Сотрудники кафедры органической химии химического факультета МГУ создали борсодержащие органические соединения с флуоресцентными свойствами, которыми можно управлять воздействием тока.

Устойчивость молекулы в ходе множества электрохимических циклов и интенсивная люминесценция открывают путь к созданию перспективных молекулярных переключателей. Работа опубликована в журнале Dyes and Pigments.

Флуоресценция является одним из видов фотолюминесценции — способности вещества при поглощении квантов электромагнитного излучения испускать собственное свечение. Флуоресцентные красители широко используются в биологии, медицине и технике. Одним из перспективных направлений исследований является разработка редокс-чувствительных флуоресцентных систем. В таких системах флуоресценция, присущая одной окислительно-восстановительной форме вещества, исчезает при переходе к другой форме. Данное явление получило название электрофлуорохромизма. Молекулярные переключатели на основе этого явления могут стать эффективными инструментами исследования окислительно-восстановительной динамики в живых системах, компонентами оптоэлектронных устройств, сенсоров и логических элементов.

Большинство описанных в литературе молекул, обладающих электрофлуорохромизмом, представляют собой диады, включающие электроактивную часть и флуорофорный фрагмент. Примеров флуорофоров, которые сами по себе являются электроактивными и обладают так называемым «внутренним» электрофлуорохромизмом, известно немного. Авторам работы удалось получить новые соединения этого типа на основе анилидопиридинов — ароматических аминов, которые содержат пиридиновый фрагмент в структуре. Ароматическую систему скрепляет борсодержащий мостик, что делает структуру жесткой и снижает вероятность потери молекулой энергии безызлучательным путем, тем самым повышая эффективность флуоресценции.

«Особенность наших веществ состоит в возможности модулировать флуоресценцию с помощью электрического тока, — рассказывает руководитель исследования, профессор химического факультета МГУ Татьяна Магдесиева. — Задавая определенный потенциал, можно погасить флуоресценцию, а вернув прежнее значение потенциала, снова разжечь. Цикл включения-выключения можно повторять много раз».

«За счёт модификации структуры данного класса соединений нам удалось достичь большей устойчивости, лучших флуоресцентных характеристик и обратимости, — поясняет Татьяна Магдесиева. — Важной характеристикой флуорофоров является стоксов сдвиг, то есть разница между длинами волн поглощения и испускания. Если эта разница невелика, возникает самопоглощение и большие потери интенсивности испускаемого света. При этом, как правило, чем больше стоксов сдвиг, тем меньше квантовый выход — показатель эффективности преобразования энергии при флуоресценции. Важно, что нам удалось добиться больших значений стоксовых сдвигов в сочетании с высокими квантовыми выходами».

Важная особенность полученных соединений — способность флуоресцировать не только в растворе, но и в твёрдом состоянии. Можно ожидать, что устройство-переключатель на основе твёрдофазного электрофлуорофора будет работать более стабильно и воспроизводимо, нежели в растворе, что в совокупности с сохранением высокого квантового выхода важно для практического использования.

Следующим этапом работы станет разработка модельного устройства, демонстрирующего применимость соединений для создания флуоресцентных редокс-переключателей и их устойчивость в ходе множества циклов работы устройства. В будущем авторы планируют изучить влияние разных заместителей, улучшить параметры полученных соединений и исследовать структуры с новым дизайном.

Источник: МГУ.