Синтез и свойства фотохромных бензо- и нафтопиранов, содержащих центры координации с катионами металлов, аминокислотами и ДНК тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ
|
Парамонов, Сергей Викторович
АВТОР
|
||||
|
кандидата химических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Москва
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2010
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
02.00.03
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ им. А.Н.НЕСМЕЯНОВА РАН
На правах рукописи
ПАРАМОНОВ СЕРГЕИ ВИКТОРОВИЧ
СИНТЕЗ И СВОЙСТВА ФОТОХРОМНЫХ БЕНЗО- И НАФТОПИРАНОВ, СОДЕРЖАЩИХ ЦЕНТРЫ КООРДИНАЦИИ С КАТИОНАМИ МЕТАЛЛОВ, АМИНОКИСЛОТАМИ И ДНК
02.00.03 - органическая химия 02.00.04 - физическая химия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени
кандидата химических наук 2 /} И ЮН 2010
Москва 2010
004606291
Работа выполнена на кафедре технологии тонкого органического синтеза и химии красителей Российского химико-технологического университета им. Д.И.Менделеева.
Научные руководители: доктор химических наук, профессор
Фёдорова Ольга Анатольевна ИНЭОС РАН
доктор химических наук, профессор Перевалов Валерий Павлович РХТУ им. Д.И.Менделеева
Официальные оппоненты:
доктор химических наук Горбунова Юлия Германовна ИОНХ РАН
доктор химических наук Ширинян Валерий Зармикович ИОХ РАН
Ведущая организация:
Институт химической кинетики и горения СО РАН
Защита состоится 23 июня 2010 г. в 11:00 на заседании диссертационного совета Д 002.250.01 по присуждению учёной степени кандидата химических наук в Учреждении Российской академии наук Институте элементоорганических соединений им. А.Н.Несмеянова по адресу: 119991, ГСП-1, г.Москва, В-334, ул. Вавилова, д. 28.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИНЭОС РАН. Автореферат диссертации разослан_2010 г.
Учёный секретарь
диссертационного совета Д 002.250.01 кандидат химических наук
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Одним из фундаментальных направлений в органической химии является дизайн и синтез органических молекул, способных изменяться под действием внешних факторов.
Благодаря хорошим фотохромным характеристикам хромены находят практическое применение, их используют в производстве фотохромных линз, плёнок и покрытий. Синтезированные в работе соединения обладают двумя важными свойствами. При облучении светом они способны участвовать в электроциклической реакции и реакции цис-транс-изомеризации. Наличие краун-эфирного или положительно заряженного гетероциклического фрагмента в составе молекулы определяет способность соединений участвовать в координационных взаимодействиях с катионами металлов, аминокислотами, молекулами ДНК, что сопровождается изменением спектральных характеристик соединений. Перечисленные свойства делают возможным практическое применение разработанных бензо- и нафтопиранов. Краунсодержащие хромены могут использоваться при создании фотоуиравляемых комплек-сонов, каталитических систем. Возможность подстройки фотохромных свойств краунсодер-жащих нафтопиранов с использованием комплексообразования позволяет предложить их для получения новых фотохромных материалов, обладающих необходимым набором характеристик. Хромены, содержащие положительно заряженный гетероциклический фрагмент, могут бьггь востребованы при создании фотохромных меток ДНК для разработки методов диагностики и лечения онкологических заболеваний. Важным направлением является использования солеобразных фотохромов для создания гибридных магнитно-оптических материалов для записи и хранения информации. Разработка фотохромных материалов является актуальным направлением научных исследований, поскольку связана с получением перспективных материалов для информационных технологий, включающих молекулярную электронику, си-здание элементов оптической памяти.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (05-03-32268, 09-03-00283), программ РАН, программы International Research Group «Photo-switchable Organic Molecules Systems and Devices (PHENICS)», программы «Михаил Ломоносов II» Германской службы академических обменов (DAAD) совместно с Министерством образования и науки РФ (Аналитическая ведомственная целевая программа «Развитие научного потенциала высшей школы») и в рамках Соглашения между РХТУ им. Д.И.Менделеева и Университетом Экс-Марселя (Aix-Marseille Université, г.Марсель, Франция) о совместном руководстве выполнения исследований при подготовке кандидатских диссертаций.
Цели и задачи исследования. Разработка методов синтеза бензо- и нафтопиранов, ан-нелированных краун-эфирными фрагментами различного состава и размера, а также хроме-нов, содержащих положительно заряженные гетероциклические фрагменты. Исследование влияния комплексообразования с катионами металлов и протонированными аминокислотами на фотохромные свойства краунсодержащих бензопиранов. Изучение структуры и устойчивости образующихся комплексов. Анализ фототрансформации соединений в том числе в присутствии катионов металлов или аммония. Использования комплексообразования в управлении фотохромными превращениями. Исследование взаимодействия солеобразных хроменов с молекулами ДНК.
Научная новнзна. Разработаны методы синтеза неописанных фотохромных крауп-аннелированных бензо-, нафтопиранов и спиронафтоксазина, а также хроменов, содержащих положительно заряженные гетероциклические фрагменты.
Исследование комплексообразования краунсодержащих бензопиранов с катионами металлов и протонированными аминокислотами с использованием УФ- и ЯМР спектроскопии, в том числе двумерной, показало, что кинетика фотохимических превращений краунсодср-
жащих бензопиранов зависит от присутствия в растворе катионов металлов или аммония. Продемонстрировано образование дитопных комплексов фотоиндуцированных форм с аминокислотами при облучении. Обнаружена возможность использования фотохимической электроциклической реакции краунсодержащих бензопиранов для управления их комплексо-образующей способностью.
Установлена возможность интеркаляции открытых форм нафтопирана, содержащего положительно заряженный гетероциклический фрагмент, с ДНК. Благодаря существенной разнице в стабильности комплексов ДНК с закрытой и открытой формами возможно использовать подобные соединения для фотоуправления процессом интеркаляции.
На основе бензопирана, содержащего аннелированный положительно заряженный пи-ридиниевый фрагмент, получены магнитные материалы на основе соединений хрома и марганца. Исследование магнитных свойств соединений показало потенциальную возможность применения подобных солеобразных хроменов для управления магнитными характеристиками вещества и их использования при создании гибридных магнитно-оптических материалов для записи и хранения информации.
Практическая ценность:
1) впервые разработаны бензо-, нафтопираны и спиронафтоксазин, содержащие аннели-рованные краун-эфирные фрагменты, сопряжённые с хромофорной системой, а также со-леобразные фотохромные хромены, содержащие положительно заряженный гетероциклический фрагмент;
2) показана возможность создания на основе краунсодержащих бензопиранов фото-управляемых комплексонов на катионы металлов и аминокислоты;
3) продемонстрирована возможность фотоуправления процессом интеркаляции нафто-пиранов, содержащих положительно заряженный гетероциклический фрагмент, с молекулами ДНК;
4) получены магнитные материалы на основе солеобразного хинолинопирана, в которых фотохром вносит существенный вклад в магнитные характеристики, что может быть использовано для создания магнитно-оптических материалов.
Автор приносит благодарность сотрудникам Междисциплинарного центра по нанонау-кам г.Марселя (CINaM CNRS UPR 3118) д-ру В.Локшину, проф. А.Сама, проф. В.Ходорковскому, а также к.х.н. Ю.В.Федорову, д.х.н. К.А.Лысенко (Институт элементоор-ганических соединений им. А.Н.Несмеянова РАН), проф. Г.Вермершу, д-ру С.Делбаэр (Университет Лилль-2, Франция), проф. Х.Имелсу (Университет г.Зиген, Германия), к.х.н. Н.А.Саниной (Инсппут проблем химической физики РАН), принимавших участие в обсуждении и организации экспериментальной работы на разных её этапах.
Апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи. Основные результаты работы были представлены на следующих конференциях: XLIII, XLIV, XLVВсероссийская конференция по проблемам математики, информатики, физики и химии (РУДН, Москва, Россия, 2007, 2008 и 2010 гг.), Международные конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2007», «Ломоносов-2008» и «Ломоносов-2010» (МГУ им. М.В.Ломоносова, Москва, Россия, 2007, 2008 и 2010), Td International Symposium on Macro-cyclic and Supramolecular Chemistry (Павиа, Италия, 2007 г.), XVI Международная конференция по химической термодинамике в России совместно с X Международной конференцией «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах» (Суздаль, Россия, 2007), Internationa! Conference on Photochemistry (Кёльн, Германия, 2007 г.), International Symposium on Photochromism (Ванкувер, Канада, 2007), Russia-France Joint Seminar on Molecular Switching (Сессак, Франция, 2007), JSPS-CNRS Seminar «New Horizons of Photochromism - From De-
sign of Molecules to Applications» (Appac, Франция, 2008), XXllnd ¡UPAC Symposium on Photochemistry (Гётеборг, Швеция, 2008), IV International Summer School «Supramolecular Systems in Chemistry and Biology» (Туапсе, Россия, 2008), XXIV Международная Чугаевская конференция по координационной химии (Санкт-Петербург, Россия, 2009).
Структура работы. Диссертационная работа общим объёмом_страниц состоит из
введения, обзора литературы, обсуждения полученных результатов, экспериментальном части, выводов и приложений и содержит_схем,_таблиц и_рисунков. Список литературы включает_наименования.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
Использование краун-эфирного фрагмента в качестве дополнительной функциональной группы в составе фотохромного соединения позволяет создавать системы, в которых фото-хромизм и комплексообразование оказывают существенное влияние друг на друга. В структуре большинства известных краунсодержащих нафтопиранов макроциклический фрагмент не входит в хромофорную систему фотохрома и связан с ним посредством мостика. В связи с этим нами в качестве целевых соединений были выбраны хромены 1-3, содержащих аннелм-рованный 15-краун-5- и 18-краун-6-эфиры.
. Ph \ )
-/-^л о р» itph k о 1 п р"
° n tPh ° YyV VY tPh
fa, п = 1 ^о / Z За, п = 1
16, п = 2 36, п = 2
Другим направлением являлось получение соединений, способных участвовать в фото-управляемой интеркаляции с ДНК. Ключевым требованием при этом является наличие положительного заряда в структуре соединения. В связи с этим предложен ряд четвертичных солей гетероциклических хроменов - производных азотсодержащих гетероциклов (4-6), а также хромен 7 и спиронафтоксазин 8, имеющие положительно заряженную группу в боковой цепи.
1. Синтез бензо- и нафтопиранов.
Предложены два основных подхода к получению целевых соединений (схема 1). Первый состоял во введении хроменового фрагмента в краунсодержащий ароматический субстрат, второй - в достраивании краун-эфирного фрагмента на молекуле хромена или спмро-оксазина.
Ph Ph
m = 0,1 Х = 0, S, NR n = 1, 2 R = OH, Hal. TsO
1.1. Синтез краунсодержащих бензо- и нафтопиранов из фенолов и р-нафтола, анпслнрованных краун-эфиром.
Доступными методами синтеза является получение хроменов из соответствующих фенолов или нафтолов. На первом этапе работы была поставлена задача разработать или улучшить методы синтеза фенолов 9-11 с аннелированными фрагментами краун-эфира.
Синтез краунсодержащих фенола 96 и нафтола 10 включал 3 стадии (схема 2). Первым этапом являлось адилирование исходных бензо- и нафтокраун-эфиров 12 с использованием реактива Итона. Ацилирующим агентом является образующийся in situ под действием смеси P2O5/CH3SO3H смешанный ангидрид уксусной и метансульфоновой кислот. Следующей стадией являлось окисление по Байеру-Виллигеру с применением л/-хлорнадбензойной кислоты. Гидролиз сложных эфиров 14 приводил к получению фенола 96 и нафтола 10 с умеренными выходами, которые обусловлены способностью краун-эфирных производных образовывать крайне устойчивые комплексы с катионами металлов в водной среде и связанной с этим сложностью выделения продуктов экстракцией.
Для получения фенолов с вицинальным расположением гидроксигруппы и краун-эфирного фрагмента применялся подход, включающий несколько чередующихся стадий введения и снятия защитных групп в молекуле пирогаллола с тем, чтобы в итоге селективно ввести в молекулу краун-эфирный фрагмент (схема 3).
Для получения хроменов использовались два метода. Первый заключался во взаимодействии фенолов с дифенилпропаргиловым спиртом в присутствии кислоты. Из фенолов 9 образуются исключительно линейные изомеры 1. Из нафтола 10 образуется только ангуляр-ный нафтопиран 2 (схема 4, табл. 1).
Данный метод имеет ряд существенных недостатков, обусловленных протеканием перегруппировки Мейера-Шустера (схема 5) и разрушения краун-эфирного фрагмента за счёт гидролиза.
ГО
го
UOZ у —
o-rAs Нг0
obz 9bz
PhCH2CI NaOH _
15.47%
диоксан BU4NI 100°C
16, 66%
17, 95%
OTs n = 1 NaOH (води.), толуол, BU4NI
от« n « 2 cef. chjcn
толуол, BU4NI
11a, n = 1,84% 116, n = 2,83%
18a, n = 1,48% 186, n = 2, 43%
-сГЛ
хху
.ОН нс=—(-рь
таон толуол 70°с
он
V -н-.п
■ф -Р11
РП РЬ
0=\ Р1, РЬ
(5)
В связи с этим для синтеза хроменов был использован метод с использованием р-фенилкоричного альдегида и тетраэтоксида титана, применение которого позволило получить целевые хромены с выходами, превышающими соответствующие показатели для первого метода (схема 6, табл. 1).
Существенным недостатком метода является участие альдегида в перегруппировке Ти-щенко-Кляйзена и реакции Меервейна-Пондорфа-Верлея при катализе тетраэтоксида титана, приводящим к спирту 19 (схема 7).
■/-О,
п-Х-о ,
^ 9а, п = 1 96, п = 2
П<ОЕ1)4 толуол 100°С
-Г-О Д
4 >
-Г да
^ 1а, п = 1. 20% 16, п = 2, 25%
РГ> РИ
(6)
Перегруппировка Тищенко-Кляйэена Р(1
2Р\ ТИРЕ,р\
РН \=0 РК ^-о
о
Восстановление Меервейна-Пондорфа-Верлея РИ
он ■<снлсорК'
Выходы при получении хроменов с применением двух методов.
1а(п= 1) 16 (п = 2) 2 За (п = 1) 36 (п = 2)
Метод 1 4% 19% 16% -1%
Метод 2 20% 25% 29% 30% 30%
(7)
Таблица 1
1.2. Синтез нафтопиранов, аннелированных краун-эфирными фрагментами различного размера и гетероатомного состава.
Для получения нафтопиранов, аннелированных краун-эфирными фрагментами различного размера и гетероатомного состава, предложен синтетический подход, основанный на введении макроциклического фрагмента в молекулу нафтопирана.
Ключевыми соединениеми в синтезе нафтопиранов 20 являются нафтолы 21, которые описаны не были. Нами предложена схема синтеза 21 из 2,3-дигидроксинафталина последовательным его О-алкилированием, С-ацилированием, окислением по Байеру-Виллигеру и восстановлением Ь1А1Н4 (схема 8). Нафтол 21а был превращен в хлорпроизводное 216. На основе нафтолов 21 были успешно синтезированы нафтопираны 20, терминальные заместители в которых были заменены на тозилатные группы и йод.
Для синтеза целевых краунсодержащих хроменов проводили взаимодействие полученных прекурсоров с олигоэтиленгликолями, содержащими различные концевые группы. Соединения 20а и 20в использовались для получения оксакраун- (2), 206 - дитиакраун- (25), 20г - диазакраун-производного (26) (схема 9).
ЕЮ^
НО'^-^^ №Н,ДМФА к II Л
Е'У
1>_ II Л реактив Итона О ^^ (Р2О5 / СНзБОзН)
24, 34%
(8)
Данный подход к синтезу достаточно гибкий, что позволяет его использовать для получения разных фотохромных систем. Например, используя фенолы 21, был осуществлён синтез спиронафтоксазинов 28, 29 (схема 10).
р(1
II 1'° (Ю)
20 Я X У п Продукт
а ОН ОТэ О 1 2, 14%
б С1 БН Б 1 25а, 29%
2 256, 40%
в ОГэ ОН О 1 2, 11%
г I ШМе ЫМе 2 26, 30%
V,
л а
т
г Т
Г' 'У
Данные РСА нафтопирана 256
1.3. Синтез беизопиранов, содержащих заряженные гетероциклические фрагменты.
Нейтральные гетероциклические хромены описаны в литературе и их синтез осуществлялся по реакции взаимодействия соответствующих гетероциклических фенолов с р-
О
Хлд
X___) 21а, Х = ОН
216, X = С1
X___) 27а, Х = ОН, 22%
276, X = С1, 88%
X ) 28а, X = ОН, 25% 286, X = С1, 35%
(10)
феннлкоричным альдегидом в присутствии тетраэтоксида титана (схема 11). Дальнейшее ал-килирование позволило получить четвертичные соли рядахроменов, приведённые в табл. 2.
Таблица 2
РЬ г^^РЛ * Т^ СН3 Р11 СН3 1 п Р»1 н3с х-
4а, X = Г 46, X = Т5СГ 5, X = I" 6, X = Г
Выход 96% 85% 87% 36%
(П)
(12)
На основе известного хромена 30 был осуществлён синтез соединения 7 (схема 12). Получение спиронафтоксазина 8 включало синтезы основания 33 (из 2,3,3,-триметилиндолина и 1,3-дибромпропана), получение спиронафтоксазина 34 и его взаимодействие с триэтиламином с выделением целевого спиронафтоксазина 8 (схема 13).
2. Исследование комплексообразования и фотохромных свойств некоторых синтезированных соединений.
2.1. Изучение комплексообразования краунсодержащих хромеиов с катионами металлов и аминокислотами.
Наличие фрагмента кислородсодержащего 15-краун-5-эфира в молекуле 1а и За обуславливают способность хромена образовывать прочные комплексы с «жёсткими» катиона-
"вг
ми щелочных и щёлочноземельных металлов. На основании этого, для исследования были выбраны катиона металлов II группы - магний и барий, а также катионы свинца (II), которые склонны прочно координироваться по краун-эфирному фрагменту, а также способны образовывать координационные связи с карбонильным атомом кислорода, присутствующим в структуре фотоиндуцированных форм хромена.
В свою очередь 18-краун-6-эфир характеризуется способностью прочно связываться с аммонийным катионом за счёт стабилизации последнего водородными связями. В результате фотохромной трансформации в молекуле хромена появляется ещё один сильный центр координации - карбонильный атом кислорода. Используя в качестве комплексующегося агента протежированные аминокислоты N1 Ь+-(С1 ЬХ-СООН, можно ожидать образование дитопных комплексов с открытой формой 16 и 36, в которых аммонийная группа располагается в полости краун-эфира, а карбоксильная группа координируется с карбонильным атомом кислорода через образование водородной связи. Процесс координации аминокислот в этом случае будет находится в прямой зависимости от длины алкильной цепи аминокислоты (число метилено-вых групп к).
Для изучения комплексообразования применялась комбинация методов ЯМР и УФ спектроскопии, что позволило определить как структуру комплексов, так и их устойчивость.
2.1.1. Комплексообразование соединений 1а и За с катионами металлов
В экспериментах без облучения для определения типов комплексов, их состава и устойчивости применялся метод спектрофотометрического титрования (рис. I). На графиках слева представлены экспериментальные данные титрования, полученные расчётные спектры поглощения комплексов - на графиках справа. В зависимости от катиона металла наблюдалось образование только комплексов 1:1 (в случае магния) или ступенчатого образования двух комплексов -2:1 и 1:1 (для бария и свинца). Присутствие металла приводило к гипсохромно-му смещению длинноволновой полосы поглощения, что свидетельствовало о координации катионов по краун-эфирному фрагменту.
Комплексы хроменов 1а и За с катионами металлов обладают схожей устойчивостью (табл. 3). Для катионов магния характерно образование комплексов 1:1 инклюзивного типа, когда катион располагается в полости краун-эфира. Катионы бария и свинца, обладая ббль-шпм радиусом, склонны к образованию комплексов 1:1 эксклюзивного типа, при котором
1а, п=1 16. п = 2
За, п = 1 36, п = 2
ион располагается вне макроциклической полости, а также более прочных комплексов 2:1 «сэндвичевого» типа.
Для комплексов 1:1 наблюдался рост констант |3) в ряду < Ва2+ < РЬ2+. Большие значения констант 1:1 для бария и свинца могут быть обусловлены возможностью участия катиона в дополнительной координации с атомом кислорода пиранового цикла. Несмотря на то, что радиус катионов свинца занимает промежуточное положение между магнием и барием, а сам катион является менее жёсткой кислотой, для него характерно образование наибо-
Рисунок 1. Спектрофотометрическое титрование хромена 1а растворами (а) (СЮ4)2, (б) Ва(С104): и (в) РЬ(СЮ4)2 в ацетонтриле (С,. = МО"4 М, См/С„ = 0—► 64). (с - коэффициент молярной экстинкции, м '-см"', пунктирные кривые соответствуют спектру свободного лиганда, сплошные линии - спектрам комплексов 1:1 и 2:1)
лее устойчивых комплексов, что, вероятно, связано с высокой поляризацией катиона и более выраженным ковалентным характером связей в комплексе.
Для определения структуры комплексов применялась ЯМР спектроскопия (1D и 2D), в растворах CD3CN с концентрацией лиганда 1-2-10"3 М в присутствии 0.5 и 1 эквивалентного количества катиона при -45°С.
В присутствии катионов магния наблюдалось смещение алифатических и ароматических протонов хромена в область слабых полей (рис. 2, табл. 4). При этом протоны фениль-ных групп не изменяли своего положения. Это свидетельствует об образовании инклюзивного комплекса 1:1с катионом Mg2* (схема 14, комплекс А).
Таблица 3
Значения констант устойчивости комплексов 1:1 (1§ Рп) и 2:1 (^ Р21) 1а и За с катионами металлов.
Хромен1а Хромен За
IgPn lgp2. IgPn lgP21
Mg2+ 5.26 ±0.04 - 4.14 ±0.02 -
Ва2+ 5.39 ±0.04 11.21 ±0.06 5.53 ±0.05 10.9 ±0.1
РЬ2+ 6.7 ±0.3 13.7 ±0.1 6.3 ±0.2 12.9 ±0.4
б) 1а + Мд
(1 экв)
а) 1а
L 51119 4 3
Ujjl
jL
17 7
MJ\
.¡19 i
I 4 ,3
16 I 17 7 8
JlL/li
ррт 8 7 6 5 4
Рисунок 2. Спектры 'Н ЯМР свободного 1а (а) и в присутствии эквимолярного количества катионов магния (б) при -45°С (Си = 1 • 10"3 М).
(14)
В присутствии катионов Ва анализ ПМР спектра позволил выделить три группы сигналов (А, В и С) по принципу соответствия значений интегрирования (рис. 3). Для соотнесения сигналов в молекулах хромена были проведены двумерные измерения, позволившие соотнести сигналы протонов, соответствующим двум типам комплексов 2:1 (рис. 4).
Используя полученные при УФ исследованиях данные по константам комплексообра-зования, были оценены количества образующихся комплексов в растворах и определено, что сигналы протонов групп В и С в спектрах в присутствии катионов бария соответствуют комплексам 2:1 различного строения. Спектрофотометрически эти комплексы неразличимы, т.к. имеют одинаковый состав. Сигналы А, которые появляются в спектрах ЯМР при увеличении соотношения лиганд/металл, таким образом, соответствуют комплексу 1:1. В пользу такого соотнесения также свидетельствует то, что характер изменения положения сигналов группы А в присутствии Ва2+ по сравнению со свободным лигандом, соответствует наблюдаемому эффекту с катионами магния (табл. 4).
6)
1а
и
В)
2'||
АД
5с
«с ! ЗЛ
.ии^йЛ'-иЛ
к Л*/ ^ 7»
„У1 V
»'¡I
, ■'Л I 7 7
« I?
17 7 8 ;м
^ ,41/'
Рисунок 3. Спектры 'Н ЯМР хромена 1а в присутствии катионов бария при -45°С: а) С,. = МО"3 М, СВа = 1-Ю'3 М; б) С„ = 2-Ю'3 М, СВа = МО"3 М; в) С,» = 1-Ю"3 М.
Таблица 4
Изменение сигналов ароматических протонов (Д<5 = <5КОМплекс - <5,а) в комплексах 1а с катионами металлов в сравнении со свободным лигандом.
М§2+ Ва2+ РЬ2+
А(1:1) А (1:1) В(2:1) С(2:1) А(1:1) В(2:1) С(2:1) 0(2:1)
н-з +0.11 +0.05 +0.19 +0.05 +0.08 +0.17 +0.08 +0.01
Н-4 +0.09 +0.06 -0.36 +0.06 +0.09 -0.34 +0.06 +0.01
Н-5 +0.29 +0.27 -1.52 -0.21 +0.34 -1.46 -0.27 +0.07
Н-19 +0.29 +0.16 +0.15 -0.58 +0.16 +0.09 -0.59 +0.05
н„ Ч> Ч'
Рисунок 4. Спектр ЫОЕЗУ раствора 1а в присутствии катионов бария при -45°С (С,, = 2-Ю'3 М, Сва/С,, = 0.5). Синим цветом отмечены сигналы химического обмена между одинаковыми протонами в разных комплексах; красным - кросс-пики, обусловленные ядерным эффектом Оверхаузера внутри комплекса.
«^jtiak*
Г- ,', г. г.
J V" --''-
19.
Sc>
I^U I,
'l'1 I '' "» I
4
17 7 I I
r.t ■■
4 3 ii
Рисунок 5. Спектры Н ЯМР хромена 1а в присутствии катионов свинца при -45°С: а) Си= МО"' М, Срь = МО"' М; б) С„ = 2-10Л М, СРЬ = НО"' М; в) С,„ = 1-Ю"5 М.
Для комплексов 2:1 были предложены две разные структуры с асимметричным (В) и симметричным (С) расположением молекул 1а относительно катиона, располагающегося в области краун-эфирного фрагмента (схема 14). При таком строении протоны соседних хро-менов будут испытывать влияние анизотропных эффектов ароматической системы, что подтверждается ЯМР спектрами.
(15)
Аналогичным образом были определены структуры для комплексов 1а с катионами свинца (рис. 5). Положения сигналов протонов в комплексах во многом идентичны таковым в случае катионов бария и магния (табл. 4). Особенностью спектров является наличие слабых сигналов ещё одной группы протонов в случае избытка лиганда (рис. 56, группа D). Также эти сигналы проявляются в спектре NOESY в виде кросс-пиков обмена. Отличающиеся значения смещения пиков тем не менее позволяют предположить возможность детектирования ещё одной конформации комплексов 2:1 ан/ли-конфигурации, при которой молекулы лиганда располагаются в пространстве относительно катиона металла в центре краун-эфирного фрагмента с двугранным углом 90° < в < 180° (схема 15). Такая структура, очевидно, является промежуточным положением при вращении хромена относительно металла, которая была зафиксирована при пониженной температуре.
Аналогичные исследования комплексообразования с катионами магния, бария и свинца проведены с хроменом За. Для соотнесения сигналов также применялись методы двумерной спектроскопии. В результате были идентифицированы комплексы 1:1 для всех металлов и 2:1- для бария и свинца (схема 16).
(A) LM' М2* = Мд2\ Ва2'. РЬ2*
TC-форма
T-форма
Пирановый цикл хромеиов 1а и За является [4п+2] электронной системой, что обуславливает возможность протекания фотоиндуцированной электроциклической циклизации и обратного раскрытия цикла с образованием нескольких изомеров, из которых экспериментально детектируются только ТС (трансоид-цис) и ТТ (трансоид-транс) формы (схема 17).
а) о е
I 0.4
i
6)
Длина волны (мм)
Длина волны (нм)
Рисунок 6. Изменение спектров поглощения хроменов 1а и За в ацетонитриле при облучении: а) Сь - 7-10'5 М, 25°С, 313 нм (фильтрованный свет), 2 мин; б) Сз„ = 2.7-104 М, 10°С, 317 нм (монохроматический свет), 2 мин.
За процессом фототрансформации можно наблюдать с помощью электронно-абсорбционной и ЯМР спектроскопии. «Открытые» формы характеризуются появлением полосы в видимой области, которая исчезает после прекращения облучения (рис. 6). Линейный изомер 1а характеризуется появлением двух полос с Хтах = 390 и 470 нм. Для ангулярного хромена За характерно появление слабоинтенсивной полосы с Хтах = 410 нм и второй еще менее интенсивной широкой полосы с (
Xmax ~ 520-530 нм. Слабая интенсивность полос За связана с низкой устойчивостью открытых форм в ацетонитриле, ^ что в целом характерно для хроменов. | Устойчивость фотоиндуцирован- i ных форм определена через кинетиче- ¡ ские характеристики процесса термиче- J ского обесцвечивания (релаксации) -константу скорости реакции (к) и время половинного обесцвечивания (г./,). Для хромена 1а кинетическая зависимость фотоиндуцированного перехода в откры- время и тую форму и термического процесса воз- Рисунок 7. Определение кинетических характеристик
_„„,„„„„ „ _______„„ л,_________________„ процесса обесцвечивания хромена 1а в ацетонитриле
вращения в закрытую форму представле- ^ ,-_5.. , F ... . , к
_ т, при 25°С (С,, = 7-10 МД = 400 нм). (А, А0 - оптиче-
на на рис. 7. Кривая описывается моно- Ская плотность,^ - коэффициент корреляции.)
экспоненциальной зависимостью с константой ¿ = 2.35Т0"3 с"1 (тц = 295 с). Определить кинетические характеристики ангулярного хромена За не представлялось возможным ввиду исключительно быстрого обесцвечивания в обычных условиях. Также за кинетикой обесцвечивания можно наблюдать с помощью ЯМР спектроскопии.
Положение аннелирования существенно влияет на фотохромные свойства соединений. При облучении хромен 1 трансформируется в окрашенные формы с различной устойчивостью; ТС-изомер характеризуется относительно медленной кинетикой обесцвечивания при 0°С — 25°С и стабилен при -45°С, а ТТ-изомер проявлял высокую стабильность на всем диапазоне использованных температур (-45. ,.25°С). Ангулярный хромен 3 характеризуется слабой окрашиваемостью и малой стабильностью фотоиндуцированных форм в ацетонитриле даже при -45°С.
На примере хромена lac помощью исследования кинетики обесцвечивания растворов в присутствии катионов металлов было показано, что комплексы с отрытыми формами менее устойчивы. Подобные выводы были сделаны на основании данных ЯМР спектроскопии. С другой стороны, было установлено дестабилизирующее влияние металлов (а, следовательно, образования комплексов) на термическую устойчивость открытых форм, что выражалось в увеличении констант скорости обесцвечивания на 1 -2 порядка (табл. 5).
Помимо этого была установлена необычная цис-транс изомеризация ТС форм в ТТ в присутствии катионов при низкой температуре. Зафиксировать подобный процесс при 25°С удалось лишь для катионов свинца и при значительном избытке металла, что позволяет предположить образование ещё одного комплекса, включающего слабую координацию между катионами РЬ2+ и карбонильным атомом кислорода ТТ-формы (схема 18).
Для катионов бария и свинца также было обнаружено образование комплекса 2:1 смешанного состава, содержащего молекулу хромена в закрытой и открытой (ТС) форме (схема 19). По-видимому, это промежуточное состояние, которое принимает один из комплексов 2:1 при поглощении света.
Таблица 5
Сравнение констант скорости обесцвечивания (к) свободных открытых форм 1а и в составе комплексов с катионами металлов (максимальное экспериментальное
1а 1 а + Mg2+ 1 а + Ва2+ la + РЬ2+
*гс(с-') 2.35-10"3 МО"' 610"2 7. 5-Ю'2
¿тт (с-1) - - МО"2
образование не детектировалось при кратковременном облучении Hg лампой, 150 Вт
ТСРЬ!*
2.1.2. Комплексообразование 16 и 36 с аминокислотами
Проведены исследования комплексообразования хроменов 16 и 36 с протонирован-ными аминокислотами, отличающимися длиной алифатической цепи: р-аланином (СЗ), у-аминомасляной (С4), 6-аминокапроновой (С6) и ш-аминокаприловой (С8) кислотами. В качестве модельного соединения использовался перхлорат аммония, который способен только к взаимодействию с краун-эфирным фрагментом. Для исследованных аминокислот предполагалось монотопная координация с закрытой формой краунсодержащих хроменов 16 и 36 и, в зависимости от длины углеродного скелета, дитопная — в случае открытых форм (схема 20). Предварительное молекулярное моделирование с помощью пакета МОРАС/РМ6 показало принципиальную возможность образования подобных комплексов. В случае линейного изомера 16 дитопное комплексообразование становилось возможным при количестве метилено-вых фрагментов к > 4 (С5 и выше); ангулярный хромен 36, характеризующийся более близким расположением двух координационных центров, давал положительный результат уже с к = 2 (СЗ, р-аланин).
глс "
Р-аланин
(СЗ) н3м/^С00Н у-аминомасляная к-та (С4)
(20)
6-аминокапроновая к-та (С6) н3Ы ы-аминокаприловая к-та (С8)
Изучение данных систем проводилось с помощью УФ и ЯМР спектрометрии, благодаря чему удалось установить структуру и прочность образующихся комплексов. В экспериментах использовались протонированные аминокислоты, полученные взаимодействием исходных нейтральных форм с хлорной кислотой в ацетонитриле.
Спектрофотометрическое титрование растворов хроменов позволило установить образование в растворах комплексов 1:1, в которых аммонийным катион координирует с краун-эфирным фрагментом. Это подтверждалось и данными ЯМР исследований, поскольку основное влияние присутствия аминокислот выражалось в смещении в область слабых полей и изменении формы сигналов протонов краун-эфирного фрагмента (рис. 8).
Полученные экспериментальные данные спектрофотометрического титрования позволили также определить константы устойчивости комплексов (табл. 6, 7).
При облучении комплексы ТС-форм с аминокислотами 1:1 могут присоединять ещё одну молекулу лиганда с образованием комплекса 1:2. ш-Аминокаприловая кислота (С8) в отличие от СЗ, С4 и С6 и подобно катионам аммония не образует комплексы 1:2 с открытыми формами в аналогичных условиях. Сравнение значений констант устойчивости и констант обесцвечивания позволяет предположить, что в случае ш-аминокаприловой кислоты реализуется дитопное комплексообразование, препятствующее присоединению второй аминокислоты к комплексу (схема 21).
и А
" А
М АГ
20 7 I
> I .-I
III; !
ЦЛА
'чь.
Рисунок 8. Спектры Н ЯМР растворов бензопирана 16 в присутствии аминокислот (С]б = МО"3 М, Самк/С1б = 1, -45°С).
Таблица б
Характеристики образующихся комплексов катионов аммония и аминокислот с открытыми формами 16 (ацетонитрил, 20°С; *ц. ^12 - константы скорости обесцвечивания ТС-комплексов 1:1 и 1:2; тй -время половинного обесцвечивания; \gK\u\gKn~ логарифмы констант устойчивости комплексов.)
Комплекс 1:1 (ТС) Комплекс 1:2 (ТС)
18*11 ¿п'ЮЧс-') Ту, (с) 18*12 *12-Ю5 (С1) ТЙ(С)
16* - 1.2 ± 0. Г 578* - 1.2 ± 0.1* 578*
16 + ш„+ 3.84 ±0.02 5.52 ±0.05 126 - - -
16 + СЗ 3.6 ±0.2 4 ± 1 173 2.2 ±0.2 15 ± 2 46
16 + С4 3.41 ±0.07 5.5 ±0.4 126 1.6 ±0.2 14 ±2 50
16 + Сб 3.4 ±0.4 6.0 ±0.7 117 1.7 ±0.6 10 ± 2 69
16 + С8 3.71 ±0.05 23.1 ±0.5 30 - - -
приведены данные для свободных окрашенных форм хромена
Таблица 7
Характеристики образующихся комплексов катионов аммония и аминокислот с открытыми формами 36 (ацетонитрил, 20°С; кц, ки - константы скорости обесцвечивания комплексов 1:1 и 1:2; ^ К\ ь ^ К\1~ логарифмы констант устойчивости комплексов.)_
ТС-комплексы ТТ-комгшексы
¿11 (С1) *12 (с"') ^п-Ю'Сс1) 1В*|2 А12-103 (с-1)
Зб" - 0.13 ±0.02* - - 0.32 ±0.02' -
36 + КН," 3.29 ±0.05 0.43 ±0.01 - 3.2 ±0.4 3± 1 1.4 ±0.7 15 ± 13
Зб + СЗ 3.92 ± 0.02 0.39 ±0.01 2.15 ±0.06 - 4.8 ± 1.5 3.6 ± 1.3 2.40 ± 0.04 48 ±1
36 + С4 4.0 ±0.1 0.35 ±0.02 1.5 ±0.2 1.01 ±0.05 4.3 ±0.2 2.4 ±0.3 1.94 ±0.04 35 ±2
Зб + Сб 3.63 ±0.04 0.69 ±0.01 - 1.8±0.5 2.5 ± 0.1 80 ±30 2.5 ±0.3 59 ±6
приведены данные для свободных окрашенных форм хромена
В случае хромена 36 облучение растворов с СЗ, С4 и С6 приводит к появлению ТС-комплексов состава 1:1, обладающих большей по сравнению катионами аммония устойчивостью (табл. 7). Это может быть связано с образованием дитопного комплекса. Тем не менее, при значительном избытке лиганда (СЗ и С4) этот комплекс может присоединять еще одну молекулу аминокислоты с образованием комплекса 1:2. В обоих случаях для комплексообра-зования пространственно более выгодна ТТ-конфигурация, в результате экспериментально наблюдается переход ТС-комплексов в ТТ (схема 22).
2.2. Исследования хроменов, содержащих положительно заряженный гетероциклический фрагмент
2.2.1. Исследования взаимодействия хромена 7 с ДНК.
Благодаря возможности трансформироваться в плоские окрашенные формы при облучении фотохромные бензо- и нафтопираны могут быть использованы для обратимого фотоуправления процессом интеркаляции с ДНК. Эти соединения в исходном состоянии обладают неплоской структурой, что обусловлено наличием двух фенильных групп в пирановом кольце. Это позволяет, на наш взгляд, предполагать, что до облучения в силу пространственных трудностей заметного взаимодействия хроменов с ДНК наблюдаться не будет. При облучении же структура фотохромов существенно изменяется, становясь плоской, и следовательно, вероятность встраивания открытых форм между парами оснований ДНК резко возрастает. В связи с этим был исследован нафтопиран 7 в экспериментах по интеркаляции с
Исходная форма хромена 7 не демонстрирует значительных изменений в спектре поглощения при титровании ДНК, что свидетельствует об отсутствии каких-либо специфиче-
(22)
>--О
ДНК.
а) 0 25
6) оо
РИ -Р(1
7
= 4.24
400 500 600
Длина волны (нм)
3
■ •«"(М)
Рисунок 9. Влияние ДНК на фотохромные свойства хромена 7 (ЭДТА-бифосфатный буфер, 10°С, С7 = 5.2-10"5 М, облучение в течение 5 мин фильтрованным светом с X = 313 нм): а) изменение спектра раствора с Сщпс/С^ = 7 при облучении, врезка соответствует изменению оптической плотности на 480 нм во время и после облучения; б) изменение наблюдаемой константы скорости обесцвечивания раствора 7 в зависимости от концентрации ДНК.
ских взаимодействий между молекулами. Облучение растворов 7, содержащих разное количество ДНК, приводило к появлению полосы поглощения в видимой области спектра (рис. 9а). При увеличении содержания ДНК происходило постепенное уменьшение константы скорости обесцвечивания ТС-формы хромена 7 (рис. 96). Анализ изменений кинетики термической релаксации позволил определить константу устойчивости образующегося комплекса 7 с ДНК (^К = 4.24). Дополнительным подтверждением существования специфического связывания (интеркаляции) также является значительное (на 1-2 порядка величины) уменьшение константы скорости обесцвечивания ТС-форм.
2.2.2. Исследования магнитных свойств хромена 4а и материалов на его основе.
Важным свойством фотохрома для создания гибридных магнитно-оптических материалов является проявление фотохромизма в твёрдом состоянии. Для определения возможности фотохромных превращений в твёрдом состоянии был проведён детальный анализ кристаллической структуры соединения 4а. Вещество кристаллизуется в триклинной сингонии (пространственная группа Р(-1)), т.е. на одну элементарную ячейку приходятся два связанные центром инверсии органических катиона и два аниона I" (рис. 10).
соли на плоскость кристаллической ячейки ас, справа - фрагмент кристаллической структуры соли, где штриховыми линиями соединены фрагменты, участвующие в Ван-дер-вальсовых и ионных взаимодействиях.
(C25H2„NO)l 4a
+AgCI, CHjOH
+ K3[Cr(C204)3] + MnCI2
(C25H20NO)CI -- (C2sH2„NO)3[Cr(C20„)3] -- C25H2„N0[CrMn(C20„)3]
* HzO, Kl
4b 4r
В водно-метанольных растворах при комнатной температуре с высокими выходами были синтезированы (трис)оксалаты хрома (III) и марганца (II) 4в и 4г с 7-метил-3,3-дифенил-ЗЯ-пирано[3,2-/]хинолиний катионом (схема 23). Поликристаллы 4в жёлто-зелёного цвета (рис. 11а) хорошо растворимы в полярных растворителях. Поликристаллы 4г изумрудно-зелёного цвета (рис. 116) не растворимы в воде и других растворителях.
Изучение магнитных свойств 4а показало, что ионизированные молекулы хромена характеризуются термически возбуждёнными парамагнитными состояниями. Соединение при 2 К является диамагнетиком, а повышение температуры ведёт к его превращению в парамагнетик. Для гибридных поликристаллов 4в и 4г характерно отсутствие влияния хроменовых молекул на магнитные свойства при низких температурах. При повышении температуры отчётливо наблюдается влияние хроменовых катионов на эффективный магнитный момент рсц' материала. Освещение УФ светом (фильтр УФС-1, 250-410 нм) в течение 2 часов практически не приводило к изменению (iefr. Освещение белым светом ртутной лампы через водяной фильтр приводило к увеличению парамагнитной части зависимости Цеп' от температуры, оставляя неизменной низкотемпературную часть, характеризующую ферромагнитное состояние. Подобные эффекты в 4в и 4г могут объясняться зарождением высокоспиновых парамаг-ниных центров под действием облучения. Полученные результаты указывают на возможные пути совершенствования синтеза фотохромных магнетиков.
Рисунок 11. Микрофотографии поликристаллов 4в (а) и 4г (б).
Выводы:
1. Разработаны методы синтеза неизвестных ранее бензо- и нафтопиранов, аннелированных краун-эфирными фрагментами различного размера и гетероатомного состава, а также хро-менов, содержащих положительно заряженный гетероциклический фрагмент.
2. Установлено, что катионы металлов способны эффективно связываться с краун-эфирным фрагментом хроменовой молекулы. Комплексообразование оказывает заметное влияние на спектрально-кинетические характеристики фотохромов. Фотоиндуцированный переход из закрытой в открытую форму понижает комплексообразующую способность фотохром-ного комплексона.
3. Впервые показано, что метод ЯМР может быть успешно применен для исследования ком-плексообразования хроменов с катионами металлов как в основном, так и в фотоиндуци-рованных состояниях.
4. Обнаружено, что аминокислоты в зависимости от длины углеродного скелета способны образовывать дитопные комплексы с открытыми формами хроменов, в которых аммонийный катион координирует с краун-эфирным фрагментом, а карбоксильный атом водорода образует водородную связь с карбонильным атомом кислорода фотоиндуцированной формы.
5. Предложен метод анализа устойчивости комплексов заряженных хроменов с молекулами ДНК. Было продемонстрировано, что подобные соединения могут быть использованы для фотоуправления процессом интеркаляции.
6. Показана принципиальная возможность создания гибридных магнитных материалов на основе солеобразного хромена, свойства которых также могут контролироваться с помощью облучения.
Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:
1. Парамонов C.B., Федорова O.A., Перевалов В.П., Локшин В., Ходорковский В. Синтез фотохромного бензопирана, аннелированного 15(18)-краун-5(6)-эфиром // Изв. АН, Сер. хим. - 2008. - № 11. - С. 2333-2336.
2. Paramonov S., Delbaere S., Fedorova О., Fedorov Yu., Lokshin V., Samat A., Vermeersch G. Structural and photochemical aspect of metal-ion-binding to a photochromic chromene annulat-ed by crown-ether moiety // J. Photoch. Photobio. A: Chem. - 2010. - № 209. - C. 111-120.
3. Glebov E M., Smolentsev A.B., Korolev V.V., Plyusnin V.F., Chebunkova A.V., Paramonov S.V., Fedorova O.A., Lokshin V., Samat A. Synthesis and photochromic properties of crown-containing styryl derivatives of naphthopyrans // J. Phys. Org. Chem. - 2009. - № 22. - C. 537545.
4. Алдошин C.M., Санина H.A., Моргунов Р.Б., Федорова O.A., Парамонов C.B., Локшин В.Б., Мушенок Ф.Б., Шилов Г.В., Боженко К.В., Корчагин Д.В. Ферро-, пара- и термоин-дуцированный магнетизм в фотомагнитных Сгш/Мпп- и Cr"1 -оксалатах с 7-метил-3,3-дифенил-ЗЯ-пирано[3,2-/|хинолиний-катионом // Изв. АН, Сер. хим. - 2010. - № 3. - С. 487-499.
5. Парамонов C.B., Фёдорова O.A., Перевалов В.П., Локшин В., Сама А. Синтез краунсо-держащих бензо- и нафтопиранов // Материалы докладов XIV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов» [Электронный ресурс] - М.: Издательский центр Факультета журналистики МГУ им. М.В. Ломоносова, 2007. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).
6. Парамонов C.B. Разработка синтетических подходов к получению бензо- и нафтопиранов, аннелированных краун-эфирными фрагментами. // XLIII Всероссийская конференция по проблемам математики, информатики, физики и химии. - Москва, Россия. - 2007. -С. 32.
7. Paramonov S.V., Fedorova O.A., Perevalov V.P., Lokshin V., Samat A. Synthesis of photo-chromic crown containing benzo- and naphthopyrans // 2nd International Symposium on Mac-rocycltc and Supramolecular Chemistry (ISMSC 2007). - Pavia, Italy. -2007. - P. 94.
8. Парамонов C.B., Фёдорова O.A., Фёдоров Ю.В., Строкам Ю.П., Валова Т.М., Перевалов В.П., Локшин В., Сама А. Комплексообразование бензопирана, аннелированного краун-эфирным фрагментом, с катионами различной природы // XVI Международная конференция по химической термодинамике в России совместно с X Международной конференцией «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах». - Суздаль, Россия. - 2007. - С. 297.
9. Paramonov S.V., Fedorova O.A., Strokach Yu.P., Valova T.M., Perevalov V.P., Lokshin V., Samat A. Spectral and photochromic properties of the benzopyran annulated with crown ether moiety // International Conference on Photochemistry (ICP 2007). - Köln, Germany. - 2007. -P. 121.
10. Paramonov S.V., Fedorova O.A., Strokach Yu.P., Valova T.M., Perevalov V.P., Lokshin V., Samat A. Synthesis and photochromic properties of the benzopyran annulated with crown-ether moiety // International Symposium on Photochromism (ISOP 07). - Vancouver, Canada. -2007.-P. 30.
11. Fedorova O.A., Perevalov V.P., Lokshin V., Samat A., Paramonov S.V. Synthesis and Photo-chromic Properties of Benzo- and Naphthopyrans Annulated with Crown-Ether Moiety // Russia-France Joint Seminar on Molecular Switching. - Saissac, France -2007. - P. 34.
12. Парамонов C.B. Синтез и исследование свойств фотохромных хроменов, аннелирован-ных краун-эфирными фрагментами // Материалы докладов XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» [Электронный ресурс] - М.: Издательство МГУ; СП МЫСЛЬ, 2008. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).
13. Парамонов С.В. Синтез и фотохромные свойства хроменов, аннелированных краун-эфирными фрагментами // XLIV Всероссийская конференция по проблемам математики, информатики, физики и химии. - Москва, Россия. - 2008. - С. 41.
14. Paramonov S., Delbaere S., Vermeersch G., Lokshin V., Samat A., Perevalov V., Fedorova O. Cation-Dependent Photochromic Supramolecular Assemblies Based on Chromene Derivatives // XXIInd IUPAC Symposium on Photochemistry. - Gothenburg, Sweden. - 2008. - P. 421.
15. Paramonov S., Fedorova O., Perevalov V. Studies of Complex Formation Between Chromenes Annulated with Crown Ether Moiety and Metal Cations // Book of Abstracts of the IV International Summer School «Supramolecular Systems in Chemistry and Biology». - Tuapse, Russia. -2008.-P. 109.
16. Paramonov S., Delbaere S., Vermeersch G., Lokshin V., Samat A., Perevalov V., Fedorova O. The design of photochemical sensor chromenes that reveal cation-dependent complex formation with different metal ions // JSPS-CNRS «New Horizons of Photochromism - From Design of Molecules to Applications». - Arras, France. - 2008. - P. 26.
17. Парамонов C.B., Фёдорова O.A., Фёдоров Ю.В., Перевалов В.П. Разработка фотохромных супрамолекулярных комплексов на основе краунсодержшцих хроменов // Тезисы докладов XXIV Международной Чугаевской конференция по координационной химии. -Санкт-Петербург, Россия. - 2009. - С. 493.
18. Парамонов С.В. Синтетические подходы к получению хроменов, аннелированных краун-эфирными фрагментами // Материалы Международного молодёжного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2010» [Электронный ресурс] - М.: МАКС Пресс, 2010. -1 электрон, опт. диск (CD-ROM).
19. Парамонов С.В. Разработка методов получения фотохромных хроменов, аннелированных краун-эфирными фрагментами // XLV Всероссийская конференция по проблемам математики, информатики, физики и химии. - Москва, Россия. - 2010. - с.49.
Подписано в печать:
19.05.2010
Заказ № 3764 Тираж -150 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru
1. ВВЕДЕНИЕ.
2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.
2.1. Системы на основе спиропиранов.
2.1.1. Координационные взаимодействия спиропиранов с катионами металлов.
2.1.1.1. Простые замещённые спиропираны.
2.1.1.2. Спиропираны в составе сложных молекулярных систем.
2.1.1.3. Системы с управляемым переносом заряда и энергии на основе спиропиранов.
2.1.1.4. Полимерные композиции на основе спиропиранов.
2.1.2. Координационные взаимодействия спиропиранов с биологическими объектами.
2.2. Системы на основе спирооксазинов.
2.3. Системы на основе хроменов.
3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.
3.1. Синтез бензо- и нафтопиранов.
3.1.1. Синтез краунсодержащих бензо- и нафтопиранов из фенолов и Ь-нафтола, аннелированных краун-эфиром.
3.1.2. Синтез нафтопиранов, аннелированных краун-эфирными фрагментами различного размера и гетероатомного состава.
3.1.3. Синтез бензопиранов, содержащих заряженные гетероциклические фрагменты.
3.2. Исследование комплексообразования и фотохромных свойств некоторых синтезированных соединений.
3.2.1. Изучение комплексообразования краунсодержащих хроменов с катионами металлов и перхлоратами аминокислот.;.
3.2.1.1. Комплексообразование хроменов 1а и За с катионами металлов.
3.2.1.2. Комплексообразование хроменов 16 и 36 с аминокислотами.
3.2.2. Исследования хроменов, содержащих положительно заряженный гетероциклический фрагмент.
3.2.2.1. Исследования взаимодействия хромена 33 с ДНК.
3.2.2.2. Исследования магнитных свойств хромена 27а и материалов на его основе.
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
4.1. Синтетическая часть.
4.1.1. Ацилирование с использованием реактива Итона.
4.1.2. Окисление по Байеру-Виллигеру.
4.1.3. Получение нафтолов.
4.1.4. Синтез хроменов из соответствующих фенолов.
4.1.5. Замена терминальных групп в хроменах 16а и 166.
4.1.6. Получение краунаннелированных производных.
4.1.7. Нитрозирование нафтолов 17.
4.1.8. Получение спиронафтоксазинов.
4.1.9. Получение солеобразных фотохромов.
4.2. Спектрофотометрическое определение устойчивости комплексов.
4.3. Определение констант скорости обесцвечивания хроменов.
4.4. Исследования взаимодействия хромена 33 с ДНК.
4.5. Исследования магнитных свойств солеобразного хромена 27а и (трис)оксалатов 27в и 27г.
5. ВЫВОДЫ.
Введение фрагментов фотохромных соединений в состав молекул придаёт им свойство фотоуправления характеристиками. Этот подход существенно расширяет возможности практического применения уже известных и используемых материалов. К одним из наиболее известных и нашедших практическое применение фотохромов относятся сииропираны, спи-ронафтоксазины и хромены. В литературе описаны примеры фотоуправления вязкостью, размером полимерных материалов, содержащих в своем составе фотохромные молекулы. Введение хроменов, спиропиранов или спиронафтоксазинов в состав биологических молекул приводит к фотоуправлению их характеристиками и каталитической активностью. Интересным является применение фотохромов для управления как внутримолекулярных (перенос заряда и энергии), так и супрамолекулярных (координационные взаимодействия) процессов. Развитие последнего направления имеет большое значение для создания наноразмерных молекулярных устройств записи, чтения, обработки и хранения информации, разработки новых лекарственных препаратов с фотоупрявляемой фармакологической активностью в отношении различных заболеваний, в том числе противораковой, а также во многих областях промышленности для совершенствования применяемых технологий и создания безопасных для окружающей среды производств.
Благодаря хорошим фотохромным характеристикам хромены находят практическое применение, их используют в производстве фотохромных линз, плёнок и покрытий. Синтезированные в работе соединения обладают двумя важными свойствами. При облучении светом они способны участвовать в электроциклической реакции и реакции цис-транс-изомеризации. Наличие краун-эфирного или положительно заряженного гетероциклического фрагмента в составе молекулы определяет способность соединений участвовать в координационных взаимодействиях с катионами металлов, аминокислотами, молекулами ДНК, что сопровождается изменением спектральных характеристик соединений. Перечисленные свойства делают возможным практическое применение разработанных бензо- и нафтопиранов. Краунсодержащие хромены могут использоваться при создании фотоуправляемых комплек-сонов, каталитических систем. Возможность подстройки фотохромных свойств краунсодер-жащих нафтопиранов с использованием комплексообразования позволяет предложить их для получения новых фотохромных материалов, обладающих необходимым набором характеристик. Хромены, содержащие положительно заряженный гетероциклический фрагмент, могут быть востребованы при создании фотохромных меток ДНК для разработки методов диагностики и лечения онкологических заболеваний. Важным направлением является использования солеобразных фотохромов для создания гибридных магнитно-оптических материалов для записи и хранения информации.
Целями представленной диссертационной работы были разработка методов синтеза бензо- и нафтопиранов, аннелированных краун-эфирньши фрагментами различного состава и размера, и хроменов, содержащих положительно заряженные гетероциклические фрагменты, а также детальное исследование свойств полученных соединений и их комплексов с катионами металлов, протонированными аминокислотами и ДНК с использованием методов ЯМР, оптической спектроскопии, рентгеноструктурного анализа.
Автор приносит благодарность сотрудникам Междисциплинарного центра по нано-наукам г.Марселя (CINaM CNRS UPR 3118) д-ру В.Локшину, проф. А.Сама, проф. В.Ходорковскому, а также к.х.н. Ю.В.Фёдорову, д.х.н. К.А.Лысенко (Институт элементоор-ганических соединений им. А.Н.Несмеянова РАН), проф. Г.Вермершу , д-ру С.Делбаэр (Университет Лилль-2, Франция), проф. Х.Имелсу (Университет г.Зиген, Германия), к.х.н. Н.А.Саниной (Институт проблем химической физики РАН), принимавших участие в обсуждении и организации экспериментальной работы на разных её этапах.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 05-03-32268, 09-03-00283), программ РАН, программы International Research Group «Photo-switchable Organic Molecules Systems and Devices (PHENICS)», программы «Михаил Ломоносов II» Германской службы академических обменов (DAAD, проект А-08-75147) совместно с Министерством образования и науки РФ (Аналитическая ведомственная целевая программа «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 гг.)», проект № 8108) и в рамках Соглашения между РХТУ им. Д.И.Менделеева и Университетом Экс-Марселя (Aix-Marseille Université, г.Марсель, Франция) о совместном руководстве выполнения исследований при подготовке кандидатских диссертаций.
2. Литературный обзор
Фотохромные соединения известны более 100 лет и представляют собой обширный класс соединений, способных участвовать в обратимых электроциклических превращениях под действием света. Одним из видов этого класса являются фотохромы, претерпевающие фототрансформацию по типу циклогексадиен-1,3 — гексатриен-1,3,5 (схема 1). Среди них наибольший интерес представляют спиропираны, спирооксазины и хромены [1-3]. Фотохро-мизм этих соединений обусловлен фотохимическим превращением исходной, так нахывае-мой «закрытой» или спиро- (СП), формы в изомерную мероцианиновую (МЦ), или «открытую», форму. Обратный процесс в случае хроменов происходит термически, а в случае спиропиранов и спирооксазинов — термически и фотохимически. Подобные превращения сопровождаются изменением цвета соединения: закрытые формы, как правило, поглощают в УФ области, а открытые — в видимой части спектра.
0=0
Я Ау к^-о трансформации д— У хроменов р ) трансформации ' - Т ПК—' спиропиранов (Х=СН)
Л Ау2ипид спирооксазинов (Х=Ь1) л л
Схема 1. Электроциклические превращения по типу циклогексадиен-1,3 - гексатриен-1,3,5.
Разработке подходов к получению и изучению свойств данной группы фотохромов посвящены большое количество публикаций и обзоров [1-5]. В последнее же время интерес исследователей к подобным соединениям обусловлен возможностью создания на их основе сложных молекулярных систем, свойства которых могут быть обратимо изменены за счет облучения, а точнее - вызываемых им трансформаций фотохромной составляющей системы. Этот принцип лежит в основе фотопереключателей и оптических сенсоров.
Предметом данного исследования литературы являлся обзор комплексонов на основе спиропиранов, спиронафтоксазинов и хроменов, фотохромные превращения которых существенно влияют на комплексообразующую способность соединений. В свою очередь ком-плексообразование естественным образом оказывает влияние на фотохромные характеристики комплексонов.
В литературе в основном описаны системы, способные связываться с катионами металлов. Небольшая группа работ посвящена координационным взаимодействиям фотохромов с некоторыми органическими молекулами.
Обзор охватывает период публикаций с 2003 г. по настоящий момент.
5. Выводы
1. Разработаны методы синтеза неизвестных ранее бензо- и нафтопиранов, аннелированных краун-эфирными фрагментами различного размера и гетероатомного состава, а также хро-менов, содержащих положительно заряженный гетероциклический фрагмент.
2. Установлено, что катионы металлов способны эффективно связываться с краун-эфирным фрагментом хроменовой молекулы. С помощью ЯМР и оптической спектроскопии были определены константы устойчивости комплексов и константы скорости обесцвечивания открытых форм хроменов. Обнаружено, что комплексообразование оказывает заметное влияние на спектрально-кинетические характеристики фотохромов, а фотоиндуцирован-ный переход из закрытой в открытую форму понижает комплексообразующую способность фотохромного лиганда. Подобные эффекты могут быть использованы для фотоуправления процессом комплексообразования.
3. Впервые показано, что метод ЯМР может быть успешно применён для исследования комплексообразования хроменов с катионами металлов как в основном, так и в фотоиндуци-рованных состояниях.
4. Обнаружено, что аминокислоты в зависимости от длины углеродного скелета способны образовывать дитопные комплексы с открытыми формами хроменов, в которых аммонийный катион координирует с краун-эфирным фрагментом, а карбоксильный атом водорода образует водородную связь с карбонильным атомом кислорода фотоиндуцированной формы. В то же время показано, что аминокислоты способны образовывать монотопные комплексы с закрытыми формами хроменов. Таким образом, с помощью фототрансформации возможно изменять тип и прочность взаимодействия хромена с аминокислотами.
5. Предложен метод анализа устойчивости комплексов заряженных хроменов с молекулами ДНК. Было продемонстрировано, что подобные соединения могут быть использованы для фотоуправления процессом интеркаляции.
6. Показана принципиальная возможность создания гибридных магнитных материалов на основе солеобразного хромена, свойства которых также могут контролироваться с помощью облучения.
1. Organic photochromic and thermochromic compounds / Ed.: J.C.Crano, R.J.Guglielmetti. New York: Plenum Press, 1999. Vol. 1,400 p. Vol. 2, 473 p.
2. Photochromism: molecules and systems / Ed.: H.Diirr, H.Bouas-Laurent. Amsterdam: Elsevier BV, 2003. 1044 p.
3. Minkin V. Photo-, thermo-, solvato-, and electrochromic spiroheterocyclic compounds // Chem. Rev. 2004. - Vol. 104 - P. 2751 -2776.
4. Локшин В., Сама А., Метелица A.B. Спирооксазины: синтез, структура, спектроскопические и фотохромные свойства // Успехи химии — 2002. — Т.71. — С. 10151039.
5. Hepworth J.D., Heron В.М. Photochromic naphthopyrans // Functional dyes / Ed.: S.-H.Kim. Amsterdam: Elsevier BV, 2006. 271 p.
6. Shao N., Zhang Y., Cheung S., Yang R., Chan W., Mo Т., Li K., Liu F. Copper ion-selective fluorescent sensor based on the inner filter effect using a spiropyran derivative // Anal. Chem. -2005.-Vol. 77.-P. 7294-7303.
7. Ren J., Tian H. Thermally stable merocyanine form of photochromic spiropyran with aluminum ion as a reversible photo-driven sensor in aqueous solution // Sensors. — 2007. — Vol. 7.-P. 3166-3178.
8. Sakata Т., Jackson D.K., Mao S., Marriott J. Optically switchable chelates: optical control and sensing of metal ions // J. Org. Chem. -2008. Vol. 73. - P. 227-233.
9. Robillard J., Luna-Moreno D., Olmos M. Study on the feasibility of a dry color printing process // Opt. Mater. 2003. - Vol. 24. - P. 491-495.
10. Chemyshev A.V., Voloshin N.A., Raskita I.M., Metelitsa A.V., Minkin V.I. Photo- and ionochromism of 5'-(4,5-diphenyl-l,3-oxazol-2-yl) substituted spiroindoline-naphthopyrans. // J. Photochem. Photobio., A. 2006. - Vol. 184. - P. 289-297.
11. Roxburgh C.J., Sammes P.G. Synthesis of some new substituted photochromic N,N'-bis(spiro l-benzopyran-2,2'-indolyl.)diazacrown systems with substituent control over ion chelation // Eur. J. Org. Chem. -2006. P. 1050-1056
12. Voloshin N.A., Chernyshev A.V., Metelitsa A.V., Besugliy S.O., Voloshina E.N., Sadimenko L.P., Minkin V.I. Photochromic spiroindoline-pyridobenzopyrans.: fluorescent metal-ion sensors // Arkivoc. 2004. - P. 16-24.
13. Крикун B.M., Садименко JI.П., Волошина Е.Н., Волошин Н.А. Полярографическое и спектрофото- метрическое исследование комплексов спироиндолин-пиридобензопиранов. с ионами тяжелых металлов // Журн. Общ. Химии. — 2009. — Т. 79,-№6.-С. 1019-1024.
14. Chernyshev A.V., Metelitsa A.V., Gaeva Е.В., Voloshin N.A., Borodkin G.S., Minkin V.I. Photo- and thermochromic cation sensitive spiroindoline-pyridobenzopyrans. // J. Phys. Org. Chem.-2007.-Vol. 20.-P. 908-916.
15. Kumar S., Chau C., Chau G., McCurdy A. Synthesis and metal complexation properties of bisbenzospiropyran chelators in water // Tetrahedron. 2008. - Vol. 64. - P. 7097-7105.
16. Liu Z.L., Jiang L., Liang Z., Gao Y.H. Photochromism of a novel spiropyran derivative based on calix4.arenes // J. Mol. Struct. 2005. - Vol. 737. - P. 267-270.
17. Liu Z.L., Jiang L., Liang Z., Gao Y.H. Photo-switchable molecular devices based on metal-ionic recognition // Tetrahedron Lett. 2005. - Vol. 46. - P. 885-887.
18. Liu Z.L., Jiang L., Liang Z., Gao Y.H. A selective colorimetric chemosensor for lanthanide ions // Tetrahedron. 2006. - Vol. 62. - P. 3214-3220.
19. Gran A., Kerekes P, Bitter I. Synthesis, characterization and cation-induced isomerization of photochromic calix4.(aza)crown-indoIospiropyran conjugates // Supramol. Chem. —2008. -Vol. 20.-P. 255-263.
20. Abdullah A., Roxburgh C.J., Sammes P.G. Photochromic crowned spirobenzopyrans: Quantitative metal-ion chelation by UV, competitive selective ion-extraction and metal-ion transportation demonstration studies // Dyes Pigm. — 2008. Vol. 76. - P. 319-326.
21. Kimura K., Sakamoto H., Uda R.M. Cation complexation, photochromism, and photoresponsive ion-conducting behavior of crowned spirobenzopyran vinyl polymers // Macromolecules.-2004. -Vol. 37.-P. 1871-1876.
22. Sakamoto H., Takagaki H., Nakamura M., Kimura K. Photoresponsive liquid membrane transport of alkali metal ions using crowned spirobenzopyrans // Anal. Chem. 2005. - Vol. 77.-P. 1999-2006.
23. Sakamoto H., Yamamura T., Takumi K, Kimura K. Absorption- and fluorescence-spectral sensing of alkali metalions in anionic micelle solutions containing crowned spirobenzypyrans // J. Phys. Org. Chem. 2007. - Vol. 20. - P. 900-907.
24. Machitani K., Sakamoto H., Nakahara Y., Kimura K. Molecular design of tetraazamacrocyclic derivatives bearing a spirobenzopyran and three carboxymethyl moieties and their metal-ion complexing behavior // Anal. Sci. 2008. - Vol. 24. — P. 463-469.
25. Tu C., Louie A.Y. Photochromically-controlled, reversibly-activated MRI and optical contrast agent//Chem. Commun. 2007. - P. 1331-1333.
26. Tu C., Osborne E.A., Louie A.Y. Synthesis and characterization of a redox- and lightsensitive MRI contrast agent // Tetrahedron. 2009. - Vol. 65. - P. 1241-1246.
27. Koszegi E., Grun A., Bitter I . l,r-binaphtho(aza)crowns carrying photochromic signalling unit, I: Synthesis, characterization and cation recognition properties // Supramol. Chem. — 2006.-Vol. 18.-P. 67-76.
28. Yagi S., Nakamura S., Watanabe D., Nakazumi H. Colorimetric sensing of metal ions by bis (spiropyran) podands: Towards naked-eye detection of alkaline earth metal ions // Dyes Pigm. -2009.-Vol. 80.-P. 98-105.
29. Ahmed S.A., Tanaka M., Ando H., Tawa K., Kimura K. Fluorescence emission control and switching of oxymethylcrowned spirobenzopyrans by metal ion // Tetrahedron. —2004. — Vol. 60.-P. 6029-6036.
30. Kliairutdinov R.F., Hurst J.K. Light-driven transmembrane ion transport by spiropyran -Crown ether supramolecular assemblies // Langmuir. 2004. - Vol. 20. — P. 1781-1785.
31. Liu S.H. Synthesis of new spirobenzopyrans bearing a macrocyclic dioxopolyamine and their selective coloration for transition metal cations // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2004. - Vol. 419. — P. 97-101.
32. Liu S.H. Synthesis of new spirobenzopyrans bearing macrocyclic dioxopolyamine and their selective coloration for transition metal cations // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2004. — Vol. 420. — P. 73-77.
33. Xiong W.C., Yuan P., Yin J., Liu S.H. Synthesis of spirobenzopyrans bearing macrocyclic dioxopolyamine // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2005. - Vol. 428. - P. 127-130.
34. Machitani K., Nakamura M., Sakamoto H., Ohata N., Masuda H., Kimura K. Structural characterization for metal-ion complexation and isomerization of crowned bis (spirobenzopyran)s // J. Photochem. Photobiol., A. -2008. Vol. 200. - P. 96-100.
35. Nakamura M., Fujioka T., Sakamoto H., Kimura K. Application of photoionizable crowned spirobenzopyrans to flow-injection extraction-spectrophotometry for lithium ion // Bunseki Kagaku. 2003. - Vol. 52. - P. 419-424.
36. Nakamura M., Kamoto H.S.A., Kimura K. Photocontrollable cation extraction with crowned oligo(spirobenzopyran)s // Anal. Sci. 2005. - Vol. 21. - P. 403-408.
37. Guo X.F., Zhang D.Q., Zhang G.X., Zhu D.B. Monomolecular logic: "Half-adder" based on multistate/multifunctional photochromic spiropyrans // J. Phys. Chem., B. — 2004. — Vol. 108. -P. 11942-11945.
38. Kume S., Nishihara H. Photochrome-coupled metal complexes: molecular processing of photon stimuli // Dalton Trans. 2008. - P. 3260-3271.
39. Nagashima S., Murata M., Nishihara H. A ferrocenylspiropyran that functions as a molecular photomemory with controllable depth // Angew. Chem. Int Ed. 2006. - Vol. 45. - P. 42984301.
40. Jiang G., Song Y., Guo X., Zhang D., Zhu D. Organic functional molecules towards information processing and high-density information storage // Adv. Mater. — 2008. Vol. 20. -P. 2888-2898.
41. Guo X., Zhang D., Tao H., Zhu D. Concatenation of two molecular switches via a Fe(II)/Fe (III) couple // Org. Lett. 2004. - Vol. 6. - P. 2491-2494.
42. Guo X.F., Zhang D.Q., Zhu D.B. Photocontrolled electron transfer reaction between a new dyad, tetrathiafulvalene-photochromic spiropyran, and ferric ion // J. Phys. Chem., B. — 2004. -Vol. 108.-P. 212-217.
43. Jukes R.T.F., Bozic В., Hartl F., Belser P., De Cola L. Synthesis, photophysical, photochemical, and redox properties of nitrospiropyrans substituted with Ru or Os tris (bipyridine) complexes // Inorg. Chem. 2006. - Vol. 45. - P. 8326-8341.
44. Jukes R., Bozic В., Belser P., De Cola L., Hartl F. Photophysical and Redox Properties of Dinuclear Ru and Os Polypyridyl Complexes with Incorporated Photostable Spiropyran Bridge // Inorg. Chem. -2009. Vol. 48. - P. 1711-1721.
45. Guo X.F., Zhang D.Q., Wang T.X., Zhu D.B. Reversible regulation of pyrene excimer emission by light and metal ions in the presence of photochromic spiropyran: toward creation of a new molecular logic circuit // Chem. Commun. — 2003. — P. 914-915.
46. 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. Vol. 61.-P. 3719-3723.
47. Guo X.F., Zhang D.Q., Zhu D.B. Logic control of the fluorescence of a new dyad, spiropyran-perylene diimide-spiropyran,.with light, ferric ion, and proton: Construction of a new three-input "AND" logic gate//Adv. Mater.-2004.-Vol. 16.-P. 125-130.
48. Кошкин A.B. Синтез, комплексообразование и фотохромные свойства краунсодержащих спиронафтоксазинов: дис. канд. хим. наук: 02.00.03, 02.00.04. -Москва, 2005.-128 с.
49. Suzuki T., Kawata Y., Kahata S., Kato T. Photo-reversible Pb2+-complexation of insoluble poly(spiropyran methacrylate-co-perfluorohydroxy methacrylate) in polar solvents // Chera. Commun. 2003. - P. 2004-2005.
50. Suzuki T., Kato T., Shinozaki H. Photo-reversible Pb2+-complexation of thermosensitive poly (7V-isopropyl acrylamide-co-spiropyran acrylate) in water // Chem. Commun. —2004. P. 2036-2037.
51. Fries K., Samanta A., Orski S., Locklin J. Reversible colorimetric ion sensors based on surface initiated polymerization of photochromic polymers // Chem. Commun. — 2008. — P. 6288-6290.
52. Fries K., Driskell J.D., Samanta A., Orski S., Locklin J. Spectroscopic analysis of metal ion binding in spiropyran containing copolymer thin films // Anal. Chem. — 2010. — Vol. 82. — P. 3306-3314.
53. Scarmagnani S., Walsh Z., Slater C., Alhashimy N., Paull B., Macka M., Diamond D. Polystyrene bead-based system for optical sensing using spiropyran photoswitches // J. Mater. Chem.-2008.-Vol. 18.-P. 5063-5071.
54. Byrne R.J., Stitzel S.E., Diamond D. Photo-regenerable surface with potential for optical sensing//! Mater. Chem.-2006.-Vol. 16.-P. 1332-1337.
55. Radu A., Byrne R, Alhashimy N., Fusaro M., Scarmagnani S., Diamond D. Spiropyran-based reversible, light-modulated sensing with reduced photofatigue // J. Photochem. Photobiol., A. -2009.-Vol. 206.-P. 109-115.
56. Radu A., Scarmagnani S., Byrne R., Slater C., Lau K.T., Diamond D. Photonic modulation of surface properties: a novel concept in chemical sensing // J. Phys. D: Appl. Phys. — 2007. — Vol. 40.-P. 7238-7244.
57. Liu Y., Fan M., Zhang S., Sheng X., Yao J. Basic amino acid induced isomerization of a spiropyran: Towards visual recognition of basic amino acids in water // New J. Chem. — 2007. -Vol. 31.-P. 1878-1881.
58. Shao N., Jin J.Y., Cheung S.M., Yang RlH., Chan W.H., Mo T. A spiropyran-based ensemble for visual recognition and quantification of cysteine and homocysteine at physiological levels // Angew. Chem. Int. Edit. 2006. - Vol. 45. - P. 4944-4948.
59. Shao N., Jin J., Wang H., Zheng J., Yang R., Chan W., Abliz Z. Design of bis-spiropyran ligands as dipolar molecule receptors and application to in vivo glutathione fluorescent probes // J. Am. Chem. Soc. 2010. - Vol. 132. - P. 725-736.
60. Qiu Z., Yu H., Li J., Wang Y., Zhang Y. Spiropyran-linked dipeptide forms supramolecular hydrogel with dual responses to light and to ligand-receptor interaction // Chem. Commun. — 2009.-P. 3342-3344.
61. Andersson J., Li S., Lincoln P., Andreasson J. Photoswitched DNA-binding of a photochromic spiropyran//J. Am. Chem. Soc. -2008.-Vol. 130.-P. 11836-11837.
62. Ihmels H., Otto D. Intercalation of Organic Dye Molecules into Double-Stranded DNA — General Principles and Recent Developments // Top Curr. Chem. — 2005. — Vol. 258. — P. 161 -204.
63. Nishikiori H., Tanaka N., Takagi K., Fujii T. Chelation of spironaphthoxazine with zinc ions during the sol-gel-xerogel transitions in silicon alkoxide systems // J. Photochem. Photobiol., A. 2006. - Vol. 183. - P. 53-58.
64. Nishikiori H., Sasai R., Takagi K., Fujii T. Zinc chelation and photofluorochromic behavior of spironaphthoxazine intercalated into hydrophobically modified montmorillonite // Langmuir. 2006. - Vol. 22. - P. 3376-3380.
65. Nishikiori H., Tanaka N., Takagi K., Fujii T. Chelation of spironaphthoxazine with zinc ions and its photochromic behavior during the sol-gel-xerogel transitions of alkyl silicon alkoxide // J. Photochem. Photobiol., A. 2007. - Vol. 189. - P. 46-54.
66. Kim S.-H., Wang S., Ahn C.-H., Cho M.-S. High photostabilization of Zn2+ Chelating spironaphthoxazine // Fibers Polym. 2007. - Vol. 8. - P. 447-449.
67. Minkovska S., Fedieva M., Jeliazkova В., Deligeorgiev T . Thermally activated and light-induced metal ion complexation of 5'-(hydroxy)spiroindoIinonaphthooxazines in polar solvents // Polyhedron. 2004. - Vol. 23. - P. 3147-3153.
68. Jeliazkova B.G., Minkovska S., Deligeorgiev T. Effect of complexation on the photochromism of 5'-(benzothiazol-2-yl)spiroindolinonaphthooxazines in polar solvents // J. Photochem. Photobiol., A. -2005. Vol. 171. -P. 153-160.
69. Alhashimy N., Byrne R., Minkovska S., Diamond D. Novel synthesis and characterisation of 3,3-dimethyl-5'-(2-benzotMazolyl)-spironaphth(indoline-2,3'-3//.naphth[2,l-6][l,4]oxazine) derivatives // Tetrahedron Lett. 2009. - Vol. 50. - P. 2573-2576.
70. Строкач Ю.П., Валова T.M., Барачевский B.A., Шиенок А.И., Маревцев B.C. Фотохромные свойства бихромофорного спирооксазина и его комплексов с катионами металлов // Изв. АН, Сер. хим. 2005. - № 6. - С. 1434-1437.
71. Kopelman R.A., Snyder S.M., Frank N.L. Tunable photochromism of spirooxazines via metal coordination//J. Am. Chem. Soc.-2003.-Vol. 125.-P. 13684-13685.
72. Kopelman R.A., Paquette M.M., Frank N.L. Photoprocesses and magnetic behavior of photochromic transition metal indolinephenanthrolinospirooxazine. complexes: Tunable photochromic materials // Inorg. Chim. Acta. 2008. - Vol. 361. - P. 3570-3576.
73. Zhang C., Zhang Z., Fan M., Yan W. Positive and negative photochromism of novel spiro indoline-phenanthrolinoxazines. // Dyes Pigm. — 2008. — Vol. 76. — P. 832-835.
74. Zhang Z., Zhang C., Fan M., Yan W. Synthesis and complexation mechanism of europium ion (Eu34) with spiroindoline-phenanthrolineoxazine. // Dyes Pigm. — 2008. — Vol. 77. —P. 469-473.
75. Paquette M.M., Kopelman R.A., Beitler E., Frank N.L. Incorporating optical bistability into a magnetically bistable system: a photochromic redox isomeric complex // Chem. Commun. — 2009. P. 5424-5426.
76. Tu C., Nagao R., Louie A.Y. Multimodal magnetic-resonance/optical-imaging contrast agent sensitive to NADH // Angew. Chem. Int. Ed. 2009. - Vol. 48. - P. 6547-6551.
77. Guo K., Chen Y. Lewis acid and base triggered molecular switch // J. Mater. Chem. — 2009. — Vol. 19.-P. 5790-5793.
78. Querol M., Bozic B., Salluce N., Belser P. Synthesis, metal complex formation, and switching properties of spiropyrans linked to chelating sites // Polyhedron. — 2003. — Vol. 22. — P. 655664.
79. Ко с.-С., Wu L.-X., Wong K.M.-C., Zhu N., Yam V.W.-W. Synthesis, characterization and photocliromic studies of spirooxazine-containing 2,2'-bipyridine ligands and their rhenium(I) tricarbonyl complexes // Chem. Eur. J. 2004. - Vol. 10. - P. 766-776.
80. Bao Z., Ng K.-Y., Yam V.W.-W., Ко C.-C., Zhu N., Wu L. Syntheses, characterization, and photochromic studies of spirooxazine-containing 2,2'-bipyridine ligands and their zinc(II) thiolate complexes // Inorg. Chem. -2008. Vol. 47. - P. 8912-8920.
81. Kumar S., Watkins D.L., Fujiwara T. A tailored spirooxazine dimer as a photoswitchable binding tool // Chem. Commun. 2009. - P. 4369-4371.
82. Zhang S.-X., Fan M.-G., Liu Y.-Y., Ma Y., Zhang G.-J., Yao J.-N. Inclusion complex of spironaphthoxazine with gamma-cyclodextrin and its photochromism study // Langmuir. — 2007. Vol. 23.-P. 9443-9446.
83. Gentili P.L., Ortica F., Favaro G. Supramolecular interaction of a spirooxazine with amino acids // Chem. Phys. Lett. 2007. - Vol. 444. - P. 135-139.
84. Chebun'kova A.V., Gromov S.P., Strokach Y.P., Valova T.M., Alfimov M.V., Fedorova O.A., Lokshin V., Samat A. Investigation of the azacrown-ether substituted naphtopyranes // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2005. - Vol. 430. - P. 67-73.
85. Ahmed S.A., Tanaka М., Ando Н., Iwamoto Н., Kimura К. Synthesis and photochromism of novel chromene derivatives bearing a monoazacrown ether moiety // Eur. J. Org. Chem. — 2003.-P. 2437-2442.
86. Ahmed S.A., Tanaka M., Ando H., Iwamoto H., Kimura K. Oxymethylcrowned chromene: photoswitchable stoichiometry of metal ion complex and ion-responsive photochromism // Tetrahedron. 2004. - Vol. 60. - P. 3211-3220.
87. Ushakov E.N., Nazarov V.B., Fedorova O.A., Gromov S.P., Chebun'kova A.V., Alfimov M.V., Barigelletti F. Photocontrol of Ca2+ complexation with an azacrown-containing benzochromene // J. Phys. Org. Chem. 2003. - Vol. 16. - P. 306-309.
88. Kumar S., Hernandez D., Ноа В., Lee Y., Yang Y.S., McCurdy A. Synthesis, photochromic properties, and light-controlled metal complexation of a naphthopyran derivative // Org. Lett. -2008.-Vol. 10.-P. 3761-3764.
89. Godfrey I.M., Sargent M.V., Elix J.A. Preparation of methoxyphenols by baeyer—villiger oxidation of methoxybenzaldehydes // J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1. — 1974. — P. 13531354.
90. Smyth M.S., Stefanova I., Horak I.D., Burke T.R. Hydroxylated 2-(5'-sa.icyl)naphthalenes as protein-tyrosine kinase inhibitors // J. Med. Chem. 1993. - Vol. 36. - P. 3015-3020.
91. Dietl F., Gierer G., Merz A. Chinone von Benzo- und Dibenzokronenethern // Synthesis. — 1985.-P. 626-631.
92. Bogaschenko Т., Basok S., Kulygina C., Lyapunov A., Lukyanenko N. A Practical Synthesis of Benzocrown Ethers under Phase-Transfer Catalysis Conditions // Synthesis. — 2002. — P. 2266-2270.
93. Чебунькова A.B. Синтез и катион-зависимые фотохромные свойства краунсодержащих бензо- и нафтопиранов: дис. канд. хим. наук: 02.00.03, 02.00.04. — Москва, 2006. — 148 с.
94. Carey F.A., Sundberg R.J. Advanced Organic Chemistry. Part A: Structure and Mechanisms. 5th ed. New York: Springer Science+Business Media, LLC, 2007. 1199 p.
95. Renz M., Meunier B. 100 Years of Baeyer-Villiger Oxidations // Eur. J. Org. Chem. 1999. -P. 737-750.
96. Федорова O.A., Ведерников А.И., Ещеулова O.B., Цапенко П.В., Першина Ю.В., Громов С.П. Темплатный эффект в синтезе формильных производных серусодержащих бензокраун-соединений. // Изв. АН, Сер. хим. 2000. -№ 11. - С. 1881-1886.
97. Iwai I., Ide. J. Studies on acetylenic compounds. 32. Ring closure of propargyl ethers // Chem. Pharm. Bull.- 1963.-Vol. 11.-P. 1042-1049.
98. Harie G., Samat A., Guglielmetti R. Comparative study of chromenes containing different spiro-carbocyclic moieties // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1997. - Vol. 297. - P. 263-268.
99. Pozzo J.L., Lokshin V.A., Guglielmetti R.A. Convenient Synthesis of Azolo-fused 2//-l. Benzopyrans // J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1. 1994. - P. 2591-2595.
100. Malatesta V., Hobley J., Giroldini W., Wis M.L. Photochromic compounds in the solid state, process for their preparation and their use in polymeric materials. Eur. Pat. Appl., EP 1132449 A2. 2001. 12 p.
101. Pozzo J.L., Lokshin V.A. Guglielmetti R. Newphotochromic 2,2-Diphenyl-2//J-Chromenes Annellated With Nitrogenated Six-Membered Ring // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1994. - Vol. 246.-P. 75-78.
102. Pozzo J.L., Samat A., Guglielmetti R., Dubest R., Aubard J. Synthesis and photochromic behaviour of naphthopyrans, pyranoquinolines, pyranoquinazolines and pyranoquinoxalines // Helv. Chim. Acta. 1997. - Vol. 80. - P. 725-738.
103. Engel D.A., Dudley G.B. The Meyer—Schuster rearrangement for the synthesis of a,P~ unsaturated carbonyl compounds // Org. Biomol. Chem. -2009. Vol. 7. - P. 4149-4158.
104. Desvergne J.-P., Lahrahar N., Gotta M., Zimmermann Y., Bouas-Laurent H. 2,3-Anthraceno 2.2.2.cryptand. Mutual interactions between the receptor and the signal transducing subunit // J. Mater. Chem. -2005. Vol. 15. - P. 2873-2880.
105. Brunei E., Alonso M.T., Juanes O., Velasco O., Rodríguez-Ubis C. Novel polyaminocarboxylate chelates derived from 3-aroylcoumarins // Tetrahedron. — 2001. — Vol. 57.-P. 3105-3116.
106. Ehala S., Toman P., Makrlik E., Kasicka V. Application of affinity capillary electrophoresis and density functional theory to the investigation of benzo-18-crown-6-ether complex with ammonium cation//J. Chromatogr. A. -2009. Vol. 1216. -P. 7927-7931.
107. Spätha A., König В. Ditopic crown ether-guanidinium ion receptors for the molecular recognition of amino acids and small peptides // Tetrahedron. 2010. — Vol. 66. — P. 18591873.
108. Arnaud-Neu F., Delgado R., Chaves S. Critical Evaluation of Stability Constants and Thermodynamic Functions of Metal Complexes of Crown Ethers // Pure Appl. Chem. — 2003. -Vol. 75.-P. 71-102.
109. MOPAC2009, Stewart J.J.P. Stewart Computational Chemistry, Version 9.351M. HTTP:// OpenMOPAC.net.
110. Rocha M.S. Revisiting the Neighbor Exclusion Model and Its Applications // Biopolymers. — 2010.-Vol. 93.-P. 1-7.
111. McGhee J.D., von Hippel P.H. Theoretical aspects of dna-protein interactions cooperative and non-cooperative binding of large ligands to a one-dimensional homogeneous lattice // J. Mol. Biol. - 1974. - Vol. 86. - P. 469-489.
112. Ткачев B.B., Алдошин C.M., Санина H.A., Лукьянов Б.С., Минкин В.И., Утенышев А.Н., Халанскии К.Н., Алексеенко Ю.С. Фото- и термохромные спираны. 29.гетероцикл. соединении. — 2007. — № 5. — С. 690-702.
113. Carrington А., McLachlan A.D. Introduction to magnetic resonance with application to chemistry and'chemical physics. New York: Harper and Row, 1967. 447 p.
114. Parish W.W., Stott P.E., McCausland C.W., Bradshaw J.S. Modified crown ether catalysts. 1. Synthesis of alkanoyl-, aroyl-, and a-hydroxyalkylbenzo crown ethers // J. Org. Chem. -1978. Vol. 43. - P. 4577-4581.
115. Bonger K.M., van der Berg R.J.B.H.N., Heitman L.H., IJzerman A.P., Oosterom J., Timmers C.M., Overkleeft H.S., van der Marel G.A. Synthesis and evaluation of homo-bivalent GnRHRligands//Bioorg. Med. Chem.-2007.-Vol. 15.-P. 4841-4856.
116. Connors K.A. Binding constants: the measurement of molecular complex stability. New York: John Wiley and Sons, 1987. 411 p.
117. Beck M.T., Nagypal I. Chemistry of complex equilibria. New York: John Wiley and Sons, 1990. 402 p.
118. Мамедов Ш., Хыдыров Д. Исследования в области простых эфиров гликолей и их производных. // Журн общ. химии. — 1958 г. — Т. 28. С. 2812-2816.
