Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В рамках реализации первого года Проекта были выполнены все поставленные цели и решены ключевые задачи. Были разработаны и успешно реализованы оригинальные методики получения алкилирующих агентов, содержащих редокс-активные группы, и низкомолекулярных редокс-активных ИЖ, содержащих катехольные и виологеновые фрагменты. Структура полученных соединений была охарактеризована и подтверждена комплексом методов (спектроскопия ЯМР 1H и 13C, ИК-спектроскопия, масс-спектрометрия и РСА). Была проведена замена бромид-анионов в синтезированных соединениях на бистрифлимид-анион, в результате которой получен ряд гидрофобных ИЖ. Изучено влияние аниона на температуру плавления и разложения полученных соединений. Замена бромид-иона на бистрифлимид-анион привела к понижению температуры плавления на 27 – 225 °С в случае катехольных соединений с ацилгидразоновым линкером, более чем на 155 °С – для катехольных соединений с алкилиминовым линкером, а также более чем на 89 °С – для виологеновых производных. Низкомолекулярные катехольные производные с алкилиминовым линкером и виологеновые производные с бистрифлимид-анионом оказались жидкими при комнатной температуре. Было установлено, что синтезированные ИЖ с бистрифлимид-анионом являются термически стабильными соединениями с температурой разложения в интервале 291–428 °С. Для катехольных ИЖ с ацилгидразоновым линкером обнаружена селективность связывания катионов меди(II) по сравнению с другими двухвалентными катионами d-металлов (Ni(II), Co(II) и Zn(II)). Рассчитанные методом спектрофотометрического титрования константы связывания ионов меди(II) находятся в диапазоне 1.6×104 – 1.16×105 М-1. Было установлено, что низкомолекулярные ИЖ не связываются с рядом аминокислот (фенилаланин, тирозин, цистеин, глицин, триптофан), антиоксидантов (аскорбиновая кислота, лимонная кислота) и метаболитов (дофамин, мочевая кислота, АТФ, АДФ, АМФ, мочевина), но взаимодействуют с бычьим сывороточным альбумином, стабилизируя его, с образованием монодисперсных супрамолекулярных систем с гидродинамическим диаметром 5.4–6.4 нм и низким индексом полидисперсности (0.21–0.28) (в случае систем в соотношении 1:1). Было также показано, что виологеновые производные способны к образованию ярко окрашенных катион-радикальных форм при добавлении этилендиамина. Изучены электрохимические характеристики синтезированных соединений как в органической (ацетонитрил), так и в водно-органической (вода-ацетонитрил) средах. Выявлено протекание двух одноэлектронных стадий электроокисления новых катехольных производных в ацетонитриле. Электродные реакции относятся к электрохимически необратимым процессам, т.к. величина разности потенциалов пиков значительно превышает теоретическую (~ 900 мВ против 57 мВ). Зарегистрировано влияние бромид-ионов на электрохимические характеристики синтезированных соединений в ацетонитриле. Предложена схема электрохимического процесса, которая включает две последовательные одноэлектронные и однопротонные стадии превращения катехола в о-бензохинон. Для водно-органической среды зарегистрирован диффузионно контролируемый электрохимически необратимый двухэлектронный процесс. Выявлено снижение разности потенциалов пиков по сравнению с экспериментами в органической среде (~300 мВ против ~900 мВ). Рассчитаны гетерогенные константы скорости переноса электрона: ~6×10-3 см/с для катехольных соединений с ацилгидразоновым линкером и ~4×10-3 см/с для виологеновых производных. Выявлено значительное перенапряжение реакции электроокисления для катехольных производных. Коэффициенты переноса электрона для трибутильного, триэтильного и имидазолиевого производных составили 0.76±0.02, 0.69±0.05 и 0.57±0.02, соответственно. С применением метода хроноамперометрии были рассчитаны коэффициенты диффузии в смеси буфер Бриттона-Робинсона - ацетонитрил, рН=7 для катехольных (~7×10-6 см2/с) и виологеновых (~3×10-7 см2/с) производных. Проведена оценка влияния потенциальных аналитов на редокс характеристики синтезированных соединений. Наиболее значимые изменения в электрохимическом поведении катехолов наблюдались в присутствии аналитов, проявляющих редокс-активность в выбранной области потенциала. Для аскорбиновой кислоты, допамина и цистеина выявлено существенное влияние на вольтамперометрические характеристики синтезированных соединений. Наиболее вероятным объяснением является протекание промежуточных химических реакций с участием упомянутых соединений. Эксперименты с виологеновыми производными не выявили каких-либо изменений в вольтамперометрических сигналах. Разработана методика модификации стеклоуглеродного электрода, позволяющая получать воспроизводимые сигналы синтезированных редокс-активных соединений. Использование углеродной черни в качестве подложки для новых соединений позволило значительно улучшить условия электронного обмена, что выражалось в снижении разницы потенциалов пиков окисления/восстановления катехолов (~20 мВ против ~350 мВ для электрода без углеродной черни). Рассчитанные с применением теории Лавирона для поверхностно-контролируемых процессов значения коэффициентов переноса и гетерогенных констант скорости переноса электрона в случае катехолов находились на уровне 0.57±0.07 и 9.12±0.13 с-1, а для виологеновых производных – 0.51±0.06 и 3.95±0.18 с-1, соответственно. Выявлено практически полное подавление сигналов синтезированных катехолов в 20 мкМ растворе цистеина. Предварительное электроокисление катехола в растворе без цистеина и последующее добавление указанного аналита позволило зарегистрировать отклик на концентрацию 2 мкМ. С учетом микромолярного содержания гомоцистеина, глутатиона и цистеина в плазме крови здорового человека, полученные результаты позволят осуществлять разработку чувствительных устройств, в том числе с использованием макроциклических производных. Супрамолекулярная сборка макроциклов на поверхности электрода позволит получать более структурированные модифицирующие покрытия, что приведет к улучшению воспроизводимости регистрируемых сигналов.