Разработка методов получения и исследование свойств новых фотохромных меток тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.10 ВАК РФ

На правах рукописи

Беликов Николай Евгеньевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ НОВЫХ ФОТОХРОМНЫХ МЕТОК

(02.00.10 - Биоорганическая химия)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва-2011

1 9 МАЙ 2011

4846466

Работа выполнена на кафедре биотехнологии и бионанотехнологии Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В.Ломоносова.

Научный руководитель: доктор химических наук

Ходонов Андрей Александрович

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор

доктор биологических наук, профессор

Федорова Ольга Анатольевна Складнев Дмитрий Анатольевич

Ведущая организация: Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка

Защита состоится 06 июня 2011 года в 15-00 часов на заседании Диссертационного Совета Д 212.120.01 при Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова по адресу: 119571, Москва, пр. Вернадского, д. 86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ им. М.В.Ломоносова (119571, Москва, пр. Вернадского, д. 86).

С авторефератом можно ознакомиться на сайте www.mitht.ru.

Автореферат разослан 03 мая 2011 года

Ученый секретарь Диссертационного Совета, кандидат химических наук,

старший научный сотрудник

Лютик А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ1 Актуальность проблемы. В настоящее время проводятся интенсивные поисковые исследования, направленные на разработку фундаментальных научных основ создания современных технологий получения и последующего производства новых фотоактивных наноразмерных материалов для широкого спектра применений в технике, медицине, фармацевтической промышленности и оптике, при создании новых методов визуализации биообъектов, для решения проблем в области информационной безопасности, биосенсорных технологий и др. Особое место среди них занимают фундаментальные исследования, направленные на изучение детальных механизмов взаимодействия света с модельными или природными биологическими наноразмерными объектами, как на уровне единичных молекул, так и в составе ансамблей.

Дизайн новых гибридных молекулярных структур, содержащих фотохромные фрагменты в качестве активного рабочего элемента и обладающих рядом полезных свойств, а также разработка новых эффективных методов их получения, представляют особый интерес для развития исследований в бионанотехнологии, бионанофотонике и наномедицине в связи с возможностью реализации обратимого фотоуправления биологическими процессами. Основная цель настоящей работы была сфокусирована на дизайне и разработке способов получения, включая комплексное исследование свойств и фотохромного поведения, новых гибридных фотоактивных материалов на основе биологических, органических и неорганических наноразмерных компонентов.

Для получения фотохромных систем с упорядоченными и заданными свойствами возможно использование нескольких подходов:

• использование кристаллов фотохромных соединений;

• получение моно- и полимолекулярных слоев с упорядочной структурой с помощью технологии Langmuir-Blodgett;

• получение агрегатов и конъюгатов с поверхностно-активными веществами в виде мицелл, везикул и липосом;

• допирование полимерной матрицы;

• получение супрамолекулярных организованных структур и ансамблей за счет процессов самоорганизации и молекулярного распознавания.

Наиболее перспективный вариант, с точки зрения возможности технического и коммерческого использования, заключается в модификации разнообразных по природе субстратов при помощи известных методов ковалентной иммобилизации. Такая процедура маркирования путем ковалентной «посадки» фотохромных лигандов через линкеры различного размера и природы с терминальной реакционноспособной функциональной

' В руководстве отдельных этапов работы, связанных с изучением спектрально-кинетических характеристик диарилэтенов, принимал участие зав. лаб., к.ф.-м.н. Барачевский В. А. (Центр фотохимии РАН)

3

группой позволяет получать новые целевые гибридные фотоактивные/фотоуправляемые системы и материалы. Для ее реализации необходимо было создать новое поколение фотохромных меток, имеющих спейсеры с реакционноспособными функциональными группами и сохраняющих заданный спектр фотохромных и спектральных характеристик и параметров. Структура возможных субстратов определяет природу спейсера и необходимый тип реакционноспособной функциональной группы.

В ходе выполнения настоящей работы впервые был получен ряд новых гибридных фотоактивных систем на основе ковалентных конъюгатов фотохромных лигандов, для которых характерно сочетание фотохромной компоненты с неорганическими флуорофорами (квантовыми точками) или бинарный набор двух различных по природе фотохромов. В качестве целевой биологической мишени был выбран уникальный биофотохром — светозависимая протонная транслоказа — бактериородопсин из экстремально галофильной бактерии На!оЬас1егшт ¡аПпагит. В качестве органических лигандов были выбраны серия фотохромных производных ряда спиропирана (1) и две серии производных ряда фторированных (8) и нефторированных (9) диарилэтиленов. Необходимо отметить, что у диарилэтиленов, в отличие от спиропиранов, отсутствует самопроизвольная термохимическая реакция обесцвечивания фотоиндуцированной формы, что делает фотохромы этого класса наиболее перспективными кандидатами для создания прототипов различных технических устройств, в частности, трехмерной оптической памяти большой емкости.

Впервые были разработаны новые методы синтеза и проведено комплексное изучение полифункциональных свойств органических и гибридных фотохромных соединений и материалов на основе спиропиранов или диарилэтиленов и/или бактериородопсина.

Для придания способности к ковалентному взаимодействию с мишенью молекулы фотохромных лигандов необходимо было модифицировать путем введения в определенное положение исходного фотохрома ненасыщенных линкеров различной природы, степени ненасыщенности и размера, содержащих реакционноспособные терминальные группы (-БН или -СНО).

Работа является частью плановых научных исследований, проводимых на кафедре биотехнологии и бионанотехнологии МИТХТ им. М.В. Ломоносова в рамках госбюджетной темы 1Б-5-356 "Исследования липидов, нуклеозидов, пептидов, ретиноидов методами биотехнологии и химического синтеза с целью создания препаратов медицинского назначения (онкологические и вирусные болезни, возрастные патологии)", по грантам президента РФ по поддержке ведущих научных школ за 2008-2010 гг. (тема НИР 1Р-5-356), гранту РФФИ 09-03-00565 (2009-2011 гг.), гранту президента РФ по поддержке молодых кандидатов наук МК-2598.2010.4 (2010-2011 гг., тема НИР 1Р-45-356), государственных

контрактов № 02.512.11.2250 (2008-2009 гг. тема НИР 2Б-52-356), №16.740.11.0177 (20102012 гг., тема НИР 2Б-78-356).

Цели и задачи исследования:

1. Дизайн структуры и разработка методов получения новой фотохромной метки на основе спиропиранов для маркирования наноразмерного неорганического флуорофора — квантовых точек (С(18е):

1.1. получение исходного 5-формилпроизводного б'-нитроспиропирана (1);

1.2. детальное исследование оптимальных вариантов получения ключевых промежуточных фотохромных лигандов (2,3) путем введения спейсера с использованием процедуры олефинирования карбонильного предшественника по Виттигу, Хорнеру-Эммонсу или Кневенагелю-Коупу;

1.3. подбор и апробация условий активации карбоксильной группы в фотохромном лиганде

(3);

1.4. исследование ряда вариантов синтеза целевого фотохромного лиганда с терминальной меркапто-группой;

1.5. получение и исследование спектральных и фотохимических свойств конъюгатов квантовой точки, меченной фотохромной меткой.

2. Дизайн структур молекул и разработка методов получения новых фотохромных лигандов для маркирования биологического объекта — бакгериородопсина:

2.1. разработка методики получения исходного 2-формильного производного циклопентенового дитиенилэтена (9);

2.2. разработка синтетической процедуры получения двух серий новых фотохромных меток ряда диарилэтенов;

2.3. исследование процесса олефинирования по Хорнеру-Эммонсу карбонильных предшественников в ряду диарилэтенов;

2.4. анализ и доказательство строения фотохромных меток ряда диарилэтенов.

3. Исследование фотохимических характеристик синтезированных фотохромных лигандов.

4. Изучение процесса взаимодействия синтезированных фотохромных меток с бактериоопсином в составе апомембран На1оЬааепит наИпагит.

Научная новизна.

В данной работе были оптимизированы методы синтеза ряда исходных соединений. Впервые был предложен и реализован эффективный синтетический подход для прямой модификации спиропиранового ядра путем введения в С5-положение молекулы фотохрома спейсеров различной природы и размера, степени ненасыщенности и содержащих реакционноспособные терминальные группы.

Впервые был получен конъюгат квантовых точек, меченных фотохромной меткой на основе 5-замещенного б'-нитроспиропирана, и исследованы его спектральные и фотохимические свойства.

Впервые было проведено детальное исследование и анализ особенностей процедуры олефинирования по Хорнеру-Эммонсу в ряду новых производных спиропиранов и дитиенилэтенов.

Впервые были получены две серии аналогов ретиналя на основе дитиенилэтенов и проведены детальные исследования их спектральных свойств и фотохромного поведения. Проведенное спектрально-кинетическое исследование характеристик фотохромных меток в полярном и малополярном растворителе (этанол и толуол) показало, что замена атомов фтора на водород в циклопенгеновом кольце диарилэтена приводит к полной потере фотохромных свойств у аналогов ретиноидов (20, 22,24).

Впервые были исследованы взаимодействие аналогов ретиналя на основе дитиенилэтенов с бактериоопсином в составе апомембран из Н. ¡аПпагит, и спектральные свойства новых аналогов бактериородопсина. Была показана возможность фотоуправления результатом процесса распознавания белковой матрицей бактериородопсина одной и той же структуры аналога хромофорной группы - открытой и циклизованной форм полиеналя (23).

Практическая значимость.

Отработан препаративный метод синтеза моноформильного производного диарилэтена (9).

Разработаны методы введения линкера с терминальной карбоксильной группой в молекулу 5-формильного производного б'-нитроспиропирана (1) и с осуществлен синтез ключевого карбоксильного производного спиропирана (3). Разработан метод синтеза коньюгата квантовых точек и исследованы его фотохимические свойства. Была показана принципиальная возможность фотоуправления флуоресценцией квантовых точек, меченных фотохромной меткой на основе С5-замещенного б'-нитроспиропирана.

Был разработан и осуществлен синтез 2 серий полиеналей на основе производных дитиенилэтенов. Проведено исследование влияния условий проведения реакций олефинирования по Хорнеру-Эммонсу и Виттигу в ряду производных спиропиранов и дитиенилэтенов на выход и стереохимию процесса.

Результаты фундаментальных исследований, полученные в настоящей работе, могут быть использованы как для дальнейшего углубленного изучения явления фотохромизма, так и для прикладных исследований в области информационных технологий, биосенсорики и бионаноэлектроники и медицины для решения целого ряда важнейших практических задач.

Публикации и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи в отечественном и международном научных журналах. Получен 1 патент РФ.

Результаты, полученные в диссертационной работе, неоднократно были доложены и представлены на следующих международных научных конференциях: XXIst IUPAC Symposium on Photochemistry, Kyoto, Japan, 2006; International Symposium on Molecular Photonics devoted to the memory of academician A.N. Terenin, St. Petersburg, Russia, 2006; International Symposium "Advanced Science in Organic Chemistry", Sudak, Crimea, 2006; XVIII Mendeleev Congress on General and Applied Chemistry, Moscow, Russia, 2007; International Conference "Molecular and nanoscale system for energy conversion", Moscow, Russia, 2007; Международной конференции «Нанофотоника», Черноголовка, Россия, 2007; International Symposium on Photochromism, Vancouver, British Columbia, Canada, 2007; ХХШ International Conference on Photochemistry, Cologne, Germany, 2007; XII Международной научно-технической конференции Наукоемкие химические технологии-2008, Волгоград, 2008; XXIInd IUPAC International Symposium on Photochemistry, Gothenburg, Sweden, 2008, Международном симпозиуме «Нанофотоника», Ужгород, Украина, 2008, III Молодежной конференции ИОХ РАН, Москва, 2009, конференции «Биологически активные вещества: фундаментальные и прикладные вопросы получения и применения», Новый Свет, АР Крым, Украина, 2009, Международной конференции «Органическая нанофотоника» С-Петербург, 2009, 16th European Symposium on Organic Chemistry, Prague, Czech Republic, 2009, Международной научной конференции по биоорганической химии, биотехнологии и бионанотехнологии, посвященной 75-летию со дня рождения академика Ю.А. Овчинникова, Москва, 2009, 9-й молодежной конференции ИБХФ РАН «Биохимическая фщика», Москва,

2009, Международном симпозиуме «Advanced Science in Organic Chemistry», Мисхор, Крым,

2010, 4 International Conference on Optical Optoelectronic and Photonic Materials and Application, Budapest, Hungary, 2010, Московской международной научно-практической конференции «Биотехнология: экология крупных городов», Москва, 2010.

Положения, выносимые на защиту.

1. Дизайн структуры молекулы и метод получения новой фотохромной метки на основе спиропиранов для маркирования квантовых точек.

2. Дизайн структур молекул и метод получения новых фотохромных лигандов для маркирования биологического объекта — бакгериородопсина.

3. Результаты спектрально-кинетических исследований характеристик синтезированных фотохромных лигандов.

4. Результаты изучения процесса взаимодействия синтезированных фотохромных меток с бактериоопсином в составе апомембран Halobacterium salinarum.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на страницах машинописного текста, содержит схем, рисунков, таблиц и состоит из введения, литературного обзора, изложения и обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка литературы ( наименований).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В настоящее время достигнут существенный прогресс в синтезе и изучении свойств полифункциональных фотохромных органическах материалов классов спиропиранов, спирооксазинов, хроменов, диарилэтиленов, фульгидов и др.

При выполнении настоящей работы в качестве исходных фотохромных структур нами были выбраны производные спиропиранов и дитиенилэтенов, молекулы которых необходимо было модифицировать для придания им способности к ковалентному взаимодействию с различными типами наноразмерных объектов путем введения в определенное положение спейсеров различной природы, степени ненасыщенности и размера, содержащих разнообразные реакционноспособные терминальные группы.

изменение его структуры Изменение структуры Индукция/тушение и активности флуоресценции

субстрата

Рис. 1. Стратегия дизайна молекул фотохромных меток.

Природа и структура спейсера определялась выбором конкретной мишени, которую планировалось модифицировать: для бактериородопсина - фрагмент полиеновой цепи ретиноида (содержащий систему 4 С=С-связей с ¿¡-конфигурацией и с 2 метальными группами, сопряженную с терминальной формальной группой, которая обеспечивает эффективное взаимодействие фотохромного лиганда с £-аминогруппой остатка Ьуз216); для других субстратов — спейсер, содержащий 1 или 2 двойные связи и оканчивающийся терминальной реакционноспособной группой (СНО, СООН, её активированной формой или ЭН).

Для спиропиранов ранее были известны работы по модификации уже готового исходного фотохромного звена, но структурное разнообразие молекул было ограничено и

создавалось, в основном, введением соответствующего амфифильного спейсера по атому азота индолинового фрагмента путем его кватернизации соответствующим галогенпроизводным. Известны две основные стратегии создания новых структур на основе производных спиропирана: а) полный синтез из замещенных производных индоленина и салицилового альдегида, б) модификация уже готового спиропиранового скелета.

При дизайне молекул фотохромных меток с заданными спектральными и фотохимическими параметрами на основе производных спиропиранов необходимо было ввести дополнительный электроноакцепторный заместитель (EWG) - нитро-группу, при сохранении комбинации заместителей - якорная функция по 5-, а EWG-группа по 6'-положениям молекулы.

В ходе настоящей работы были предложены препаративные методы получения модифицированных фотохромных лигандов, содержащих непредельный линкер с терминальной реакционноспособной группой по С5-положению индолинового фрагмента молекулы для обеспечения возможности иммобилизации на поверхности квантовых точек и других субстратов. Были разработаны и успешно применены методики трансформации якорной формильной функции по С5-положению молекулы спиропирана в терминальную карбоксильную группу и ее активированные производные. Полученные in situ активированные формы фотохромного лиганда были протестированы в реакции ацилирования цистеамина с образованием целевого реагента, необходимого для модификации поверхности неорганических наноразмерных компонентов — квантовых точек.

Для маркирования биологического объекта — бактериородопсина была использована разработанная ранее на кафедре биотехнологии и бионанотехнологии МИТХТ им. М.В.Ломоносова методология получения искусственных пигментов, содержащих вместо природного хромофора — ретиналя, его аналоги.

1. Синтез фотохромного лиганда для маркирования квантовых точек на основе системы CdSe

Синтез исходного соединения для получения фотохромного лиганда проводили при использовании ранее разработанного и запатентованного метода селективного формилирования молекулы спиропирана по 5-положению индоленинового фрагмента (выход 86%). Для выбора наиболее оптимального варианта введения линкера с терминальной карбоксильной группой были исследованы 3 пути модификации формильной группы 5-формилпроизводного б'-нитроспиропирана: с помощью реакций олефинирования по Виттигу или Хорнеру-Эммонсу и по Кневенагелю-Дебнеру (схема 1). Первые два варианта

включали по две стадии (олефинирование и последующее омыление), в то время как третий — одностадийную конденсацию по Кневенагелю-Дебнеру.

Этиловый эфир 3-[6'-нитро-1,3,3-триметилспиро(индолино-2,2'-2[Н]-хромен-5-ил)]пропеновой кислоты (2), полученный по реакциям Виттига и Хорнера-Эммонса, омыляли с получением целевого карбоксильного производного. Наиболее перспективным, из трех изученных вариантов оказался метод, включающий двухступенчатую процедуру олефинирования по Хорнеру-Эммонсу с последующим омылением сложного эфира суммарный выход 54%.

0 ■

(6)

о

о

ЕЮСС1 О О

5Р—-„

<СН3)2К(СНгЬМ=С=М_Е1 НС1

,3, ,7,° 0а 0МАР 7 <4>

С1

о

Схема 2. Схема синтеза целевого лиганда — М-(2-меркаптоэтил)амида 3-[6'-нитро-1,3,3-триметилспиро(индолино-2,2'-2[Н]-хромен-5-ил)]пропеновой кислоты (4).

Стереохимия вновь образованной С=С-связи спейсера имела ^-конфигурацию (до 95% по данным 'Н-ЯМР-спектроскопии: /2"н,з"н 15.9 Гц) во всех случаях.

Были исследованы и отработаны процедуры активации карбоксильной группы у полученного фотохромного лиганда - 3-[6'-нитро-1,3,3-триметилспиро(индолино-2,2'-2[Н]-хромен-5-ил)]пропеновой кислоты (3) путем ее трансформации в: 1) в имидазолидное производное (6) действием МДЧ-карбонилдиимидазола; 2) в смешанный ангидрид (7) с этилхлорформиатом или изобутилхлорформиатом; 3) активация in situ с использованием водорастворимого производного карбодиимида.

IllSlslaliSsleS Ш 811 Sis S№I!?S§ II

t^^^^TsT fj тр fpr pss J]

s>. с en- к т >... 65*... ее™ ье<".к. san... о - ' Ьг..........:[ик 2> ! > ion... ;

Рис. 2. 'Н-ЯМР-спектр М-(2-меркаптоэтил)амидаЗ-[6'-иитро-1,3,3-триметилспиро(индолино-2,2'-2[Н]-хромен-5-ил)]-пропеновой кислоты (4) (CDCI3).

Полученные in situ активированные формы фотохромного лиганда были протестированы в реакции ацилирования цистеамина с образованием целевого реагента (4), необходимого для модификации поверхности неорганических наноразмерных компонентов — квантовых точек. Наибольший выход целевого М-(2-мсркаптоэтил)амида (4) (30-40%) наблюдали при проведении процесса активации по методу смешанных ангидридов с использованием алкилхлорформиата в присутствии катализатора - 4-диметиламинопиридина (схема 2). Реакция осложнялась образованием симметричного дисульфида, что отрицательно влияло на выход целевого продукта. Реагент (4) для модификации поверхности квантовых точек был наработан в количествах, достаточных для проведения последующих экспериментов. Структура всех синтезированных соединений была доказана при помощи набора физико-химических методов анализа (УФ-, 'Н-ЯМР-спектроскопия и масс-спекгрометрии).

2. Исследование спектральных и фотохимических характеристик фотохромного лиганда (4) для маркирования квантовых точек СсШе.

Были исследованы спектрально-кинетические характеристики фотохромного поведения лиганда (4), содержащего спейсер с терминальной меркапто-группой по С5-положению индолинового фрагмента молекулы, и его предшественников (1), (3) в различных растворителях и определены параметры флуоресценции гибридных фотохромных материалов на основе его конъюгатов с квантовыми точками С(18е.

Сравнение спектрально-кинетических характеристик фотохромного поведения лиганда (4) и

Таблица 1.

Соединение Растворитель ХА, нм Хв,нм ДОвфот квАГО, с"1 с

1 "О- |д°г (1) Этанол 328 567 0.77 0.07 44

Толуол 320 625, 589 пл. 1.19 0.14 31

о но^уГУ ч О—^ N0; (3) Этанол 340 555 0.44 0.004 *

Толуол 346 622, 585 пл. 0.48 0.027 46

О (4) СНС13 348 603, 562 пл. 0.25 0.089 2.5

ТГФ 340 604, 560 пл. 0.65 0.078 60

Толуол 341 620, 580 пл. 0.40 0.055 16

* - не наблюдалось при освещении более 10 мин

Среди возможных вариантов полупроводниковых квантовых точек элементов II-IV групп была выбрана наиболее перспективная система на основе нанокристаллов Ссйе (3,5 нм). Она имеет приемлемые величины диапазона ширины запрещенной зоны (1.74 эВ) и радиуса экситона Бора (5.6 нм), позволяющие получать широкий диапазон флуоресцентных материалов с узкими полосами спектров эмиссии в зависимости от размеров наночастиц. После процедуры высокотемпературного синтеза поверхность квантовых точек СсВе покрыта молекулами триоктилфосфиноксида, которые в слабополярном растворителе можно заменить на фотохромный лиганд с терминальной меркаптогруппой. Отработаны экспериментальные процедуры получения ковалентных конъюгатов из синтезированного фотохромного лиганда (4) с квантовыми точками на основе системы СёЗе.

Квантовые точки СёЭе диаметром 3,5 нм в растворе хлороформа поглощали в видимой области, с максимумом поглощения 585 нм. Флуоресценция нанокристаллов СсШе возбуждалась при облучении светом с длиной волны от 200 до 590 нм. Максимум флуоресценции раствора квантовых точек СёБе (3,5 нм) в хлороформе приходился на 598 нм, ширина пика на полувысоте составила 30 нм. Было обнаружено, что, модификация

поверхности квантовых точек Ссйе фотохромной меткой (4) вызывает тушение их собственной флуоресценции и индукцию флуоресценции мероцианиновой формы спиропиранового фрагмента лиганда при освещении образца.

А Б

30000 25000 20000 Г Г Y -670 nm -598 nm

10000 5000 •W - -v

20 40 60 8 0 100 12С 140t. • 160

Рис. 3. А) Спектр поглощения (синяя кр.) и флуоресценции (красная кр.) квантовых точек CdSe (3,5 нм) в хлороформе. Б) Повторяющиеся циклы индукции и гашения флуоресценции при периодическом освещении УФ-светом (313 нм) конъюгата лиганда с квантовыми точками (CdSe, 3.5 nm) (5) в хлороформе. Измерения проводили при двух значениях длин волн: 670 нм (синяя кр.) и 598 нм (красная кр.).

На рис. 3 (Б) представлены результаты изучения процесса индукции и гашения флуоресценции при периодическом освещении УФ-светом (313 нм) конъюгата лиганда с квантовыми точками (CdSe, 3.5 nm) (5) в хлороформе. При этом было показано, что данный процесс может быть реализован в управляемом циклическом режиме с достаточно большим количеством повторений цикла индукции-гашения флуоресценции образца.

Таким образом, созданную гибридную систему «нанокристаллы CdSe/спиропирановый лиганд» можно использовать для изучения процесса резонансного переноса энергии флуоресценции (FRET), а индуцированное светом изменение спектральных характеристик спиропирана в процессе фотохромного цикла позволяет управлять флуоресценцией нанокристаллов CdSe.

3. Дизайн структур и разработка методов получения новых фотохромных лигандов для маркирования биологического объекта — бактериородоисина.

Как было показано ранее в нашей лаборатории, для образования ковалентной связи между аналогом ретиналя и бактериоопсином необходимо наличие в молекуле аналога ретиналя фрагмента полиеновой цепи, содержащей от двух до четырех сопряженных кратных связей с терминальной формильной группой, в то время как триметилциклогексеновое кольцо может быть легко заменено на более массивный остаток фотохрома.

В качестве исходных фотохромов были выбраны производные двух серий диарилэтенов, содержащих перфторциклопентеновый и циклопентеновый фрагменты. Варьирование природы заместителей позволило оценить влияние изостерической замены

атомов водорода на фтор в фотохромном звене на спектральные свойства, фотохромное поведение и свойства аналогов ретиналя и бактериородопсина на их основе. Окончательный дизайн молекул целевых аналогов ретиналя был сделан на основе анализа результатов компьютерного моделирования топографии хромофорной полости бактериородопсина (код файла в базе PDB — 1M0L) (http://wvyw.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/cgi-bin/pdbsum/) в программах HyperChem 8.08 и Ligand-Protein Contacts (LPC) (http://bip.weizmann.ac.il/oca-bin/lpccsu) и сопоставления размеров выбранных структур полиеналей с ее пространственным строением.

4. Синтез исходного формильного производного диарилэтена (9)

Образец исходного моноформильного производного (8) для получения серии фторированных диарилэтенов был любезно предоставлен проф. Краюшкиным М.М. (зав. лаб. химии гетероциклических соединений Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН) в рамках совместных исследований.

В последние годы получил развитие новый альтернативный принцип построения молекул фотохромных дитиенилэтенов, основанный на получении ключевого симметрично бис-замещенного исходного соединения, в котором два одинаковых по структуре тиенильных остатка соединены ациклическим фрагментом, с последующей внутримолекулярной циклизацией по МакМурри с образованием исходного фотохрома, несущего заданный тип якорной функциональной группы. В нашем случае потребовалось модифицировать известный вариант экспериментальной процедуры для синтеза несимметрично замещенного моноформильного производного (9) (схема 3).

Схема 3. Схема синтеза исходного моноформильного производного диарилэтена (9).

Предложенная в настоящей работе схема синтеза исходного формильного производного (9) состояла из следующих этапов: хлорирование 2-метилтиофена (10) с помощью 1Ч-хлорсукцинимида, стадия ацилирования по Фриделю-Крафтсу полученного 214

метил-5-хлортиофена (11) хлорангидридом глутаровой кислоты приводила к 1,5-дикетону (12), который циклизовался в условиях реакции МакМурри в 1,2-бис(2-метил-5-хлортиен-3-ил)циклопентеи (13). В дальнейшем, для получения несимметричного формильного производного, соединение (13) подвергали металлированию и последующему формилированию с образованием смеси бис-формильного производного (15) и моноформильного производного (14), формильную группу в котором восстанавливали до метильной по Кижнеру-Вольфу (в модификации Хуанг-Мелона), после чего повторением стадий металлирования и формилирования получали целевое соединение (9) с суммарным выходом 27% на исходный 2-метилтиофен.

5. Исследование процесса олефиннровання по Хорнеру-Эммонсу карбонильных предшественников в ряду диарилэтенов.

Из анализа литературы известны лишь 2-3 публикации по химии дитиенилэтенов, в

которых для синтеза их ненасыщенных производных был использован метод олефинирования по Хорнеру-Эммонсу или Виттигу карбонильных предшественников. Таким образом, при проведении синтетической процедуры получения двух серий новых фотохромных меток ряда диарилэтенов, на предварительном этапе работы необходимо было отработать методику наращивания полиеновой цепи молекулы аналога ретиноида и условия проведения процесса олефинирования.

о

(Е10)2Р.

(25)

(8, 9)

О

(25)

№Н, ТНР

(17), 90%, (18), 85%

01ВАН

СЫ

(Г

(21), 83%, (22), 78%

(19), 45%,(20), 73%

(23), 39%, (24), 72%

Л*

(8,17,19, 21,25)

(8,18,20, 22,24)

Схема 4. Универсальная схема наращивания полиеновой цепи для двух серий фотохромных меток.

В результате, для получения 2-х серий новых фотохромных производных ретиноидов (17-24), была успешно использована универсальная синтетическая последовательность, изображенная на схеме 4, ключевой стадией которой является реакция олефинирования по Хорнеру-Эммонсу соответствующих карбонильных предшественников анионом С5-

фосфонатного реагента (25), содержащего терминальную нитрильную группу. Последующая стадия восстановления промежуточных полиеновых нитрилов (17, 18, 21, 22) при помощи диизобутилалюмогидрида при -70°С давала промежуточные или целевые гибридные полиенали (19, 20, 23, 24), содержащие разное количество кратных связей в цепи сопряжения.

Сравнение выходов стадий олефинирования и восстановления в двух сериях диарилэтенов._____Таблица 2.

Структура соединения Я Л У\, Е| рг / У= Выход, % Я А У\, > У= Выход,%

ОЧ(17) 90 СИ (18) 85

СНО (19) 45 СНО (20) 73

СЫ(21) 83 СИ (22) 78

СНО (23) 39 СНО (24) 72

Олефинирование соединений (8, 9, 19, 20) проводили С5-фосфонатом (25) в виде смеси Е- и г-изомеров с соотношением 60 : 40 (по данным 'Н-ЯМР). Для генерации аниона фосфоната были использованы следующие условия: №Н/ТГФ/0°С и соотношение реагентов альдегидный компонент-фосфонат-гидрид натрия 1 :1.2 :1.5.

(И*")

Рис. 4. 'Н-ЯМР-спектр соединения (23) (СОС13).

ретиналя

7 9 11 13 15

Н СН3 Н СН3 Н У \

- (Vх

н н н н

8 10 12 14

(23) (24)

Рис. 5. Изменение химического сдвига сигналов протонов аналогов ретиналя (23,24) относительно аИ-Е-юомера ретиналя.

Проведение процедуры олефинирования в ТГФ при 0°С с применением №Н в качестве основания позволило исключить образование побочных продуктов и добиться высокого выхода реакции (см. табл. 2). Доля ай-Я-изомера в продукте реакции олефинирования составляла 85-91% (по данным 'Н-ЯМР спектроскопии). Восстановление нитрилов (17, 18, 21, 22) диизобутилалюмогвдридом в толуоле при -70°С приводило к промежуточным и целевым полиеналям (19, 20, 23, 24). Индивидуальные а11-Е-изомеры целевых соединений (23,24) были получены с помощью препаративной ВЭЖХ.

Структура всех синтезированных соединений была доказана при помощи набора физико-химических методов анализа (УФ-, 'Н-ЯМР-спектроскопия и масс-спектрометрии).

Таким образом, была продемонстрирована эффективность предложенной схемы синтеза для получения 2 серий новых гибридных фотохромных соединений, сочетающих в одной молекуле дитиенилэтеновый и полиеновый фрагменты.

6. Исследования спектральных и фотохимических характеристик диарилэтеновых фотохромных меток.

На этом этапе работы были исследованы спектрально-кинетические характеристики

синтезированных соединений (8,9, 17-20, 23, 24) в полярном и малополярном растворителях (этанол и толуол). В качестве примера, на рис. 6 представлены спектры поглощения открытой (кр. 1) и циклической (кр. 2-7) форм соединений (8,17) в процессе облучения УФ-

светом (фильтр УФС-2 313 нм). Видно, что в процессе УФ-облучения коротковолновая полоса исчезает. Одновременно появляется новая полоса поглощения при 580 нм, обусловленная образованием циклизованной формы. Было показано, что удлинение полиеновой цепи, а также замена альдегидной группы на нитрильную в ряду производных двух серий диарилэтенов приводит к батохромному сдвигу максимума основной полосы поглощения «открытой» формы, в то время как положение полосы поглощения циклизованной фотоокрашенной формы слабо зависит от длины полиеновой цепи и природы терминальной группы.

DTE opened

500 600 700 лпт

0 3 6 9 12 16 18 21 24 t,s

Г

0 0.5 ........"!

0.4

0.3 /

о.г J \ 6

0.1 К \!

0 V

т 389 4S0 SSO т 780

150 t,i

Рис. 6. Спектры поглощения соединений (8,17) в растворе толуола (С 1.5x10 М): до (кр. 1) и в процессе (кр. 2-7 и кр. 2-6) облучения УФ-светом (313 нм) (А,В) и кинетика процессов фотоокрашивания и фотообесцвечивания (Б,Г), измеренные на длине волны максимума полосы поглощения фотоиндуцированной циклизованной формы диарилэтена (8,17).

В результате сравнительного спектрально-кинетического исследования двух серий

диарилэтенов была установлена взаимосвязь между структурой этих соединений и их

спектральными и кинетическими параметрами. Было показано, что все соединения ряда

фторированных диарилэтенов (8, 17, 19, 23) обладают выраженным фотохромизмом и

являются термически необратимыми. Анализ соотношения констант фотоокрашивания и

18

фотообесцвечивания показал, что, в отличие от исходного альдегида (8), соединения (17,19, 23), содержащие полиеновый фрагмент, характеризуются более высокой скоростью фотоокрашивания, но она снижается с увеличением длины полиеновой цепочки. Из сравнения данных по фотодеградации (табл. 3) видно, что нитрил (17) обладает наибольшей устойчивостью к необратимым фотопревращениям. Однако дальнейшее увеличение длины полиеновой цепочки приводит к повышению скорости фотодеградации образца в ряду фторированных дитиенилэтенов.

А Б

□ Г°

1,8 1.8

Рис. 7. Спектры поглощения соединения (18) в толуоле до и после облучения УФ и видимым светом (А); кинетика процессов фотоокрашивания и фотообесцвечивания (Б), измеренные на длине волны максимума полосы поглощения фотоиндуцированной и фотообесцвеченной форм диарилэтена (18)

Спектрально-кинетические характеристики синтезированных дитиенилэтенов (8,9,17-20,

23, 24)___Таблица 3.

№ соед. ^-махсА> 4м л в Амакс > НМ ДОва клв/квАа tl/2, С3

толуол этанол толуол этанол

(8) 295 - 380, 580 - 0.4" 1.4 340

(17) 340 276, 338 585 576 0.2 7.8 660

(19) 353 355 585 580 0.2 5.9 275

(23) 390, 400 390,402 380, 553 392,409, 579 0.5 2.6 240

(9) 284, 327 263, 269, ЗЗОпл. 350, 545 352, 550 0.5 0.8 41

(18) 304, 358 313,365 336,515, 546пл.с 520пл., 550° 0.3 - 75

(20) ЗЗОпл., 382 ЗЗОпл., 390 фотодеградация фотодеградация - - -

(24) 402пл., 415 397пл„ 420 фогодеградация фотодеградация - - -

а в толуоле; 0 при 580 нм; с отсутствие выраженной реакции фотообесцвечивания циклизованной формы

Результаты спектрально-кинетического исследования синтезированных фотохромных меток (8,9,17-20,23,24) представлены в таблице 3.

На рис. 7 представлены спектры поглощения и кинетика фотоокрашивания/фотообесцвечивания Cj-нитрила (18). Как видно из этих данных, при облучении УФ-светом происходит однократное образование фотоокрашенной формы, при дальнейшем последовательном облучении видимым и УФ-светом интенсивность полосы поглощения циклизованной формы меняется незначительно.

В отличие от серии аналогичных фторсодержащих производных (8, 17, 19, 23), обладающих выраженным фотохромизмом, при замене атомов фтора на водород в фотохромном звене молекулы диарилэтенов в ряду соединений (9, 18, 20, 24) впервые были зафиксированы следующие результаты (см. табл. 3): 1) замещение атомов фтора на водород приводит к батохромному сдвигу максимума основной полосы поглощения «открытой» формы; 2) эффективность обратной фотоиндуцированной фотохромной реакции С5-нитрила (18) резко снижена; 3) С5-альдегид (20) и Сю-альдегид (24) вообще не проявляют фотохромизма, облучение их УФ-светом даже низкой интенсивности вызывало полную необратимую деградацию образца.

При сравнении свойств соединений из фторированных (8, 17, 19, 23) и нефторированных (9, 18, 20, 24) серий диарилэтенов было обнаружено значительное снижение стабильности у образцов соединений (18, 20,24).

7. Изучение процесса взаимодействия двух серий диарилэтеновых фотохромных меток с бактериоопсином в составе апомембран H. salinarum и их спектральных

свойств.

Изучено взаимодействие синтезированных аналогов ретиналя на основе дитиенилэтенов (19, 20, 23, 24) с БО в составе апомембран Halobacterium salinarum (штамм ЕТ1001). Препарат апобелка — бактериоопсина был получен при гидроксиламинолизе препарата пурпурных мембран (рН 6.5, 12°С) при освещении в течение 24 ч. Аналоги бактериородопсина получали добавлением к суспензии апомембран в стандартном буфере (ЮОмМ NaCl, 5 мМ MES, рН 6.0) стехиометрических количеств полиеналей (19, 20, 23, 24) в виде метанольного раствора. Спектрофотометрический контроль процесса взаимодействия аналогов ретиналя с бактериоопсином в составе апомембран H. salinarum показал, что образование ковалентного комплекса возможно для аналогов (19, 20) и (23, 24) с максимумами поглощения в районе 430-450 нм, 510 и 535 нм соответственно. Кинетика данного процесса очень замедлена по сравнению с реконструкцией бактериородопсина из природного хромофора и апобелка. Полоса пигмента регистрировалась через 10-30 мин после добавления альдегидов к апомембранам. Образование пигмента заканчивалось лишь в течение нескольких суток. При этом, даже длительная (в течение 2-х месяцев) инкубация

препарата предварительно приготовленной фотоокрашенной циклизованной формы полиеналя (23) с апомембранами в темноте не выявила образования пигмента (рис. 8).

Таким образом, впервые за более чем 25-летнее время изучения факторов и условий, накладываемых белковой матрицей на структуру аналогов ретиналя (для всего массива из более 350 соединений нашей базы данных), обнаружен и доказан факт фотоуправляемого регулирования процесса молекулярного распознавания исходной и фотоокрашенной структур одного и того же аналога ретиналя (ср. данные табл. 4 для открытой и циклизованной форм полиеналя (23)).

А, пт

650 Л, нм

Рис. 8. Спектрофотометрический контроль за процессом взаимодействия альдегида (23) и апобелка из апомембран Н. ¡аИпагит. А - открытая форма, Б - фотоокрашенная форма.

В таблице 4 представлены сравнительные спектральные характеристики двух серий полиеналей и их комплексов с апомембранами из Я. заИпагит и модельных соединений -альдиминов полиеналей (19), (20), (23) и (24) с н-бутиламином.

Сравнительные спектральные характеристики полиеновых дитиенилэтенов, их альдиминов с

н-бутиламином и пигментов с апобелком из Я. заИпагит.

Соединение Хтах.НМ

Аналога в МеОН Альдимина с н-бутиламином Пигмента

8В 8ВН+

(19) 355 345 413 430

(23) открытая 390, 402 368 460 510

(23) циклизов. 392,409, 579 - - н.о.

(20) ЗЗОпл., 390 365 444 450

(24) 397пл„ 420 400 500 535

Таблица 4.

выводы

1. Разработан метод синтеза новой фотохромной метки на основе замещенных 6'-нитросиироииранов для маркирования поверхности квантовых точек. Успешно продемонстрирована возможность управления флуоресценцией системы «фотохромная метка - квантовые точки Сс18е» путем индуцированного светом изменения структуры и спектральных характеристик спиропирана.

2. Разработан оригинальный подход к получению исходного моноформильного производного дитиенилциклопентена (9).

3. Предложен и осуществлен синтез двух серий фотохромных меток на основе дитиенилэтенов. Универсальная синтетическая процедура заключалась в двукратном повторении стадий олефинирования по Хорнеру-Эммонсу соответствующих карбонильных предшественников (8,9) С5-фосфонатом (25) с последующим восстановлением нитрильной функции Б [ВАН в промежуточных нитрилах.

4. Исследованы спектрально-кинетические характеристики новых фотохромных меток. Показано, что замена атомов фтора на водород в циклопентеновом кольце дитиенилэтена приводит к потере фотохромных свойств у длинноцепочечных аналогов ретиналя.

5. Исследован процесс взаимодействия двух серий фотохромных аналогов ретиналя с апобелком - бактериоопсином. Впервые показана принципиальная возможность управляемого светом регулирования процесса молекулярного распознавания исходной и фотоциклизованной структур одного и того же фотохрома.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. BelikovN., Lukin A., Laptev A., Shvets V., Barachevsky V., |Strokach Yu], Valova Т., KiayushkinM., Demina O., Varfolomeev S., Khodonov A. Photochromic Behavior of Retinal Analogs. // J. Photochem. Photobiol. A: Chemistry, 2008, V. 196, N 2-3, P. 262-267.

2. Лаптев A.B., Лукин А.Ю., Беликов H.E., Земцов Р.В., Швец В.И., Демина О.В., Варфоломеев С.Д., Барачевский В.А., Ходонов А.А. Синтез и изучение фотохромного поведения 3-[6'-нитро-1,3,3-триметилспиро(индолино-2,2'-[2Н]-хромен-5-ил)]пропеновой кислоты и ее этилового эфира. // Химия высоких энергий. - 2010, Т. 44, №3, С. 239-243.

3. Лаптев А.В., Лукин А.Ю., Беликов Н.Е., Земцов Р.В., Швец В.И., Демина О.В., Варфоломеев С.Д., Барачевский В.А., Ходонов А.А. Синтез и изучение фотохромного поведения 3-[6'-нитро-1,3,3-триметалспиро(индолино-2,2'-[2Н]-хромен-5-ил)]пропеновой кислоты и ее этилового эфира. // Труды Международной конференции «Органическая нанофотоника 2009», 21-28 июня 2009, С-Пегербург, 2010, С. 228-237.

4. Лаптев А.В., Лукин А.Ю., Беликов Н.Е., Швец В.И., Демина О.В., Барачевский В.А., Ходонов А.А. 5-Формил-замещенные индолиновые спиробензопираны и способ их получения. // Патент РФ № 2358977, Заявка на изобретение № 2008112485 от 02.04.2008. Опубликовано 20.06.2009, Б.И. 2009, № 17.

5. Khodonov А.А., Lukin A.Yu., Belikov N.E., Laptev A.V., Shvets V.I., Barachevsky V.A., Strokach Yu.P., Krayushkin M.M., Shorunov S.V., Demina O.V. Photochromic retinal analogs: synthesis and study of their spectral properties. // Abstracts Book of XXIst IUPAC Symposium on Photochemistry, Kyoto, Japan, April 2-7, 2006, P.230.

6. Khodonov A.A., Lukin A.Yu., Belikov N.E., Laptev A.V., Shvets V.I., Barachevsky V.A., Strokach Yu.P., Krayushkin M.M., Demina O.V. Photochromic retinal analogs: synthesis and study of their spectral properties. //Abstracts of International Symposium on Molecular Photonics devoted to the memory of academician A.N. Terenin, St. Petersburg, June 28-July 2,2006, P. 77.

7. Demina O.V., Khodonov A.A., Lukin A.Yu., Belikov N.E., Laptev A.V., Shvets V.I., Barachevsky V.A., Strokach Yu.P. Design and Synthesis of Photochromic Labels for Covalent modification of different targets. // Abstracts of International Symposium on Molecular Photonics devoted to the memory of academician A.N. Terenin, St. Petersburg, June 28-July 2,2006, P. 76-77.

8. Лукин А.Ю., Лаптев A.B., Беликов H.E., Барачевский В.А., Строкач Ю.П., Ходонов А.А., Демина О.В., Краюшкин М.М., Швец В.И. Синтез фотохромных аналогов ретиналя. // Материалы международной конференции "Advanced Science in Organic Chemistry", Судак, Крым, 2006, C-098.

9. Laptev A.V., Lukin A.Yu., Belikov N.E., Barachevsky V.A., Demina O.V., Varfolomeev S.D., Shvets V.I., Khodonov A. A. Synthesis of photochromic retinal analogs. // Abstracts of XVIII Mendeleev Congress on General and Applied Chemistry. Russia, Moscow, September 23-28,2007, part 4, P. 546.

10. Laptev A.V., Lukin A.Yu., Belikov N.E., Barachevsky V.A., Demina O.V., Shvets V.I., Khodonov A.A. Investigation of spectral properties of photochromic retinoid analogs. // Abstracts of the International Conference "Molecular and nanoscale system for energy conversion". October 1-3, Moscow, Russia, 2007, P. 85.

11. Belikov N.E., Laptev A.V., Lukin A.Yu., Barachevsky V.A., Demina O.V., Shvets V.I., Khodonov A.A., Krayushkin M.M. Vinylogs of the bis-dihetaiylethenes as new thermoirreversible photochromic materials. // Abstracts of the International Conference "Molecular and nanoscale system for energy conversion". October 1-3, Moscow, Russia, 2007, P. 89.

12. Ходонов А.А., Лаптев A.B., Лукин А.Ю., Беликов H.E., Барачевский В.А., Демина О.В., Варфоломеев С.Д., Швец В.И., Краюшкин М.М. Фотохромные аналоги ретиналя: синтез и свойства. Материалы международной конференции "Нанофотоника". Россия, Черноголовка, 18-22 сентября, 2007, С. 164.

13. Беликов Н.Е., Демина О.В., Варфоломеев С.Д., Швец В.И., Ходонов А.А. Изучение процесса фотоизомеризации ретиналя. Материалы международной конференции "Нанофотоника". Россия, Черноголовка, 18-22 сентября, 2007, С. 47.

14. Belikov N., Lukin A., Laptev A., Shvets V, Barachevsky V., Strokach Yu., Valova Т., Krayushkin M., Demina O., Varfolomeev S., Khodonov A. / Photochromic Behavior of Retinal Analogs // Abstract Book of International Symposium on Photochromism, Vancouver, British Columbia, Canada, October 7-10,2007. P. 28.

15. Barachevsky V.A., Strokach Yu.P., Kobeleva O.I., Valova T.M., Krayushkin M.M., Demina O.V., Lukin A.Yu., Belikov N.E., Laptev A.V., Shvets V.I., Khodonov A.A. Photochromic Retinal Analogs: Synthesis and Properties. // Abstracts of ХХШ International Conference on Photochemistry, Cologne, Germany, 29 July - 3 August 2007. P. 472.

16. Barachevsky V.A., Belikov N.E., Lukin A.Yu., Laptev A.V., Shvets V.I., Valova T.M., Krayushkin M.M., Demina O.V., Varfolomeev S.D., Khodonov A.A. Photochromic Behavior of Retinal Analogs. // Abstract Book of XXIInd IUPAC International Symposium on Photochemistry, Gothenburg, Sweden, 28 July - 01 August 2008, PI 50, P. 278.

17. Беликов H.E., Лаптев A.B., Лукин А.Ю., Барачевский В.А., Демина О.В., Швец В.И., Ходонов А.А., Краюшкин М.М. Аналоги бис-гегероарилэтенов как новые термически необратимые фотохромные материалы. // Тезисы докладов ХП Международной научно-технической конференции Наукоемкие химические технологии-2008. Волгоград, 9-11 сентября 2008 г. С. 131-132.

18. Ходонов А.А., Демина О.В., Беликов Н.Е., Звездин К.В., Лаптев А.В., Лукин А.Ю., Варфоломеев С.Д., Швец В.И., Барачевский В.А. Синтез и спектральные свойства фотохромных производных витамина А. // Сборник тезисов Международной конференции «Нанофотоника», Ужгород, Украина, 28 сентября - 3 октября 2008 г., С-2.

19. Демина О.В., Беликов Н.Е., Звездин К.В., Лаптев А.В., Лукин А.Ю., Варфоломеев С.Д., Швец В.И., Ходонов А.А. Исследование процесса фотоизомеризации производных витамина А. // Сборник тезисов Международной конференции «Нанофотоника», Ужгород, Украина, 28 сентября-3 октября 2008 г., С-13.

20. Demina O.V., Laptev A.V., Lukin A.Yu, Belikov N.E., Shvets V.I., Varfolomeev S.D., Khodonov A.A Investigation of synthetic routes for the 11Z-retinal Preparation // Materials of International Symposium "Defense Mechanisms of the Retina: New Perspectives." Erevan 26-29 October 2008, P. 24.

21. Khodonov A.A, Demina O.V., Laptev A.V., Lukin A.Yu., Belikov N.E., Shvets V.I., Varfolomeev S.D. Retinoids and Retinal Proteins - Structure and Function. // Materials of International Symposium "Defense Mechanisms of the Retina: New Perspectives." Erevan 26-29 October 2008, P. 22.

22. Беликов H.E., Лаптев A.B., Земцов P.B., Лукин А.Ю., Демина О.В., Барачевский В.А., Краюшкин М.М., Швец В.И., Ходонов А.А. Синтез и исследование спектральных свойств диарилэтеновых аналогов ретиналя // Материалы Ш Молодежной конференции ИОХ РАН, Москва, 2009, С. 70-72.

23. Лаптев А.В., Лукин А.Ю., Беликов Н.Е., Земцов Р.В., Ходонов А.А., Швец В.И., Барачевский В.А., Демина О.В. / Синтез и фотохромные свойства полиеновых производных спиропиранов // Материалы Ш Молодежной конференции ИОХ РАН, Москва, 2009, С. 92-94.

24. Лаптев А.В., Лукин А.Ю., Беликов Н.Е., Земцов Р.В., Звездин К.В., Ходонов А.А., Швец В.И., Барачевский В.А., Варфоломеев С.Д., Демина О.В. Синтез и свойства фотохромных аналогов витамина А // Материалы конференции «Биологически активные вещества: фундаментальные и прикладные вопросы получения и применения», Новый Свег, АР Крым, Украина, 2009, С. 107-108.

25. Ходонов А.А., Лаптев А.В., Лукин А.Ю., Беликов Н.Е., Земцов Р.В., Звездин К.В., Швец В.И., Барачевский В.А., Варфоломеев С.Д., Демина О.В. Исследование фотохромного поведения модельных хромофоров ретиналь-содержащих белков. // Материалы Международной конференции «Органическая нанофотоника 2009», 21-28 июня 2009, С-Петербург, 2009, С. 136.

26. Khodonov A.A., Laptev A.V., Lukin A.Yu., Belikov N.E., Zemtsov R.V., Zvezdin K.V., Shvets V.l., Barachevsky V.A., Varfolomeev S.D., Démina O.V. Synthesis and Properties of Photochromic Retinal Analogs. // Materials of 1601 European Symposium on Organic Chemistry, 12-16 July 2009, Prague, Czech Republic, PI.244, P. 311.

27. Беликов H.E., Лаптев A.B., Земцов P.B., Лукин А.Ю., Демина О.В., Барачевский В.А., Краюшкин М.М., Швец В.И., Ходонов A.A. Синтез и спектральные свойства диарилэтеновых аналогов ретиналя // Материалы Международной научной конференции по биоорганической химии, биотехнологии и бионанотехнологии, посвященной 75-летию со дня рождения академика Юрия Анатольевича Овчинникова, 28 сентября -1 октября 2009 г., Москва, 2009, Т. 2, С. 21.

28. Лаптев A.B., Лукин А.Ю., Беликов Н.Е., Земцов Р.В., Ходонов A.A., Швец В.И., Барачевский В.А., Демина О.В. Синтез и фотохромные свойства полиеновых производных спиропиранов. // Материалы Международной научной конференции по биоорганической химии, биотехнологии и бионанотехнологии, посвященной 75-летию со дня рождения академика Юрия Анатольевича Овчинникова, 28 сентября - 1 октября 2009 г., Москва, 2009, Т. 2, С. 126.

29. Беликов Н.Е., Лаптев A.B., Земцов Р.В., Лукин А.Ю., Демина О.В., Барачевский В.А., Краюшкин М.М., Швец В.И., Ходонов A.A. Изучение спектральных характеристик диарилэтеновых аналогов ретиналя. // Материалы IX ежегодной международной молодежной конференции ИБХФ РАН - ВУЗы «Биохимическая физика», 9-11 ноября 2009 г., Москва, С. 28.

30. Лаптев A.B., Лукин А.Ю., Беликов Н.Е., Земцов Р.В., Звездин К.В., Ходонов A.A., Швец В.И., Барачевский, В.А. Демина О.В. Исследование фотохромных свойств полиеновых производных спиропиранов. // Материалы IX ежегодной международной молодежной конференции ИБХФ РАН - ВУЗы «Биохимическая физика»,9-11 ноября 2009 г., Москва, С. 132.

31. Лаптев A.B., Лукин А.Ю., Беликов H.E., Швец В.И., Демина О.В., Варфоломеев С.Д., Бричкин С.Б., Николенко Д.Ю., Разумов В.Ф., Ходонов A.A. Новые модели фотосинтетических систем: методы получения и свойства. // Материалы Международного симпозиума «Advanced Science in Organic Chemistry», 21-25 июня 2010, Мисхор, Крым, С-125, С. 217.

32. Лукин А.Ю., Лаптев A.B., Беликов H.E., Фомин М.А., Звездин К.В., Демина О.В., Швец В.И., Ходонов A.A. Разработка методов синтеза фотохромных аналогов ретиналя. // Материалы Международного симпозиума «Advanced Science in Organic Chemistry», 21-25 июня 2010, Мисхор, Крым, С-133, С. 225.

33. Khodonov A.A., Laptev A.V., Zvezdin K.V., Lukin A.Yu., Belikov N.E., Fomin M.A., Shvets V.l., Brichkin S.B., Nikolenko D.Yu, Razumov V.F., Barachevsky V.A., Varfolomeev S.D., Démina O.V. New hybrid photochromic materials for optical switching. // Abstracts of 4 International Conference on Optical Optoelectronic and Photonic Materials and Application. Hungary, Budapest, August 15-20,2010, A-0098, P.110-111.

34. Беликов H.E., Лаптев A.B., Лукин А.Ю., Демина О.В., Барачевский В.А., Краюшкин М.М., Швец В.И., Ходонов A.A. Синтез и спектральные характеристики диарилэтеновых производных ретиналя. // Материалы Московской международной научно-практической конференции "Биотехнология: экология крупных городов" Москва, 15-17 марта 2010,2010, С. 480.

ПОДПИСАНО В ПЕЧАТЬ 26.04.11 БУМАГА ПИСЧАЯ. ТИРАЖ 100 ЭКЗ.

ИЗДАТЕЛЬСКО-ПОЛИГРАФИЧЕСКИЙ ЦЕНТР 119571, Г. МОСКВА, ПР-Т ВЕРНАДСКОГО, 86

Список условных обозначений и сокращений.

1. Введение.

2. Литературный обзор.

2.1. Фотохромы класса дитиенилэтенов: общая характеристика, методы синтеза, спектральные и технические характеристики, фотохромизм, связь строения и спектральных и фотохромных свойств.

2.2. Методы синтеза производных диарилэтенов.

2.3. Технические и спектральные характеристики диарилэтенов.

2.4. Перспективы на будущее.

3. Теоретическая часть.

3.1. Квантовые точки — строение, свойства и методы создания конъюгатов с различными объектами.

3.2. Синтез фотохромного лиганда для маркирования СЮ на основе системы СёЭе.

3.3. Исследование спектральных и фотохимических характеристик фотохромного лиганда (4) для маркирования квантовых точек Сс18е.

4. Дизайн структур и разработка методов получения новых фотохромных лигандов для маркирования биологического объекта — бактериородопсина (БР).

4.1. Синтез исходного формильного производного диарилэтена (9) для серии ВТЕ11.

4.2. Исследование процесса олефинирования по Хорнеру-Эммонсу карбонильных предшественников в ряду диарилэтенов.

4.3. Исследования спектральных и фотохимических характеристик диарилэтеновых фотохромных меток.

5. Изучение процесса взаимодействия двух серий диарилэтеновых фотохромных меток с бактериоопсином (БО) в составе апомембран Н. ваИпагит и их спектральных свойств

6. Экспериментальная часть.

7. Выводы.