авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Синтез и свойства липофильных и амфифильных мезо-арилзамещенных порфиринов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ФЕДУЛОВА ИРИНА НИКОЛАЕВНА

СИНТЕЗ И СВОЙСТВА ЛИПОФИЛЬНЫХ И АМФИФИЛЬНЫХ МЕЗО-АРИЛЗАМЕЩЕННЫХ ПОРФИРИНОВ

02.00.10 - Биоорганическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Москва – 2007

Работа выполнена на кафедре Химии и технологии биологически активных соединений им. Н.А. Преображенского Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова

Научный руководитель доктор химических наук, профессор Миронов Андрей Федорович
Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Томилова Лариса Годвиговна
кандидат химических наук, доцент Понаморева Ольга Николаевна

Ведущая организация: Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Защита диссертации состоится " 24 " декабря 2007 г. в 15 ч. на заседании Диссертационного совета Д 212.120.01 при Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова по адресу 119571, Москва, пр. Вернадского, 86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ им. М.В. Ломоносова по адресу 119571, Москва, пр. Вернадского, 86. С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайте www.mitht.ru

Автореферат разослан "___" ___________ 2007 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета кандидат химических наук, старший научный сотрудник А.И. Лютик



Общая характеристика работы *

1

Актуальность работы. Тетрафенилпорфирины (ТФП) являются перспективными объектами в технике, технологии и медицине, что обусловлено их особыми фотохимическими и фотохромными свойствами, устойчивостью, коммерческой доступностью, легкостью синтеза и модификации. В настоящее время производные ТФП и их металлокомплексы находят практическое применение в качестве эффективных катализаторов различных химических процессов, при создании лекарственных препаратов и аналитических реагентов, новых материалов на основе самособирающихся супрамолекулярных ассоциатов. Возрастает интерес к порфиринам как к потенциальным лиотропным и термотропным дискотическим мезогенам, поскольку жидкие кристаллы (ЖК) на их основе могут быть использованы для получения наноструктурированных материалов.

мезо-Арилзамещенные порфирины представляют собой синтетические аналоги макроциклических природных соединений, которые регулируют жизненно важные процессы в клетке. При этом в биологических системах порфирины обычно функционируют в составе высокоорганизованных мембранных комплексов. Порфирины, ковалентно связанные со структурными фрагментами липидов представляют интерес для моделирования биологических процессов, поскольку они легко встраиваются в мембранные структуры.



Использование липофильных порфиринов в качестве модельных соединений в различных биологических процессах ограничено их низкой растворимостью в водных средах. Введение гидрофильных функциональных групп в молекулу липопорфиринов позволяет получать амфифильные соединения, способные к растворению в воде при различных значениях рН. Подобные соединения имеют сильную тенденцию к образованию упорядоченных и неупорядоченных агрегатов в водных растворах, что приводит к снижению фотохимической и каталитической активности порфиринов и изменяет их спектральные характеристики.

Интерес к упорядоченным агрегатам на основе порфиринов связан с интенсивными исследованиями сверхбыстрых фотопроцессов в супрамолекулярных системах, моделирующих фундаментальные природные процессы, а также созданием новых фотопроводящих органических материалов. В связи с этим разработка удобных методов синтеза липофильных и амфифильных мезо-арилзамещенных производных ТФП и изучение влияния элементов структуры молекулы порфирина на способность к образованию агрегатов представляют практический интерес.

Представленная работа является частью фундаментальных научных исследований, проводимых на кафедре Химии и технологии биологически активных соединений МИТХТ им. М.В. Ломоносова в рамках темы № 1Б-4-355 “Разработка химических и биотехнологических методов модификации биологически активных соединений с целью моделирования жизненно важных процессов в природе и создания новых лекарственных препаратов“, при поддержке гранта президента по поддержке ведущих научных школ № НШ-2013.2003.3, в рамках ФЦП “Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы”, государственный контракт № 02.513.11.3070, при поддержке гранта РНП 2.2.1.1.7280 в рамках Регионального научно-образовательного центра по наноматериалам “Жидкие кристаллы“

Цель работы. Разработка доступных путей синтеза липофильных и амфифильных мезо-арилзамещенных порфиринов с длинноцепными заместителями. Изучение влияния структуры синтезированных порфиринов на проявляемые ими физико-химические свойства, биологическую активность, поведение в водных растворах детергентов различной природы.

Научная новизна. Синтезированы новые мезо-арилзамещенные дипирролилметаны с длинноцепными заместителями. Предложен и отработан новый удобный подход к синтезу липопорфиринов, позволяющий получать их в препаративных количествах. Получены ряды новых липофильных и амфифильных производных ТФП, содержащие в мезо-арильных заместителях остатки высших жирных кислот и спиртов, а также терминальные гидрофильные группы. Изучены физико-химические и жидкокристаллические свойства синтезированных соединений. Получены данные о влиянии количества, длины и природы периферических заместителей в порфириновом макроцикле на процессы агрегации синтезированных соединений в составе модельных мембранных систем. На примере двух катионных производных ТФП выполнен сравнительный анализ влияния их структуры на биологическую активность.

Практическая значимость. С использованием разработанного подхода были синтезированы липофильные и амфифильных порфирины в количествах, достаточных для изучения их физико-химических характеристик и проведения модельных экспериментов. Исследовано влияние периферических заместителей порфиринов на процессы агрегации в водных растворах и в составе модельных мембранных систем. Показано, что в мицеллярных растворах тетра-замещенные производные ТФП формируют агрегаты J-типа, тогда как ди-замещенные производные ТФП существуют в мономолекулярной форме. Выявлены термотропные, лиотропные, а также новые стеклующиеся мезогены, которые являются перспективными материалами в оптоэлектронике.

Основные положения, выносимые на защиту.

  1. Разработка путей синтеза симметричных мезо-(п-алкоксиарил)- дипирролилметанов и 5,15-ди-замещенных порфиринов на их основе.
  2. Разработка удобных подходов для синтеза 5,10,15,20-тетрафенилпорфиринов, содержащих в арильных заместителях остатки высших жирных кислот и спиртов.
  3. Модификация функциональных групп в ди- и тетра-мезо–замещенных порфиринах с целью получения производных с терминальными карбоксильными, гидроксильными и пиридиниевыми группами.
  4. Изучение способности полученных анионных, катионных и нейтральных производных порфиринов к образованию агрегатов в водных растворах различных детергентов.
  5. Исследование жидкокристаллических свойств полученных липофильных соединений.
  6. Биологические исследования противоопухолевой активности катионных порфиринов.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на I научно-технической конференции молодых учёных МИТХТ им. М.В. Ломоносова “Наукоемкие химические технологии” (Москва, 2005), на Международной конференции по органической химии “Органическая химия от Бутлерова и Бельштейна до современности” (Санкт-Петербург, 2006), на IX Международной научно-технической конференции “Наукоемкие химические технологии-2006” (Самара, 2006), на VII Школе-конференции молодых ученых стран СНГ по химии порфиринов и родственных соединений (Одесса, 2007) и на XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 2007).

Публикации. По материалам работы опубликовано 4 статьи и тезисы 7 докладов на российских и международных конференциях.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на __ стр. текста, содержит __ таблиц, __ рисунков, и состоит из введения, литературного обзора, обсуждения полученных результатов, экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы, включающего __ ссылок.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В последние годы отмечается значительный интерес к использованию липофильных и амфифильных порфиринов в качестве модельных соединений и новых материалов. В связи с этим разработка и усовершенствование методов синтеза производных ТФП, имеющих в мезо-положениях различного рода заместители, является весьма актуальной задачей.

Наличие в этих соединениях полярных групп позволяет повысить их растворимость в водной среде, что является важным условием для проведения биологических исследований. Введение длинноцепных гидрофобных заместителей увеличивает сродство подобных порфиринов к плазматической мембране клетки и позволяет им встраиваться в мембранные системы, что открывает возможности для моделирования различных природных процессов. В то же время серьезной проблемой, возникающей при включении порфиринов в модельные мембранные структуры, является их агрегация. Способность к образованию различного рода агрегатов определяется, главным образом, структурой молекулы, а также температурой, рН и ионной силой среды, наличием детергентов.

Кроме того, функционализация мезо-арилзамещенных порфиринов высшими алифатическими заместителями позволяет успешно решать задачу направленного поиска и синтеза мезоморфных (способных формировать ЖК фазу) производных порфиринов, поскольку сочетание жесткого порфиринового макроцикла и гибких длинноцепных заместителей предопределяет тенденцию молекул к преимущественно параллельному расположению относительно друг друга. Жидкие кристаллы на основе порфиринов являются перспективными материалами для использования в оптических, фотонных и оптоэлектрических устройствах.

Для структурно-функциональных исследований, изучения поведения в водных растворах детергентов, выявления мезогенных соединений и проведения биологических испытаний нами были синтезированы несколько групп симметричных липофильных и амфифильных мезо-арилзамещенных порфиринов с протяженными гидрофобными заместителями. Основные пути структурной модификации ТФП показаны на рис.1.

 Основные модификации структуры-0

Рис. 1. Основные модификации структуры мезо-арилзамещенных порфиринов.


1. Синтез симметричных мезо-арилзамещенных порфиринов с длинноцепными остатками высших жирных кислот и спиртов

В данной работе были разработаны эффективные пути синтеза липофильных мезо-арилзамещенных порфиринов с длинноцепными гидрофобными заместителями. Сочетание этих методов с модификацией заместителей в ароматических кольцах позволило получить амфифильные производные ТФП.

В настоящее время основным подходом к получению липофильных симметричных мезо-тетра-замещенных ТФП является алкилирование или ацилирование гидроксипроизводных ТФП алкилбромидами и хлорангидридами высших жирных кислот, соответственно. Гидроксипроизводные ТФП, в свою очередь, получают гидролизом метоксипроизводных ТФП, которые синтезируют конденсацией пиррола с соответствующими метоксибензальдегидами. Данная схема отличается многостадийностью, использованием дорогостоящих деметилирующих агентов, низкой растворимостью промежуточных соединений и относительно невысокими общими выходами.

Нами был предложен новый подход к синтезу липопорфиринов, согласно которому остатки высших жирных кислот и спиртов вводят в производные бензальдегида на начальных стадиях синтеза, а затем проводят их конденсацию с пирролом. Это существенно сокращает и упрощает схему синтеза, позволяет избежать проблем, связанных с низкой растворимостью промежуточных гидроксифенилпорфиринов, облегчает очистку целевых продуктов, дает возможность осуществлять синтез в мягких условиях и получать липопорфирины с более высокими выходами.

В настоящей работе синтез порфиринов был осуществлен двумя путями: 1) с использованием дипирролилметанов и 2) на основе монопиррольной конденсации, что позволило получить серии симметричных 5,15-ди- и 5,10,15,20-тетра-мезо-арилзамещенных липофильных и амфифильных ТФП.

1.1. Синтез замещенных бензальдегидов

Замещенные бензальдегиды 1a-д получали алкилированием 4-гидроксибензальдегида соответствующими алкилбромидами и метиловыми эфирами бромзамещенных кислот в присутствии карбоната калия в кипящем ацетоне с выходами 70-80 %. Бензальдегиды 1е-к были получены ацилированием 4-гидроксибензальдегида хлорангидридами соответствующих высших жирных кислот и их бромпроизводных в присутствии 4-N,N-диметиламинопиридина (DMAP) в среде хлористого метилена с выходами 80-85% (Схема 1). Структура и индивидуальность соединений была подтверждена методами ТСХ, ИК-спектроскопии и элементного анализа.

Схема 1

R -(CH2)7CH3 -(CH2)13CH3 -(CH2)15CH3 -(CH2)5СООCH3 -(CH2)10СООCH3 1a R1 -СО(CH2)6CH3 -СО(CH2)12CH3 -СО(CH2)14CH3 -CO(CH2)5 Br -CO(CH2)10Br





1.2. Cинтез мезо-арилзамещенных дипирролилметанов с высшими алкильными заместителями

Мезо-замещенные дипирролилметаны являются доступными предшественниками в синтезе симметричных порфиринов. Наиболее удобным методом получения подобных дипирролилметанов является конденсация пиррола с замещенным бензальдегидом в присутствии кислотных катализаторов. При проведении этой реакции в присутствии большого избытка пиррола (C. Lee et al., 1994) значительно снижается выход побочных олигомерных продуктов, а выход целевых продуктов составляет 70-80%. Кроме того, метод оказался пригодным для получения мезо-замещенных дипирролилметанов, содержащих различные типы функциональных групп.

На основе этого метода нами синтезированы ранее не описанные в литературе мезо-арилдипирролилметаны, имеющие длинноцепные гидрофобные заместители (Схема 2), с выходами 67-85%. Дипирролилметаны 2a-д получали конденсацией пиррола с замещенными бензальдегидами 1а-д при соотношении 40:1 в присутствии каталитических количеств трифторуксусной кислоты (TFA). Благодаря наличию протяженных гидрофобных остатков высших жирных спиртов и сложных эфиров дипирролилметаны 2a-д после удаления пиррола хорошо кристаллизуются и представляют собой белые кристаллические вещества. Структура дипирролилметанов 2a-д была подтверждена с помощью данных ТСХ, ИК- и 1Н-ЯМР-спектроскопии и элементного анализа.

Схема 2

Соединение R Выход, %
2a -(СН2)7СН3 82
-(СН2)13СН3 80
-(СН2)15СН3 85
-(СН2)5СООСН3 67
-(СН2)10СООСН3 73


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.