Версия для печати

Новый тип молекулярных переключателей может помочь в борьбе с онкологическими заболеваниями

Химики из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН совместно с коллегами из Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН на основе широко известных красителей – фталоцианинов получили новый класс молекулярных переключателей – веществ, которые обратимо меняют свои свойства под действием внешних факторов – света, нагревания или химических превращений. В данном случае, свойства красителя зависели от кислотности раствора – так, под действием щелочи они превращались в формы, способные поглощать инфракрасный свет, тогда как это свойство пропадало в присутствии кислоты. Поскольку ткани тела наиболее прозрачны именно для инфракрасного света, такие красители могут использоваться в медицине для терапии и диагностики онкологических опухолей, чья кислотность обычно отличается от здоровых тканей. Работа опубликована в престижном журнале Американского химического общества JACS.

«Необычность этого открытия заключается в том, что впервые мишенью для переключения свойств фталоцианинов стало их незыблемое свойство – ароматичность. В органической химии термин ароматичность используется для описания строения и свойств циклических молекул с особенно устойчивой замкнутой системой сопряженных химических связей. Размыкание этого контура связей без разрушения фталоцианинового кольца ранее считалось невозможным, но именно такую реакцию мы и смогли открыть» – прокомментировала работу один из авторов статьи, главный научный сотрудник ИОНХ РАН, член-корреспондент РАН Юлия Горбунова.

Фталоцианины – это получаемые в промышленных масштабах синтетические синие и зеленые красители, чьи молекулы представляют собой замкнутые циклы, построенные из атомов углерода и азота, а в центре этих колец находятся атомы металлов, например, меди, железа, кобальта и т.п. По своему строению и свойствам такие молекулы похожи на широко известные природные красители – зеленый хлорофилл растений и красный гем крови. В последнее время фталоцианины все шире применяются и в других областях современной электроники и медицины, например, для проведения фотодинамической терапии онкологических и бактериальных заболеваний. Для этого химики научились модифицировать их структуру и придавать им новые свойства, в том числе и за счет введения в полости их колец различных элементов Периодической таблицы Д. И. Менделеева.

Ранее изученные методы модификации фталоцианинов сохраняли их ароматичность, но химикам удалось найти первый пример, когда она нарушается. Для этого в полость фталоцианинового кольца ввели атом фосфора, несущий большой положительный заряд. Благодаря этому получившиеся молекулы стали способны присоединять отрицательно-заряженные частицы – например, гидроксид-анионы, содержащиеся в щелочах, с образованием уникальных неароматических фталоцианинов. Вернуть им ароматичность позволяет введение в систему кислоты, при этом молекула полностью восстанавливает свои исходные свойства. Этот процесс может повторяться неоднократно.

Такие переключатели могут стать основой принципиально новых технологий, связанных с созданием умных материалов для медицины и электроники, а важность развития этого направления подчеркивается присуждением в 2016 г. Нобелевской премией по химии «за дизайн и синтез молекулярных машин» (Ж.-П. Соваж, Дж. Стоддарт и Б. Феринга).

Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (№20-33-70145), Российским научным фондом (№19-13-00410) и Министерством науки и высшего образования РФ.

Источник: Filipp M. Kolomeychuk, Evgeniya A. Safonova, Marina A. Polovkova, Anna A. Sinelshchikova, Alexander G. Martynov, Alexander V. Shokurov, Gayane A. Kirakosyan, Nikolay N. Efimov, Aslan Yu. Tsivadze, Yulia G. Gorbunova. Switchable Aromaticity of Phthalocyanine via Reversible Nucleophilic Aromatic Addition to an Electron-Deficient Phosphorus(V) Complex. JACS. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.1c05831

Фото коллектива авторов

 

Принцип действия молекулярных переключателей