Химики Уральского федерального университета и Института органического синтеза Уральского отделения РАН синтезировали новые пуш-пульные (содержат донорные и акцепторные группы) флуорофоры с уникальной структурой и свойствами. Это асимметрично замещенные арил-терпиридины, которые могут быть использованы в качестве высокоэффективных флуоресцентных зондов/хемосенсоров на катионы различных металлов. Статью о содержании и результатах работы ученые опубликовали в Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry.
В ходе исследований химики разработали оригинальный способ получения хемосенсоров — путем прямой сборки в составе одной молекулы и рецепторного фрагмента, не вступающего в химическую реакцию с металлом, но образующего с ним координационные связи, и флуорофора, «сигнализирующего» об этом излучаемым светом. Другими словами, уникальность полученных хемосенсоров в том, что они не только определяют наличие цинка в том или ином материале, но и «сообщают» об этом активной визуализацией.
«Мы добились эффективной передачи флуоресцентного отклика на катионы металлов. Выяснилось, что полученные терпиридины очень перспективны как высокочувствительные и селективные флуоресцентные зонды для катионов цинка, в том числе в биологических средах. Согласно рассчитанным нами значениям констант комплексообразования синтезированные терпиридины входят в число наиболее эффективных для данных катионов, квантовые выходы фотолюминесценции достаточно высокие», — описывает участник исследовательского коллектива, доцент кафедры технологии органического синтеза УрФУ Ольга Шабунина.
Отсутствие у цинка окислительно-восстановительных свойств (в отличие, например, от меди и железа) объясняет возможность транспортировать его в биологические системы, не вызывая окислительных повреждений. Поэтому цинк вводят в косметику, биологически активные добавки, лекарства и т. д. Соответственно, мониторинг цинка в биологических жидкостях (к примеру, моче человека) может служить контролю физического состояния, исследованиям метаболизма цинксодержащих препаратов.
«Применение терпиридинов для анализа косметики, пищевых продуктов, для медицинской диагностики организма человека остается в значительной степени неизученным. Поэтому можно утверждать, что использование полученных нами образцов терпиридинов в качестве хемосенсоров в перечисленных целях — наше ноу-хау. Его плодотворность подтверждена рядом проведенных нами экспериментов. Кроме того, полученные нами терпиридины могут быть продуктивно использованы для определения катионов цинка в промышленных стоках, т. е. в экологическом мониторинге», — рассказывает Ольга Шабунина.
Хемосенсоры уже показали свою применимость для определения катионов и других металлов. Незаурядные свойства «уральских» терпиридинов проверены на некоторых образцах косметики (в т. ч. крем-маске для лица), на продуктах питания (овес, льняное семя, миндаль, мидии, какао), на безрецептурной пищевой добавке и моче человека с симптомами простудного заболевания, принимавшего цинксодержашие таблетки.
При этом их синтез осуществлялся с использованием распространенных материалов и простых синтетических процедур.
«Мы не прибегали к дорогостоящим катализаторам, малодоступным реагентам, а также многостадийным синтезам. Благодаря этому себестоимость синтеза наших хемосенсоров заметно ниже, чем их аналогов», — подчеркивает Ольга Шабунина.
Добавим, исследования поддержаны грантами Российского научного фонда (№ 19-73-10144) и Совета по грантам при Президенте Российской Федерации (№ НШ-2700.2020.3). Особый вклад в реализацию научной работы принадлежит профессору кафедры органической и биомолекулярной химии УрФУ, ведущему научному сотруднику ИОС УрО РАН Григорию Зырянову и старшему научному сотруднику ИОС УрО РАН, доктору химических наук Дмитрию Копчуку.