Изучение фотохимических реакций с участием молекулярного УФ-фильтра кинуренина и его производных - ксантуреновой кислоты и конъюгатов кинуренина с нитроксильными радикалами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

На правах рукописна

Яныиоле Вадим Владимирович

ИЗУЧЕНИЕ ФОТОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИИ С УЧАСТИЕМ МОЛЕКУЛЯРНОГО УФ-ФИЛЬТРА КИНУРЕНИНА И ЕГО ПРОИЗВОДНЫХ - КСАНТУРЕНОВОЙ КИСЛОТЫ И КОНЪЮГАТОВ КИНУРЕНИНА С НИТРОКСИЛЬНЫМИ РАДИКАЛАМИ

01.04.17 - химическая физика, горение и взрыв, физика экстремальных состояний вещества

АВТОРЕФЕРАТ 484087

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 7 МАР 2011

Новосибирск - 2011

4840876

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте «Международный томографический центр» Сибирского отделения РАН

Научный руководитель доктор химических наук

Центалович Юрий Павлович

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук, профессор

Соколова Ирина Владимировна

кандидат физико-математических наук Евгений Михайлович Глебов

Ведущая организация Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля

РАН

Защита состоится "16" марта 2011 г. в 15:00 на заседании диссертационного совета Д 003.014.01 в Институте Химической Кинетики и Горения

Сибирского отделения Российской академии наук по адресу: 630090, Новосибирск 90, ул. Институтская 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеках Института Химической Кинетики и Горения СО РАН и МТЦ СО РАН.

Автореферат разослан "14" февраля 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор химических наук

ft*

А.А. Онищук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Хрусталик глаза является уникальным органом человеческого тела. Он наделён всеми необходимыми свойствами для обеспечения хорошего зрения человека - проведением падающих световых лучей и их фокусировкой на сетчатке. Дополнительным свойством хрусталика является фильтрация проходящего через него ультрафиолетового (УФ) излучения, которая осуществляется благодаря семейству низкомолехулярных соединений - кинуренину (К_М) и его производным. К^ и его производные являются химически и фотохимически стабильными, в этих молекулах происходит конверсия поглощешгай световой энергии в тепловую в результате безызлучателыюго перехода 81 —> 80.

Вследствие особенностей строения в хрусталике замедлен обмен метаболитов, который осуществляется только за счёт диффузии, а также не происходит обновления белков и клеток. Таким образом, полученные вследствие каких-либо воздействий повреждения белков могут аккумулироваться, и в хрусталике может развиться заболевание, известное как катаракта. По данным Всемирной организацшг здравоохранения, это заболевание является главной причиной нарушения зрения на планете. Молекулярные механизмы образования катаракты на данный момент остаются невыясненными. В настоящее время катаракту можно вылечить лишь хирургическим вмешательством - удалить естественный помутневший хрусталик и имплантировать искусственный. Очевидно, что свойства имплантата далеки от природных, и поэтому зрение не может быть восстановлено в полной мере. Не существует и лекарства, способного восстанавливать прозрачность хрусталика. Поэтому выяснение молекулярных механизмов образования катаракты является важным для прикладных приложений.

Недавно в литературе было сделано предположение, что химические и фотохимические реакции с участием УФ-фнлыроа могут приводить к образованию более высокореакционных соединений, способных модифицировать белки хрусталика. В частности, УФ-облучение водных растворов КМ приводит к образованию триплетного состояния ТКЬ(. Триплетное состояние является химически высокоактивным и способно претерпевать реакции переноса электрона с аминокислотными остатками белков, образуя радикалы. Кроме того, в ходе метаболизма КИ в хрусталике может образоваться 4,8-дигидроксихинолин-2-карбоксильная кислота (ксантуреновая кислота, ХАМ). В литературе сообщалось, что XAN способствует фотоокислешпо белков хрусталика. Более того ХАЫ п её гликозид был обнаружен только в катарактальпых человеческих хрусталиках; в нормальных человеческих хрусталиках данных соединений обнаружено не было. Поэтому исследование свойств данного соединения может

помочь определить, может ли данное соединение являться хромофором, участвующим в процессе образования катаракты.

Солнечное излучение полезно для организма, однако при длительном воздействии солнечного излучения может произойти повреждение кожных покровов. Для защиты кожи от избыточной солнечной радиации современная косметология предлагает широкий выбор солнцезащитных кремов и лосьонов. Основными действующими компонентами этих средств являются молекулы, эффективно поглощающие или рассеивающие УФ-А и УФ-В излучение. Одним из основных минусов солнцезащитных препаратов является образование свободных радикалов из активных компонентов этих средств вследствие их разложения под воздействием УФ-излучения. В свою очередь, свободные радикалы способствуют образованию активных форм кислорода (АФК), тем самым вызывая перекисное окисление липидов, что приводит к преждевременному старению клеток и даже к увеличению риска образования злокачественной меланомы.

Недавние исследования показали, что присутствие радикальных ловушек в солнцезащитных препаратах может дать заметный положительный эффект как с точки зрения замедления старения кожи, так и дня уменьшения фотоповреждений кожных покровов, вызванных продолжительным солнечным облучением. В литературе с этой целью был предложен синтез хромофора - оКгилметоксициннамата (ОМС), ковалентно связанного с нитроксильными радикалами (нитроксидами, ЯЮ"). Было показано, что полученные конъюгаты OMC-R.NO' поглощают УФ-излучение, а также обладают антиоксидантными свойствами, обусловленными способностью нитроксильных радикалов захватывать свободные радикалы. Однако квантовый выход фоторазложения ОМС близок к единице (Ф = 0.5-4.0). Таким образом, поиск более фотостабильного соединения для синтеза подобного коньюгата является актуальной прикладной задачей для изготовления солнцезащитных препаратов.

В данной работе была предпринята попытка синтеза производных кинуренина, ковалентно связанных с шпроксильными радикалами (конъюгаты КМ-ЮГО'). Выбор КИ в качестве хромофора обусловлен его свойствами. Во-первых, кинуренин поглощает УФ-излучение в области 300-5-400 нм, т.е. УФ-А и УФ-В областях. Во-вторых, это природная аминокислота, которая выполняет функцию УФ-фильтра в хрусталике глаза человека и приматов, защищает ткани сетчатки и самого хрусталика от фотшшдуцировашшх повреждений и обладает высокой химической и фотохимической стабильностью. И в-третьих, дезактивация фотовозбужденных молекул УФ-фильтров происходит по механизму внутренней конверсии и не приводит к образованию радикальных частиц.

Основными целями работы являются:

1. Исследовать свойства ХАИ в основном и фотовозбужденном состояниях, изучить фо-тоиндуцнрованные процессы в молекуле ХАЫ в различных растворителях.

2. Установить механизмы тушения триплетного состояния ТКЫ нитроксидами.

3. Исследовать фотостабилыюсть и оптические свойства конъюгатов КЫ-1ШО\ Научная новнзна работы. Впервые установлены предпочтительные формы ХАЫ в основном состоянии в различных растворителях. Показано, что при физиологических условиях (нейтральный водный раствор) основным изомером является анионная кето-форма. Установлено, что основным каналом гибели фотовозбуждённого Б] состояния ХАЫ в водных и спиртовых растворах является таугомеризация в енольную форму основного состояния, протекающая с участием молекул растворителя в пикосекучдном временном диапазоне, с последующим восстановлением исходной кето-формы, в котором также участвуют молекулы растворителя. В апротонных средах увеличивается вклад других каналов дезактивации возбуждённого состояния, приводящих к образованию короткоживущах промежуточных форм ХАЫ в триплетном и основном состояниях.

Обнаружено, что шпроксильные радикалы являются эффективными тушителями триплетного состояния кинуренина; при этом тушение происходит благодаря ускоренной интеркомбинационной конверсии вследствие обменного механизма, что не приводит к образованию дополнительных продуктов реакции.

Установлено, что ковалентное присоединение нитроксидов к молекуле кинуренина приводит к значительному уменьшению времени жизни триплетного состояния, а основным каналом дезактивации триплетного состояния является иитеркомбинационная конверсия по обменному механизму, что также не приводит к образованию дополнительных продуктов реакции. Однако вследствие внутримолекулярного переноса электрона от фотовозбуждённой кинурешгаовой части к нитроксильной в конъюгатах наблюдается образование катион-радикала, что делает конъюгаты КЫ-ККО' менее фотостабильными, чем исходная молекула КЫ.

Практическая ценность. Выявленные механизмы дезактивации возбуждённого состояния ХАЫ могут быть использованы для дальнейших исследований по выяснению молекулярных механизмов катарактогенеза, а также при разработке препаратов, предотвращающих или замедляющих процесс образования катаракты. Сочетание эндогенного хромофора кинуренина с нитроксидами обещает быть весьма перспективным для использования в солнцезащитных препаратах. Разработка новых активных компонентов солнцезащитных препаратов,

основанных на конъюгатах «хромофор-нитроксид», требует поиска соединений, для которых образование триплетного состояния и перенос электрона минимальны.

Личный вклад соискателя. Автор диссертации участвовал в постановке задач, решаемых в диссертационной работе, получил оригинальные результаты методами оптической, флуоресцентной и ЯМР-спектроскопии, методами лазерного импульсного и стационарного фотолиза, ВЭЖХ-анализом, а также квалифицированно провел обсуждение результатов. Результаты, представленные в диссертации, получены лично автором либо при его непосредственном участии.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены и обсуждались на международной конференции «5111 International Conference on Nitroxide Radicals SPIN 2008» (Анкона, Италия, 7-11 сентября 2008 г.); на XXI Симпозиуме «Современная химическая физика» (Туапсе, Россия, 25 сентября - 6 октября 2009 г.), на Международном симпозиуме «Advanced Science in Organic Chemistry» (Мисхор, Крым, 21-25 июня 2010 г.), на Международном симпозиуме «XXIII IUPAC Symposium on Photochemistry» (Феррара, Италия, 11-16 Июля 2010 г.), на Молодежной школе-конференции «Актуальные проблемы органической химии» (Новосибирск, Россия, 12-19 сентября 2010).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 4 статьях, а также в 6 тезисах докладов на международных и российских симпозиумах и конференциях.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 182 наименования. Работа изложена на 121 странице, содержит 4 таблицы, 27 рисунков и 15 схем.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении отражена актуальность проблемы, решению которой посвящена данная диссертация, сформулированы основные цели работы и дано описание структуры диссертации.

В первой главе представленной диссертации приведен литературный обзор, в котором описаны термические и фотохимические реакции с участием кинуренина и ксантуреновой кислоты, рассмотрены трёхспиновые системы и системы «хромофор-нитроксид». Первая часть главы описывает образование KN из триптофана и образование высокореакциошшх соединений - карбоксикетоалкенов и триплетных состояний в ходе термических и фотохимических реакций кинуренина, соответственно. Показано, что данные соединения способны модифицировать аминокислотные остатки белков хрусталика. Вторая часть главы посвяще-

на описанию свойств ксантуреновой кислоты. Обсуждаются механизмы образования XAN и её гликознда в процессе метаболизма, рассмотрено содержание данных соединений в хрусталике в зависимости от возраста и степени выраженности катаракты. Дано описание свойств схожих с XAN соединений - гидроксихинолинов — в основном и фотовозбуждённом состояниях. В третьей части главы описаны циклические нитроксилъные радикалы (RNO'), их история создания и различные применения. Рассмотрены антиоксидантные свойства, т.е. реакции RNO' со свободными радикалами. Особое внимание уделено механизмам тушения возбуждённых состояний нитроксильными радикалами. В четвёртой части дано описание трёхспиновых систем, рассмотрены принципы спинового катализа. Показано, что в конъюга-тах «хромофор-нитроксид» происходит самотушение возбуждённого состояния, и вследствие этого данные системы способны генерировать синглетный кислород. Рассмотрено применение нонъюгатов «хромофор-нитроксид» в качестве активного компонента солнцезащитных кремов.

Во второй главе описан синтез используемых нитроксильных радикалов и гидрокси-ламинов, а также синтез коньюгатов KN-RNO'. Подробно описаны используемые в работы методы исследования и методики проведения экспериментов. Стационарные методы исследования включают в себя оптическую (УФ и видимый спектр, ИК, флуоресценция) спектроскопию, стационарный фотолиз, масс-спектрометрию, ЭПР, ЯМР, высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ), квантовохимические расчёты. Времяразрешённые измерения проводились на установках наносекундного лазерного импульсного фотолиза, фемто-секундного лазерного импульсного фотолиза (pump-probe), флуоресценции с фемтосекунд-ным временным разрешением (upconversion). В данной главе дано подробное описание перечисленных установок и приведены их блок-схемы. Также перечислено программное обеспечение, использованное для анализа данных.

Третья глава посвящена исследованию свойств XAN в основном и фотовозбуждённом состояниях. Прослежена фотоиндуцированная динамика в молекуле XAN в различных растворителях с временным разрешением от пикосекунд до нескольких микросекунд. В первой части главы исследованы свойства XAN в основном состоянии. Ксаптуреновая кислота является гидроксихинолином, поэтому для этого соединения возможны реакции кето-енольной таутомеризации. Все возможные таутомерные формы молекулы XAN для различной кислотности приведены на Схеме 1.

Оптические спектры поглощения XAN в нейтральном, кислом и щелочном водном растворе приведены на Рис. 1а. При анализе спектров обнаружено, что у данного соединения

имеется более одного сайта протонирования. Зависимость оптического поглощения раствора ХАК от рН (вставка на Рис. 1а) наблюдали на длине волны Х~255 нм, на которой различие между состояниями с разной степенью протонирования наиболее выражено.

Наилучшее согласие расчетных и экспериментальных данных получено для констант диссоциации равных рКа1=2.5 и рКа2=7.7. Были также получены спектры поглощения ХАИ в неводных полярных растворителях, таких как метанол, этанол, ДМФ и ДМСО. Спектры в спиртовых растворах - метаноле и этаноле - схожи со спектром в нейтральном водном растворе (не приведены). В апро-

„ . „ , „. тонных растворителях ДМФ

Схема, 1 Таутомерные преобразования ХАМ.

и ДМСО (Рис. 1Ь) спектры также похожи между собой, но значительно отличаются от спектров в протонных растворителях.

Квантовохимичесхими расчётами вычислены предпочтительные формы ХАИ в различных растворителях. Расчёты подтверждены рядом флуоресцентных, оптических и ЯМР-измерений. Оказалось, что в нейтральной водной среде и в спиртах предпочтительной формой ХАК является кето-форма ХА]^ (Схема 1).

(а)

Ъ 2

ДМСО ДМФ

300 350

Х/нм

Рис. 1, (а) Спектры оптического поглощения ХА?4 в Н2О при различных рН. Вставка: зависимость оптического поглощения от рН при Х=255 им. (Ь) Спектры оптического поглощения ХАК в ДМФ и в ДМСО.

8

В щелочных растворах возможно наличие одновременно кето- (XAN^) и енольной форм (XAN^). В апротонных ДМФ и ДМСО также присутствует две формы - кетоновая (XANk) и енольная (XANj.

Во второй части главы описаны фотохимические свойства XAN. Рассмотрены интермедиа™, образующиеся при УФ-облучении растворов XAN, а также прослежена динамика самой молекулы XAN. При интенсивном лазерном облучении XAN претерпевает двухфо-тонную ионизацию с образованием сольватированного электрона. При фотолизе также наблюдаются сигналы от радикала XAN' и электронного аддукта, которые образуются в результате ионизации исходного вещества с последующим захватом электрона молекулой XANj| в основном состоянии. Для минимизации эффектов двухфотонной ионизации последующие эксперименты проводились при низких энергиях лазера и в присутствии 10"2 М ацетона - известного акцептора сольватированного электрона.

Эволюцию флуоресценции XAN с фемтосекундным временным разрешением (upconversion) во времени наблюдали в НгО (рН 5.3). Анализ полученных данных показал, что наилучшее согласие между экспериментальными и расчетными данными достигается с использованием суммы трёх экспонент. Временные константы ti = 0.6 пс, тг = 1.5 пс, and тз = 11 пс, соответственно. Результаты по флуоресценции можно интерпретировать следующим образом: при рН 5.3 XAN присутствует в водном растворе по большей части в кето-форме XAN* (Схема 1), и возбуждение на 370 пм приводит к заселению первого возбужденного Франк-Кондоновского синглетного состояния S| XAN^' (Схема 2). Релаксация возбуждённого синглетного состояния к термическому равновесию включает в себя сольватационную динамику - диффузионное движение молекул растворителя вокруг фотовозбуждённой молекулы XAN, а также релаксацию колебательных и вращательных степеней свободы. Самая быстрая временная константа флуоресцентной динамики ц соответствует описанным процессам.

Процессы, описываемые временными константами Гг и тз, могут относиться к двух-этапной реакции кето-енольной трансформации (Схема 2) - протонированием кислорода карбонильной группы и депротонированием аминогруппы. Следовательно, вторую временную константу Т2 следует отнести к уменьшению населённости синглетного состояния, а тз -к уменьшению населенности короткоживущего состояния интермедиата, образованного после первого этапа реакции. Однако из полученных данных представляется трудным определить, какая реакция - отрыв или присоединение протона - происходит быстрее. Возможный

механизм дезактивации состояния 81 представлен на Схеме 2. Для простоты присоединение протона к карбонильной группе изображено первым этапом.

н

он он

XAN-, XAN2'.

Схема 2. Фотохимические процессы в молекуле XAN.

Описанная ультрабыстрая динамика в молекуле XAN подтверждена измерениями на

установке фемтосекундного лазерного импульсного фотолиза (pump-probe). В результате анализа данных по промежуточному поглощению получены значения временных констант •си и Т2> для буферных и небуферных растворов, а также для слабокислых и щелочных условий. Временные константы Т]а и тз, при всех условиях имеют сходные значения, усреднённые значения равны ть = 1.4±0.5 пс и тга = 12.9±1.5 пс, что соответствует константам Т2 и тз, полученным во флуоресцентных измерениях.

Последующая динамика в молекуле XAN исследовалась на установке наносекундного лазерного импульсного фотолиза при низких энергиях лазера и в присутствии ацетона. В данных условиях сигнал от таутомерной енолыюй формы XANe, образованный при изомеризации фотовозбуждённой S,XAN^, с полосами поглощения в области 370-430 им (с максимумом в 400 нм) и короче 300 им (Рис. 2) был единственной наблюдаемой в фотолизе частицей. Скорость спада сигнала не зависит от исходной концентрации XAN; кинетика и интенсивность сигнала не изменяется в присутствии ацетона или кислорода. Интенсивность сигнала от XAN" прямо пропорциональна энергии импульса лазера, т.е. указанный интер-медиат образуется по однофотонному механизму.

Отрицательное значение поглощения с максимумом в 340 им относится к выгоранию исходного образца. Эволюция данного сигнала происходит в несколько этапов с различными

временными интервалами. Вначале происходит быстрое уменьшение отрицательного поглощения, т.е. происходит быстрое восстановле!гае исходного вещества; скорость восстановления равна скорости убывания поглощения от ХАЫ~, наблюдаемого на 400 нм (см. вставки на Рис. 3.7).

Рис. 2. Спектры промежуточного поглощения, зарегистрированные Равенство скоростей указы-при лазерном облучении (355 нм, 30 мДж) нейтрального водного

небуферного раствора ХА1Ч через 50 не (кружки) и 200 не (квадраты) вает на то. чт0 ™бель ХАМ, после импульса лазера. На вставках показаны времешпле профили

при указанных длинах волн. Линиями показаны спектры огаиче- приводит к восстановлению ского поглощения: точечная линия - нейтральный раствор 1.2 * 10'5

М ХАМ, пунктирная линия - щелочной раствор 1.2 х 105 М ХАГ<, ИСХОДНОГО ХАГ^ . сплошная линия - разностный спектр.

Восстановление исходного вещества включает в себя две стадии (Схема 2) - депротонирование гидроксилыюй группы ХАМ~ и протонирование атома азота. На Схеме 2 показана наиболее простая цепь реакций, приводящих к восстановлению исходной ^ХАМ^, однако существование других возможных путей реакции также нельзя исключить.

Сопоставление данных по лазерному импульсному фотолизу и стационарным оптическим измерениям подтверждает предположенную кинетическую схему (Схема 2). На Рис. 2 линиями показаны спектры поглощения ХАМ в щелочном (рН 9.5, пунктирная линия) и нейтральном (рН 6.5, точечная линия) водных растворах, а линией чёрного цвета показана разность этих двух спектров. Последняя почти идеально сходится со спектром промежуточного поглощения (квадраты) через 200 не после лазерного импульса в небуферном растворе ХАМ, подтверждая депротонированную форму ксантуреновой кислоты ХАМ2" в качестве ко-роткоживущего интермедиата при фотолизе водных растворов ХАМ.

Спектры промежуточного поглощения, полученные при фотолизе ХАИ в метаноле и этаноле очень похожи на спектры, полученные в водных растворах. Максимум поглощения сдвинут по сравнешпо с водным раствором в красную область на 420 нм в метаноле и на 410

нм в этаноле. Скорость уменьшения XAN" (наблюдаемая на 410 нм), как и в водных растворах, равна скорости восстановления исходного вещества (наблюдаемой на 345 нм), и также не зависит от присутствия ацетона или кислорода в растворе. Временные константы в спиртах значительно выше, чем в водных растворах.

При фотолизе в апротонных ДМФ и ДМСО наблюдается иная картина. На Рис. 3 показан спектр промежуточного поглощения, зарегистрированный через 200 не после лазерного

импульса при фотолизе раствора XAN (1.7х 10"4 М) в ДМФ, насыщенного аргоном. В спектре зарегистрирован сигнал с широким максимумом в области 560 нм, а также с интенсивным промежуточным поглощением от 280 до 320 нм, который быстро тушится кислородом. Дан-

Рис. 3. Спектр промежуточного поглощения, наблюдаемый через НЫЙ сигнал отнесён К три-200 не после импульсного лазерного облучения (355 км) раствора т

XAN в ДМФ под аргоном. На вставках показаны временные профи- ПЛетиому СОСТОЯНИЮ XAN.

ля при указанных длинах волн. п „

r J Детальное изучение кинети-

ческих кривых TXAN, полученных при анаэробных условиях, (вставка на Рис. 3, кинетики на 560 и 580 нм) позволило выявить, что скорость спада поглощения триплета зависит от длины волны наблюдения. Данное наблюдение свидетельствует о наличии более одной таутомер-ной формы триплетного состояния.

Остальные сигналы соответствуют поглощению короткоживущих интермедиатов, образующихся одновременно с триплетными состояниями, т.е. их предшественниками являются возбужденные синглетные состояния кето- и енольных форм XAN. Из вида кинетических кривых на разных длинах волн (вставки на Рис. 3) понятно, что сразу несколько частиц Вносят вклады в спектр. Формы кинетических кривых не зависят от концентрации исходного вещества или интенсивности лазера. Наиболее вероятно, что спектральные изменения в промежуточном поглощении обусловлено таутомерными преобразованиями различных форм XAN в основном состоянии. Анализ показывает, что по крайней мере три интермедиата участвует в реакции; тем не менее, вследствие сильного перекрытия спектров представляется затруднительным выделить индивидуальный вклад каждой частицы в спектр промежуточно-

го поглощения и предложить однозначную схему реакции. Похожие спектры и кинетики наблюдаются при фотолизе растворов ХЛЫ в ДМСО, что свидетельствует о схожей схеме реакций в обоих апротонных растворителях.

Реакции переноса протона между молекулой ХАИ и растворителем определяют высокую фотостабилыюсп. молекулы ХАЫ: основным каналом гибели фотовозбужденного состояния ХАК в водных и спиртовых растворах является таутомеризация в енольную форму с участием молекул растворителя, с последующим восстановлением исходной кето-формы, в котором также задействованы молекулы растворителя. В отсутствие доноров протонов (в апротонных растворителях) происходит значительное увеличение времени жизни фотовозбуждённого Б] состояния, таким образом, другие каналы дезактивации Б; - флуоресценция, интеркомбинационная конверсия и внутримолекулярный перенос протона - становятся основными.

В четвёртой главе описано тушение триплетного кинуренина (ТКК) шггроксильными радикалами (ИКО") различного строения. Тушение ТКЫ нитроксидами исследовалось на установке напосекундного лазерного импульсного фотолиза. Спектр промежуточного поглощения, наблюдаемый через 280 не после лазерного импульсного облучения водного раствора кинуренина (1.6 х 10ц М, буферный раствор рН7.2), приведен на Рис. 4а. Аналогичные спектры наблюдались и при облучении растворов в присутствии ШЧО". Отрицательное поглощение с максимумом на 360 нм соответствует импульсному уменьшению концентрации кинуренина в основном состоянии, а положительное поглощение относится к ТКМ, оптический спектр которого имеет максимумы на длинах волн 280, 340 и 430 нм.

Кинетика гибели триплетного кинуренина ТКИ регистрировалась в максимуме его поглощения на длине волны 430 нм. На Рис. 4Ь показан спад сигнала ГКЫ в отсутствие добавок, а.также в присутствии различных концентраций 1ШО'. В присутствии радикала спад сигнала хорошо описывается экспоненциальной зависимостью. Полученные в результате эксперимента значения наблюдаемой константы линейно зависели от концентрации нитроксильных радикалов в диапазоне от 10"3 до 10"2 М. Значения констант скорости тушения для всех исследуемых радикалов, определенные по наклону зависимости наблюдаемой константы скорости гибели триплетного кинуренина от концентрации добавленного радикала, лежат в диапазоне 3-К> х 10* М"'с"'. .

Для одного из радикалов была измерена температурная зависимость константы скорости тушения триплетного кинуренина, из которой были определены значения параметров Аррениуса для этой константы: предэкспоненциальный множитель 1о%(А) = 12.0±0.7 и энер-

гию активации Е„ - 18±3 кДж/моль. Полученное значение Е„ очень близко к энергии активации для вязкости воды (19 кДж/моль), что свидетельствует о том, что реакция тушения является диффузионно-контролируемой.

а)

Ь)

300

500

600

0,оо-И. 0

2

4

6

8

Х/НМ

Время/мкс

Рис. 4. (а) Спектры промежуточного поглощения при фотолизе водного раствора К,\ в присутствии ЮЧО": 1 - 280 не после лазерного импульса, 2-8 икс после лазерного импульса. Сплошная линия 3 -спектр поглощения исходного КГУ. (Ь) Кинетические кривые спада сигнала в присутствии различных концентраций НГТО": 0 мМ (1), 0.53 мМ (2), 1.6 мМ (3) и 4.8 мМ (4). Сплошные линии - расчетные кривые. На вставке — зависимость наблюдаемой константы скорости гибели ТЮУ от концентрации ¡¿N0'.

Из Рис. 4а видно, что при тушении триплетного кинуренина нитроксильными радикалами (спектр, наблюдаемый через 8 мкс после лазерного импульса) в растворе не происходит формирования новых парамагнитных или диамагнитных продуктов реакции. Если бы тушение протекало по механизму переноса заряда, в спектрах наблюдались бы заметные сигналы поглощения этих радикалов. Таким образом, был сделан вывод, что тушение триплетного кинуренина нитроксильными радикалами происходит по обменному механизму:

где стрелками обозначены спины электронов взаимодействующих частиц.

Другим возможным механизмом тушения триплета кинуренина может быть перенос энергии с образованием возбуждённого КЬЮ', с последующей быстрой дезактивацией возбуждённого состояния. Оба механизма - обменный и перенос энергии - не приводят к образованию дополнительных продуктов реакции. В дальнейшем, для удобства будем считать, что тушение происходит по обменному механизму.

В результате проведенной работы установлено, что нитроксильные радикалы являются эффективными тушителями триплетных состояний кинуренина; при этом тушение происходит по обменному механизму, не приводящему к образованию дополнительных продуктов.

т,

:кк(1|) + яю'Ш -> ки(Т4) + 1ШО"(Т),

Пятая глава посвящена исследованию фотохимических свойств конъюгатов КЬ[-11КО\

Ж2

ын Вое

N4,

'О

т' "соон ни' "соон

б' 1 О'

Схема 3. Конъюгаты ки-нурешш - нитроксиль-ный радикал.

Иг

О- х О' 4

К^МО КЫ-Р^О

Методом лазерного импульсного фотолиза исследовано несколько различных по строению конъюгатов КЫ-ЯКО' (Схема 3) в водных и спиртовых растворах. На Рис. 5 показаны спектры промежуточного поглощения, полученные при облучении водного раствора КМ-1ШО' через 100 не и 2 мке после лазерного импульса.

Спектр, зарегистрированный через 100 нс после импульса лазера, аналогичен спектру, наблюдаемому при фотолизе КЫ (Рис 4а): отрицательное поглощение с максимумом на 360 нм соответствует импульсному уменьшению концентрации исходного вещества в основном состоянии, а положительное поглощешю, очевидно, следует отнести к триплетному состоянию тКЫ-ККО'. Однако интенсивность сигналов, наблюдаемая при фотолизе КЫ-1ШО\ оказалась значительно больше интенсивности сигналов при фотолизе К» в аналогичных экспериментальных условиях.

Гибель сигнала промежуточного оптического поглощения происходит в две стадии (Рис. 6, сплошная линия). На первой стадии наблюдается быстрый экспоненциальный спад сигнала с временной константой 1 = 145 не. По завершении быстрой стадии (спектр, полученный через 2 мке после импульса, Рис. 5), наблюдается остаточное поглощение, которое медленно убывает в микросекундной временной шкале. Наиболее вероятно, наблюдаемое остаточное поглощение следует отнести к поглощению короткоживущих радикалов, образованных вследствие внутримолекулярного переноса электрона от юшурени-

350 400 450 длина волны / нм

Рис. 5. Спекгтры промежуточного поглощения, наблюдаемые через 100 нм (квадраты) и 2 мке (кружки) после лазерного импульса при облучении водных растворов ЮЧ-Ш^О* в анаэробных условиях. Сплошной линией показан спектр оптического поглощения исходного ЮЧ-ШУтО\

о

о

<

новой части молекулы к нитроксильной: спектр промежуточного поглощения через 2 мкс после импульса схож со спектром катион-радикала КЫ+\

Качественно схожие результаты получены при фотолизе водных растворов копъюгатов, а также растворов КН-1ШО" в метаноле. При фотолизе насыщенных кислородом растворов в метаноле наблюдаются только очень слабые сигналы на уровне шумов. Это подтверждает, что наблюдаемый в анаэробных условиях сигнал относится к триплетному состоянию, которое быстро тушится кислородом: растворимость кислорода в метаноле значительно выше, чем в воде.

Интенсивности сигналов и константы

0.01 М ТЕМР01.

1 2 Время, мкс

Рис. 6. Кинетические кривые промежуточного поглощения, наблюдаемые на 430 ни при фотолизе водного раствора КМ-К2*<0' в присутствии ТЕМРОЬ и без добавок в анаэробных условиях.

скорости гибели тришетных состояний для разных образцов заметно различаются. Несмотря на это, во всех случаях время жизни и интенсивность сигналов триплетов в метаноле больше, чем в воде, а интенсивность поглощения радикала, образовавшегося после гибели триплета, ниже. Квантовые выходы триплетного состояния и образования короткоживущих радикалов определены по начальной интенсивности сигналов (поглощение триплетного состояния) и по интенсивности сигнала после завершения процесса гибели триплета (поглощение катион-радикала), измеренного при 430 нм. Для каждого образца значения получены при 4-5 измерениях с различной интенсивностью лазера - от 30 до 120 мДж/импульс. Результаты сопоставлены со значениями для ТЮ<Г, полученными при фотолизе растворов КИ в аналогичных экспериментальных условиях. Таким образом, определены значения квантовых выходов триплетных состояний Фт и образования радикалов Фя при фотолизе KN-R.NO* относительно квантового выхода триплетного кинуренина Фт(КЫ). Вычисленные значения квантовых выходов представлены в Таблице 1.

Методом стационарного фотолиза измерена фотостабильность некоторых образцов в различных растворителях. Стационарный фотолиз КЫ и коньюгатов КЫ-1ШО* проводился в аэробных (насыщенных кислородом) и анаэробных (насыщенных аргоном) условиях. Скорости разложения вещества померены на линейном участке кинетики, при уровне распада вещества не более 30% методом ВЭЖХ. По полученным данным посчитаны значения кванто-

вых выходов фоторазложения при аэробных (Фох) и анаэробных (Ф„) условиях. Результаты вычислений приведены в Таблице 1.

Таблица 1. Значения времени жизни триплетного состояния (тт) и квантовых выходов образования триплетного состояния (Фт), радикала (Фк), квантовых выходов фоторазложення К1Ч-ШЧО° при анаэробных (Фяг) и аэробных (Ф„) условиях.______

Соединение Растворитель Тт, НС Фг Фк Ф„ Фол

КЫ н2о - 0.018±0.004" - (2.0±0.2)хШ'5 (2.8±0.5)х10^

КЫ-ЯгШ* Н20 100 0.12±0.02 0.04±0.01 - -

КЫ-ЯзКО' Н20 145 0.14±0.02 0.04±0.01 (2.9±0.4)х10"'! (3.3±0.6)хЮ";|

КЫ-^МО' н2о 59 0.11±0.03 0.16±0.04 (2.5±0.5)хЮ"1 -

кх МеОН - 0.06±0.01 - (6.2±0.9)х10"" (1.6±0.3)х10"4

КЛ-адЮ* МеОН 161 0.39±0.08 0.02±0.01 (1.9±0.5)х10"4 (2.2±0.4)хЮ"4

КЫ-ЯгШ* МеОН 1160 0.23±0.05 0.02±0.01 - -

КЫ-ЯзЫО' МеОН 714 0.23±0.05 0.008±0.003 (1.8±0.5)х10^ (3.1±0.7)хЮч

В конъюгатах КЫ-КМО" нитроксильная часть молекулы расположена близко к кияуре-ниновой, и может взаимодействовать не только с относительно долгоживущим триплетным состоянием, но и с возбужденным синглетным КК. Общая схема фотохимических процессов в КШ^ГО' изображена на Схеме 4.

При фотолизе коньюгатов К№1ШО' выход триплетного состояния в среднем в 7 раз

выше, чем для КЫ (Таблица 1). В данном случае увеличение квантового выхода следует отнести в основном к увеличению константы скорости интеркомбинационной конверсии, обусловленному спиновым обменом между фотовозбужденной частью ЮЧ и нитрок-сильной частью молекулы. Наличие нитроксильной группы, кроме того, усиливает интеркомбинационную конверсию триплетной ки-нуренияовой части конъюгата -R.no*, в результате которой происходит восстановление исходного вещества в основном состоянии.

^ля-юЮ"

Схема 4. Энергетическая диаграмма фотохимических процессов в конъюгатах Ш^-ШЧО'.

В отсутствие тушителей время жизни триплета ТКМ составляет десятки микросекунд. Время жизни триплета тКМ-1ШО' варьируется от 59 не до 1160 не (Таблица 1), и зависит от используемого растворителя и присоединённой нитроксильной части конъюгата. Наиболее короткое время жизни триплета (59 не) было зарегистрировано для ^КМ^ЫО" в водном растворе; в данном конъюгате соединительный мост между кинурениновой и нитроксильной частью является самым коротким, следовательно, при более коротком мосте усиливается обменное взаимодействие. По этой же причине квантовый выход катион-радикала +'КЛ\1-ИЖ)Н при фотолизе КМ-^ЫО* значительно выше, чем у остальных конъюгатов.

Квантовый выход фоторазложения является интегральным показателем фотохимических процессов, представленных на Схеме 4. К примеру, ускорение интеркомбинационной конверсии из возбуждённого синглетного состояния в триплетное может способствовать увеличению выхода АФК в реакции триплета с молекулярным кислородом, в то же время интеркомбинационная конверсия из триплетного состояния в основное, индуцировшшая спиновым обменом, усиливает фотостабильность молекулы. Как видно из Таблицы 1 основным фактором, определяющим фотостабильность конъюгатов KN-R.NO", является квантовый выход образования радикалов Фр.. Вследствие внутримолекулярного переноса электрона квантовые выходы фоторазложения для всех конъюгатов КЫ-Юч'О" выше, чем для КИ; соединение КЫ-^МО", имеющее наибольший квантовый выход образования радикалов, также показывает максимальный выход фоторазложения.

Ковалентное присоединение нитроксидов к молекуле кинуренина приводит к уменьшению времени жизни триплетов с десятков микросекунд до сотен наносекунд , а основным каналом дезактивации триплетного состояния является интеркомбинационная конверсия по механизму спинового обмена. Однако увеличение образования триплетных состояний данных соединений и, что наиболее важно, внутримолекулярный перенос электрона от фотовозбуждённой кинурениновой части к нитроксильной, делают конъюгаты KN-R.NO* менее фотостабильными, чем исходная молекула КМ. Тем не менее, фотостабильность синтезированных в данной работе конъюгатов КЫ-ГШО* гораздо выше, чем у циннаматов, которые широко используются в современной косметологии в качестве УФ-фильтра в солнцезащитных препаратах: сообщалось, что квантовый выход фотоизомеризации данных компонентов составляет 0.5-4.0. Таким образом, сочетание эндогенного хромофора кинуренина с шпрокси-дами обещает быть весьма полезным при использовании в солнцезащитных препаратах.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1) Предпочтительная форма ксантуреновой кислоты ХАИ в основном состоянии существенно зависит от растворителя. При физиологических условиях (нейтральный водный раствор) основным изомером является анионная кето-форма. В алротохшых растворителях ХАИ присутствует в как в кето-, так и в енольной формах, в щелочных растворах также возможно наличие двух таутомерных форм.

2) Основным каналом гибели фоговозбуждёпного Эг состояния ХАЫ в водных и спиртовых растворах является таутомеризация в енольную форму основного состояния с участием молекул растворителя, протекающая в пикосекундном временном диапазоне, с последующим восстановлением исходной кето-формы, в котором также участвуют молекулы растворителя. В процессе дезактивации состояния в) растворитель играет определяющую роль: в менее протонном растворителе дезактивация происходит за большее время. В а1 фотонных растворителях молекула ХАЫ не может претерпеть реакции переноса протона с участием молекул растворителя, что приводит к образованию коротко-живущих промежуточных форм ХАЫ в триплетном и основном состояниях.

3) Тушение ТКИ нитроксильными радикалами ЯМО' происходит по обменному механизму, что не приводит к формированию новых парамагнитных или диамагнитных продуктов реакции. Восстановленные формы нитроксильных радикалов, 1ШОН, не вступают в реакцию с триплетным состоянием кинуренина.

4) Ковалентное присоединение нитроксидов к молекуле кинуренина приводит к уменьшению времени жизни триплетного состояния с десятков микросекунд до сотен наносекунд, а основным каналом дезактивации триплетного состояния коньюгатов КМ-М^О" является интеркомбинационная конверсия, индуцированная внутримолекулярным обменом спинами. Таким образом, сочетание эндогенного хромофора кинуренина с нит-роксидами является весьма перспективным для создания новых активных компонентов солнцезащитных препаратов.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. В. В. Яньшоле, И. А. Кирилюк, И. А. Григорьев, С. В. Морозов, Ю. П. Центалович. Изучение антиоксидантных свойств нитроксильных радикалов и гидроксиламинов при взаимодействии с триплетным и дезаминированным кинуренином // Изв. АН Сер. хим. 2010. №1. с.67-75.

2. V. V. Yanshole, P. S. Sherin, N. P. Gritsan, O. A. Snytnikova, V. I. Mamatyuk, J. Grilj, E. Vauthey, Yu. P. Tsentalovich. Photoinduced tautomeric transformations of xanthurenic acid // Phys. Chem. Chem. Phys. 2010. V.12. P. 9502-9515.

3. P. S. Sherin, J. Grilj, L. V. Kopylova, V. V. Yanshole, Yu. P. Tsentalovich and E. Vauthey. Photophysics and photochemistry of UV filter kynurenine covalently attached to amino acids and to a model protein//J. Phys. Chem. B. 2010. V.114. P. 11909-11919.

4. Yu. P. Tsentalovich, V. V. Yanshole, Yu. F. Polienko, S. V. Morozov, I. A. Grigor'ev. Deactivation of excited states of kynurenine covalently linked to nitroxide radicals. // Photochem. Photobiol. 2011. V.87. P. 22-31.

5. V. Yanshole, Yu. Tsentalovich, S. Morozov, I. Kirilyuk, I. Grigor'ev, "Reactions of nitroxtdes with kynurenine-dertved intermediates", 5 th International Conference on Nitroxide Radicals SPIN 2008, 7-11 September 2008, Ancona, Italy. P58.

6. Яньшоле B.B., Центалович Ю.П., Шерин П.С., Грицан Н.П., "Фотоиндуцированные та-утамерные преобразования ксантуреновой кислоты", XXI Симпозиум "Современная химическая физика", 25 сентября - 6 октября 2009, Туапсе, Россия, с.42.

7. Yu. P. Tsentalovich, О. A. Snytnikova, P. S. Sherin, L. V. Kopylova and V. V. Yanshole. "Photochemical and thermal reactions of UV filters contained in the human lens" Central European conference on photochemistry (CECP 2010), 7-11 February 2010, Bad Hofgastein, Austria, p. 43, 024.

8. Ю. Ф. Полиенко, И. А. Григорьев, С. В. Морозов, Е. И. Черняк, В. В. Яньшоле, Ю. П. Центалович "Новые УФ-филътры на основе спин-меченого DL-кинуретша", Международный симпозиум "Advanced Science in Organic Chemistry", 21-25 июня, 2010, Мисхор, Крьм, У-38. (International Symposium on Advanced Science in Organic Chemistry, Miskhor, Crimea, June 21-25,2010)

9. Vadim Yanshole, Yuri Tsentalovich, Peter Sherin, Nina Gritsan, Eric Vauthey "Photochemical properties of xanthurenic acid — a chromophore present in the cataractous lens", XXIII IU-PAC Symposium on Photochemistry, 11-16 July, 2010, Ferrara, Italy, p. 456.

10. Ю.Ф. Полиенко, И.А. Григорьев, C.B. Морозов, Е.И. Черняк, В.В. Яньшоле, «Новые УФ-филътры на основе спин-меченого DL-кинуренина», XIII Молодежная школа-конференция «Актуальные проблемы органической химии», 12-19 сентября 2010, Новосибирск, Россия., с. 156.

Яньшоле Вадим Владимирович

ИЗУЧЕНИЕ ФОТОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ С УЧАСТИЕМ МОЛЕКУЛЯРНОГО УФ-ФИЛЬТРА КИНУРЕЮША И ЕГО ПРОИЗВОДНЫХ - КСАНТУРЕНОВОЙ КИСЛОТЫ И КОНЪЮГАТОВ КИНУРЕНИНА С НИТРОКСИЛЬНЫМИ РАДИКАЛАМИ.

Автореф. дисс. на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук. Подписано в печать Í0.02.2011. Заказ №10. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Отпечатано в типографии Института катализа СО РАН 630090 Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 5

Список используемых сокращений.

Схемы соединений.

Введение.

Глава I. Обзор литературы.

1.1. Термические и фотохимические реакции производных кинуренина.

1.1.1. Кинурениновый путь метаболизма триптофана.

1.1.2. Термические реакции молекулярных УФ-фильтров.

1.1.3. Фотохимические реакции УФ-фильтров.

1.2. Гидроксихинолины и ксантуреновая кислота.

1.2.1. Механизмы образования НС^Ы и ХАТМ в хрусталике.

1.2.2. Свойства основного состояния гидроксихинолинов.

1.2.3. Фотохимические свойства гидроксихинолинов.

1.3. Нитроксильные радикалы.

1.3.1. Циклические нитроксильные радикалы.

1.3.2. Антиоксидантные свойства: реакции со свободными радикалами.

1.3.3. Тушение возбуждённых состояний нитроксильными радикалами.

1.4. Трёхспиновые системы, конъюгаты хромофор-нитроксид.

1.4.1. Спиновый катализ: взаимодействие с радикальными парами.

1.4.2. Взаимодействие с возбуждёнными состояниями.

1.5. Постановка задачи.

Глава II. Экспериментальная часть.

2.1. Материалы и реактивы.

2.2. Синтез соединений.

2.2.1. 4-(2-Аминофенил)-4-оксокротоновая кислота (СКА).

2.2.2. Нитроксильные радикалы и гидроксиламины.

2.2.3. Конъюгаты кинуренин - нитроксильный радикал (KN-R.NO*).

2.3. Стационарные методы исследования.

2.3.1. Оптическая спектроскопия.

2.3.2. Масс-спектрометрия.

2.3.3. ЯМР и ЭПР-спектрометрия.

2.3.4. Стационарный фотолиз.

2.3.5. Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ).

2.3.6. Квантовохимические расчёты.

2.4. Времяразрешённые методы исследования.

2.4.1. Наносекундный лазерный импульсный фотолиз.

2.4.2. Фемтосекундный лазерный импульсный фотолиз (pump-probe).

2.4.3. Флуоресценция с фемтосекундным временным разрешением (upconversion)

2.4.4. Программное обеспечение.

2.4.5. Анализ данных флуоресценции.

Глава III. Фотоиндуцированные таутомерные преобразования ксантуреновой кислоты.

3.1. Свойства XAN в основном состоянии.

3.1.1. Спектры оптического поглощения.

3.1.2. Спектры и квантовые выходы флуоресценции.

3.1.3. Спектры ЯМР.

3.1.4. Таутомерное и кислотно-основное равновесие XAN в основном состоянии.

3.2. Ультрабыстрая динамика гибели возбужденных состояний XAN.

3.2.1. Исследование эволюции флуоресценции с фемтосекундным временным разрешением (up-conversion).

3.2.2. Исследование промежуточного поглощения с фемтосекундным временным разрешением.

3.3. Наносекундный лазерный импульсный фотолиз (ЛИФ).

3.3.1. 266 нм фотолиз водных растворов XAN.

3.3.2. 355 нм фотолиз водных растворов XAN.

3.3.3. 355 нм фотолиз растворов XAN в спиртах.

3.3.4. 355 нм фотолиз растворов XAN в ДМФ и ДМСО.

3.3.5. Фотоионизация XAN.

3.3.6. Фотоиндуцированные таутомерные преобразования XAN.

Хрусталик глаза является уникальным органом человеческого тела. Он наделён всеми необходимыми свойствами для обеспечения хорошего зрения человека — проведением падающих световых лучей и их фокусировкой на сетчатке.

Прозрачность хрусталика достигается за счёт ликвидации почти всех внутриклеточных органелл, а также сосудов и нервов * на пути света [1]. Из всех клеток хрусталика лишь один- монослой эпителиальных клеток на передней поверхности и несколько слоев вновь синтезированных нитевидных клеток на задней поверхности содержат заметное количество органелл (таких, как митохондрии [2]), способных рассеивать свет. Остальной хрусталик состоит из длинных нитевидных клеток с шестиугольным профилем и очень плотной степенью упаковки, таким образом, в хрусталике почти нет межклеточного пространства. Коэффициент преломления создаётся благодаря высокой концентрации белков — кристаллинов (до 40% от общей массы) в плотноупакованных нитевидных клетках. Показатель преломления хрусталика за счет этого достигает величины ~1.4 [3]. Кристаллины присутствуют и в других тканях организма, однако в существенно меньшей концентрации. Фокусировка световых;лучей достигается изменением формы хрусталика за счёт мышц, поддерживающих хрусталик. При ослаблении мышц происходит восстановление исходной формы, благодаря эластичности хрусталика и его внутренних тканей. При прохождении света через хрусталик происходит фильтрация ультрафиолетового (УФ) излучения длинноволнового (УФ-А) диапазона. Фильтрующие свойства хрусталика были продемонстрированы в работе [4]: пациенты с афакией (отсутствием хрусталика) могли видеть предметы в комнате, освещенной УФ-светом диапазона 290-365 нм, в то время как люди, у которых глаза содержат хрусталики, не видели ничего. Таким образом, было показано, что именно в хрусталике происходит поглощение света УФ-А диапазона.

Однако ни одна биологическая система не идеальна. Вследствие перечисленных особенностей строения в хрусталике замедлен обмен метаболитов, который осуществляется только за счёт диффузии, а также не происходит обновления белков и клеток. Таким образом, полученное вследствие каких-либо воздействий повреждение белков хрусталика будет довольно долго восстанавливаться из-за медленной диффузии антиоксидантов из внешних тканей к области повреждения, а в некоторых случаях повреждения будут аккумулироваться.

Известно, что с годами в хрусталике могут накапливаться модифицированные белки, что приводит к образованию больших нерастворимых агрегатов, на которых рассеивается попадающий свет; вследствие этого, хрусталик становится желто-коричневым, мутным и в целом непригодным к функционированию по назначению. Таким образом, в хрусталике развивается заболевание, известное как катаракта. По данным Всемирной организации здравоохранения, это заболевание является главной причиной нарушения зрения на планете; в значительной степени риску заболевания катарактой подвержено население земного шара, перешагнувшее рубеж в 50 лет [5, 6]. Молекулярные механизмы образования катаракты на данный момент остаются невыясненными. В настоящее время катаракту молено вылечить лишь хирургическим вмешательством - удалить естественный помутневший хрусталик и имплантировать искусственный. Очевидно, что свойства имплантата далеки от природных, и поэтому зрение не может быть восстановлено в полной мере. Не существует и лекарства, способного восстанавливать прозрачность хрусталика. Поэтому выяснение молекулярных механизмов образования катаракты является важным для прикладных применений.

На сегодняшний день считается, что в основе катаракты лежит накопление модификаций кристаллинов под воздействием окислительного стресса. Одним из возможных источников появления окислительного стресса является продолжительное ультрафиолетовое облучение. Как известно, глаза и кожа человека неизменно испытывают воздействие падающего солнечного УФ-излучения. Практически весь спектр высокоэнергетического УФ-излучения (УФ-С, 100-=-280 нм) и приблизительно 90% диапазона средней энергии (УФ-В, 280-315 нм) поглощается озоном, а также водяным паром, кислородом и углекислым газом при прохождении солнечного света через земную атмосферу. Излучение из низкоэнергетического диапазона (УФ-А, 315-^-400 нм) достаточно слабо поглощается атмосферой. Поэтому радиация, достигающая поверхности Земли и попадающая на ткани, в значительной степени содержит ближний ультрафиолет УФ-А, и, в небольшой доле - УФ-В. При попадании на ткани глаза УФ-В излучение в значительной степени поглощается роговицей. С увеличением длин волн ультрафиолета возрастает глубина его проникновения внутрь глаза, причем это излучение (УФ-А) почти полностью поглощается хрусталиком.

Поглощение УФ-света в хрусталике осуществляется благодаря семейству молекулярных УФ-фильтров — кинуренина (КЫ) и его производных (Рис. 1.2 и Рис. 1.3). Сам КИ является производным от аминокислоты триптофан, и обладает сильным поглощением в УФ-диапазоне от 300 до 400 нм.

Молекулярные УФ-фильтры являются химически и фотохимически стабильными: при условиях, близких к физиологическим, квантовый выход фоторазложения кинуренина равен ~1-2х10"5, а время жизни кинуренина может быть оценено, как несколько недель

7]. Данные соединения имеют малое время жизни возбужденного состояния и являются слабыми фотосенсибилизаторами, а возбуждённое синглетное состояние кинуренина быстро тушится в пикосекундной временной шкале по механизму внутренней конверсии

8]. Таким образом, в молекуле КМ происходит конверсия попадающей световой энергии в тепловую в результате безызлучательного перехода 8[ —> Бо. Исходя из этого, был сделан вывод, что кинуренин и его производные служат УФ-фильтрами глаза, защищая сетчатку и сам хрусталик от фотоиндуцированных повреждений.

Несмотря на это, фотохимические, термические и ферментативные реакции кинуренина и его производных могут образовывать химически-активные частицы, способные взаимодействовать с белками хрусталика, вызывая их модификации. В литературе было сделано предположение, что подобные реакции с кристаллинами могут вносить важный вклад в,развитие возрастной катаракты глаза [9-12].

В частности, УФ-облучение водных растворов КЫ приводит к образованию триплетного состояния ТКЫ с квантовым выходом около 2%. Триплетное состояние является химически высокоактивным и способно претерпевать реакции переноса электрона с аминокислотными остатками белков, образуя радикалы. Спонтанное дезаминирование КИ и его производных при физиологических условиях ведёт к образованию высокореакционных карбоксикетоалкенов, способных связываться с нуклеофильными белковыми остатками (цистеин, лизин и гистидин), нарушая функциональность белков и повышая их восприимчивость к УФ-облучению.

Химические и фотохимические реакции с участием УФ-фильтров также могут приводить к образованию гидроксихинолинов (НСЯЧ; Рис. 1.4). 4-гидроксихинолин (4НС?М) является одним из конечных продуктов термического и фотохимического разложения КЫ при физиологических условиях (нейтральный водный раствор, Т = 37°С). Кроме того, в хрусталике может образоваться 4,8-дигидроксихинолин-2-карбоксильная кислота (ксантуреновая кислота, ХАИ; Рис. 1.4). Образование ХЛЫ из производного КИ, 3-гидроксикинуренина (ЗОНКЫ), может происходить либо ферментативно - под действием на ЗОНКЫ фермента кинуренин-аминотрансферазы, либо при его спонтанном дезаминировании до карбоксикетоалкена, с последующей циклизацией и окислением. В литературе сообщалось о наличии ХАК и её гликозида в катарактальных человеческих хрусталиках; в то же время в нормальных человеческих хрусталиках ХАЫ обнаружено не было. Это может свидетельствовать о том, что ХАЫ является более реакционным

10 соединением, чем молекулярные УФ-фильтры: в нормальных хрусталиках это соединение быстро исчезает в результате реакций с антиоксидантами, в то время как в катарактальных хрусталиках, где наблюдается пониженный уровень антиоксидантов, это соединение может накапливаться в достаточных для, детектирования количествах. Одной из задач-данной работы являлось, исследование свойств данного соединения в основном и фотовозбуждённом состояниях, а также изучение фотоиндуцированных реакций ХАИ с целью определить, может ли данное соединение являться хромофором, участвующим в катарактогенезе.

Солнечное излучение полезно для организма: оно способствует выработке витамина О (а точнее, переходу из неактивной формы витамина О в активную), способствует синтезу гормона радости серотонина, улучшению кровообращения в коже, увеличению количества антител, т.е. общему повышению иммунитета. Однако длительное воздействие солнечного излучения на кожные покровы может привести к развитию различных заболеваний, таких как ожоги, эпидермоидный рак или базально-клеточный рак. Для защиты кожи от избыточной солнечной радиации современная фармакология предлагает широкий выбор солнцезащитных кремов и лосьонов. Основными действующими компонентами этих средств являются молекулы, эффективно поглощающие или рассеивающие УФ-А и УФ-В излучение. Одним из основных минусов солнцезащитных препаратов является образование свободных радикалов из активных компонентов этих средств вследствие их разложения под воздействием УФ-излучения. В свою очередь, свободные радикалы способствуют образованию активных форм кислорода (АФК), тем самым вызывая перекисное окисление лппидов, что приводит к преждевременному старению клеток« и даже к увеличению риска образования злокачественной меланомы - более редкой, но более опасной формы рака кожи.

Недавние исследования показали, что присутствие' радикальных ловушек в солнцезащитных препаратах может дать заметный положительный эффект как с точки зрения замедления старения, кожи, так и- для * уменьшения фотоповреждений кожных покровов, вызванных продолжительным солнечным облучением. В работах [13, 14] с этой целью был предложен синтез хромофора — октилметоксициннамата (ОМС), ковалентно связанного с нитроксильными радикалами (ШМО*). Было показано, что полученные соединения поглощают УФ-излучение, а также обладают антиоксидантными свойствами, обусловленными способностью нитроксильных радикалов захватывать свободные радикалы. Однако квантовый выход фоторазложения ОМС близок к единице (Ф = 0.5-И .0) [15], таким образом, поиск более фотостабильного соединения для синтеза подобного конъюгата является актуальной прикладной задачей для изготовления солнцезащитных препаратов.

В данной работе предпринята попытка синтеза кинуренина, ковалентно связанного с нитрокснльными радикалами (конъюгаты КК-ГШО'). Выбор кинуренина в качестве хромофора обусловлен его свойствами. Во-первых — кинуренин поглощает УФ-излучение в области ЗОО-ИОО нм, т.е. УФ-А и УФ-В областях. Во-вторых - это природная аминокислота, которая выполняет функцию УФ-фильтра в хрусталике глаза человека и приматов, защищает- ткани сетчатки и самого хрусталика от фотоиндуцированных повреждений и обладает высокой химической и фотохимической стабильностью. И, в-третьих, дезактивация фотовозбужденных молекул УФ-фильтров происходит по механизму внутренней конверсии и не приводит к образованию радикальных частиц.

Целями настоящей работы является:

1) Исследовать свойства ХАИ в основном и фотовозбуждённом состояниях, изучить фотоиндуцированные процессы в молекуле ХАИ в различных растворителях; т

2) Установить механизмы тушения триплетного состояния КИ нитрокснльными радикалами;

3) Исследовать фотостабильность и оптические свойства конъюгатов КТЯ-ЮЯО'.

Настоящая диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы.

5.3. Заключение

Ковалентное присоединение нитроксидов к молекуле кинуренина приводит к уменьшению времени жизни триплетов с десятков микросекунд до сотен наносекунд, а основным каналом дезактивации триплетного состояния является интеркомбинационная конверсия по обменному механизму. Однако увеличение образования триплетных состояний данных соединений и, что наиболее важно, внутримолекулярный перенос электрона от фотовозбуждённой кинурениновой части к нитроксильной, делают конъюгаты KN-R.NO* менее фотостабильными, чем исходная молекула КМ. Тем не менее, фотостабильность синтезированных в данной работе конъюгатов КЫ-1ШО* гораздо выше, чем у циннаматов, которые широко используются в современной косметологии в качестве УФ-фильтра в солнцезащитных препаратах: сообщалось, что квантовый выход фотоизомеризации данных компонентов составляет 0.5-Н.0 [15]. Таким образом, сочетание эндогенного хромофора кинуренина с нитроксидами обещает быть весьма полезным при использовании в солнцезащитных препаратах. Разработка новых активных компонентов солнцезащитных препаратов, основанных на конъюгатах хромофор-нитроксид, требует поиска соединений, для которых образование триплетного состояния и перенос электрона минимальны.

Предпочтительная форма кеантуреновой кислоты ХАИ в основном состоянии существенно зависит от растворителя. При физиологических условиях (нейтральный водный раствор) основным изомером является анионная кето-форма. В апротонных растворителях ХАИ присутствует в как в кето-, так и в енольной формах, в щелочных растворах также возможно наличие двух таутомерных форм. Основным каналом гибели фотовозбуждённого 81 состояния ХАМ в водных и спиртовых растворах является таутомеризация в енольную форму основного состояния с участием молекул растворителя, протекающая в пикосекундном временном диапазоне, с последующим восстановлением исходной кето-формы, в котором также участвуют молекулы растворителя. В процессе дезактивации состояния 81 растворитель играет определяющую роль: в менее протонном растворителе дезактивация происходит за большее время. В апротонных растворителях молекула ХАМ не может претерпеть реакции переноса протона с участием молекул растворителя, что приводит к образованию короткоживущих промежуточных форм ХАМ в триплетном и основном состояниях. Тушение ТКМ нитроксильными радикалами КЖУ происходит по обменному механизму, что не приводит к формированию новых парамагнитных или диамагнитных продуктов реакции. Восстановленные формы нитроксильных радикалов, КМОН, не вступают в реакцию с триплетным состоянием кинуренина. Ковалентное присоединение нитроксидов к молекуле кинуренина приводит к уменьшению времени жизни триплетного состояния с десятков микросекунд до сотен наносекунд, а основным каналом дезактивации триплетного состояния коньюгатов КМ-ИМО* является интеркомбинационная конверсия, индуцированная внутримолекулярным обменом спинами. Таким образом, сочетание эндогенного хромофора кинуренина с нитроксидами является весьма перспективным для создания новых активных компонентов солнцезащитных препаратов.

1. Bassnett S. Lens organelle degradation // Exp. Eye Res. 2002. 74. 1-6.

2. McNuIty R., Wang H., Mathias R. Т., Ortvverth B. J., Truscott R. J. W., Bassnett S. Regulation of tissue oxygen levels in the mammalian lens II J. Physiol. 2004. 559, 883-898.

3. Hecht E. Optics, 2nd ed. San Francisco: Addison Wesley, 1987. 178. ISBN 0-201-11609-X.

4. Wald G. Alleged Effects of the Near Ultraviolet on Human Vision // J. Opt. Soc. Am. 1952. 42. 171-177.

5. World Health Organisation. Электронный ресурс. Fact Sheet N 282. May 2009. URL: http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs282/en/index.html (дата обращения 19.09.2010)

6. World Health Organisation. Электронный ресурс. Global Initiative for the Elimination of Avoidable Blindness. WHO/PBL/97.61. Geneva: WHO, 1997 URL: http://whqlibdoc.who.int/hq/l 997/WHOPBL97.61Rev. 1 .pdf (дата обращения 19.09.2010)

7. Tsentalovich Yu. P., Snytnikova O. A., Sherin P. S., Forbes M. D. E. Photochemistry of Kynurenine, a Tryptophan Metabolite: Properties of the Triplet State // J. Phys. Chem. A. 2005. 109.3565-3568.

8. Sherin P. S., Grilj J., Tsentalovich Yu. P., Vauthey E. Ultrafast Excited-State Dynamics of Kynurenine, a UV Filter of the Human Eye // J. Phys. Chem B. 2009. 113, 4953-4962.

9. Dillon J., Wang R. H., Atherton S. J. Photochemical and photophysical studies on human lens constituents II Photochemistry andPhotobiology. 1990. 52. 849-854.

10. Hood B. D., Garner В., Truscott R. J. W. Human lens coloration and aging. Evidence for crystallin modification by the major ultraviolet filter, 3-hydroxykynurenine glucoside // J. Biol. Chem. 1999.276. 32547-32550.

11. Vazquez S., Aquilina J. A., Jamie J. F., Sheil M. M., Truscott R. J. W. Novel protein modification by kynurenine in human lenses II J. Biol. Chem. 2002. 277. 4867-4873.

12. Центалович Ю. П., Снытникова О. А., Сагдеев Р. 3. Фотохимические и термические реакции кинуренинов // Успехи химии. 2008. 77. 844—853.

13. Damiani Е., Astolfi P., Cionna L., Ippoliti F., Greci L. Synthesis and application of a novel sunscreen-antioxidant // Free Radio. Res. 2006. 40. 485—494.

14. Venditti E., Spadoni Т., Tiano L., Astolfi P., Greci L., Littarru G.P., Damiani E. In vitro photostability and photoprotection studies of a novel 'multi-active' UV-absorber II Free Radic. Biol Med. 2008. 45. 345-354.

15. Morliere P., Avice O., Melo T. S., Dubertret L., Giraud M., Santus R. Study of the photochemical properties of some cinnamate sunscreens by steady state and laser flash photolysis // Photochem. Photobiol. 1982. 36. 395-399.

16. Moroni F. Tryptophan metabolism and brain function: focus on kynurenine and other indole metabolites // Eur J. Pharmacol. 1999. 375. 87-100.

17. Beadle G. W., Mitchell H. K., Nyc J. F. Kynurenine as an intermediate in the formation of nicotinic acid from tryptophane by neurospora // Proc. Natl. Acad. Sci. U SA. 1947. 33. 155-158.

18. Knox W. E., Mehler A. H. The conversion of tryptophan to kynurenine in liver: I. The coupled tryptophan peroxidase-oxidase system forming formylkynurenine II J. Biol. Chem. 1950. 187.419-430.

19. Okamoto IT., Yamamoto M., Nazaki M., Hayashi O. On the submitochondrial localization of l-kynurenine-3-hydroxylase // Biochem.Biophys.Res.Commun. 1967. 26. 309314.

20. Butenandt A., Schafer W. Ommochromes / Recent progress in the chemistry of natural and synthetic colouring matters and related fields; edited by Gore T.S.; Joshi B.S.; Sunthaukar S.V.; Tilak, B.D.; New York: Academic Press, 1962. 13-33.

21. Okuda S., Nishiyama N., Saito H., Katsuki H. 3-Hydroxykynurenine, an endogenous oxidative stress generator, causes neuronal cell death with apoptotic features and region selectivity// J. Neurochem. 1998. 70. 299-307.

22. Wood A. M., Truscott R. J. W. UV filters in human lenses: tryptophan catabolism // Exp. Eye Res. 1993.56.317-325.

23. Truscott R. J. W., Wood A. M., Carver J. A., Sheil M. M., Stutchbury G. M., Zhu J., Kilby G. W. A new UV-filter compound in human lenses //FEBS Lett. 1994. 384. 173-176.

24. Wood A. M., Truscott R. J. W. Ultraviolet filter compounds in human lenses: 3— hydroxykynurenine glucoside formation // Vis. Res. 1994. 34. 1369-1374.

25. Bova L. M., Wood A. M., Jamie J. F., Truscott R. J. W. UV filter compounds in human lenses: the origin of 4-{2-amino—3-hydroxyphenyl)—4—oxobutanoic acid O—beta-D-glucoside //Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 1999. 40. 3237-3244.J

26. Dillon J., Atherton S. J. Time resolved spectroscopic studies of the intact human lenses // Photochem. Photobiol. 1990. 51. 465-468.

27. Taylor L. M., Aquilina J. A., Jamie J. F., Truscott R. J. W. UV filter instability: consequences for the human lens // Exp. Eye Res. 2002. 75. 165-175.

28. Tsentalovich Yu. P., Snytnikova O. A., Forbes M. D. E., Chernyak E. I., Morozov S. V. Photochemical and thermal reactivity of kynurenine // Exp Eye Res. 2006. 83. 1439-1445.

29. Mizdrak J., Hains P. G., Kalinowski D., Truscott R. J. W., Davies M. J., Jamie J. F. Novel human lens metabolites from normal and cataractous human lenses // Tetrahedron. 2007.63. 4990-4999.

30. Stutchbury G. M., Truscott R. J. W. The modification of proteins by 3-hydroxykynurenine // Exp Eye Res. 1993.57. 149-155.

31. Aquilina J. A., Carver J. A., Truscott R. J. W. Oxidation products of 3-hydroxykynurenine bind to lens pioteins: relevance for nuclear cataract // Exp. Eye Res. 1997.64. 727-735.

32. Taylor L. M., Aquilina J. A., Jamie J. F., Truscott R. J. W. Glutathione and NADH, but not ascorbate, piotect lens proteins from modification by UV filters // Exp. Eye Res. 2002. 74. 503-511.

33. Aquilina J. A., Truscott R. J. W. Cysteine is the initial site of modification of alpha-crystallin by kynurenine // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2000. 276. 216-223.

34. Garner B., Vazquez S., Griffith R., Lindner R. A., Carver J. A., Truscott R. J. W. Identification of glutathionyl-3-hydroxykynurenine glucoside as a novel fluorophore associated with aging of the human lens U J. Biol. Chem. 1999. 274. 20847-20854.

35. Bova L. M., Sweeney M. H., Jamie J. F., Truscott R. J. W. Major changes in human ocular UV protection with age II Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2001. 42. 200-205.

36. Korlimbinis A., Truscott R. J. W. Identification of 3-hydroxykynurenine bound to protein in the human lens. A possible role in age-related nuclear cataract II Biochemistry. 2006. 45. 1950-1960.

37. Parker N. R., Korlimbinis A., Jamie J. F., Davies M. J., Truscott R. J. W. Reversible binding of kynurenine to lens proteins: potential protection by glutathione in young lenses // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2007. 48. 3705-3713.

38. Vazquez S., Garner В., Sheil M. M., Truscott R. J. W. Characterisation of the major autoxidation products of 3-hydroxykynurenine under physiological conditions // Free Radic. Res. 2000. 32. 11-23.

39. Hiraku Y., Inoue S., Oikawa S., Yamamoto K., Tada S., Nishino K., Kawanishi S. Metalmediated oxidative damage to cellular and isolated DNA by certain tryptophan metabolites // Carcinogenesis. 1995. 16. 349-356.

40. Krishna С. M., Uppuluri S., Riesz P., Zigler J. S., Balasubramanian D. A study of the photodynamic efficiencies of some eye lens constituents // Photochem. Photobiol. 1991. 54. 51-58.

41. Pileni M. P., Santus R., Land E. J. On the photosensitizing properties of N-formylkynurenine and related compounds // Photochem. Photobiol. 1978. 28. 525-529.

42. Reszka K. J., Bilski P., Chignell C. F., Dillon J. Free radical reactions photosensitized by the human lens component, kynurenine: an EPR and spin trapping investigation // Free Radical Biol. Med. 1996.20. 23-34.

43. Luthra M., Balasubramanian D. 3-hydroxykynurenine and 3-hydroxyanthranilic acid may act as endogenous antioxidants in the eye lens II Exp Eye Res. 1992. 55. 641-643.

44. Snytnikova O. A., Sherin P. S., Tsentalovich Yu. P. Biphotonic ionization of kynurenine and 3-hudroxykynurenine // J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 2007. 186. 364-368.

45. Atherton S. J., Dillon J., Gaillard E. R. A pulse radiolysis study of the reactions of 3-hydroxykynurenine and kynurenine with oxidizing and reducing radicals // Biochim. Biophys. Acta. 1993. 1158. 75-82.

46. Снытникова О. А., Шерин П. С., Копылова JI. В., Центалович Ю. П. Кинетика и механизм реакций фотовозбужденного кинуренина с молекулами биологических соединений // Изв. АН. Сер. хим. 2007. 4. 704-711.

47. Heath Н. The distribution and possible functions of ascorbic acid in the eye // Exp. Eye Res. 1962. 1.362-367.

48. Musajo L., Chiancone F. M. L'acido xanthurenico // Gazetta Chimica Italiana. 1937. 67. 165-168.55: Musajo L., Coppini D. La determinazione degli acidi chinurenico e xanturenico // Microchimica Acta. 1951. 36. 933-938.

49. Lepkovsky S., Roboz E., Haagen-Smit A. J. Xanthurenic acid and its role in the trytophane metabolism of pyroxidine-deficient rats II J. Biol. Chem. 1943. 149. 195-201.

50. Malina, H. Z. Xanthurenic acid provokes formation of unfolded proteins in endoplasmic reticulum of the lens epithelial cells H Biochem. Biophys. Res. Commun. 1999. 265. 600-605.

51. Forrest C. M.„Mackay G. M., Stoy N., Egerton M., Christofides J., Stone T. W., Darlington L. G. Tryptophan loading induces oxidative stress // Free Radic. Res. 2004. 38. 1167-1171.

52. Adams P. W., Wynn V., Folkard J., Seed M. Influence of oral contraceptives, pyridoxine (vitamin Be), and tryptophan on carbohydrate metabolism II Lancet. 1976. 307. 759-764.

53. O'Sullivan W. J., Smithers G. W. Stability constants for biologically important metal-ligand complexes II Methods Enzymol. 1979. 63. 294-336.

54. Malina H. Z., Martin X. D. Deamination of 3-hydroxykynurenine in bovine lenses: a possible mechanism of cataract formation in general // Graefes Arch. Clin. Exp. Ophthalmol. 1995. 233.38^4.

55. Malina H. Z., Martin, X. D. Xanthurenic acid derivative formation in the lens is responsible for senile cataract in humans // Graefes Arch. Clin. Exp Ophthalmol. 1996. 234. 723-730.

56. Malina H. Z., Frueh B. E. Abnormal signalling of 14-3-3 proteins in cells with' accumulated xanthurenic acid//Biochem. Biophys. Res. Commun. 2003. 310. 646-650.

57. Shirao Y., Shirao E., Iwase T., Inoue A., Matsukawa S. Comparison of non-tryptophan fluorophores in protein-free extract of brunescent and non-brunescent human cataract // Jpn. J. Ophthalmol. 2000. 44. 198-204.

58. Hains P. G., Gao L., Truscott R. J. W. The photosensitiser xanthurenic acid is not present in normal human lenses // Exp Eye Res. 2003. 77. 547-553.

59. Truscott R. J. W., Augusteyn R. C. The state of sulphydryl groups in normal and cataractous human lenses // Exp. Eye Res. 1977. 25. 139-148.

60. Roberts J. F., Finley E. L., Patat S. A., Schey K. L. Photo-oxidation of lens protein with xanthurenic acid: a putative chromophore for cataracto genes is // Photochem. Photobiol. 2001. 74. 740-744.

61. Truscott R. J. W., Augusteyn R. C. Oxidative changes in human lens proteins during senile nuclear cataract formation // Biochem Biophys. Acta 1977. 492. 43-52.

62. Poizat O., Bardez E., Buntinx G., Alain V. Picosecond dynamics of the photoexcited 6-methoxyquinoline and 6-hydroxyquinoline molecules in solution // J. Phys. Chem. A. 2004. 108. 1873-1880

63. Held A., Pluquellic D. F., Tomer J. L., Pratt D. W. Intramolecular hydrogen bond in the ground and excited states of 2-hydroxyquinoline. A study using high-resolution laser spectroscopy// J. Phys. Chem. 1991. 25. 2877-2881.

64. Sherin P. S., Gritsan N. P., Tsentalovich Yu. P. Experimental and quantum chemical study of photochemical properties of 4-hydroxyquinoline I I Photochem. Photobiol. Sci. 2009. 8. 1550-1557.

65. Solntsev K. M., Clower C. E., Tolbert L. M., Huppert D. 6-Hydroxyquinoline-N-oxides: A New Class of "Super" Photoacids. II J. Am. Chem Soc. 2005. 127. 8534-8544.

66. Yu H., Kwon H. J., Jang D.J. Excited State Proton Transfers and Subsequent Electron Rearrangement of Aqueous 6-Hydroxyquinoline // Bull Korean Chem. Soc. 1997. 18. 156161.

67. Luthra M., Ranganathan D., Ranganathan S., Balasubramanian D. Protein-associated pigments that accumulate in the brunescent eye lens //FEBSLetters. 1994. 349. 39-44.

68. Roberts J. E., Wishart J. F., Martinez L., Chignell C. F. Photochemical Studies on Xanthurenic Acid II Photochem. Photobiol. 2000. 72. 467-471.

69. Sherin P. S., Tsentalovich Yu. P., Snytnikova O. A., Sagdeev R. Z. Photoactivity of kynurenine-derived UV filters II J. Photochem. Photobiol. B. 2008. 93. 127-132.

70. Shen L., Ji. H.-F. Theoretical exploration of the photosensitive properties of xanthurenic acid, a tryptophan metabolite in cataractous human lenses // Dyes Pigments. 2008. 76. 646-649.

71. Roberts J. E., Finley E. L., Patat S. A., Schey K. L. Photooxidation of Lens Proteins with Xanthurenic Acid: A Putative Chromophore for Cataractogenesis // Photochem. Photobiol. 2001. 74. 740-744.

72. Soule B. P., Hyodo F., Matsumoto K.-I., Simone N. L., Cook J. A., Krishna M. C., Mitchell J. B. The chemistry and biology of nitroxide compounds // Free Rad. Biol. Med. 2007. 42. 1632-1650.

73. Лебедев О. Л., Казарновский С. Н. // Труды по химии и химической технологии. 1959. 2 .649.

74. Лебедев О. Л., Хидекель М: И., Разуваев Г. А. 11 Доклады АН СССР. 1961. 140. 1327-1329.

75. Bartucci R., Guzzi R., Marsh D., Sportelli L. Intramembrane polarity by electron spin echo spectroscopy of labeled lipids 11 Biophys J. 2003. 84. 1025-1030.

76. Khramtsov V. V., Yelinova V. I., Glazachev Yu. I., Reznikov V. A., Zimmer G. Quantitative determination and reversible modification of thiols using imidazolidine biradical disulfide label U J. Biochem. Biophys. Methods. 1997. 35. 115-128.

77. Volodarsky L. В., Grigoriev I. A., Sagdeev R. Z. Biological Magnetic Resonance, Vol. 2. New York: Plenum Press. 1980. 169.

78. Ellis S. J., Velayutham M., Velan S. S., Petersen E. F., Zvveier J. L., Kuppusamy P., Spencer R. G. EPR oxygen mapping (EPROM) of engineered cartilage grown in a hollow-fiber bioreactor // Magn. Reson. Med. 2001. 46. 819-826.

79. Winalski S., Shortkroff S., Mulkem R. V., Schneider E., Rosen G. M. Magnetic resonance relaxivity of dendrimer-linked nitroxides // Magn. Reson. Med. 2002. 48.965-972.

80. Gariboldi M. В., Ravizza R., Petterino C., Castagnaro M., Finocchiaro G., Monti E. Study of in vitro and in vivo effects of the piperidine nitroxide Tempol — a potential new therapeutic agent for gliomas II Eur. J. Cancer. 2003. 39. 829-837.

81. Keana J. F. W. Newer aspects of the synthesis and chemistry of nitroxidespin labels // Chemical reviews. 1978. 78. 37-64.

82. Likhtenshtein G. I. Spin Labeling Method in Molecular Biology. New York: Wiley Interscience. 1976.

83. Kocherginsky N., Swarts H. M. Nitroxide Spin Labels. Reactions in Biology and Chemistry. Boca Raton: CRC Press. 1995.

84. Likhtenshtein G. I., Yamauchi J., Nakatsuji S., Smirnov А. Г., Tamura R. Nitroxides: Applications in chemistry, biomedicine and materials science. Weinheim: Wiley-VCHverlag GmbH & Co. KGaA. 2008.

85. Goldstein S., Samuni A., Russo A. Reaction of cyclic nitroxides with nitrogen dioxide: the intermediacy of the oxoammonium cations // J. Am. Chem. Soc. 2003. 125 8364-8370.

86. Krishna M. C., Grahame D. A., Samuni A., Mitchell J. В., Russo A. Oxoammonium cation intermediate in the nitroxide-catalyzed dismutation of superoxide // Proc. Natl. Acad Sci. USA. 1992. 89. 5537-5541.

87. Krishna M. C., Russo A., Mitchell J. B., Goldstein S., Dafhi H., Samuni A. Do nitroxide antioxidants act as scavengers of O2"" or as SOD mimics? II J. Biol. Chem. 1996. 271. 2602626031.

88. Miura Y., Utsumi H., Hamada A. Antioxidant activity of nitroxide radicals in lipid peroxidation of rat liver microsomes II Arch. Biochem. Biophys. 1993. 300. 148-156.

89. Krishna M. C., Samuni A., Taira J., Goldstein S., Mitchell J. B., Russo A. Stimulation by nitroxides of catalase-like activity of hemeproteins: kinetics and mechanism II J. Biol. Chem. 1996. 271.26018-26025.

90. Mitchell J. B., Samuni A., Krishna M. C., DeGraff W. G., Ahn M. S., Samuni U., Russo A. Biologically active metal-independent superoxide dismutase mimics // Biochemistry. 1990. 29.' 2802-2807.

91. Venditti E., Scire A., Tanfani F., Greci L., Damiani E. Nitroxides are more efficient inhibitors of oxidative damage to calf skin collagen than antioxidant vitamins // Biochim. Biophys. Acta. 2008. 1780. 58-68.

92. Reddan J. R., Giblin F. J., Kadry R., Leverenz V. R., Pena J. T., Dziedzic D. C. Protection from oxidative insult in glutathione depleted lens epithelial cells // Exp. Eye Res. 1999. 68. 117-127.

93. Zigler J. S. Jr., Qin C., Kamiya T., Krishna M. C., Cheng Q., Tumminia S., Russell P. Tempol-H inhibits opacification of lenses in organ culture I I Free Radic. Biol. Med. 2003. 35. 1194-1202.

94. Samanta A., Bhattacharyya K., Das P. K., Kamat P. V., Weir D., Hug G. L. Quenching of excited doublet states of organic radicals by stable radicals // J. Phys. Cham. 1989. 93. 3651— 3656.

95. Green II J. A., Singer L. A. Di-tert-butyl nitroxide as a convenient probe for excited singlet states. Pyrene luminescence // J. Am. Chem. Soc. 1974. 96. 2730-2733.

96. Chattopadhyay S. K., Das P. K., Hug G. L. Photoprocesses in diphenylpolyenes. 2. Excited-state interactions with stable free radicals // J. Am. Chem. Soc. 1983. 105. 6205-6210.

97. Matko J., Ohki K., Edidin M. Luminescence quenching by nitroxide spin labels in aqueous solution: studies on the mechanism of quenching // Biochemistry. 1992. 31. 703-711.

98. Kuzmin V. A., Tatikolov A. S. Energy transfer in the course of triplet state quenching of aromatic hydrocarbons by nitroxyl radicals // Chem. Phys. Lett. 1978. 53. 606-610.

99. Watkins A. R. Quenching of electronically excited states by the free radical tetramethylpiperidine nitroxide // Chem. Phys. Lett. 1974. 29. 526-528.

100. Gijzeman O. L. J., Kaufman F., Porter G. Quenching of aromatic triplet states in solution by. nitric oxide and other free radicals II J. Chem. Soc., Faraday Trans. 2. 1973. 69. 727-737.

101. Kuzmin V. A., Tatikolov A. S., Borisevich Yu. E. Charge transfer complexing in the course of triplet state quenching of carbocyanine dyes by nitroxyl radical // Chem. Phys. Lett. 1978. 53. 52-55.

102. Schwerzel R. E., Caldwell R. A. Quenching of excited states by stable free radicals. II. Mechanism of triplet quenching by di-tert-butyl nitroxide II J. Am. Chem. Soc. 1973. 95. 13821389.

103. ShvedovaL. A., Tatikolov A. S., Borisevich Yu. E., Kokorin A. P., Kuzmin V. A. Quenching of triplet states of organic molecules by nitroxyl biradicals // Russ. Chem. Bull. 1982.31.475-478.

104. Бучаченко A.J1., Берлинский В.JI. Спиновый катализ — новый тип катализа в химии // Успехи химии. 2004. 73. 1123-1130.

105. Step Е. N., Buchachenko A. L., Turro N. J. Paramagnetic interactions of triplet radical pairs with nitroxide radicals — an antiscavenging effect // J. Am. Chem. Soc. 1994. 116. 54625466.

106. Buchachenko A. L., Ruban L.V., Step E. N., Turro N. J. Spin catalysis of the radical recombination reaction // Chem. Phys. Lett. 1995. 233. 315-318.

107. Бучаченко А. Л., Рубан Л.В., Розанцев Э.Г. // Кинетика и катализ. 1968. 9. 915.

108. Buchachenko A.L., Berdinsky V.L. Spin Catalysis of Chemical Reactions I I J. Phys. Chem., 1996, 100, 18292-18299.

109. Grissom С. B. Magnetic Field Effects in Biology: A Survey of Possible Mechanisms with Emphasis on Radical-Pair Recombination // Chem. Rev. 1995. 95. 3-24.

110. Buchachenko A. L., Berdinsky V. L. Electron spin catalysis // Chem. Rev. 2002. 102. 603-612.

111. Mori Y., Sakaguchi Y., Hayashi H. Magnetic field effects on chemical reactions of biradical radical ion pairs in homogeneous fluid solvents И J. Phys. Chem. A. 2000. 104,4896— 4905.

112. Perez P., Andres J., Safont V. S., Tapia O. Contreras R. Spin-philicity and spin-donicity as auxiliary concepts to quantify spin-catalysis phenomena II J. Phys. Chem A. 2002. 106, 5353-5357.

113. Shkrob I. A., Margulis L. A., Tarasov V. F // Russ. J. Phys. Chem. 1989. 63. 1827.

114. Levanon H., Norris J. R. The photoexcited triplet state and photosynthesis // Chem Rev. 1978. 78. 185-198.

115. Blattler C., Jent F., Paul H. A novel radical-triplet pair mechanism for chemically induced electron polarization (СШЕР) of free radicals in solution // Chem Phys. Lett. 1990. 166. 375-380.

116. Kawai A., Obi K. First observation of a radical-triplet pair mechanism (RTPM) with doublet precursor II J. Phys. Chem. 1992. 96. 52-56.

117. Turro N. J., Khudyakov I. V., Bossmann S. H., Dwyer D. W. An electron spin polarization study of the interaction of photoexcited triplet molecules with mono- and polynitroxyl stable free radicals II J. Phys. Chem. 1993. 97. 1138-1146.

118. Blank A., Levanon H. Interaction between Polarized Triplets and Stable Radicals in Liquid Solutions II J. Phys. Chem. A. 2001. 105. 4799-4807.

119. Fujisawa J., Ohba Y., Yamauchi S. Electron-Spin Polarizations Generated from Interactions between Excited Triplet Porphyrins and Stable Radicals Studied by Time-Resolved Electron Paramagnetic Resonance II J. Phys. Chem. A. 1997. 101.434^439.

120. Rozenshtein V., Berg A., Stavitski E., Levanon H., Franco L., Corvaja C. Electron Spin Polarization of Functionalized Fullerenes. Reversed Quartet Mechanism // J. Phys. Chem. A 2005,109, 11144-11154.

121. Минаев Б.Ф. Спин-катализ в процессах фото- и биоактивации молекулярного кислорода// Укр. Бюхш. Журн. 2009. 81. 21-45.

122. Sawyer D.T. Oxygen Chemistry. New York Oxford Univ. 1991. 289.

123. Minaev B. F. Spin effects in reductive activation of O2 by oxidase enzymes // RIKEN Rev. 2002. 44. 147-149.

124. Henderson B.W., Dougherty T.J. How does photodynamic therapy work? // Photochem. Photobiol. 1992. 52. 145-155

125. Ishii K., Takeuchi S., Shimizu S., Kobayashi N. A concept for controlling singlet oxygen ('Ag) yields using nitroxide radicals: Phthalocyaninatosilicon covalently linked to nitroxide radicals II J. Am. Chem. Soc. 2004. 126. 2082-2088.

126. Sartori E., Rastrelli F., Corvaja C., Bettio A., Formaggio F., Oancea S., Toniolo C. Intramolecular interaction between nitroxide radical and photoexcited benzophenone triplet linked to peptide templates II J. Phys. Chem. A. 2003. 107. 6905-6912.

127. Venditti E., Spadoni Т., Tiano L., Astolfi P., Greci L., Littarru G.P., Damiani E. In vitro < pho testability and photoprotection studies of a novel 'multi-active' UV-absorber II Free Radio. Biol. Med. 2008. 45. 345-354

128. Green S. A., Simpson D. J., Zhou G., Ho P. S., Blough N. V. Intramolecular quenching of excited singlet states by stable nitroxyl radicals // J. Am. Chem. Soc. 1990. 112. 7337-7346.

129. Розанцев Э. Г. Свободные иминоксильные радикалы. Москва: Химия. 1970

130. Володарский JI. Б., Григорьев И. А., Диканов С. А., Резников В. А., Щукин Г. И., Имидазолиновые нитроксильные радикалы. Новосибирск: Наука. 1988. 216.

131. Щукин Г. И., Володарский Л. Б. Взаимодействие амидов производных 3-имидазолина и З-имидазолин-З-оксида с гипобромитом натрия II Изв. АН СССР, Сер. хим. 1979. 28. 228-231.

132. Володарский Л. Б., Резников В. А., Кобрин В. С. Получение и свойства имидазолиниевых солей, содержащих нитроксильный радикальный центр // Журн. орган. Химии. 1979. 15.415-422.

133. Couet W. R., Brasch R. С., Sosnovsky G., Lukszo J., Prakash I., Gnewech С. Т., Tozer T. N. Influerce of chemical structure of nitroxyl spin labels on their reduction by ascorbic acid // Tetrahedron. 1985.41. 1165-1172.

134. Hankovszky H. О., Hideg К., Lex L. Nitroxyls; VIII. Synthesis of Nitroxylphosphinimines; A Convenient Route to Amine, Isothiocyanate, Aminocarbonylaziridine, and Carbodiimide Nitroxyls ¡/Synthesis. 1981. 2. 147-149.

135. Kirilyuk I. A., Bobko A. A., Grigor'ev I. A., Khramtsov V. V. Synthesis of the tetraethyl substituted pH-sensitive nitroxides of imidazole series with enhanced stability towards reduction // Org. Biomol. Chem. 2004. 2. 1025-1030.

136. Заборенко К. Б., Соболь В. В., Богданова И. А. Органикум. Москва: Мир. 1990. 285.

137. Розанцев Э. Г., Криницкая JL А., Нейман М. Б. II Изв. АН СССР. Сер. хим. 1966. 675.

138. Sosnovsky G., Cai Z. W. A Study of the Favorskii Rearrangement with 3-Bromo-4-oxo-2,2,6,6-tetrainethylpiperidine-l-oxyl // J. Org. Chem. 1995. 60.3414-3418.

139. Yordanov А. Т., YamadaK., Krishna M. C., Russo A., Yoo J., English S., Mitchell J. В., Brechbiel M. W. Acyl-protected hydroxylamines as spin label generators for EPR brain imaging// J. Med. Chem. 2002. 45. 2283-2288.

140. Голубев В. А., Воронина Г. H., Розанцев Э. Г. И Изв. АН СССР. Сер. хим. 1970. 2605.

141. Stewart F. Н. С. Syntheses of L-kynurenine peptides conducted without masking the side-chain amino group // Aust. J. Chem. 1980. 33. 633-640.

142. Moroder L., Hallet A., Wunsch E., Keller O., Wersin G. Di-tert-butyl-dicarbonate, a useful tert-butyloxycarbonylating reagent. // Hoppe Seylers Z. Physiol. Chem. 1976. 357, 1651— 1653.

143. Hideg K., Lex L., Hankovszky H. O., Tigyi J. Nitroxyls III. Synthesis of spin-labelled amino acids and their reactive derivatives II Synthesis. 1978. 12. 914-917.

144. Hankovszky H. O., Hideg K., Tigyi J. Nitroxides II. l-Oxyl-2,2,5,5-tetramethylpyrroline-3-carboxylic acid derivatives II Acta Chim. Acad. Sci. Hung. 1978. 98. 339-348.

145. Renk G. E., Or Y. S., Crouch R. K. A rhodopsin pigment containing a spin-labeled retinal II J. Am. Chem. Soc. 1987. 109. 6163-6168.

146. Banerjee S., Trivedi G. K. Potential spin probes for biomembranes // Tetrahedron. 1992. 48. 9939-9950.

147. Calvert J. R., Pitts J. N. Photochemistry. New York: John Wiley & Sons Inc. 1969.

148. Becke A. D. Density-functional thermochemistry. III. The role of exact exchange II J. Chem. Phys. 1993. 98. 5648-5652.

149. Lee C., Yang W., Parr R. G. Development of the Colle-Salvetti correlation-energy formula into a functional of the electron density // Phys. Rev. B. 1988. 37. 785-789.

150. Tomasi J., Mennucci B., Cammi R. Quantum Mechanical Continuum Solvation Models // Chem. Rev. 2005. 105. 2999-3093.

151. Molokov I. F., Tsentalovich Yu. P., Yurkovskaya A. V., Sagdeev R. Z. Investigation of the photo-Fries reairangement reactions of 1- and 2-naphthyl acetates // J. Photochem. Photobiol.A Chem. 1997. 110. 159-165.

152. Tsentalovich Yu. P., Kulik L. V., Gritsan N. P., Yurkovskaya A. V. Solvent Effect on the Rate of P-Scission of the tert-Butoxyl Radical II J. Phys. Chem. A. 1998. 102. 7975-7980.

153. Duvanel G., Banerji N., Vauthey E. Excited-State Dynamics of Donor-Acceptor Bridged Systems Containing a Boron-Dipyrromethene Chromophore: Interplay between Charge Separation and Reorientational Motion II J. Phys. Chem A. 2007. 111. 5361-5369.

154. Morandeira A., Engeli L., Vauthey E. Ultrafast Charge Recombination of Photogenerated Ion Pairs to an Electronic Excited State II J. Phys. Chem. A. 2002. 106. 4833-4837.

155. Lang B., Angulo G., Vauthey E. Ultrafast Solvation Dynamics of Coumarin 153 in Imidazolium-Based Ionic Liquids II J. Phys Chem. A. 2006. 110. 7028-7034.

156. Fiirstenberg A., Vauthey E. Ultrafast Excited-State Dynamics of Oxazole Yellow DNA Intercalators// J Phys. Chem. B. 2007. 111. 12610-12620.

157. Taft R. W., Kamlet M. J. The solvatochromic comparison method. 2. The .alpha.-scale of solvent hydrogen-bond donor (HBD) acidities// J Am. Chem. Soc. 1976. 98. 2886-2894.

158. Jarzeba W., Walker G. C., Johnson A. E., Kahlow M. A., Barbara P. F. Femtosecond microscopic solvation dynamics of aqueous solutions II J. Phys. Chem. 1988. 92. 7039-7041.

159. Jimenez R., Fleming G. R., Kumar P. V., Maroncelli M. Femtosecond solvation dynamics of water // Nature. 1994. 369. 471—473.

160. Hart E. J., Anbar M. The Hydrated Electron. New York: Wiley-Inter science. 1970. 42.

161. Buxton G. V., Greenstock C. L., Helman W. P., Ross A. B. Critical review of rate constants for reactions of hydrated electrons, hydrogen atoms and hydroxyl radicals ('OH/'Cf) in aqueous solution II J. Phys Ref. Data. 1988. 17.513-886.

162. Thiagarajan G., Shirao E., Ando K., Inoue A., Balasubramanian D. Role of Xanthurenic Acid 8-O-ß-d-Glucoside, a Novel Fluorophore that Accumulates in the Brunescent Human Eye Lens //Photochem. Photobiol. 2002. 76. 368-372.

163. Справочник химика. Том первый; ред. С.А. Зонис, Г.А. Симонов. Ленинград: Госхимиздат. 1962. 985.

164. Ortwerth В. J., Chemoganskiy V., Mossine V. V., Olesen P. R. The Effect of UVA Light on the Anaerobic Oxidation of Ascorbic Acid and the Glycation of Lens Proteins // Invest. Ophthalmol. Vis. Sei. 2003. 44. 3094-3102.

165. Sherin P. S., Grilj J., Kopylova L. V., Yanshole V. V., Tsentalovich Yu. P., Vauthey E. Photophysics and Photochemistry of the UV Filter Kynurenine Covalently Attached to Amino Acids and to a Model Protein II J. Phys. Chem. B. 2010. 114. 11909-11919.