КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 20-73-10077
НазваниеРазвитие эффективных подходов к синтезу новых азагетероциклических лигандных систем в дизайне перспективных материалов для электрокатализа, сенсорики и других областей молекулярной электроники
РуководительВараксин Михаил Викторович, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина", Свердловская обл
| Период выполнения при поддержке РНФ | 07.2023 - 06.2025 |
Конкурс Конкурс 2023 года на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными (50).
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-101 - Синтез, строение и реакционная способность органических соединений
Ключевые словаазагетероциклы, нуклеофильное замещение водорода, концепция PASE, зеленая химия, азагетероциклические лиганды, фотолюминесцентные материалы, электрохимический катализ, бесферментный анализ
Код ГРНТИ31.21.27
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект 2023 является логическим продолжением проекта 2020 и направлен на разработку высокоэффективных методов и подходов к синтезу перспективных молекулярных систем, содержащих азагетероциклические функциональные блоки (фрагменты азолов и азинов) и другие функциональные группы, ответственные за настройку желаемых структурных, фотофизических, электрохимических и других ценных свойств. В результате реализации проекта предполагается получить ранее неизвестные молекулярные ансамбли и металлокомплексные соединения, обладающие ценными фотофизическими и электрокаталитическими свойствами, – кандидаты для разработки материалов для хемосенсоров с фотолюминесцентным и электрохимическим механизмом фиксации аналитического сигнала, а также других устройств молекулярной электроники. В проекте 2023 сделан акцент на исследование перспектив и возможностей применения синтезированных молекулярных систем в качестве хемосенсоров для селективного молекулярного распознавания ряда пищевых и экотоксикантов, разработку оригинальных подходов к структурированию рецепторного слоя, а также создание лабораторных прототипов электрохимических сенсоров и флуоресцентных тест-полосок для интегрального и индивидуального (полу)количественного экспресс-определения некоторых наиболее актуальных эко- и пищевых токсикантов.
Ожидаемые результаты
В результате реализации проекта будут разработаны эффективные подходы к синтезу перспективных азагетероциклических молекулярных систем при использовании различных синтетических стратегий (путем построения базовой гетероциклической матрицы на основе реакций гетероциклизации с разнообразными ациклическими субстратами и функционализации заранее сконструированного азагетероциклического фрагмента на поздних стадиях синтеза), включая оптимизацию условий реакции, изучение механизма (отдельных элементарных стадий) химических превращений. В результате будут получен широкий ряд новых функциональных производных различной архитектуры с ценными фотофизическими и/или электрохимическими характеристиками. На основе синтезированных азагетероциклических лигандных систем будут получены металлокомплексные соединения разнообразной архитектуры. Будет произведена спектральная идентификация и комплексное исследование структурных, фотофизических и других свойств синтезированных азагетероциклических молекулярных систем и металлокомплексов на их основе.
Будет проведено исследование физико-химических свойств синтезированных оригинальных соединений и характера их направленного изменения в результате супрамолекулярного взаимодействия с аналитами как в объеме раствора, так и на поверхности сенсора с применением комплексного подхода, включая расчетные методы; предложены вероятные механизмы взаимодействия «аналит-рецептор». Будут разработаны оригинальные подходы структурированию рецепторного слоя электрохимических сенсоров.
Будут разработаны и апробированы на модельных растворах и реальных объектах оригинальные способы электрохимического/флуорометрического определения некоторых нитрогетероароматических антибиотиков (хлорамфеникола, метронидазола нитрофурана), биогенных аминов (гистамина, тирамина, серотонина) и пестицидов (тиаметоксам, дикамба). Групповая и индивидуальная селективность определения будет обеспечена посредством включения в структуру сенсорного слоя полимеров с молекулярными отпечатками и/или специфичного супрамолекулярного распознавания. Полученные результаты будут верифицированы с использованием в качестве референсных методов ИФА и ВЭЖХ.
Таким образом, результаты проекта составляют научную базу для разработки удобных и эффективных подходов для синтеза перспективных азагетероциклических лигандных систем, конструирования новых органических ансамблей и металлокомплексов различной архитектуры на их основе, необходимых для создания материалов рабочих элементов электрохимических и фотолюминесцентных сенсоров для эко-, био- и фарммониторинга, а также соответствуют мировой научной повестке и направлены на реализацию перехода к новым материалам органической электроники (нелинейной оптики, сенсорики, спинтроники и др.).
Предлагаемые решения имеют важное значение для обеспечения устойчивого научно-технологического развития Российской Федерации, особенно в условиях введенных санкционных ограничений в отношении технологий и материалов для электроники и других прорывных областей науки и техники.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Проект направлен на разработку эффективных методов и подходов к синтезу перспективных молекулярных систем, содержащих азагетероциклические функциональные блоки (фрагменты азолов и азинов) и другие функциональные группы, ответственные за настройку желаемых структурных, фотофизических, электрохимических и других ценных свойств.
За отчетный период проведен синтез перспективных азагетероциклических систем на основе специальным образом сконструированных азагетероциклических субстратов при использовании различных синтетических стратегий. Выполнен синтез молекулярных систем на основе шести- и пятичленных азагетероциклов разнообразной архитектуры. Были синтезированы новые флуорофоры на основе функционализированных производных 2H- и 4Н-имидазола. Впервые проведена прямая нуклеофильная С-Н функционализация 1,2,3-триазол-1-оксидов под действием пентафторфениллития, были получены новые ценные с практической точки зрения пентафторарилированные 1,2,3-триазолы. Выполнена оптимизация условий проведения синтетических превращений, выбор наиболее эффективных синтетических решений, получены ценные сведения о механизмах химических превращений, выявлены общих закономерности изучаемых структурных трансформаций. Полученные флуорофоры характеризуются ценными фотофизическими свойствами, а также эффектом агрегатного усиления эмиссии.
На основе синтезированных азагетероциклических лигандных систем были получены металлокомплексные соединения различного строения и состава. В частности, стали доступны медные комплексы на основе азолилфенантридинового лигандов, которые далее были исследованы на предмет электрокаталитических свойств при определении холестерина в различных средах. Целевые металлоорганические комплексы в рамках настоящей работы были получены при реакции лигандов с солями переходных металлов, проведена оценка свойств координационных соединений. Выявленные особенности и корреляции структурных свойств разработанных металлокомплексы полезны при создании перспективных материалов для применения в качестве органических светодиодов, хемосенсоров и каталитических систем.
Проведена оценка возможностей применения синтезированных соединений в электрохимической и люминесцентной сенсорике. Выполнено комплексное исследование фотофизических, электрохимических/ электрокаталитических свойств направленно синтезированных соединений и характера их изменения в присутствии некоторых нитрогетероароматических антибиотиков, биогенных и пестицидов. В частности, были изучены фотофизические и электрокаталитические свойства комплексов меди (II) с синтезированными органическими лигандами на основе бипиридинов и триазинов, а также производных карбазола. Исследован характер изменения свойств соединений в присутствии модельных аналитов. Продемонстрирована и объяснена селективность выбранных комплексов по отношению к гистамину в присутствии мешающих компонентов сыворотки крови и к глифосату в присутствии других пестицидов (тебуконазола, тиаметоксама и дикамба). На основании совокупности полученных экспериментальных данных о фотофизических и электрохимических свойствах исследуемых молекул разработаны алгоритмы вольтамперометрического определения хлорамфеникола и подходы к структурированию рецепторного слоя электрохимических сенсоров с использованием разработанных молекулярных систем в качестве кросс-линкеров и агентов самостоятельного молекулярного распознавания.
Таким образом, за отчетный период выполнено исследование вероятных механизмов межмолекулярного взаимодействия. Разработаны оригинальные подходы к электрохимическому/ флуорометрическому определению пищевых и экотоксикантов, структурированию рецепторного слоя сенсоров и обеспечению селективности молекулярного распознавания. Работы будут продолжены на последующем этапе проекта.
Публикации
1. Лавринченко И.А., Никифоров Е.А., Мосеев Т.Д., Вараксин М.В., Цмокалюк А.Н., Нечаев Т.В., Чарушин В.Н., Чупахин О.Н. Synthesis, Photophysical, and AIE Properties of 2H-Imidazole-Derived Push-Pull Fluorophores Synthesis, 56, Art ID: SS-2023-12-0505-OP (год публикации - 2024) https://doi.org/10.1055/s-0042-1751561
2. Мосеев Т.Д., Идрисов Т.А., Лавринченко И.А., Криночкин А.П., Кудряшова Е.А., Копчук Д.С., Вараксин М.В., Зырянов Г.В., Чарушин В.Н., Чупахин О.Н. Превращения 6-[4-(метилтио)фенил]-3-(2-пиридил)-1,2,4-триазинов под действием аринового интермедиата Известия Академии наук. Серия химическая, 72, 12, 2922-2926 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1007/s11172-023-4102-9
3. Мосеев Т.Д., Никифоров Е.А., Вараксин М.В., Валиева М.И., Копчук Д.С., Литвинов И.А., Гавико В.С., Слепухин П.А., Зырянов Г.В., Чарушин В.Н., Чупахин О.Н. Co(II), Cu(II), and Mn(II) complexes based on 2,2’-bipyridine and 3-(2-pyridyl)-1,2,4-triazine ligands containing organofluorine species Inorganica Chimica Acta, 558, 121727 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.ica.2023.121727
4. Мосеев Т.Д., Никифоров Е.А., Цмокалюк А.Н., Вараксин М.В., Чарушин В.Н., Чупахин О.Н. Нуклеофильное замещение водорода (SNH) в 1,2,3-триазол-1-оксидах в синтезе пентафторфенилсодержащих триазолов Известия Академии наук. Серия химическая, 73, 6 (год публикации - 2024)
5. Матюшин Н.С., Лавринченко И.А., Мосеев Т.Д., Вараксин М.В., Чарушин В.Н., Чупахин О.Н. СИНТЕЗ V-СТРУКТУРИРОВАННЫХ ФЛУОРОФОРОВ НА ОСНОВЕ ПЕНТАФТОРФЕНИЛИРОВАННЫХ 5-ТИЕНИЛ-2Н-ИМИДАЗОЛОВ Сборник тезисов VII Международной конференции «Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов» (MOSM 2023), 288 (год публикации - 2023)
6. Мосеев Т.Д., Вараксин М.В., Чарушин В.Н., Чупахин О.Н. Nucleophilic C-H functionalization in the synthesis of luminophores, ligands, and chemosensors Book of abstracts of 9th INTERNATIONAL FALL SCHOOL ON ORGANIC ELECTRONICS, 29 (год публикации - 2023)
7. Мосеев Т.Д., Вараксин М.В., Чарушин В.Н., Чупахин О.Н. РЕАКЦИИ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ ВОДОРОДА В СИНТЕЗЕ ПЕНТАФТОРФЕНИЛИРОВАННЫХ ФОТОАКТИВНЫХ СИСТЕМ Сборник тезисов VII Международной конференции «Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов» (MOSM 2023), 157 (год публикации - 2023)
8. Першин А.А., Акулов А.А., Вараксин М.В., Зырянов Г.В., Чупахин О.Н. ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМА РЕАКЦИИ C-H-АЗОЛИРОВАНИЯ ФЕНАНТРИДИНА В ПРИСУТСТВИИ РЕАГЕНТА SELECTFLUOR Сборник тезисов VII Международной конференции «Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов» (MOSM 2023), 303 (год публикации - 2023)
9. Першин А.А., Акулов А.А., Вараксин М.В., Зырянов Г.В., Чупахин О.Н. SELECTFLUOR-MEDIATED C-H AZOLATION OF PHENANTHRIDINE: INVESTIGATION OF THE REACTION MECHANISM Book of abstracts of «New Emerging Trends in Chemistry» Conference (NewTrendsChem-2023), 267 (год публикации - 2023)
10. Селезнев Ю.А., Лавринченко И.А., Мосеев Т.Д., Вараксин М.В., Чарушин В.Н., Чупахин О.Н. СИНТЕЗ «PUSH-PULL» ФЛУОРОФОРОВ НА ОСНОВЕ ПЕНТАФТОРФЕНИЛИРОВАННЫХ 4Н-ИМИДАЗОЛОВ Сборник тезисов VII Международной конференции «Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов» (MOSM 2023), 312 (год публикации - 2023)
11. Селезнев Ю.А., Мосеев Т.Д., Никифоров Е.А., Копчук Д.С., Зырянов Г.В., Вараксин М.В., Чупахин О.Н., Чарушин В.Н. HIGHLY FLUORINATED Cu, Co, Mn COMPLEXES BASED ON 1,2,4-TRIAZINE-2-PYRIDINE AND 2,2’-BIPYRIDINE LIGANDS Book of abstracts of «New Emerging Trends in Chemistry» Conference (NewTrendsChem-2023), 291 (год публикации - 2023)