Аннотация результатов, полученных в 2022 году
1. Дигидрокси-Sn(IV)-тетра-(4-карбоксифенил)порфирин (SnP1) и дигидрокси-Sn(IV)-тетра-(4-сульфофенил)порфирин (SnP2) были синтезированы по литературным методикам.Sn(IV)-тетра(пентафторфенил)порфирин (SnP3), Sn(IV)-тетра(трифторметилфенил)порфирин (SnP4) и Sn(IV)-копропорфирин I (SnP5) получали кипячением соответствующих порфиринов лигандов с избытком безводного хлорида олова в диметилформамиде. Соединения SnP1-SnP4 были выделены из реакционной смеси в виде дигидроксо-комплексов. Установлено, что соединение SnP5, в отличие от SnP1-SnP4, образуется в ходе комплексообразования порфирина лиганда с хлоридом олова в виде устойчивого дихлорида. 2. Кипячением дигидрокси-Sn(IV)порфиринов SnP1, SnP3 и SnP4 с эозином (L1), эритрозином (L2), бенгальским розовым (L3) и 1,3,5,7-тетраметил-8(4-гидроксифенил)-BODIPY (L4) в диметилформамиде и дигидрокси-Sn(IV)-порфирина SnP2 с L2 и L4 в воде синтезированы и идентифицированы соответствующие диаксиальные комплексы (триады). В виду высокой устойчивости образующегося при синтезе дихлорида Sn(IV)-копропорфирина I (SnP5), получить из него дигидрокси-Sn(IV)порфирин не удалось. Соответственно, вместо диаксиальных комплексов Sn-копопорфирина I с лигандами L1-L4 был синтезирован дигидрокси-Sn(IV)-2,3,7,8,12,13,17,18-октаэтилпорфирин (SnP6) и его диаксиальные комплексы с лигандами L1-L4. Ряд синтезированных и исследованных комплексов порфиринатов олова(IV) с флуорофорами был расширен за счет того, что дополнительно были получены экстра-комплексы пофиринатов SnP1-SnP4 и SnP6 с азорубином (L5) и флуоресцеином (L6). 3. Структуры полученных триад-тераностиков (состав комплексов флуорофор-порфиринат Sn(IV)-флуорофор и центры связывания лигандов, по которым идет присоединение) были подтверждены методами одномерной и двумерной (1H-1Н COSY, ROESY) ЯМР-спектроскопии. Показано, что если в случае производного BODIPY (L4) и азорубина (L5), содержащих в своем составе по одной гидроксильной группе, альтернативные варианты связывания отсутствуют, то в случае ксантеновых красителей L1-L3 и L6, аксиальная координация может идти как по гидроксильной, так и карбоксильной группе. Наличие расширенного и сдвинутого в область сильного поля кросс-пика в 1H-1HCOSY-спектре триады IV свидетельствует о том, что фенильный фрагмент BODIPY находится в непосредственной близости от порфиринового макрогетероцикла, т.е. связывание идет через гидроксильную группу лиганда. В тоже время, отсутствие таких кросс-пиков в 1H-1HCOSY-спектрах триад III и XIV свидетельствует о координации эритрозина через карбоксильную группу. Исследованием структуры XI методом ROESY выявлено наличие π-π-взаимодействий между молекулярными фрагментами триады, свидетельствующее об их близком взаимном расположении в составе комплекса. 4. С использованием теории функционала плотности (DFT) проведены квантово-химические расчеты структурных и энергетических характеристик полученных триад. DFT-расчеты проводились с использованием пакета квантово-химических программ GAUSSIAN 16. Оптимизация геометрии, расчеты колебательных частот и анализ потенциальной функции внутреннего вращения триады и отдельных молекул в основном состоянии выполнены с использованием функционала CAM-B3LYP в сочетании с базисным набором LANL2DZ для Sn(IV) и базисным набором 6-31G(d, p) для всех остальных неметаллических атомов. Согласно полученным данным триады, в которых связывание молекулярных фрагментов осуществляется через карбоксильную группу, являются энергетически более выгодными, по сравнению с триадами, в которых фрагменты связаны через гидроксильную гуппу. Стабилизацию данным структурам придает образование дополнительных внутримолекулярных водородных связей. Интересной особенностью триады III является наличие пяти водородных связей, образованных атомами кислорода и водорода фенильных сульфо-групп порфирина и ОН-группами эритрозина. Анализ молекулярных орбиталей исследованных триад проведенный с использованием метода TD-DFT показал, что в каждом из исследованных комплексов электронный переход ВЗМО-НСМО является маловероятным, так как сила осциллятора для данного перехода очень мала. Наиболее вероятными является электронный переход с более низких по энергии МО на НСМО. Донором электрона выступает фрагмент молекулы лиганда, акцептором - порфириновый макроцикл. Эффекты растворителя (H2O) при расчетах TD-DFT учитывались с помощью модели поляризуемого континуума (PCM). Результаты квантово-химических расчетов визуализировали с помощью программы ChemCraft. 5. Процесс фотоокисления триад I-XIV изучен в ДМФА и системе ДМФА-(2%)H2O2 путем воздействия на их разбавленные растворы излучения светодиодной лампы (λ=640 нм, Ev = 1790 ± 30 Лк). При облучении растворов триад в ДМФА в отсутствии активных форм кислорода процесса фотодеструкции не наблюдалось. В присутствии H2O2 устойчивым является только триада на основе флуоресцеина SnP3(L6)2. Исследование люминесцентных свойств триад показало, что их фотофизическое поведение очень сильно зависит от фотоиндуцированного переноса энергии (электрона) между фрагментами триады и направления, в котором этот перенос происходит. Это, в свою очередь, зависит от природы макроцикла, красителя и растворителя, а также длины волны возбуждения. Практически во всех изученных триадах, в зависимости от их структуры, имеет место фотоиндуцированный перенос энергии (PEnT) либо от красителя на порфиринат, либо, наоборот, от порфирината на краситель. Установлено, что увеличение интенсивности "порфириновой" флуоресценции макроциклического фрагмента в составе триады в случае PEnT (L→SnP) при возбуждении на λex=420 нм наблюдается только при высокой флуоресценции аксиального лиганда. Исследованием флуоресцентных свойств триад VI-IX в ДМФА и смешанном растворителе ДМФА – глицерин установлено, что увеличение вязкости среды заметного влияния на флуоресцентные свойства триад VI, VII и IX не оказывает. Исключение составляет триада VIII. При концентрационном соотношении бинарного растворителя ДМФА-глицерин (1:4) квантовый выход флуоресценции обоих фрагментов триады, по сравнению с раствором в чистом ДМФА, увеличивается в 2-2.5 раза. Выявленная у триады V ярко выраженная зависимость квантового выхода флуоресценции от вязкости среды при возбуждении на длине волны 420 нм, указывает на фотоиндуцированный перенос энергии. С увеличением вязкости среды понижается безызлучательная релаксация азорубинового фрагмента из состояния TICT и усиливается фотоиндуцированный перенос с донора-азорубина на акцепторный порфиринатный фрагмент. Наибольшую зависимость флуоресцентных свойств от локальной вязкости проявили триады IV и V, содержащие фрагменты BODIPY и азорубина. Влияние кислотности среды на изменение флуоресцентных свойств липофильных триад было изучено в диметилфорамиде при соответствующих добавках кислот или оснований. Эффективные рH-индикаторные свойств показали триады IV и V на основе сульфопроизводного порфирината SnP2. Причем, в водных средах, в интервале рН от 5.0 до 6.5, наблюдается ярко выраженный скачок интенсивности флуоресценции как у фрагментов по отдельности (порфирината и лиганда), так и триад на их основе. Предположительно, это может быть связано с наличием у данных соединений сульфо-групп. Еще большую чувствительность к рН в интенвале от 6.0 до 7.2 показала гидрофильная триада II на основе карбокси-замещенного тетрафенилпорфирина и эритрозина. Разработанные системы представляют интерес в качестве устойчивых к действию температуры и видимого и/или УФ-излучения флуоресцентных сенсоров для детектирования кислотности и локальной вязкости среды. Учитывая то обстоятельство, что синтезированные порфиринаты олова проявили способность к генерации синглетного кислорода, они будут использованы для получения фотосенсибилизаторов для антимикробной фотодинамической терапии инфекций.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
1. Исследована способность созданных в ходе реализации проекта триад-тераностиков к генерации синглетного кислорода - определены времена жизни и квантовые выходы синглетного кислорода. Выявлены зависимости между флуоресцентными и фотосенсибилизационными свойствами, структурой бис-аксиальных комплексов Sn(IV)-порфирина (структуры флуорофора и линкера) и внешними факторами (вязкость и рН среды). Установлено, что среди гидрофильных триад наилучшей фотосенсибилизационной способностью обладают системы на основе комплексов сульфопроизводного Sn(IV)-тетрафенилпорфирина (SP2) c азорубином (L5), Бенгальским Розовым (L3) и Bodipy (L4 и L7). Разработанные гибридные флуорофоры проявляют свойства флуоресцентных датчиков локальной вязкости. Все изученные гидрофильные гибридные флуорофоры показали высокую способность к генерации синглетного кислорода в водных средах. 2. C целью подтверждения центров присоединения ксантеновых красителей к порфиринатам Sn(IV) DFT методом и комбинацией базисного набора def2-tzvpp для Sn и 6-31G для остальных атомов была проведена оптимизация возможных структур бис-аксиальных комплексов порфиринатов олова(IV) с красителями различной природы, содержащих в своем составе -СООН и -ОН группы. Для подтверждения выявленных в ходе реализации проекта обусловленных фотоиндуцированным переносом электрона/энергии закономерностей тушения флуоресценции в синтезированных триадах порфиринатов SnP1-SnP3 с азорубином, флуоресцеином, Бенгальским Розовым, Bodipy и эритрозином проведено DFT-моделирование структуры синтезированных триад-тераностиков с использованием пакета квантово-химических программ GAUSSIAN 16 и осуществлен анализ распределения энергий высшей занятой молекулярной орбитали (HOMO) и низшей свободной молекулярной орбитали (LUMO). Рассчитаны эффекты растворителя с использованием модели поляризуемого континуума (PCM). Проведена визуализация результатов квантово-химических расчетов с помощью программы ChemCraft. Полученные результаты свидетельствуют о фотоиндуцированном переносе энергии в триадах от лиганда на порфирин. 3. Установлено, что модификация порфирината олова молекулами красителей, как правило, приводит к увеличению фотоустойчивости на всех изученных длинах волн. Показано, что добавление перекиси водорода приводит к окислению и обесцвечиванию полученных гидрофобных и гидрофильных триад, а дальнейшее фотооблучение перекисных растворов катализирует этот процесс. Однако триада IX устойчива к окислителю и последующее облучение светом с различными длинами волн практически не способствует дальнейшей деструкции. Только для триады XI добавление перекиси водорода в диметилформамидный раствор приводит к постепенной деструкции до индивидуальных фрагментов SnP и L2. 4. С целью моделирования внутриклеточного транспорта триады на основе анионного порфирината Sn(IV) (I-V, XV-XVI) были локализированы в сферические мицеллы катионных ПАВ. Наиболее вероятным местом локализации красителя (порфирина, ксантена и др.) в мицелле считается водно-углеводородный слой, толщина которого (обычно, 2–3 СН2-группы) соответствует глубине проникновения молекул воды внутрь углеводородной части мицеллы. Предполагается, что гидрофильные группы солюбилизата с локализованным зарядом внутри мицелл располагаются вблизи ионных головных групп ПАВ с противоположным зарядом. Определены размеры мицелл, иммобилизованных триадами "краситель-порфиринат-краситель", в зависимости от числа агрегации и ККМ. Между радиусами мицелл и числами их агрегации наблюдается хорошая корреляция. Установлено влияние локализации гидрофильных триад в мицеллы ПАВ на квантовый выход флуоресценции и время нахождения триады в возбужденном состоянии. Иммобилизация триад XVIa,б в "полилизиновую" оболочку (EPL) сопровождается понижением флуоресценции как порфиринового, так и ксантенового фрагментов. При этом способность гибридного флуорофора к генерации синглетного кислорода увеличивается. 5. Изучено противомикробное действие показавших наиболее эффективную способность к генерации синглетного кислорода триад-тераностиков [гидрофильных триад порфирината Sn(IV) с азорубином (V) и Бенгальским Розовым (XVIa,б)] к штаммах Staphylococcusaureus АТСС 29213 (музейный штамм), Escherichiacoli MG1655 (музейный штамм), Pseudomonasaeruginosa АТСС 27853 (музейный штамм), Acinetobacter baumannii, Staphylococcusaureus MRSA, Streptococcus sobrinus (клинический изолят), Bacillussubtilis168 (музейный штамм), а также к Candida albicans при помещении исследуемых систем в питательную среду с микроорганизмами. Установлено, что триада V оказывает подавляющее действие только на грамположительную бактерию Staphylococcus aureus. Триада XVIa показала подавляющее действие на все изученные микроорганизмы, за исключением Streptococcus sobrinus (клинический изолят). Изучена антибактериальная активность XVIб по отношению к штамму Staphylococcusaureus АТСС 29213 (музейный штамм) и грамотрицательной бактерии Pseudomonasaeruginosa. Для обеспечения направленной доставки грамотрицательной бактерии Pseudomonasaeruginosa к отрицательно заряженной мембране штамма использовали триаду, локализированную в сферические мицеллы катионного СРС и положительно заряженную "полилизиновую" оболочку. Определены минимальные подавляющие концентрации (МПК) и минимальные бактерицидные концентрации (МБК) соединений-лидеров (V, XVIa, L3, [V]CPC, [XVIa]CPC) на расширенном наборе тест-микроорганизмов Acinetobacter baumannii штамм, Staphylococcusaureus MRSA, Streptococcus sobrinus (клинический изолят), Bacillussubtilis 168 (музейный штамм). 6. Проведена оценка противомикробного действия локализованных в сферические ПАВ триад по отношению к изученным штамам, определены их МПК и МБК, а также установлена целостность цитоплазматической мембраны путем оценки мембранного потенциала клеток по уровню флуоресценции продукта восстановления иодида диэтилоксакарбоцианина. Установлено, что соединения XVIa, L3 и триада, локализованная в мицеллу СРС, приводят к падению мембранного потенциала клеток Staphylococcusaureus АТСС 29213 (музейный штамм), а СРС – клеток Escherichiacoli MG1655 (музейный штамм) в течение 30 минут, т.е. влияют на целостность мембран микроорганизмов. Процессы свободно-радикальной деградации мембран клеток крови при использовании L3, XVI и CPC исследовали по интенсивности перекисного окисления липидов (ПОЛ) и активности ксантиноксидазы (КО) в плазме крови. Установлен оптимальный состав дисперсий триад-тераностиков (XVIa,б) для возможного последующего применения их в антимикробной фотодинамической терапии локализованных инфекций. Оптимальной концентрацией триад является концентрация 10-5 моль/л. В то же время для более эффективного антимикробного действия на грамотрицательные бактерии необходима предварительная локализация триад в полилизиновую оболочку.