КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 23-23-00539

НазваниеРутений (II) и иридий (III) комплексы 1,2,4-триазинов и 2,2"-бипиридинов как агенты для фотокатализа и биовизуализации

РуководительКовалев Игорь Сергеевич, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина", Свердловская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 2023 г. - 2024 г. 

Конкурс№78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-102 - Синтез, строение и реакционная способность металло- и элементоорганических соединений

Ключевые слова1,2.4-триазины; 2,2'-бипиридины; гетеролептические комплексы; комплексы рутения (II); комплексы иридия (III); фотокатализ; биовизуализация

Код ГРНТИ31.17.29

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Целью проекта является создание новых перспективных Ru(bpy)2-металлокомплексов рутения (bpy – 2,2’-бипиридин) и Ir(ppy)2-металлокомплексов иридия (ppy – 2-фенил-пиридин), содержащие в качестве лиганда производные 1,2,4-триазина. для использования в качестве фотокатализаторов, проб/агентов для биовизуализации, а также, по возможности, для исследования/связывания ДНК и компонентов противоопухолевых препаратов. Для достижения поставленной цели в проекте будет использована имеющаяся у коллектива исполнителей обширная наработка экспериментальных и теоретических данных по методам синтеза и функционализации 1,2,4-триазиновых лигандов (см. список основных публикаций). Актуальность поставленной в проекте задачи связана с высокой востребованностью многих отраслей науки и техники в новых металлокомплексах рутения (II) и иридия (III), содержащие в качестве лигандов 1,2,4-триазиновые производные, как основы перспективных фотокатализаторов в реакциях кросс-дегидрогенативного сочетания, реакции Миниши, в процессах нуклеофильного присоединения по кратным связям, а также в ключевых синтетических органических превращениях, кросс-сочетаниях и родственных процессах, как основы проб/агентов для исследования и связывания ДНК, а также компонентов противоопухолевых препаратов. Способность металлокомплексов выполнять такие задачи напрямую связана с соотношением «структура лиганда-свойство комплекса». Новизна проекта для фундаментальной науки заключается в применении производных 1,2,4-триазина в качестве лигандов при синтезе гетеролептических рутениевых Ru(bpy)2 и иридиевых Ir(ppy)2 комплексов, свойства и применение которых слабо освещено в научной литературе. Присутствие 1,2,4-триазинового ядра не искажает геометрию комплекса, но значительно влияет на окислительно-восстановительные, фотофизические, координационно-химические и пр. характеристики ввиду его большей электрондефицитности. К тому же 1,2,4-триазины обладают большей реакционной способностью (реакции нуклеофильного замещения, аза-Дильса-Альдера, взаимодействие с ариновыми интермедиатами и пр.), что позволит менять лигандное окружение рутения (II) и иридия (III) в зависимости от требуемых характеристик. В ходе выполнения проекта будет наработана обширная библиотека фотокатализаторов на основе иридиевых/рутениевых 1,2,4-триазин-содержащих металлокомплексов с достаточно большим диапазоном окислительно-восстановительных потенциалов и свойств в возбужденном состоянии, что позволит реализовать на практике фотохимические реакции на основе реакций Миниши, кросс-дегидрогенативного сочетания и в других ключевых синтетических органических превращениях. В проекте будут получены и детально проанализированы координационно-химические свойства и соотношение «структура-свойство» металлокомплексов, что позволит реализовывать заданный конкретный механизм фотокатализа, а также выдвигать гипотезы о возможном пути протекания фотохимической реакции. Оценка возможной противоопухолевой активности и потенциала применения 1,2,4-триазин-содержащих комплексов рутения и иридия в качестве проб/агентов для исследования и связывания ДНК полученных объектов будет проведена с использованием, во-первых, методов “in-silico” скрининга, и во-вторых (в рамках второго года) с использованием экспериментов ex/in-vivo с привлечением сторонней организации (Институт иммунологии и физиологии УрО РАН).

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будут синтезированы Ru(bpy)2-металлокомплексы рутения (bpy – 2,2’-бипиридин) и Ir(ppy)2-металлокомплексы иридия (ppy – 2-фенил-пиридин), содержащие в качестве лиганда производные 1,2,4-триазина. Для этого будут отобраны наиболее перспективные лиганды, функционализированные по всем трём возможным положениям 1,2,4-триазина (а именно С3 и/или С5, и/или С6 1,2,4-триазинового ядра) заместителями различной природы (фенил, арильные заместители, анилины и алициклические амины, фенолы, ацетилены и стильбены и пр.). Наша научная группа уже продолжительное время успешно исследует и применяет производные 1,2,4-триазина в синтезе хромофоров, лигандов и пр. органических функциональных материалов. Применение Ru(bpy)2 и Ir(ppy)2 металлокомплексов, содержащих 1,2,4-триазиновый лиганд, изучено в современной научной литературе в малом объеме, и они могут найти применение в качестве фотокатализаторов или в качестве биотехнологических и терапевтических инструментов, также как и в случае с (поли)пиридильными рутениевыми и иридиевыми комплексами. Однако мы ожидаем существенного изменения в фотофизических, окислительно-восстановительных, координационно-химических и пр. свойствах, а значит изменится и потенциал прикладного применения таких материалов. Поэтому, будут изучены фотофизические и координационно-химические характеристики полученных комплексов. В проекте будет произведена оценка влияния заместителей в составе 1,2,4-триазинового лиганда на прикладные свойства комплекса. На завершающем этапе проекта будут изучены два основополагающих прикладных признака исследуемых комплексов. А именно, будут детально изучены фотокаталитические свойства рутениевых и иридиевых комплексов на основе использования реакций Миниши, кросс-дегидрогенативного сочетания, фотоактивации процессов нуклеофильного присоединения по кратным связям, фотокатализе в ключевых синтетических органических превращениях, кросс-сочетаниях и родственных процессах. А также будет исследован потенциал применения 1,2,4-триазин-содержащих комплексов рутения и иридия в качестве биотехнологических и фармакологических инструментов в роли агентов для исследования и связывания ДНК, а также компонентов противоопухолевых препаратов и в биовизуализации. В результате выполнения проекта будут опубликовано 3 статьи в журналах, индексируемых в базах данных Scopus и Web of Science, а также будет подана заявка на 1 патент РФ.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В рамках проекта "Рутений (II) и иридий (III) комплексы 1,2,4-триазинов и 2,2"-бипиридинов как агенты для фотокатализа и биовизуализации" были получены: Лиганды для комплексов рутения и иридия, 1,2,4-триазинового и бипиридинового ряда, структуры полученных соединений и их чистота были подтверждены методами 1H ЯМР спектроскопии, масс-спектрометрии и элементного анализа. Функционализация по положению С(5) 1,2,4-триазина была реализована в результате реакции нуклеофильного замещения водорода (SNH) или ипсо-замещения цианогруппы (SNIPSO). Таким образом в положение С(5) 1,2,4-триазина были введены фрагменты пирролидина, анилина, стильбена и фенилацетилена. Кроме этого, была использована реакция гетероциклизации между 1,2-дионами и соответствующими амидразонами для получения 5,6-диарилзамещенных 1,2,4-триазинов. В рамках такого подхода был получен и 5,6-дифенил-3-(пиримидин-2-ил)-1,2,4-триазин; Десять комплексов рутения(II) типа Ru(bpy)2L были синтезированы по классической методике при взаимодействии 1,2,4-триазиновых лиганов с Ru(bpy)2Cl2 в смеси метанол-вода (3:1), в которых в роли лиганда L выступают производные и аналоги 3-(пиридин-2-ил)-1,2,4-триазины, а противоионами выступали хлорид и гексафторфосфонат анионы; Был получен рутениевый комплекс полибипиридинового ряда Ru(bpy)2mbp, в составе которого находится 5-(4-метоксифенил)-2,2'-бипиридин, который был использован в качестве объекта сравнения при анализе прикладных свойств (фотофизические свойства, а также при биовизуализации), проявивший многообещающие фотофизические свойства, в том числе достаточно высокий квантовый выход, что делает его потенциальным рабочим телом OLED; С использованием библиотеки синтезированных 1,2,4-триазиновых лигандов, были получены восемь новых иридиевых комплексов Ir(ppy)2(L1-L8) по традиционной методике при взаимодействии в качестве исходных соединений циклометаллированного дихлортетракис(2-(2-пиридинил)фенил)дииридий(III) [(ppy)2IrCl]2 и 1,2,4-триазиновых лигандов L в смеси метанола и дихлорметана 1:1, в качестве противоиона выступает хлориданион; Осуществлен предварительный анализ биовизуализации и фотодинамической активности полученных комплексов рутения и иридия в отношении культуры клеток рака матки человека HeLa в условиях конфокальной микроскопии. Полученные результаты показали отсутствие эмиссии у полученных рутениевых комплексов типа Ru(bpy)2L после инкубирования, что возможно связано с присутствием в структуре комплекса триазиновых колец, которые известны выраженным эффектом гашения эмиссии. Тем не менее данные соединения могут представлять интерес в качестве фотокатализаторов и работа в этом направлении будет продолжена. Иридиевые комплексы типа Ir(ppy)2(L1-L8) проявили себя в качестве диффузных флуоресцентных клеточных красителей, поиск селективно-окрашивающих красителей данного типа будет продолжен.

 

Публикации

1. Аль-Гези Б.С.М., Хасанов А.Ф., Старновская Е.С., Ковалев И.С., Копчук Д.С., Зырянов Г.В., Рану Б.Ч. Synthesis of New 3-(Pyridin-2-yl)-1,2,4-triazine Complexes of Ruthenium(II) Pleiades Publishing, Ltd, Russian Journal of General Chemistry, 2023, Vol. 93, Suppl. 1, pp. S1–S8. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1134/S1070363223140372

2. Аль-Гези Б.С.М., Хасанов А.Ф., Старновская Е.С., Ковалев И.С., Копчук Д.С., Зырянов Г.В., Рану Б.Ч. SYNTHESIS OF NEW 3-(PYRIDIN-2-YL)-1,2,4-TRIAZINE COMPLEXES OF RUTHENIUM (II) Современные синтетические методологии для создания лекар- ственных препаратов и функциональных материалов (MOSM 2023): сборник тезисов VII Международной конференции, Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов (MOSM 2023): сборник тезисов VII Международной конференции. – Пермь, 2023. – C. 208. (год публикации - 2023)

3. Носовец А.А., Ковалёв И.С., Словеснова Н.В., Зырянов Г.В. СИНТЕЗ СТАБИЛИЗИРОВАННОЙ ЛЕЙКО-ФОРМЫ ЭОЗИНА Современные синтетические методологии для создания лекар- ственных препаратов и функциональных материалов (MOSM 2023): сборник тезисов VII Международной конференции, Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов (MOSM 2023): сборник тезисов VII Международной конференции. – Пермь, 2023. – C. 316. (год публикации - 2023)