Проекты

Синтез и исследование детектирующей способности нового флуоресцентного детектора на основе линейного и разветвленного полиамина

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Органическая химия»

Направление работы: Органическая химия
Авторы работы: ГБОУ Школа № 171
Предметы: Химия
Классы: 11 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» 2021 года

Актуальность

Макроциклические лиганды, содержащие гетероатомы (кислород, азот, серу), являются прекрасными комплексообразующими агентами для катионов, анионов и малых полярных органических молекул. С точки зрения практической значимости полиазамакроциклы активно используются в современных методах молекулярной визуализации и терапии, нашедших широкое применение в медицине, таких как позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), оптическая визуализация (ОИ), магнитно-резонансная томография (МРТ), радиоиммунотерапия (РИТ). Комплексные соединения на основе полиазамакроциклов используют присущие некоторым ионам переходных металлов радиоактивные (52Mn2+, 64Cu2+, 68Ga3+, 89Zr4+, 90Y3+) или магнитные (Gd3+, Eu3+, Yb3+) свойства. Комплексы тетраазамакроциклов с рядом катионов металлов, таких как европий или тербий, обладают ценными флуоресцентными свойствами. Также в состав макроциклов вводят различные органические флуорофорные группы для обеспечения внутриклеточной визуализации в целях диагностики или прямой терапии. Исходя из этого, исследования процессов получения различных макроциклических лигандов, содержащих гетероатомы, являются очень важной задачей современной химии.

Цель

Синтезировать макроциклическое дидансилированное производное трис(2-аминоэтил)амина (L), изучить побочные процессы Pd-катализируемого аминирования, исследовать комплексообразование соединения L с катионами редкоземельных, переходных и непереходных металлов с помощью флуоресцентной спектроскопии.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Оборудование для синтеза:

  • Колбы круглодонные двугорлые 10 мл, одногорлые 50 мл
  • Обратный холодильник с газоотводным шлангом
  • Металлический шпатель
  • Прибор с аргоновой системой
  • Конические колбы 100 мл
  • Стеклянная колонка для хроматографии
  • Градуированные пипетки 2 мл, 5 мл, 10 мл
  • Стеклянный цилиндр 50 мл
  • Ампулы для ЯМР
  • Стеклянная воронка
  • Стеклянные капилляры
  • Пробирки типа «Эппендорф» и склянки
  • Аналитические весы «AND GR 200» (погрешность ±0,1 мг)
  • Магнитная мешалка с подогревом
  • Маркер

Оборудование и посуда для спектрометрических исследований:

  • Кварцевая кювета (1 = 1 см)
  • Градуированные пипетки на 2 и 5 мл
  • Мерные колбы с притертыми крышками объемом 10 и 25 мл
  • Дозаторы «LLG Micropipette», отбираемый объем от 2,3 до 100 мкл
  • Аналитические весы «AND GR 200» (погрешность ±0,1 мг)
  • Спектрофлуориметр «Hitachi F-2700 FL», источник возбуждения – ксеноновая лампа
  • Спектрофотометр «Agilent Cary 60»

Описание

Автор синтезировал соединение L (5-{[6-(3-аминопропил)-25-{[5-(диметиламино)-1-нафтил]сульфонил}-19,22-диокса-2,6,10,16,25-пентаазатрицикло[24.3.1.111,15]энтриоконта-1(30),11(31),12,14,26,28-гексаен-16-yl]сульфонил}-1-нафтил)диметиламин-5,5'-[[6-(3-аминопропил)-19,22-диокса-2,6,10,16,25-пентаазатрицикло[24.3.1.111,15]энтриоконта-1(30),11(31),12,14,26,28-гексаен-16,25-диил]ди(сульфонил)]бис(N,N-диметилнафталин-1-амин)) путем многостадийного синтеза с использованием Pd-катализируемого аминирования. Изучены побочные процессы, протекающие в исследуемых реакциях, с помощью выделенных и охарактеризованных побочных продуктов.

Автор выделил полученные соединения методом колоночной хроматографии на силикагеле, используя последовательность элюентов CH2Cl2, CH2Cl2 – MeOH, CH2Cl2 – MeOH – NH4OH.

Автор приготовил растворы образцов в CDCl3 для снятия спектров ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Автор рассчитал оптимальную концентрацию для проведения флуориметрических исследований, составившую 2,5 · 10-5 М. Затем автор приготовил соответствующий раствор в ацетонитриле для снятия спектров флуоресценции.

Автор при помощи флуоресцентной спектроскопии провел исследование комплексообразования соединения L с перхлоратами или нитратами редкоземельных, переходных и непереходных металлов. Спектры флуоресценции регистрировались в диапазоне длин волн от 370 до 600 нм при длине волны возбуждения 340 нм.

Результаты работы/выводы

Палладий-катализируемое аминирование успешно применено для синтеза макроциклического лиганда, содержащего структурные фрагменты трис(3-аминопропил)амина и фениленовые ароматические спейсеры, а также флуорофорные группы (дансил).

Структуры полученных в ходе синтеза соединений подтверждены с помощью ЯМР-спектроскопии.

Рассчитана оптимальная концентрация лиганда для флуориметрических исследований.

При помощи флуоресцентной и УФ-спектроскопии проведено исследование комплексообразования данных соединений с катионами редкоземельных, переходных и непереходных металлов.

Соединение L может рассматриваться как флуоресцентная молекулярная проба на катион двухвалентной меди и катион трехвалентного алюминия за счет полного тушения флуоресценции. Также данное соединение может использоваться в качестве флуоресцентной молекулярной пробы на катионы одновалентного лития, двухвалентного бария, трехвалентного иттрия и двухвалентного кальция за счет уникального характера изменения флуоресценции.

Перспективы использования результатов работы

Возможно, эта работа поможет кому-то облегчить поиски качественной молекулярной пробы на катионы металлов. Также автор изучил комплексообразующие свойства лиганда – это поможет подбирать подходящие структуры лигандов в дальнейшем.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, химический факультет, кафедра органической химии, лаборатория элементоорганических соединений.