Синтез аналогов ретиналя ряда спиропиранов и их взаимодействие с бактериоопсином тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.10 ВАК РФ

На правах рукописи

Лаптев Алексей Владимирович

СИНТЕЗ АНАЛОГОВ РЕТИНАЛЯ РЯДА СПИРОПИРАНОВ И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С БАКТЕРИООПСИНОМ

(02.00.10 - Биоорганическая химия)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

003449432

Москва-2008

003449432

Работа выполнена на кафедре биотехнологии Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова и в лаборатории 0501 Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН

Научный руководитель:

Ведущая организация' Институт проблем химической физики РАН

Защита состоится 10 ноября 2008 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 10 октября 2008 года

доктор химических наук

Ходонов Андрей Александрович

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор доктор химических наук, профессор

Мочалин Всеволод Борисович Федорова Ольга Анатольевна

Ученый секретарь Диссертационного Совета, кандидат химических наук, старший научный сотрудник

Лютик А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ1

Актуальность проблемы. Фотохромные соединения, материалы и системы на их основе обладают высоким потенциалом для практического применения и востребованы в ряде важнейших областей науки, техники, промышленности и медицины Наиболее перспективно их использование при разработке нового поколения элементной базы наноэлектроники (систем трехмерной оптической памяти), новых фоторегистриругощих сред и материалов, оптических молекулярных переключателей, хемосенсоров и др

Большой интерес для нанобиотсхнологии и наномедицины представляют исследования возможности реализации обратимого фотоуправления определенными биологическими процессами (например, транспортом определенных соединений через клеточные мембраны, биокатализом или процессами распознавания в системе лиганд-рецептор, адресной фотоуправляемой доставкой лекарственных средств к органу- или ткани-мишени, новых средств диагностики и визуализации патологий на молекулярном уровне с высокой чувствительностью и селективностью, диагностикумов и биосенсоров многократного использования с высокой цикличностью и др)

В связи с вышесказанным дизайн новых молекулярных структур, содержащих фотохромные фрагменты в качестве активного работающего элемента и обладающих новыми полезными свойствами, а также исследование их поведения является актуальным направлением развития перспективных поисковых исследований в смежных дисциплинах -биоорганической химии, молекулярной биологии и бионанофотонике. В ходе выполнения настоящей работы впервые получены гибридные фотоактивные материалы новых типов на основе биологических и органических компонентов, в том числе обладающих бинарным набором двух различных по природе фотохромов

В качестве целевой биологической мишени был выбран уникальный биофотохром -светозависимая протонная транслоказа - бакгериородопсин из галофильной бактерии На!оЬас1егшт ^аЬпагит

В качестве органических фотохромных компонентов были выбраны 2 серии производных спиропиранов, молекулы которых для придания им способности к ковалентному взаимодействию с биологической мишеныо необходимо было модифицировать введением в 5- или б'-положение исходного фотохрома фотоизомеризуемых полиеновых линкеров различной природы, степени ненасыщенности и размера, содержащих разнообразные реакционноспособные терминальные группы. Настоящая работа является логическим продолжением цикла структурно-функциональных исследований бактериородопсина, проводимых на кафедре Биотехнологии МИТХТ им. М.В Ломоносова под руководством академика РАМН Швеца В И, в результате которого был

1 В руководстве отдельных этапов работы, связанных с изучением спектрально-кинетических характеристик спиропиранов, принимал участие к ф-м н, зав лаб Центра фотохимии РАН Барачевскии В А

разработан и широко применяется метод замещения природного хромофора - ретиналя на его аналоги различной природы

Работа является частью плановых научных исследований, проводимых на кафедре биотехнологии МИТХТ им МВ Ломоносова в рамках госбюджетной темы 1Б-5-356 "Исследования липидов, нуклеозидов, пептидов, рстиноидов 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 № РИ-112/001/609, № 02.512 11 2144 и № 02 512.11 0011, гранта РФФИ 04-03-32746-а "Новые фотохромные системы, способные к образованию супрамолекулярных ансамблей с различными субстратами" Цели и задачи исследования:

1. Разработка новых синтетических методов получения двух серий неизвестных ранее фотохромных лигандов ряда спиропиранов

1.1 отработка известных путей получения исходных спиропиранов,

1.2 разработка новых подходов для модификации молекул исходных спиропиранов, 1 3 синтез С5-фосфонатного реагента,

1 4. исследование процесса олефинирования по Хорнеру-Эммонсу карбонильных предшественников в ряду спиропиранов,

1 5 анализ и доказательство строения фотохромных аналогов ретиналя ряда спиропиранов

2. Исследование фотохимических характеристик синтезированных фотохромов

3. Изучение процесса взаимодействия синтезированных аналогов ретиналя с бактериоопсином в составе апомембран На1оЬас1епит 5а1тагит

Научная новизна. Разработан и детально исследован новый метод прямого селективного формилирования в условиях реакции Даффа по 5-му положению молекулы спиропиранов, имеющих электронно-акцепторные заместители в пирановом цикле, и с его использованием осуществлен синтез ключевого 6'-нитро-5-формилспиропирана (2 б)

Впервые осуществлен синтез двух серий спиропирановых аналогов ретиналя путем двукратного повторения сочетания процедуры олефинирования по Хорнеру-Эммонсу соответствующих карбонильных предшественников С5-фосфонатом (3) и восстановления нитрильной группы соответствующих промежуточных нитрилов при использовании 01ВАН.

Впервые изучены условия проведения и стереохимия продуктов реакции олефинирования по Хорнеру-Эммонсу в ряду производных спиропиранов

Исследованы продукты побочных реакций конденсации индоленина (19) с производными салицилового альдегида, а также в процедуре восстановления нитрильной группы промежуточных нитрилов при использовании БШАН.

На основании результатов физико-химических методов анализа доказано строение всех полученных соединений

Впервые исследованы спектрально-кинетические характеристики новых гибридных аналогов ретиналя

Изучен процесс взаимодействия двух серий синтезированных спиропирансодержащих аналогов ретиналя с бактериоопсином в составе апомембран Halobacterium salmarum

Практическая значимость. Отработаны препаративные методы синтеза ряда замещенных производных салицилового альдегида (11)-(15) Подобраны и оптимизированы условия циклизации индоленина (19) и ряда замещенных салициловых альдегидов (13)-(15) с целью минимизации образования побочных продуктов Впервые предложен удобный и эффективный одностадийный метод синтеза нового 6'-нитро-5-формилспиропирана -ключевого интермедиата для получения серий разнообразно модифицированных по 5-положению производных. Получена серия новых гибридных фотохромов, обладающих бинарным набором фотоактивных звеньев

Публикации и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 5 статей в отечественных и международных научных журналах J. of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry, Molecular Crystals and Liquid Crystals; Вестник МИТХТ; Химия высоких энергий; Биоорганическая химия Подана 1 заявка на получение патента РФ

Результаты, полученные в диссертационной работе, неоднократно были доложены и представлены на следующих международных научных конференциях 4th International Symposium on Photochromism "Photoswitchable Molecular System and Devices", Aicachon, France, 2004; Third International Symposium on Supramolecular Chemistry "Molecular Design and Synthesis of Supramolecular Architectures", Kazan, Russia, 2004, III съезде биотехнологов России, Москва, Россия, 2005, XXIst IUPAC Symposium on Photochemistry, Kyoto, Japan, 2006, International Symposium on Molecular Photonics devoted to the memory of academician AN Terenin, St Petersburg, Russia, 2006, International Symposium "Advanced Science in Organic Chemistry", Sudak, Crimea, 2006; XI Международной научно-технической конференции "Наукоемкие химические технологии - 2006", Самара, Россия, 2006, Юбилейных научных чтениях, посвященных 110-летию со дня рождения проф НА Преображенского, Москва, Россия, 2006, IVth International Symposium on Supramolecular Chemistiy "Design and Synthesis of Supramolecular Architectures", Kazan, Russia, 2006, XVIII Mendeleev Congress on General and Applied Chemistry, Moscow, Russia, 2007; International Conference "Molecular and nanoscalc system for energy conversion", Moscow, Russia, 2007, Международной конференции "Нанофотоника", Черноголовка, Россия, 2007; International Symposium on Photochromism, Vancouver, British Columbia, Canada, 2007, XXIII International Conference on Photochemistry, Cologne, Germany, 2007, XXHnd IUPAC International Symposium

on Photochemistry, Gothenburg, Sweden, 2008, Международном симпозиуме "Нанофотоника" , Ужгород, Украина, 2008

Положения, выносимые на защиту.

1 Методы получения двух серий аналогов ретиналя ряда спиропиранов

2 Метод прямого формилирования спиропиранов, имеющих электронно-акцепторные

заместители в пирановом цикле, по 5-му положению молекулы

3 Результаты анализа структуры продуктов побочных реакций в синтезе фотохромных

аналогов ретиналя на основе производных спиропиранов

4 Результаты спектрально-кинетических исследований характеристик новых гибридных

аналогов ретиналя

5. Методология получения новых пигментов бактериородопсина, из новых спиропирансодержащих аналогов ретиналя

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

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ Основная идея настоящей работы заключалась в разработке методологии создания аналогов БР, содержащих вместо природного хромофора - ретиналя гибридные полиенали, обладающие фотоактивными свойствами благодаря, наличию в их молекуле фрагмента фотохрома В качестве фотохрома нами были выбраны производные спиропиранов (а,б), содержащие полиеновую цепь в 6'- (а) или 5-положении (б) спиропиранового фрагмента Окончательный дизайн молекул целевых аналогов ретиналя был сделан на основе анализа результатов компьютерного моделирования топографии хромофорной полости бактериородопсина (файл PDB - ImOl) в программах HyperChem 8 03 и Ligand-Protem Contacts (LPC) (http://bip.weizmann.ac.il/oca-bin/lpccsu) и сопоставления с ней размеров выбранных структур полиеналей (а,б)

В качестве ключевой стадии синтеза модифицированных фотохромных полиеналей была использована процедура олефинирования по Хорнеру-Эммонсу соответствующих карбонильных производных спиропиранового рядов анионами Cj-фосфоната (Схема 1) 1. Синтез исходных соединений Первый этап работы заключался в получении необходимого набора исходных соединений (2 а,б) и Cs-фосфоната (3). По известным методикам был осуществлен синтез предшественников спиропиранов - производных 2-гидроксибензальдегида (11) диформильное производное (13) получено из промежуточного хлорметильного салицилового альдегида (12) в условиях реакции Соммле, соединение (12) - из коммерчески доступного

салицилового альдегида (11); нитро-производное (14) - из соединения (11) при использовании системы реагентов - Н1ЧОз/лед. СН3СООН (схема 2).

Рис 1. А) Ретиналь (1) и его аналоги серии (а) и (б) Б) Сопоставление размеров молекул ретиналя и его аналогов серии (а) и (6), наложением структур в программе НурегСИеш 8 03.

Выхода реакций были близки к описанным в литературе, структуры полученных соединений были подтверждены набором физико-химических методов анализа и сравнением температур плавления веществ с литературными данными. Таким образом, были отработаны препаративные методы синтеза ряда замещенных производных салицилового альдегида.

Схема 1.

(2)

О

(ЕЮ)2Р.

(3)

CN

01ВАН

(4а), 95% (46), 90%

1Г ^^

(5а), 60% (56), 45%

сно

(ЕЮ)2Р,

О ,(3)

\аН, ТНК

CN

01ВАН

■|Г ^

СНО

(ба), 90%

(бб), 85%

(7а), 50% (76), 40%

(2)

II (8) (СН3СН20)2Т>Ч^,С>1

N84, ТНР

Р1ВАН к^СНО

(9), 90%

(10), 60%

О

о

СНО

НО СНО

НШз

снзсоон (15), 15% (11)

Схема 2.

Одновременно с синтезом производных салицилового альдегида по отработанным ранее в нашей лаборатории методикам было наработано необходимое количество ключевого реагента - С5-фосфоната, содержащего нитрильную терминальную группу (схема 3).

___ (СН3СН20)3Р II О

_». (СН3СН20)21> СИ _„

Схема 3.

(16) (8X87% ТНР,МаН

о сн3

(18),52% (3), 80 %;г/Е = 40:60

Для синтеза С^-фосфоната (8) использовали конденсацию по Арбузову доступного хлорацетонитрила (16) с триэтилфосфитом, выход продукта после перегонки 87%. Конденсация соединения (8) с хлорацетоном (17) в условиях реакции Хорнера-Эммонса дает изомерную смесь (18) с общим выходом 52%. Конденсация соединения (18) с триэтилфосфитом по Арбузову позволила получить Сг-фосфонат (3) с выходом после перегонки 80%, соотношение изомеров 2/Е 40.60 по данным 'Н-ЯМР.

Следующим этапом работы была отработка условий получения замещенных спиропиранов нужного строения. Несмотря на то, что реакция конденсации простейших производных салицилового альдегида с основанием Фишера - 1,3,3-триметил-2-метилениндоленином (19) достаточно хорошо изучена в литературе, в нашей лаборатории был проведен ряд экспериментов по воспроизведению и оптимизации известных методик, с последующим их применением для циклизации с наработанными ранее производными салицилового альдегида. Использованный нами вначале метод генерации индоленина т 5Йи из перхлоратов соли индолениния действием триэтиламина был заменен на использование готового коммерчески доступного индоленина (19), который вводили в реакцию непосредственно после перегонки в атмосфере аргона. Все реакции циклизации были проведены в условиях небольшого избытка альдегидного компонента при нагревании смеси реагентов в течение 2-3 ч в безводном спирте (изопропиловом, этиловом или метиловом), в атмосфере аргона Соединения (2 а), (21) были наработаны в препаративных количествах, структура подтверждена данными физико-химических методов анализа, а также сравнением их свойств с представленными в литературе.

При конденсации незамещенного салицилового альдегида (11) нами было показано, что в условиях избытка индоленина (19), наряду с основным соединением (20) образуется побочный продукт - "грициклическое" соединение (22) (схема 4). Образование побочного продукта было доказано и для замещенного салицилового альдегида: из формального производного (13) был получен спиропиран (2 а) и его "грициклическое" соединение (23) в условиях избытка индоленина (19). Структуру полученных побочных соединений доказывали при помощи 'Н-ЯМР-спектроскопии и масс-спектрометрии, а также сравнением с данными литературы.

Схема 4.

В Н-ЯМР-спектрах "трициклического" производного (22), при сравнении с аналогичными спектрами целевого спиропирана (20) было отмечено появление новых видов сигналов: 4.29 (тд), 4.21 (д), 2.44 (лд), 2.20 (т) м.д., отвечающих 4'-, 2"-, З'Ь-, З'а-протонам молекулы, новых сигналов метальных групп в алифатической области и дополнительных сигналов в ароматической области спектра. Аналогичные результаты были получены при синтезе б'-формильного производного спиропирана (2 а) (рис. 2).

ВЕШ

11 1ЙШ! В 5

1|

и9 и1

Ш

I а

Рис. 2. Фрагменты Н-ЯМР-спектров спиропирана (2 а) (А) и побочного соединения (23) (Б) (СОС13).

В результате были подобраны наиболее оптимальные условия реакции конденсации: в качестве растворителя - безводный спирт (изопропанол, этанол, метанол) в соотношении 25-^50 мл на 1 г альдегидного компонента; использовать избыток альдегидного компонента 1,1-4,2; проводить нагревание реакционной смеси при кипении в течение 2-3 ч в инертной атмосфере, реакционную массу экранировать от дневного света.

В качестве исходного соединения для синтеза серии (б) было необходимо получить спиропиран (2 б). Поиск возможного варианта его получения по базам данных показал, что это соединение в литературе не описано, однако был известен ряд реакций электрофильного замещения производных спиропиранов, проходящих по 5-му положению индолинового фрагмента. Так, ранее было показано, что формальная или ацильная группа вводится в положение 3' при формилировании по Вильсмайеру-Хааку или ацилировании системами: уксусный ангидрид в присутствии эфирата трехфтористого бора в хлороформе; хлористый бензоил с треххлористым алюминием в сероуглероде или хлористый бензоил в среде N,>1-диметилаиилина.

Схема 5

Я = СН0,1*02

Нами была выбрана реакция формулирования по Даффу, и было установлено, что в условиях реакции Даффа прямое формилирование фотохромных спиропиранов, имеющих электронно-акцепторные заместители в пирановой части, преимущественно проходит по 5-му положению индолинового ядра (схема 5) Были подобраны оптимальные условия проведения процесса нагревание смеси исходного спиропирана и избытка 2-4 экв уротропина (гексаметилентетрамин, НМТ) при кипении в трифторуксусной кислоте в инертной атмосфере Нагревание реакционной массы при температурах ниже температуры кипения приводило к увеличению времени проведения реакции, необходимости увеличения избытка уротропина и, в целом, не влияло на общий выход реакции Присутствие следов кислорода заметно снижало выход реакции, увеличивало содержание побочных продуктов, вызывало осмоление и окисление реакционной массы, поэтому необходимо было проводить реакцию формилирования в инертной атмосфере Величина избытка уротропина зависела от структурных особенностей исходного спиропирана' недостаточное количество формилирующего агента могло привести к низкой степени превращения исходного спиропирана, большой избыток к увеличению доли побочных продуктов Вторичное замещение по положениям 3'- и 7 происходило лишь при больших избытках уротропина

Дополнительно нами была проведена реакция формилирования и для незамещенного спиропирана (20) Контроль с помощью ТСХ показал, что при добавлении двух эквивалентов уротропина в реакции было обнаружено 3 продукта реакции, содержащих формильную группу по положению 5- / 6'- и по обоим 5- и б'-положениям Таким образом, данный метод не приводил к заметной деструкции или замещению по положению 3'-4' связи, и следовательно, является весьма перспективным для модификации индольного фрагмента молекулы спиропирана с целью получения новых фотохромных материалов

Соединение (2 б) было наработано в препаративных количествах, его структура была подтверждена набором физико-химических данных Для установления типа замещения использовались методы 'Н-, СОЗУ-'Н-, ЮЕБУ-'Н- и МОЕ-ОЛегепсе-'Н-ЯМР.

2. Синтез аналогов ретиналя Для синтеза аналогов ретиналя была применена универсальная экспериментальная процедура наращивания полиеновой цепи молекулы ретиноида, которая была предложена нами ранее и уже успешно апробирована в синтезе ряда его аналогов

Синтетическая процедура создания молекулы рстиноида и его аналогов заключалась в олефинировании по Хорнсру-Эммонсу карбонильных предшественников (2) С5-фосфонатным реагентом (3), восстановлении полученных нитрилов (4) в альдегиды (5) при помощи 01ВАН и последующем повторении стадий олефинирования альдегидов (5) реагентом (3) и восстановления полученных нитрилов (6) в целевые альдегиды (7) (схема 1)

В качестве ключевых альдегидов для наращивания полиеновой цепи были выбраны 1,3,3-триметил-6'-формилиндолин-2-спиро-2'-2Н-хромен (2 а) и б'-нитро-1,3,3-триметил-5-формилиндолин-2-спиро-2'-2Н-хромен (2 б)

Олефинирование соединений (2) проводили Сз-фосфонатом (3) в виде смеси Е- и 2-изомеров с соотношением 60 40 (по данным 'Н-ЯМР) Для генерации аниона фосфоната были использованы следующие условия ЫаН/ТНР/0°С при соотношении реагентов альдегидный кочпонент-фосфонат-гидрид натрия 1:12 1.5.

В результате были получены соответствующие нитрилы (4) (схема 1) с выходом 90% в виде смеси 3 "Е- и 3' '2-изомеров 6 • 1 (от 5 до 7 1 при отработке метода) для (4 а) и 7 3 для (4 б), вновь образующаяся связь имела 1 "£-конфигурацию (по данным 'Н-ЯМР спектров ./г-г 16 0-16.3 Гц) Трансформацию промежуточных нитрилов в альдегиды проводили восстановлением нитрильной функции с применением 01ВАН при - 90°С

Потребовалось значительное охлаждение реакционной смеси, чтобы избежать побочной реакции восстановления 3'-4'-двойной связи в пирановом цикле В результате были получены полиенали (5) с выходом 50% в виде смеси 3 "Е- и 3"2-изомеров 6 1, (от 5 до 71 при отработке метода) для (5 а) и 7 . 3 для (5 б)

При подборе различных условий восстановления соединений (4 а) и (б а) с помощью БШАН нами было обнаружены и выделены побочные соединения Структуру побочных соединений установили методами масс-спектрометрии, УФ- и 'Н-ЯМР-спектроскопии Следует отметить, что в литературе ранее подобные превращения спиробензопиранов не были известны

При анализе первого побочного продукта нами было показано, что его наиболее вероятной структурой является первичный спирт (рис 3), так как при хроматографировании этот продукт имел значительное отлтие по Яг с основным продуктом, а в УФ-спектрах максимум поглощения был смещен в коротковолновую область на 10 нм Более сложной

Рис 3 Побочные реакции при восстановлении 01ВАН нитрилов (4 а), (6 а)

задачей оказалась установление строения второго побочного продукта реакции, поскольку его обнаружение при помощи ТСХ и выделение обычными хроматографическими способами были затруднительны вследствие близкой хроматографической подвижностью побочного и основного продуктов. В масс-спектрах побочного соединения так же, как и для смеси побочного и основного соединений, был обнаружен сигнал молекулярного иона отвечающий [М+2] от молекулярного иона основного соединения В 'Н-ЯМР -спектрах наблюдалось исчезновение сигналов 3' и 4' протонов с характерной КССВ в 102-10 5 Гц и появление новых сигналов в области 2 3 и 3 0 м д (рис 4 а) Все это еще больше усложнило нашу задачу, поскольку для полноты конверсии нитрила нельзя было использовать большие избытки И В АН

ттттцщ

......... 1-г:

ш.ч ега

'I к

I I

' |Н'||

I Ш

Ил

¡.. -

Ж| #1

¿ИШ5

Рис 4 А) 'Н-ЯМР-спектр побочного соединения (СОСЬ), Б) Масс-спектр побочного соединения Наиболее оптимальным вариантом проведения реакции восстановления оказался следующий в качестве растворителя был использован абсолютный хлористый метилен (5-10 мл на 100 мг нитрильного компонента); взят избыток 01ВАН 1,2-1,3, реакцию проводили при - 90°С и реакционную массу экранировали от дневного света в инертной атмосфере, реакционную смесь разлагали влажной окисью алюминия

Целевые полиенали (7) были получены повторением процедуры олефинирования альдегидов (5) С5-фосфонатом (3) и восстановлением продуктов (6) при помощи 01ВАН в условиях, подобранных для восстановления нитрила (4 а). При этом вновь образующаяся связь имела преимущественно 3 "^-конфигурацию (с J 16 3 Гц), при соотношении 7"£- и 7 "2-нзомеров 4 1 для (7 а) и 7 : 3 для (7 б) Выходы реакций при повторных процедурах олефинирования и восстановления близки к выходам ранее проведенных аналогичных стадий Целевые и промежуточные соединения получены в препаративных количествах, их структуры доказаны набором физико-химических методов анализа

Структура целевых соединений (7 а,б) была установлена на основании данных 'Н-ЯМР-, ИК-, УФ-спектроскопии, масс-спекгрометрии и элементного анализа Так, в 'Н-ЯМР-спектре соединения (7 а) отчетливо наблюдаются сигналы протонов, метальных групп -1.16, 1.30, 2 07, 2 33, 2,72 мд, пиранового цикла - НЗ' 5 7 мд, Н4' 6 85 м д (7 10 1 Гц);

ароматической области и полиеновой цепи - 5 9-7.3 м д, формильной группы - 10 1 (Рис 5А) Аналогичный набор сигнатов протонов полиеновой цепи можно было наблюдать и для (7 б), в дополнение к сигналам протонов метальных групп - 1 27, 1 31, 2 09, 2 36, 2 76 м д, пиранового цикла - НЗ' 5 84 и Н4' 6.95 (J 10 3 Гц), ароматической области - 6 0-8 2 м д, формильной группы - 10 1 мд (Рис 5Б) При помощи 'Н-ЯМР- и 'Н-ЯМР-COSY-спектров удалось установить конфигурацию кратных связей полиеновой цепи молекул (7) и определить соотношение смеси 7"Е- и 7"7-изомсров продуктов реакции Масс-спектр аналога (7 а) показал наличие молекулярного иона [М4] с m/z 437, соответствующего рассчитанному значению, а также ионов, характерных для распада спиропирановой части молекулы 158, 131, 115, 91, 83, 77 В масс-спектре аналога (7 б) было отмечено наличие молекулярного иона с mJz 483

'"-ÂÏ

! iü î î"7

:ï H

J-L

il,'! Y

. ai_____

if

i 1 ïluil

®JÉll!

1 i

JA

ii

s:

У T™ y'

ii Î;Î g i

Рис 5. 'Н-ЯМР-спектр целевых соединений (7 а) (А) и (7 б) (Б) (СЕ>СЬ) В электронных спектрах соединений серии (а) присутствовали три группы полос поглощения, две в коротковолновой области при 240-250 нм (вероятно, индольного хромофора молекулы) и 260-300 нм, и третья, обусловленная поглощением всего хромофора - в видимой области спектра Природа терминальной группы оказывала влияние на положение /1Ш1Ч длинноволновой полосы поглощения в соответствии с ее электронно-акцепторными свойствами Так, максимумы поглощения в спектрах альдегидов сдвинуты батохромно (примерно на 20 нм) по сравнению со значениями этого параметра для нитрилов, при одинаковой длине цепи сопряжения Также было отмечено, что при удлинении цепи сопряжения полиена в среднем на одну кратную связь, увеличивается примерно на 20-25 нм для полиенов с одинаковым типом терминальной группы (рис 6) Электронные спектры поглощения для серии аналогов ретиналя (б) были сняты в этаноле и толуоле При их анализе также можно выделить две полосы поглощения (б)' коротковолновую 250-300 нм -для спирта, и 300-350 нм - для толуола, предположительно соответствующую поглощению пирановой части молекулы спиропирана, длинноволновую, вероятно соответствующую поглощению хромофора, состоящего из индольной части спиропирана и полиена В отличие

от серии (а) стоит отметить, что в ряду (б) при переходе от укороченных аналогов ретиноидов к дяинодепочечным характер их терминальной группы оказывает меньшее влияние на аналогов (рис 7)

200 250 300 350 400 450 500 550 ^ 1161 Рис 6 Спектры поглощения соединений серии (а) в МеОН, 25°С

Рис 7 Спектры поглощения соединений серии (б) А) в толуоле. Б) в этаноле, 25 С

3. Исследование фотохромного поведения полученных соединений Предварительные исследования серии спиропиранов, содержащих терминальную группировку (СМ, СНО, СООН, например (9 а, 10 а)), связанную через одну двойную связь в б'-положении пиранового кольца молекулы, полученные нами ранее, показали наличие у этих соединений выраженного фотохромизма «Однако, было обнаружено (рис 8), что интенсивности и времена жизни окрашенных форм этих соединений не столь велики, как у спиробензопиранов, содержащих сильные акцепторные группы в пирановом цикле В связи с этим обстоятельством, для детального изучения их фотохромного поведения была нужна установка импульсной спектрофотометрии, позволяющая фиксировать спектральные изменения в импульсном режиме во временной шкале 1 мке -10 с, поэтому набор новых соединений из этой серии (4 а-7 а), содержащих систему сопряженных кратных связей в 6'-

положении епиропнрана был передан для последующих совместных исследований в Центр фотохимии РАН

Результаты спектрально-кинетического исследования фотохромных превращений синтезированные соединений серии (б) в слабополярном толуоле представлены в таблице 1 и на рис 9

Рис 8 Спектры поглощения исходной и окрашенных форм (9 а) в толуоле, 25°С

Таблица 1 Спектрально - кинетические характеристики производных спиропиранов серии ___(б) в этаноле (А) и толуоле (В)_

Соединение Растворитель ^-А, НМ ^.в, нм ДЕ)фот квА™, с"' 11/2, с

26 А 328 570 0 85 0 12 40

В 318 585 пл, 625 0 90 0 24 13

46 Л 367 560 017 0.07 **

в 365 590 пл, 625 0 34 0 08 25

56 А 385 560 010 0 05 **

в 375 585 пл, 620 0 47 0.08 15

66 А 405 560 0 05 0 06 »*

В 410 585 пл, 620 0 13 0 10 20

76 А 400 560 0.03 0.04 **

В 415 575 пл, 615 0 04 0 09 23

Примечание >.л и 1.в - максимумы полос поглощения исходной и фотоиндуцированной форм, соответственно, ДВ4** - максимальное фотоиндуцированное изменение оптической плотности в максимуме полосы поглощения фотоиндуцированной формы в состоянии фоторавновесия, квлт° -константа скорости реакции темнового обесцвечивания, -время, за которое максимальная величина фотоиндуцированной оптической плотности в максимуме полосы поглощения фотоиндуцированной формы снижается в 2 раза при непрерывном облучением нефильтрованным светом лампы Наталии ЬС4, (**) - не наблюдалось за стандартное время опыта 10 мин

растворов (1,3,5) и после УФ облучения (2,4,6) для (2 б), (4 б), (6 б) соответственно

Из данных таблицы 1 следовало, что замена альдегидной группы в (2 б) на полиеновые фрагменты (4-7 б) вызывало батохромное смещение полосы поглощения исходной формы В результате этого спироформа соединений (6 б) и (7 б) с длинными полиеновыми цепочками характеризовалась необычным для спиропиранов расположением полос поглощения в видимой области спектра (рис 9, кр 1,3,5) Такое расположение полос можно объяснить включением системы л-сопряженных связей полиеновых цепей в суммарное поглощение спиропирановой формы Известно, что длинноволновая полоса поглощения в нитро-замещешшх спиропиранах была обусловлена электронными переходами двух типов (та* и пя*), осуществляющимися в пирановом гетероцикле Можно предположить, что при увеличении длины полиеновой цепи возрастало взаимодействие ортогональных л-электронных систем индолинового и пиранового фрагментов, разделенных тетраэдрическим атомом углерода (спироатомом) Молекула приобретала более плоскую форму, а полосы поглощения спиропирановой фомы, как и в случае каротиноидных аналогов диарилэтенов, были смещены в длинноволновую спектральную область Величина наблюдаемого спектрального сдвига определялась числом сопряженных двойных связей и природой терминальной полярной группы заместителя

В спектрах поглощения фотоиндуцированной формы наблюдали две полосы поглощения (рис 9, кр 2,4,6) Было сделано предположение о том, что коротковолновая полоса поглощения обусловлена появлением мономерной, а длинноволновая полоса - .1-агрегированной мероцианиновой формами. В отличие от спектральных характеристик спиропирановой формы положение максимумов полос поглощения как мономерной, так и агрегированной фотоиндуцированных форм фотохромных ретиналей слабо зависит от природы и длины полиеновых заместителей (табл 1) Вероятно, это объясняется тем обстоятельством, что сопряжение между полиеновой цепочкой и мероцианиновой формой спиропирана практически отсутствовало.

Результаты исследования фотохромизма синтезированных нитро-замещснных спиропиранов в этаноле представлены в таблице 1 и па рис 10

Рис 10 Спектры поглощения спиросоединений (2 б), (4 б), (6 б) в этаноле Кривые спектров исходных растворов (1,3,5) и после УФ облучения (2,4,6) для (2 б), (4 б), (б 6) соответственно

Как и в случае растворов фотохромных спиропиранов в толуоле, длинноволновая полоса поглощения синтезированных соединений в этаноле претерпевала батохрочное смещение при увеличении длины полиеновой цепи (рис 10, кр 1,3,5) В спектрах поглощения фотоиндуцированной формы, в отличие от спектров растворов в толуоле, наблюдалась одна коротковолновая полоса, положение которой не зависило от природы и длины полиеновой цепи Отсутствие второй длинноволновой полосы явилось дополнительным доказательством образования .Г-агрегатов мероцианиновой формы в слабополярном растворителе Как в толуоле, так и в этаноле эффективность фотоокрашивания, оцениваемая по величине фотоиндуцированного изменения оптической плотности в максимуме полосы поглощения фотоиндуцированной формы в фоторавновесном состоянии (табл 1), понижалась при увеличении длины цепи сопряжения, подобно фотохромным аналогам каротиноидов, что объяснялось сокращением времени жизни синглетного возбужденного состояния 5] фотохромных полиенов

Все полиеновые спиропираны (4-7 б) были охарактеризованы практически сравнимыми величинами констант темновой релаксации, как в толуоле, так и в этаноле (таблица 1) Введение полиеновых заместителей резко замедляло реакцию темпового обесцвечивания по сравнению с альдегидом (2 б), что следовало из сравнения полученных данных с результатами исследования кинетики темновой релаксации альдегида (2 б) Возможно полиеновые фрагменты подвергались транс—щис-изомеризации, приводящей к появлению стерических затруднений в реализации реакции циклизации мероцианиновой формы. Судя по незначительному снижению величины констант темнового обесцвечивания

спиропиранов в этаноле по сравнению с толуольными растворами тех же фотохромных соединений, на скорость темпового обесцвечивания влияли процессы образования водородной связи между фенолятным кислородом мероцианиновой формы и гидроксильными группами этанола

Данные, приведенные в таблице 1, свидетельствовали о зависимости эффективности фотодеградации полиеновых спиропиранов от природы растворителя При сравнении данных, полученных для растворов фотохромных соединений в этаноле и толуоле видно, что светостойкость фотохромных спиропиранов резко повышалась при замене толуола этанолом Это явление можно объяснить стабилизацией фотоиндуцированных мероцианиновых форм молекул за счет образования водородных связей мероцианиновых форм молекул с молекулами растворителя.

4. Изучение процесса взаимодействия двух серий спиропираносодержащих аналогов ретнналя с бактериоопсином в составе апомембран Н. яаИпатит и их спектральных

свойств.

Синтезированные аналоги ретиналя были протестированы в реакции с бактериоопсином в составе апомембран Н.за1тагит (штамм ЕТ1001) Апобелок был получен при гидроксиламинолизе пурпурных мембран при длительном освещении (рН 6 5, 12°С)

При взаимодействии аналогов (7 а) и (5 а), с апомембранами наблюдали образование пигментов с максимумами поглощения в районе 495 нм и 440 нм для (7 а) и (5 а) соответственно, характерными для серии аналогов бактериородопсина, у которых триметилциклогексеновое кольцо в хромофоре было заменено ароматическими циклами различной природы (рис 11).

Скорость образования пигментов оказалась несколько меньшей скорости формирования пурпурного комплекса бактериородопсина из д//-£-ретиналя и бактериоопсина Полоса пигмента регистрировалась через 10-30 мин после добавления альдегидов к апомембранам В течение 5-72 ч образование пигмента заканчивалось. Следует отметить, что формирование пигмента из бактериоопсина и аналога (7 а) происходило через стадию образования промежуточного нековалентного комплекса с Ата< 455 нм

"Опсиновый сдвиг" для аналога (7 а) составил (051 =--—-,---?—,=850 с.«"1, эта

4 470-Ю"1 495 10"'

величина была характерна для большинства ароматических аналогов ретиналя, у которых

батохромный сдвиг незначителен "Опсиновый сдвиг" для аналога (5 а) составил

(05) =-!—=•--!—7 = 3310 см"1

384-Ю"7 440-10"'

Хорошо известно, что только полиеновые альдегиды, содержащие от двух до четырех сопряженных кратных связей в цепи, были способны к образованию пигментов при

взаимодействии с апобелком, а замещение альдегидной функции на нитрил ьную приводило к полной погсре способности образовывать ковалентные комплексы в этом процессе

А Б

Рис 11 Спекгрофотометрический контроль образования комплекса из альдегида А) (7 а) Б) (5 а) и апомембран из Н ¡Ытатт Концентрация белка 1 9 мг/мл, 25°С, рН 6 0,5 мМ МЕв

Было показано, что для полиеналей с более короткой полиеновой цепью (5 а) возможно образование коватснтного комплекса с максимумом поглощения в районе 440 нм в отличие от аналогов с нитрильными терминальной группой, неспособных к образованию альдиминной связи Подобное явление ранее было отмечено для других ароматических аналогов ретиналя с укороченной полиеновой цепью

В таблице 2 представлены сравнительные спектральные характеристики полиеновых спиропиранов серии (а) с различной длиной цепи сопряженных кратных связей и их комплексов с апомембранами из Н хакпагит

Для получения дополнительной информации нами были синтезированы модельные соединения - альдимины полиеналей (7 а) и (5 а) с н-бутиламином и сняты их спектры в виде основания и протонированной формы в случае (7 а) Я1П„ основания составило 389 нм, протонировачной формы - 472 нм, что всего на 23 нм меньше Лта пигмента, для (5 а) Ятц основания составило 338 нм, протонированной формы - 384 нм, что на 56 нм меньше Ятах пигмента

Из полученных данных следовало, что характер хромофор-белкового взаимодействия у пигмента из аналога (7 а) значительно отличался от природного ретиналя в бактериородопсине, что приводило к значительному снижению величины батохромного сдвига. В случае пигмента из (5 а) можно было наблюдать более значительный батохрочный сдвиг, значение "опсинового сдвига" пигмента (3310 см"1) имело один порядок с величиной этого параметра у природного БР (4810, 5120, 5350 см"1), что позволило сделать вывод о значительном хромофор-белковом взаимодействии аналога (4 а) с окружением хромофорной области белка

При взаимодействии аналогов (7 б) и (5 б), с апомембранами наблюдали появление пигментов с максимумами поглощения в районе 500 нм и 605 нм для (7 б) и (5 б) соответственно. Если значение максимума поглощения пигмента из (7 б) было ожидаемо (Рис. 12 А), то батохромный сдвиг Яш>х пигмента из (5 б) выглядел несколько аномальным (Рис. 12 Б).

X. нм

300

500

600

700 Я: нм

А Б

Рис. 12. Спектрофотометрический контроль образования комплекса из альдегида: А) (7 б) Б) (5 б) и апомембран из Я. 5аНпагит. Концентрация белка 1.9 мг/мл, 25°С, рН 6.0,5 мМ МЕБ.

Первоначально предполагалось, что спиропиран (5 б) в комплексе АБР находился в мероцианиновой форме, чем и было вызвано такое значение максимума поглощения. Однако серии опытов по освещению пигмента видимым и УФ-светом показали, что данное предположение неверно, условия освещения видимым светом, обычно применяемые для реакции мероцианин-> спиропиран, не вызывали заметных изменений в спектрах поглощения пигмента, в отличие от УФ-освещения. Сделанный анализ литературных данных показал, что аналогичное поведение проявляли укороченные диметиламинофенильные аналоги ретиналя, способные образовывать пигменты с максимумами поглощения в районе 570-615 нм, и сохранившие циклические фотореакции в ответ на освещение. Вероятные причины, вызывающие такое батохромное смещение ЯШ11У пигмента были обусловлены специфическим хромофор-белковым взаимодействием укороченной полиеновой цепи этих аналогов с белковой матрицей.

Скорость образования пигментов серии (б) оказалась заметно меньше скорости формирования пурпурного комплекса бактериородопсина из а//-£-ретиналя и бактериоопсина. Полоса пигмента регистрировалась через 10-30 мин после добавления альдегидов к апомембранам. Образование пигмента заканчивалось лишь в течение нескольких суток.

В таблице 2 представлены сравнительные спектральные характеристики полиеновых спиропиранов серии (б) с различной длиной цепи сопряженных кратных связей и их комплексов с апомембранами из Н ^аЬпатт

Образцы пигментов полиеновых спиропиранов с апомембранами из Н ¡акпагит переданы для дальнейших исследований в лабораторию цианиновых красителей Центра фотохимии РАН.

Таблица 2. Сравнительные спектральные характеристики полиеновых спиропиранов, их

альдиминов с н-бутиламином и пигментов с апобелком из Н закпагит.

Соединение '-щах, НМ

Аналога в МеОН, (1оё е) Альднмина с н-бутиламином Нековалентного комплекса Пигмента

ев 8ВН+

4а 340 (4.55) - - - -

5а 365 (4.57) 338 384 - 440

ба 390 (4.65) - - 400 -

7а 411 (4.71) 389 472 455 495

46 367 (4.66) - - - -

56 385 (4.68) 345 - - 605

66 405 (4.69) - - - -

76 400 (4.70) - - - 500

Были получены первые предварительные данные фотоответов новых пигментов АБР на вспышку лазерного импульса (Л 530 нм) на установке флеш-фотолиза, позволяющей осуществлять исследования в микросекундном диапазоне времен (Рис. 13) Было отмечено, что АБР, приготовленные из аналогов ретиналя (7), способны, в качестве ответа на лазерный импульс в видимой области спектра, обратимо генерировать новые интермедиа™ (рис. 13 б-в), отличные по своим параметрам от интермедиатов фотореакций природного бактериородопсина (рис. 13 а).

Полученные в результате предварительных совместных экспериментов данные показали необходимость продолжения начатых исследований, которые будут завершены в ближайшем будущем.

Таким образом, в результате проделанной работы была показана принципиальная возможность получения аналогов бактериородопсина, содержащих фотохромный фрагмент в составе хромофорной группы и сохраняющих способность к обратимым фотохимическим превращениям.

Рис. 13. Спектры фотоиндуцированного поглощения (под действием лазерного импульса Л 530 нм) образцов препаратов: а) Бактериородопсин - контроль; б) АБР на основе (7 а); в) АБР на основе (7 б).

ВЫВОДЫ

1. Отработаны препаративные методы синтеза ряда замещенных салициловых альдегидов (11)-(15), С5-фосфонатного реагента с нитрильной терминальной группой (3).

2. Подобраны и оптимизированы условия циклизации индоленина (19) и салициловых альдегидов (13) и (14), при этом были получены ключевые производные спиропиранов (2 а), (20).

3. Впервые разработан метод прямого селективного формилирования спиропиранов, имеющих электронно-акцепторные заместители в пирановом цикле, по 5 положению молекулы, и осуществлен синтез ключевого исходного спиропирана (2 б).

4. Предложен и осуществлен синтез двух серий аналогов ретиналя, у которых триметилциклогексеновое кольцо ретиналя заменено на фрагмент спиропирана с различной топографией. Универсальная синтетическая процедура заключалась в двукратном повторении стадий олефинирования по Хорнеру-Эммонсу соответствующих карбонильных

предшественников Cs-фосфонатом и восстановления нитрильной функции DIBAH в промежуточных нитрилах

5. Детально изучены продукты побочных реакций - конденсации индолепина (19) с производными салицилового альдегида, а также при восстановлении DIBAH нитрильной функции в промежуточных нитрилах

6 Исследованы спектрально-кинетические характеристики новых гибридных фотохромных аналогов ретиналя.

7 Изучен процесс взаимодействия двух серий синтезированных спиропирансодержащих аналогов ретиналя с бактериоопсином в составе апомембран Halobactermm sahnarum

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1 Lukm A.Yu, Shevyakov SV, Laptev AV, Davydova 01, Shvets VI, Demina OV, Strokach Y P, Barachevsky V A, Alfimov M V, Gromov S P, Vedernikov A I, Lugtenburg J and Khodonov A.A / Application of Horner-Emmons Olefination to the Crown-Ether Derivatives//! Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry, 2004, V 49, P 153-161

2 Khodonov A.A., Demina О V, Lukm A Yu, Laptev A.V, Shvets VI, Gromov S P , Vedernikov A I, Strokach Yu P., Venidiktova О V, Valova T M, Allimov M V and Barachevsky V A / Photochrome and cation-binding properties of new crowned spiropyrans // MolecularCryst.LiquidCryst,2005,V 431,P 215-222

3 Лаптев А В , Лукин А Ю, Ходонов A A / Синтез аналогов ряда спиропиранов, изучение их взаимодействия с бактериоопсином из 11 salinarum // Вестник МИТХТ, 2006, Т 1, С 27-32.

4 Лаптев А В, Беликов Н Е., Лукин А Ю, Строкач Ю П, Барачевский В А, Алфимов М В , Демина О В , Швец В И, Складнев Д А, Ходонов А А / Синтез спиропирановых аналогов ретиналя и изучение их взаимодействия с бактериоопсином из Н salinarum // Биоорганическая химия, 2008, Т 34, № 2, С 276-284

5. Лаптев А.В , Беликов Н Е , Лукин А Ю , Барачевский В А , Алфимов М В , Демина О В , Варфоломеев С Д, Швец В И, Ходонов А А / Спиропирановые аналоги ретиналя синтез и изучение их фотохромных свойств // Химия высоких энергий, 2008, Т 42, № 4 (прил), С 102-104

6 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 // Заявка на изобретение № 2008112485 от 02 04 2008

7 Khodonov А А, Lukin A Yu, Laptev А V , Shevyakov S V, Shvets VI, Barachevsky V A, Strokach Yu P, Venidiktova О V, Vedernikov AI, Gromov S P , Alfimov M V, Demina О V / Synthesis and study of a cation-bmding of a new crowned spiropyrans. // Materials of 4th International Symposium on Photochromism "Photoswitchable Molecular System and Devices", Abstracts, Arcachon, France, 2004, P 94

8 Lukin A Yu, Laptev A.V, Shevyakov S.V, Shvets VI, Barachevsky V A, Strokach Yu P, Vedernikov AI, Gromov S P, Alfimov M.V, Demina О V, Khodonov A A / Synthesis and study of a cation-binding of a new crowned spiropyrans // Materials of Third International Symposium on Supramolecular Chemistry "Molecular Design and Synthesis of Supramolecular Architectures", Abstracts, Kazan, Russia, 2004, P 116

9. Лаптев А В, Лукин AIO, Ходонов A A, Швец В И / Разработка методов получения новых фотохромных меток для исследования различных биологических систем / Материалы III съезда биотехнологов России, 2005, Москва, С 16-17 10 Khodonov А А, Lukin A Yu, Belikov N Е, Laptev А V, Shvets VI, 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 23

11 Khodonov A A, Lukm A.Yu, Belikov N E., Laptev A V., Shvets VI, Barachevsky V.A, Strokach Yu P, Krayushkin M M., Demina O.V. / Photochromie 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

12 Demina О 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

13 Лаптев А В, Лукин А.Ю, Швец В И, Барачевский В А, Строкач Ю П , Демина О В , Ходонов А А / Методы получения непредельных производных спиропиранов // Материалы международной конференции "Advanced Science in Organic Chemistry", Судак, Крым, июнь 26-30,2006, С-089.

14 Лаптев А В, Лукин А Ю, Барачевский В А, Строкач Ю П, Ходонов А А, Швец ВН./ Синтез краунированных производных спиропиранов и исследование их спектральных характеристик // Материалы XI Международной научно-технической конференции "Наукоемкие химические технологии - 2006", Самара, Т. 1,2006, С 215-116

15 Лаптев А В., Лукин А Ю , Беликов Н Е, Барачевский В А, Строкач Ю П., Ходонов А А, Демина О В , Складнев Д А, Швец В И / Синтез фотохромных аналогов ретиналя // Материалы юбилейных научных чтений, посвященных 110-летию со дня рождения проф Н А Преображенского, Москва, 2006, С. 21

16 Laptev А V, Khodonov А А, Lukin A Yu, Shvets VI, Barachevsky V A, Strokach Yu P, Venidiktova О V., Demina О V. / Synthesis and study of a cation-binding of a new crowned spiropyrans // Materials of IVth International Symposium on Supramolecular Chemistry "Design and Synthesis of Supramolecular Architectures", Kazan, Russia, 2006, P.103.

17 Laptev A V , Lukin A Yu, Belikov N E , Barachevsky V.A, Demma О V, Varfolomeev S.D, Shvets VI, Khodonov A A Synthesis of photochromic retinal analogs Abstracts of XVIII Mendeleev Congress on General and Applied Chemistry Russia, Moscow, September 23-28,

2007, N 4, P 546

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

19 Ходонов A.A, Лаптев А В, 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

20 Belikov N, Lukin A, Laptev A, Shvets V, Barachevsky V, Strokach Yu, Valova T, Krayushkin M, Demina О, 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.

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

22 Barachevsky V A, Belikov N E , Lukin A.Yu, Laptev A V., Shvets VI, 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, P150, P 278

23 Ходонов A A, Демина O.B, Беликов H E, 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 II Материалы Международного симпозиума "Нанофотоника", Ужгород, Украина, 28 сентября -3 октября, 2008, С-2

Подписано в печать 08.10.2008 г

Печать трафаретная

Заказ № 931 Тираж- 80 экз.

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш, 36 (499) 788-78-56 \vww.autoreferat ги

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР "Фотохромы и их комплексы с биологическими объектами: способы получения, свойства и области применения"

2.1. Разнообразие фотохромных соединений и систем

2.2. Особенности применения фотохромных соединений и материалов

2.3. Фотохромные спиропираны и объекты биологического мира

2.4. Фотохромные спиробензопираны

2.4.1. Синтез бензазольных спиропиранов

2.4.2. Побочные соединения при синтезе спиропиранов

2.4.3. Строение и свойства бензазольных спиропиранов

2.5. Пути модификации структуры молекулы спиропирана

3. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1. Бактериородопсин, его структура и свойства

3.2. Дизайи целевых структур спиропиранов и моделирование хромофорной полости бактериородопсина

3.3. Синтез исходных соединений

3.3.1. Производные салицилового альдегида

3.3.2. Синтез исходных спиропиранов

3.3.3. Побочные соединения при реакции конденсации спиропиранов

3.4. Прямое формилирование спиропиранов

3.5. Получение ключевых синтонов для наращивания полиеновой цепи

3.6. Аналоги ретиналя

3.6.1. Синтез и исследование физико-химических зарактеристик спиропирановых аналогов ретиналя

3.6.2. Побочные соединения при восстановлении БШАН

3.7. Исследование фотохромного поведения полученных соединений

3.8. Синтез и исследование свойств модельных соединений

3.9. Изучение взаимодействия аналогов ретиналя с бактериоопсином

3.9.1. Получение АБР на основе спиропиран-содержащих аналогов ретиналя

3.9.2. Предварительные исследования фотохимического поведения АБР

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

5. ВЫВОДЫ . П

Одним из интереснейших и актуальных направлений фундаментальной химии является создание и исследование молекул, способных изменять структуру и свойства под действием определенных внешних воздействий, таких как свет, рН среды (ионная сила), температура, катионы металлов, магнитные, электрические поля, колебательные химические реакции и прочее, этим поведением данные молекулы наиболее близки к сложному "живому" миру. Такие химические соединения являются важными представителями своих функциональных классов, поскольку подобная работа соединения, однозначный ответ на определенный внешний сигнал, делает перспективным применение их на практике. Важными преимуществами органических соединений можно считать относительную легкость производства, возможность получения изделий необходимой формы и структуры, а также регулирования и настройки большого числа физических параметров путем небольших модификаций молекулярной структуры. Из недостатков следует отметить относительно низкие стабильность и время практического использования изделия в текущих условиях современной технологии.

Поскольку с каждым днем становиться все сложнее открывать принципиально новые классы химических молекул, обладающих особыми управляемыми функциями, нередко исследователи создают новые молекулярные системы, соединением хорошо известных структур, получая новые полезные свойства объекта. Так за последние 20 лет было выдвинуто множество идей по практическому применению фотохромных соединений различного строения, многие из которых уже воплощены в жизнь, благодаря бинарному или многокомпонентному дизайну в том числе. Новые элементы устройств хранения информации, регистрирующие материалы (сенсоры), оптические переключатели большого числа различных объектов (как физических, так и биологического мира), включения в бытовые изделия (предметы одежды и искусства, косметика, средства защиты информации и документов), специальные фотохромные материалы с защитными от вредного излучения свойствами нашли применение в наши дни. Постоянно совершенствующиеся методы исследования молекулярных, супрамолекулярных и, особенно притягивающих большое число самых разных ученых в последнее десятилетие, наносистем неизбежно приводят к значительным прорывам в науке и технике, в начале какой то одной области знаний, затем совсем неожиданно для первооткрывателей, к перевороту в других областях науки, техники и промышленности.

В связи с вышесказанным дизайн и разработка способов получения новых молекулярных структур, содержащих фотохромные фрагменты в качестве активно работающей единицы и обладающих новыми полезными свойствами являются актуальным направлением для исследований в различных областях науки и техники,

В литературном обзоре будут рассмотрены известные на сегодняшний день основные классы фотохромных веществ и систем, особенности применения фотохромных материалов, и главное внимание будет уделено фотохромам ряда спиропиранов и их комплексам с объектами биологического мира.

2. Литературный обзор

Фотохромные соединения известны со второй половины 19 века, литературные свидетельства о наблюдениях Фритше, Меера, Фипсона, Марквалда дают отсчет летописи нового явления [1]. Интерес к фотохромизму резко увеличивался с 40-х годов 20 века, с этого периода наблюдалось бурное развитие физико-химических и синтетических методов и подходов, особенно известные работы этого периода — публикации групп Хирсберга и Фишера в Израиле. В 1950 Хирсберг [2] предложил определение "фотохромизм" (от греческого слова рИоБ-свет и сЬгоша-цвет) для описания этого явления, ранее употреблялись такие термины как "фототропия" и "фототропизм", очевидно неверно описывающее данное явление. Фотохромизм далее особенно активно изучался в течение 1960-х параллельно с развитием физическо-химических методов анализа (ИК-, ЯМР-, УФ-спектроскопии, и др.), органического синтеза, выделения и очистки вещества. Такие практические примеры как фотохромные стекла и среды для записи микроизображения были продемострированы в тот период и в дальнейшем стимулировали исследования. В 60-х годах возникла идея использования фотохромных материалов в качестве оптических элементов памяти для вычислительных машин. Однако оказалось, что фото деградация известных семейств фотохромных органических соединений ограничивает их потенциал для технических целей [3].

Новый виток внимания к фотохромизму начался в 1980-х, главным образом, благодаря ставшим широко изветным исследованиям устойчивых к фотодеградации спирооксазиновых и хроменовых производных. Эти исследования инициировали изготовление и коммерческое применение фотохромных глазных линз и очков. С тех пор, были внедрены и другие коммерческие проекты и были открыты и исследованы новые классы фотохромных веществ. Также были открыты и исследовании такие родственные явления, как термо-, электро-, пьезо-, трибо-, ионо-, сольвато-, хиро-, галосольватохромизм [4-7].

Под современным понятием фотохромизм понимают обратимое превращение вещества из одного состояния в другое, происходящее хотя бы в одном направлении под действием света и сопровождающееся появлением или изменением поглощения в видимой области спектра (наряду с различиями в спектрометрических (оптических) свойствах возможны различия в других физических свойствах) [3-5]: О

Термодинамически стабильная форма (А) трансформируется излучением в форму (В). Обратная реакция может происходить термически (фотохромизм Т-типа) или фотохимически (фотохромизм Р-типа). Следует отметить также, что свет и тепло далеко не единственные факторы влияющие на эту реакцию (см. выше виды хромизма / родственные явления). Наиболее распостраненные фотохромные молекулы имеют бесцветную или бледно-желтую форму (А) и окрашенную форму (В), например, красную или голубую. Это явление относится к положительному фотохромизму, в случае Лтах(А) > я1ШХ (В) фотохромизм отрицательный или обратный [4,8].

Современный органический синтез является неисчерпаемым источником для получения разнообразных фотохромных систем. Органические вещества, обладающие фотохромными свойствами, были систематизированы по типу превращений, приводящих к их обратимым спектральным изменениям. Знание специфики каждого фотохромного процесса позволяет вести направленный поиск веществ и подбор для них соответствующей среды при разработке эффективных фотохромных систем.

Слиропираны наиболее хорошо исследованный класс фотохромных соединений. Они способны вступать в электроциклические реакции фотоциклизации 4п+2 типа (п=1). Вообще реакция фотоциклизации характерна также для спирооксазинов, дигидроиндолизинов, диарилэтиленов,- хроменов, фульгидов и пр. Цель первых работ заключалась в разработке фотохромных стекол для защиты органов зрения от светового излучения ядерного взрыва. В течение последних 20 лет исследований в этом направлении привели к созданию производства фотохромных оптических линз для массового потребления с широкой гаммой цветовой окраски [4].

5. ВЫВОДЫ

1. Отработаны препаративные методы синтеза ряда замещенных салициловых альдегидов (3)-(6), Сб-фосфонатного реагента с нитрильной терминальной группой (15).

2. Подобраны и оптимизированы условия циклизации индоленина (7) с салициловыми альдегидами (4) и (5), при этом были получены ключевые производные спиропиранов (8а), (9).

3. Впервые разработан метод прямого селективного формилирования спиропиранов, имеющих электронно-акцепторные заместители в пирановом цикле, по 5 положению молекулы, и осуществлен синтез ключевого исходного спиропирана (86).

4. Предложен и осуществлен синтез двух серий аналогов ретиналя (а) и (б), у которых триметилциклогексеновое кольцо ретиналя заменено на фрагмент спиропирана с различной топографией. Универсальная синтетическая процедура заключалась в двукратном повторении стадий олефинирования по Хорнеру-Эммонсу соответствующих карбонильных предшественников (8) С5-фосфонатом (15) и восстановления нитрильной функции БЮАН в промежуточных нитрилах.

5. Детально изучены продукты побочных реакций конденсации индоленина (7) с производными салицилового альдегида, а также в процессе восстановления Б1ВАН нитрильной функции в промежуточных нитрилах.

6. Исследованы спектрально-кинетические характеристики новых гибридных фотохромных аналогов ретиналя (19)-(24).

7. Изучен процесс взаимодействия двух серий синтезированных спиропирансодержащих аналогов ретиналя с бактериоопсином в составе апомембран На1оЬаЫепит sa.lina.rum.

1. Hirshberg Y. // Compt. Rend. Acad. Sci., Paris.- 1950.- V. 231.- P. 903.

2. BertelsonR.C. in: Photochromism.G.H. Brown (Ed). Wiley. N.Y.- 1971.- P. 49-294, 397-431.

3. Bouas-Laurent H., Durr H. Photochromism. Molecules and Systems. Elsevier. London.- 2003.

4. Ben L., Richard A.V-D., Koumura N., Geertsema E. Chiroptical molecular switches. // Chem. Rev.-2000.-V. 100.-P. 1789-1816.

5. Zhou J., Li Y., Tang Y., Zhao F., Song X., Li E. Detailed invesrtigation on a negative photochromic spiropyran. // J. Photoch. Photobiol. A-Chem.- 1995.- V. 90,- P. 117-123.

6. Berkovic G., Krongauz V., Weiss V. Spiropyrans and spirooxazines for memories and switches. // Chem. Rev.- 2000,- V. 100.- P. 1741-1753.

7. Marevtsev V.S., Zaichenko N.L. Peculiarities of photochromic behaviour of spiropyrans and spirooxazines. // J. Photochem. Photobiol. A-Chem.-1997.- V. 104,- P. 197-202.

8. Rebiere N., Moustrou C., Meyer M., Samat A., Guglielmetti R., Micheau J.-C., Aubard J. Structure-property relationships in a series of photochromic thiophen-substituted 3H-naphtho2,l-b.pyrans. // J. Phys. Org. Chem.- 2000,- V. 13,- P. 523-530.

9. Heller H.G., Horspool W.M., Song P.-L. Fulgides and related systems, in Handbook of Organic Photochemistry and Photobiology. CRC. Boca Raton (FL).- 1995.- Ch. 13, Ch. 21-33.

10. Yokoyama Y. Fulgides for memories and switches. // Chem. Rev.- 2000.- V. 100.- P. 17171739.

11. Nakazumi H., Makita K., Nagashiro R. New sol-gel photochromic thin films made by superfine particles of organic photohromic compounds. // J. Sol-Gel Technology.- 1997.- V. 8.- P. 901-909.

12. Ichimura K. Photoalignment of Liquid-crystal systems. // Chem. Rev.- 2000.- V. 100.- P. 1847-1873.

13. Durr H., Bouas-Laurent H. Photochromism molecules and systems. Elsevier: Amsterdam.-1990,- Chs.19-20.

14. Heyn M.P., Borucki B., Otto H. Chromophore reorientation the photocycle of bacteriorhodopsin: experimental methods and functional significance. // Biochem. Biophys. Acta.- 2000.- V. 1460.- P. 60-74.

15. Groesbeek M. Bacteriorhodopsins and bovine rhodopsins with a modified chromophore. // Ph.D. thesis.- 1993.- Leiden University.- 138 pp.

16. Nainba K., Suzuki S. Photo-control of enzyme activity with a photochromic spiropyran compound modification of a -amylase with spiropyran compound // Chem. Lett.- 1975.- V. 9- P. 947-950.

17. Pieroni O., Fissi A., Ciardelli F. Photochromic poly(a -amino acid)s: photomodulation of molecular and supramolecular stincture. // Reactive&Functional Polymers.- 1995.- V.26.- P. 185-199.

18. Fissi A., Pieroni O., Ciardelli F., Ruggeri G., Umezawa K. Photoresponsive polypeptides: photochromism and conformation of poly(L-glutamic acid) containing spiropyran units. // Biopolymers.- 1993.- V.33.- P. 1505-1517.

19. Fissi A., Pieroni O., Angelini N., Lenci F. Photoresponsive polypeptides. Photochromic and conformational behavior of spiropyran-containing poly(L-glutamate)s under acid conditions. // Macromolecules.- 1999,- V.32.-P. 7116-7121.

20. Satoh M., Fuji Y., Kato F., Komiyama. Competitive counterion binding and dehydration of polyelectrolytes in aqueous solutions. //Polymer.-1991.- V.32.- P. 892-896.

21. Satoh M., Hirose T., Komiyama J. Solvent-induced and salt-induced coil-helix transition of poly(l-lysine) salts in water/alcohol mixtures // Polymer.- 1993.- V.34.- P.4762-4766.

22. Fujimoto K., Amano M., Horibe Y., Inouye M. Reversible photoregulation of helical structures in short peptides under indoor lighting/dark conditions. // Organic Letters.- 2006.- V.8.- №.2.-P.285-287.

23. Fujimoto K., Oimoto N., Katsuno K., Inouyoe M. Effective stabilisation of a-helical structures in short peptides with acetylenic cross-linking agents. // Chem. Com. 2004. - P. 1280-1281.

24. Willner I., Rubin S., Cohen Y. Photoregulated binding of spiropyran-modified concanavalin-a to monosaccharide-functionalized self-assembled monolayers on gold electrodes. // J. Am. Chem. Soc.- 1993.- V. 115,- P. 4937-4938.

25. Zahavy E., Rubin S., Willner I. Examination of the conformational dynamics of photoregulated Concanavalin A by time-resolved light scattering. // J. Chem. Soc., Chem. Com.- 1993. V.23.-P. 1753-1755.

26. Willner I., Rubin S. Control of the structure and functions of biomaterials by light. // Angew. Chem. Internat. Ed.- 1996.- V. 35.- P. 367-385.

27. Willner I., Rubin S., Shatzmiller B., Zor T. Reversible light-stimulated activation and deactivation of alpha-chymotrypsin by its immobilization in photoisomerizable copolymers. // J. Am. Chem. Soc.- 1993.- V. 115.- P. 8690- 8694.

28. Liondagan M., Willner I. Nitro spiropyran-modified alpha-chymotrypsin, a photostimulated biocatalyst in an organic solvent: effects of bioimprinting. // J. Photochem. Photobiol. A-Chem.-1997.-V. 108.-P. 247-252.

29. Willner I., Liondagan M., Katz E. Photostimulation of dinitrospiropyran-modified glucose oxidase in the presence of DNP-antibody-A biphase-switch for the amperometric transduction of recorded optical signals. // Chem. Commun.- 1996.- P. 623-624.

30. Tomizaki K., Jie X., Mihara H. A chromism-based assay (CHROBA) technique for in situ detection of protein kinase activity. // Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 2005. V. 15. -P. 1731-1735.

31. Gregoriadis G. (Ed.) in: Liposomes as Drug Carriers. John Wiley & Sons. New York.- 1987.

32. Tanaka M., Yonezawa Y. Photochemical regulation of the electrical properties of the novel planar bilayer lipid membrane incorporating spiropyran derivatives. // J. Phys. Chem.- 1996.- V. 100,-p. 5160-5162.

33. Seki T., Ichimura K., Ando E.Stable J-aggregate formation of photoinduced merocyanine in bilayer membrane. //Langmuir.- 1988.-V.4.-P. 1068-1069.

34. Ohya Y., Okuyama Y., Fukunaga A. Ouchi T. Photo-sensitive lipid membrane perturbation by a single chain lipid having terminal spiropyran group. // Supramolecular Science.- 1998.- V. 5.-P. 21-29.

35. Khairutdinov R.F., Hurst J.K. Photocontrol of ion permeation through bilayer membranes using an amphiphilic spiropyran. // Langmuir.- 2001.- V. 17.- p. 6881-6886.

36. Wohl J.C., Kuciauskas D. Isomerization dynamics of photochromic spiropyran molecular switches in phospholipids bilayers. // J. Phys. Chem.- 2005.- V.109.- P.21893-21899.

37. Kocer A., Walko M., Meijberg. A light-actuated nanovalve derived form a chennel protein. // Science. 2005,- V.309.- P. 755-758.

38. Hirakura T, Nomura Y, Aoyama Y, Akiyoshi K. Photoresponsive nanogels formed by the self-assembly of spiropyrane-bearing pullulan that act as artificial molecular chaperones. // Biomacromolecules.- 2004.-V.5. P.1804-1809.

39. Inouye M. Spiropyran Derivatives as Multifunctional artificial receptors for biologically important species. //Mol. Cryst. Liq. Cryst. Section A.- 1994.- V. 246.- P. 169-172.

40. Inouye M., Kim K., Kitao T. Selective coloration of spiro pyridopyrans for guanosine derivatives. // J. Am. Chem. Soc.- 1992.- V. 114.- P. 778-780.

41. Inouye M. Artificial-Signaling Receptors for biologically important chemical species. // Coordination Chemistry Reviews.- 1996.- V. 148,- P. 265-283.

42. Andersson J-n., Li S., Lincoln P., Andersson J-m. Photoswitched DNA-binding of a photochromic spiropyran.//J. Am. Chem. Soc 2008.-V. 130.-№36.-P. 11836-11837.

43. Hamada F., Ito R. Photochromic molecular recognition of gamma-cyclodextrin bearing a spiro2H-benzopyran-2,2'-indoline. moiety. // Macromol. Rapid Commun.- 1994,- Vol. 15.- P. 531-536.

44. Hamada F., Hoshi K., Higuchi Y., Murai K., Akagami Y., Ueno A. Photochromic molecular recognition of beta-cyclodextrin bearing spiropyran moiety for organic guests. // J. Chem. Soc., Perkin Trans.- 1996.- V.2.- P.2567-2570.

45. Ueno A., Suzuki I., Osa T.J. Association dimers, excimers, and inclusion complexes of pyrene-appended gamma-cyclodextrins. // J. Am. Chem. Soc.- 1989. V. 111.- №. 16.- P. 6391-6397.

46. Ipe B.I., Mahima S, and Thomas K.J. Light-induced modulation of self-assembly on spiropyran-capped gold nanoparticles: a potential system for the controlled release of amino acid derivatives. // J. Am. Chem. Soc.- 2003.- V. 125. P. 7174-7175.

47. Edahiro J., Sumaru K., Tada Y., Ohi K., Takagi Т., Kameda M., Shinbo Т., Kanamori Т., Yoshimi Y. In situ control of cell adhesion using photoresponsive culture surface. // Biomacromolecules.- 2005.- V.6.- P. 970-974.

48. Higuchi A., Hamamura A, Shindo Y., Kitamura H., Yoon B.O., Мог Т. Uyama Т., Umezawa A. Photon-modulated changes of cell attachments on poly(spiropyran-co-methyl methacrylate) Membranes // Biomacromolecules.- 2004.- V. 5- P. 1770-1774.

49. Willner I., Willner B. Photoswitchable Biomaterials as grounds for optobioelectronic devices. // Bioelectrochemistry and Bioenergetics.- 1997.- V. 42.- P. 43-57.

50. Самуилов В.Д. Иммуноферментный анализ. // Соросовский образовательный журнал. -1999.-№. 12.-С. 9-15.

51. Willner I., Willner В. Biomaterials intergrated with electronic elements: en route to bioelectronics. // Trends in Biotechnology.- 2001.- V. 19,- P. 222-230.

52. Weston D.G., Kirkham J., Cullen D.C. Photo-modulation of horseradish peroxidase activity via covalent attachment of carboxylated-spiropyran dyes. // Biochim. Biophys. Acta.- 1999.- 1428.-P. 463-467.

53. Harada M., Sisido M., Hirose J., Nakanislii M. Photocontrolled uptake and release of photochromic haptens Mab's: evidence of photoisomerization inside the hapten binding site. // Bull. Chem. Soc. Jpn. 1994. - V. 67. - P. 1380-1385

54. Захс Э.Р., Мартынова В.П., Эфос Jl.C. Синтез и свойства спиропиранов, способных к обратимому раскрытию пиранового кольца. // ХГС.- 1979.- №. 2.- Р. 435-459.

55. Decker Н., Felser Н. Вег.- 1908.- В. 41- S. 1997.64. (a) Dilthey W., Wizinger R. Вег.- 1926.- В. 59. S. 1856.; (б) Lowenbein A., Katz W., Вег.-1926.-В. 59.-S. 1377.

56. Dickinson R., Heilbron I.M. Styrylpyrylium Salts. Part VIII. 3-styryl derivatives of P -naphthapyrylium chloride. // J. Chem. Soc.- 1927.- V. 1,- P. 14-19.

57. Wizinger R., Wenning H. Uber intramoleulare isonisation. // Helv. Chim. Acta.- 1940.- B. 23.-S. 247.

58. Fischer E., Hirshberg Y. Formation colored forms of spirans by low-temperature irradiation. // J. Chem. Soc.- 1952.- V. 11,- P. 4522-4530.

59. Hinnen A., Audic Ch., Gautron R. The structural identification of dicondensed products derived from the reaction of excess Fischer's base with salicylaldehydes. // Bull. Soc. Chim. France.- 1968,- N 5.- P. 2066-2078.

60. Брауде E.B., Гальберштам M.A. Синтез и спектральные характеристики фотохромных 6-и 8-фенилзамещенных индолиновых спирохроменов. // ХГС.- 1974,- №. 7.- С. 943-945.

61. Ono H. et al. Photochromic compound// Patent 3692800 (USA).- 1972.

62. Guglietmetti R., Metzger J. Synthese d'une serie de spiropyrannes benzothiazoliques. // Bull. Soc. Chim. France.- 1967.- V. 8.- P. 2824-2834.

63. Conte M., Guglietmetti R., Metzger J. Synthese et propriétés physico-chimiques de bases de Schiff en serie benzothiazolique. // Bull. Soc. Chim. France.- 1967.- V. 8.- P. 2834-2841.

64. Caddick S. Microwave-assisted organic-reactions. // Tetrahedron- 1995.- V. 51 — P. 1040310432.

65. Bram G., Loupy A., Majdoub M., Gutierez E., Ruiz-Hitzky E. Alkylation of potassium acetate in dry media thermal-activation in commercial microwave-ovens. // Tetrahedron— 1990.- V. 46.-P. 5167-5176.

66. Kasmi S., Hamelin J., Benhaoua H. Microwave-assisted solvent-free synthesis of iminothiazolines. // Tetrahedron.- 1998.- V. 39.- P. 8093-8096.

67. Zhao W., Carreira E.M. Solid-phase synthesis of photochromic spiropyrans. // Organic Letters.- 2005.- V.7.- №.8.- p. 1609-1612.

68. Koelsch C. F., Workman W. R. J. Some thermochromic spirans. // Am. Chem. Soc.- 1952.- V. 74,- №. 24.- P. 6288-89.

69. Чунаев Ю. M., Пржиялговская H.M., Гальберштам M.A. Взаимодействие винилогов основания Фишера с салициловыми альдегидами. // ХГС.- 1981.- N. 5.- С. 649-653.

70. McCoy C.P., Donnelly L., Jones D.S., Gorman S.P. Synthesis and characterization of polymerisable photochromic spiropyrans: towards photomechanical biomaterials. // Tetrahedron Letters.- 2007.- V.48.- P. 657-661.

71. Knott E.B. The colour of organic compounds. Part V. Thermochromic spirans. // J. Chem. Soc.- 1951,-V.- 11.- P.3038-3047.

72. Захс Э.Р., Звенигородская JI.A., Лешенюк Н.Г., Мартынова В.П. Бромирование спиропиранов и восстановление их нитропроизводных. // ХГС.- 1977.- №. 10.- С. 13201326.

73. Самойлова Н.П., Гальберштам М.А. О некоторых реакциях замещения в ряду фотохромных индолинспирохроменов. // ХГС.- 1977,- № 8.- С. 1065-1068.

74. Гальберштам М.А., Артамонова Н.Н., Самойлова Н.П. Синтез З'-ацилзамещенных индолиновых спиропиранов. // ХГС.- 1975.- №. 2.- С. 197-203.

75. Cho Y.J., Lee S.H., Bae J.W., Pyun H.-J., Yoon C.M. Fischer's base as a protecting group: protection and deprotecting of 2-hydroxybenzaldehydes. // Tetrahedron Letters.- 2000.- V. 41.-P. 3915-3917

76. Linyong Z., Zhu M.-Q., Hurst J.K., Li A.D.Q. Light-controlled molecular switches modulate nanocrystal fluorescence. // J. Am. Chem. Soc.- 2005.- V. 127.- P. 8968-8970.

77. Inouye M. Molecular design and synthesis of signal transducer receptors. // Mol. Cryst. Liq. Cryst.- 1997.- V. 297.- P. 359-364.

78. Liu Z., Jiang L., Lianga Z., Gaoa Y. Photo-switchable molecular devices based on metal-ionic recognition. // Tetrahedron Letters.- 2005.- N. 46.- P. 885-887.

79. Alfimov M.V., Fedorova O.A., Gromov S.P. Photoswitchable molecular receptors. // J. Photochem. Photobiol. A: Chemistry. 2003,- V. 158. P. 183-198.

80. Leea M.J., Yoob B.W., Shine S.T., Keum S.R. Synthesis and properties of new liquid crystalline compounds containing an indolinobenzospiropyranylazo group. Part 3. // Dyes & Pigments. -2001,-N. 51.-P. 15-24.

81. Samoladas A., Bikiaris D, Zorba Т., Paraskevopoulos K.M., Jannakoudakis A. Photochromic behavior of spiropyran in polystyrene and polycaprolactone thin films effect of UV absorber and antioxidant compound. // Dyes & Pigments. 2006.- V. 1.- P. 1-8.

82. Kashima I., Okubo M., Qno Y., Itoi M., Kida N., Hikita M., Enomoto M., Kojima N. Ferromagnetism and its photo-induced effect in 2D iron mixed-valence complex coupled with photochromic spiropyran. // Synthetic Metals. 2005.- V. 155.- P. 703-706.

83. Einaga Y., Taguchi M., Li G., Akitsu Т., Gu Z., Sugai Т., Sato O. Magnetization increase of iron oxide by photoinduced aggregation of spiripyran. // Chem. Mater. 2003.- V. 15.- N.I.- p.8-10

84. Wojtyk J.T.C., Kazmaierb P.M. and Buncel E. Effects of metal ion complexation on the spiropyran-merocyanine interconversion: development of a thermally stable photo-switch. // Chem. Commun. 1998.- P. 1703-1704.

85. Tanaka M., Kamada K., Ando H., Kitagaki T., Shibutani Y., Yajima S., Sakamoto H., Kimura K. Metal-ion stabilization of photoinduced open colored isomer in crowned spirobenzothiapyran. // Chem. Commun. 1999.- P. 1453-1454

86. Shao N., Zhang Y., Cheung S., Yang R., Chan W., Mo T., Li K., Liu F. Copper ion-selective fluorescent sensor based on the inner filter effect using a spiropyran derivative. // Anal. Chem. -2005,- V. 77.- P. 7294-7303.

87. Benard S.P.Yu. New spiropyrans showing crystalline-state photochromism. // Adv. Mater. -2000.- V. 12.- P. 48-50.

88. Aldoshin S.M., Nikonova L.A., Smirnov V.A., Shilov G.V., Nagaeva N.K. Structure and photochromic properties of single crystals of spiropyran salts // J. Mol. Structure. 2005.- V. 750.-P. 158-165.

89. Zhang H, Yia T., Li F, Delahaye E., Clement Yu P.R. Photochromic response of nanoparticles of spiropyran-MnPS3 intercalate: A search for optically bistable nanocomponents // Photochem. Photobiol. A: Chemistry. 2007. V. 186. P. 173-177.

90. Spagnoli S., Block D., Botzung-Appert E., Colombier I., Baldeck P.L., Ibanez V., and Corval A. Photochromism of spiropyran nanocrystals embedded in sol-gel matrices // J. Phys. Chem. B. -2005.- V. 109. P. 8587-8591.

91. Guo X., Zhang D., Zhou Y., Zhu D. Synthesis and spectral investigations of a new dyad with spiropyran and fluorescein units: toward information processing at the single molecular level. // J. Org. Chem. 2003.- V. 68.- P. 5681-5687.

92. Querol M., Bozic B., Salluce N., Belser P. Synthesis, metal complex formation, and switching properties of spiropyrans linked to chelating sites. // Polyhedron. 2003.- V. 22.- P. 655-664;

93. Zhu L., Khairutdinov R.F., Cape J.L., Hurst J.K. Photoregulated Transmembrane Charge Separation by Linked Spiropyran-Anthraquinone Molecules. // J. Am. Chem. Soc. 2006 - V. 128.- P. 825-835.

94. Bahr J.L., Kodis G, Garza L., Lin S., Moore A.L., Moore T.A., Gust D. Photoswitched singlet energy transfer in a porphyrin-spiropyran dyad. // J. Am. Chem. Soc. 2001.- V. 123.- P. 7124-7133.

95. Grofcsika A., Baranyai P., Bitter I., Grun A., Koszegi E., Kubinyi M., Pal K., Vidoczy T. Photochromism of a spiropyran derivative of l,3-calix4.crown-5. // J. Mol. Structure. 2002.-V. 614.-P. 69-73.

96. Zhu L., Zhu M.-Q., Hurst J.K., Li A.D.Q. Light-controlled molecular switches modulate nanocrystal fluorescence. // J. Am. Chem. Soc. 2005.- V. 127.- P. 8968-8970.

97. Choi H., Ku B.-S., Keum S.-R., Kang S.O., Ко J. Selective photoswitching of a dyad with diarylethene and spiropyran units. // Tetrahedron. 2005. V. 61.- P. 3719-3723.

98. Cho M.J., Kim G.W., Jun W.G., Lee S.K., Jin J.-I., Choi D.H. Multifunctional photochromic spiropyran dendrimers and their relaxation behaviors of photochromism. // Thin Solid Films. -2006. V. 500.- P. 52 60

99. Hori Т., Tagaya H., Nagaoka Т., Kadokawa J., Chiba K. Photochromism of sulfonated spiropyran in a silica matrix. // Applied Surface Science.- 1997.- V. 111/117.- P. 530-533.

100. Tachibana H., Yamanaka Y., Abe M. Temperature-dependent behavior of Langmuir monolayers of an amphiphilic spiropyran. // Thin Solid Films.- 2003.- V. 440.- P. 94-99.

101. Becker R.S., Kolk J. Photochromism: spectroscopy and photochemistry of pyran and thiopyran derivatives // J. Phys. Chem.- 1968.- V. 72.- P. 997-1001.

102. Arakawa S., Kondo H., Seto. Photochromism. Synthesis and properties of indolinospirobenzothiopyrans. // J. Chem. Lett.- 1985.- P. 1805-1808.

103. Холманский A.C., Малкин Я.Н. Фотохромизм иитрозамещенных индолиновых спиротиопиранов. // ЖФХ,- 1986.- № 10.- С. 2522-2525.

104. Guglielmetti R., Metzger. Synthese d'une serie de spiropyrannes benzothiazoliques // J. Bull. Chim. France.- 1967.- V. 8.- P. 2824-2834.

105. Джапаридзе К.Г., Элашвили З.М. Синтез и фотохромные свойства 3'-нафтилзамещенных бензотиазольных спирохроменов. // ХГС. 1971.- V. 11.- С. 1491-1492.

106. Guglielmetti R., Davin-Preteli Е., Metzger J. Composes spiropyranniques en serie benzoselenazolinique. //J. Bull. Chim. France.-1971.- V. 2.- P. 556-559.

107. Rondom J., Guglielmetti R., Metzger J. Synthese spiropyrannique en seie benzoxazolinique. // J. Bull. Chim. France.-1971.- V. 7.- P. 2581-2584.

108. Береснева Н.К., Захс Э.Р., Эфрос JI.C. Продукты конденсации солей 1,2,3-триметилбензимидазолия с о-оксиальдегидами. // ХГС.- 1970.- №. 8.-.С. 1004-1005.

109. Береснева Н.К., Захс Э.Р., Эфрос JI.C. Продукты конденсации солей 5-нитро- и 5,6-динитро-1,2,3-триметилбензимидазолия с о-оксиальдегидами. // ХГС.- 1971.- №. 7.- С. 961-966.

110. Oesterhelt D., Stoeckenius W. Rhodopsin-Like Protein from the purple membrane of halobacterium halobium. // Nature.- 1971.- V. 233.- P. 149-152.

111. Govindjee R., Ohno K., Ebrey T.G. Effect of the Removal of the COOH-terminal Region of Bacteriorhodopsin on its Light-Induced H+ Changes. // Biophys. J.- 1982.- V. 38,- N 1.- P. 8587.

112. Stoeckenius W. Bacterial Rhodopsins: Evolution of a Mechanistic Model for the Ion Pumps. // Protein Sci.- 1999.- V. 8.- N 2.- P. 447-459.

113. Subramaniam S., Henderson R. Crystallographic analysis of protein conformational changes in the bacteriorhodopsin photocycle. // Biochim. Biophys. Acta.- 2000.- V. 1460.- P. 157-165.

114. Okada-Shudo Y., Yamaguchi I., Tomioka H., Sasabe H. Real-time processing using polarization discrimination of bacteriorhodopsin. // Synthetic Metals.- 1996.- V. 81.- P. 147-149.

115. Hirai Т., Subramaniam S. Structural insights into the mechanism of proton pumping by bacteriorhodopsin. // FEBS Letters.- 2000.- V. 545.- P. 2-8.

116. Birge R.R. Nature of the primary photochemical events in rhodopsin and bacteriorhodopsin. // Biochim. Biophys. Acta.- 1990,- V. 1016.- №. 3.- P. 293-327.

117. Haupts U., Tittor J., Oesterhelt D. Closing on bacteriorhodopsin: progress in understanding the molecule. // Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct.- 1999. V. 28. - P. 367-399.

118. Luecke H., Richter H.T., Lanyi J.K. Proton transfer pathways in bacteriorhodopsin at 2.3 angstrom resolution. // Science.- 1998.- V. 280, N 5371.- P. 1934-1937.

119. Ovchinnikov Yu.A. Bioorganic chemistry of rhodopsins. // Pure Appl. Chem.- 1986.- V. 58.-№. 5.- P. 725-736.

120. Овчинников Ю.А., Абдулаев Н.Г., Фейгина М.Ю., Киселев А.В., Лобанов Н.А., Назимов И.В. Первичная структура бактериородопсина. // Биоорган, химия.- 1978.- Т. 4.-№. 11.- С. 1573-1574.

121. Hacket N.R., Stem L.J., Chao В.Н., Kronis K.A., Khorana H.G. Structure-function studies on bacteriorhodopsin. V. Effects of amino acid substitutions in the putative Helix F. // J. Biol. Chem.- 1987.- V. 262, N 19.- P. 9277-9284.

122. Brown L.S. Reconciling crystallography and mutagenesis: a synthetic approach to the creation of a comprehensive model for proton pumping by bacteriorhodopsin. // Biochim. Biophys. Acta.- 2000.- V. 1460,- №. 1.- P. 49-59.

123. Vsevolodov N. Biomolecular electronics. Boston: Birkhauser.- 1998.

124. Min J., Choi J.-W., Lee W.H., Kim U.R. Photoreceptor consisting of spiropyran-bacteriorhodopsin films for photosignal enhancement. // Biosensors & Bioelectronics.- 1998.- V. 13.-P. 1151-1155.

125. Bernstein F.C. The protein data bank, a computer based arhival file for macromolecular structure. // J. Mol. Biol.- 1977,- V. 112.- P. 535-542.

126. Schobert В., Cupp-Vickery J., Hornak V., Smith S., Lanyi J. Crystallographic structure of the К intermediate of bacteriorhodopsin: conservation of free energy after photoisomerization of the retinal. // J Mol Biol.- 2002.- Y. 321. P. 715-726.

127. Ходонов A.A., Еремин C.B., Локшин Дж.Л., Швец В.И., Демина О.В., Хитрина Л.В., Каулен А.Д. Аналоги ретиналя и их применение для исследования бактериородопсина. // Биоорган, химия,- 1996. Т. 22, № 10-11. - С. 747-778.

128. Кириллова Ю.Г., Хитрина Л.В., Ходонов А.А. Взаимодействие метилциклопентеновых аналогов ретиналя с бактериоопсином. // Биологические мембраны.- 1993. Т. 10, № 4. - С. 472-473.

129. Груздь В.Г., Драпкина Д.А., Иншакова В.А., Дорошина Н.И. 3- и 5-Нитро-2-оксибензальдегиды. // Методы получения химических реактивов и препаратов, изд. ИРЕА: вып. 16.- 1967.-С.111-112.

130. Hinnen A. Synthesis of photochromic indolinespiropyrans. // Patent 3950356 (USA).- 1976.

131. Sakuragi M., Aoki K., Tomaki T. The role of triplet state of nitrospiropyran in their photochromic reaction. // Bull. Chem. Soc.- 1990.- Y. 63.- № 1.- P. 74-79.

132. Лаптев A.B., Лукин А.Ю., Беликов H.E., Швец В.И., Демина О.В., Барачевский В.А., Ходонов А.А. / 5-Формил-замещенные индолиновые спиробензопираны и способ их получения. // Заявка на изобретение № 2008112485 от 02.04.2008.

133. Васильев А.А., Серебряков Э.П. Методы получения карбозамещеиных сопряженных диенов. // Успехи химии. 2001.- Т. 9 - С. 70.

134. Thirsk С., Whiting A. Polyene natural products. // J. Chem. Soc. Perkin Trans.-2002.- V. 1.-P. 999-1023.

135. Ходонов А.А. Синтетический подход к исследованию взаимосвязи структура -активность в ретиноид-белковых комплексах бактериородопсине и рецепторах ретиноевой кислоты. //Диссертация д.х.н.- 1997.

136. Walker BJ. in: Organophosphorous reagents in organic synthesis. Cadogan J.I.G. (Ed.). London: Academic Press.- 1979.

137. Boutagy J., Thomas R. Horner-Emmons olefmation: stereochemistry, mechanic and kinetic aspect. // Chem. Rev. 1974. V. 74.- P. 7487-7498.

138. Khodonov A.A., Shevyakov S.V., Mironova E.V., Shvets V.I., Demina O.V., Khitrina L.V., Kaulen A.D. Synthesis and Properties of a New Dye, Containing the Crown Ether Moiety // Molecular Crystals Liquid Crystals.- 2000.- V. 345,- P. 317-322.

139. Миронова E.B., Лукин А.Ю., Шевяков C.B., Алексеева С.Г., Швец В.И., Демина О.В., Ходонов А.А., Хитрина JI.B. Синтез и свойства аналогов бактериородопсина, содержащих электронно-плотные метки в хромофоре. // Биохимия. 2001.- Т. 56, № 11. С. 1638-1648.

140. Пашков Г.И., Савостьянова M.B., Шабля A.B., Шахвердов Т.А. Молекулярная фотоника. Наука.- JL- 1970.- с. 299.

141. Bens А.Т., Frewert D.F., Kodatis К., Kryschi С., Martin H.-D., Trommsdorff H.P. Coupling of chromophores: carotenoids and photoactive diarylethenes photoreactivity versus radiationless deactivation// Eur. J. Org. Chem. - 1998. V. 11. - P. 2333-2338.

142. Барачевский В.А., Карпов P.E. Фотоника наноструктурированных систем на основе фотохромных спиросоединений. // Химия высоких энергий.- 2007. Т. 41.- № 3.- С. 226248.

143. Nakanishi К., Balogh-Nair V., Arnaboldi М., Tsujimoto К., Honig В. An external pointcharge model for bacteriorhodopsin to account for its purple color. // J. Amer. Chem. Soc. -1990.- V. 102.- № 27.- P. 7945-7947.

144. Balogh-Nair V., Carriker J.D., Honing В., Kamat N., Motto M.G., Nakanishi K., Sen R., Sheves M.A., Tsujimoto K. The opsin shift in bacteriorhodopsin studies with artificial bacteriorhodopsins. // Photochem. Photobiol.- 1981.- V. 33.- № 4.- P. 483-488.

145. Ходонов А.А., Мицнер Б.И., Звонкова Е.Н., Евстегнеева Р.П. Ароматические аналоги 13-цис- и полностью-транс-ретиналя. // Биоорган. Химия.- 1987.- Т. 13.- № 2.- С. 238-251.

146. Maeda A., Asato А.Е., Lui R.S.H., Yoshizawa Т. Interaction of aromatic retinal analogues with apopurple membranes of halobacterium halobium. // Biochemistry.- 1984.- V. 23.- № 11.-P. 2507-2513.

147. Ovchinnikov Yu.A., Rliodopsin and bacteriorhodopsin: structure-function relationship. // FEBS Lett.- 1982,- V.142.- № 2.- P. 179-191.

148. Nakanishi K. Biophysical studies of retinal proteins. Ebrey T.G., Hoing В., Frauenfelder H. (Eds.). Urbana-Chapaign: University of Illinois Press. - 1987.- P. 304.

149. Шкроб A.M., Родионов A.B., Овчинников Ю.А. Ароматические аналоги бактериородопсина. // Биоорганическая химия. 1981.- Т.7.- № 8.- С. 1169-1194.

150. Albeck A., Friedman N., Sheves М., Ottolenghi М. Factors affecting the absorption maxima of acidic forms of bacteriorhodopsin. A study with artificial pigments. // Biophys. J. 1989.- V. 56.-P. 1259-1265.

151. Sheves M., Friedman N., Albeck A., Ottolenghi M. Primary photochemical events in bacteriorhodopsin: study with artificial pigments. // Biochemistry. 1985.- V.24.- №.5.- P. 12601265.

152. Warshawsky A., Kalir R., Patchornik A. Functionalization of Polystyrene. 1. Alkylation with Substituted Benzyl Halide and Benzyl Alcohol Compounds. // J. Org. Chem. 1978,- V. 43, N 16. P. 3151-3157.

153. Oesterhelt D., Stoeckenius W. Isolation of the cell membrane of Halobacterium halobium and its fractionation into red and purple membrane. // Methods Enzymol 1974- V. 31 (Pt A).-P. 667-678.