Исследователи Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН (ФИЦ ПХФ и МХ РАН) вместе с коллегами из Иркутского института химии им. А.Е. Фаворского СО РАН открыли новый класс флуорофоров с необычайно большим стоксовым сдвигом. Это даёт новые возможности для разработки более эффективных и точных методов визуализации и анализа в различных областях науки и техники, сообщает пресс-служба исследовательского центра. Работа опубликована в The Journal of Organic Chemistry.

Флуорофоры — это молекулы, способные поглощать свет определённой длины волны и испускать его на другой, более длинной волне. Эти «светящиеся молекулы» широко используются в различных областях, от биомедицинских исследований и диагностики до аналитической химии и разработки новых материалов. Ключевым свойством флуорофоров является так называемый стоксов сдвиг (или сдвиг Стокса) — разница между длинами волн поглощённого и испущенного света. Большой стоксов сдвиг позволяет лучше разделить возбуждающий и испускаемый сигналы, что важно для получения точных и надёжных результатов.

Новый открытый класс флуорофоров представляет собой 14-членные гетероциклы с мостиковым атомом, — пирролил-диазабицикло[8.3.1]тетрадекадиеноны (PY-14-ONE), которые характеризуются гигантскими стоксовыми сдвигами, достигающими 8000-10250 см⁻¹, а также практически нулевым перекрытием полос поглощения и испускания. Флуоресценция полученного флуорофора PY-14-ONE максимальна в сине-зелёной области спектра (454 ≤ λ_em ≤ 513 нм в ацетонитриле). В водорастворимой солевой форме, которая получается путём алкилирования в реакции с MeI, максимум флуоресценции смещается в красную область (478 ≤ λ_em ≤ 516 нм в воде). Молекулярные и кристаллические структуры нового соединения и его солевой формы установлены методом РСА.

PY-14-ONE был получен в ИрИХ СО РАН оригинальным синтезом из 1,8-диазабицикло[5.4.0]ундец-7-ена (DBU), который реагирует с ацетилэтинилпирролами без катализаторов в мягких условиях, образуя конечные продукты с выходами 34—58 %. Открытая реакция представляет собой расширение кольца DBU и, учитывая доступность ацетилэтинилпирролов, создаёт перспективы для разработки новых флуорофоров.

Результаты расчётов показывают, что пиррольное кольцо в PY-14-ONE играет важную роль в формировании стоксова сдвига. Этот сдвиг может быть дополнительно увеличен путём присоединения подходящих заместителей, которые в возбуждённом состоянии S1 будут создавать протяжённую сопряжённую систему и вызывать значительное изменение молекулярной структуры за счёт её уплощения.

«Описанные в работе флуорофоры были получены нашими коллегами из ФИЦ Иркутского института химии им. Фаворского случайно, как это часто бывает в науке, в ходе изучения химии ацилэтинилпирролов. Исследуя фотохимию этих соединений, мы показали, что они имеют большой стоксов сдвиг, то есть большую разницу в длине волны поглощённого и излучённого света. Таких соединений известно совсем не много, они очень перспективны для использования в качестве флуорофоров, когда необходимо измерение флуоресценции в большом диапазоне концентраций, так как полосы поглощения и флуоресценции не перекрываются», — комментирует старший научный сотрудник ФИЦ ПХФ и МХ РАН Елена Мартьянова.

Таким образом, открытие нового класса флуорофоров PY-14-ONE с гигантским стоксовым сдвигом даёт новые возможности для разработки более эффективных и точных методов визуализации и анализа в различных областях — от биомедицинских исследований и диагностики до аналитической химии и разработки новых материалов.

В дальнейшем планируется изучение свойств открытых флуорофоров в водных средах и их биомедицинские приложения, например фотодинамическая терапия раковых опухолей, отмечают исследователи.

Источник: пресс-служба ФИЦ ПХФ и МХ РАН.