Аннотация результатов, полученных в 2022 году
С целью разработки сенсоров кислотности и кислорода был получен ряд функциональных производных порфиринов, обладающих зависимыми от концентрации аналитов фотофизическими характеристиками. В качестве базового исходного соединения для последующих трансформаций был выбран синтетический бета-октаэтилпорфирин (OEP). Для целей использования в качестве триплетных фотосенсибилизаторов и сенсоров был выбран комплекс с палладием, обладающий высоким выходом и длительным временем жизни фосфоресценции. Первичная функционализация тетрапиррольного макроцикла была проведена путем формилирования по Вильмейеру-Хааку. На второй стадии мезо-формильный продукт был введен в реакцию Виттига с метилтрифенилфосфоний йодидом. Полученные таким образом металлокомплексы мезо-винил-бета-октаэтилпорфирина были далее введены в реакции СН-функционализации. Галогенвинильные производные порфириноидов получали путем бромирования винильной группы с последующим дегидробромированием и с помощью реакции Такаи превращения формильной группы в йодвинильную. Первым способом получали бромвинильные производные исходя из доступных производных природных порфириноидов, содержащих готовую винильную группу: метилпирофеофорбид-а, протопорфирин IX. На основе ранее полученных результатов по прямому борилированию винильной группы была разработана препаративная методика каталитического борилирования винилзамещенных порфириноидов. Борилирование как бета-замещенных, так и мезо-замещенных винилпорфириноидов биспинаколбораном катализируется комплексом роданида меди в присутствии TEMPO и третбутилата лития. Палладиевый комплекс мезо-винил-бета-октаэтилпорфирина был таким образом борилирован с образованием мезо-(2-(пинаколборил)этенил)-бета-октаэтилпорфирина с выходом 50%. Применимость разработанной оптимизированной методики было протестировано на ряде порфириноидов различного строения в комплексе с различными металлами. Деметаллированные порфириноиды (свободные основания) также вступали в реакцию, но выходы борилированных продуктов в этих случаях оказались существенно меньше вследствие вывода каталитического металла (меди) из активного состояния в процессе реакции в результате образования комплекса с порфириноидным субстратом, действующим как лиганд в виде свободного состояния. Замещение происходит региоселективно исключительно у терминального атома, и стереоселективно – приводя к продукту с Е-конфигурацией двойной связи углерод-углерод в реагирующей винильной группе. Полученные борильные производные порфириноидов представляют собой нуклеофильные субстраты реакции Сузуки, и, с целью получения красителей с расширенной цепью сопряжения, эти субстраты были затем введены в соответствующие реакции кросс-сочетания. В частности, никелевый комплекс мезо-(2-(пинаколборил)этенил)-бета-октаэтилпорфина вводили в реакции с рядом арилйодидов при катализе тетракис(трифенилфосфин)палладием. В результате были получены мезо-(2-арилэтенил)порфирины как с донорными, так и с акцепторными заместителями в бензольном кольце с выходами 50-60%. Мезо-(2-(пинаколборил)этенил)бетаоктаэтилпорфирин был введен в реакцию гомосочетания, катализируемую палладием в присутствии оксида серебра Ag2O, в результате чего был получен димерный продукт с выходом 32 %. Структура полученного димера была подтверждена ЯМР-спектроскопией и масс-спектрометрией. В ЭСП наблюдаются полоса Соре при 405 нм и Q-полосы при 523 нм и 549 нм. Оптимизация геометрии молекулы методом B3LYP/6-31G(d, p) привела к наиболее устойчивой конформации, в которой копланарные порфириновые кольца смещены друг относительно друга, и, таким образом, ориентированы по типу J-агрегатов. Исходя из имеющихся экспериментальных и расчетных данных, можно сделать вывод, что в растворе существует несопряженная конформация димера. Борилзамещенный пирофеофорбид-а, представляющий собой нуклеофильный субстрат реакции Сузуки, вводили в кросс-сочетание с различными замещенными йодбензолами при катализе палладием, что привело к образованию соответствующих арилзамещенных продуктов c выходами 47-75%. Сочетание борил- и бром-замещенных пирофеофорбидов привело к образованию димера пирофеофорбида. Таким образом было осуществлено расширение цепи сопряжения пирофеофорбида-а и получен ряд сопряженных производных с различными заместителями. Исследование электронных спектров поглощения полученных производных пирофеофорбидов с расширенной π-системой показало, что увеличение цепи сопряжения приводит к батохромному смещению наиболее длинноволновой полосы поглощения полосы (Qy). Сопряженный с двумя хлориновыми макроциклами бутадиеновый фрагмент в димере пирофеофорбида является частью единой π-системы, которая включает 40 π-электронов. Такое увеличение цепи сопряжения приводит к батохромному сдвигу полосы Qy с 667 нм до 692 нм, а также значительно увеличивает интенсивность поглощения с 0.44 до 0.67 (относительно интенсивности полосы Соре). С целью получения порфириновых сенсорных красителей для измерения кислотности среды необходимо придать pH-чувствительность металлопорфиринам. Для этого в тетрапиррольный макроцикл были введены основные азотсодержащие функциональные группы. Из мезо-формилпроизводных порфиринов были получены основания Шиффа: имины, гидразоны и азины. Конденсация мезо-формилпроизводных порфиринов с производными гидразина в присутствии трифторуксусной кислоты в качестве катализатора приводит к соответствующим азометиновым производным бета-октаэтилпорфирина и тетраэтилового эфира копропорфирина I. Мезо-тетра(пентафторфенил)порфирин был введен в реакции замещения атома фтора в бензольном кольце. Для этого была использована реакция Сузуки-Миаура между мезо-тетра(пентафторфенил)порфирином и арилборильными субстратами в присутствии каталитического палладия. Реакции с пинаколборилбензолом либо с фенилборной кислотой привели к замещению атома фтора на бензольное кольцо. При использовании 4-(пинаколборил)пиридина был получен соответствующий пиридинзамещенный продукт. Аминозамещенные производные образовывались при нагревании мезо-тетра(пентафторфенил)порфирина в диметилформамиде.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
1. Синтез этинильных производных порфириноидов. Были разработаны методики реакций элиминирования галогенводородов из полученных галогенвинильных субстратов. Так, исходя из природного хлорина, производного хлорофилла-а - метилового эфира пирофеофорбида-а, было получено его 3(2)-бромпроизводное, которое затем было подвергнуто действию третбутилата калия в ТГФ. В результате был выделен соответствующий 3(1)-3(2)-дегидропирофеофорбид-а, в котором этинильная группа находится в бета-пиррольном положении тетрапиррольного цикла. Мезо-этинильное производное бета-октаэтилпорфирината никеля было получено аналогично из мезо-йодвинильного производного бета-октаэтилпорфирината никеля. 2. Разработка методов синтеза биспорфиринов, бисхлоринов и диад, сочетающих порфирин и хлорин и получение соответствующих продуктов, а также их металлокомплексов. Для получения диад методами каталитического кросс-сочетания в качестве электрофильных парнеров были получены галогензамещенные порфириноиды. На первом этапе работ нами были разработаны методы получения бромвинил- и йодвинилзамещенных порфириноидов. Для трансформации бета-карбоксилзамещенных хлоринов в соответствующие бета-галогенпроизводные была исследована реакция Бородина-Хунсдикера и ее модификация – реакция Коши. При обработке диметилового эфира хлорина е6 тетраацетатом свинца в условиях реакции Коши вместо ожидаемого хлородекарбоксилирования в положении 13 кольца нами был выделен продукт окислительной лактонизации. На основе квантово-химических расчетов предложен механизм реакции. Таким образом, путем радикально инициированной окислительной циклизации получено лактонное производное диметилового эфира хлорина е6. Лактонный цикл придает молекулам дополнительные биологически активные свойства, поэтому полученное соединение представляет собой потенциальный фотосенсибилизатор для ФДТ. Используя полученные мезо-этинил-бета-октаэтилпорфиринат никеля и этинильное производное пирофеофорбида-а, были проведены реакции окислительного сочетания по Глейзеру. Действием на этинилзамещенные порфириноиды йодида меди в присутствии триэтиламина в ТГФ при комнатной температуре были получены соответствующие димеры: бис(мезо-этинил-бета-октаэтилпорфиринат никеля) и бис(3(1)-3(2)-дегидропирофеофорбид-а), в котором тетрапиррольные макроциклы связаны бутадииновым мостиком. В ЭСП полученных димеров порфириноидов, связанных бутадииновым мостиком, наблюдается батохромный сдвиг длинноволновых полос поглощения, отражающий наличие высокой степени сопряжения между тетрапиррольными ароматическими системами через бутадииновый линкер. Среди различных типов мостиков между хромофорами в диадах весьма интересными и в то же время практически неизученными являются азиновые мостики. В рамках работы по данному проекту были получены новые типы асимметричных порфирин-хлориновых диад, связанных азиновым мостиком, состоящих из металлокомплексов копропорфирина I, соединенных со свободными основаниями пирофеофорбида-a и пирофеофорбида-d. В качестве компонентов асимметрических диад были выбраны производные природных тетрапиррольных соединений двух типов: порфирин и хлорин. Проведены реакции конденсации мезо-гидразонов металлокомплексов тетраэтилового эфира копропорфирина I (CPP) с пирофеофорбидами а (PPPa) и d (PPPd) с образованием соответствующих диад, объединяющих два различных тетрапиррольных хромофора: синтетический и природный. В результате реакции образовались диады, объединяющие пирофеофорбиды с производными Ni(II) и Pd(II) комплексов тетраэтилового эфира копропорфирина I с азиновым мостиком. 3. Установление структур и исследование фотофизических свойств полученных соединений. Структуры полученных соединений были установлены с помощью спектроскопии ЯМР, ЭСП и масс-спектрометрии. Электронные спектры поглощения диад пирофеофорбид – копропорфирин, связанных азиновым мостиком, можно рассматривать как приблизительную сумму спектров компонентов в форме соответствующих гидразонов, однако с заметным сдвигом наиболее длинноволновых Qy-полос хлоринового компонента. Для выявления дополнительных особенности межхромофорной коммуникации в диадах были проведены фотофизические исследования полученных соединений. Были измерены параметры фотолюминесценции, а также определен квантовый выход синглетного кислорода с помощью измерения интенсивности его полос поглощения. Спектры флуоресценции диад близки к спектрам флуоресценции соответствующих хлориновых компонентов (PPPa и PPPd) при полном отсутствии излучения порфириновой части. Этот факт является следствием эффективной передачи энергии возбуждения от копропорфирина палладия к хлориновому компоненту. Таким образом, взаимодействие хромофоров через азиновый линкер, по-видимому, возникает в возбужденном состоянии при его отсутствии в основном (невозбужденном) состояниии. Для изучения структуры молекул диад были проведены квантово-химические расчеты с использованием метода DFT. Расчеты DFT и электронные спектры поглощения показали отсутствие сопряжения между макроциклами тетрапиррола в основном состоянии из-за взаимной почти ортогональной ориентации копропорфиринового кольца и азинового мостика. Однако, эффективная межхромофорная связь возникает в возбужденном состоянии, что было выведено из фотофизических экспериментов и подтверждено расчетами TD-DFT. С целью оценки возможности применения полученных соединений в качестве оптических сенсорных красителей были осуществлены измерения зависимости спектральных параметров от кислотности среды и концентрации кислорода. Для этого была измерена фосфоресценция в растворах, насыщенных кислородом в сравнении с обезкислороженными растворами. Было осуществлено спектрофотометрическое титрование растворов полученных диад в ТГФ трифторуксусной кислотой. ЭСП показал характерный отклик, что указывало на образование протонирование азотных центров. Были проведены измерения спектров фосфоресценции палладиевой диады PdCPPCHNNCHPPPd в растворах ТГФ с различным содержанием растворенного кислорода. При увеличении содержания кислорода наблюдали значительное снижение интенсивности фосфоресценции. Таким образом, палладиевые диады можно использовать в качестве сенсорных красителей для определения содержания растворенного кислорода. В результате проведенной оценки возможности использования полученных диад в качестве сенсорных красителей было установлено, что полученные диады показывают оптический отклик как на кислотность среды, так и на содержание кислорода в среде, что позволяет их использовать в качестве компонентов сенсорных систем для определения концентраций соответствующих аналитов в растворах.