Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В рамках выполнения программы исследований 2024 года была опробована и успешно реализована стратегия синтеза водорастворимых фосфоресцентных эмиттеров, демонстрирующих Агрегационно Индуцированную Эмиссию (AIE), с использованием пинцерных комплексов Pt(II), вовлекаемых в RAFT сополимеризацию с поливинилпирролидоном. Была синтезирована серия алкинил- и фосфин-замещенных комплексов типа [Pt(NNC)L]n+, где L –алкинильный или фосфиновый лиганды функционализированные стирольной или винильной функциями, соответственно. Полученные соединения демонстрируют фосфоресценцию в интервале длин волн от 595 до 740 нм с относительно небольшими квантовыми выходами. Контролируемая RAFT сополимеризация полученных комплексов с поливинилпирролидоном привела к образованию амфифильных блок-сополимеров содержащих гидрофильный поливинилпирролидоновый блок и гидрофобный фрагмент образованный 4-7 полимеризованными комплексами платины. В органических растворителях полученные блок-сополимеры существуют в виде индивидуальных молекул, демонстрирующих фотофизические характеристики характерные для изолированных платиновых хромофоров. Напротив, в водных растворах амфифильные блок-сополимеры ожидаемо образуют мицеллы в которых укладка платиновых хромофоров в гидрофобном ядре приводит к их агрегации и проявлению фотофизических свойств характерны для AIE эмиттеров. В частности, максимумы полос эмиссии дают систематический батохромный сдвиг, вплоть до значений 800-900 нм. При этом, несмотря на сдвиг эмиссии в ближнюю ИК область спектра, который обычно сопровождается резким уменьшением интенсивности люминесценции, благодаря AIE эффекту квантовый выход эмиссии даже растет. Были выполнены квантовохимические расчеты электронной структуры полученных комплексов методами DFT и TD DFT в основном и возбужденных состояниях и был определен характер эмиссионных переходов в этих хромофорах. Также было выполнено моделирование AIE эффектов на моделях димеров платиновых хромофоров, которые показали хорошее согласие с экспериментальными данными. Для блок-сополимеров, содержащих фосфиновые комплексы со сложноэфирной группой в пинцерных лигандах был выполнен гидролиз последней и получены AIE водорастворимые хромофоры с эмиссией, зависящей от рН среды в физиологически значимом интервале значений рН. Полученные градировки времени жизни возбуждённого состояния от рН свидетельствуют о возможности применения этих хромофоров в качестве сенсоров на рН в биологических исследованиях, которые запланированы на следующий год выполнения проекта. Таким образом выполненные исследования доказали осуществимость предложенной стратегии синтеза AIE водорастворимых эмиттеров с эмиссией в ближнем инфракрасном диапазоне и потенциалом их применения в биологических экспериментах в качестве меток люминесцентной микроскопии и сенсоров на физиологические параметры.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В результате выполненных в 2025 году исследований была синтезирована серия комплексов Pt(II) с тридентатными N^N^C лигандами, содержащими изонитрил-стирольный лиганд в четвертой координационной позиции. Исследование их фотофизических свойств показало их склонность к агрегации, как в растворе, так и в твердой фазе, с проявлением типичных эффектов агрегационно индуцированной эмиссии (AIE) с фосфоресценцией в красной и ближней инфракрасной (БИК) области. Комплексы вступают в реакцию RAFT полимеризации с поливинилпирролидоном, давая водорастворимые амфифильные блок сополимеры, содержащие несколько платиновых хромофоров в молекуле и образующие мицеллы в водных растворах. Полученные полимеры и мицеллы на их основе также демонстрируют AIE фосфоресценцию благодаря агрегации платиновых хромофоров как внутри молекул блок сополимера, так и за счет их межмолекулярного взаимодействия в ядре мицелл, что приводит к еще более существенному красному сдвигу эмиссии вплоть до значений максимума полосы на 800 нм. Было показано, что полученные сополимеры растворимы и устойчивы в водных средах, обладают низкой токсичностью и легко интернализуются в клетки, при этом их эмиссия в БИК области делает возможным их потенциальное применение в биологических экспериментах в качестве БИК-излучающих зондов, в том числе и в in vivo экспериментах. Также были разработаны методы синтеза плоско-квадратных комплексов Au(III), содержащих C^N^C пинцерные лиганды и алкинильные и изонитрильные лиганды в четвертой координационной позиции и синтезирована серия из пяти соединений этого класса. Исследование фотофизических свойств полученных комплексов выявило, что нейтральные алкинильные комплексы не склонны к агрегации и проявлению AIE свойств, тогда как заряженные изонитрильные соединения агрегируют в твердой фазе с образованием парных агрегатов, демонстрирующих AIE. Для алкинильных комплексов аналогичное отсутствие AIE наблюдается и в блок-сополимерах на их основе, полученных в результате RAFT сополимеризации с поливинилпирролидоном. Очевидно, что такое поведение отражает фундаментальные свойства этого класса комплексов Au(III), связанные с особенностями их электронной структуры. С целью расширения круга комплексов золота, которые потенциально способны к проявлению AIE, были получены алкинильные комплексы Au(III), содержащие N^C бидентатный лиганд: [(фенилпиридин)AuCl(алкинил)]. Синтетические подходы к синтезу этого класса соединений еще недостаточно разработаны и для выбранного типа N^C были разработаны методики и выбраны условия проведения синтезов. В результате были синтезированы два комплекса с различными алкинильными лигандами. Было найдено, что полученные комплексы демонстрируют очень слабую флуоресценцию обусловленную присутствием ароматической системы лиганда. Для получения более ярких фосфоресцентных эмиттеров была сделана попытка замещения хлоридного лиганда на трифенилфосфин, которая привела к получению нового класса соединений, содержащих Au(I) координационный центр и новый сигма-координированный лиганд, полученный в результате {2+2} присоединения алкина к фенилпиридину. Таким образом был открыт новый класс реакций, приводящий к расширению ароматических систем N^C лигандов и получению ярких фосфоресцентных эмиттеров Au(I). Более того, относительно простые реакции позволили выделить синтезированные ароматические системы в свободном состоянии, что делает эту химию еще более привлекательной с самых разных точек зрения. Полученные соединения в твердой фазе демонстрируют AIE свойства и сохраняют в своем составе стирольную функцию, что делает их перспективными реагентами для получения блок сополимеров с поливинилпирролидоном и использования синтезированных продуктов в качестве меток в люминесцентной микроскопии. Использование более широкого спектра N^C лигандов даст возможность существенно разнообразить фотофизические свойства как комплексов, так и блок сополимеров для применения в биомедицинских исследованиях в рамках программы следующего года исследований. Также были выполнены синтезы блок сополимеров поливинилпирролидона с фосфиновыми пинцерными комплексами платины и исследованы их физико-химические свойства и фотофизические характеристики. Эти исследования показали, что в водных средах блок сополимеры существуют в виде дисперсий агрегированных мицелл с размерами порядка 150 нм, в которых внутри и межмолекулярная агрегация платиновых хромофоров приводит появлению AIE эмиссии в интервал длин волн 720-770 нм. Фотофизические свойства этих дисперсий были детально исследованы включая определение зависимостей времен жизни от рН в водных средах. Однако, биологические эксперименты на культуре клеток СНО-К1 показали, что эти дисперсии после гидролиза в значительной мере теряют агрегативную устойчивость и при интернализации в клеточную культуру образуют микроразмерные агрегаты, которые оседают во внеклеточном пространстве и на поверхности клеток, не давая возможности провести измерения во внутриклеточной среде. Тем не менее, проверка работоспособности одного из сенсоров с помощью метода PLIM показала, что сенсор с достаточно высокой достоверностью способен отличать в биологическом объекте области/компартменты с кислой и нейтральной реакцией среды. Точность определения рН в биологических системах с помощью этого типа сенсоров можно и нужно существенно увеличить путем модификации физико-химических свойств молекул блок сополимеров, которые бы предотвратили их агрегацию. Достичь этой цели можно путем изменения природы стартового гидрофильного полимера, работа в этом направлении сейчас активно ведется и будет продолжена по программе исследований следующего года. По тематике проекта в сети интернет опубликовано интервью с руководителем проекта: https://rscf.ru/news/interview/mnenie-rnf-sergey-tunik-i-aleksey-shaposhnik-o-sensornykh-i-diagnosticheskikh-materialakh/