Дифенілоксазолзаміщені 3-гідроксихромони – перспективні люмінофори для раціометричних досліджень

Синтезовано нові гетероциклічні похідні 3-гідроксихромону із 2,5-дифенілоксазольним фрагментом у положенні 2. За даними розрахунків, досліджені хромони належать до систем із зворотним переносом заряду, проте зберігають здатність до утворення фототаутомера у збудженому стані. Вивчено їх спектрально-ф...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2008
Main Authors:	Свєчкарьов, Д.А., Карпушина, Г.В., Дорошенко, А.О.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 2008
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7349
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Дифенілоксазолзаміщені 3-гідроксихромони - перспективні люмінофори для раціометричних досліджень / Д.А. Свєчкарьов, Г.В. Карпушина, А.О. Дорошенко // Ukrainica Bioorganica Acta. — 2008. — Т. 6, № 2. — С. 38-45. — Бібліогр.: 35 назв. — укp.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859741970139709440
author	Свєчкарьов, Д.А. Карпушина, Г.В. Дорошенко, А.О.
author_facet	Свєчкарьов, Д.А. Карпушина, Г.В. Дорошенко, А.О.
citation_txt	Дифенілоксазолзаміщені 3-гідроксихромони - перспективні люмінофори для раціометричних досліджень / Д.А. Свєчкарьов, Г.В. Карпушина, А.О. Дорошенко // Ukrainica Bioorganica Acta. — 2008. — Т. 6, № 2. — С. 38-45. — Бібліогр.: 35 назв. — укp.
collection	DSpace DC
description	Синтезовано нові гетероциклічні похідні 3-гідроксихромону із 2,5-дифенілоксазольним фрагментом у положенні 2. За даними розрахунків, досліджені хромони належать до систем із зворотним переносом заряду, проте зберігають здатність до утворення фототаутомера у збудженому стані. Вивчено їх спектрально-флуоресцентні властивості, а також сольватофлуорохромію та вплив полярності розчинника на процес внутрішньомолекулярного фотопереносу протона у збудженому стані. Показано можливість використання досліджуваних сполук як раціометричних зондів полярності середовища. A new heterocyclic derivatives of 3-hydroxychromone with the 2,5-diphenyloxazole moiety in position 2 were synthesized. It was shown that the composition of these two fragments lead to one of the most effective fluorescent compounds in the 3-hydroxychromone family, preserving anomalous spectral properties caused by a proton phototransfer reaction. Based on computation results, both title compounds were shown to be systems with a reverse charge transfer preserving their ability to form a phototautomer in the excited state. It was stated that an annelated benzene ring leads to decrease of the charge transfer intensity during the excitation, which causes lower solvatofluorochromism as well as lower sensitivity of the ratiometric response on the solvent polarity changes.
first_indexed	2025-12-01T19:17:38Z
format	Article
fulltext	Вступ. Органічні флуоресцентні сполуки застосовуються у біофізичних дослідженнях для високочутливого зондування біологічних об’єктів на субклітинному і молекулярному рівнях із другої половини ХХ ст. Цьому сприяє їх здатність змінювати інтенсивність або колір випромінювання під впливом найближчого мо� лекулярного оточення [1�6]. Завдяки цьому дослідники отримали можливість вимірювати полярність і гідратованість середовища у місці локалізації зонда, кількісно визначати концен� трації окремих біологічно важливих катіонів, внутрішньоклітинне рН, поверхневі електрич� ні потенціали клітинних мембран тощо. Незва� жаючи на велику кількість відомих на сьогодні флуоресцентних зондів, розробка нових, більш ефективних, специфічних або чутливих сен� сорних систем не втрачає своєї актуальності. В останні роки бурхливо розвивається но� вий принцип отримання біофізичної інфор� мації від флуоресцентного зонда — раціомет� рична детекція, що реалізується у сполук із декількома смугами у спектрі випромінювання [7]. У цьому випадку зонд надає досліднику до� датковий канал одержання інформації щодо мікровластивостей досліджуваних об’єктів — співвідношення інтенсивностей смуг флуорес� ценції, яке в багатьох випадках незалежно відображає певні особливості біологічного се� редовища і є більш чутливим, аніж пікова ін� тенсивність або положення смуг випроміню� вання [8]. На сьогодні найбільш перспективними дво� смуговими раціометричними флуоресцентни� ми зондами є похідні 3�гідроксихромону [9�16]. 3�гідриксихромони належать до численної групи природних сполук — флавоноїдів, що дуже поширені в рослинному світі і являють собою рослинні барвні пігменти, які мають різ� номанітні біологічні властивості (антибактері� альну, антиоксидантну, антиканцерогенну, спазмолітичну, анальгетичну тощо) і великий фармакологічний потенціал. Реакція внутріш� ньомолекулярного фотопереносу протона (ESIPT — excited state intramolecular proton transfer) обумовлює появу додаткової довго� хвильової смуги у їх спектрах флуоресценції і 38 Дифенілоксазолзаміщені 3�гідроксихромони — перспективні люмінофори для раціометричних досліджень Д.А. Свєчкарьов, Г.В. Карпушина, А.О. Дорошенко* Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна Науково�дослідний інститут хімії при ХНУ пл. Свободи, 4, Харків, 61077, Україна Резюме. Синтезовано нові гетероциклічні похідні 3�гідроксихромону із 2,5�дифенілоксазольним фраг� ментом у положенні 2. За даними розрахунків, досліджені хромони належать до систем із зворотним пере� носом заряду, проте зберігають здатність до утворення фототаутомера у збудженому стані. Вивчено їх спек� трально�флуоресцентні властивості, а також сольватофлуорохромію та вплив полярності розчинника на процес внутрішньомолекулярного фотопереносу протона у збудженому стані. Показано можливість викори� стання досліджуваних сполук як раціометричних зондів полярності середовища. Ключові слова: 3�гідроксихромон, флуоресценція, сольватофлуорохромія, полярність розчинника, раціометричний зонд. www.bioorganica.org.ua Ukrainica Bioorganica Acta 2 (2008) 38—45 Corresponding author. Tel.: +38057�7075335, fax: +38057�7075130 E�mail address: andrey.o.doroshenko@univer.kharkov.ua, andreydoroshenko@list.ru © Д.А. Свєчкарьов, Г.В. Карпушина, А.О. Дорошенко, 2008 можливість раціометричної детекції флуорес� центного сигналу. Зворотним боком реакції фотопереносу протона є індуковане гасіння флуоресценції у її продукті — збудженій фототаутомерній формі [17], завдяки чому загальна квантова ефективність випромінювання органічних мо� лекул цієї групи є недостатньо високою (0,1� 0,2). Одним із шляхів підвищення квантової ефективності флуоресценції раціометричних зондів, на наш погляд, є їх конструювання на основі відомих високоефективних люмінес� центних систем із уведенням до їх молекул структурних елементів, що обумовлюватимуть можливість реакції фотопереносу протона. У цій статті ми робимо спробу такого об’єд� нання фрагментів 3�гідроксихромону, для якого властива реакція фотопереносу протона, і 2,5�діарилоксазолу — представника відомого класу органічних люмінофорів, що знаходять застосування, зокрема, у сцинтиляційній і ла� зерній техніці, однією з основних вимог яких є високі квантові виходи випромінювання [18� 21]. Інтерес до застосування діарилоксазолів у біофізичних дослідженнях також значно під� вищився в останні роки [22]. Для досягнення цієї мети нами здійснено синтез нових похідних 3�гідроксихромону із структурним фрагментом 2,5�діарилоксазолу, досліджено їх спектрально�флуоресцентні властивості і можливість радіометричної флу� оресцентної детекції полярних параметрів оточуючого середовища, проведено комп’ю� терне моделювання перерозподілу електрон� ної густини при переході до електроннозбу� дженого стану й окреслено перспективи засто� сування цього нового класу органолюміно� форів як флуоресцентних зондів. Експериментальна частина. Загальну схе� му синтезу, яку використано для одержання досліджуваних сполук, подано на рис. 1. На основі модифікованої методики Алгара� Флінна�Оямади [23, 24], як показано на схемі синтезу, були отримані спочатку відповідні халкони, а потім хромони. ХХааллккооннии 11aa��bb.. 0,5 г (0,002 моль) 4�(5�феніл� 2�оксазоліл)бензальдегіду (1) розчиняють у 10 мл етанолу, додають 0,002 моль відповідно� го метилкетону і 1 мл 50%�го водного розчину натрій гідроксиду, ретельно перемішують (спостерігається поглиблення забарвлення розчину) і залишають стояти протягом доби. Після цього до реакційної суміші додають рівний об’єм дистильованої води і нейтралі� зують 5%�ним розчином хлоридної кислоти до рН=6. Осад халкону, що випав, відфільтрову� ють, промивають етанолом і висушують. ХХррооммооннии 22aa��bb.. 0,0012 моль відповідного халкону розчиняють у 10 мл етанолу (96 %) і додають 1,6 мл концентрованого (50 %) водного розчину натрій гідроксиду. До розчину, що ут� ворився, покраплинно при перемішуванні до� дають 1,6 мл концентрованого розчину пере� кису водню (35 %). Спочатку спостерігається утворення гелю епоксиду, при подальшому додаванні перекису водню суміш знову стає рідкою, це супроводжується активним виді� ленням газу. Після закінчення бурної реакції вміст колби інтенсивно прогрівають за темпе� ратури кипіння розчинника протягом 2�3 хв для остаточного видалення залишків перекису водню, охолоджують, додають рівний об’єм дистильованої води і нейтралізують розбавле� Дифенілоксазолзаміщені 3�гідроксихромони — перспективні люмінофори для раціометричних досліджень 39www.bioorganica.org.ua O N H O OH CH3 O CH3 OOH N O OH O N O O OH N O O OH O N O O OH O 1a 2a 1b 2b H2O2 OH- H2O2 OH- 1 Рис. 1. Загальна схема синтезу. ним (5 %) розчином хлоридної кислоти до рН=6�7. Осад хромону, що випав, відфільтро� вують і промивають етанолом. Перекристалі� зація із хлороформу (2a — Тпл=267�268 °С, вихід 50 %; 2b — Тпл>300 °С, вихід 48 %). Структуру отриманих сполук підтвердже� но даними спектроскопії 1Н ЯМР (розчинник — ДМСО�d6, прилад «Varian Mercury VX�200», НТК «Інститут монокристалів» НАН України). 1a, 1�(2�гідроксифеніл)�3�(4�(5�фенілоксазол� 2�іл)феніл)пропен�2�он�1: 7,35�7,59 (m, 5H), 7,75�7,93 (m, 5H), 8,06�8,21 (m, 3H), 8,25 (d, 2H), 8,42 (d, 1H), 10,07 (s, 1H); 1b, 1�(1�гідроксинаф� тален�2�іл)�3�(4�(5�фенілоксазол�2�іл)феніл)� пропен�2�он�1: 7,31�7,58 (m, 6H), 7,71�7,89 (m, 5H), 8,11�8,20 (m, 3H), 8,22�8,27 (m, 3H), 8,45 (d, 1H), 10,13 (s, 1H); 2a, 3�гідрокси�2�(4�(5�феніл� оксазол�2�іл)феніл)�4Н�хромен�4�он: 7,37�7,58 (m, 5H), 7,84�7,96 (m, 5H), 8,11 (d, 2H), 8,17 (d, 2H), 10,07 (s, 1H, broad); 2b, 3�гідрокси�2�(4�(5� фенілоксазол�2�іл)феніл)�4Н�бензо[h]хромен� 4�он: 7,36�7,54 (m, 6H), 7,80�7,93 (m, 5H), 8,06� 8,12 (m, 2H), 8,18 (d, 1H), 8,23 (d, 1H), 8,40 (d, 1H), 10,07 (s, 1H). Для сполук 2a�b виміряно електронні спек� три поглинання і флуоресценції. Спектри по� глинання записано на спектрофотометрі «HI� TACHI U�3210», флуоресценції — на спектро� флуориметрі «HITACHI F�4010» у кварцевих кюветах із товщиною поглинального шару 10 мм. Еталоном для оцінки квантових виходів був бісульфат хініну в 0,5 М водному розчині сір� чаної кислоти (ϕf=0,546 [3]). Розділення спект� рів флуоресценції на елементарні складові проводилося із використанням спеціальної програми, що реалізує нелінійний метод най� менших квадратів та ітераційний алгоритм Флетчера�Пауелла з апроксимацією форми індивідуальної смуги у спектрі асиметричною логнормальною функцією Сіано і Метзлера [4]. Дипольні моменти в електроннозбуджено� му стані розраховували за методом спек� тральних зсувів Бахшиєва при обробці залеж� ності спектральних параметрів νS (напівсума хвильових чисел максимумів поглинання і флуоресценції) та ÎνST (стоксів зсув флуорес� ценції) від функції універсальної взаємодії [5]. Обговорення результатів. Досліджувані халкони (1a�b) характеризуються односмуго� вою флуоресценцією і звичайними для ор� ганічних сполук стоксовими зсувами у мало� полярних розчинниках. У полярному етанолі, завдяки значному батохромному зміщенню смуги випромінення, стоксів зсув перевищує 8000 см�1. Квантові виходи флуоресценції хал� конів низькі. Цей факт пояснюється негатив� ним впливом nπ�рівнів карбонільної групи, які збільшують імовірність інтеркомбінаційної конверсії, що конкурує із випроміненням флу� оресценції. Внутрішньомолекулярний водне� вий зв’язок має підвищувати енергію триплет� ного nπ�рівня і відповідно зменшувати швид� кість інтеркомбінаційної конверсії. Проте цьо� го виявляється недостатньо для отримання інтенсивної флуоресценції для похідних 1а�b, які вивчено в цій роботі. Для досліджуваних халконів також властива помітна активація флуоресценції за рахунок утворення водневих зв’язків із молекулами розчинника, але кван� тові виходи у цьому випадку є нижчими, аніж у вихідного альдегіду. Ми пояснюємо це явище більшою конформаційною рухливістю і ла� більністю халконів у порівнянні із формільним похідним 2,5�дифенілоксазолу. На відміну від халконів, хромони (сполуки 2a�b) мають у спектрі флуоресценції дві сму� ги, що свідчить про перебіг реакції внутріш� ньомолекулярного фотопереносу протона в їх електроннозбудженому стані (рис. 2 і 3). У спектрах поглинання халконів (1a�b) і хромонів (2a�b) спостерігається закономірний батохромний зсув довгохвильової смуги відпо� відно зі збільшенням розміру спряженої си� стеми (табл. 1). У спектрах флуоресценції та� Д.А. Свєчкарьов, Г.В. Карпушина, А.О. Дорошенко 40 Ukrainica Bioorganica Acta 2 (2008) 24 417 23 435 22 455 21 476 20 500 19 526 18 556 17 588 16 625 15 667 14 714 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Рис. 2. Спектри флуоресценції сполуки 22аа в то� луолі (звичайна лінія), ацетоні (штрихована лінія) та етанолі (штрихпунктирна лінія). Спектри нормовані за смугою випромінення фототаутомера. кож спостерігається відповідний батофлорний зсув, що, у свою чергу, теж пояснюється збіль� шенням розмірів спряженої системи молекул. Короткохвильову смугу випромінення, яка знаходиться в області 19600)22400 см�1, ми від� носимо до флуоресценції нормальної енольної форми 3�гідроксихромону, а довгохвильову в області 17800)18400 см�1 — до випромінення кето�фототаутомера. Стоксів зсув флуорес� ценції фототаутомера, значення якого досяга� ють майже 8000 см�1, можна розглядати як аномально великий. Отримані хромони, як і очікувалося, харак� теризуються досить високими квантовими ви� ходами флуоресценції. Поєднання таких струк� турних фрагментів, як 2,5�дифенілоксазол і 3�гідроксихромонова система, що є окремими ефективними люмінофорами, приводить до ут� ворення флуорофора із високою ефективністю флуоресценції. Встановлено, що анелювання додаткового бензольного кільця по положен� нях 7 і 8 хромонового біциклу призводить до зменшення квантового виходу флуоресценції. Сольватохромні властивості синтезованих хромонів досліджено в серії із семи розчинників різної полярності. Напівкількісним покажчи� ком полярності розчинників був обраний нор� мований індекс Райхардта ET N [6], оскільки він дає змогу тією чи іншою мірою врахувати не тільки універсальні, а й специфічні взаємодії розчиненої речовини з її найближчим оточен� ням на молекулярному рівні. У спектрах погли� нання від полярності розчинника положення довгохвильової смуги майже не залежить. За даними спектрофлуориметричних вимі� рювань побудовано залежності положення максимумів випромінення нормальної та фо� тотаутомерної форм, а також максимумів по� Дифенілоксазолзаміщені 3�гідроксихромони — перспективні люмінофори для раціометричних досліджень 41www.bioorganica.org.ua N O OH O N O hvabshvN* T* ESIPT hvT* hv abs hvN* hvT* - T O O OH N O - O O OH N O O OH O N O N N* N T* T + + Рис. 3. Фотохімічний цикл і енергетична схема нижніх синглетних станів у реакції внутріш� ньомолекулярного фотопереносу протона 3�гід� роксихромонових систем із фрагментом ди� фенілоксазолу. Примітки: νabs — довгохвильовий максимум у спектрі поглинання; νfl N, νfl T — максимуми флуорес� ценції нормальної і фототаутомерної форм відповідно; ÎνST N, ÎνST T — стоксів зсув флуоресценції нормальної та фототаутомерної форм відповідно; ϕ — квантовий вихід флуоресценції. Сполука Розчинник �abs, см�1 �fl N, см�1 ��ST N, см�1 �fl T, см�1 ��ST T, см�1 � толуол 28920 23800 5120 – – 0,081 1 етанол 29660 19900 9760 – – 0,532 толуол 26400 23240 3160 – – 0,0011 1a етанол 29340 20620 8720 – – 0,058 толуол 28620 21840 6780 – – 0,0057 1b етанол 29420 20620 8800 – – 0,139 толуол 25460 22420 3040 17940 7520 0,565 1,4�діоксан 25540 22380 3160 17860 7680 0,420 1,2�дихлоретан 25580 21520 4060 18100 7480 0,701 ацетон 25840 21060 4780 17920 7920 0,298 ацетонітрил 26020 20340 5680 18120 7900 0,511 оцтова кислота 25540 19920 5620 18160 7380 0,159 2a етанол 25620 19610 6010 17870 7750 0,177 толуол 25560 21950 3610 18110 7450 0,228 1,4�діоксан 25600 22000 3600 18040 7560 0,092 1,2�дихлоретан 25620 21730 3890 18260 7360 0,144 ацетон 25720 21040 4680 18040 7680 0,054 ацетонітрил 25660 21330 4330 18210 7450 0,197 оцтова кислота 25240 20990 4250 18370 6870 0,046 2b етанол 25660 20460 5200 18290 7370 0,123 Таблиця 1 Спектрально�флуоресцентні властивості досліджуваних халконів та 3�гідроксихромонів глинання відносно індексу полярності Рай� хардта ET N (рис. 4). Із наведених графіків видно, що, як і в бага� тьох інших випадках, положення максимуму флуоресценції фототаутомера є практично нечутливим до природи розчинника. Це пояс� нюється, по�перше, тим, що внаслідок пере� розподілу заряду в ході фотопереносу протона дипольний момент фототаутомера стає значно нижчим, аніж у нормальної форми [7]. Для нормальної форми спостерігається істотний батохромний зсув смуги її випромінення зі збільшенням полярності розчинника. Така по� ведінка вказує на сольватофлуорохромію, подібну до раніше описаної для низки інших похідних 3�гідроксихромону [7�9]. На основі здобутих даних щодо впливу роз� чинника на спектри 2a�b нами оцінено полярні характеристики цих сполук у збудженому стані за методом М.Г. Бахшиєва [5]. Необхідні для розрахунку дані щодо дипольного момен� ту в основному стані і радіуса онзагерівської порожнини, до якої потрапляє молекула роз� чиненої речовини в об’ємі розчинника, оцінено розрахунковим методом із використанням напівемпіричної схеми РМ6 [10]. Здобуті ре� зультати наведено в таблиці 2. Привертає увагу різниця в полярних влас� тивостях 2a і 2b, що обумовлена анелюванням бензольного кільця за положеннями 7, 8 хро� монового біциклу: абсолютна величина векто� ра Îµ, що кількісно характеризує перероз� поділ електронної густини при збудженні мо� лекули, зменшується при анелюванні при� близно у 1,5 раза, практично зберігаючи свою просторову орієнтацію відносно молекули. Для пояснення цього факту нами проаналізовано характер перерозподілу електронної густини в молекулах 2a�b під час збудження напівем� піричним методом PPP із залученням спеці� альних квантово�хімічних індексів — чисел локалізації електронного збудження і чисел переносу заряду [11, 12]. Відповідні молеку� лярні діаграми наведено на рис. 5. За результатами розрахунків можна зро� бити такі висновки: в електронному збудженні обох молекул беруть участь піроновий цикл і діарилоксазольний фрагмент. Бокове кільце Д.А. Свєчкарьов, Г.В. Карпушина, А.О. Дорошенко 42 Ukrainica Bioorganica Acta 2 (2008) Примітки: µ0, µ1 — дипольний момент в основ� ному і збудженому станах, Îµ=µ1�µ0 — їх век� торна різниця, θ — кут між векторами µ0 і µ1. Спо� лука а, А �0, D �1, D �, D 2a 5,22 5,15 6,85 5,03 47о 2b 5,42 5,83 6,52 3,22 30о Таблиця 2 Полярні властивості нормальної форми сполук 22aa��bb в основному й електроннозбудженому станах O O N O OH O O N O OH O O N O OH O O N O OH 3.3 11.1 27.8 57.8 4.3 11.2 27.5 57.1 7 17 6 6 16 7 Рис. 5. Локалізація електронного збудження на виділених структурних фрагментах (зверху) й характер перерозподілу електронної густи� ни (нижня діаграма) для електронного перехо� ду S0�S1 в молекулах 22aa (зліва) і 22bb (справа). 16000 18000 20000 22000 24000 26000 28000 0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 ET N , c m -1 16000 18000 20000 22000 24000 26000 28000 0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 ET N , c m -1 Рис. 4. Залежність положення максимумів флуоресценції нормальної форми (P) і фототаутомера ( ) та максимумів поглинання (♦) від полярності розчинника для сполук 22aa��bb. хромонового біциклу при цьому практично ігнорується, і його можна розглядати лише як певний збурюючий фактор головного хромо� форного (флуорофорного) фрагмента молеку� ли. Дифенілоксазольний фрагмент відіграє роль центра тяжіння в переміщенні електрон� ної густини. Таким чином, досліджувані моле� кули 2a�b відносяться до класу похідних 3ГХ, у яких молекулярний фрагмент у положенні 2 є не донором, а навпаки — електроноакцепто� ром. Подібні системи вже розглядалися нами на прикладі ізохінолонових 3ГХ [13]. Було зроблено висновок про принципову можли� вість для них перебігу реакції ESIPT. Таким чином, стає зрозумілим зниження переміщення електронної густини у збудже� ному стані 2b у порівнянні із 2a. Додаткове анельоване кільце хоч і є лише фактором неве� ликого збурення в досліджуваній молекулі, але відіграє також роль певного додаткового центра делокалізації електронної густини, що діє у напрямку загального переносу заряду в досліджуваних молекулах, тим самим змен� шуючи його інтенсивність. Зменшення елек� тронної густини на енольному фрагменті при електронному збудженні молекул 2a�b за ра� хунок її перетікання на карбонільну групу і ді� арилоксазольний фрагмент обумовлюють збіль� шення рухливості протона ОН�групи. Одно� часно певним чином збільшується основність карбонільної групи. Разом ці явища станов� лять рушійну силу реакції ESIPT у досліджу� ваних молекулах. З метою з’ясування перспективи викорис� тання похідних 3�гідроксихромону як раціоме� тричних зондів необхідно було проаналізувати чутливість співвідношення інтенсивностей флуоресценції нормальної форми і фототауто� мера до полярних характеристик розчинника. Відповідно до рекомендацій авторів [7], для по� будови сольватофлуорохромних залежностей, наведених на рис. 6, ми використовували лога� рифм співвідношення інтенсивності смуг флу� оресценції нормальної та фототаутомерної форм сполук 2a�b. Як бачимо, із зростанням ET N спостеріга� ється тенденція до зменшення відносної інтен� сивності випромінення фототаутомерної фор� ми. З одного боку, це може свідчити про зни� ження ефективності процесу ESIPT у поляр� них розчинниках, що може бути наслідком конкуренції міжмолекулярних Н�комплексів, які утворюються за участі молекул розчинни� ка із внутрішньомолекулярним водневим зв’язком, який присутній у молекулах 2a і 2b та є необхідним для перебігу реакції фотопе� реносу протона. Водночас не можна виключа� ти й згасання флуоресценції фототаутомер� них форм у полярному середовищі, яке також веде до збільшення відношення IN/IT. Висновки. Поєднання структурного фраг� мента 2,5�дифенілоксазолу із 3�гідроксихро� моновою системою веде до утворення флуоро� фора із найвищою ефективністю флуоресцен� ції в ряду 3�гідроксихромонів і збереженням аномальних спектральних властивостей, що обумовлені реакцією фотопереносу протона. Показано, що дифенілоксазольні 3�гідрок� сихромони належать до систем із зворотним переміщенням електронної густини у збудже� ному стані — від піронового циклу на фрагмент із розвинутою спряженою системою в поло� женні 2. Установлено, що анелювання додатко� вого бензольного кільця по положеннях 7, 8 хромонового біциклу веде до зменшення інтен� сивності переміщення електронної густини при збудженні і внаслідок цього — до меншої соль� ватофлуорохромії і чутливості раціометричної відповіді на зміну полярності розчинника. Завдяки високим квантовим виходам флуо� ресценції, а також чутливості раціометричної відповіді досліджуваних люмінофорів до поляр� ності оточуючого середовища отримані сполуки можуть застосовуватися з метою розробки но� вих ефективних флуоресцентних зондів для ря� ду фізико�хімічних і біофізичних досліджень. Надійшла в редакцію 31.07.2008 р. Дифенілоксазолзаміщені 3�гідроксихромони — перспективні люмінофори для раціометричних досліджень 43www.bioorganica.org.ua -4 -3 -2 -1 0 1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 ET N ln (I FN /I FT ) Рис. 6. Залежність логарифма відношення ін� тенсивностей флуоресценції нормальної і тау� томерної форми від полярності розчинника для сполук 22aa (♦) і 22bb (P). Д.А. Свєчкарьов, Г.В. Карпушина, А.О. Дорошенко 44 Ukrainica Bioorganica Acta 2 (2008) Diphenyloxazole substituted 3�hydroxychromones — perspective luminophores for ratiometric studies D.A. Svechkarev, G.V. Karpushina, A.O. Doroshenko V.N. Karazin Kharkiv National University 4 Svobody sq., Kharkiv, 61077, Ukraine Summary. A new heterocyclic derivatives of 3�hydroxychromone with the 2,5�diphenyloxazole moiety in position 2 were synthesized. It was shown that the composition of these two fragments lead to one of the most effective fluo� rescent compounds in the 3�hydroxychromone family, preserving anomalous spectral properties caused by a proton phototransfer reaction. Based on computation results, both title compounds were shown to be systems with a reverse charge transfer pre� serving their ability to form a phototautomer in the excited state. It was stated that an annelated benzene ring leads to decrease of the charge transfer intensity during the excitation, which causes lower solvatofluorochromism as well as lower sensitivity of the ratiometric response on the solvent polarity changes. Spectral and fluorescent properties, as well as solvatofluorochromism and influence of the solvent polarity on the excited state intramolecular proton phototransfer process were investigated for the synthesized compounds in a series of 9 different solvents. Both derivatives are characterized by the absorption and fluorescence maxima close to the ones for the unsubstituted 3�hydroxyflavone, sometimes with slightly higher quantum yields of fluorescence. Both absorp� tion and tautomer emission maxima are almost insensitive to the solvent polarity, while the position of the normal form fluorescence exhibits a significant bathochromic shift with the increase of the solvent polarity. A possibility was shown to use the title compounds as ratiometric probes of the medium polarity. Keywords: 3�hydroxychromone, fluorescence, solvatofluorochromism, solvent polarity, ratiometric probe. 1. Владимиров Ю.А., Добрецов Г.Е. Флуоресцент� ный анализ биологических мембран. — М.: Наука, 1980. — 324 с. 2. Mason W.T., ed. Fluorescent and Luminescent Pro� bes for Biological Activity. — London, San Diego, New York, etc. — Academic Press, 1993. — 406 p. 3. Haugland R.P. Handbook of Fluorescent Probes and Research chemicals. — 6 Ed. — Molecular Probes Inc., Eugen, 1997. — 679 р. 4. de Silva A.P., Gunarante H.Q.N., Gunnlaughson T., Huxley A.J.M., McCoy C.P., Rademacher J.T., Rice T.E. Signaling recognition events with fluorescent sensors and switсhes // Chem. Rev. — 1997. — Vol. 97. — P. 1515�1566. 5. Valuer B., Leray I. Design principles of fluorescent molecular sensors for cation recognition// Coordination Chem. Rev. — 2000. — Vol. 205. — P. 3�40. 6. Брень В.А. Флуоресцентные и фотохромные хе� мосенсоры // Успехи химии. — 2001. — Т. 70. — С. 1153�1174. 7. Demchenko A.P., Klymchenko A.S., Pivovarenko V.G., Ercelen S. Ratiometric probes: design and applications. In: Fluorescence Spectroscopy, Imaging and Probes — New Tools in Chemical, Physical and Life Sciences, Ed. by Kraayenhof R., Visser A.J. W.G., Gerritsen H.C. — Springer Series on Fluorescence Methods and Applica� tions. Springer�Verlag. — Heidelberg: Germany. — 2002. — Vol. 2. — P. 101�110. 8. Demchenko A.P. Optimization of fluorescence response in the design of molecular biosensors // Analyt. Biochem. — 2005. — Vol. 343. — P. 1�23. 9. Pivovarenko V.G., Tuganova A.V., Klymchenko A.S., Demchenko A.P. Flavonols as models for fluorescent mem� brane probes. 1. The response to the charge of micelles // Cell. Molec. Biol. Lett. — 1997. — Vol. 2. — P. 355�364. 10. Duportail G., Klymchenko A., Mely Y., Demchen� ko A. Neutral fluorescence probe with strong ratiomet� ric response to surface charge of phospholipid mem� branes // FEBS Lett. — 2001. — Vol. 508. — P. 196� 200. 11. Пивоваренко В.Г. Дизайн флуоресцентних зон� дів на основі 3�гідроксихромонів та їх аналогів // Ukr. Bioorg. Acta. — 2004. — Vol. 1. — P. 40�49. 12. Shynkar V.V., Klymchenko A.S., Piemont E., Demchenko A.P., Mely Y. Dynamics of intermolecular hydrogen bonds in the excited states of 4’�dialkylamino� 3�hydroxyflavones. On the pathway to an ideal fluores� cent hydrogen bonding sensor // J. Phys. Chem. A. — 2004. — Vol. 108. — P. 8151�8159. 13. M’Baye G., Shynkar V.V., Klymchenko A.S., Mely Y., Duportail G. Membrane dipole potential as measured by ratiometric 3�hydroxyflavone fluorescence probes. Accounting for hydration effects // J. Fluoresc. — 2006. — Vol. 16. — P. 35�42. 15. Klymchenko A.S., Duportail G., Ozturk T., Pivovarenko V.G., Mely Y., Demchenko A.P. Novel two� band ratiometric fluorescence probes with different location and orientation in phospholipid membranes // Chem. Biol. — 2002. — Vol. 9. — P. 1199�1208. 16. Shynkar V.V., Klymchenko A.S., Kunzelmann C., Duportail G., Muller C.D., Demchenko A.P., Freyssinet J.M., Mely Y. Fluorescent biomembrane probes for ratiometric detection of apoptosis // J. Am. Chem. Soc. — 2007. — Vol. 129. — P. 2187�2193. 17. Doroshenko A.O., Posokhov E.A., Verezubova A.A., Ptyagina L.M., Skripkina V.T., Shershukov V.M. Radia� tionless deactivation of the excited phototautomer form and molecular structure of ESIPT�compounds // Photochemical and Photobiological Sciences. — 2002. — Vol. 1. — P. 92�99. 18. del Valle J.C., Kasha M., Catalan J. Chemical phy� sics of excitation dynamics via amplified spontaneous emission (ASE) laser spike spectroscopy in substituted phenyloxazoles // Chem. Phys. Lett. — 1996. — Vol. 263. — P. 154�160. 19. del Valle J.C., Kasha M., Catalan J. Spectroscopy of amplified spontaneous emission laser spikes in pheny� loxazoles. Prototype classes // J. Phys. Chem. A. — 1997. — Vol. 101. — P. 3260�3272. 20. McCairn M.C., Culliford S.J., Kozlowski R.Z., Sutherland A.J. Synthesis, evaluation and incorporation into liposomes of 4�functionalized 2,5�diphenyloxazole Перелік літератури derivatives for application in scintillation proximity as� says // Tetrahedron Lett. — 2004. — Vol. 45. — P. 2163� 2166. 21. DiCesare N., Lakowicz J.R. A new highly fluores� cent probe for monosaccharides based on a donor�accep� tor diphenyloxazole // Chem. Commun. — 2001. — P. 2022�2023. 22. Stockert J.C., Pelling C., Espada J. New cationic fluorochromes from diaryloxazole scintillators. Fluores� cence of chromatin DNA induced by N�quaternary POPOP derivatives // Acta Histochem. — 1997. — Vol. 99. — P. 195�205. 23. Algar J., Flynn J. New synthesis of flavonols // Proc. Royal Irish Acad. — 1934. — Vol. B42. — P. 1�8. 24. Smith M.A., Neumann R.M., Webb R.A. A modifi� cation of the Algar�Flynn�Oyamada preparation of fla� vonols // J. Het. Chem. — 1968. — Vol. 5. — P. 425� 426. 25. Melhuish W.H. Absolute spectrofluorometry // J. Res. Nat. Bur. Stand. USA. — 1972. — Vol. 76A, No. 6. — P. 547�560. 26. Siano D.B., Metzler D.E. Band shapes of the elec� tronic spectra of complex molecules // J. Chem. Phys. — 1969. — Vol. 51, No. 5. — P. 1856�1861. 27. Бахшиев Н.Г., Княжанский М.И., Минкин В.И., Осипов О.А., Сайдов Г.В. Экспериментальное опреде� ление дипольных моментов в электронновозбужден� ных состояниях // Успехи химии. — 1969. — Т. 38, № 9. — С. 1644�1673. 28. Reichardt C. Solvatochromic dyes as solvent pola� rity indicators // Chem. Rev. — 1994. — Vol. 94. — P. 2319�2358. 29. Klymchenko A.S., Demchenko A.P. Multipara� metric probing of intermolecular interactions with fluo� rescent dye exhibiting excited state intramolecular pro� ton transfer // Phys. Chem. Chem. Phys. — 2003. — Vol. 5. — P. 461�468. 30. Ercelen S., Klymchenko A.S., Demchenko A.P. Ultrasensitive fluorescent probe for the hydrophobic range of solvent polarities // Anal. Chim. Acta. — 2002. — Vol. 464. — P. 273�287. 31. Svechkarev D.A., Karpushina G.V., Lukatskaya L.L., Doroshenko A.O. 2�(benzimidazol�2�yl)�3�hydroxychro� mone derivatives: spectroscopic properties and a possi� ble alternative intramolecular proton transfer // Centr. Eur. J. Chem. — 2008. — Vol. 6. — P. 443�449. 32. Stewart J.J.P. Optimization of parameters for semiempirical methods V: modification of NDDO appro� ximations and application to 70 elements // J. Mol. Modeling. — 2007. — Vol. 13. — P. 1173�1213. 33. Лузанов А.В., Сухоруков А.А., Уманский В.Э. Применение переходной матрицы плотности для ана� лиза возбужденных состояний // Теор. и экспер. хи� мия. — 1974. — Т. 10, № 4. — С. 456�464. 34. Лузанов А.В. Структура электронного возбуж� дения молекул в квантово�химических моделях // Ус� пехи химии. — 1980. — Т. 64, № 11.— С. 2086�2095. 35. Свечкарев Д.А., Дорошенко А.О., Карпушина Г.В. Синтез и спектральные свойства новых люминесцент� ных соединений с реакцией внутримолекулярного фо� топереноса протона — производных 2�(N�метилизо� хинолон�1(2Н)�4�ил)�3�гидроксихромона // Вестн. ХНУ. Химия. — 2007. — № 770. — Вып. 15 (38). — С. 201�207. Дифенілоксазолзаміщені 3�гідроксихромони — перспективні люмінофори для раціометричних досліджень 45www.bioorganica.org.ua
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-7349
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1814-9758
language	Ukrainian
last_indexed	2025-12-01T19:17:38Z
publishDate	2008
publisher	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
record_format	dspace
spelling	Свєчкарьов, Д.А. Карпушина, Г.В. Дорошенко, А.О. 2010-03-29T11:10:54Z 2010-03-29T11:10:54Z 2008 Дифенілоксазолзаміщені 3-гідроксихромони - перспективні люмінофори для раціометричних досліджень / Д.А. Свєчкарьов, Г.В. Карпушина, А.О. Дорошенко // Ukrainica Bioorganica Acta. — 2008. — Т. 6, № 2. — С. 38-45. — Бібліогр.: 35 назв. — укp. 1814-9758 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7349 Синтезовано нові гетероциклічні похідні 3-гідроксихромону із 2,5-дифенілоксазольним фрагментом у положенні 2. За даними розрахунків, досліджені хромони належать до систем із зворотним переносом заряду, проте зберігають здатність до утворення фототаутомера у збудженому стані. Вивчено їх спектрально-флуоресцентні властивості, а також сольватофлуорохромію та вплив полярності розчинника на процес внутрішньомолекулярного фотопереносу протона у збудженому стані. Показано можливість використання досліджуваних сполук як раціометричних зондів полярності середовища. A new heterocyclic derivatives of 3-hydroxychromone with the 2,5-diphenyloxazole moiety in position 2 were synthesized. It was shown that the composition of these two fragments lead to one of the most effective fluorescent compounds in the 3-hydroxychromone family, preserving anomalous spectral properties caused by a proton phototransfer reaction. Based on computation results, both title compounds were shown to be systems with a reverse charge transfer preserving their ability to form a phototautomer in the excited state. It was stated that an annelated benzene ring leads to decrease of the charge transfer intensity during the excitation, which causes lower solvatofluorochromism as well as lower sensitivity of the ratiometric response on the solvent polarity changes. uk Інститут молекулярної біології і генетики НАН України Дифенілоксазолзаміщені 3-гідроксихромони – перспективні люмінофори для раціометричних досліджень Diphenyloxazole substituted 3-hydroxychromones — perspective luminophores for ratiometric studies Article published earlier
spellingShingle	Дифенілоксазолзаміщені 3-гідроксихромони – перспективні люмінофори для раціометричних досліджень Свєчкарьов, Д.А. Карпушина, Г.В. Дорошенко, А.О.
title	Дифенілоксазолзаміщені 3-гідроксихромони – перспективні люмінофори для раціометричних досліджень
title_alt	Diphenyloxazole substituted 3-hydroxychromones — perspective luminophores for ratiometric studies
title_full	Дифенілоксазолзаміщені 3-гідроксихромони – перспективні люмінофори для раціометричних досліджень
title_fullStr	Дифенілоксазолзаміщені 3-гідроксихромони – перспективні люмінофори для раціометричних досліджень
title_full_unstemmed	Дифенілоксазолзаміщені 3-гідроксихромони – перспективні люмінофори для раціометричних досліджень
title_short	Дифенілоксазолзаміщені 3-гідроксихромони – перспективні люмінофори для раціометричних досліджень
title_sort	дифенілоксазолзаміщені 3-гідроксихромони – перспективні люмінофори для раціометричних досліджень
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7349
work_keys_str_mv	AT svêčkarʹovda difeníloksazolzamíŝení3gídroksihromoniperspektivnílûmínoforidlâracíometričnihdoslídženʹ AT karpušinagv difeníloksazolzamíŝení3gídroksihromoniperspektivnílûmínoforidlâracíometričnihdoslídženʹ AT dorošenkoao difeníloksazolzamíŝení3gídroksihromoniperspektivnílûmínoforidlâracíometričnihdoslídženʹ AT svêčkarʹovda diphenyloxazolesubstituted3hydroxychromonesperspectiveluminophoresforratiometricstudies AT karpušinagv diphenyloxazolesubstituted3hydroxychromonesperspectiveluminophoresforratiometricstudies AT dorošenkoao diphenyloxazolesubstituted3hydroxychromonesperspectiveluminophoresforratiometricstudies

Дифенілоксазолзаміщені 3-гідроксихромони – перспективні люмінофори для раціометричних досліджень

Institution

Similar Items