Наиболее вероятным механизмом фотоокисления катионных фталоцианинов является радикальный механизм типа I, инициируемый переносом электрона от возбужденной молекулы фталоцианина к кислороду в основном состоянии. Поскольку октакатионные фталоцианины титанила в водном растворе при облучении генерируют гидроксильные радикалы, механизм фотодеградации этих соединений по нашему мнению может включать также деструкцию фталоцианинового макроцикла под действием *ОН радикалов.

Катионные коньюгаты родаминов В н 6С с фталоцианином цинка

Коньюгаты родаминов с фталоцианинами цинка были синтезированы в ФГУП«ГНЦ«НИОПИК» с целью изучения возможности создания водорастворимых катионных сенсибилизаторов синглетного кислорода, обладающих светособирающими свойствами. При этом ожидали, что родаминовый фрагмент, поглощающий более коротковолновый свет, будет передавать энергию возбуждения фталоцианину цинка и увеличит, таким образом, эффективность генерации последним синглетного кислорода в условиях возбуждения широкополосным светом видимого диапазона. Были исследованы свойства трех коньюгатов, структуры которых представлены на рисунках 3 и 4.

Вопреки ожиданиям, коньюгаты оказались нерастворимыми в воде. Исследование их свойств было проведено в ДМСО.

На рисунке 5 приведены нормированные спектры флуоресценции свободных родаминов бв (ЯЬбО) и В (ЯЬВ) в сравнении со спектром поглощения тетрасульфофталоцианина цинка (гпРс54) в ДМСО. Спектры люминесценции донора энергии возбуждения (родамина) и поглощения акцептора (фталоцианина) перекрываются, но перекрывание больше для ЯЬВ, чем для №60. Следовательно, можно ожидать, что перенос энергии возбуждения к гпРсБ4 по индуктивно-резонансному механизму будет выше от ЯЬВ, чем от ЯЬ60. Исследования люминесцентных свойств коньюгатов подтвердили это предположение.

Наличие переноса энергии от родаминового фрагмента коньюгата к фталоцианиновому иллюстрируют данные рисунка 6, на котором сопоставлены спектры флуоресценции коньюгата гпРсЭ-ЮШ, полученные в условиях его возбуждения как в полосу поглощения родаминового фрагмента, так и в полосу поглощения

гпРсОС-мв гпРс^иив

Рисунок 3. Структурные формулы коньюгатов родамина В с фталоцианинами цинка.

ЯпРсв-КИбС Закрытая форма лактамя ионизированная форма

Рисунок 4. Структурная формула коньюгата родамина с фталоцианином цинка.

Рисунок 6. Спектры флуоресценции в ДМСО: 1 - ЯЪВ (Кочб = 564 нм);

2 - конъюгат гпРс5-ЯЬВ (Х»оЛ = 564 нм);

3 - конъюгат 2пРс5-ЯЬВ (ХЕЮЙ= 684 нм);

4 - гпРс34 (>«>36 = 684 нм) фталоцианинового фрагмента, со спектрами флуоресценции свободных красителей. При возбуждении коньюгата 2пРс5-ЯЬВ в полосу поглощения фталоцианиновой части в спектре флуоресценции присутствует только одна полоса, соответствующая флуоресценции фталоцианинового хромофора (рис. 6, кривая 3). При возбуждении в родаминовую часть наблюдалось резкое (около 50 раз) снижение интенсивности его флуоресценции по сравнению со свободным ЯЬВ (рис. 6, кривые 1 и 2). При этом появлялась люминесценция акцептора энергии, фталоцианинового фрагмента коньюгата. Квантовый выход этой люминесценции в случае коньюгатов с ИгВ был в несколько раз

Рисунок 5. Нормированные спектры флуоресценции ИЪбО (1), И]В (2) и поглощения гпРс$4 (3) в ДМСО

выше, чем для коньюгата с ЯЬбО. Количественная оценка эффективности переноса энергии О была проведена по тушению флуоресценции родаминового фрагмента в коньюгате (уравнение 1).

О = (ФРкь - Ф^-рс)/ (Ф'кь) (1)

Во всех случаях наблюдался близкий к 100% перенос энергии в коньюгатах от донора (родамин) к акцептору (фталоцианин цинка).

Генерация синглегного кислорода наблюдалась при возбуждении коньюгата как во фталоцианиновый фрагмент, так и в родаминовую часть, причем с близкими Фд (табл. 5). Однако эти величины в 2-3 раза ниже, чем для свободных гпРс84 и гпРсОС. Это может быть связано с появлением в коньюгате конкурирующих процессов фотопереноса электрона между родаминовым и фталоцианиновым фрагментами. Поскольку сами по себе родамины МВ и ЯЬбв синглетный кислород не генерируют (Фд <0.01, табл. 5), обнаружение образования 'Ог коньюгатом при его возбуждении в родаминовую часть молекулы однозначно указывает на перенос энергии возбуждения от родаминового фрагмента к фталоцианиновому. Следует отметить, что тестирование смесей 7пРс84 с {ШЮ либо ЯЬВ показало отсутствие генерации синглетного кислорода при возбуждении родамина, а следовательно, и переноса энергии в этих условиях (табл.5).

Исследование фотодеструкции коньюгатов также согласуется с наличием переноса энергии и электрона между родаминовым и фталоцианиновым фрагментами при их возбуждении. Так, при возбуждении коньюгата в полосу поглощения родамина обесцвечивается как родаминовый, так и фталоцианиновый хромофор, что подтверждает наличие переноса энергии возбуждения от родамина (донор) к фта-лоцианину (акцептор) (рис. 7 А). При возбуждении фталоцианинового фрагмента наблюдается снижение оптической плотности только в полосе поглощения фта-лоцианина (рис. 7Б). Следовательно, перенос энергии от фталоцианина к родамину, как и ожидалось исходя из соотношения их энергетических уровней, отсутствует.

Были определены квантовые выходы фотодеструкции как свободных, так и связанных в коньюгат красителей ЯЬВ и гпРсЭ,; (табл. 6). Установлено, что при связывании в коньюгат фотостабильность исходных красителей повышается примерно в 2 раза. Увеличение фотоустойчивости красителей в коньюгате еще раз демонстрирует появление новых, конкурирующих путей дезактивации возбужденных состояний, из

Таблица 5. Квантовые выходы Фд для коньюгатов фталоцианина цинка с ЯЬбО и ЯЬВ в ДМСО.

Соединение фл

^М1б=546 нм Хвой=680 нм

111)60 <0.01 -

гпРс54 - 0.68 [1]

гпРсБ-МбО 0.45±0.05 0.40±0.05

Смесь гпРс84+ ЯЬбО <0.01 0.64±0.08

яьв <0.01 -

гпРсБ-ЯЬВ 0.43±0.05 0.40±0.05

Смесь гпРс84+ ЯЬВ <0.01 0.64±0.08

гпРсос - 0.70

гпРсос- яьв 0.25±0.05 0.25±0.05

которых наиболее вероятен фотоиндуцированный внутримолекулярный перенос электрона между родаминовым и фталоцианиновым фрагментами.

Рисунок 7. Изменение электронного спектра поглощения конъюгата 2пРс5-КЬВ в ДМСО при облучении светом с \Ю35= 546 нм (А) и Хео,б > 620 нм (Б)

Таблица 6. Квантовые выходы фотодесг-рукции (Фд) свободных и связанных в коньюгат красителей гпРс34 и ШгВ в ДМСО в аэробных условиях

Фотохимические свойства аминоакридинов

При разработке новых технологий фотообеззараживания воды с использованием аминоакридинов в качестве фотосенсибилизаторов возникла потребность в знаниях о фотодеструкции этого класса красителей.

Установлено, что квантовые выходы фотодеструкции (Фд) акридинового желтого, акридинового оранжевого и профлавина ацетата в воде в присутствии кислорода достаточно высоки (табл. 7). Различия между ними невелики, что свидетельствует о незна-

Таблица 7. Структура, спектральные характеристики и квантовые выходы фотодеструкции акридиновых красителей в воде.

Краситель Структура ^■макс» НМ л/мольхсм ФдХМ3 (^озб=436 нм, с~2><10"5 моль/л)

Акридиновый желтый хлорид НзСДАЛДСНа 441 39000 1.8

Акридиновый оранжевый хлорид НА Ъ а рн5 "" €00г"ь- 489 31000 1.5

Профлавин ацетат СН3СОО" 444 28000 0.7

Соединение ^»0161 НМ Фд хЮ5

Ш1В гпРсв«

гпРсз-шш 546 0.55±0. 1.2±0.1

680 <0.1 0.7±0.1

Ш1В 546 1.0±0.1 -

гпРс84 680 - 2.1±0.2

чительном влиянии на фотодеструкцию наличия метальных заместителей в аминогруппах и ароматическом ядре.

На примере акридинового желтого было показано, что в присутствии кислорода акридиновые красители при облучении расходуются гораздо быстрее. Эти данные свидетельствуют об окислительном механизме процесса.

Нами установлено, что тушитель 'Ог - азид натрия в концентрации 5x10" моль/л и переход от раствора в Н2О к раствору в Э20 на скорость фотоокисления акридинового желтого не влияют. Эти данные указывают на то, что фотоокисление акридиновых красителей протекает без участия синглетного кислорода. В то же время в условиях сенсибилизированного фотолиза акридиновые красители синглетным кислородом окисляются. Так, в присутствии сенсибилизатора образования '02 (метиленового голубого) при его возбуждении в спектре раствора наблюдалось снижение интенсивности полосы поглощения акридинового желтого, причем процесс тормозился азидом натрия. При переходе к 020 процесс ускорялся примерно в 20 раз, что прекрасно согласуется с увеличением времени жизни синглетного кислорода при такой смене растворителя.

Поскольку синглетный кислород не участвует в фотоокислении акридиновых красителей в водной среде в отсутствие сенсибилизаторов, то очевидно, что фотоокисление в этом случае протекает с участием молекулярного кислорода. На примере профлавина ацетата изучено влияние концентрации красителя на этот процесс. Установлено, что с изменением концентрации профлавина спектральная картина фотопревращения меняется. Так, на рисунке 8 приведено изменение электронных спектров поглощения профлавина при его облучении светом с длиной волны 436 нм для двух концентраций - 1х10"5 и 2.5x104 моль/л. Можно видеть (рис. 8А), что при с = 1х10"5 моль/л облучение приводит к появлению поглощения фотопродукта с />Макс= 341 нм (ФП341). При увеличении концентрации профлавина до 2.5x10"4 моль/л выраженный максимум фотопродукга уже не обнаруживается (рис. 8Б). В этом случае при облучении наблюдается рост поглощения в длинноволновой области (X > 480 нм), отсутствующий при с=1х10"5 моль/л. Различия спектральных изменений, сопровождающих фотодеструкцию разбавленных и концентрированных растворов профлавина, указывают

Рисунок 8. Изменение электронного спектра поглощения профлавина ацетата при облучении его водного раствора при концентрациях 1 х 10"5моль/л, 1 = 1 см (А) и 2.5*10Люль/л, 1 =0.1см (Б) монохроматическим светом с длиной волны Л=436 нм.

на образование разных фотопродуктов, и, следовательно, на изменение механизма фотолиза при изменении концентрации красителя.

В соответствии с полученной нами зависимостью квантового выхода фотодеструкции профлавина (Фд) от его концентрации в водном растворе (рис. 9) величина Фл при изменении концентрации от 1х10"5 до 6x10"4 моль/л увеличивается примерно в 4 раза. Зависимость Фд от с аппроксимируется прямой. Отрезок, отсекаемый ею на оси ординат (0.7х103), соответствует квантовому выходу фотоокисления профлавина кислородом до ФП 341 в разбавленном растворе. При увеличении концентрации красителя увеличивается вклад в фотодеструкцию бимолекулярного Кр*-Кр взаимодействия, которое, как известно, приводит к фотопереносу электрона [2]. Образовавшиеся при этом первичные радикалы в цепи темновых реакций со средой и кислородом превращаются в необратимые продукты фотолиза. По данным зависимости на рис. 9 для профлавина ацетата была определена константа скорости взаимодействия возбуждённой и невозбуждённой молекул, приводящего к фотодеструкции. Она составила ~ 2х107 лхмоль"'хс"'. Согласно литературным данным величина суммарной

Рисунок 9. Зависимость квантового выхода фотодеструкции профлавина ацетата в воде (рН ~ 5.6) в присутствии кислорода от концентрации.

3,0

2,5

«

о 2,0

X

1,5

1,0

0,5

0,0

1 2 3 4 5 6 СхЮ , моль/л

константы скорости самотушения триплетных возбужденных состояний kjs Для акридиновых красителей составляет ~ 108лхмоль"'хс'1 {2]. Отсюда можно заключить, что -20 % столкновений молекул акридиновых красителей в триплетном состоянии с молекулами в основном состоянии приводит к переносу электрона и последующему образованию из первичных радикалов стабильных фотопродуктов.

С целью исследования природы ФП341, его экстрагировали хлороформом, экстракт сушили безводным Na2SÛ4 и упаривали при комнатной температуре. Остаток при хроматографировании на силуфоле смесью этанол: хлороформ = 1:5 дает пятно бледно-лилового цвета с Rf = 0.8. Обработка этого пятна на хроматограмме раствором KI в среде уксусной кислоты дает красно-коричневое окрашивание, характерное для 1г. Выделение молекулярного йода указывает на пероксидную природу ФП341. Исследование ФП341 хроматомасс-спектрометрическим методом согласуется с этим предположением. Так, в спектре доминирует соединение с молекулярной массой 241, которая соответствует присоединению к профлавину двух атомов кислорода.

Учитывая, что фотопревращения акридинов идут по положению 9, для исследуемого пероксида можно предположить 2 структуры, а именно, эндопероксид (1) и

гидропероксид (2). Из двух упомянутых структур для фотопродукта более вероятна структура эндопероксида (1), нарушение системы сопряжения в которой объясняет существенный (100 нм) гипсохромный

сг + сг ♦

т* РГ Т "и

сдвиг полосы поглощения по сравнению с поглощением исходного красителя.

Как отмечено выше, состав фотопродуктов при переходе к концентрированным растворам акридинов изменяется. При фотолизе образуются осадки коричневого цвета, количество которых увеличивается с увеличением времени облучения и исходной концентрации красителя. Исследование хроматомасс-спектрометрическим методом показало, что образующиеся осадки представляют собой олигомерные продукты.

Исследована зависимость Фд профлавина от рН. Она имеет Э-образную форму с точкой перегиба при рН ~ 9.45 (рис. 10). Это значение рН соответствует переходу между монокатионом и основанием профлавина. Квантовый выход фотоокисления основания профлавина более чем на порядок превышает квантовый выход фотоокисления профлавина в форме монокатиона.

12 ю

Рисунок 10. Зависимость квантового выхода фотодеструкции профлавина в воде от рН.

0 2 4 6

10 12 14

рН

Применение катионных производных фталоцианина и акридина в качестве фотодезинфектантов в водных и биологических средах

С целью выяснения возможности практического применения поликатионных фталоцианинов цинка, алюминия и тиганила, а также аминоакридинов как фотодезинфектантов были тестированы их фотобактерицидные свойства в процессе фотодинамического обеззараживания общих колиформных бактерий в воде реки Москвы.

Исследования показали, что катионные фталоцианины проявляют фотоинактивирующие свойства в соответствии с эффективностью генерации 'Ог (табл. 8 и 9). При уменьшении степени замещения и увеличении агрегации сенсибилизатора наблюдается снижение фотообеззараживающего эффекта (табл. 9). Наибольший эффект фотообеззараживания проявили соединения МРсРуш8 и МРсСЬоЦ. Они были запатентованы в качестве средств фотообеззараживания воды [3,4]. По совокупности физико-химических и фотобактерицидных свойств из ряда исследованных катионных фталоцианинов для дальнейшего изучения возможности практического использования в качестве сенсибилизатора в водных и биологических средах был

Таблица 8. Содержание общих колиформных бактерий (ОКБ) в воде реки Москвы до и после фотодинамической обработки поликатионными фталоцианинами.

Соединение ОКБ (KOE/lOO мл) Фд

до обработки после обработки

ZnPcPym8 1600 2 0.45

ZnPcCholg 1600 н/о 0.65

ZnPcTmedg 1600 н/о 0.63

ZnPcPmedg 1600 н/о 0.65

ZnPcTheag 1600 32 <0.05

AlPcPyrag 940 н/о 0.37

AlPcCholg 940 н/о 0.38

AlPcTmedg 940 33 0.35

AlPcPmedg 940 14 0.35

AlPcTheag 940 140 <0.05

TiOPcPymg 110 н/о 0.40

TiOPcCholg 110 н/о 0.51

Таблица 9. Содержание общих колиформных бактерий (ОКБ) в воде реки Москвы до и после фотодинамической обработки поликатионными фталоцианинами с разной степенью замещения.

Соединение ОКБ (KOE/lOO мл) Фд

до обработки после обработки

ZnPcPym4 625 8 0.10

ZnPcPyms 625 10 0.13

ZnPcPym5 5 625 3 0.19

ZnPcPym6 5 625 0 0.38

ZnPcPymg 625 0 0.45

ZnPcChoU 725 28 0.25

ZnPcChob 725 15 0.38

ZnPcChoU< 725 0 0.46

ZnPcChob 725 0 0.60

ZnPcCholg 725 0 0.65

ClAlPcChob 1500 40 0.15

ClAlPcCho!45 1500 18 0.23

ClAlPcChol6J 1500 0 0.29

рекомендован [поли(холинил)фталоцианин цинка] 2пРсСЬо1л со степенью замещения п = 7-^-8 (Холосенс).

Аминоакридины (профлавин, акридиновый желтый и акридиновый оранжевый) также показали наличие существенного фотобактерицидного действия, что послужило отправной точкой для детального изучения их фотобактерицидных и токсикологических свойств, которое было проведено уже вне рамок данной работы [5-7]. Из трех тестированных акридиновых красителей профлавин ацетат, обладающий наибольшей

19

растворимостью в воде, был использован для фотодинамического обеззараживания воды в

установках для локального хозяйственно - питьевого водоснабжения и поверхностных

водоёмов рекреационного назначения в аварийных ситуациях [5 - 8].

ВЫВОДЫ

1. Для серии новых поликатионных фталоцианинов алюминия, цинка и титанила в водных и спиртовых средах установлены факторы, приводящие к специфическим межмолекулярным взаимодействиям (ассоциация с противоионами, образование контактных димеров, агрегация за счет межмолекулярных водородных связей), влияющим на активность фотосенсибилизатора в процессе перевода кислорода в синглетное возбужденное состояние.

2. Методом ЭПР и по фосфоресценции синглетного кислорода показано, что механизм фотодинамического действия октакатионных фталоцианинов титанила в водной среде включает фотогенерацию и синглетного кислорода, и гидроксильных радикалов.

3. Впервые на примере пиридиниометил- и холинил-замещенных фталоцианинов цинка установлено, что снижение заряда катионной части фтапоцианина цинка до +(5 - 6) и ниже, а также увеличение ионной силы раствора приводит к агрегации комплексов, которая вызывает уменьшение квантовых выходов флуоресценции, генерации синглетного кислорода и эффективности в фотоинактивации колиформных бактерий.

4. Увеличение элекгроноакцепторных свойств заместителей на периферии макрокольца существенно повышает фотостабильность фталоцианинов цинка. Фотодеструкция катионных фталоцианинов не описывается механизмом самосенсибилизированного окисления синглетным кислородом. Наиболее вероятный механизм фотодеструкции октакатионных фталоцианинов титанила в воде представляет собой расщепление фталоцианинового макроцикла под действием генерируемых ими гидроксильных радикалов.

5. В конъюгатах фталоцианинов цинка с родаминами 66 и В выявлен внутримолекулярный перенос энергии возбуждения с родаминовой части молекулы (донор) на фталоцианиновую (акцептор). Квантовые выходы флуоресценции, фотодеградации, генерации синглетного кислорода у коньюгатов примерно в два раза ниже таковых для свободных фталоцианинов цинка, что указывает на появление в коньюгате конкурирующего процесса диссипации энергии возбуждения, вероятнее всего фотоиндуцированного переноса заряда между фталоцианиновым и родаминовым фрагментами.

6. Катионные аминоакридины в разбавленных содержащих кислород водных растворах имеют низкую фотостабильность вследствие фотоокисления до эндопероксида. На примере профлавина ацетата показано, что с увеличением концентрации субстрата наблюдается рост квантового выхода фотодеструкции и изменение состава продуктов фотолиза, что свидетельствует об изменении ключевой стадии механизма фотодеградации с Кр*-0 на Кр*-Кр.

7. Тестирование фотобактерицидного действия катионных фталоцианинов цинка, алюминия и титанила в воде в отношении общих колиформных бактерий показало их высокую фотодинамическую активность, которая снижается при агрегации сенсибилизатора и падении вследствие этого эффективности генерации синглетного кислорода.

8. Результаты исследований фотохимических и фотосенсибилизирующих свойств катионных фталоцианинов и аминоакридинов использованы при разработке нового антимикробного препарата «Холосенс», а также технологии применения профлавина ацетата для фотодинамического обеззараживания воды в установках для локального хозяйственно - питьевого водоснабжения и поверхностных водоёмов рекреационного назначения в аварийных ситуациях. Профлавин ацетат зарегистрирован как средство дезинфекции воды для перечисленных применений в условиях искусственной и солнечной инсоляции.

Список цитированной литературы:

1. Jacques, Р. - Laser flash photolysis of phthalocyanines in solution and microemulsion /Jacques P. and Braun A.M. //Helv. Chim. Acta - 1981. - V. 64 - №6. - P. 1800-1802.

2. Чибисов, A.K. - Первичные фотопроцессы в молекулах красителей / А.К.Чибисов,

B.E. Коробов // Успехи химии - 1983,- Т. 52,- №1.- С. 43-71.

3. Кузнецова, H.A. - Кватернизованные фталоцианины и способ фотобеззараживания воды / Н.А.Кузнецова, O.A. Южакова, B.M. Негримовский, Д.А.Макаров, Л.К.Сливка, ОЛ.Калия, Е.А. Лукьянец // Патент РФ №2281953.

4. Кузнецова, H.A. - Сенсибилизатор и способ фотообеззараживания воды /

H.А.Кузнецова, Д.А.Макаров, О.А.Южакова, В.М. Негримовский, Л.А.Уланова, М.А.Ковалева, О.Л.Калия, Е.А. Лукьянец, Г.Н.Ворожцов, А.А.Красновский, А.А.Стрижаков// Патент РФ №2375371.

5. Отчет ФГУП«ГНЦ»НИОПИК» за 2007 год, инвентарный номер д.57782 п.22.

6. Отчет ФГУП «ГНЦ»НИОПИК» за 2008 год, инвентарный номер д.58070/1,2 п.22.

7. Отчет ФГУП «ГНЦ»НИОПИК» за 2009 год, инвентарный номер д.58292 п.22.

8. Отчет ФГУП «ГНЦ»НИОПИК» за 2010 год, инвентарный номер д.58542/1,2 п.22.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях

I. Кузнецова, H.A. - Кватернизованные фталоцианины и способ фотобеззараживания воды / Н.А.Кузнецова, O.A. Южакова, В.М. Негримовский, Д.А.Макаров, Л.К.Сливка, О.Л.Калия, Е.А.Лукьянец // Патент РФ №2281953.

2. Макаров, Д.А. - Закономерности фотодеструкции акридиновых красителей в водных средах / Д.А.Макаров, Н.А.Кузнецова, О.Л.Калия // ЖФХ. - 2006, - Т.80.- №2.-

C. 336-343.

3. Makarov, D.A.- Study of Acridine dyes photooxidation in aqueous media /

D.A. Makarov, L.E. Marinina, N.A. Kuznetsova // XXII Int. Conf. Photochem. Cairns.-Australia 2005,- P.61.

4. Макаров, Д.А.-Фотодинамическое действие акридиновых красителей в отношении индикаторных микроорганизмов воды реки Москвы / Д.А.Макаров, Н.А.Кузнецова // IV съезд фотобиологов России. Саратов. - 2005. - С. 124-125

5. Kuznetsova, N.A. - Photosensitizing properties of polycationic A1 and Zn phthalocyanines / N.A. Kuznetsova, D.A. Makarov, O.A. Yuzhakova, L.K. Slivka, V.M .Negrimovsky, E.A. Lukyanets, O.L Kaliya // J. Por. Phthal. - 2006. - V. 10,- № 4-6,- P. 627.

6. Kuznetsova, N.A. - Photosensitized oxidation by dioxygen as the base for drinking water disinfection / N.A. Kuznetsova, D.A. Makarov, O.L Kaliya, G. N.Vorozhtsov // J. Haz. Mat.-

2007.-V. 146-P. 487-491.

7. Kuznetsova, N.A. - Photodynamic disinfection of surface water: dependence on water characteristics / N.A. Kuznetsova, D.A. Makarov, O.L. Kaliya, G. N.Vorozhtsov // Abstracts of IV Dubrovnik conf. on Sustainable development of energy, water and environment systems. Dubrovnik. - 2007. - P. 139.

8. Makarov,DA.- Cationic Zn and Al phthalocyanines: synthesis, spectroscopy and photosensitizing properties / D.A. Makarov, O.A. Yuzhakova, L.K. Slivka, N.A. Kuznetsova, V.M .Negrimovsky, O.L Kaliya //J. Por. Phthal. - 2007. - V.ll. - №18. - P. 586-595.

9. Kovaleva, M.A. - Study of photoinduced charge and energy transfer from substituted zinc phthalocyanines to oxygen / M.A. Kovaleva, D.A. Makarov, L.A. Ulanova, N.A. Kuznetsova, O.JI. Kaliya, G.N. Vorozhtsov // XXII International Conf. on Photochemistry. Book of Abstracts. Cologne, Germany. - August 2007. - P. 508.

10. Кузнецова, H.A. - Способ фотообеззараживания воды / Н.А.Кузнецова,

Д.А. Макаров, Л.К. Сливка, Г.М. Плешков, В.И. Алексеева, JI.E. Маринина, O.JI. Калия, Е.А. Лукьянец, Г.Н. Ворожцов, С.А. Шугеев, У. Юсупалиев // Патент РФ №2358909.

11. Макаров, Д.А. - Влияние степени замещения поликатионных фталоцианинов цинка и алюминия на их физико-химические свойства и фотодинамическую активность / Д.А.Макаров, Н.А.Кузнецова, О.А.Южакова, Л.П. Саввина, ОЛ. Калия, Е.А. Лукьянец, В.М. Негримовский, М.Г. Страховская // ЖФХ. - 2009.- Т. 83.- № 6.-С. 1183-1190.

12. Kuznetsova, N.A. - Influence of substitution degree on physical-chemical properties of polycationic zinc phthalocyanines in aqueous media / N.A. Kuznetsova, D.A. Makarov, O.A. Yuzhakova, L.P. Sawina, V.M.Negrimovsky, O.L. Kaliya, E.A. Lukyanets // Fifth International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines. - 2008. - Moscow. Book of abstracts. - P. 439.

13. Kuznetsova, N.A. - Intramolecular energy transfer in Rhodamine-Phthalocyanine conjugates / N.A. Kuznetsova, D.A. Makarov, V.M. Derkacheva, L.P.Sawina, V.I. Alekseeva, L. E. Marinina, L.K. Slivka, O.L.Kaliya, E.A. Lukyanets // J. Photochem. Photobiol. A: Chem. -

2008,-V. 200.-P. 161-168.

14. Kuznetsova, N.A. - Photochemical Properties of the Rhodamine В - Zinc phthalocyanine conjugate / N.A. Kuznetsova, D.A. Makarov,V.M. Derkacheva L.P.Sawina, V.I. Alekseeva, L. E. Marinina, L.E. Slivka, O. L.Kaliya, E.A. Lukyanets, G.N. Vorozhtsov // Abstracts of XXII IUPAC Symposium on Photochemistry, Geteborg, Sweden. - 2008. - P. 387.

15. Kuznetsova, N.A. - Light-harvesting properties of the rhodamine 6G - zinc phthalocyanine conjugate / N.A. Kuznetsova, D.A. Makarov,V. M. Derkacheva, V.l. Alekseeva, L. E. Marinina, L.K. Slivka, O. L. Kaliya, E.A. Lukyanets, G.N. Vorozhtsov // Abstracts of 5th European conf. on solar chemistry and photocatalysis: Environmental Applications. Palermo, Italy. Book of abstracts. - 2008,- P.20

16. Makarov, D.A. - Photodynamic inactivation of coliform bacteria with polycationic Zn phthalocyanines: dependence on substitution degree/ D.A. Makarov, N.A. Kuznetsova, O.A. Yuzhakova, V.M. Negrimovsky, O.L. Kaliya, E.A. Lukyanets, G.N. Vorozhtsov // Abstracts of 7-th International Symposium on Photodynamic Therapy and Photodiagnosis in Clinical Practice, October 7-11 2008. - Brixen, Italy. - P. 125.

17. Кузнецова, H.A. - Сенсибилизатор и способ фотообеззараживания воды/ Н.А.Кузнецова, Д.А.Макаров, О.А.Южакова, В.М. Негримовский, Л.А.Уланова, М.А.Ковалева, О.Л.Калия, Е.А. Лукьянец, Г.Н.Ворожцов, А.А.Красновский, А.А.Стрижаков // Патент РФ №2375371

18. Kuznetsova, N.A. - Photophysics of octacationic oxotitanium (IV) phthalocyanines in aqueous and alcoholic media / N.A. Kuznetsova, A.A. Krasnovsky, A.A. Strizhakov, Y.V. Roumbal, O.A. Yuzhakova, D.A. Makarov, O.L. Kaliya, G.N. Vorozhtsov // XXIV International Conference on Photochemistry. - Toledo 2009. - Book of abstracts.- P. 324.

19. Makarov, DA. - Intramolecular excitation energy transfer in Zn octacarboxyphthalocyanine tetraconjugate with Rhodamine В / D.A. Makarov, L.P. Sawina, L.I. Solovieva, L.E. Marinina, N.A. Kuznetsova, O.L. Kaliya, E.A. Lukyanets // Int. Conf. "Organic nanophotonics" St. Petersburg, Russia Book of abstracts. - 2009. - P. 212.

20. Kuznetsova, N.A. - Photophysical properties and Photodynamic activity of octacationic oxotitanium(IV) phthalocyanines / N.A. Kuznetsova, D.A. Makarov, O.A. Yuzhakova, A. A. Strizhakov, Y.V. Roumbal, L.A. Ulanova, A.A. Krasnovsky, O. L. Kaliya // Photochem. Photobiol. Sei. -2009. - V. 8. - P.1724- 1733.

21. Kuznetsova, N.A. - Study on the photostability of water-soluble Zn(II) and Al(III) phthalocyanines in aqueous solution / N.A. Kuznetsova, D. A. Makarov, O. A. Yuzhakova, L. I. Solovieva, O. L. Kaliya // J. Por. Phthal. - 2010. - V. 14. - P. 968-974

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю д.х.н. H.A. Кузнецовой и консультанту д.х.н., проф. О.Л. Калия за оказанную поддержку, внимательное отношение и помощь в выполнении и обсуждении результатов работы.

Подписано в печать: 08.09.11

Объем: 1,5 усл.п.л. Тираж: 100 экз. Заказ № 479 Отпечатано в типографии «Реглет» 119526, г. Москва, Страстной бульвар, 6/1 (495)978-43-34; www.reglet.ru

Список сокращений.

Введение.

ГЛАВА

Литературный обзор.

1.1 Механизмы фотодинамического действия сенсибилизаторов.

1.2 Методы изучения активных форм кислорода в водной среде

1.3 Фотостабильность сенсибилизаторов. Типы фотосенсибилизаторов и обоснование выбора объектов исследования.

Общие сведения о фталоцианинах и их фотохимических

1.5 17 свойствах

1.6 Общие сведения о сенсибилизаторах акридинового ряда.

ГЛАВА

Экспериментальная часть.

2.1 Материалы.

2.2 Методы.

2.2.1 Определение квантовых выходов фотодеструкции.

2.2.2 Определение квантовых выходов флуоресценции.

Определение квантовых выходов генерации синглетного кислорода.

Определение квантового выхода генерации гидроксильных

2.2.4 37 радикалов в водных растворах.

Методика определения фотобактерицидного действия

ГЛАВА

Результаты исследований и их обсуждение

Фотохимические и фотосенсибилизирующие свойства 3.1 39 поликатионных фталоцианинов.

Спектральные свойства и состояние поликатионных

3.1.1 40 фталоцианинов в растворе.

3.1.1.1 Влияние природы центрального атома в макроцикле.

3.1.1.2 Влияние природы заместителя на периферии.

3.1.1.3 Влияние степени замещения в макроцикле.

Влияние ионной силы раствора на состояние и спектральные

3.1.1.4 • 52 свойства октакатионных фталоцианинов цинка.

3.1.2 Флуоресценция.

3.1.2.1 Влияние природы центрального атома металла в макроцикле.

3.1.2.2 Влияние степени замещения в макроцикле.

3.1.2.3 Влияние полярности растворителя.

Влияние ионной силы раствора на флуоресценцию

3.1.2.4 57 октакатионных фталоцианинов цинка.

3.1.3 Генерация активных форм кислорода.

3.1.3.1 Генерация синглетного кислорода.

3.1.3.1.1 Влияние природы центрального атома металла.

3.1.3.1.2 Влияние природы заместителя на периферии.

3.1.3.1.3 Влияние степени замещения в макроцикле.

Фотогенерация гидроксильных радикалов в водных

3.1.3.2 61 растворах поликатионных фталоцианинов титанила.

Фотостабильность поликатионных фталоцианинов в водных

3.1.4 65 средах

Фотостабильность поликатионных фталоцианинов цинка и

3.1.4.1 66 алюминия.

Исследование фотостабильности октакатионных

3.1.4.2 69 фталоцианинов титанила.

Катионные коныогаты родаминов В и 6й с фталоцианином

3.2 72 цинка.

3.2.1 Спектрально-люминесцентные свойства коньюгатов.

3.2.2 Генерация синглетного кислорода.

3.2.3 Фотостабильность коньюгатов.

Светособирающие свойства коньюгатов родаминов В и 60 с

3.2.4 84 фталоцианином цинка.

3.3 Фотохимические свойства аминоакридинов. ^ Закономерности фотодеструкции акридиновых красителей в водных средах.*.

Влияние концентрации акридиновых красителей на

3.3.2 93 квантовый выход их фото деструкции в водном растворе.

3.3.3 Исследование продуктов фотолиза профлавина ацетата.

Фотопродукт ФП 341, образующийся в разбавленных

3.3.3.1 98 растворах профлавина ацетата.

Фотопродукты, образующиеся в концентрированных

3.3.3.2 101 растворах профлавина ацетата.

3.3.4 Влияние рН раствора на квантовый выход фотоокисления

Применение катионных производных фталоцианина и

3.4 акридина в качестве фотосенсибилизаторов в водных и 105 биологических средах.

Фотобактерицидное действие поликатионных фталоцианинов

3.4.1 105 цинка, алюминия и титанила.

Использование акридиновых красителей для

3.4.2 108 фото динамического обеззараживания воды.

Выводы.

Актуальность работы. Фотодинамический эффект, открытый Раабом еще в 1897 году, в последние десятилетия вновь привлек внимание исследователей в первую очередь благодаря тому, что он нашел применение в медицине для фотодинамической терапии (ФДТ) злокачественных новообразований и стерилизации крови. В настоящее время активно внедряется в практику новый метод антимикробной фотодинамической терапии, актуальность которого возросла в связи с появлением штаммов патогенных микроорганизмов, резистентных к антибиотикам. Одним из перспективных применений фотодинамического эффекта представляется фотодинамическое обеззараживание воды. Для уничтожения бактерий и вирусов в воде в основном используют хлорирование. В качестве альтернативы хлорированию предлагаются различные способы обеззараживания воды, из которых наиболее широкое применение нашли озонирование и УФ - обеззараживание. Однако все они имеют те или иные недостатки, и разработка новых методов^ обеззараживания воды остается актуальной.

В основе фотодинамического эффекта лежит фотоиндуцированное красителем - сенсибилизатором образование активных форм кислорода (АФК) -синглетного кислорода ('02) и кислородцентрированных радикалов, которые окисляют жизненноважные биомолекулы, инактивируя таким образом микроорганизмы. Знание фотохимических процессов, протекающих в растворах красителей под действием света, таких, как генерация активных форм кислорода, фотодеструкция, является определяющим для прогноза перспектив их практического использования» в качестве сенсибилизаторов.

Известно, что в водной среде микроорганизмы наиболее эффективно инактивируются положительно заряженными сенсибилизаторами - содержащими в своей структуре кватернизованные аминогруппы производными акридина, фенотиазина, порфирина, фталоцианина. Полагают, что положительный заряд усиливает взаимодействие сенсибилизатора с отрицательно заряженными в водной среде поверхностями микроорганизмов. Поиск эффективных катионных 6 сенсибилизаторов образования синглетного кислорода для водной среды и изучение фотохимических процессов, протекающих в их растворах, является актуальным и представляет не только теоретический, но и практический интерес для создания новых препаратов для фотодинамической инактивации микроорганизмов.

Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы является установление влияния структуры производных фталоцианина и акридина на их физико-химические свойства и эффективность сенсибилизированной ими фотоинактивации микроорганизмов в водных средах.

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

- выявление влияния структуры красителей на их состояние в растворе;

- установление влияния структурных факторов и среды на квантовый выход флуоресценции (Фр) и генерации 'ОгСФд);

- выявление закономерностей фотодеструкции красителей в водной среде;

- предварительная оценка эффективности сенсибилизаторов фталоцианинового и акридинового ряда в фотоинактивации бактерий в воде и установление её связи с некоторыми структурными факторами;

- выявление наиболее перспективных сенсибилизаторов и рекомендации по их практическому применению.

В качестве объектов исследования были выбраны новые, синтезированные в ФГУП «ГНЦ«НИОПИК» катионные фталоцианины цинка, алюминия, титанила; коньюгаты родаминов с фталоцианином цинка, а также аминоакридины.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

выводы

1. Для серии новых поликатионных фталоцианинов алюминия, цинка и титанила в водных и спиртовых средах установлены факторы, приводящие к специфическим межмолекулярным взаимодействиям (ассоциация с противоионами, образование контактных димеров, агрегация за счет межмолекулярных водородных связей), влияющим на активность фотосенсибилизатора в процессе перевода кислорода в синглетное возбужденное состояние.

2. Методом ЭПР и по фосфоресценции синглетного кислорода показано, что механизм фотодинамического действия октакатионных фталоцианинов титанила в водной среде включает фотогенерацию и синглетного кислорода, и гидроксильных радикалов.

3. Впервые на примере пиридиниометил- и холинил-замещенных фталоцианинов цинка установлено, что снижение заряда катионной части фталоцианина цинка до +(5 — 6) и ниже, а также увеличение ионной силы I раствора приводит к агрегации, комплексов, которая вызывает уменьшение квантовых выходов флуоресценции, генерации» синглетного кислорода и эффективности в фотоинактивации колиформных бактерий.

4. Увеличение электроноакцепторных свойств заместителей на периферии макрокольца существенно повышает фотостабильность фталоцианинов цинка. Фотодеструкция катионных фталоцианинов не описывается механизмом самосенсибилизированного окисления синглетным кислородом. Наиболее вероятный механизм фотодеструкции октакатионных фталоцианинов титанила в воде представляет собой расщепление фталоцианинового макроцикла под действием генерируемых ими гидроксильных радикалов.

5. В конъюгатах фталоцианинов цинка с родаминами 60 и В выявлен внутримолекулярный перенос энергии возбуждения с родаминовой части молекулы (донор) на фталоцианиновую (акцептор). Квантовые выходы флуоресценции, фотодеградации, генерации синглетного кислорода у коныогатов примерно в два раза ниже таковых для свободных фталоцианинов цинка, что указывает на появление в коныогате конкурирующего процесса диссипации энергии возбуждения, вероятнее всего фотоиндуцированного переноса заряда между фталоцианиновым и родаминовым фрагментами.

6. Катионные аминоакридины в разбавленных содержащих кислород водных растворах имеют низкую фотостабильность вследствие фотоокисления до эндопероксида. На примере профлавина ацетата показано, что с увеличением концентрации субстрата наблюдается рост квантового выхода фотодеструкции и изменение состава продуктов фотолиза, что свидетельствует об изменении ключевой стадии механизма фотодеградации с Кр*-0 на Кр*-Кр.

7. Тестирование фотобактерицидного действия катионных фталоцианинов цинка, алюминия и титанила в воде в отношении общих колиформных бактерий показало их высокую фотодинамическую активность, которая снижается при агрегации сенсибилизатора и падении вследствие этого эффективности генерации синглетного кислорода.

8. Результаты исследований фотохимических и фотосенсибилизирующих свойств катионных фталоцианинов и аминоакридинов использованы при разработке нового антимикробного препарата «Холосенс», а также технологии применения профлавина ацетата для фотодинамического обеззараживания воды в установках для локального хозяйственно -питьевого водоснабжения и поверхностных водоёмов рекреационного назначения в аварийных ситуациях. Профлавин ацетат зарегистрирован как средство дезинфекции воды для перечисленных применений в условиях искусственной и солнечной инсоляции.

1. Palewska К., Sujka М. et al. Light-induced effects in sulfonated aluminum phthalocyanines - potential photosensitizers in the photodynamic therapy // J. Photochem. Photobiol. A. - 2008. - V. 197. - P. 1-12

2. Ochsner M. Photophysical and photobiological processes in the photodynamic therapy of tumours // J. Photochem. Photobiol.B: Biology. 1997. - V.39. -P. 1-18.

3. Bonnett R. Chemical aspects of photodynamic therapy // Gordon and Breach Science, Canada. 2000. N

4. Oginsipe A., Maree D., Nyokong T. Solvent effects on the photochemical and fluorescence properties of zinc phthalocyanine derivatives // J. Мої. Struct. -2003.- V.650. - P.131.

5. Введение в фотохимию органических соединений // Под ред. Г.О. Беккера. JI: «Химия». 1976. - 378 с.

6. С. Schweitzer, R. Schmidt. Physical mechanisms of generation and deactivation of singlet oxygen// Chem. Rev. - 2003. - V. 103. - P. 1685-1757.

7. R. Prabhakar, P. Siegbahn, B.F. Minaev, H. Agren. Activation of triplet dioxygen by glucose oxidase. Spin-orbit coupling in the superoxide ion. //J.Phis.Chem.B, 2002. - V.106. - P.3742-3750.

8. Минаев Б.Ф. Электронные механизмы активации молекулярного кислорода // Успехи химии. - 2007. - Т.76. - № 11. - С. 1059-1083.

9. А.А. Красновский мл. Первичные механизмы фотоактивации молекулярного кислорода. История развития // Биохимия. 2007. - Т. 72.-№ 10.-С. 1311-1331

10. Lion Y., Rodgers М., Van de Vorst A. New method of detecting singlet oxygen production //Nature. - 1976. - V. 263.- P. 442-443.

11. Usui Y., Kamogava K. A standart system to determine the quantum yield of singlet oxygen formation in aqveous solution // Photochem. Photobiol. - 1974.-V.19. - № 3. - P. 245-247.

12. G. Schnurpfeil, A.K. Sobbi, W. Spiller, H. Kliesch, D. Wohrle. Photo-oxidative stability and its correlation with semi-empirical MO calculations of various tetraazaporphyrin derivatives in solution. // J. Por. Phthalocyanines. - 1997.- №1.-P.159-167.

13. B.Stevens, S.Perez. The photoperoxidation of unsaturated organic molecules. X. solvent effect on O2 'Ag acceptor reactivity. // J.Mol. Photochem. - 1974. - V.6.-№1.- P. 1-7.

14. Kuznetsova N.A., Gretsova N.S., Yuzhakova O.A. et al New reagents for determination of the quantum efficiency of singlet oxygen generation in aqueous media. // Rus. J. Gen. Chem. - 2001. - V.71. - P.36-41

15. J. Aubry, C. Pierot, J. Rigaudy, R. Schmidt. Reversible binding of oxygen to aromatic compound // Acc. Chem. Res. - 2003. - V. 36. - P. 668-675.

16. J. Aubry. New chemical sources of singlet oxygen, In "Membrane lipid oxidation", V. II, Vigo-Pelfrey //Ed. CRC Press, Boca Raton. - 1991. - P. 65-102.

17. Nardello V., Aubry J. Synthesis and properties of a new cationic water-soluble trap of singlet molecular oxygen. // Tetrahedron letters. - 1997. - V. 38. - P. 7361

18. Ogilby Peter R. Singlet oxygen: there is indeed something new under the sun //Chem. Soc. Rev. - 2010. - V.39. - C. 3181-3209

19. Bellus D. Physical quenchers* of singlet molecular oxygen. //Adv. Photochem. -1979.- V.li.- P. 105-205.

20. Hadjur С., Wagnieres G., Ihringer F., Monnier Ph., van den Berg H.- Production of the free radicals 02" and 'OH by irradiation of the photosensitizer zinc(II) phthalocyanine // J. Photochem. Photobiol. B. 1997. - V.38. - P. 196-202.

21. Bonnett R., Martinez G. Photobleaching of sensitizers, used in photodynamic \ therapy.//Tetrahedron.-2001. - V.57. - P. 9513-9547

22. Darwent J., McGubbin I., Phillips D. Exited singlet and triplet.state, electron-'t ' > ' ' ' ■ ' '•■ : .,.-.• Г transfer reactions of aluminium (III) sulphonated phthalocyanine. // J Chem Soc.i Faraday Trans. 1982. - V. 78. - №2. - P.347-357

23. Г- 25. Linden S.M., Neckers D.C. Type I and Type II sensitizers based on Rose Bengal '{■'■■ onium salts. Photochem Photobiol; - 1988. - V.47: - P.543-550 '

24. Kuznetsova N., Kaliya Oi, bukyariets Ev Photochemistry of^^ laser dyes for visible region: //"Atomic and molecular. Puised Lasers" Pros SPIE. - 1995. - V.2619:1. P. 161-165 ' ' ' '' , • ' ■ ' . '

25. DeRosa M.C., Grutchley R.J. Photosensitized- singlet oxygen and itsapplications// Goord.Chem. Rev. 2002. - V.233-234. - P. 351-371. .

26. N.S. Lebedeva. Aggregation properties of water-soluble metal , phtalocyanines: effect of ionic strength of solution И Russian Chem. Bulletin, International:1.■ Edition, 2004. V.53 - Xnl. - P.2674-2683. :i • •

27. Nyokong T. Effects of substituents on the photochemical and photophysical properties of main group metal phthalocyanines.// Coord.Chem.Rev.- 2007.1. V.251.- P. 1707-1722..33. , Лозовская E. Исцеляющий свет.//Наука № жизнь. - 2002. - №3. - С.3694.

28. Smetana Z., Mendelson E., Manor J.,et al. Photodynamic inactivation of herpes viruses with phthalocyanine derivatives // J. Photochem. Photobiol. B. - 1994. - V. 22. - P. 37-43.

29. Hamblin M.R., Hasan T. Photodynamic therapy: a new antimicrobial approach to infectious disease?// Photochem Photobiol Sci. - 2004. - V.3. - P.436-450

30. Jori G., Brown S. Photosensitized inactivation of microorganisms. // J.Photochem. Photobiol. Sci. - 2004. - V. 3. - P. 403.

31. The Phthalocyanines. Ed. Moser F.H., Thomas // CRC Press, Boca Raton, Fla. -1983.- V.1,2.

32. De la Torre G., Vazquez P., Agullo-Lopez F. Role of structural factors in the nonlinear optical properties of phthalocyanines and related compounds // Chem Rev. - 2004. - V. 104. - P. 3723-3750.

33. Dogo S., Germain J.P., Maleysson C. et al. -Interaction of N02 with copper phtalocyanine Thin-Films and application to gas sensing //Thin Solid Films . -1992.-V.219.- P. 251-256.

34. Степанов Б.И. Введение в химию и технологию органических красителей. М., «Химия». - 1971.- 446 с.

35. Dean A.C.R. The Antibacterial Action of Acridines. In "The chemistry of heterocyclic compounds" // New York a.o., Interscience-Wiley, 2-nd Edition. -1973.- Y.9. - P. 789-813.

36. Linstead R.P. -Phthalocyanines. Part I. A New Type of synthetic coloring matters//J. Chem. Soc. 1934. - P.1016-1017.

37. Dent C.E., Linstead R.P., Lowe A.R. Phthalocyanines. Part IV. The structure of the phthalocyanines // J. Chem. Soc. - 1934. - P.l033-1039.

38. Kaliya O.L., Lukyanets E.A., Vorozhtsov G.N. Catalysis and photocatalysis by phthalocyanines for technology, ecology and medicine //J. Porphyrins Phthalocyanines. - 1999. - V.3. - P. 592-610.

39. Wohrle D., Suvorova O., Gerdes R. et al. -Efficient oxidations with molecular oxygen using metal phtalocyanines as catalysts and photocatalysts// J. Porphyrins Phthalocyanines. 2004. - V.8. - P. 1020.

40. McKeown N.B. The Synthesis of symmetrical phthalocyanines// The Porphyrin Handbook./Eds. K. Kadish, K. Smith, R.Guilard. - San Diego: Academic Press. -2003.-V.15. - P.61-124.

41. Mastryukov V., Ruan C., Fink M.", Wang Z., Pachter R. The molecular structure of copper - and nickel-phtalocyanine asa determined by gaz-phase electron diffraction and ab initio/DFT computations // J. Molec. Struct. - 2000. - V.556. -P.225-237.

42. G.Ferraudi. In: Phthalocyanines: Properties and Applications, lied. C.C.Leznoff and A.Lever, VCH Publishers, New York. - 1989. - V.l. - P.291-340.

43. Kuznetsova N.A., Gretsova N.S., Derkacheva V.M et al.- Sulfonated phthalocyanines: aggregation and singlet oxygen' quantum yield in aqueous solutions J. Porphyrins Phthalocyanines. 2003. - V. 7. - P. 147-154.

44. Edrei R., Gottfreid V., Van Lier J.E., Kimel S. Sulfonated phthalocyanines: photophysical properties, in vitro cell uptake and structure-activity relationships //J. Porphyrins Phthalocyanines. - 1998. - № 2. - P. 191-199.

45. Ishii K., Kobayashi N. -The photophysical properties of phtalocyanines and related compounds// The Porphyrin Handbook./ Eds. K. Kadish, K. Smith, R. Guilard. San Diego: Academic Press. - 2003. - V.l6. - P. 1-42.

46. Vincett P.S., VoigtE.M., Rieckhoff K.E. Phosphorescence and Fluorescence of Phtalocyanines//J.Chem. Phys. - 1971.- V.55. - №8.- P. 4131-4140.

47. Fernandez J., Bilgin M., Grossweiner L. —Singlet oxygen generation by photodynamic agents. // J. Photochem. Photobiol. B: Biol. 1997. - V.37. -P. 131-140.

48. Redmond R. W. and Gamlin J. N. A Compilation of singlet oxygen yields from biologically relevant molecules.// J. Photochem. and Photobiol. - 1999. - V. 70. -№4. - P. 391-475

49. Spiller W., Kliesch H., Woehrle D., Hackbarth S., Roder B., Schnurpfeil G. -Singlet oxygen quantum yields of different photosensitizers in polar solvents and micellar solutions.//J. Porphyrins Phthalocyanines. 1998.- №2.- P. 145-158.

50. P. Tau, T. Nyokong Comparative photocatalitic efficiency of oxotitanium (IV) phthalocyanines for the oxidation of 1-hexene // J. Mol. Catal. A: Chem. - 2007. -V.293. - P. 149-155.

51. Atilla D., Durmus M., Yilmaz O. et al. Synthesis, photophysical and' photochemical properties of poly(oxyethylene)-substituted phthalocyaninato oxotitanium (IV) complexes // Eur. J. Inorg. Chem. - 2007. - P.f 3573.

52. Xian-Fu Zhang, Yun Wang, Lihong Niu. Titanyl ptalocyanine and its soluble derivatives: Highly efficient photosensitizers for singlet oxygen-prediction // J. of Photochem. and Photobiol. A. - 2010. - V.209. - P:232-237.

53. Ozlem S, Akkaya E. — Thinking outside the silicon box: molecular and logic as an additional layer of selectivity in singlet oxygen generation for photodynamic therapy. // J. Am. Chem. Soc. 2009. - V. 131. - P.48-49.

54. Garcia-Fresnadillo D, Georgiadou Y, Orellana G et al. Singlet-oxygen ('Ag) production by Ruthenium(II) - complexes containing polyazaheterocyclic ligands in methanol and in water. //Helv. Chem. Acta. - 1996. - V.79. - P. 1222-1239

55. R. Slota, G. Dyrda. -UV photostability of metal phthalocyanines in organic solvents. Inorg. Chem. 2003. - V.42. - №18. - P. 5743-5750.

56. N.A. Kuznetsova, V.V. Okunchikov, V.M. Derkacheva, O.L. Kaliya, E.A. Lukyanets. Photooxidation of metallophthalocyanines: the effects ofsinglet oxygen and PcM-02 complex formation. // J. Porphyrins and Phthalocyanines. 2005. - V.9. - P. 393-397.

57. Sobbi A.K., Wohrle D., Schlrttwein -Photochemical Stability of Various Porphyrins in Solution and as Thin-Film Electrodes // J. Chem.Soc., Perkin Trans. 1993.- V.2. - P.481 -488.

58. Yunus Zorlu, Fabienne Dumoulin, Mahmut Durmus. Vefa Ahsen Comparative studies of photophysical and photochemical properties of solketal substituted platinum (II) and zinc (II) phtalocyanine sets//. Tetrahedron. - 2010. - V.6. -P. 3248-3258

59. J.W. Verhoeven. Glossary of terms used in photochemistry // Pure appl.chem. -1996. - V. 68. - P. 2223-2286.

60. McCubbin I., Phillips D. The photophysics and photostability of zinc (II) and aluminium (III) sulphonated naphthalocyanines // J. Photochem. - 1986. - V.34. -P.187-195.

61. Ogunsipe A., Nyokong T. Photophysical and photochemical studies of sulfonated non-transition metal phthalocyanines in aqueous and non-aqueous media. // J. Photochem. Photobiol. A: Chem. - 2005. - V.173. - P. 211.

62. T. Hihara, Y. Okada, and Z. Morita Photofading, photosensitization and the effect of aggregation on the fading of triphenodioxazine and copper phthalocyanine dyes on cellulosic film // Dyes and Pigments. - 2001. - V.50. -P.185

63. Iriel, M.G. Lagorio, and L.E. Dicelio -Photophysics of supported dyes: phthalocyanine on silanized silica. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2002. - V.4. -P. 224-231.

64. V. Iliev, L.Bilarska. Effect of metal phthalocyanine complex aggregation on the catalytic and photocatalytic oxidation of sulphur containing compounds. // J.Mol.Catal. - 1999. - V.137. - P. 15.

65. Kuznetsova N.A, Gretsova N.S., Derkacheva V.M., Mihalenko S.A., Soloviova L.I., Yuzhakova O.A., Kaliya O.L., Luk'yanets E.A. Generation ofsinglet oxygen with anionic aluminum phthalocyanines in water // Russ. J. Gen. Chem. 2002. - V.72. - P. 325-331

66. Verdree V., Pakhomov Water-soluble metallo-phthalocyanines: The role of the functional groups on the spectral and photophysical properties. //Fluoresc. -2007.-V. 17. - P. 547-563.

67. Segalla A., Borsarelli C., Braslavsky S. et al. Photophysical, photochemical and antibacterial photosensitizing properties of a novel octacationic Zn(II)-phthalocyanine. // Photochem. Photobiol. Sci. - 2002. - V.l. - P. 641.

68. Zimcik P., Miletin M., Musil Z. et al. Cationic azaphthalocyanines bearing aliphatic tertiary amino substituents - Synthesis, singlet oxygen production1 and spectroscopic studies. // J. Photochem. Photobiol. A: Chem. - 2006. - V.l83. - P .59.

69. Scalise I., Durantini N. Synthesis, properties, and photodynamic inactivation of Escherichia coli using a cationic and a noncharged Zn(II) pyridy-loxyphthalocyanine derivatives // Bioorg. Med. Chem. - 2005. - V.13. - P. 3037.

70. Кричевский Г.Е. Фотохимические превращения! красителей и светостабилизация окрашенных материалов. М., «Химия». - 1986. - 247 с.

71. Mathur K.G., Bhatnagar S.S. Fluorescence and»Photo-Chemical Change// Indian J.Phys.,- 1928.- V.3.- P. 37-51.

72. Wainwright M., Phoenix D.A., Marland J., Wareing D.R.A., Bolton F.J. -Photobactericidal activity of phenothiazinium dyes against methicillin-resistant strains of Staphylococcus auras // J. Antimicrobial Chemotherapy. 1997. -V.40.- P. 587-589.

73. Чибисов A.K., Коробов B.E. -Первичные фотопроцессы в молекулах красителей //Успехи химии. 1983.- Т. 52. - №1.- С. 43-71.

74. Чибисов А.К., Коробов В.Е. Перенос электрона в фотохимических реакциях//Успехи химии.-1981. - Т.50. - №7.- С. 1169-1171.

75. А.К. Panda, А.К. Chakraborty -Studies on the interaction of bacterial lipopolysaccharide with cationic dyes by absorbance and fluorescence spectroscopy // J. of Photochem. and Photobiol. A: Chemistry. 1997. - V.l 11. -P. 157-162.

76. Химия синтетических красителей. // Под ред. К. Венкатарамана. Л., «Химия». 1975. - Т. 4. - С. 426.

77. А.Н. Теренин Фотоника молекул красителей и родственных органических соединений, Л:Наука. - 1967. - 616 с.

78. L.Constantino, G.Guarino, O.Ortona et.al. Association of acridine orange in nonaqueous solutions // J.Chem.Eng.Data. - 1985. - V.30. - №1. - P. 7-10.

79. В.Л.Пугачев, A.B.' Карякин, A.K. Чибисов Исследование- триплетных состояний акридиновых соединений- в зависимости от значений pH среды //Журн. прикладной спектроскопии. - 1974. - Т.21. - №3; - с. 481.

80. Zanker V., Schmid Р. -Uber die Photochemie des Acridines // Z. Phys. Chem. Neue Folge.- 1958. V.l 7. - P. 11-20.

81. Zanker V., Erhardt E., Mader F., Thies Y. -Zum photochemischen Verhalten einiger N-Alkylacridinium-Kationen und N,N-9.9-diacridane in athanolischer • Losung II HZ. Natuporshg. 1966. - V.21b. - P. 102-108.

82. G.Lober. Acridine ihre physikochemische und biochemische bedeutung. eine betrachtung anlasslich der entdeckung des acridins vor. 100 Jahren. // Z.Chem. -1971,- V.l l.-№3.- P.92-102.

83. A.R. Peacocke. In Heterocyclic compounds: Acridines. // Intersciens New York.- 1973.- V. 9. - P. 723.

84. G.Lober, W. Fleck, H. E. Jacob et.al. In Wirkungmechanismen1 von fungiziden, antibiotika und cytostatika. Akad.Verlag. Berlin. - 1970. - P.39.

85. А.Гордон, Р. Форд. Спутник химика// M., «Мир». - 1976. - 541 с.

86. Калверт Дж., Питтс Дж. Фотохимия. //М., «Мир». - 1968. - 671 с.

87. Я. Рабек Экспериментальные методы в фотохимии и фотофизике. М.,Мир. -1958. - Т.2. - С.984-986.

88. Jacques P. and Braun A.M. Laser flash photolysis of phthalocyanines in solution and microemulsion // Helv. Chim. Acta. - 1981. - V. 64. - №6. -P. 1800-1802.

89. R. Bonnett, D.J. McGarvey, A. Harriman, E.J. Land, T.G. -Truscott and U.J. Winfield. // J. Photochem. Photobiol. 1988. - V.48. - P. 271-276.

90. Krasnovsky A.A. Jr. Singlet molecular oxygen in photobiochemical systems: IR phosphorescence studies.// Membr, Cell Biol. - 1998. - V.12. - №=5.- P.665-660;

91. Красновский A. A. Синглетный кислород и механизм фотодинамического действия порфиринов. //Успехи химии порфиринов (отв. редактор О.А. Голубчиков, Санкт-Петербург, Издательствово НИИ химии СпбГУ). - 2001. -Т. 3. - С. 191-216.

92. Красновский А. А. Фотодинамическое действие: и синглетный кислород. // Биофизика. - 2004. - Т.49. - № 2. - С. 305-322.

93. Красновский А. А., Егоров С.Ю;, Назарова ' О.В., Ярцев Е.И., Пономарев Г.В. Фотогенерация синглетного молекулярного кислорода водорастворимыми порфиринами. // Биофизика. - 1987. - Т. 12. - № 6. -С. 982-992.

94. B< А. Родионов, Э. Г. Розанцев. Долгоживущие радикалы. M.: Наука. -1972.-С. 131-132.

95. Санитарно-микробиологический анализ питьевой воды. 4.2. Методы контроля. Биологические и микробиологические факторы. Методические указания МУК 4.2. 1018-01.

96. Р. Таи, Т. Nyokong. Synthesis, electrochemical and photophysical properties of phthalocyaninatooxotitanium (IV) complexes tetra-substituted at the a and (3 positions with arylthio groups // J. Chem. Soc. Dalton Trans. - 2006. -P.4482-4490.

97. P. Таи, Т. Nyokong. Synthesis and electrochemical characterization of a- and |3-tetra-substituted oxo (phthalocyaninato) titanium (IV) complexes // Polyhedron. -2006. - V.25. - P. 1802-1810.

98. M. Barthel, D. Dini, S. Vagin, M. Hanack. An easy route for the synthesis of new axially substituted titanium (IV) phthalocyanines // Eur. J. Org. Chem. - 2002. -P. 3756-3762.

99. Ogunsipe A., Chen J.-Y., Nyokong T. — Photophysical and photochemical' studies of zinc (II) phthalocyanine derivatives effects of substituents and solvents // New. J. Chem. - 2004. - V.28. - P. 822-827.

100. Gurol I., Durmus M., Ahsen V. et al. Synthesis, photophysical and photochemical properties of substituted zinc phthalocyanines. // J. Chem. Soc., Dalton Trans. - 2007. - P. 3782-3791.

101. Prochazkova K., Zelinger Z., Lang K., Kubat P. Meso-tetratolylporphyrins substituted by pyridinium groups aggregation, photophysical properties and complexation witbDNA // J.Phys. Org. Chem. - 2004. - V. 17. - P. 890-897.

102. А Е. Finkelstein, G.Rosen and Е. Rauckman Spin trapping of superoxide and hyd-roxyl radical: practical aspects. // Arch. Biochem.Biophys. - 1980. - V.200. -P. 1-16.

103. Collet M., Hoebeke M., Piette Y. Photosensitized generation of hydroxyl radical by eight new sulfur and selenium analogs of psoralen // J. Photochem.Photobiol. B. - 1996. - V.35. - №3. - P. 221-231.

104. X. Zhang and H. Xu. -Substituted phtalocyanine sensitized photochemical generation of superoxide anion radical // J. of Photochem. and Photobiol. B. -1994. - V.22. -P.235-239.

105. T.G. Gantchev, M.G. Kaltchev and G.P. Gotchev. Intermolecular interactions and photo-generation of free radicals in mathal-free tetrasulfophtalocyanine-tryptophan systems // Journal of Radiat. Biol. - 1991. - V.60. - P.597-611.

106. A. Alegria, A. Ferrer andiE. Sepulveda.- Photochemistry of water-soluble quinines. Production of a water-derived' spin adduct. // Journal of Photochem. and Photobiol. 1997. - V.66. - №4. - P.436-442.

107. L'her M. and Pondaven A. -In electrochemistry of phthalocyanines, the porphyrin handbook, V. 16, Kadish K.M., Smith K.M. and Guilard R. (Eds.) Academic Press: San Diego, C.A. 2003. - P. 117-170

108. Murov S. Handbook of Photochemistry. New York. - 1973. - P. 89

109. Отчет ФГУП «ГНЦ «НИОПИК » за 2008 год, инв. номер д.58070/1,2 п.22.

110. Ворожцов Г.Н., Калия О. Л., Кузнецова Н.А., Лужков Ю.М., Лукьянец Е.А., Макаров Д.А., Негримовский В.М., Сливка Л.К., Южакова О.А. -Кватернизованные фталоцианины и способ фотообеззараживания воды. // Патент РФ №2281953.

111. Ворожцов Г.Н., Калия О.Л., Кузнецова Н.А., Лукьянец Е.А., Макаров Д.А., Негримовский В.М., Уланова Л.А., Южакова О.А., Ковалева М.А., Красновский А.А., Стрижаков А.А. Сенсибилизатор и способ фотообеззараживания воды. Патент РФ № 2375371.

112. Страховская М.Г. Фотодинамическая инактивация микроорганизмов: Фундаментальные и прикладные аспекты. // Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора биологических наук. // Москва. - 2010.

113. Кузнецова Н.А., Макаров Д.А., Сливка Л.К., Плешков Г.М., Алексеева В.И., Маринина Л.Е., Калия О.Л., Лукьянец Е.А., Ворожцов Г.Н., Шутеев С.А., Юсупалиев У. // Способ фотообеззараживания воды // Патент РФ №2358909

114. Отчет ФГУП«ГНЦ»НИОПИК» за 2007 год, инв. номер д.57782 п.22.

115. Отчет ФГУП «ГНЦ»НИОПИК» за 2009 год, инв. номер д.58292 п.22.

116. Отчет ФГУП «ГНЦ»НИОПИК» за 2010 год, инв. номер д.58542/1,2 п.22.