Стабильные нитроксильные радикалы в физико-химических исследованиях Содержание • Нитроксильные радикалы • ЭПР нитроксилов • Примеры изучения различных объектов с использованием нитроксилов: – Циклодекстрины – Кукурбитурилы – рН чувствительные нитроксилы – молекулярное распознавание – Молекулярные машины Нитроксильные радикалы Применение нитроксильных радикалов Соль Фреми ТЕМПО Синтезирован в 1960 году Лебедевым и Казарновским • • • • • • • Спиновые метки и ловушки стабилизаторы pH-чувствительные зонды регистрация NO и O2 тушение флюорисценции ЭПР-томография Моделирование взаимодействий нанокапсул и лекарственных препаратов Образование комплекса – детектирование методом ЭПР H g H S a S I Изменение ширины линий за счет уменьшения подвижности Изменение g и aN Комплексы с циклодекстринами Org. Biomol. Chem., 2009, 7, 598–602 рН-чувствительные нитроксильные радикалы pK=6.26 a N ( pH ) a RH aR a 1 10 RH pK pH наблюдаемая aN зависит от показателя pH среды 6 Biol.Magn.Res.,1998, v.14, 109-180. Проблема восстановление нитроксилов до диамагнитных соединений Решение проблемы: - Супрамолекулярные комплексы типа «гость-хозяин». Детектирование Н+, NO Защита от восстановления 7 Комплексы с кукурбитурилами Образуется ли комплекс ? Происходит ли протектирование от восстановления ? Сохраняется ли рН-чувствительность 8 Образование комплекса ATI CB7 (1:2) pH 3.8 pH 6.7 (◊) ATI (○) ATIH+ (●) ATIH+@CB7 pH 9.0 I. Kirilyuk, D. Polovyanenko, S. Semenov, Grigor’ev, O. Gerasko, V. Fedin,E. Bagryanskaya, J. Phys. Chem. B 9 2010, 114, 1719–1728 Функциональные свойства a N ( pH ) a RH aR a 1 10 RH pK pH ATI (ΔaN = 0.08 мТ) ATI/CB = 1:2 (ΔaN = 0.13 мТ) ATI/CB = 1:4 (ΔaN = 0.16 мТ) при образовании комплексов с CB7 – изменение эффективного pK – повышение наблюдаемого ΔaN 10 Устойчивость к восстановлению Аскорбиновая кислота (витамин С) ATI (kATIH+= 26 ±1 M-1c-1) ATI/CB7 = 1:2 (kobs= 16 ±1 M-1s-1) ATI/CB7 = 1:10 (kobs= 5.6 ±0.4 M-1s-1) ATI/CB7 = 1:40 (kobs= 0.44 ±0.03 M-1s-1) pH 3.0 kATIH+@CB7 < 0.02 kATIH+ CB7 предохраняет инкапсулированные нитроксильные радикалы от восстановления аскорбиновой кислотой Комплексы с кукурбитурилами Образуется комплекс Происходит протектирование от восстановления Сохраняется рН-чувствительность 12 Распознавание клеткой молекул - модель Комплексообразование модифицированного CD и дендримера Изменение времени корреляции Org. Biomol. Chem., 2006, 4, 3505–3510 Молекулярные машины M Lucarini et al - Nitroxide biradicals as thread units in paramagnetic cucurbituril-based Rotaxanes// Org. Biomol. Chem., 2011, 9, 2920–2924 Комплексы с циклодекстринами Селективное тушение флюоресценции Krishnan, R. V.; Varma, R.; Mayor, S. J. Fluoresc. 2001, 11, 211-226. Тушение флюоресценции распознавание Селективное тушение флюоресценции Стационарный ЭПР J. Org. Chem. 2006, 71, 7657-7667 7657 Импульсный ЭПР ESEEM I=(1+ksin(wt) exp(-t/Tn))*exp(-t/T1) w Nuclear frequency k, 1/d Number of nuclear Импульсный ЭПР ESEEM D2O D2O D2O O D2O D2O D2O N D2O O or HO C HN K=0.61 Attached nitroxide 1,0 intensity 0,8 0,6 0,4 time,s 0,2 0 2 4 6 or C K=0.49 K=0.47 Free nitroxide D2O D2O 8 Attached nitroxide + andamantanol Заключение • Нитроксильные радикалы – частицы с неспаренным электроном • Нитроксильные радикалы изучают методом электронного парамагнитного резонанса • С помощью нитроксильных радикалов можно изучать структуру различных молекул.