Синтез и исследование новых хемосенсорных люминофоров дендримерной природы

Название проекта:

Синтез и исследование новых хемосенсорных люминофоров дендримерной природы

Номер проекта:

18-33-00459

Код конкурса:

мол_а

Руководитель проекта:

Тутов Михаил Викторович

Сроки выполнения:

22.03.2018 – 30.04.2020

Основные полученные результаты:

В ходе исследований были разработаны новые оптические хемосенсоры, имеющие как молекулярное, так и дендримерное строение. Дендримеры – это особый класс разветвленных полимеров, обладающих регулярным строением, точно заданной молекулярной массой, достаточно большим и определенным размером молекул, и, в связи с этим, уникальными свойствами. В результате проведенных исследований по синтезу новых дендримерных хемосенсоров была отработана методика функционализации дендримеров гидрохлоридом цистеамина и родамином 6Ж с высокими выходами и полной степенью функционализации.

Проведенные экспериментальные и теоретическое исследования оптических характеристик полученных полифункционализированных люминофоров свидетельствуют о реализации в их структуре эффектов внутримолекулярного фотоиндуцированного переноса электрона и внутримолекулярного фотоиндуцированного переноса дырки, позволяющими таким молекулам эффективно поглощать и быстро переносить энергию на акцепторную группу.

Так же был получен новый молекулярный хемосенсор на основе родамина 6Ж и азакраун-эфира-5. Исследование его оптических и сенсорных характеристик показало, что для данного соединения могут быть реализованы различные типы взаимодействия с катионами металлов, приводящие к возникновению двух возможных вариантов оптического отклика: либо взаимодействие, связанное с координацией гидразидной группы с анализируемым ионом, без возникновения флуоресценции, либо взаимодействие с гидразидной и краун-эфирной группой с флуоресцентным откликом. В результате, разработанный хемосенсор селективно чувствителен к катионам золота, с возникновением флуоресцентного отклика, и к катионам меди, с изменением поглощения, что позволяет использовать полученный сенсор для определения золота и меди различными методами в смеси в присутствие других катионов. Полученный хемосенсор обладает высокой чувствительностью: пределы обнаружения катионов составили 2*10-6 М для золота и 5*10-7 М для меди, при концентрации сенсора Rhod6G-Crown5 равной 2*10-6 М.

Научная и практическая значимость:

Высокий интерес представляет изучение свойств разработанных фотодендримеров при воздействии оптических полей высоких интенсивностей. При интенсивной накачке возможны случаи одновременного возбуждения большого числа хромофорных групп в молекуле, что можно рассматривать как аналог состояния инверсии заселенностей активной среды лазера. В таких системах возможна реализация интересных энергетических процессов. Так же перспективным направлением исследований является модификация таких дендримеров хелатирующими группами. Энергетические процессы в системе связанных люминофоров очень чувствительны к окружению молекулы. По предварительным экспериментальным данным, добавление к 4-х функционализированному дендримеру трехвалентных металлов (Au, Al, Fe, Cr) увеличивает квантовый выход люминесценции в плоть до 10%, что позволяет надежно детектировать данные металлы в органических растворителях. Так же научный и практический интерес представляет использование фотодендримеров в качестве сенсибилизаторов в фотоэлектрохимических элементах (ячейки Гретцеля), т.к. основным требованием для эффективного преобразования света в электрический ток является образование возбужденных комплексов с пространственным разделением заряда.

Список основных публикаций:

Mironenko A. Yu., Tutov M.V. Chepak A.K. Zadorozhny P.A. Bratskaya S. Yu. A novel rhodamine-based turn-on probe for fluorescent detection of Au ³⁺ and colorimetric detection of Cu ²⁺, Tetrahedron, 2019, Vol. 75, Iss. 11, pp. 1492-1496. DOI: 10.1016/j.tet.2019.01.068