Par ailleurs, le coeur BODIPY est une plateforme prometteuse pour le développement de senseurs de type "dual", car ses propriétés de fluorescence peuvent être aisément modulées par introduction de motifs de reconnaissance sur les positions 3 et 8. Ainsi, la synthèse de colorants de type BODIPY fonctionnalisés par deux récepteurs différents et l'étude de leur comportement photophysique devraient permettre de réaliser des avancées significatives dans le domaine des senseurs fluorescents de type "dual". Le choix des motifs de reconnaissance (en lien avec les analytes ciblés) a été réalisé en tenant compte des critères suivants : accessibilité synthétique, sélectivité et stabilité chimique.

Objectifs du projet de recherche. (1) La conception et la synthèse de senseurs fluorescents de type "dual" à coeur BODIPY, qui pourront permettre la détection en solution de deux cations métalliques différents. ( 2 nouveaux senseurs fluorescents de type "off-on" ciblant un unique analyte (i.e., Al 3+ , Cu 2+ , Zn 2+ , and SO3 2-), fonctionnant à pH physiologique, ont également été proposés. Des résultats probants de détection "dual" ont été obtenus avec les senseurs permettant la détection simultanée des cations Al 3+ and Zn 2+ ou séquentielle de Hg 2+ et HS -.

Contribution personnelle de l'auteur. L'auteur a réalisé une analyse systématique des données de la littérature, il a réalisé les synthèses et caractérisé les produits issus de ces réactions à l'aide de différentes techniques (RMN, spectroscopie IR et spectrométrie de masse). Il a également interprété les données expérimentales, rédigé les parties expérimentales et les fichiers "Supporting Information" des publications et présenté ses résultats lors de différentes conférences.

Fiabilité et validation des résultats de recherche. Les résultats présentés peuvent être considérés comme fiables car les études expérimentales et les validations analytiques ont été réalisées sur des équipements et des instruments certifiés et validés pour fournir des données précises. Les structures des composés synthétisés lors de ce travail ont été confirmée par des analyses RMN 1 H, 13

Principaux résultats de ce travail de thèse

Le but de ce travail était de concevoir des senseurs de Senseur λabs

[nm] ε [М -1 cm 1 ] λem [nm]
Φ [b] [%] Déplacement de Stokes [cm -1 ]

[а] Les spectres ont été enregistrés dans MeCN à 298 K. [b] Le sulfate de quinine a été utilisé comme référence, Φ = 55% dans aq. 0.1 М H2SO4, λex = 310 nm. Toutes les valeurs de Φem ont été corrigées en tenant compte des indices de refraction des différents solvants.

L'intensité du maximum d'absorption diminue régulièrement lors de l'ajout de cations Al 3+ dans la solution de S3 préparée dans MeCN ; on observe également l'apparition d'une nouvelle bande d'absorption (déplacée vers le rouge) centrée à 527 nm. Un point isobestique est également observé à 524 nm (Figure 2a) L'ajout de Al 3+ se traduit également par une exaltation de l'émission de fluorescence caractéristique de la chélation de ce cation par le ligand de type pseudo éther couronne présent au sein de la structure de S3 (Figure 2b). Cette émission est centrée à 547 nm. Il est visualisable à l'oeil nu et le rendement quantique de fluorescence du complexe a été déterminé (FF = 18%). La courbe de titration de type Job confirme la formation d'un complexe 1:1. La constante d'association (Ks) a été déterminée : 3,2•10 3 M - 1 . La limite de détection de Al 3+ avec le senseur S3 est égale à 3.8 µM, ce qui indique une bonne sensibilité de ce dernier.

La réponse fluorogénique de S3 a également été étudiée en, présence de différents cations métalliques afin d'étudier la sélectivité de ce composé pour Al 3+ . Des changements dans les propriétés spectrales de S3 ne sont réellement observés qu'avec Al 3+ . Ainsi, l'ajout de Al 3+ provoque une augmentation de fluorescence d'un facteur 1200, de seulement 90 pour Cr 3+ et négligeable pour tous les autres cations testés : Li + , Na + , K +, Ca 2+ , Ag + , Cd 2+ , Zn 2+ , Co 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Pb 2+ , Hg 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ et Ba 2+ .

Ainsi, nous avons réussi à synthétiser et caractériser cinq nouveaux senseurs fluorescents "off-on" à coeur BODIPY et fonctionnalisés par un motif de type pseudo éther couronne. Nos investigations ont montré que le composé S3 (dérivé d'un 2,6-Et-BODIPY) était un senseur "off-on" efficace et sélectif des cations Al 3+ .

Développement d'un senseur fluorescent de type "off-on" pour la détection des cations Cu 2+

Nous avons ensuite poursuivi l'exploration des senseurs fluorescents à coeur BODIPY et à motif pseudo éther couronne, en introduisant ce dernier en position meso via une "linker" de type méthylène.

L'objectif étant de modifier la sélectivité du senseur en augmentant l'encombrement stérique de son ligand chélatant situé cette fois à proximité du coeur fluorescent BODIPY.

Ainsi, nous avons réalisé la synthèse des dérivés BODIPY S8, S9, S10, S11 et S12 (Schéma 3). La réaction de substitution nucléophile entre l'éthanolamine 8 et le 2,2-chloroéthoxyéthane 9 a conduit au diol 10. Ce composé est ensuite protégé au niveau de son amine secondaire par un groupement Boc (tertbutyloxycarbonyle) et au niveau de ses alcools primaires par des acétates. Un traitement par une solution de HCl dans le 1,4-dioxane permet ensuite de déprotéger l'amine. Ainsi, on a obtenu le motif chélatant Senseur λabs

[nm] ε [М -1 cm -1 ] λem [nm] Φ [b] [%] Déplacement de Stokes [cm -1 ]
L'effet de différents cations métalliques sur les propriétés photophysiques des sondes S8-S12 a ensuite été étudié. Il a été montré que les composés S8, S9 et S11 n'étaient pas sélectifs du cation Cu 2+

en présence de Al 3+ , Fe 3+ et Cr 3+ . A l'inverse, le composé S10, possédant le ligand 2,2'-bis(amino)éthan-1-ol, a montré une bonne sélectivité pour ce cation. En effet, le spectre d'absorption UV-visible de cette sonde (en solution dans MeCN, 15 µM) reste inchangé après ajout de Li + , Na + , K + , Ca 2+ , Ag + , Cd 2+ , Zn 2+ , Co 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Pb 2+ , Hg 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ et Ba 2+ . En revanche, l'addition de Cu 2+ provoque une diminution de son intensité d'absorbance, et un déplacement bathochrome de la bande qui se retrouve avec un maximum centré à 547 nm (Figure 3). Une diminution significative du coefficient d'extinction molaire est également obtenue ; on passe de 53 000 to 26 000 М -1 cm -1 . Les propriétés de fluorescence de la solution de S10 sont également influencées par l'ajout de Cu 2+

(Figure 3b). L'ajout d'un équivalent de Cu 2+ provoque une augmentation de rendement quantique de fluorescence qui passe de 1.1% à 14%. L'ajout d'autres cations métalliques (Li + , Na + , K + , Ca 2+ , Ag + , Cd 2+ , Zn 2+ , Co 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Pb 2+ , Hg 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ et Ba 2+ ) ne provoque pas d'exaltation de fluorescence même si un excès de 10 équiv. est ajouté.

Ainsi, ces résultats démontrent que la nature du "linker" entre le coeur fluorescent BODIPY et le ligand chélatant a un effet significatif sur la sélectivité de complexation des cations métalliques. Nous avons pu identifier un nouveau senseur fluorescent de type "off-on" pour la détection des cations Cu 2+ .

Développement d'un senseur fluorescent de type "off-on" pour la détection des cations Zn 2+

Les senseurs fluorescents possédant un ligand de type di(2-picolyl)amine (DPA) sont connus pour être sélectifs des cations Zn 2+ . Ainsi, nous avons synthétisé le composé S13 qui dérive du coeur fluorescent 2,6-Et-BODIPY, par la fixation du ligand DPA via un linker méthylène (Schéma 4).

Ce composé S13 a été synthétisé à partir du meso-СН2-Cl-BODIPY 18 en réalisant une réaction de substitution nucléophile avec la dipicolylamine 19. Après purification par chromatographie sur colonne de silice, le produit S13 a été obtenu avec un rendement de 31%.

Schéma 4. Synthèse du composé S13.

Les spectres d'absorption et d'émission de ce composé ont été enregistrés dans le MeCN anhydre.

Il est caractérisé par une bande d'absorption relativement large présentant deux maxima à 538 nm et 506

nm (e = 22 000 М -1 cm -1 à 538 nm). Le rendement quantique de fluorescence, déterminé dans un mélange H2O-MeCN (3 : 1, v/v) est de 6% et cette valeur faible confirme un mécanisme de "quenching" de type PeT.

L'ajout de cations Zn 2+ conduit à une modification des spectres d'absorption et d'émission (Figure 4). Après complexation, le maximum d'absorption est déplacé à 556 nm. L'ajout de 1 équiv. de Zn 2+

provoque une augmentation d'un facteur 21 de l'émission de fluorescence à 610 nm (Figure 4). La capacité du senseur S13 à se lier sélectivement aux ions Zn 2+ dans un contexte in vivo a été démontré au travers d'études utilisant des racines de Brassica napus (Figure 4c). Les racines sont mises en croissance dans une solution aqueuse d'ion zinc (250 µM) pendant trois jours puis traité avec le senseur S13. On obtient un marquage brillant avec une accumulation préférentielle dans le cytoplasme.

Un marquage de ces racines avec une sonde commerciale de référence Newport Green TM met en lumière les possibles avantages de S13. Un bruit de fond moins important et une meilleure photostabilité. Ainsi, S13 peut être utilisé pour détecter spécifiquement un excès de zinc au sein des racines de plantes. La sonde S16 est purifiée par chromatographie sur colonne de silice (rendement de 40%).

Les propriétés photophysiques de S16 ont ensuite été déterminées dans l'eau contenant 10% de Cette sonde a ensuite fait l'objet de validations biologiques. En collaboration avec le N. N. Blokhin

National Medical Research Center of Oncology, la sonde S16 a été évaluée pour imager l'hypoxie de cellules du carcinome pulmonaire (ligné cellulaire A549, Figure 10). Elle présente un comportement non usuel car elle donne une réponse "on-off" sous hypoxie. Personal contribution of the author. The author performed a systematic analysis of the literature data, accomplished the syntheses, analyzed the compositions of the reaction mixtures and structures of the reaction products (by NMR and IR spectroscopy and mass spectrometry), interpreted the experimental data, prepared materials for publication, and presented results at conferences.

Reliability and approbation of the research results.

The research results can be considered as reliable because experimental studies and analytical investigations were performed using modern and certified equipment and instruments providing highly accurate data. The compositions and structures of the compounds considered in the work were confirmed by 1 Н,

Main content of the work

The We performed a multistep synthesis of previously unknown compounds S1, S2, S3, S4, and S5, which exhibit selectivity for Al 3+ and act as BODIPY dyes modified at the meso position of the scaffold with pseudo-azacrown groups (Scheme 1).

In the first step, substituted benzaldehydes 4а and 4b were synthesized as the main reagents for the introduction of the pseudo-crown moieties, such as [ (2-(2-acetoxyethoxy) [а] The spectra were recorded in CH3CN at 298 К. [b] Quinine sulfate was used as the reference, Φ = 0.55 in 0.1 М H2SO4, λex = 310 nm. All Φem values were corrected taking into account the changes in the refractive index.

ε [М -1 cm 1 ] λem [nm] Φ [b] [%] Stokes shift [cm -1 ] S1 498
The intensity of the absorption maximum gradually decreased with the addition of Al 3+ to a 15 µМ S3 solution in MeCN accompanied by the formation of a new bathochromically shifted band at 527 nm. An isosbestic point was observed at 524 nm (Figure 2a). The addition of Al 3+ to a 15 µМ S3 solution in MeCN (λex = 504 nm) led to the elimination of fluorescence quenching due to coordination of Al 3+ with an pseudo-crown group, and the S3 solution exhibited intense fluorescence (Figure 2b). The fluorescence emission maximum of the complex of S3

with Al 3+ appeared at 547 nm. The fluorescence enhancement was observed by the naked eye. The quantum yield Ф of the complex was 0.18. The Job's plot experiment confirmed the formation of a 1 :

1 complex between compound S3 and Al 3+ . The association constant (Ks), which was determined by titration experiments of S3 with an Al 3+ solution, was 3.2•10 3 M -1 . The limit of detection for Al 3+ using S3 was 3.8 µМ, which is indicative of a high sensitivity of the sensor.

The fluorescence response of S3 was studied in the presence of different metal cations in order to evaluate the selectivity of this compound for Al 3+ . Significant spectral changes for sensor S3 were observed only with Al 3+ . Thus, the addition of Al 3+ to sensor S3 caused a 1200-fold increase in the fluorescence intensity. Under the same conditions, the addition of Cr 3+ led to only a 90-fold fluorescence enhancement. Other cations, such as Li + , Na + , K +, Ca 2+ , Ag + , Cd 2+ , Zn 2+ , Co 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Pb 2+ , Hg 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ , and Ba 2+ , had no effect on the emission spectra of compound S3.

Therefore, we synthesized and characterized five new BODIPY-based off-on sensors substituted with pseudo-crown groups. Investigations showed that dye S3 with the 2,6-Et-BODIPY core can be considered as an off-on fluorescent sensor selective for Al 3+ cations.

Development of an off-on fluorescence sensor for Cu 2+ cations

In the next step of the work, efforts were focused on designing compounds, in which a pseudocrown group was introduced at the meso position of the BODIPY core through a methylene linker. It was expected that the selectivity of the sensors could be significantly changed with a decrease in the linker length due to steric hindrance to the coordination of metal ions with a receptor group caused by the fluorescent core.

We performed a multistep synthesis of previously unknown compounds S8, S9, S10, S11, and S12, serving as BODIPY dyes modified at the meso position of the scaffold with pseudo-azacrown groups through a CH2 linker (Scheme 3). The condensation of ethanolamine (8) The absorption and emission spectra of compounds S8-S12 were recorded in dry MeCN (water content less than 5%) at room temperature. The photophysical data are given in Table 2.

Table 2. Photophysical properties of compounds S8-S12. a,b

Sensor λabs [a] The spectra were recorded in CH3CN at 298 К. [b] Quinine sulfate was used as the reference, Φ = 0.55 in 0.1 М H2SO4, λex = 310 nm. All Φem values were corrected taking into account the changes in the refractive index.

[nm] ε [М -1 cm -1 ] λem [nm] Φ [b] [%] Stokes shift [cm -1 ] S8 535
The effect of different metals on the photophysical properties of the synthesized dyes S8-S12

was studied. The investigation of compounds S8, S9, and S11 demonstrated that they were not selective for Cu 2+ in the presence of Al 3+ , Fe 3+ , and Cr 3+ . On the contrary, compound S10, which was synthesized using 2,2'-bis(amino)ethan-1-ol, as the chelating group, showed promise for the selective detection of Cu 2+ due to fluorescence enhancement. The absorption spectrum of a S10 solution remained unchanged with the addition of Li + , Na + , K + , Ca 2+ , Ag + , Cd 2+ , Zn 2+ , Co 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Pb 2+ , Hg 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ , and Ba 2+ . Upon the addition of Cu 2+ to a 15 µМ S10 solution in MeCN, the intensity of the absorption maximum gradually decreased, and the bathochromically shifted band with a maximum at 547 nm appeared (Figure 3). Upon the binding of Cu 2+ , the molar absorption coefficient changed from 53 000 to 26 000 М -1 cm -1 . The fluorescence properties of a solution of sensor S10 significantly changed in the presence of Cu 2+ . The addition of one equivalent of Cu 2+ was found to enhance the fluorescence intensity of S10 (Figure 3b) (from Φ = 1.1% for S10 to Φ = 14% for the complex of S10 with Cu 2+ ions). The addition of other metal cations (Li + , Na + , K + , Ca 2+ , Ag + , Cd 2+ , Zn 2+ , Co 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Pb 2+ , Hg 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ , and Ba 2+ ) did not cause changes in the emission intensity even when used in a 10-fold excess.

Therefore, it was shown that the nature of the linker between the BODIPY fluorophore core and chelating groups has a significant effect on the selectivity of complexation with metal cations. In particular, a 2,2'-bis(amino)ethan-1-ol-based off-on fluorescent sensor for Cu 2+ was proposed.

Development of an off-on fluorescent sensor for Zn 2+ cations

Fluorescent sensors based on di(2-picolyl)amine derivatives (DPA) show high potential for the detection of Zn 2+ . Hence, we synthesized the previously unknown compound S13 with the 2,6-ethyl-BODIPY scaffold, which was modified with DPA at the meso position using a methylene linker (Scheme 4).

Compound S13 was synthesized from meso-СН2-Cl-BODIPY 18 by the condensation with dipicolylamine (19). After the purification by column chromatography, product S13 was obtained in 31% yield.

Scheme 4. Synthesis of compound S13.

The emission and absorption spectra of compound S13 were recorded in dry MeCN. The free sensor was characterized by the main absorption maximum at 538 nm and an additional maximum at 506 nm. Compound S13 was shown to have a high extinction coefficient (ε = 22000 М -1 cm -1 ). The quantum yield of free sensor S13 was 0.06 (MeCN/H2O, 1 : 3), which is indicative of efficient fluorescence quenching via the PET mechanism involving the lone pair of the amine nitrogen atom.

The addition of Zn 2+ to a S13 solution led to significant changes in the absorption and fluorescence spectra. The absorption maximum of the complex of S13 with Zn 2+ was shifted to longer wavelengths up to 556 nm. The addition of one equiv. of Zn 2+ to the solution caused a 21-fold fluorescence enhancement at 610 nm (Figure 4). The addition of Li The ability of sensor S13 to selectively bind zinc ions in vivo was demonstrated in studies using roots of Brassica napus (Figure 4c). The sensor showed significant diffuse staining of the root cells.

The treatment of the roots, which were grown within three days in the presence of excess Zn 2+ (250 µМ), with a sensor solution resulted in bright staining accompanied by the clearly visible cytoplasmic accumulation of the metal. A comparison of the root staining with sensor S13 and the commercial probe Newport GreenTM revealed advantages of S13. Thus, sensor S13 produced lower background staining of tissues and had higher photostability. Therefore, S13 can be used to detect zinc excess in plant roots with high specificity.

Development of an off-on dual-mode fluorescent sensor for Al 3+ and Zn 2+ cations

In order to prepare dual-mode sensors for metal cations, we studied the possibility of modifying single-mode sensors S10 and S13 at the position 3 of the BODIPY molecule with a chelating group.

Due to their lability, attempts to synthesize dual-mode sensors based on compounds S10 and S13

failed. Meanwhile, we synthesized dual-mode sensor S14 (Scheme 5) containing the dipicolylamine moiety at the position 3 in three steps starting from compound S3 and aniline [START_REF] Que | Metals in neurobiology: probing their chemistry and biology with molecular imaging[END_REF]. The treatment of aniline 20 with chloromethylpyridine afforded derivative 21. The Vilsmeyer-Haack formylation of the latter gave aldehyde 22. The condensation of 22 with compound S3 at reflux in dry toluene using a Dean-Stark apparatus was accompanied by the formation of target S14. After column chromatography, compound S14 was isolated in 3% yield.

Scheme 5. Synthesis of compound S14.

Study of photophysical properties of compound S14

Compound S14 had a high molar extinction coefficient (ε = 94000 М -1 cm -1 ). The fluorescence spectrum of S14 showed a broad emission band with low intensity at 678 nm. The quantum yield of the free sensor, calculated in MeCN, was Φ ≤ 0.15%. The addition of one equiv. of Zn 2+ and one equiv. of Al 3+ to a 15 µM S14 solution in MeCN was accompanied by the formation of new absorption bands shifted to 575 and 595 nm, respectively (Figure 5a). In the simultaneous presence of Zn 2+ and Al 3+ in a solution of S14, an absorption band appeared at 586 nm, which is indicative of the simultaneous binding of compound S14 to one equiv. of Zn 2+ and one equiv. of Al 3+ .

The ability of compound S14 to detect Zn (1 equiv.).

Hence, we designed a new BODIPY-based off-on dual-mode sensor efficient for the detection of the simultaneous presence of Zn 2+ and Al 3+ in solution.

Development of polyphenol-substituted BODIPY-based sensors

Another important line of research in organic chemistry is the development of fluorescent sensors for the selective simultaneous detection of a number of important bioanalytes, such as biothiols, reactive oxygen species (ROS), and enzymes associated with the hypoxic state of cells. We suggested that (E)-4- (2-(2,8-diethyl-5,5-difluoro-10-(4-hydroxyphenyl)) quenching of the core. Hence, the oxygen atoms can be used as targeted modification sites (Figure 6). The synthesis of BPB is presented in Scheme 6. In the first step, BODIPY fluorophore 24 was synthesized by the condensation of para-hydroxybenzaldehyde [START_REF] Gul | A novel colorimetric/fluorometric dual-channel sensor based on phenolphthalein and Bodipy for Sn (II) and Al (III) ions in half-aqueous medium and its applications in bioimaging[END_REF] and cryptopyrrole ( 6) followed by the treatment with DDQ and BF3•Et2O, respectively. Free bis-phenol BPB fluorophore was synthesized by the Knoevenagel condensation with para-hydroxybenzaldehyde [START_REF] Gul | A novel colorimetric/fluorometric dual-channel sensor based on phenolphthalein and Bodipy for Sn (II) and Al (III) ions in half-aqueous medium and its applications in bioimaging[END_REF].

Scheme 6. Synthesis of BPB fluorophore.

Development of a BPB-based off-on single-mode fluorescent sensor for the detection of SO3 2-

First, we evaluated the potential of fluorogenic BPB for the development of fluorescent sensors promising for the detection of one analyte. To prove this concept, we studied the spectral properties and fluorogenic reactivity of compound S15 bearing two NBD moieties (7-nitro-1,2,3-benzoxazole groups reactive towards S-nucleophiles, in particular SO3 2-).

Sensor S15 was synthesized by the O-arylation of bis-phenol BPB with NBD chloride (NBD-Cl). The reaction was performed in dry CH3CN in the presence of DIPEA (Scheme 7).

Scheme 7. Synthesis of compound S15.

As expected, compound S15 bearing two NBD moieties was non-fluorescent. Compound S15

gave an absorption maximum at 590 nm (10 mM PB + 50 % EtOH, 25 °C), ε = 31800 M -1 cm -1 . The highest fluorescence enhancement was observed after the activation of chemosensor S15 with Na2SO3.

Figure 7a shows the superposition of the emission spectra (the excitation wavelength was 540 nm) of a S15 solution before and after the activation with Na2SO3 (5 equiv., incubation for 3 h in PB + 50%

EtOH at 25°C). The addition of Na2SO3 led to a ca. 25-fold increase in the fluorescence intensity of S15 at 600 nm (fluorescence activation was completed within 18 min, see Figure 7b), which indicates that sensor S15 can be used for the off-on detection of sulfite. The selectivity and the dependence of the activation time of sensor S15 for different Snucleophiles were investigated. Analytes, including HS -, cysteine (Cys), glutathione (GSH), and benzenesulfinic acid, were added in an amount of one equivalent to a solution of sensor S15 in PB + 50% EtOH. The most significant changes in the emission spectrum of the sensor were observed after the addition of SO3 2-. The addition of HS, Cys, and GSH led to a 15-20-fold increase in the fluorescence intensity, but the reaction was much slower (ca. 2 h) (Figure 8). Therefore, sensor S15 clearly demonstrated the potential of the bis-phenol fluorogenic BPB scaffold for the design of fluorescent sensors for the low-background detection of S-nucleophiles. The limit of detection for SO3 2-was 1.4 × 10 -9 M, which is indicative of high sensitivity of the sensor.

Development of a water-soluble tris-phenol-BODIPY-based fluorescent sensor for the detection of cancer cell hypoxia

We used tris-phenol-BODIPY as a platform for the design of fluorescent sensors and prepared a water-soluble far-red fluorescent sensor for the detection of hypoxic status in cancer cells. The design of the sensor was driven by the following considerations: (1) the meso-phenolic moiety of the sensor molecule controls the fluorescence of the BODIPY core after the removal of the protecting group, selective for nitroreductase (NTR), which is one of the key enzymes of hypoxia-sensing pathways in cells and (2) two other phenolic moieties were used for the orthogonal functionalization of molecule S16 with water-soluble groups (Figure 9). Compound S16 was prepared from commercially available reagents in four steps according to synthetic Scheme 8. First, benzaldehyde derivative 25 bearing a 4-bromobutoxy group was synthesized followed by the Knoevenagel condensation of compound 24 with excess benzaldehyde 25 (5 equiv.) in the presence of piperidine and para-toluenesulfonic acid (TsOH) in refluxing dry toluene. Under these conditions, we succeeded in preparing compound 26. The О-acylation of the phenolic group with para-nitrobenzyl choroformate in the presence of Et3N afforded compound S16, which was isolated in the pure form by silica gel column chromatography in 40% yield.

Photophysical properties of sensor S16 were studied in water containing 10% DMSO to diminish the formation of non-fluorescent H-type aggregates. The absorption spectrum of S16 shows an intense band with a maximum at 659 nm (ε = 19000 М -1 cm -1 ). The fluorescence emission spectrum of S16 has a broad emission band with a maximum at 686 nm. Interestingly, the quenching with the paranitrobenzyl moiety was less efficient than expected. The relative fluorescence quantum yield of S16 was Ф = 0.15.

Scheme 8. Synthesis of fluorescent sensor S16.

In the next step, we evaluated the potential of S16 using an in vitro biological model of hypoxia.

In collaboration with the N. N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology, sensor S16

was used for the imaging of hypoxia in living cells (A549 lung carcinoma cell line) (Figure 10). It was demonstrated that compound S16 can be employed for the imaging of hypoxic status in lung carcinoma cells. The hypoxic samples have lower fluorescence compared to the normoxic samples (Figure 10b).

Development of BPB-based off-on dual-mode fluorescent sensors

We expected that BPB-based compounds S17-S19 (Figure 11) can be sensitive for Hg 2+ coupled with ROS (such as the superoxide anion radical (O2 •-) or the hypochrorite anion (OCl -)) or HS -.

Figure 11. Structures of compounds S17-S19.

Since it is known that Hg 2+ facilitates the hydrolysis of the vinyl ether group (under physiological conditions), we modified the hydroxy group at styryl phenol with this alkene moiety.

The hydrogen atom of the second phenolic group (at the meso-aryl position) was replaced by the ROS/HS --selective group. The synthesis of dyes S17-S19 is presented in Schemes 9 and 10. Sensor Since Hg 2+ and HS -analytes can together to form a precipitate of HgS, the activation of S19 upon the simultaneous incubation with this pair of analytes was not considered. Nevertheless, we succeeded in developing two previously unknown BODIPY-based dual-mode probes for the detection of the simultaneous presence of Al 3+ and Zn 2+ in acetonitrile solutions and the successive appearance of Hg 2+ and HS -in physiological media.

Conclusions

1. Methods were developed for the synthesis of previously unknown pseudo-crown-containing boron dipyrromethene complexes (BODIPY). The linker between the fluorescent core and the pseudo-crown chelating group was shown to have a significant effect on the selectivity of binding of dyes to heavy metal cations. Off-on sensors selective for Al 3+ and Сu 2+ were found based on investigation of the spectral properties of a series of the synthesized compounds.

It was shown for the first time that a BODIPY derivative functionalized by the dipicolylamine

moiety at the meso position through a methylene linker can be used for the selective detection of Zn 2+ in aqueous media and for the imaging of Zn 2+ distribution in plant tissues.

3.

A method for the synthesis of a previously unknown BODIPY-based off-on dual sensor containing pseudo-crown and dipicolylamine chelating groups was developed and applied. This sensor was shown to be efficient for the detection of the simultaneous presence of Al 3+ and Zn 2+ in solution.

Prospects of the use of BODIPY-based polyphenol-substituted dyes as a universal platform for

the design of fluorescent sensors for different bioanalytes were systematically examined for the first time. Facile methods were developed for the synthesis of BODIPY derivatives containing chelating and/or reactive groups active towards S-nucelophiles, reactive oxygen species, and Hg 2+ and sensitive to cancer cell hypoxia. Для разработки МЛЭ на основе флуоресцентных сенсоров используются различные фотофизические механизмы, три основных из которых это фотоиндуцированный перенос электрона (PET) [7], межмолекулярный перенос заряда (ICT) [8,9] и резонансная передача энергии (RET) [10][START_REF] Boens | Fluorescent indicators based on BODIPY[END_REF][START_REF]Infochemistry: information processing at the nanoscale[END_REF].

It was shown that off-on chemosensors selective for SO3

Флуоресцентный сенсор, основанный на PET-механизме состоит из рецептора, который селективно и обратимо связывается с аналитом, и флуорофора, который обеспечивает оптические свойства молекулы, а также линкера, который соединяет оба фрагмента вместе и обеспечивает электронную коммуникацию между рецептором и флуорофором.

Флуоресцентные сенсоры, основанные на PET, могут быть селективными по отношению к различным химическим и физическим аналитам, а именно протонам, катионам металлов, анионам, нейтральным органическим молекулам и даже наночастицам [START_REF] Boens | Fluorescent indicators based on BODIPY[END_REF].

В самом простом случае изменение распределения заряда в PET-сенсоре происходит в результате перераспределения электронов внутри системы за счет взаимодействия между рецепторной группой и аналитом. Если в качестве аналита выступает ион переходного металла, то эффект гашения/разгорание флуоресценции флуорофора достигается за счет взаимодействия электронов хелатора с d-орбиталью катиона [START_REF] Boens | Fluorescent indicators based on BODIPY[END_REF]. Этот металл играет важную роль в процессах, связанных с развитием растения [START_REF] Sfrazzetto | Synthetic fluorescent probes to map metallostasis and intracellular fate of zinc and copper // Coordination[END_REF]. Между тем, Zn 2+ токсичен для растений в высоких концентрациях [START_REF] Hamilton | Optical probes for the detection of protons, and alkali and alkaline earth metal cations[END_REF][START_REF] Jiang | Fluorescent detection of zinc in biological systems: recent development on the design of chemosensors and biosensors[END_REF]. Cu 2+ является окислительновосстановительным кофактором многих ферментов в организме человека [74]. Повышение уровня Cu 2+ в организме может вызвать повреждения желудочно-кишечного тракта, печени или почек [START_REF] Que | Metals in neurobiology: probing their chemistry and biology with molecular imaging[END_REF][START_REF] Zhao | Highly sensitive and selective colorimetric and off-on fluorescent chemosensor for Cu2+ in aqueous solution and living cells[END_REF][START_REF] Barranguet | Copper-induced modifications of the trophic relations in riverine algal-bacterial biofilms // Environmental Toxicology and Chemistry[END_REF].

Существует

III. Обсуждение результатов

Таким образом, разработка надежных, быстрых и дешевых методов для обнаружения ионов этих металлов имеет большое значение как для охраны окружающей среды, так и для изучения биологических систем. Флуоресцентные методы детектирования обладают значительными преимуществами при обнаружении катионов металлов по сравнению с другими методами детекции, такими как ЯМР, атомно-абсорбционная спектроскопия и массспектрометрия, в их числе легкость пробоподготовки, неинвазивность и т.д. [START_REF] Quinonero | Determination of aluminum at the parts per billion level by solvent extraction and flame atomic emission spectrometry[END_REF][START_REF] Fairman | Comparison of fluorimetric and inductively coupled plasma mass spectrometry detection systems for the determination of aluminium species in waters by high-performance liquid chromatography // Analyst[END_REF] .

В частности, особого интереса заслуживает разработка флуоресцентных сенсоров, позволяющих детектировать одновременное присутствие в растворе двух различных катионов [START_REF] Bozdemir | Selective manipulation of ICT and PET processes in styryl-bodipy derivatives: applications in molecular logic and fluorescence sensing of metal ions[END_REF]. Подобные соединения могли бы стать удобными инструментами экологического мониторинга и анализа патологических состояний, сопряженных с каскадными клеточными процессами в которых принимают участие сразу несколько металлов [START_REF] Que | Responsive magnetic resonance imaging contrast agents as chemical sensors for metals in biology and medicine[END_REF][START_REF] Zhang | Recent progress in fluorescent and colorimetric chemosensors for detection of precious metal ions (silver, gold and platinum ions)[END_REF][82][START_REF] Ma | Metal transporters and metal sensors: how coordination chemistry controls bacterial metal homeostasis[END_REF][START_REF] Fabbrizzi | Sensors and switches from supramolecular chemistry[END_REF]. Эксперимент подтвердил двухстадийное комплексообразование сенсора S7. Вероятно S7 способен образовывать комплекс с Al Для соединений S8-S12 были сняты спектры поглощения и спектр испускания флуоресценции в сухом MeCN (содержание воды менее 5%) при комнатной температуре.

III
Полученные фотофизические данные приведены в таблице 2.

Таблица 2. Данные по поглощению и флуоресценции при комнатной температуре. [а] Спектры записывали в CH3CN при 298 К. [б] Сульфат хинина был использован в качестве эталона Φ = 0.55 в 0.1 М H2SO4, λex = 310 нм. Все значения Φem скорректированы с учетом изменений показателя преломления.

Сенсор λabs [нм] ε [М -1 см 1 ] λem [нм] Φ [b] [%] Стоксов сдвиг [см -1 ] S8 535
Все исследованные соединения демонстрировали профиль поглощения, типичный для производных БОДИПИ: сильное поглощение в области 534-537 нм с относительно высокими молекулярными коэффициентами поглощения (спектры поглощения и испускания соединений S8, S9, S11, S12 приведены в Приложениие) 50000-75000 М -1 см -1 [START_REF] Boens | Fluorescent indicators based on BODIPY[END_REF][START_REF] Loudet | BODIPY dyes and their derivatives: syntheses and spectroscopic properties[END_REF][START_REF] Karolin | Fluorescence and absorption spectroscopic properties of dipyrrometheneboron difluoride (BODIPY) derivatives in liquids, lipid membranes, and proteins[END_REF]. В качестве примера спектры поглощения и испускания соедиения S10 показаны на рисунке 13. -Стабильность каркаса моно-стирил-БОДИПИ не полностью совместима с реакционной способностью АФК, которые могут приводить к его оксилению.

-Для сенсора S19 реакционноспособная группа, а именно 3,4-дихлор-5-гидроксифенил, не была PЕT-активной в контексте выбранного фенольного красителя БОДИПИ (нет соответствия между уровнями энергии ВЗМО-НСМО).

-Для сенсора S20 возможно окисление атомов серы, приводящее к резкому снижению интенсивности флуоресценции. IV. Выводы

III

V. Экспериментальная часть

Спектры ЯМР 1 H, 13

φ fluor = φ fluor R •(S• (1-10 -Ar ) •n 2 )/(SR• (1-10 -A ) •nR 2
Где φ fluor и φ fluor Rквантовые выходы анализируемого раствора и стандарта соответственно, А и АRоптическая плотность анализируемого раствора и раствора стандарта соответственно, S и SRплощадь под кривой спектра флуоресценции анализируемого раствора и раствора стандарта соответственно, n и nRпоказатели преломления растворителей исследуемого вещества и стандартного соединения. 13 C ЯМР (125 МГц, CDCl3): δ 14. 5, 14.7, 20.9, 49.9, 51.1, 61.1, 63.4, 68.4, 69.2, 112.4, 120.9, 123.1, 129.1, 132.1, 142.7, 143.1, 147.7, 154.9, 171.9 (C=O). Гц, 2 × СН), 7.09 (д, 2H, J = 8.5 Гц, 2 × СН). 13 C ЯМР (75 МГц, CDCl3): δ 12.0, 12.5, 14.7, 17.2, 21.0, 49.9, 53.5, 61.2, 112.5, 124.4, 129.4, 129.5, 131.6, 132.6, 138.5, 147.4, 153.3, 171.0 (C=O). , 12.6, 14.7, 17.2, 21.0, 49.2, 51.1, 61.4, 63.6, 68.6, 69.3, 112.2, 123.7, 129.4, 129.5, 131.6, 132.6, 138.6, 141.2, 147.9, 148.8, 153.2, 171.0 (C=O). 19 F ЯМР (282 МГц, 2962, 2926, 1646, 1598, 1539, 1520, 1452, 1386, 1348, 1333, 1240, 1190, 1169, 1141, 1115, 1066, 1047, 1003, 959, 930, 878, 846, 826, 785, 769, 753, 735, 702, 674, 2924, 2869, 1601, 1529, 1509, 1448, 1401, 1387, 1362, 1328, 1264, 1184, 1165, 1113, 1062, 1002, часов. Охлажденный раствор профильтровали, и фильтрат концентрировали в вакууме.

Расчет предела обнаружения сенсора

Продукт выделили флэш-хроматографией (пентан -EtOAc, 100 : 1). Бесцветное масло, выход 732 мг (50%).

CDI карбонилдиимидазол

Au cours de ma thèse, j'ai développé de nouvelles méthodes pour la synthèse de dérivés BODIPY fonctionnalisés par des motifs de type pseudo éther couronne. Pour la première fois, la relation entre la structure et les propriétés spectrales de ces agents chélatants pro-fluorescents a été étudiée. La nature du "linker" entre le coeur fluorescent et le motif chélatant influence fortement la sélectivité de la sonde pour un cation métallique donné. Il a été démontré qu'un dérivé dipicolylamine de BODIPY pouvait être utilisé avec succès pour imager les cations Zn 2+ accumulés au sein de tissus végétaux. La fonctionnalisation d'un coeur BODIPY par deux motifs chélatants distincts a permis d'obtenir une sonde de type "dual" permettant la détection simultanée des cations Al 3+ et Zn 2+ en solution. Dans la seconde partie de cette thèse, le potentiel de dérivés poly-phénoliques de BODIPY dans la conception de sondes fluorescentes de type "dual" a été évalué. A la lumière des résultats obtenus, on peut préciser que la conception de sondes de type "dual" à coeur BODIPY n'est pas une tâche triviale. Un choix judicieux des motifs de reconnaissance et une optimisation de la structure du coeur fluorescent doivent être faits. Il est en outre compliqué de prévoir le comportement spectral des composés. Nous avons néanmoins réussi à développer deux sondes fluorescentes distinctes qui permettent respectivement la détection simultanée de la paire Al 3+ /Zn 2+ dans l'acétonitrile et la détection séquentielle de Hg 2+ et HS -en milieu physiologique simulé.

Mots-clés : cation métallique, colorant BODIPY, fluorescence, sonde intelligente During my Ph. D. work, I have developed methods for the synthesis of BODIPY derivatives modified with pseudo-crown ethers groups, which are synthetically accessible analogs of crown chelating groups. The structure-spectral property relationships for pseudo-crown-substituted BODIPY derivatives were systematically studied for the first time. The nature of the linker between the fluorophore and the chelating group was shown to have a significant effect on the selectivity of the binding of the dyes to metal cations. It was demonstrated that the dipicolylamine derivative of BODIPY can be employed for the selective imaging of Zn 2+ accumulation in plant tissues. The simultaneous modification of the BODIPY scaffold with the pseudo-crown group and the dipicolylamine moiety allowed the preparation of a dual-mode probe suitable for the detection of the simultaneous presence of Al 3+ and Zn 2+ in solution.

Within the framework of the second part of the research work, the potential of polyphenolsubstituted BODIPY derivatives was examined for the first time as a universal platform for the design of off-on fluorescent chemosensors for different bioanalytes. Summarizing the results of the study, it can be mentioned that the design of BODIPY-based dual-mode probes is a nontrivial problem, which requires the accurate selection of receptor groups and the optimization of the structure of the fluorescent core. High molecular complexity of BODIPY functionalized by two different receptor groups and their synthetic inaccessibility interfere with the accumulation and prediction of the properties of such compounds. Nevertheless, we succeeded in developing two previously unknown BODIPY-based dual-mode probes for the detection of the simultaneous presence of Al 3+ and Zn 2+ in acetonitrile solutions and the successive appearance of Hg 2+ and HS -in simulated physiological media.

Keywords: BODIPY dye, fluorescence, metal cation, smart probe

  Ce travail a été réalisé au sein du Laboratoire des Composés Stéroïdes (No. 22) de l'Institut N. D. Zelinski de Chimie Organique de l'Académie des Sciences de Russie (ZIOC RAS) et l'Institut de Chimie Moléculaire de l'Université de Bourgogne, Université Bourgogne Franche-Comté, Dijon, France. DIRECTEUR DE THESE: Igor Viktorovich Zavarzin Docteur en Sciences Chimiques, Responsable du Laboratoire des Composés Stéroïdes (No. 22) de l'Institut N. D. Zelinski de Chimie Organique de l'Académie des Sciences de Russie (ZIOC RAS) CO-DIRECTEUR DE THESE: Anthony Romieu Professeur à l'Université de Bourgogne RAPPORTEURS (POUR LA THESE DE LA FEDERATION DE RUSSIE) : Khidmed Safarovich Shikhaliev Docteur en Sciences Chimiques, Professeur au Département de Chimie Organique de l'Université d'Etat de Voronej (VSU) Oleg Arkadievich Raitman Docteur en Chimie, Directeur de Recherche au Laboratoire de Chimie Physique des Systèmes Supramoléculaires de l'Institut A. N. Frumkin de Chimie Physique et d'Electrochimie de l'Académie des Sciences de Russie (IPCE RAS) ORGANISME DELIVRANT LE DIPLOME (POUR LA THESE DE LA FEDERATION DE RUSSIE) : A. N. Nesmeyanov Institut des Composés Organiques de l'Académie des Sciences de Russie (INEOS RAS) Date, heure et lieu de la soutenance : 16 Décembre 2020, à 12h30 à la salle des thèses D 002.222.01 au sein de l'Institut N. D. Zelinsky de Chimie Organique de l'Académie des Sciences de Russie, située au 47 Leninsky prosp., 119991, Moscou. Les exemplaires de la thèse seront disponibles à la bibliothèque de l'Institut N. D. Zelinsky de Chimie Organique de l'Académie des Sciences de Russie et sur le site http://zioc.ru. Le résumé de la thèse a été envoyé le 27 Octobre 2020. Envoyez votre rapport sur le manuscrit de thèse (en deux exemplaires), par courrier timbré, au Secrétariat Scientifique du Bureau des Thèses du ZIOC RAS, situé au 47 Leninsky prosp., 119991 Moscou. Secrétariat Scientifique du Bureau des Thèses D 002.222.01 ZIOC RAS Docteur en Sciences Chimiques G. A. Gazieva Pertinence du projet de recherche. Le développement de nouvelles stratégies pour la conception de senseurs fluorescents ciblant des cations métalliques, des anions organiques ou inorganiques ou des molécules organiques est une problématique d'actualité et un champ de recherche interdisciplinaire faisant appel à des compétences et des travaux en chimie organique, chimie analytique, chimie de coordination, biologie et médecine. Les méthodes de détection fondée sur la mesure d'un signal de fluorescence sont attractives car elles présentent plusieurs avantages par rapport aux méthodes colorimétriques ou électrochimiques (e.g., des limites de détection plus basses, une plus grande sélectivité et une fiabilité accrue des résultats de détection). Les senseurs fluorescents de type "dual" conçus à partir de fluorophores organiques fonctionnalisés par deux unités de reconnaissance différentes, font l'objet d'une attention toute particulière depuis quelques années. En effet, l'interaction (et/ou éventuellement la réaction) simultanée et sélective d'une paire d'analytes avec de tels senseurs peut se traduire dans certains cas par une suppression totale du "quenching" et une augmentation spectaculaire de l'intensité de fluorescence (réponse fluorogénique de type "off-on"). Ces senseurs fluorescents de type "dual" agissent comme des portes logiques de type booléen. La possibilité de pouvoir détecter deux analytes différents en solution (e.g., deux cations métalliques, un cation métallique et un anion ou une biomolécule, ...) font de ces sondes des outils prometteurs pour le suivi de processus biologiques complexes, le diagnostic de certaines pathologies multifactorielles, ... Un nombre significatif de fluorophores et de motifs de reconnaissance (dans le cas des cations et des anions, on parle souvent de récepteurs) ont déjà été utilisés avec succès dans la conception de senseurs fluorescents de type "dual". Des dérivés de naphtalène et de quinoléine sont les fluorophores les plus populaires dans ce contexte, et des agents chélatants de type éther couronne sont fréquemment utilisés pour la reconnaissance des analytes ciblés. Dans le même temps, les fluorophores à coeur 4,4-difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacène (BODIPY) ont fait l'objet de moins d'attention pour ce type d'applications car leur synthèse est souvent plus complexe. Cependant, les BODIPYs présentent des caractéristiques spectrales intéressantes comme de bons coefficients d'extinction molaire dans certaines régions du spectre visible, des spectres d'émission de fluorescence caractérisés par des bandes relativement fines, de bons rendements quantiques et une stabilité (photo)chimique tout à fait satisfaisante.

  ) L'exploration de sondes fluorescentes de type "dual", également à coeur BODIPY, pour la détection en solution d'un analyte réactif (anion hydrogénosulfure (HS -) ou une espèce réactive de l'oxygène) et d'un cation métallique. Nouveauté scientifique. Un large éventail de colorants BODIPY fonctionnalisés par des motifs de reconnaissance de type éther couronne, sont déjà connus dans la littérature. Dans notre cas, l'introduction du groupement 2-((2-(2-acétoxyéthoxy)éthyl))amino)éthylacétate sur le substituant phényle de la position meso du coeur BODIPY a montré son efficacité pour la conception d'un senseur fluorescent de type "off-on", ciblant les cations Al 3+ . La fonctionnalisation de cette même position par le motif 2,2'bis(amino)éthan-1-ol a permis l'obtention d'un senseur fluorescent de type "off-on" sélectifs des cations Сu 2+ . Il a également été démontré pour la première fois qu'un dérivé dipicolylamine de BODIPY pouvait être utilisé pour la détection sélective des cations Zn 2+ en milieu aqueux, et pour la visualisation de la distribution de ce cation d'intérêt au sein de tissus végétaux. L'introduction combinée des deux motifs éther couronne et dipicolylamine ont permis la conception d'un senseur de type "dual" pour la détection simultanée des cations Al 3+ et Zn 2+ . Nous avons également développé de nouvelles stratégies de synthèse afin d'accéder à des dérivés fluorogéniques de BODIPY réactifs vis-à-vis d'enzymes surexprimés au sein des tumeurs cancéreuses hypoxiques (i.e., nitroréductases) ou de paires d'analytes incluant un nucléophile soufré ou une espèce réactive de l'oxygène et les cations Hg 2+ . Parmi nos différentes réalisations, on peut mentionner un senseur fluorescent "off-on" de type "dual", conçu à partir d'un BODIPY bis-phénolique dont les deux groupements hydroxyle sont protégés par les motifs vinyle et 2,4dinitrobenzènesulfonyle spécifiques de Hg 2+ et HS -respectivement. Importance théorique et pratique de ce travail. Le rationnel entre la structure des senseurs de type BODIPY (ceux fonctionnalisés par des motifs chélatants) et leur sélectivité vis-à-vis d'un cation métallique donné a été établi à l'aide d'études photophysiques détaillées mettant en jeu la spectroscopie d'absorption UV-visible et des mesures de fluorescence. Un certain nombre de validations analytiques ont également été réalisées avec les plateformes fluorogéniques dérivés des BODIPYs phénoliques. Des

1 . 1 . 1 .

 111 type "dual" à coeur BODIPY. La combinaison d'un fluorophore BODIPY et de deux motifs de reconnaissance (également appelés récepteurs) conduit à l'extinction de la fluorescence ("quenching" de fluorescence). L'interaction (et éventuellement la réaction) de ce type de sondes avec deux espèces différentes (analytes) que l'on souhaite détecter doit conduire à une suppression efficace de ce "quenching" et à une augmentation spectaculaire du signal de fluorescence (réponse fluorogénique de type "off-on"). Les analytes choisis pour valider ce concept ont été des cations métalliques, des espèces réactives (thiols biologiques et espèces réactives de l'oxygène (ROS)) et des enzymes. Développement de senseurs fluorescents pour la détection de cations de métaux lourds Développement d'un senseur de type "off-on" pour la détection des cations Al 3+ Nous avons réalisé la synthèse multi-étapes des colorants BODIPY S1-S5 fonctionnalisés sur leur position meso par des motifs de type éther couronne azoté (Schéma 1), et connus dans la littérature pour présenter une sélectivité vis-à-vis des cations Al 3+ . Dans un premier temps, les benzaldéhydes substitués 4а et 4b ont été synthétisés et utilisés comme réactifs clés pour l'introduction sur la position meso des BODIPYs des motifs chélatants : [(2-(2acétoxyéthoxy)éthyl)(2-acétoxyéthyl)]amino et bis(2-acétoxyéthyl)amino. Les diols 2а et 2b ont été préparés via une réaction de substitution SN2 entre la N-(2-hydroxyéthyl)aniline et le 2-(2chloroéthoxy)éthanol. Les groupes protecteurs acétate (Ac) ont été introduits sur les extrémités alcool primaire des composés 2a et 2b par réaction avec l'anhydride acétique dans la pyridine. Finalement, la réaction de formylation de Vilsmeyer-Haack mise en jeu sur les composés 3a et 3b a permis d'obtenir les aldéhydes 4a et 4b avec des rendements respectifs de 83% et 89%.

Figure 1 .Schéma 1 .Schéma 2 . 1 . 2 .Tableau 1 .

 112121 Figure 1. Principe des senseurs fluorescents de type "dual" à coeur BODIPY.

Figure 2 .

 2 Figure 2. Spectres d'absorption (a) et d'émission (b) d'une solution à 15 µM de S3 dans MeCN en présence de cations Al 3+ (4,5-15,0 µM), (λex = 504 nm).

Figure 3 .

 3 Figure 3. Spectres d'absorption (a) et d'émission (b) d'une solution à 15 µM de S10 dans MeСN, en présence de cations Cu 2+ (0-2,0 équiv.), (λex = 515 nm).

Figure 4 .

 4 Figure 4. Spectres d'absorption (a) et d'émission (b) d'une solution à 10 µM de S13 dans MeCN après ajouts de différentes concentrations de Zn 2+ (0-1,1 équiv.), (λex = 580 nm). (c) Clichés du marquage de racines de Brassica napus L. traitées par (1) S13 (contrôle), (2) S13 et Zn 2+ , (3) le marqueur de référence Newport Green TM DCF et Zn 2+ .

1. 6 .Schéma 5 . 1 . 7 .

 6517 Développement d'un senseur "off-on" de type "dual" pour la détection simultanée des cations Al 3+ et Zn2+ Afin d'accéder rapidement à des senseurs fluorescents de type "dual" pour la détection d'une paire de cations métalliques, nous avons envisagé dans un premier temps, la fonctionnalisation de la position 3 des senseurs mono-analyte S10 et S13 mais cette stratégie a échoué en raison de la fragilité des molécules. Ainsi, nous nous sommes orientés vers la synthèse de S14 (Schéma 5) en mettant en oeuvre une réaction de condensation de Knoevenagel entre S3 et l'aldéhyde 22. Après une purification par chromatographie sur colonne de silice, le composé S14 a été isolé avec un rendement de 3%. Synthèse du composé S14. Etude des propriétés photophysiques du composé S14 Le composé S14 est caractérisé par un coefficient d'extinction molaire élevé (ε = 94 000 М -1 cm - 1 ). Son spectre d'émission de fluorescence présente une bande large, peu intense et centrée à 678 nm. Le rendement quantique de fluorescence est ≤ 0.15%. L'ajout de 1 équiv. de Al 3+ et de 1 équiv. de Zn 2+ à une solution de S14 dans MeCN (15 µM) provoque une modification significative du profil d'absorption avec l'apparition de deux nouveaux maxima à 575 nm et 595 nm (Figure5a). L'aptitude du composé S14 à détecter Zn 2+ et Al 3+ par des mesures de fluorescence a ensuite été étudiée (Figure5b). De façon inattendue, l'ajout d'un équivalent de Zn 2+ provoque un "quenching" complet de la sonde. L'ajout d'un équivalent de Al 3+ permet de mettre fin à cette extinction de fluorescence. Une émission intense et centrée à 650 nm est observée. Ainsi, l'exaltation de fluorescence est observée uniquement en présence de deux cations métalliques. Cela confirme la fonctionnalité "dual" de cette sonde.

Figure 5 . 2 .

 52 Figure 5. Spectres d'absorption (a) et d'émission (b) d'une solution à 15 µМ de S14 dans MeCN, en présence de 1 équiv. de Zn 2+ , de 1 équiv. de Al 3+ ou du mélange des deux cations (1 équiv. de chaque).

Figure 6 .Schéma 6 . 2 . 1 .Schéma 7 .

 66217 Figure 6. Principe d'un senseur fluorescent de type "dual" à coeur bis-phénolique.

Figure 7 .

 7 Figure 7. (a) Spectre d'émission d'une solution de S15 (0,25 µМ) dans un mélange PB + 50% EtOH avant et après incubation avec Na2SO3 (5 équiv.) (λex = 540 nm). (b) Evolution temporelle de l'émission

Figure 8 . 2 . 2 .

 822 Figure 8. Temps requis pour l'activation de la sonde S15 (λex = 540) par différents analytes soufrés dans un mélange PB + 50% EtOH at 25 °C.

Figure 9 .

 9 Figure 9. Mécanisme envisagé pour l'activation de la sonde S16.

Figure 10 .

 10 Figure 10. (a) Image de fluorescence de cellules A549 incubées avec la sonde S16 (20 µM) durant 60 min, λex = 530-585 nm, λem = 615 nm. (b) L'intensité de fluorescence de cellules A549 normoxiques et hypoxiques traitées avec S16 (λex/λem = 610/680 nm).

Figure 11 .Schéma 9 .Schéma 10 .

 11910 Figure 11. Structures des composés S17-S19.

Figure 12 .

 12 Figure 12. (a) Spectres d'émission d'une solution de S19 (1,7 µM) dans un mélange PB + 10% MeCN avant et après activation avec Hg 2+ et HS -(λex = 540 nm). (b) Evolution temporelle de l'émission de fluorescence (λex = 540 nm, λem = 595 nm) d'une solution de S19 (1,7 µM) dans un mélange PB + 10% MeCN à 25°C. HgCl2 (5 équiv.) a été ajouté après 5 minutes d'incubation de la sonde dans le tampon ; après 10 minutes, NaHS (50 équiv.) est ajouté.

(

  INEOS RAS) Notification of the date, time, and place of the thesis defense: December 16, 2020, at 12-30 at the meeting of the Dissertation Council D 002.222.01 in the N. D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry of the Russian Academy of Sciences located at 47 Leninsky prosp., 119991, Moscow. The PhD Thesis are available in the Library of the N. D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry of the Russian Academy of Sciences and at the website http://zioc.ru. The summary of the PhD Thesis was sent out on 27 October 2020. Send your review of the PhD Thesis (in duplicate), stamped by the official seal, to the Scientific Secretary of the Dissertation Council of the ZIOC RAS at 47 Leninsky prosp., 119991 Moscow. research. The development of methods for the design of fluorescent sensors for metal cations, inorganic and organic anions, and organic molecules is a topical issue of interdisciplinary research integrating the efforts of researchers in organic, analytical, and coordination chemistry and related areas, such as biology and medicine. Fluorescence methods are attractive due to their advantages over colorimetric or electrochemical methods, such as significantly lower limits of detection, higher selectivity, and reliability of the detection results. Dual-mode fluorescent sensors based on fluorophores modified with two different receptor groups have attracted considerable attention in recent years. The simultaneous selective interaction of two analytes with such sensors is accompanied by the elimination of fluorescence quenching and, as a consequence, leads to a significant increase in the fluorescence intensity (the off-on principle). Dual fluorescent sensors are often considered as molecular logic gates and are classified according to Boolean logic gates. Due to the ability to detect the simultaneous presence of two types of analytes in solution, for example, of two different kinds of heavy metal cations, metal cations and anions or bioanalytes, these sensors are considered as promising tools for monitoring complex biological processes, pathological states in humans, and environmental impacts. A rather large number of fluorophore and receptor groups were shown to be efficient as components of dual-mode fluorescent sensors. Naphthalene, quinoline, and their derivatives are most commonly used as fluorophores, and crown-based chelating agents are generally used as receptor groups. Meanwhile, functionalized 4,4-difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacene (BODIPY) derivatives are poorly characterized because they are difficult to synthesize. The BODIPY exhibits unique spectral characteristics, in particular, high extinction coefficients in the UV region, sharp lines in fluorescence spectra, relatively high quantum yields, stability at physiological pH values, and chemical inertness. Besides, BODIPY is a promising platform for the development of dual-mode sensors, because the fluorescence properties of the dye can be controlled by the introduction of receptor groups at the structurally important positions 3 and 8 of the fluorescent scaffold. Hence, the development of methods for the synthesis of BODIPY-based dyes containing two different receptor groups and investigation of their spectral properties would provide better understanding of the principles of operation and application of dual-mode fluorescent sensors. The synthetic accessibility, high selectivity, and chemical stability are key criteria for the selection of receptor groups. Research objectives. (1) The development and accomplishment of the synthesis of BODIPY-based dual-mode sensors, which are of interest for the detection of the simultaneous presence of two different kinds of metal cations in solution. (2) The investigation of the possibility of designing BODIPY-based dual-mode sensors for the detection of two different bioanalytes, in particular hydrosulfide anions, reactive oxygen species, and heavy metal cations, in solution.Scientific novelty. A wide range of previously unknown BODIPY-based dyes containing pseudo-))amino)ethylacetate group at the meso position of the BODIPY core through a phenyl linker proved to be efficient for the design of an off-on fluorescent sensor for Al 3+ cations, whereas the functionalization of this position with the 2,2'-bis(amino)ethan-1-ol moiety through a methylene linker gave an off-on sensor for Сu 2+ cations. It was demonstrated for the first time that the dipicolylamine derivative of BODIPY can be used for the selective detection of Zn 2+ in aqueous media and for the visualization of the Zn 2+ distribution in plant tissues. The previously unknown off-on dual BODIPY-based sensor efficient for the detection of the simultaneous presence of Al 3+ and Zn 2+ in solution was synthesized using pseudo-crown and dipicolylamine chelating groups. Methods were developed for the synthesis of previously unknown BODIPY derivatives bearing chelating and/or reactive groups sensitive for cancer cell hypoxia and reactive towards different bioanalytes, including S-nucleophiles, reactive oxygen species, and Hg 2+ . A off-on dual-mode sensor was designed by the introduction of vinyl and 2,4-dinitrobenzenesulfonyl substituents at the terminal OH groups of bisphenol-BODIPY. This sensor allows the monitoring of the successive appearance of Hg 2+ and HS -in solution.Theoretical and practical significance of the work. The relationship between the structure of BODIPY-based dyes containing pseudo-crown moieties and their selectivity for metal cations was systematically studied for the first time by UV and fluorescence spectroscopy. Polyphenol-substituted BODIPY-based dyes were shown to be a promising universal platform for the development of fluorescent sensors for different bioanalytes. New off-on single-mode fluorescent sensors selective for Al 3+ , Cu 2+ , Zn 2+ , and SO3 2-, in particular under physiological conditions, were proposed. Dual BODIPY-based sensors were designed, capable of detecting the simultaneous presence of Al 3+ and Zn 2+ in solution and the successive appearance of Hg 2+ and HS -in solution.

1 . 1 . 1 .

 111 goal of the work was to develop BODIPYbased dual-mode sensors. A combination of the BODIPY fluorophore and two receptor groups inducing fluorescence quenching of the BODIPY core in the free state, i.e., in the state unbound to the analyte species, in one molecule is a general principle for the development of such sensors. The simultaneous selective interaction of such sensors with two different detectable species (analytes) could be accompanied by the complete elimination of fluorescence quenching and, as a consequence, lead to a significant increase in the fluorescence intensity (the off-on principle). It was of interest to study heavy metal cations and various bioanalytes (biothiols, reactive oxygen species (ROS), and enzymes) as analytes. Development of sensors for the detection of heavy metal cations Development of an off-on single-mode fluorescent sensor for Al 3+ cations

Figure 2 .

 2 Figure 2. Absorption spectra (a) and emission spectra (b) of a 15 µM S3 solution in MeCN at different Al 3+ (4.5-15.0 µM), (λex = 504 nm).

Figure 3 .

 3 Figure 3. Absorption spectra (a) and emission spectra (b) of a 15 µM S10 solution in MeСN at different Cu 2+ (0-2.0 equiv.), (λex = 515 nm).

Figure 4 .

 4 Figure 4. Absorption spectra (a) and emission spectra (b) of a 10 µМ S13 solution in MeCN at different Zn 2+ (0-1.1 equiv.), (λex = 580 nm). (c) The staining of roots of Brassica napus L. treated with (1) S13 (control), (2) S13 and Zn 2+ , (3) and the sensor Newport GreenTM DCF and Zn 2+ .

  2+ and Al 3+ by fluorescence response was studied at an excitation wavelength of 580 nm (Figure5b). Unexpectedly, the addition of one equiv. of Zn 2+ to a 15 µM S14 solution in MeCN led to complete fluorescence quenching. The addition of one equiv. of Al 3+ to a 15 µM S14 solution in MeCN resulted in the elimination of fluorescence quenching due to coordination of Al 3+ with an amino group, and the S14 solution exhibited red fluorescence. The fluorescence band of Al 3+ -bound sensor S14 was shifted to shorter wavelengths (λem = 650 nm) with respect to the free sensor. The maximum fluorescence enhancement of the solution of sensor S14 was observed only in the simultaneous presence of one equiv. of Zn 2+ and one equiv. of Al 3+ . This fact confirms the simultaneous coordination of Zn 2+ and Al 3+ with different chelating groups of compound S14.

Figure 5 .

 5 Figure 5. Absorption spectra (а) and emission spectra (b) of a 15 µМ S14 solution in MeCN in the presence of Zn 2+ (1 equiv.) and Al 3+ (1 equiv.) ions and in the simultaneous presence of Zn 2+ and Al 3+

  can be used as a universal platform for the development of chemosensors fordetection of bioanalytes. This compound BPB is characterized by a fluorescence quantum yield Ф close to 100% with an emission maximum at 600 nm [in phosphate buffer (PB) + 50% EtOH]. The absorption maxima of BPB appear at 335 and 583 nm and have extinction coefficients ε of 22 300 and 66 250 М -1 cm -1 , respectively. Two different fluorescence quenching mechanisms (ICT and PET) can be implemented in the design of BPB-based dual-mode sensors due to the presence of two terminal hydroxy groups at the positions 8 and 3 of the fluorescent core. The introduction of reactive sensor groups at phenolic oxygen atoms can lead to fluorescence

Figure 6 .

 6 Figure 6. Scheme of operation of a BPB-based dual-mode sensor.

Figure 7 .

 7 Figure 7. (a) Emission spectra of solution S15 (0.25 µМ) in PB + 50% EtOH before and after the incubation with Na2SO3 (5 equiv.) (λex = 540 nm). (b) The time dependence of the fluorescence intensity of solution S15 (0.25 µМ) in PB + 50% EtOH after the addition of Na2SO3 (5 equiv.), (λex = 540 nm).

Figure 8 .

 8 Figure 8. Dependence of the activation time of sensor S15 (λex = 540) with different sulfur-containing compounds in PB + 50% EtOH at 25 °C.

Figure 9 .

 9 Figure 9. Proposed mechanism of activation of sensor S16.

Figure 10 .

 10 Figure 10. (a) Fluorescence image of the A549 cancer cell line incubated with sensor S16 (20 mM) for 60 min, λex = 530-585 nm, λem = 615 nm. (b) The fluorescence intensity of normoxic and hypoxic A549 cells treated with S16 (λex/λem = 610/680 nm).

S17Scheme 9 . 35 .Scheme 10 .

 93510 Scheme 9. Synthesis of compound S17.

Figure 12 .

 12 Figure 12. (a) Emission spectra of a 1.7 µМ S19 solution in PB + 10% CH3CN before and after the activation with HS -and Hg 2+ (λex = 540 nm). (b) Time-dependent changes in the fluorescence intensity (λex = 540 nm, λem = 595 nm) of solution S19 (1.7 µМ) in PB + 10% CH3CN at 25 °C. HgCl2 (5 equiv.) was added after 5 min incubation of the sensor in the buffer; after 10 min incubation, NaHS (50 equiv.) was added.

III. 1 . 3 III. 2 .III. 2 . 2 .III. 2 . 4 .III. 2 . 5 .

 132222425 Исследование фотофизических свойств соединений S1, S3, S5, S6, S7 и их способности детектировать Al 3+ .......................................................................................................... III.1.4. Разработка флуоресцентного «Off-On» сенсора на катионы Cu 2+ ................................ III.1.5 Исследование фотофизических свойств соединений S8 -S12 и их способности детектировать Cu 2+ .......................................................................................................... III.1.6. Разработка флуоресцентного «Off-On» сенсора на катионы Zn 2+ .............................. III.1.7 Разработка бимодального флуоресцентного "Off-On" сенсора на Al 3+ и Zn 2+ ............. III.1.8. Исследование фотофизических свойств соединения S14 ......................................... Разработка сенсоров на основе полифенол-замещенного БОДИПИ ............................. Разработка водорастворимого флуоресцентного сенсора на основе трисфенол-БОДИПИ для детектирования гипоксии клеток .............................................................................. Разработка бимодального флуоресцентного «Off -On» сенсора на катионы Hg 2+ и гипохлорит анион ClO -.................................................................................................. Разработка бимодального флуоресцентного «Off -On» сенсора на катионы Hg 2+ и супероксид анион-радикал O2 °-....................................................................................... III.2.6. Разработка бимодального флуоресцентного «Off -On» сенсора на катионы Hg 2+ и HS -............................................................................................................................. V. Экспериментальная часть .......................................................................................... I. ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы. Развитие методологий создания флуоресцентных сенсоров на катионы металлов, неорганические и органические анионы, а также на органические молекулы является актуальным направлением междисциплинарных исследований, объединяющим усилия специалистов в области органической, аналитической, координационной химии и в смежных сферах других наук, таких как биология и медицина. Привлекательность флуоресцентных методов заключается в том, что по сравнению с колориметрическими или электрохимическими методами они дают возможность значительно снизить порог чувствительности и характеризуются большей селективностью и надежность обнаружения. В последние годы существенное развитие получили двумодальные флуоресцентные сенсоры, представляющие собой флуорофор, модифицированный двумя различными рецепторными группами, обладающими, как правило, свойствами PETили ICT-гасителей. Одновременное селективное взаимодействие двух детектируемых частиц с подобными сенсорами, сопровождается снятием гашения флуоресценции и приводит, как следствие, к значительному увеличению её интенсивности (принцип «Off-On»). Двумодальные флуоресцентные сенсоры часто рассматриваются с точки зрения молекулярной логики, как молекулярно-логические элементы и сортируются согласно элементам булевой логики. Способные обеспечить детектирование одновременного присутствия в растворе двух типов анализируемых частиц, например, двух различных видов катионов тяжелых металлов, катионов металлов и анионов или биоаналитов, подобные сенсоры рассматриваются как перспективные инструменты для мониторинга сложных биологических процессов, патологических состояний человека и экологического состояния окружающей среды. На сегодняшний день эффективность в качестве составных частей двумодальных флуоресцентых сенсоров показана для достаточно большого количества флуорофорных и рецепторных групп. Среди флуорофоров наибольшее распространение получили нафталин, хинолин и их производные, а среди рецепторных группхелаторы на основе краун-эфиров. В тоже время, практически неизученными с этой точки зрения в силу синтетической труднодоступности являются функционализированные производные 4,4-дифтор-4-бора-3а,4адиаза-с-индацена (БОДИПИ). БОДИПИ обладает уникальным набором спектральных характеристик, включая высокие значения коэффициентов поглощения в УФ-диапазоне, острая форма линий в спектрах флуоресценции, относительно высокие значения квантовых выходов, устойчивость при физиологических значениях pН и химическая инертность. Важным фактором, определяющим перспективность использования БОДИПИ в качестве основы для разработки двумодальных сенсоров, является возможность контроля над флуоресцентными свойствами красителя за счет введения рецепторных групп в структурно значимые 3-е и 8-е положения флуоресцентного каркаса. В связи с чем, разработка синтетических подходов и исследование спектральных свойств красителей ряда БОДИПИ, содержащих две различные рецепторные группы, могли бы внести существенный вклад в развитие понимания принципов работы и применения двумодальных флуоресцентных сенсоров. При этом основными критериями отбора рецепторных групп являются их синтетическая доступность, высокая селективность и химическая стабильность. Цели работы. 1) Предложить и реализовать синтез двумодальных сенсоров ряда БОДИПИ представляющих интерес для детектирования одновременного присутствия в растворе двух различных катионов металлов. 2) Изучить возможность создания двумодальных сенсоров ряда БОДИПИ для детектирования в растворах двух различных биоаналитов, включая гидросульфид анион, активные формы кислорода и катионы тяжелых металлов. Научная новизна работы. Синтезирована широкая серия ранее неизвестных красителей ряда БОДИПИ, содержащих «псевдо-краун» эфирные остатки. Показано, что введение 2-((2-(2ацетоксиэтокси)этил)амино)этилацетатной группы в мезо-положение ядра БОДИПИ через фенильный линкер эффективно для создания флуоресцентного «Off-On» сенсора на катионы Al 3+ , в то время как функционализация по этому же положению 2,2'-бис(этан-1-ол)аминовым остатком через метиленовый линкер привела к «Off-On» сенсору на катионы Сu 2+ . Впервые продемонстрировано, что дипиколиламиновое производное БОДИПИ может быть использовано для селективного детектирования Zn 2+ в водных средах, а также визуализации распределения Zn 2+ в тканях растений. С использованием «псевдо-краун» эфирных и дипиколиламинововой хелатирующих групп реализован синтез ранее неизвестного двумодального «Off-On» сенсора ряда БОДИПИ эффективного для детектирования одновременного присутствия в растворе Al 3+ и Zn 2+ . Отработаны методы синтеза ранее неизвестных производных БОДИПИ с хелатирующими и/или реакционно-способными группами чувствительными к гипоксии раковых клеток и активными в отношении различных биоаналитов, включая S-нуклеофилы, активные форм кислорода, Hg 2+ , а также за счет введения по концевым ОН-группам бисфенол-БОДИПИ винилового и 2,4-динитробензолсульфонильного заместителей разработан двумодальный «Off-On» сенсор, позволяющий осуществлять мониторинг последовательного поступление Hg 2+ и HS -. Теоретическая и практическая значимость работы состоит в том, что впервые методами УФспектроскопии и флуоресценции для красителей ряда БОДИПИ, содержащих «псевдо-краун» эфирные остатки, систематически была изучена взаимосвязь структура-селективность в отношении катионов металлов. Впервые показана перспективность использования полифенол-замещенных красителей ряда БОДИПИ в качестве универсальной платформы для создания флуоресцентных сенсоров на различные биоаналиты. Предложены новые мономодальные флуоресцентные «Off-On» сенсоры селективные в отношении Al 3+ , Cu 2+ , Zn 2+ и SO3 2-, в том числе и при физиологических условиях. Разработаны двумодальные сенсоры ряда БОДИПИ способные детектировать одновременное присутствие в растворе Al 3+ и Zn 2+ , а также последовательное поступление в раствор Hg 2+ и HS -. Личный вклад автора. состоял в систематизации литературных данных, проведении синтезов, анализе составов реакционных смесей и строения продуктов реакций (по данным спектров ЯМР, ИК и МАСС), интерпретации экспериментальных данных, подготовке материалов к публикации и представлении полученных результатов на конференциях. Степень достоверности и апробация работы. Достоверность полученных результатов обеспечивается тем, что экспериментальные работы и аналитические исследования выполнены на современном сертифицированном оборудовании, обеспечивающем получение надежных данных. Состав и структура соединений, обсуждаемых в диссертационной работе, подтверждены данными 1 Н, 13 С, 19 F и 11 B ЯМР-спектроскопии, элементных анализов, массспектрометрии высокого разрешения (HRMS) и ИК-спектроскопии. Использованы современные системы сбора и обработки научно-технической информации: электронные базы данных Reaxys (Elsevier), SciFinder (CAS), Web of Science (Thomson Reuters), а также полные тексты статей и книг. Основные результаты работы были представлены на российских и международных конференциях и конгрессах: Международный молодежный научный форум «Ломоносов» 2017, Инновации в химии/Органическая химия (Россия, Москва, 2017), I Всероссийская молодёжная школа-конференция "Успехи синтеза и комплексообразования" (Россия, Москва, 2017), International Conference "Organic & Hybrid Functional Materials and Additive Technologies" (Москва, 2018) Зимняя конференция молодых ученых по органической химии WSOC-2019 (Россия, Москва, 2019), The Fifth International Scientific Conference "Advances in Synthesis and Complexing" (Россия, Москва, 2019), VIII Молодежная конференция ИОХ РАН (Россия, Москва, 2019). Публикации по теме работы. По теме диссертации опубликовано 3 статьи в рецензируемых научных журналах, отвечающих требованиям ВАК, и 8 тезисов докладов российских и международных конференций. Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, обзора литературы, посвященного молекулярно-логическим элементам на основе БОДИПИ, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы. Материал диссертации изложен на 185 страницах машинописного текста, включает 2 таблицы, 94 рисунка и 5 схем. Библиография насчитывает 164 ссылки. Благодарности. Глубокую благодарность и признательность автор выражает соруководителям данной диссертационной работы к.х.н. Волковой Юлие Алексеевне и Энтони Ромье за совместно выполненные исследования, ценные научные замечания, предоставленные рекомендации и всестороннюю поддержку, к.х.н. Колотыркиной Наталье Георгиевне за регистрацию масс-спектров высокого разрешения (HRMS), к.х.н. Злобину Илье Евгеньевичу за проведение биологических испытаний, к.х.н. Щербакову Алексею Михайловичу за проведение биологических испытаний, Тихоновой Татьяне Андреевне за регистрацию спектров ЯМР, Козлову Михаилу Александровичу за ценные советы и предложения по ходу выполнения работы. Отдельные слова благодарности заведующей аспирантурой к.х.н. Веселе Ирине Васильевне за помощь, советы и поддержку. II. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ Молекулярная логикаэто междисциплинарная область, в рамках которой разрабатывают молекулярные логические элементы (МЛЭ) [1]. Изучение МЛЭ в органической химии началось 25 лет назад с публикации работы Де Сильва в журнале Nature [2]. К самым простейшим МЛЭ относятся флуоресцентные сенсоры, которые при взаимодействии с аналитом меняют характеристики флуоресценции. За последние годы появилось большое количеств работ, посвященных различным флуоресцентным сенсорам, заложивших фундамент для дальнейшего изучения МЛЭ. Сегодня существует два основных направления развития МЛЭ [3]. Первоеэто реализация сложных логических операци в молекулярных строительных блоках с целью имитировать функции, необходимые для полупроводникового вычисления. [4] В основе лежит идея, что молекулярные логические элементы обеспечивают большую плотность транзисторных матриц по сравнению с их обычными электронными аналогами и в некоторых случаях проявляют дополнительные свойства, такие как конфигурируемость и параллельное вычисление. Однако, большинство существующих МЛЭ работают в жидких средах, поэтому необходима принципиальная адаптация оборудования [5]. Помимо этого, существует ряд других ограничений такого применения МЛЭ (в том числе однородность ввода-вывода сигналов). В связи с чем, применение МЛЭ требует дальнейших исследований и все еще далеко от практического применения. Второе направление развития МЛЭ связано с биомедицинской сферой. Биологические процессы (включая патологические), которые протекают в биологическом "бульоне реакционных смесей" с определенной степенью компартментализации являются идеальной мишенью для МЛЭ. Целью таких МЛЭ может быть управление этими процессами или диагностика стадий заболевания. Кроме того, МЛЭ могут использоваться в высвобождении лекарственного средства в клетке при соблюдении определенных условий [6].

  МЛЭ типа OR МЛЭ типа OR производит выходной сигнал только в том случае, когда на него приходит сигнал одного из двух воздействий. Тем не менее, неизбирательное поведение МЛЭ типа OR в отношении нескольких разных частиц позволяет их использовать при разработке МЛЭ с двумя ВХОДАМИ и одним ВЫХОДОМ. МЛЭ типа NOR представляют собой интеграцию элементов OR и NOT. Они используется для разработки сложных логических функций в рамках одной молекулярной структуры. МЛЭ типа NOT гасит флуоресценцию, когда взаимодействует с соответствующей частицей. МЛЭ типа OR с двумя ВХОДАМИ неизбирательно «включает» флуоресценцию. Таким образом, логический элемент NOR отключает флуоресценцию, когда появляется один из двух анализируемых компонентов. МЛЭ типа NAND МЛЭ типа NAND можно понимать, как объединение МЛЭ типа NOT и AND, когда ВЫХОД логического элемента AND становится ВХОДОМ для МЛЭ NOT. МЛЭ типа INHIBIT можно рассматривать как интеграцию МЛЭ типа NOT и AND, хотя и в отличном от NAND виде. Операция NOT применяется только к ВХОДУ B. Таким образом, ВХОД Вотключает ВЫХОД независимо от состояния ВХОДА. МЛЭ типа XOR Данная операция применяется в том случае, когда из двух ВХОДНЫХ сигналов истинен только один. AND, для операции переноса и логический элемент XOR для операции суммы. МЛЭ типа Полувычитатели Соединение в одной молекуле МЛЭ XOR и INHIBIT приводит к половинному вычитателю.Среди многочисленных классов флуоресцентных красителей особое место занимают набирающие популярностьпроизводные 4,4-дифтор-4-бора-3а,4а-диаза-с-индацена [14, 15] более известные как БОДИПИ (Рисунок 5). Первое упоминание о данном классе соединений встречается в 1968 году в публикации Трейбса и Кройцера[START_REF] Treibs | Difluorboryl-komplexe von di-und tripyrrylmethenen // Justus Liebigs[END_REF]. Однако, лишь в середине 1990х годов была показана перспективность использования красителей ряда БОДИПИ в электролюминесцентных устройствах, а также при создании биологических меток. Большой

Рисунок 7 .

 7 A) Схема синтеза соединения L2. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L2. Двумя входными сигналами являются Sn 2+ и Al 3+ . Выходной сигналэто увеличение интенсивности флуоресценции при 560 нм. Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления Sn 2+ или Al 3+ ведет к молекулярному логическому элементу OR. В работе [25] для "On-Off" детектирования катионов Co 2+ и Cu 2+ были предложены БОДИПИ-циклотетрафосфазен производные L3 и L4, которые являются МЛЭ типа OR. Синтез соединений L3 и L4 начинался с получения функционализированного производного БОДИПИ 14 в соответствии со стандартной процедурой. Затем были синтезированы новые производные дистирил-замещенных БОДИПИ 12 и 16 по реакции с ароматическими альдегидами. В качестве циклотетрафосфазеновая платформа. Клик-реакцией из БОДИПИ 12 и 16 были получены соединения L3 и L4 (Рисунок 8). Рисунок 8. A) Схема синтеза соединений L3 и L4. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсоров L3 и L4. Двумя входными сигналами являются Co 2+ и Cu 2+ . Выходной сигналуменьшение интенсивности флуоресценции. Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления Co 2+ или Cu 2+ ведет к молекулярному логическому элементу OR.

  Рисунок 14. A) Схема синтеза соединения L10. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L10. В исследовании [32] был синтезирован сенсор L11 для определения Cu 2+ и HSO3 -. Сенсор был получен конденсацией 2,4,6-тригидроксибензол-1,3,5-трикарбальдегида 46 с аминозамещенным БОДИПИ 45. После добавления Cu 2+ к раствору сенсора, сенсор показал гашение флуоресценции "On-Off" при 520 нм с эффективностью выше 90% (Рисунок 15) λem = 570 нм.

II. 2 .II. 3 .II. 4 .В(Рисунок 37 .Рисунок 39 .Рисунок 42 .II. 5 .

 2343739425 Рисунок 16. A) Схема синтеза соединения L12. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L12. Двумя входными сигналами являются Hg 2+ и I -. Выходной сигнализменение максимума поглощения. Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к молекулярному логическому элементу AND.На первом этапе при добавлении Hg 2+ к раствору сенсора происходило образование комплекса L12-Hg 2+ и в спектре поглощения наблюдался батохромный сдвиг максимума с 498 нм на 505 нм. На втором этапе после добавления I -полоса поглощения при 505 нм, уменьшилась, тогда как максимуми поглощения при 518 и 566 нм соответственно увеличились.В публикации[33] Аккая показал три МЛЭ на основе стирил-БОДИПИ (L13, L14, L15).Все они были получены по конденсацииКневенагеля из соответствующих функционализированных альдегидов 51, 53. Сенсор L13 был получен конденсацией БОДИПИ 50 несущего дипикалиаминовую группу и тиокраун-альдегида 51. Данный сенсор представляет собой флуорофор БОДИПИ, имеющий в мезоположении дипиколиламиновый фрагмент -PETмодулятор, селективный к Zn 2+ , а к 3-позиции, через стириловый линкер к нему присоединен тиоазакраун -ICTмодулятор, селективный к Hg 2+ (Рисунок 17). Схема синтеза соединения L13. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L13. Двумя входными сигналами являются Zn 2+ и Hg 2+ . Выходной сигналэто увеличение интенсивности флуоресценции при 570 нм. Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к молекулярному логическому элементу AND. Спектр испускания флуоресценции сенсора имел широкий максимум при 679 нм. Интересно отметить, что добавление Zn 2+ оказало минимальное влияние как на интенсивность испускания, так и на положение максимума испускания. С другой стороны, добавление Hg 2+ приводило к смещению максимума флуоресценции на 109 нм, но интенсивность флуоресценции по-прежнему оставалась низкой. При добавлении и Zn 2+ и Hg 2+ происходило смещение максимума на 109 нм и увеличение интенсивности флюоресценции при 570 нм. Полученный результат согласовался с теоретической моделью МЛЭ типа AND на основе БОДИПИ с активными PET и ICT группами. Следующее соедниенение, описанное в статье, представляет собой дистирильное соединение L14, функцианализированное двумя разными лигандами, являющимися модуляторами ICT. Спектральные изменения являются прямым следствием относительного сродства этих лигандов к Hg 2+ и Zn 2+ . Раствор БОДИПИ L14 в CH3CN имеет максимум поглощения при 698 нм. При добавлении Zn 2+ , наблюдался небольшой сдвиг максимума поглощения в синюю область спектра до 675 нм. Похожий сдвиг происходил, при добавлении только Hg 2+ (Рисунок 18). Рисунок 18. A) Схема синтеза соединения L14. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L14. Двумя входными сигналами являются Hg 2+ и Zn 2+ . Выходные сигналыэто выход 1 (регистрация поглощения при 623 нм) и выход 2 (регистрация поглощения при 663 нм). Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к молекулярному логическому элементу Половинный сумматор. При добавлении Hg 2+ и Zn 2+ , максимум поглощения смещался в сторону более коротких волн. Образовавщийся металлический комплекс имел максимум поглощения при 630 нм. Анализ данных о поглощении раствора сенсора при длине волны в 623 нм позволил говорить о том, что этот сенсор является МЛЭ типа AND, а данные собранные вблизи максимума с большей длиной волны в 663 нм позволяют отнести данный МЛЭ к типу XOR. Когда эти два МЛЭ работают параллельно, получается полусумматор в режиме поглощения. Соответствующая таблица истинности для двух логических элементов показана на рисунке 18. В структуре сенсора L15 содержится три хелатирующие группы, а именно, азокраун эфир в мезо-положении ядра БОДИПИ (селективный к Ca 2+ ), дипикалиламиновая (селективная к Zn 2+ ) и тиокраун эфир (селективный к Hg 2+ ), связанные с ядром БОДИПИ через стириловый фрагмент. При добавлении Ca 2+ в концентрации 1.0 мМ происходит незначительное смещение максимумов поглощения на 25 нм в синюю облатсь спектра. Добавление Hg 2+ дает гипсохромный сдвиг максимума поглощения на 70 нм. Добавление Zn 2+ дает гипсохромный сдвиг максимума поглощения на 25 нм. Тем не менее, изменение поглощения, при добавлении смеси трех катионов, оказалось слишком сложным, чтобы его можно было использовать в разработке логических элементов. Однако при изучении флуоресцентных свойств сенсора было показано, что при добавлении смеси трех катионов Hg 2+ , Zn 2+ и Са 2+ испускание флуоресценции значительно усилилось. Таким образом, присутствие в растворе всех трех катионов одновременно необходимо для увеличения интенсивности испускания флуоресценции при 656 нм, что попадает под условие, соответствующее логическому элементу AND. Три катиона отдельно или в других бинарных комбинациях, не вызывают усиление интенсивности флуоресценции. Схема синтеза соединения L15. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L15. Тремя входными сигналами являются Hg 2+ , Zn 2+ и Ca 2+ . Выходной сигналэто увеличение интенсивности флуоресценции при 656 нм. Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к молекулярному логическому элементу AND.В работе[START_REF] Yuan | A multianalyte chemosensor on a single molecule: promising structure for an integrated logic gate[END_REF] был представлен флуоресцентный сенсор содержащий фрагменты БОДИПИ и родамина для селективного обнаружения Hg 2+ и Ba 2+ . Синтез сенсора L16 осуществлялся в 4 стадии, ключевой из которых являлась конденсация N-(родамин-B)лактам-этил-2-хлорацетамида 64 с соединением 63 в присутствии Cs2CO3 в качестве основания и каталитических количеств KI (Рисунок 19). Для спектральных исследований был выбран раствор L16 в ацетонитриле. Рисунок 19 A) Схема синтеза соединения L16. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L16. Двумя входными сигналами являются Ba +2 и Hg 2+ . Выходной сигналэто увеличение интенсивности флуоресценции при 505 нм. Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к молекулярному логическому элементу INHIBIT. Спектры испускания были получены при возбуждении светом при длине волны 490 нм. После добавления Hg 2+ , интенсивность максимума испускания при 505 нм постепенно уменьшалась и наблюдалось формировании нового максимума при 585 нм, а также появлялась изобестическая точка при 541 нм. Связывание Hg 2+ вызывало формирование новой полосы испускания, что доказывает эффективный процесс FRET-переноса от донорной (БОДИПИ) группы к акцепторной (Родамин) группе. Интересно, что соединение L16 демонстрировало 15кратное усиление интенсивности флуоресценции при максимуме 505 нм в присутствии 20 экв. Ba 2+ . Повышение интенсивности флуоресценции могло быть связано с комплексообразованием Ba 2+ с рецепторной группой, что приводило к снижению электронодонорной способности кислорода к БОДИПИ. Таким образом, процесс PET частично подавлялся и вызывал увеличение интенсивности испускания. Результаты показали, что соединение L16 проявляет высокую селективность по отношению к Ba 2+ по сравнению с другими металлами. Следовательно, соединение L16 также может служить в качестве Ba 2+ -селективного флуоресцентного сенсора, давая 15-кратный флуоресцентный отклик в CH3CN. При добавлении Ba 2+ и Hg 2+ происходила блокировка PET-процесса и включение FRET-процесса. Зеленая флуоресценция все еще эффективно гасилась, а красная флуоресценция становилась сильнее, флуоресцентное поведение сенсора было проанализировано с помощью комбинационной логики. В работе [35] был показан флуоресцентный хемосенсор L17 на основе БОДИПИ, имеющий в структуре рецепторный дипиридинаминовый фрагмент. Сенсор был получен реакцией замещения атома хлора в БОДИПИ 65 дипикалиамином 66. Его спектральные свойства управляются механизмом ICT. Сенсор обладал очень слабым испусканием флуоресценции при 630 нм при возбуждении светом длиной волны в 510 нм (Рисунок 20). Б Рисунок 20. A) Схема синтеза соединения L17. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L17. После добавления Hg 2+ , Pb 2+ и Cu 2+ к раствору сенсора, интенсивность флуоресценции увеличивалась с появлением новых максимумов испускания при 587 нм для Hg 2+ и Pb 2+ и при 545 нм для ионов Cu 2+ . На основе комбинационной логики была построена схема с использованием трех различных ионов металлов (Hg 2+ , Pb 2+ и Cu 2+ ) в качестве входных данных и интенсивности флуоресценции при 587 нм в качестве выходного сигнала. За единицу был принят ВЫХОД в виде интенсивности флуоресценции выше, чем 150 о.е. Изучение данной схемы позволило сделать вывод, что сенсор является МЛЭ комбинированного типа, сочетающим в себе логические элементы OR и INHIBIT. Индуцированный Hg 2+ и Pb 2+ хромогенный процесс может быть изменен путем добавления ЭДТА, но индуцированный Cu 2+ процесс необратим. В работе [36] был синтезирован флуоресцентный сенсор типа "On-Off", содержащий фрагмент ацетилацетона с высокой селективностью по отношению к катионам Cu 2+ (Схема синтеза соединения L18. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L18. Двумя входными сигналами являются Cu 2+ и S 2-. Выходной сигналэто изменение интенсивности флуоресценции при 570 нм. Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к молекулярному логическому элементу INHIBIT. Синтез L18 был получен в 3 стадии, ключевой из которых являлась конденсация Кневенагеля между фармильным производным БОДИПИ 67 и ацетилацетондифторбаридным комплексом 68. После комплексообразования с катионами Cu 2+ , полученный комплекс показал высокую специфичность к S 2-с восстановлением интенсивности флуоресценции на основе механизма вытеснения Cu 2+ . При добавлении 1 экв. Cu 2+. происходило максимальное гашение флуоресценции (88%) с максимумом в 570 нм при длине волны возбуждения в 525 нм. При последующем добавлении 20 экв. S 2-к комплексу происходила регенерация флуоресценции, что свидетельствовало о высвобождении свободного флуорофора. Сенсор БОДИПИ L19 [37] содержит полиамидный рецептор, который избирательно связывается с Cd 2+ . Комплекс сенсора L19 c Cd 2+, проявляет селективность по отношению к пирофосфату (PPi). Сенсор был получен в результате конденсации альдегида 72, функционализированного рецепторной группой, и БОДИПИ 73. Свободный сенсор имел максимум поглощения при 665 нм и обладал слабой флуоресценцией при возбуждении волной в 620 нм. Гашение флуоресценции происходило по PET-механизму двумя диаминобензольными фрагментами (Рисунок 22). Б Рисунок 22. A) Схема синтеза соединения L19. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L19. Входными сигналами являются Cd 2+ и PPi. Выходной сигналувеличение интенсивности флуоресценции при 638 нм. Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к молекулярному логическому элементу INHIBIT. После добавления Cd 2+ к раствору сенсора в буфере трис-HCl (20 мM) + 10% ДМСО, гашение флуоресценции снималось, и интенсивность испускания при 638 нм значительно увеличивалась. При добавлении PPi к раствору образовавшегося комплекса происходило смещение максимума поглощения в красную область, а интенсивность флуоресценции при 637 нм уменьшалась. В работе Аккая [38] был описан сенсор L20 на основе БОДИПИ, функционирующий как МЛЭ типа полувычитатель. Сенсор был получен в 2 стадии по стандартной для БОДИПИ методологии. Он представляет собой молекулу, содержащую 8-(4-гидроксифенил)-БОДИПИ и диметилбензенамин, связанные через стирильный фрагмент. Было показано, что 8-(4гидроксифенил)-БОДИПИ в депротонированной форме является не флуоресцирующим веществом, потому что реализуется гашение флуоресценции по PET-механизму, а диметилбензенамин, связанный с БОДИПИ через стирильный фрагмент, является ICT-модулятором. Изучение спектральных свойств соединения производилось в ТГФ (Рисунок 23). Схема синтеза соединения L20. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L20. Двумя входными сигналами являются RO -и H + . Выходные сигналыэто выход 1 (регистрация флуоресценции при 565 нм) и выход 2 (регистрация флуоресценции при 660 нм). Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к молекулярному логическому элементу Полувычитатель. При добавлении раствора кислоты к раствору сенсора происходил значительный гипохромный сдвиг на 40 нм в спектре поглощения и гипохромный сдвиг на 100 нм в спектре флуоресценции. Добавление сильного основания (третбутоксида калия) депротонировало фенольную гидроксильную группу, что привело к гашению интенсивности флуоресценции без какого-либо сдвига в спектрах поглощения или испускания. Изменение флуоресценции исследовалось при длинах волн максимумов испускания в 565 и 660 нм. Изменение испускания флуоресценции при 565 нм коррелирует с МЛЭ типа INHIBIT, а изменение флуоресценции при 660 нм коррелирует с МЛЭ типа XOR. Соединение этих двух МЛЭ иструментами булевой логики дает МЛЭ типа полувычитатель. Молекулярные логические элементы на основе БОДИПИ для детектирования анионов Определение анионов в растворах играет важную роль как в биологических, так и промышленных процессах, также необходимо создание новых методов обнаружения анионных загрязнителей в окружающей среде. Однако, область исследования анион-селективных хемосенсоров менее развита, чем катион-селективных хемосенсоров. Это объясняется сильной гидратацией анионов в растворах, затрудняющей их определение. В работе [39] был описан флуоресцентный сенсор L21 на основе кумарин-БОДИПИ для детектирования CN -и F -. Синтез сенсора L21 показан на рисунке 24. Каркас БОДИПИ был получен из пиррола и п-цианобензальдегида по стандартной для БОДИПИ методике (Рисунок 24). После формилирования по Вейсмееру-Хааку и постановки тиоацетальной защиты с использованием 1,3-дитиопропана в присутствии BF3OEt2 был получен сенсор L21. Фотофизические исследования были проведены в смеси ацетонитрила и трис-HCl (95:1, рН 7.5). Изменение флуоресценции основано на ICT-механизме. Сенсор обладает двумя максимумами поглощения при 349 и 585 нм и максимумом испускания флуоресценции при 604 нм (λex=387 нм). Добавление F -к раствору сенсора приводило к сдвигу максимумов поглощения в красную область с 349 до 412 нм и с 585 до 593 нм, а также к снижению интенсивности флуоресценции при 604 нм. Механизм гашения основан на том, что добавление F -вызывает гидролиз третбутилдифенилсилила и приводит к образованию фенолята. Добавление CN -приводило к исчезновению максимумов поглощения при 349 нм и 585 нм и возникновению новых максимумов при 421 нм и 593 нм, а также к появлению максимума испускания при 492 нм. Рисунок 24. A) Схема синтеза соединения L21. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L21. Двумя входными сигналами являются CN -и F -. Выходной сигналэто изменение интенсивности флуоресценции. Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления CN -или F -. ведет к молекулярному логическому элементу OR. В работе [40] был описан сенсор L22 на основе стирил-БОДИПИ, содержащий 2,4динитробензосульфонильную группу и тригексилсилилацетиленовые остатки для определения HS -и F -соответственно. Синтез сенсора был проведен в 3 стадии. Ключевыми из которых являлисьвключение стирилового мостика в 3-ю позицию БОДИПИ 84, посредством конденсации Кневенагеля и затем замещение атома водорода ОН-группы полученного соединения 85 DNBS-Cl (Рисунок 25). После добавления NaHS к раствору, содержащему cенсор, динитробензосульфонильная группа селективно отщепилась, что привело к увеличению интенсивности флуоресценции λem=613. В присутствии F -динитробензосульфонильная группа и тригексилсилилацетиленовые остатки гидролизовались, что сопровождалось увеличением интенсивности флуоресценции λem=553 и гипсохромным смещением максимума испускания на 60 нм. Флуоресценция сенсора была стабильна и не зависела от pH в физиологическом диапазоне. Сенсор был успешно использован для визуализации наличия сероводорода в живых клетках. Схема синтеза соединения L22. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L22. Двумя входными сигналами являются HS -и F -. Выходной сигналэто изменение интенсивности флуоресценции. Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления HS - или F -ведет к молекулярному логическому элементу OR. Молекулярные логические элементы на основе БОДИПИ для обнаружения боевых отравляющих и взрывчатых веществ Химические взрывчатые вещества, такие как 1,3,5-тринитропергидро-1,3,5-триазин (RDX), пикриновая кислота (PA) и 2,4,6-тринитротолуол (TNT), а также боевые отравляющие вещества представляют угрозу для здоровья и безопасности населения. Поэтому флуоресцентные хемосенсоры для быстрого и селективного обнаружения химических взрывчатых и боевых отравляющих веществ в следовых количествах имеют большое значение. В работе [41] был исследован флуоресцентный сенсор L23, используемый для выявления гексогена и пикриновый кислоты на основе гидразинзамещеного-БОДИПИ. Сенсор был получен в одну стадию путем замещения атомов хлора БОДИПИ 87 гидразин-гидратом. Гидразиновая группа по PET-маханизму гасит флуоресценцию сенсора в свободном состоянии (Рисунок 26). Рисунок 26. A) Схема синтеза соединения L23. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L23. Таким образом, был разработан МЛЭ OR для распознавания гексогена и пикринровой кисолоты на основе флуорометрических данных. Гексоген и пикриновая кислота считаются входными сигналами, тогда как интенсивность флуоресценции сенсора представляет выходной сигнал. Механизм детектирования заключается в том, что формальдегид, который является основным продуктом разложения гексогена, взаимодействует с концевой NH2группой и приводит к образованию гидразона. В результате гашение по PET-механизму снимается, и интенсивность флуоресценции сенсора L23 существенно увеличивается. В работе [42] авторы разработали сенсор L24 на основе БОДИПИ, который способен различать присутствие различных нервно-паралитических отравляющих веществ, таких как табун, зарин и зоман. Сенсор L24 был получен по стандартной для БОДИПИ методике посредством конденсации Кневенагеля. Исследование проводилось на аналоге табуна -DCNP и аналоге зарина и зомана -DFP. Было обнаружено что, сенсор L24 в присутствии DCNP или DFP подвергался фосфорилированию феноксигруппы, с последующим выделением фтора (для DFP) или цианид-аниона (для DCNP). В присутствии DCNP происходит нуклефоильное присоединение его цианидной группы к карбонильной грппе сенсора, что приводило от розового до оранжевого. На спектре УФ-поглощения наблюдалось исчезновение максимума поглощения при 591 нм и появление максимумов поглощения при 515 и 560 нм. В присутствии DFP, фторид-анион гидролизуе триизопропилсилильную группу сенсора, и при этом образуется окрашенный феноксидный анион с полосой поглощения в ИК-области с максимумом поглощения в 715 нм (Рисунок 27). Рисунок 27. A) Схема синтеза соединения L24 Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L24. Двумя входными сигналами являются DCNP и DFP. Выходной сигналэто . Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления DCNP или DFP ведет к молекулярному логическому элементу OR. Молекулярные логические элементы на основе БОДИПИ для обнаружения тиолов, оксидов азота и активных форм кислорода Внутриклеточные тиолы, такие как цистеин (Cys), гомоцистеин (Hcy) и глутатион (GSH) играют ключевую роль в биологических системах. Ряд заболеваний, таких как поражение печени, псориаз, рак и СПИД, сопровождаются изменением концентрации этих соединений. В связи с чем, сейчас важно иметь возможность для обнаружения данных тиолосодержащих биомолекул в биологических образцах. В работе [43] были описаны два " Off-On" флуоресцентных сенсора L25 и L26 на основе БОДИПИ, содержащие связанные через атомы O-, Sарильные заместители в 8 положении ядра БОДИПИ. Они были получены замещением хлора у мезо-хлор-БОДИПИ 91 2,4динитрофенолом 92 или 4-метокситиофенолом. Данные сенсоры позволяют осуществлять одновременное обнаружение цистеина Cys и гомоцистеина/глутатиона Hcy/GSH. В буфере CH3CN/PBS (3:7, 10 мМ, pH 7.4) при 25 °C L26 имел максимум поглощения при 528 нм, а L25 максимум поглощение при 493 нм. При добавлении 10 экв. Hcy или GSH к раствору сенсора L26 по отдельности, максимумы поглощения слегка смещались гипохромно с небольшим приростом интенсивности в течение 30 мин. Однако, при добавлении 10 экв. Cys к раствору L25 происходило резкое уменьшение максимума при 52 нм и образование новой полосы поглощения при 440 нм в течение 30 мин (Рисунок 28). Рисунок 28. A) Схема синтеза соединений L25 и L26. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L25 и L26. Двумя входными сигналами являются Cys и Hcy/GSH. Выходной сигналыизменение интенсивности флуоресценции. Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления Cys или Hcy/GSH. ведет к молекулярному логическому элементу OR. Исследование спектральных свойств сенсора L26 показало, что в свободном состоянии сенсор практически не флуоресцирует. После обработки сенсора растворами Hcy, GSH и Cys в течение 30 минут происходило 20-кратное усиление интенсивности флуоресценции для Hcy при 543 нм и 80-кратное для GSH при 547 нм и без явного флуоресцентного ответа для Cys при 540 нм (волна возбуждении света 510 нм). При условии, когда длина волны возбуждения составляла 440 нм, только в случае Cys происходило 300-кратное усиление флуоресценции при в отличии от Hcy или GSH, для которых наблюдалась только небольшая полоса испускания флуоресценции при 550 нм. Такая же картина изменения флуоресцентных свойств и поглощения наблюдалась для L25. При добавлении Cys к раствору сенсора происходило увеличение интенсивности флуоресценции в 280 раз. Принцип работы сенсора основан на арильном нуклеофильном замещении в ядре БОДИПИ прд действием Cys, Hcy или GSH. При этом образовавшиеся амино-и тиол-БОДИПИ обладают различными фотофизическими свойствами. Похожий МЛЭ типа OR L27 на основе БОДИПИ для одновременного и избирательного обнаружения Cys и Hcy/GSH был показан в работе [44]. Ключевой стадией в синтезе сенсора была реакция БОДИПИ 94 с 4-нитробензоил хлоридом 95, которая привела к получению сенсора. Сенсор L27 имел максимум поглощения при 493 нм, и при возбуждении волнами длиной в 420 нм или 500 нм не флуоресцировал (Рисунок 29). Рисунок 29. A) Схема синтеза соединения L27. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L27. Двумя входными сигналами являются Cys и Hcy/GSH. Выходной сигнализменение интенсивности флуоресценции. Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления Cys или Hcy/GSH. ведет к молекулярному логическому элементу OR. После обработки сенсора L27 раствором Cys (20 экв.) максимум поглощения сместился с 493 нм на 439 нм. При возбуждении светом с длиной волны в 420 нм происходило значительное в 350 раз при 490 нм. После добавления GSH (20 экв.) к раствору сенсора L27, максимум поглощения при 493 нм уменьшился с одновременным увеличением максимума поглощения при 524 нм. При длине волны возбуждения в 500 нм и добавления 20 экв. Hcy/GSH к раствору сенсора L27, наблюдалось увеличение интенсивности флуоресценции в 30 раз для Hcy и в 90 раз для GSH при 544 нм. И напротив, добавление Cys не вызывало каких-либо существенных изменений интенсивности флуоресценции. Таким образом, сенсор был применен для различения Cys от GSH или Hcy. В работе [45] был показан "Off-On" флуоресцентный сенсор, основанный на RETмеханизме для селективного обнаружение Cys и Hcy. Донором для RET являлся фрагмент БОДИПИ, а акцептором энергиифрагмент 4-гидроксилстирил-БОДИПИ. Синтез сенсора был осуществлен в 9 стадий, ключевой из которых была установка C-C-связи между донором и акцептором с помощью реакции Сузуки. В целях улучшения растворимости сенсора в воде, в его структуру был введен фрагмент полиэтиленгликоля. Также произошло гашение флуоресценции ядра флуорофора через стириловый фрагмент в связи с тем, что 2,4динитробензосульфонильный фрагмент, селективный к S-нуклеофилам, является мощным акцептором электронов. Его отщепление привело к восстановлению испускательной способности сенсора. Хотя сам сенсор L28 не флуоресцентный, в присутствии цистеина или гомоцистеина появилась флуоресценция в красной области при 590 нм (возбуждение светом длиной волны в 505 нм), и появился псевдостоксовый сдвиг до 77 нм. Возбуждение донорного флуорофора при 505 нм привело к передаче энергии от донора к акцептору и испусканию флуоресценции в красной области от акцептора при 590 нм (передача энергии по RETмеханизму). Сенсор использовали для флуоресцентной визуализации клеточных тиолов in vivo (Рисунок 30). Рисунок 30. A) Схема синтеза соединения L28. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L28. Двумя входными сигналами являются Cys и Hcy. Выходной сигналэто изменение интенсивности флуоресценции. Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления Cys или Hcy ведет к молекулярному логическому элементу OR. Эффективность сенсора оценивали с использованием биологически важных аналитов, таких как гомоцистеин, глутатион и несколько различных аминокислот, а также с перекисью водорода, которая может содержаться в цитоплазме. Значительные флуоресцентные отклики наблюдались только для Cys и Hcy, при этом не наблюдалось усиление флуоресценции для других аналитов, таких как глицин, пролин и т. д. Таким образом, сенсор является высокоселективным в отношении цистеина и гомоцистеина. В работе [46] был показан флуоресцентный сенсор L29 на основе БОДИПИ для селективного определения GSH в смеси с Cys и Hcy. Для достижения этой цели использовалось объединение в одной молекуле БОДИПИ двух реакционных центров, а именно дисульфидного линкера и тиоэфирной группы. Сеносор был получен в 3 стадии. На первой было проведено ароматическое нуклеофильное замещение Cl в БОДИПИ 108, функционализированным гидроксигруппой и хлором, на п-тиокрезол 109, затем его гидроксильная группа была активирована CDI и введена в реакцию с 2,2' -дитиодиэтанолом 111, что привело к получению продукта (Рисунок 31). Механизм обнаружения аналитов заключается в том, что дисульфидная связь в молекуле БОДИПИ расщепляется под действием тиольной группы, содержащейся во всех аналитах, что приводит к получению промежуточных соединений. На втором этапе происходит реакция тиоэфира с нуклеофильным тиолатом, которая сопровождается образованием сульфенил-БОДИПИ. Последующее внутримолекулярное замещение происходит только под действием аминогрупп Cys или Hcy, дающими аминозамещенный БОДИПИ. Таким образом, Cys и Hcy приводят к сульфенил-и амино-замещенному БОДИПИ. Следует отметить, что на втором этапе кинетически благоприятное циклическое переходное состояние является критическим для различия GSH от Cys и Hcy. Громоздкость GSH значительно препятствует внутримолекулярной перестройке, давая только сульфенил-БОДИПИ. Учитывая разные фотофизические свойства сульфенил-БОДИПИ и сульфенил-и амино-замещенного БОДИПИ, сенсор позволяет различать GSH от Cys и Hcy. Рисунок 31. A) Схема синтеза соединения L29. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L29. Двумя входными сигналами являются Cys/Hcy и GSH. Выходные сигналыэто изменение интенсивности флуоресценции. Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления Cys/Hcy или GSH ведет к молекулярному логическому элементу OR. Сенсор L29 обладал максимумом поглощения при 552 нм, а также слабым максимумом испускания при 605 нм с квантовым выходом около 0.001. Добавление 5 мМ GSH к раствору L29 в CH3CN/HEPES-буфере (1:1, 20 мМ, рН 7.4) вызывало резкое снижение интенсивности поглощения при 552 нм наряду с одновременным появлением полосы поглощения при 581 нм. спектрах флуоресценции добавление GSH вызывало появление испускания в красной области спектра с максимум 605 нм при возбуждении светом длиной волны 565 нм, что позволило сенсору L29 обнаружить GSH. Затем изменения профилей спектров были исследованы в присутствие Cys или Hcy. В первые 3 мин исходное поглощение при 552 нм стало уменьшаться и начала появляться новая полоса поглощения при 490 нм. Впоследствии, полоса поглощения при 490 нм сдвигалась до 520 нм. Кроме того, происходило увеличение интенсивности флуоресценции при 556 нм при возбуждении волной света длмной 490 нм в течение 3 мин. Таким образом, реакция L29 с GSH приводит к красной флуоресценции, тогда как у L29 с Cys или Hcy приводит к оранжевой флуоресценцию. В работе [47] был исследован сенсор, который селективно определяет H2S и GSH. Он представляет собой молекулу, в которой ядро БОДИПИ (электронодефицитное) объединено с хальконовой группой (электроннодонорная). В таком донорно-акцепторном комплексе проявляется ICT-механизм, за счет которого гасится флуоресценция флуорофора. Сенсор был получен в 5 стадий. Ключевая из которых является конденсация альдегида 116 с БОДИПИ 108 (Рисунок 32). Сенсор L30 почти не испускает в буфере PBS (10 мМ, рН 7.4, 20% CH3CN) при возбуждении светом длиной 530 нм. При обработке L30 NaHS, в качестве источника HS -или GSH происходило значительное увеличение интенсивности флуоресценции с максимумом в Схема синтеза соединения L30. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L30. Двумя входными сигналами являются H2S и GSH. Выходной сигналэто изменение интенсивности флуоресценции. Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления H2S или GSH ведет к молекулярному логическому элементу OR. Был предложен механизм процесса, в котором L30 реагирует с H2S путем тандемного тиофенового фрагмента. В случае с GSH, его тиоловая группа реагирует с альдегидной группой сенсора L30, что приводит к промежуточному гемитиоацеталю, в структуре которого аминовая группа GSH находится в непосредственной близости от реакционноспособной α,β-ненасыщенной карбонильной группы сенсора, благодаря чему между ними возможна реакция Михаэля. В образовавшихся продуктах увеличение электронной плотности в фенильном кольце блокирует процесс переноса заряда и, следовательно, происходит восстановление флуоресцентных свойств сенсора. В работе [48] был описан флуоресцентный сенсор L31 для селективного обнаружения Cys и GSH, который представляет собой БОДИПИ, связанный с 7-нитробензофуразаном (NBD) через эфирную связь. Сенсор был получен в две стадии. На первой стадии была проведена конденсация Кневенагеля между флуорофором БОДИПИ 118 и альдегидом 119, а на второй стадии происходило замещение атома водорода гидроклисльной группы 120 на фрагмент NBD 121. После реакции сенсора с нуклеофильными GSH или Cys, из сенсора высвобождался флуорофор БОДИПИ. Сенсор не обладал флуресценцией за счет фотоиндуцированного переноса электронов PET от NBD к БОДИПИ (Рисунок 33). После добавления глутатиона GSH к раствору сенсора, интенсивность флуоресценции сенсора постепенно увеличивалась (в 30 раз), пока концентрация GSH не составила 64.0 экв. по отношению к сенсору. Эффект "Off-On" связан с отщеплением NBD группы, что привело к характерному флуоресцентному испусканию индол-БОДИПИ λem=135 нм. Напротив, в присутствии Cys появляется два максимума испускания при 540 нм и 635 нм. Схема синтеза соединения L31. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L31. Двумя входными сигналами являются Cys и GSH. Выходные сигналыэто изменение интенсивности флуоресценции. Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления Cys или GSH ведет к молекулярному логическому элементу OR. Таким образом, Cys может быть легко идентифицирован по одновременному появлению двух полос испускания при 540 нм и 635 нм, тогда как GSH может быть идентифицирован по появлению одной полосы испускания при 635 нм. Такое различие можно объяснить тем, что при взаимодействии Cys и сенсора L31 образуется БОДИПИ и NBD-Cys, обеспечивающие испускание флуоресценции при 635 нм и 540 нм соответственно. В случае с GSH образуется БОДИПИ и не флуоресцентный продукт NBD-GSH, и возникает только одна полоса испускания при 635 нм. В работе [49] был описан флуоресцентный сенсор L32, позволяющий определять GSH в присутствии Cys и Hcy на основе монохлор-БОДИПИ. Синтез сенсора был реализован в 3 стадии. Ключевой из которых является кросс-сочетание Соногаширы между дихрол-БОДИПИ 122 и триметилсилилацетиленом. Свободная тиольная группа аналита нуклеофильно замещает хлор в БОДИПИ, что приводит к значительному смещению максимума в красной области флуоресценции. Аминогруппы Cys/Hcy (но не GSH) далее замещают серу с образованием аминозамещенного БОДИПИ, имеющего отличные от исходного сенсора фотофизические свойства (Рисунок 34). Рисунок 34. A) Схема синтеза соединения L32. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L32. Двумя входными сигналами являются Cys/Hcy и GSH. Выходной сигнал -это изменение интенсивности флуоресценции. Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления Cys/Hcy или GSH ведет к молекулярному логическому элементу OR. В случае GSH, по мере прохождения реакции, полоса испускания свободного сенсора с максимумом в 556 нм уменьшается, в то время как новый максимум при 588 нм увеличивается. При добавлении Cys уменьшение интенсивности флуоресценции при 556 нм первоначально сопровождалось появлением новой полосы испускания при 590 нм, которая быстро уменьшилась. Затем максимум испускания L32 сместился до 564 нм. В присутствии Hcy максимум испускания в 587 нм постепенно увеличивался в течение первых 15 мин, аналогичному тому, который наблюдался с GSH, а затем этот максимум уменьшался. Полученные данные позволяют отличать GSH от Cys/Hcy. Спектры поглощения в присутствии GSH значительно отличаются от спектров в присутствии Cys или Hcy. Они также могут использоваться для определения GSH в физиологических условиях. В работе [50] был показан фенилселен-замещенный флуоресцентный сенсор L33 "On-Off" на основе БОДИПИ для определения H2S на основе реакции расщепления фенилселенидной группы при 3-м и 5-м положении БОДИПИ. Сенсор был получен реакцией между дихлор-БОДИПИ 77 и бензолселенолом. При добавлении Na2S в концентрации от 0 до 20 мкМ происходило замещение одной фенилселенидной группы гидросульфдом, что приводило к увеличению интенсивности поглощения с максимумом при 587 нм и появлялись новые сигналы при 390 нм и 516 нм. При добавлении Na2S в концентрации от 20 до 85 мкМ, сероводород способствовал дальнейшему замещению фенилселенида в 5-положении БОДИПИ, что сопровождалось снижением интенсивности поглощения полосы при 516 и 552 нм и увеличилось поглощение при 500 нм. Полоса поглощения при 587 нм при этом исчезала. В ходе реакции происходило изменение цвета флуоресценции от фиолетового до розового. Сенсор L33 обладает сильной флуоресценцией при возбуждении светом длиной 582 нм с максимумом 610 нм. При добавлении Na2S происходило постепенное гашение интенсивности флуоресценции в зависимости от концентрации Na2S. При добавлении 100 экв. Na2S происходило полное гашение флуоресценции (Рисунок 35). Рисунок 35. A) Схема синтеза соединения L33. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L33. Двумя входными сигналами являются H2S и избыток H2S. Выходной сигналэто изменение поглощения. Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления H2S или Избыток H2S ведет к молекулярному логическому элементу OR. В работе [51] был описан ратиометрический флуоресцентный сенсор L34 на основе мнитрофенолзамещенного хлор-БОДИПИ для обнаружения GSH. Сенсор был получен реакцией дихлорзамещенного-БОДИПИ 77 и 2-нитрофенола 126. Обнаружение основано на двухступенчатом нуклеофильном ароматическом замещении нитрофенольной группы и хлора GSH в буферном растворе CTAB. При добавлении GSH происходило замещение нитрофенольной группы, что приводило к изменению максимума испускания флуоресценции. Положение максимумов испускания менялось от 530 до 561 нм, что соответствует смене зеленой флуоресценции на желтую. Добавление избытка GSH взывало вторую стадию замещения (замещение хлора), что приводило к изменению максимума испускания флуоресценции с 561 до 596 нм (смена цвета флуоресценции с желтого на красноватооранжевый). Сенсор находит применение в клеточной ратиометрической флуоресцентной визуализации GSH. Схема синтеза соединения L34. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L34. Двумя входными сигналами являются GSH и GSH. Выходной сигнализменение максимумов испускания. Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления GSH или избыток GSH ведет к молекулярному логическому элементу OR. В работе [52] был показан сенсор L35 на основе 4-амино-3-(метиламино)фенол замещенного хлор-БОДИПИ. Он был получен в две стадии из 3,5-дихлор-БОДИПИ 122. На первой стадии 3,5-дихлор-БОДИПИ 122 вводили в реакцию с 4-(метиламино)-3-нитрофенолом 128, а затем NO2-группу в образовавшемся продукте 129 востанавливали в NH2-группу. Его флуоресцентные свойства были изучены в присутствии NO и GSH в PBS буфере (10 мМ, pH 7.4, 30% CH3CN) при 37 °С. Было показано, что в присутствии NO происходит увеличение испускания флуоресценции с максимумом в 558 нм, а при добавлении GSH происходит увеличение интенсивности испускания флуоресценции с максимумом в 528 нм. После одновременного добавления фермента, генерирующего NO, и GSH максимум испускания при 528 нм увеличивался быстро, и затем возникал максимум испускания при 558 нм, так как реакция с GSH шла быстрее, чем образовывался NO (Рисунок 36). Схема синтеза соединения L35. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L35. Двумя входными сигналами являются GSH и NO. Выходной сигнализменение испускания флуоресценции. Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления GSH или NO ведет к молекулярному логическому элементу OR. Приведенные выше результаты показали, что сенсор L35 способен обнаружить присутствие NO и GSH по двум каналам флуоресценции. Механизм работы сенсора объясняется тем, что NO запускает трансформацию диамина в триазол, который обладает зеленой флуоресценцией, а GSH индуцирует реакцию замещения SNAr 4-амино-3-(метиламино)фенольной группы, приводящую к продукту, испускающему в красной области спектра. Сенсор был использован для обнаружения экзогенных и эндогенных NO и GSH в клетках макрофагов. В работе [53] был разработан сенсор L36 для определения оксида азота NO и NO2 -. Он был получен путем объединения в одной молекуле флуорофора БОДИПИ и о-фенилендиамина, который выполняет рецепторную функцию, а также гасит флуоресценцию по PET-механизму. Синтез был осуществлен в одну стадию из О-фенилендиамина 131 и мезо-хлор-БОДИПИ 130 Схема синтеза соединения L36. Принципиальная схема механизма работы сенсора L36. Двумя входными сигналами являются NO2 -и NO. Выходные сигналыэто изменение интенсивности флуоресценции. Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления NO2 -или NO ведет к молекулярному логическому элементу OR. При обработке раствора сенсора NO или нитритом в фосфатном буфере, PET гашение снимается за счет образования производного бензотриазола, что приводит к увеличению интенсивности флуоресценции при 532 нм. (λex=470 нм). Таким образом, была реализована стратегия "Off-On" определения аналита от темного фона к сильной зеленой флуоресценции после добавления NO и NO2 -. Флуоресцентный сенсор L37, селективный в отношении Cys был предложен в работе [54]. Он представляет собой комплекс Cu 2+ с БОДИПИ и был получен в результате реакции конденсации БОДИПИ 134 с 2-аминофенолом 135. БОДИПИ 134 был синтезирован путем конденсации альдегида с 2,4-диметилпирролом, с дальнейшим расщеплением полученного ацеталя 132 под действием каталитического количества HCl и окислением MnO2 (Рисунок 38). Схема синтеза соединения L37. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L37. Двумя входными сигналами являются Cu 2+ и Cys. Выходной сигналэто выход снижении интенсивности флуоресценции при 510 нм. Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к молекулярному логическому элементу INHIBIT. Молекулярное определение основано на деметаллировании слабофлуоресцентного комплекса L37 с Cu 2+ цистеином, и последующем гидролизе основания Шиффа, приводящему к усилению интенсивности флуоресценции при максимуме в 510 нм. Сенсор демонстрировал конкурентную селективность в отношении Cys по сравнению с Hsy, N-ацетилцистеин, метионином и GSH. Кроме того, сенсор был описан как возобновляемый, было показано, что его можно использовать заново после обработки 2-аминофенолом. Сингхом и др. [55] был получен флуоресцентный сенсор L38, Принципиальная схема механизма работы сенсора L38. Двумя входными сигналами являются Cys и Hg 2+ . Выходной сигналувеличение интенсивности флуоресценции при 520 нм. Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к молекулярному логическому элементу INHIBIT. Он представляет собой координациооный комплекс Hg 2+ и краун-БОДИПИ. Соединение является PET-сенсором. После добавления водного раствора ионов Hg 2+ к раствору сенсора L38 в ацетонитриле происходит увеличение интенсивности флуоресценции при 520 нм. При последовательном добавлении водного раствора Cys к раствору L38, интенсивность испускания при 520 нм уменьшается и стабилизируется. На основании того, что возможно обратимое взаимопревращение за счет добавления постоянных количеств Cys и Hg 2+ к раствору L38 является сенсором типа "On-Off" для Cys. Интересный пример МЛЭ был получен в работе [56]. Он представляет собой мезофинилзамещенный БОДИПИ с азидной группой, которая подвергается восстановлению в присутствии H2S. Сенсор был получен в три стадии, ключевой из которых является кросссочетание по Сузуки между бромфенил-БОДИПИ 137 и бороновым эфиром анилина 138. При добавлении H2S (Na2S был использован в качестве источника H2S) к раствору сенсора L39 происходило уменьшение полосы поглощения при 495 нм. Спектр флуоресценции сенсора L39 имеет полосу испускания с максимумом при 515 нм при возбуждении волной света 470 нм. После добавления H2S (0-60 мМ) к раствору сенсора L39 полоса испускания при 515 нм уменьшалась с увеличением концентрации H2S (Рисунок 40). Схема синтеза соединения L39. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L39. Двумя входными сигналами являются H2S и Вязкость. Выходной сигналгашение интенсивности флуоресценции при 515 нм. Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к молекулярному логическому элементу INHIBIT. Продукт, образованный после восстановления азидной группы, работает как флуоресцентный молекулярный ротор и его энергия может рассеивается безызлучательными путями из-за свободного вращения мезозамещенного фенильного кольца. Восстановленный продукт L39 реагирует на изменения вязкости и может быть также охарактеризован как флуоресцентный молекулярный ротор, у которого интенсивность флуоресценции и время затухания увеличиваются с увеличением вязкости. Было показано, что значительное увеличение интенсивности флуоресценции наблюдалось с увеличением концентрации глицерина в растворе. Однако, в отсутствии H2S такого увеличения интенсивности флуоресценции не происходило. В работе [57] были показаны два "Off-On" сенсора на основе БОДИПИ для одновременного определения Hg 2+ и O2 -. . Сенсоры получены в две стадии. На первой стадии альдегид 140 функционализирован до дисульфидного и моносульфидного производного 142 и 143 по реакции сочетания в присутствии солей меди (I) Затем эти альдегиды подвергались реакции с 2,4-диметилпирролом с образованием сенсоров L40 и L40a. Механизм основан на том, что 2-пиридил-S группы, могут подвергаться окислению АФК, а также могут участвовать в связывании Hg 2+ и обладают способностью гасить флуоресценцию по PET-механизму (Схема синтеза соединений L40 и L40a. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L40 и L40a. Двумя входными сигналами являются Hg 2+ и O2 - . Выходной сигнал это увеличение интенсивности флуоресценции при 524 нм. Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к молекулярному логическому элементу AND. При добавлении Hg 2+ к растворам сенсоров L40 и L40a в MeCN/H2O (70:30) смещение максимумов поглощения с 506 до 532 нм, при этом флуоресценция менялась со светло-желтой на оранжево-красную. Этот количественный батохромный сдвиг (25 нм) достаточен, чтобы его можно было наблюдать невооруженным глазом при концентрациях сенсора в 10 -6 M. Ионы других металлов не влияют на испускание флуоресценции сенсора. Флуоресцентные свойства растворов сенсоров L40 и L40a были проверены на отклики к различным активным формам кислорода. В случае добавления KO2 в раствор L40 происходило увеличение интенсивности флуоресценции на 150%. Затем было исследовано влияние на флуоресцентное испускание присутствия аналитов Hg 2+ и O2 -. При одновременном присутствии аналитов (+ Hg 2+ + O2 -или + O2 -+ Hg 2+ ) наблюдалось сильное разгорание флуоресценции. В работе [58] был показан флуоресцентный "On-Off" сенсор L41 на основе БОДИПИ, позволяющий определять O2 -. Синтез сенсора был проведен в три стадии, ключевая из которых кросс-сочетание по Сузуки. В присутствии O2 -флуоресценция сенсора с максимумом в 596 нм гасится. Это объясняется тем, что в результате реакции сенсора L41 с O2 -(окисляющим веществом) из пирокатехол-формы (сильно флуоресцирующая форма) образовывалась бензохинон-форма (форма со слабой флуоресценцией), в которой флуоресценция гасилась за счет PET-механизма. Добавление GSH (восстанавливающее вещество) превращало сенсор обратно из бензохиновой формы в форму пирокатехина с восстановлением флуоресценции (Рисунок 42). Принципиальная схема механизма работы сенсора L41. Двумя входными сигналами являются O2 • -и GSH. Выходной сигналэто гашение интенсивности флуоресценции при 596 нм. Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к молекулярному логическому элементу INHIBIT. Молекулярные логические элементы на основе БОДИПИ для генерации синглетного кислорода В работе [59] был показан МЛЭ L42, состоящий из двух фрагментов дистирил-БОДИПИ, соединенных вместе. На рисунке 43 представлен его многостадийный синтез. Ключевым этапом является сборка МЛЭ последством клик-реакции из двух франгментов функционализированных БОДИПИ. Один из модулей (2, модуль FL) ответственен за флуоресценцию, другой модуль (1, модуль PS) ответственен за образование синглетного кислорода. Свет на длине волны 625 нм и кислота (трифторуксусная кислота, TFA) являются входными параметрами МЛЭ, а образование синглетного кислородавыходным. Работа сенсора L42 может быть разбита на наложенное действие двух модулей, соединенных вместе.

Рисунок 47 .Рисунок 48 .

 4748 Схема синтеза соединения L43. Б) Принципиальная схема механизма работы МЛЭ L43. Двумя входными сигналами являются Na + и TFA. Выходной сигналэто генерация синглетного кислорода. Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к молекулярному логическому элементу AND. Спектральные характеристики и емкость генерации синглетного кислорода соединения L43 изучались в CH3CN. При добавлении аликвоты TFA к ацетонитрильному раствору L43, наблюдалось смещение максимумов поглощения в красную область спектра сенсора с 630 до 660 нм. Таким образом, используя светодиодную лампу при волне 660 нм, генерация синглетного кислорода наблюдалась только тогда, когда TFA и Na + присутствовали в растворе одновременно. Когда ни TFA, ни Na + не присутствовали или, когда присутствовал только TFA, скорость образования синглетного кислорода была значительно ниже. В работе Аккая [61] для L44 было предложено два каскада МЛЭ: AND-AND и AND-INHIBIT. Каждый из них состоял из активируемого кислотой фотосенсибилизатора GATE 1 (работает в режиме AND) и части, активируемой синглетным кислородом GATE 2 (работает в режиме AND или INHIBIT). Для первого каскада AND-AND, выходным действием первой части GATE 1, является высвобождение синглетного кислорода под действием света длиной 660 нм и кислотной среды. Второй GATE 2 у первого каскада можно рассматривать как элемент AND, который использует синглетный кислород (выход первой логической операции) и свет длинной волны в 520 нм в качестве входных элементов. Процесс AND приводит на выходе к увеличению интенсивности флуоресценции с максимумом поглощения в 537 нм. Данный процесс вызван реакцией между синглетным кислородом и (Z)-1,2-бис(алкилтио)этеновым фрагментом GATE 2, приводящей к расщеплению двойной связи в структуре GATE 2. Второй каскад AND-INHIBIT также состоит из GATE 1 и GATE 2. Выходным действием первого МЛЭ является высвобождение синглетного кислорода под действием света длиной 660 нм и кислоты. Вводным элементом у GATE 2 является GSH. Такой каскад можно рассматривать как МЛЭ типа INHIBIT. Присутствие GSH мешает усилению флуоресценции. Эти данные могут быть истолкованы следующим образом: GSH действует как «ловушка» для 1 O2 и снижает уровень Двумя входными сигналами МЛЭ 1, ввода 1 является свет длиной волны 660 нм и H + . Выходные сигналыэто выход 1 образование 1 О2, который является вводным сигналом для МЛЭ 2. У МЛЭ 2 входными сигналами ввод 2 являются 1 О2 и свет длиной волны 520 нм. Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к молекулярному логическому элементу AND. Двумя входными МЛЭ 1 сигналами ввода 1 являются свет длиной волны 660 нм и H + . Выходные сигналыэто выход 1 образование 1 О2, который является вводным сигналом для МЛЭ 2. У МЛЭ 2 входными сигналами ввод 2 являются 1 О2 и GSH. Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к молекулярному логическому элементу INHIBIT. Рисунок 45. A) Схема синтеза соединения L44. B) Принципиальная схема механизма работы МЛЭ L44 В работе [62] было описано два сенсора L45 и L46 типа AND, состоящих из двух независимых МЛЭ, смешанных в одном растворе. Первым независимым логическим элементом AND является молекула тионина. Другой элемент AND представляет собой производное стирил-БОДИПИ с дипиколиламиновой (DPA) группой A, флуоресценция у которого гасится с помощью PET-механизма, и восстанавливается, когда к раствору сенсора добавляются Zn 2+ . Эти две системы AND работают независимо. Когда МЛЭ объединяют в растворе, выход первой МЛЭ (тионин) становится одним из входов второй МЛЭ 2 (L45). Таким образом, в смеси двух логических компонентов AND, два элемента интегрированы с помощью фотохимической модуляции. В итоге, два независимых логических элемента AND можно принудительно интегрировать в один, просто смешивая их в растворе (Рисунок 46). Схема синтеза соединения L45 и L46. Б) Принципиальная схема механизма работы МЛЭ L45 и L46. Двумя входными сигналами ввода 1 являются свет длиной волны 560 нм и свет длиной волны 380-760 нм. Выходные сигналыэто выход 1 с излучением 560 нм, который является вводным сигналом для МЛЭ 2. У МЛЭ 2 входными сигналами являются свет длиной волны 560 нм и Zn 2+ . Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к каскадному молекулярному логическому элементу AND. Второй каскад МЛЭ L46, основан на передаче энергии (RET). Первый AND идентичен элементу в предыдущей схеме (соединение A). Другой МЛЭ также является производным моностирила (B), но так как он имеет азатиакрауновый фрагмент, присоединенный через аминный атом азота, перенос заряда приводит к более длинноволновому поглощению и испусканию (Рисунок 47). Соединение B действует как AND, с фотонным (свет при 580 нм) и ионным (Hg 2+ ) входами. Только при наличии обоих входов появляется ярко-красное испускание при 660 нм. Когда соединения A и B связываются по реакции циклоприсоединения Хьюсгена, полученный продукт (С) фактически является модулем по ионно-модулированному переносу энергии. В этой молекуле фотонный вход при 660 нм генерируется только когда все три входа (hυ = 560 нм, Zn 2+ и Hg 2+ ) присутствуют. Во всех других комбинациях испускание при 660 нм является не сильным. Испускание в красной области спектра зависит от эффективности PЕTмодуля от первого логического элемента (A). Возбуждение при 560 нм приводит к возбуждению этого конкретного флуорофора, но в отсутствие Zn 2+ , эффективность передачи энергии резко снижается. Когда присутствуют Zn 2+ , PЕT блокируется, и энергия возбуждения передается на второй модуль. Второй модуль (акцептор), полученный из соединения B, даже когда передача энергии эффективна, не флуоресцирует ярко из-за сильного внутримолекулярного переноса заряда. Когда к раствору сенсора добавляются катионы (Hg 2+ ), наблюдается испускание в красной области спектра. Принципиальная схема механизма работы МЛЭ L46. Двумя входными сигналами ввода 1 являются свет длиной волны 560 нм и Zn 2+ . Выходные сигналыэто выход 1 с излучением 580 нм, который является вводным сигналом для МЛЭ 2. У МЛЭ 2 входными сигналами являются свет длиной волны 580 нм и Hg 2+ . Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к каскадному молекулярному логическому элементу AND. Структура флуоресцентного фотосенсибилизатора L47 [54], активируемого GSH и H + содержит два фрагмента. Фрагмент ответственный за гашение флуоресценции (Q) и фотосенсибилизатор (PS), которые связаны дисульфидным мостиком, расщепляющимся под действием GSH. Для разработки молекулы в этой работе авторы использовали две характеристики микроокружения опухоли: более низкий pH и более высокие концентрации GSH [55]. Спектральный сдвиг на длине волны возбуждения 625 нм появляется только при протонировании молекулы, что делает сенсибилизатор активным только в кислых условиях. Кислота индуцирует изменение поглощения фотосенсибилизатора, что позволяет увеличить коэффициент экстинкции на длине волны возбуждения и, таким образом, готовит его к активации. Однако акцептор энергии, сопряженный с фотосенсибилизатором через дисульфидную связь все еще гасит возбужденное состояние через эффект передачи энергии RET. Лишь только когда оба связанных аналита присутствуют при пороговых значениях, происходит активация генерации синглетного кислорода (Рисунок 48). Принципиальная схема механизма работы МЛЭ L47 Двумя входными сигналами являются H + и GSH. Выходной сигналэто генерация синглетного кислорода. Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к молекулярному логическому элементу AND.

Рисунок 3 .Рисунок 4 . 1 : 1 .Рисунок 5 .Рисунок 6 .Рисунок 7 .Рисунок 8 .

 34115678 поглощения и испускания S1, S3, S5, S6 и S7 приведены в приложении). В то же время, соединения S3, S6 и S7, полученные из криптопиррола с использованием 2-((2-(2-ацетоксиэтокси)этил)амино)этилацетатной хелатирующей группы, были перспективны для селективного ратиометрического детектироания в УФ-области и для флуоресцентного обнаружение Al 3+ . Сенсор S3 при добавлении Al 3+ к раствору S3 (15 µМ в MeCN) интенсивность максимума поглощения постепенно уменьшалась вплоть до образования новой батохромносдвинутой полосы с максимумом при 527 нм. Изобестическая точка наблюдалась при 524 нм (Рисунок 3). Спектры поглощения раствора S3 (15 µM) в MeCN с различной концентрацией Al 3+ . Молярный коэффициент поглощения S3 в присутствии Al 3+ незначительно изменялся от 9.3 × 10 4 до 8.6 × 10 4 M -1 см -1 . При добавлении Al 3+ к раствору S3 (15 µМ в MeCN, λex = 504 нм) снималось гашение флуоресценции из-за координации Al 3+ с аминогруппой, и раствор S3 приобретал интенсивную зеленую флуоресценцию (Рисунок 4). Спектры флуоресценции раствора S3 (15 µМ) в MeCN с различными концентрациями Al 3+ (λex = 504 нм). Максимум испускания флуоресценции комплекса S3 с Al 3+ был равен 547 нм, при этом разгорание флуоресценции (~ 1200-раз) наблюдалось невооруженным глазом. Квантовый выход составил 0.18. Эксперимент Job's plot подтверждает, что соединие S3 образует комплекс Al 3+ в соотношении Эксперименты по титрованию позволили определить константу ассоциации (Ks), равную 3.2•10 3 M -1 , что находится в диапазоне значений для хемосенсоров на Al 3+ [90-92]. Предел обнаружения Al 3+ с помощью S3 составил 3.8 µМ, что свидетельствует о высокой чувствительности сенсора. Изменения в спектре поглощения сенсора S6 при координации ионов Al 3+ гораздо более выражены по сравнению с сенсором S3 (Рисунок 5). Комплексообразование с Al 3+ вызвало сильный гипсохромный сдвиг максимума поглощения S6, в результате цвет менялся с синего на фиолетовый. Полоса на 613 нм уменьшалась без заметного сдвига, и сильная полоса поглощения появилась при 573 нм. Молярной коэффициент поглощения изменялся незначительно с 7.0 × 10 4 до 6.9 × 10 4 M -1 см -1 при связывании Al 3+ . Спектры поглощения раствора S6 (15 µM) в MeCN с различной концентрацией Al 3+ . При добавлении Al 3+ к раствору S6 (15 µМ в MeCN, λex = 580 нм) происходило более чем 1000-крпатное разгорание флуоресценции при 595 нм. Квантовый выход связанного сенсора 0.34 (Рисунок 6). Спектры флуоресценции раствора S6 (15 µМ) в MeCN с различными концентрациями Al 3+ (λex = 560 нм). Анализ связывания сенсора S6 с Al 3+ с использованием Job's plot показал, что происходит образование комплекса состава 1:2. Константа стабильности комплекса, образованного между ионами Al 3+ и соединением S6 в ацетонитриле, рассчитанная с помощью спектрофотометрии в УФ-видимой области составила, logβ = 12.34. Предел обнаружения Al 3+ сенсором S6 составил 1.6 µМ. При добавлении Al 3+ к раствору сенсора S7 наблюдалось появление двух новых максимумов в спектрах поглощения при 627 нм и 583 нм, сопровождаемые изменением цвета раствора с зеленого на красновато-синий (Рисунок 7). Спектры поглощения раствора S7 (15 µM) в MeCN с различными концентрациями Al 3+ . Максимум поглощения при 706 нм уменьшился. С постепенным добавлением Al 3+ наблюдались две изобестические точки при 684 нм и 646 нм, что указывает на ступенчатое образование комплексов разной стехиометрии. Интенсивность флуоресценции хемосенсора S7 (15 µМ в MeCN, λex = 640 нм) постепенно увеличивалась с увеличением концентрации Al 3+ (Рисунок 7). Спектры флуоресценции раствора S7 (15 µМ) в MeCN с различными концентрациями Al 3+ (λex = 640 нм). Интенсивность флуоресценцииv в спектрах S7 при 652 нм увеличилась примерно в 1400 раз при добавлении одного эквивалента Al 3+ и достигла максимального значения при добавлении 2 эквивалентов Al 3+ (квантовый выход связанного сенсора равен 0.31).

Рисунок 10 .Рисунок 11 .III. 1 . 4 .Схема 3 .III. 1 . 5

 101114315 Флуоресцентный отклик раствора S6 (15 µM) при добавлении катионов различных металлов (15 µM) в MeCN, λex=560 нм. Отношение интенсивностей флуоресценции IAl3+ / ICr3+ сенсора S6, измеренное в присутствие Al 3+ и Cr 3+ составляло 1 : 1. Обработка сенсора S6 другим ионами металлов, даже в количестве 10 экв., не привела к значительным изменениям. Существенные спектральные изменения для сенсора S7 наблюдались только в случае Al 3+ и Cr 3+. Отношение интенсивностей флуоресценции IAl3+ / ICr3+ сенсора S7, измеренное в присутствии Al 3+ и Cr 3+ , составляло 1.7:1. Ионы Cu 2+ и Fe 3+ снижают интенсивность испускания сенсора S7 (Рисунок 11). Флуоресцентный отклик раствора S7 (15 µM) при добавлении катионов различных металлов (15 µM) в MeCN, λex=640 нм. Увеличение интенсивности испускания сенсора S7 не происходило в присутствии 10 экв. избытка других катионов металлов, таких как Fe 2+ , Mg 2+ , Pb 2+ , Hg 2+ , Ni 2+ , Co 2+ , Zn 2+ , Cd 2+ , Ag + , Ba 2+ , Ca 2+ , Li + , Na + и K + . 1 H-ЯМР титрование в CH3CN было использовано для исследования природы связывания сенсора S3 и Al 3+ . Химические сдвиги протонов сенсора до и после добавления Al 3+ изображены на рисунке 12. В присутствии Al 3+ (0-1.1 экв.), протоны боковой цепи a, b, c, d и e сдвигаются с уширением сигнала примерно на 0.4-0.6 м.д в сторону сильного поля. Сигналы протонов g и h фенильного кольца при 6.94 м.д. и 6.09 м.д. смещаются до 7.67 м.д. и 7.75 м.д. соответственно. Это указывает на то, что азот учавствует в комплексообразовании с Al 3+ . Стоит отметить, что цепные протоны f были индифферентны к добавлению Al 3+ , следовательно, группа CH2 f OAc не учавствует в координировании металла. Рисунок 12. 1 H ЯМР титрование соединения S3 c Al 3+ в MeCN. Таким образом, мы синтезировали и охарактеризовали пять новых "Off-On" сенсорных молекул на основе «псевдо-краунов», которые оказались селективны в отношении Al 3+ . Исследования показали, что соединение S1 с ядром 2,6-H-БОДИПИ и соединение S5 без ацетильной группы в хелаторе малоэффективны для обнаружения Al 3+ . Между тем, соединение S3, с 2-((2-(2-ацетоксиэтокси)этил)амино)этилацетатной группой может быть использован во флуоресценцентных исследованиях, тогда как сенсоры S6 и S7 могут быть использованы через два разных каналадетектированием УФ и откликом флуоресценции. Максимальная интенсивность флуоресценции для сенсоров S3, S6 и S7 была достигнута добавлением 0.5 -2 эквивалентов Al 3+ , а пределы обнаружения оказались низкими. Наблюдаемые изменения цвета или усиление флуоресцентного испускания могут быть объяснены связыванием Al 3+ с 2-((2-(2-ацетоксиэтокси)этил)амино)этилацетатным фрагментом, что снимает гашение с ядра БОДИПИ. Сенсоры S3, S6 и S7 не разгораются в присутствии множества ионов, включая биологически необходимые Mg 2+ , Ca 2+ и Fe 3+ . Таким образом, наши сенсорные молекулы могут быть использованы для ратиометрического определения Al 3+ в ацетоксиэтокси)этил)амино)этилацетатый хелатор может найти применение в качестве легкодоступного хелатора для разработки Al 3+ -селективных флуоресцентных сенсоров. Разработка флуоресцентного «Off-On» сенсора на катионы Cu 2+ На предыдущем этапе работы изучение мезо-, 3и 5положения каркаса БОДИПИ показало, что мезо-положение наиболее эффективно для создания чувствительного и селективного сенсора на основе «псевдо-краун» эфиров. Поэтому на следующем этапе нашей работы интерес представляло создание соединений, в которых "псевдо-краун эфирная" группа вводилась в мезо-положение ядра БОДИПИ через метиленовый линкер. Ожидалось, что из-за уменьшения длины линкера может быть существенным образом изменена селективность сенсоров, в связи со стерическим затруднением для координации ионов металлов рецепторной группы, вызываемых флуоресцентным ядром. Нами был реализован многостадийный синтез неизвестных ранее в литературе соединений S8, S9, S10, S11, S12, представляющих собой красители БОДИПИ, модифицированные по мезо-положению каркаса "псевдо-краун эфирная" через CH2-группу (Схема 3). Конденсацией этаноламина 8 с 2,2-хлорэтоксиэтаном 9 был получен диол 10. Затем соединение 10 было обрабатано последовательно ди-третбутилкарбонатом и уксусным ангидридом, что позволило защитить атом азота Boc-защитой, а гидрокси-группыацетатными остатками. Boc-защиту в соединении 11 сняли путем обработки хлороводородистой кислотой в диоксане при комнатной температуре. В результате был синтезирован хелатор 12 выход которого на три стадии составил 27%. Далее были синтезированы симметричные хелатирующие группы 16 и 17. Обработка диола 13 ди-третбутилкарбонатом в этилацетате привела к соединению 14. Последнее было без выделения введено в реакцию с уксусным ангидридом, что позволило выделить продукт 15 с выходом 83%. Boc-защиту в соединении 15 сняли путем обработки хлороводородистой кислотой в диоксане при комнатной температуре. В результате чего с выходом 88% был получен хелатор 16. Кипячением диола 14 с 2-(хлорметил)пиридином в тетрагидрофуране получили хелатирующую группу 17, известную в литературе как селективную к ионам Hg 2+ [93]. Синтез целевых соединений S8-S12. Необходимый в синтезе 8-хлорметил БОДИПИ 18 был получен с выходом 39%, согласно литературной методике [94], последовательной конденсацией криптопиррола с хлорацетилхлоридом и комплексообразованием получившегося дипиррометена с эфиратом трехфтористого бора. Реакции нуклеофильного замещения между Cl-БОДИПИ 18 и хелаторами 10, 12, 13, 16, 17 позволили получить серию соединений S8-S12 с выходами 16-46%. Исследование фотофизических свойств соединений S8 -S12 и их способности детектировать Cu 2+ Соединения S8 -S12 были исследована методами УФ-и флуоресцентной спектрометрии.

Рисунок 13 . 3 ×Рисунок 14 .Рисунок 15 .Рисунок 16 .III. 1 . 6 .Схема 4 .Рисунок 17 .Рисунок 19 .Рисунок 20 .Рисунок 21 . 1 . 7 Рисунок 22 . 22 .Схема 5 .III. 1 . 8 .Рисунок 25 .III. 2 .Рисунок 26 . 23 .Схема 6 .III. 2 . 1 .Схема 7 .Рисунок 28 .Рисунок 29 .Рисунок 30 .Рисунок 31 .Рисунок 32 .Рисунок 33 .Рисунок 34 .III. 2 . 2 .Рисунок 35 .Схема 8 .III. 2 . 3 .Рисунок 38 .Схема 9 .Схема 10 .III. 2 . 4 .Рисунок 40 .Схема 11 .Рисунок 41 .Рисунок 42 .Схема 12 .

 133141516164171920211722225182522623621728293031323334223582338910244011414212 Спектры поглощения и испускания раствора S10 (15 µM) в MeСN, λex = 515 нм. Сравнение спектров поглощения соединения S10 (λabs = 534 нм, CH3CN) с литературными данными для наиболее близкого известного структурного аналога 8-(CH2NEt2)-БОДИПИ (λabs = 501 нм, CHCl3)[START_REF] Oshikawa | PET-dependent fluorescence sensing of enzyme reactions using the large and tunable p K a shift of aliphatic amines // Chemical Communications[END_REF], выявило тенденцию к смещению максимума поглощения в длинноволновую область. В тоже время, коэффициент экстинкции для соединения S10 (ε = 5.10 4 М -1 см -1 ) был ниже, чем для 8-(CH2NEt2) -БОДИПИ (ε =7.0 × 10 4 М -1 см -1 )[START_REF] Oshikawa | PET-dependent fluorescence sensing of enzyme reactions using the large and tunable p K a shift of aliphatic amines // Chemical Communications[END_REF].В спектрах флуоресценции всех исследованных соединений максимум испускания располагался между 555 и 557 нм. Стоксов сдвиг (разница между λem и λabs) для всех красителей S8-S12 был больше, чем для литературных аналоговмезо-CH2NR2 замещенных БОДИПИ (т.е. 660 см -1 )[START_REF] Song | A reversible fluorescent probe based on C [double bond, length as m-dash] N isomerization for the selective detection of formaldehyde in living cells and in vivo // Analyst[END_REF][START_REF] Lincoln | When push comes to shove: unravelling the mechanism and scope of nonemissive meso-unsaturated BODIPY dyes // The[END_REF][START_REF] Tian | Fluorescent pH probes based on boron dipyrromethene dyes // Dyes and Pigments[END_REF]. Особенно ярко эта тенденция наблюдалась для БОДИПИ с ОН-группами S8 и S10 (708 и 741 см -1 ). Низкие значения ΦF для всех исследованных соединения S8-S12 (≤ 0,03 в MeCN) объясняются гашением флуоресценции по механизму PET с участием неподеленной пары атома азота "псевдо-краун группы"[START_REF] Ulrich | The chemistry of fluorescent bodipy dyes: versatility unsurpassed[END_REF].Было изучено влияние различных катионов на фотофизические свойства синтезированных красителей S8-S12. Исследование соединений S8, S9 и S11 показало, что они не обладали селективностью к Cu 2+ в присутствии Al 3+ , Fe 3+ и Cr 3+ . Данные об их спектральных свойствах в присутствии различных катионов металлов приведены в Приложении. Напротив, соединение S10, полученное с использованием 2,2'-азандилдиэтанола, в качестве хелатирующей группы, проявляет себя как перспективное для селективного ратиометрического определения Cu 2+ в УФ-видимом диапазоне или за счет "Off-On" разгорания флуоресценции. Спектр поглощения раствора S10 не изменился при добавлении Li + , Na + , K + , Ca 2+ , Ag + , Cd 2+ , Zn 2+ , Co 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Pb 2+ , Hg 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ и Ba 2+ . В тоже время как при добавлении Cu 2+ к S10 (15 µМ в MeCN) интенсивность максимума поглощения постепенно снижалась после образования новой батохромно смещенной полосы с масимумом при 547 нм (Рисунок 14). При связывании Cu 2+ молярный коэффициент поглощения изменился от 5.3 • 10 4 до 2.6 • 10 4 М -1 • см -1 . Спектры поглощения S10 (15 µM) в MeСN при различных концентрациях Cu 2+ ( 0-2.0 экв.). Флуоресцентные свойства раствора сенсора S10 очень сильно изменялись в присутствии Cu 2+ (Рисунок 15). В эксперименте можно было наблюдать, что добавление одного эквивалента Cu 2+ вызывает усиление интенсивности флуоресценции S10 (от Φ = 1.1% для S10 до Φ = 14% для комплекса S10 с ионами Cu 2+ ). Спектр испускания раствора 10 (15 µM) в MeСN, λex = 515 нм, при различных концентрациях Cu 2+ ( 0-2.0 экв.), λex = 515 нм. Этот факт может быть объяснён снятием гашения флуоресценции по механизму PET, в результате участия неподеленной пары атома азота хелатора в координации Cu 2+ [100].Примечательно, что другие катионы, которые встречаются в высоких концентрациях в физиологических условиях, не влияли на флуоресценцию раствора S10 даже в случае их присутствия в избытке. Для демонстрации селективности S10 для Cu 2+ спектры испускания регистрировали в присутствии одного эквивалента Cu 2+ и 10-кратного избытка Li + , Na + , K + , Ca 2+ , Ag + , Cd 2+ , Zn 2+ , Co 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Pb 2+ , Hg 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ и Ba 2+ (Рисунок 16). Флуоресцентный отклик раствора S10 (15 µM) при добавлении катионов металлов Li + , Na + , K + , Ca 2+ , Ag + , Cd 2+ , Zn 2+ , Co 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Pb 2+ , Hg 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ и Ba 2+ 10 экв. (15 µM) в MeCN, λex=515 нм. Разгорание флуоресценции возникало даже в присутствии большого количества различных катионов. Эта информация о селективности делает сенсор S10 перспективным флуоресцентным сенсором для ионов Cu 2+ . Разработка флуоресцентного «Off-On» сенсора на катионы Zn 2+ Флуоресцентные сенсоры на основе ди(2-пиколил)аминовых производных (DPA) обладали высоким потенциалом для детектирования Zn 2+ . В связи с этим, на следующем этапе работы нами было получено ранее не известное соединение S13, представляющее собой каркас БОДИПИ, модифицированный DPA по мезо-положению с использованием метиленового линкера (Схема 4). Синтез S13 был реализован из мезо-СН2-Cl-БОДИПИ 18 конденсацией с дипиколиламином 19. Выход продукты после осчистки колоночной хромотографией составил 31%. Синтез соединения S13. Для соединения S13 были сняты спектры испускания флуоресценции и поглощения в MeCN. Свободный сенсор характеризовался максимумом поглощения при 538 нм и дополнительный максимум при 506 нм. Было обнаружено, что коэффициент экстинкции у соединения S13 достаточно высокий (ε = 22000 М -1 см -1 ), а квантовый выход свободного сенсора низкий (0.06 в MeCN/H2O, 1:3) из-за тушения флуоресценции ядра БОДИПИ по PETмеханизму при участии неподеленной пары азота аминового заместителя. Добавление Zn 2+ к раствору S13 приводило к сильным изменениям в спектрах поглощения и флуоресценции. Максимум поглощения комплекса S13 с Zn 2+ в MeCN смещался в длинноволновую область до 556 нм. Молярный коэффициент поглощения изменялся незначительно c 22000 М -1 см -1 до 16000 М -1 см -1 при связывании с Zn 2+ . Небольшое снижение интенсивности максимума поглощения наблюдалось при добавлении более чем 1 эквивалента Zn 2+ . После добавления Zn 2+ к раствору S13 в MeCN наблюдалось 21 кратное разгорание флуоресценции (λem = 610 нм) (Рисунок 17, 18). Было показано, что флуоресцентный отклик типа "Off-On" для S13 при комплексообразовании с Zn 2+ наблюдается в различных буферных растворах. Сильное увеличение квантового выхода наблюдалось в воде, MES, MOPS и HEPES (~ 8-16 раз); в растворе трис-HCl интенсивность флуоресцентного отклика было ниже почти вдвое (Рисунок 19). Спектры абсорбционного титрования S13 (10 -5 М) при добавлении Zn 2+ (0 -1.1 экв.) в MeCN. Рисунок 18. Спектры флуоресцентного титрования S13 (10 -5 М) при добавлении Zn 2+ (0 -1.1 экв.) в MeCN (λex = 580 нм). Интенсивности флуоресценции раствора соединения S13 (10 µМ) при добавлении Zn 2+ (1 экв.) в различных растворителях, включая MeCN и буферные растворы: трис-HCl (pH = 7.5), MES (pH = 6.0), MOPS (pH = 7.5), HEPES (pH = 7.5). Серые столбцы представляют свободный S13, красные столбцы представляют добавление Zn 2+ (1 экв.) к растворам S13. Был изучен флуоресцентный отклик S13 на различные катионы металлов и его селективность в отношении Zn 2+ (Рисунок 20). Интенсивность флуоресценции S13 (10 µМ) в смеси MeCN/H2O (1:3 при добвлении различных катионов металлов). Первый серый столбец отвечает свободному S13; следующие 13 цветных столбцов отвечают добавлению S13 (10 µМ) разных конкурирующих катионов (1 экв.)последовательно: Zn 2+ , Li+, K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , Ba 2+ , Cd 2+ , Mn 2+ , Fe 3+ , Pb 2+ , Cu 2+ , Ni 2+ ; зеленый (14-й) столбец отвечает добавлению к раствору S13 (10 µМ) к смеси катионов (10 экв.) Li + , K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , Ba 2+ , Cd 2+ , Mn 2+ , Fe 3+ , Pb 2+ ; последний темно-красный столбец отвечает добавлению Zn 2+ к раствору S13 в присувтствии той же смеси катионов.При добавлении катионов Li+ , K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , Ba 2+ и Mn 2+ не происходило разгорание флуоресценции. Катионы переходных металлов, а именно Fe 2+ , Pb 2+ и Cd 2+ , связываясь с S13, приводили к незначительному разгоранию флуоресценции. Ионы Ni 2+ и Cu 2+ действуют как гасители флуоресценции. Для дальнейшего изучения возможности использования S13 в качестве селективного хемосенсора для детектирования Zn 2+ , провели конкурентные эксперименты в присутствии Zn 2+ с концентрацией 1.0×10 -5 М и смеси Li + , K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , Ba 2+ , Cd 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ и Pb 2+ с концентрацией 10 × 10 -5 М; эксперимент не показал существенных изменений интенсивности флуоресценции по сравнению с измеренной интенсивностью в отсутствии других ионов металлов кроме Zn 2+ . Приведенные выше результаты свидетельствуют о хорошей селективности S13 по отношению к катионам Zn 2+ . Цинк в большом количестве содержится в земной коре и является вторым, после железа, наиболее распространенным переходным металлом в растениях [101]. Оценка содержания свободного и слабосвязанного Zn 2+ в клетках растений является актуальной проблемой экологического мониторинга в крупных мегапролисах. По этой причине способность сенсора S13 специфически определять ионы цинка in vivo была испытана на корнях растения Brassica napus. Cенсор показал хорошее диффузное окрашивание клеток корня. Обработка раствором сенсора корней, выращенных в течение 3 дней в присутствии избытка Zn 2+ (250 µМ), привела к яркому окрашиванию с хорошо видимыми скоплениями металла в цитоплазме. Характерное увеличение флуоресценции в корнях канолы (Brassica napus) вызывалось только избытком цинка, который локализовался преимущественно в клетках ризодермы. Другие катионы металлов, такие как Cd 2+ , Co 2+ не вызывали существенного повышения уровня флуоресценции по сравнению с контрольными образцами корней, а Cu 2+ вызвал резкое снижение уровняфлуоресценции. Таким образом, S13 продемонстрировал способность с высокой специфичностью выявлять избыток цинка в корнях растений. Сравнение окрашивание корней сенсором S13 и Newport GreenTM выявило ряд преимуществ S13, а именно сенсор S13 показал более низкое фоновое окрашивание тканей и лучшую фотостабильность. Окрашевание корней Brassica napus L., обработанных (а) S13 (контроль), (б) S13 и Zn 2+, (в) сенсор Newport GreenTM DCF и Zn 2+ . Подводя итог работы по разработке мономодальных сенсоров на катионы тяжелых металлов, можно отметить, что: 1) был разработан новый сенсор S3 для селективного детектирования катинов Al 3+ ; 2) был разработан сенсор S10 для селективного детектирования катионов Cu 2+ ; 3) был получен сенсор S13 эффективный для детектирования Zn 2+ in vivo. Структуры сенсоров S3, S10, S13 в дальнейшем были использованы нами для разработки целевых двумодальных молекул. III.Разработка бимодального флуоресцентного "Off-On" сенсора на Al 3+ и Zn 2+ Для получения двумодальных сенсоров на катионы металлов нами была изучена возможность модификации исследованных нами мономодальных сенсоров в 3-м положении молекулы БОДИПИ хелатирующей группой. На начальном этапе работы нами были предприняты попытки получения двумодальных сенсоров на основе красителей БОДИПИ S10, S13, содержащих хелатирующие группы, селективные в отношении Cu 2+ Zn 2+ , связанные с ядром БОДИПИ через метиленовый линкер. В качестве базовой стратегии синтеза была выбрана конденсация Кневенагеля, широко применяемая для модификации ядра БОДИПИ (Рисунок 22). Было найдено, что в стандартных условиях (кипячение в толуоле/бензоле с насадкой Дина-Старка) реакции S10 и S13 с замещенными бензальдегидами 13, 16, 17 к целевым двумодальным сенсорам не приводили. Во всех случаях не зависимо от температурного режима, растворителя и давления в системе, наблюдалась лишь деградация исходных соединений. Реакция Кневенагеля красителей S10 и S13 с функционализированными бензальдегидамии. В связи с чем на следующем этапе мы сфокусировали наши усилия на получении двумодальных молекул на основе соединения S3 селективного в отношении Al 3+ . "Псевдокраун" эфирная хелактирующая группа в его структуре соединнялась с флуоресцентным ядром БОДИПИ через фенильный линкер, что позволило надеятся на его стабильность в условиях конденсации Кневенагеля. В три стадии из соединения S3 и анилина 20 нами был синтезирован двумодальный сенсор S14 (Схема 5), содержащший в 3-м положении дипикалиламиновый фрагмент, селективный в отношении Zn 2+ . Обработка анилина 20 хлорметилпиридином привела к производному 21, формилирование которого по Вейсмееру-Хааку позволило получить альдегид Конденсация последнего с соединением S3 при кипячении в сухом толуоле с насадкой Дина-Старка сопровождалось образованием целевого S14. Выход продукта на последней стадии, после очистики колоночной хромотографией, составил 3%. Синтез соединения S14. Исследование фотофизических свойств соединения S14 Соединение S14 было исследовано в ультрафиолетовой области и области видимого света спектрами поглощения и флуоресценции в MeCN, λex = 580 нм. В спектре поглощения S14 демонстрировал относительно широкую полосу поглощения при 606 нм. Сенсор S14 имел высокий молярный коэффициент поглощения (ε=9.4×10 4 М -1 см -1 ). Спектры флуоресценции S14 демонстрировали широкую полосу испускания низкой интенсивности при 678 нм. Квантовый выход свободного сенсора, загашенного фотоиндуцированным переносом электрона с аминогруппы на ядро БОДИПИ, был рассчитан в ацетонитриле при концентрации 3 µM и составил Φ ≤ 0.15%. Добавление 1 экв. Zn 2+ и Al 3+ к раствору S14 (15 µM в MeCN) сопровождалось образованием новых полос поглощения со сдвигом до 575 нм и до 595 нм соответственно (Рисунок 23). Рисунок 23. (а) УФ-спектр поглощения свободного сенсора S14 (15 µМ) в MeCN. (б) Спектры поглощения пробы S14 в присутствии ионов Zn 2+ и Al 3+ (1 экв.); при одновременном присутствии Zn 2+ и Al 3+ (1 экв.). При одновременном присутствии Zn 2+ и Al 3+ в растворе S14, наблюдалось образование полосы поглощения при 586 нм, свидетельствующей об одновременном связывании соединения S14 c Zn 2+ и Al 3+ . Исследование способности S14 детектировать Zn 2+ и Al 3+ откликом флуоресценции проводилось при волне возбуждения равной 580 нм. Неожиданным оказался факт, что добавление ионов Zn 2+ к раствору соединения S14 (15 µM в MeCN) приводило к полному гашению флуоресценции. При добавлении Al 3+ к раствору соединения S14 (15 µM в MeCN) гашение флуоресценции снималось в результате координации Al 3+ аминогруппой, а раствор S14 интенсивно флуоресцировал красным цветом. Полоса флуоресценции связанного сенсора с Al 3+ сенсора была сдвинута в коротковолновую область (650 нм) (Рисунок 24). Рисунок 24. (а) Спектр флуоресценции свободного сенсора S14 (15 µМ) в. (б) Флуоресцентный отклик при 650 нм сенсора S14 (15 µМ) в MeCN при добавлении Zn 2+ (1 экв.), Al 3+ (1 экв.) и одновременном присутствии Zn 2+ и Al 3+ (1 экв.) λex = 580 нм. Максимольное разгорание флуоресценции раствора сенсора S14 наблюдалось при одновременном присутствии 1 экв. Zn 2+ и Al 3+ . Данный факт подтверждает одновременную координацию Zn 2+ и Al 3+ разными хелатирующими группами соединения S14. Таким образом, в растворе сенсором S14 возможно одновременное детектирование ионов цинка (II) и алюминия (III). Используя булеву логику, пробу S14 можно представить как МЛЭ типа AND, работающий в режиме разгорания флуоресценции и типа OR в режиме поглощения. (Рисунок 25). Передполагаемый механизм активации сенсора S14 Его можно рассматривать как МЛЭ типа OR в режиме флуоресценции и типа OR в режиме поглощения. Двумя входными сигналами являются Zn 2+ ии Al 3+ . Выходные сигналыэто выход 1изменение положения максимумов поглощения, выход 2изменение интенсивности флуоресценции при 650 нм. Разработка сенсоров на основе полифенол-замещенного БОДИПИ Еще одним актуальным направлением органической химии является разработка флуоресцентных сенсоров для селективного совместного обнаружения ряда важных биоаналитов, таких как биотиолы, активные форм кислорода (АФК) и ферменты, связанные с гипоксическим состоянием клеток. Биотиолы, в том числе цистеин (Cys), гомоцистеин (Hcy), глутатион (SGH) [102] и сероводород (H2S) играют важную роль в биологических процессах. Самый простой биотиол H2S синтезируется эндогенно через ферментативные и неферментативные процессы [103]. Субнормальные концентрации H2S могут привести к различным патологиям, таким как болезнь Хантингтона, болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера [104]. В больших концентрациях Cys вызывают повреждение печени, кожи, депигментацию волос и т.д [105]. Hcy рассматривается как фактор развития нарушений в работе сердечно-сосудистой системы и развитии болезни Альцгеймера [106, 107]. GSH, как наиболее распространенный внутриклеточный биотиол (1-10 µМ), играет ключевую роль в здоровье человека в связи с его характерными окислительновосстановительными свойствами и нуклеофильностью [108, 109]. Активные формы кислорода (АФК) такие как, супероксид (O2 •-), пероксид водорода (H2O2), гипохлористая кислота (HOCl), синглетный кислород ( 1 O2), озон (O3) и гидроксильный радикал (OH • ) непрерывно генерируются, трансформируются и потребляются во всех живых организмах как следствие аэробной жизни. Традиционно считается, что эти активные метаболиты кислорода вызывают окислительный стресс и повреждения, которые приводят к ухудшению состояния тканей и систем органов при старении и болезнях. Однако, новые данные показывают, что АФК, производимые в определенных ситуациях, также могут способствовать улучшению физической формы и самочувсвия. Таким образом разработка методов детектирования АФК является важной задачей [100]. Гипоксия (избыточная экспрессия и биологическая активность ферментов нитроредуктазы (NTR))это патологическое состояние, при котором тканям не хватает кислорода, необходимого для нормального клеточного метаболизма [110]. Известно, что в некоторых опухолях средняя концентрация кислорода составляет около 4%, а иногда она даже может уменьшаться до менее 0.1% [111]. В онкологии гипоксия опухоли часто связана с плохой реакцией на протоколы лечения [112, 113]. Необходимость выявления гипоксии опухолей как для осуществления селективной химиотерапии, направленной на гипоксию, так и для оптимизации лечения опухолей, чувствительных к кислороду (то есть фотодинамическая терапия и лучевая терапия), привкела к разработке контрастных агентов для визуализации гипоксического статуса опухолевых клеток в различных биологических системах (т.е. живых клетках ex vivo или in vivo) [114]. Таким образом, обнаружение и мониторинг уровня биотиолов, АФК, ферментов задействованных в гипоксии, является важной задачей для понимания патологических процессов в организме человека. Мы предположили, что в качестве универсальной платформы, позволяющей детектировать билоаналиты, может быть использован (E)-4-(2-(2,8-диэтил-5,5-дифтор-10-(4-гидроксифенил)-2,6-диэтил-4,4-дифтор-1,7-диметил-4-фенил-4-бора-3a,4a-диаза-s-индацен (BPB). Он характеризуется квантовым выходом флуоресценции, близким к 100% в смест фосфатный буфер + 50% EtOH, с максимумом испускания при 600 нм. Максимумы поглощения BPB находятся при 335 и 583 нм и имеют значения коэффициентов экстинкции 22 300 М -1 см -1 и 66 250 М -1 см -1 соответственно. Реализация двух различных механизмов гашения (ICT и PET) при дизайне двумодальных сенсоров на основе BPB возможна благодаря наличию двух концевых гидроксильных групп в 8-м и 3-м положениях флуоресцентного ядра [115]. Введение реакционноспособных сенсорных групп по фенольным атомам кислорода может приводить к гашению флуоресценции ядра, таким образом кислородные атомы могут быть использованы в качестве центров направленной модификации (Рисунок 26). Общая схема двумодального сенсора на основе бисфенол-змещенного БОДИПИ. Флуорофор БОДИПИ 26 был получен конденсацией между пара-гидроксибензальдегидом 23 с криптопирролом, с последующей обработкой DDQ и BF3•Et2O соответственно. Для получения свободного бис-фенольного флуорофора BPB была проведена конденсация Кневенагеля с парагидроксибензальдегидом Чтобы получить сверхчистый образец бис-фенольного флуорофора BPB, была проведена двухстадийная очистка образца соединения: 1) колоночная хроматография на обычном силикагеле, 2) полупрепаративная ОФ-ВЭЖХ (Схема 6). Синтез флурофора BPB. Мы впервые определили значения pKa фенольных групп BPB (8.2 и 11 для парагидроксистирильного и мезо-пара-гидроксифенильного фрагментов соответственно), изучая их спектральное поведение в диапазоне рН 3.2 -13.0 (построение зависимой от pH кривой поглощения для выбранной длины волны в 612 нм, Рисунок 27). Рисунок 27. (a) Кривая рН-зависимой максимального поглощения (612 нм) для BPB (концентрация: 10 µМ в фосфатном буфере); (б) Кривая Больцмана, полученная с помощью программного обеспечения Origin Pro 8. Разработка мономодального флуоресцентного «Off -On» сенсора для мониторинга S-нуклеофилов с повышенной чувствительностью Первоначально мы решили оценить потенциал флуорогенного BPB для разработки флуоресецнтных сенсоров, перспективных для обнаружения одного аналита. В настоящее время хорошо известно, что более высокие характеристики селективности и чувствительности обнаружения могут быть достигнуты путем введения двух одинаковых реакционноспособных фрагментов в структуру ядра сенсора [115, 116]. Для демонстрации эффекта флуорогенного аналита, содержащего 7-нитро-1,2,3-бензоксадиазолую группу (NBD). Несколько исследовательских групп [117-119] в последние годы показали, что группа NBD является эффективной для создания сенсоров "Off-On" в отношении S-нуклеофилов (Cys, Hcy, GSH), характеризуется высокой чувствительностью и высокой селективностью [119]. Чтобы доказать заявленную концепцию, были проведено сравнение спектральных свойств и флуорогенной реакционной способности сенсоров S15 и S16, несущих два фрагмента NBD и один фрагмент NBD соответственно. Синтез сенсора S15 был проведен с использованием реакции O-арилирования бисфенола BPB хлоридом NBD (NBD-Cl). Реакцию проводили в сухом CH3CN в присутствии DIPEA (Схема 7). Основная трудность, связанная с этим синтезом, заключалась в том, что главным продуктом было бис-O-NBD эфирное производное S15 (выход 25%). После нескольких попыток (изменение соотношения между NBD-Cl/основание и BPB (0.1 экв/1 экв) нам удалось выделить небольшое количество моно-O-NBD-эфира S16 (выход 24%), что касается мезо-O-NBD-замещенного продукта, после многих попыток синтеза, его удалось выделить только следовое количество мезо-O-NBD-замещенного продукта (менее 1 мг). Синтез сенсоров S15 и S16 на основе NBD. Как и ожидалось, сенсор S15, несущий два фрагмента NBD, оказался не флуоресцирующим (определить остаточный квантовый выход флуоресценции было невозможно из-за отсутствия линейной взаимосвязи между флуоресценцией и поглощением на длине волны возбуждения λex=540 нм). И наоборот, сенсор на основе моно-NBD S16 обладал остаточной флуоресценцией (Рисунок 28). Сенсор S15 имеет максимум проглощения при λmax = 590 нм (10 мM PB + 50 % EtOH, 25 °C) (ε = 31800 M -1 см -1 ). Сенсор S16 имеет максимум проглощения при λmax = 578 нм (10 мM PB + 50 % EtOH, 25 °C) (ε = 63000 M -1 см -1 ); Спектры флуоресцентного испускания (λex=540 нм) флуорогенных сенсоров на основе NBD S15 и S16, и флуорофора на основе бисфенола BPB (концентрация: 0.25 µМ в PB + 50% EtOH при 25 ° C). Затем мы исследовали флуорогенную реакционную способность сенсоров S15 и S16 (концентрация: 0.25 µМ) в 10 мМ PB + 50% EtOH при 25 °C по отношению к различным Sнуклеофилам, таким как биотиолы (соль L-Cys и HCl и GSH), сульфит натрия и бензолсульфиновая кислота и гидросульфид натрия, последнгий является эквивалентом H2S в биологических средах. Многочисленные кинетические эксперименты (аналит в количестве эквивалентов в диапазоне 5-100) были выполнены на спектрофлуориметре SAFAS Flx Xenius XC (оснащен 10-кварцевым держателеми ячеек для одновременного измерения флуоресцентного испускания десяти различных растворов). Эксперимент показал, что самый быстрый и интенсивный флуоресцентный отклик "Off-On" (при λem=600 нм) был достигнут с сульфитным анионом SO3 2-. После добавления SO3 2-(5 экв.) к 0.25 µМ раствору сенсора S15 мы наблюдали быстрое увеличение интенсивности флуоресценции при 600 нм, которое достигало плато через 15 минут (Рисунок 29). Зависимость от времени изменения интенсивности оранжево-красной флуоресценции λex=540, λem=600 флуорогенного сенсора S15 (концентрация: 0.25 µМ) в 10 мМ PB + 50% EtOH при 25 °C при добавлении Na2SO3 (5 экв., инкубация в течение 3 часов). Добавление 5 эквивалентов раствора NaHS привело к сравнимому увеличению флуоресценции, но время достижения плато было больше (около 1 часа) (Рисунок 30). Зависимость от времени изменения интенсивности оранжево-красной флуоресценции λex=540, λem=600 флуорогенного сенсора S15 (концентрация: 0.25 µМ) в 10 мМ PB + 50% EtOH при 25 °C при добавлении NaHS (5 экв., инкубация в течение 3 часов). На рисунках 31 и 32 показано наложение спектров флуоресцентного испускания (волна возбуждения λex=540) флуорогенных сенсоров S15 и S16 до и после активации Na2SO3 и NaHS (5 экв., инкубация в течение 3 часов в PB + 50% EtOH при 25°C). Интенсивность флуоресценции S15 при 600 нм увеличилась примерно в 25 раз при добавлении Na2SO3, что указывает на то, что сенсор S15 можно использовать для обнаружения сульфита с заметным усилением флуоресценции. В случае сенсора S16 присходит увеличение интенсивности флуоресценции только в 3 раза. Интенсивность флуоресценции S15 при 600 нм увеличилась примерно в 30 раз при добавлении NaHS, но время достижения плато было больше. Спектры флуоресцентного испускания (волна λex=540) флуорогенного сенсора на основе NBD S15 (концентрация: 0.25 µМ) до и после инкубации с Na2SO3 (a) и (б) NaHS в PB + 50% EtOH при 25 °C. Спектры флуоресцентного испускания (λex=540 нм) флуорогенного сенсора на основе NBD S16 (концентрация: 0.25 µМ) до и после инкубации с Na2SO3 (a) и (б) NaHS в PB + 50% EtOH при 25 °C. Также была исследована селективность сенсора S15 в отношении S-нуклнофилов (Рисунок 33). Различные аналиты, включая SO3 2-, HS -и биотиолы, включая цистеин (Cys), глутатион (GSH) [102] и бензолсульфиновая кислота, были добавлены к раствору сенсора S15. Как показано на рисунке 33, самые значительные изменения в спектре испускания раствора сенсора были обнаружены при добавлении SO3 2-и HS -. Добавление Cys и GSH привело к увеличению интенсивности флуоресценции в 20 раз, но реакция с ними шла намного медленнее. Селективность S15 (λex=540) по отношению к различным серосодержащим соединениям в PB + 50% EtOH при 25 °C. Механизм тиолиза сенсоров S15 и S16 был подтвержден жидкостной хроматографией (ЖХ) в сочетании с флуоресцентным детектированием. Было обнаружено, что процесс флуорогенной активации привел к высвобождение свободного фенольного флуорофора (Рисунок 34). Время удерживания которого совпало со временем удерживания чистого BPB (6.0 минут). Механизм флуоресцентного детектирования сенсором S15. Интересно отметить, что при хранении моно-NBD-сенсора S16, он подвергается реакции диспропорционирования, которая приводит к образованию бис-NBD-продукта S15 и исходного флуорофора. Сенсор S15 убедительно доказал потенциал бис-фенольного флуорогенного каркаса для создания флуоресцентных сенсоров с двойным гашением флуоресценции для низкофонового детектирования (предел обнаружения HS -3.5 ×10 -9 , для SO3 2-1.4 × 10 -9 M) S-нуклеофилов. Также была показана более высокая эффективность сенсора, несущего две реакционноспособные группы гашения по сравнению с фотоактивными молекулярными системами с однократным гашением (S15 по сравнению с S16). Разработка водорастворимого флуоресцентного сенсора на основе трисфенол-БОДИПИ для детектирования гипоксии клеток На следующем этапе работы мы сфокусировали наши усилия на изучении возможности создания сенсора на основе трисфенол-БОДИПИ для детекции клеточной гипоксии. Трисфенол БОДИПИ бы выбран из-за того, что: 1) его максимумы испускания и поглощения сдвинуты в дальнюю красную область, что удобно для биологических исследований. 2) у него есть три точки модификации, а именно три гидрокси-группы, позволяющие ввести в структуру дополнительные фрагменты, повышающие растворимость в воде. Несколько исследований показали, что избыточная экспрессия и биологическая активность ферментов нитроредуктазы (NTR) напрямую связаны с гипоксическим статусом в живых клетках, и, следовательно, этот класс окислительно-восстановительных ферментов (так же, как азоредуктаза и DT-диафораза) в настоящее время рассматривается важный как релевантный биомаркер для разработки методов обнаружения этого кислородно-депривационного состояния [120, 121]. В гипоксических условиях в присутствии NTR нитроароматические соединения восстанавливаются до соответствующих гидроксиламинов или аминопроизводных [122]. Следовательно, несколько NTR-чувствительных флуоресцентных реакционных проб были разработаны с использованием процесса био-восстановления и способности нитроарильных фрагментов гасить флуоресценцию посредством процесса окислительного фотоиндуцированного переноса электронов (PET). Большинство флуорогенных нитроарильных производных были успешно использованы для визуализации гипоксии в опухолевых клетках посредством гашения флуоресценции "Off-On" [102, 122-125]. Однако, лишь в немногих работах использовали краситель 4,4-дифтор-4-бора-3а,4а-диаза-с-индацен (БОДИПИ) в качестве флуорогенной платформы [126-130] и, кроме того, мало внимания уделялось оптимизации как спектральных характеристик, так и физико-химических свойств (например, максимума дальнего красного испускания, растворимости в воде, проницаемости в клетку) соответствующих проб. С использованием трисфенол-БОДИПИ в качестве платформы для разработки флуоресцентных сенсоров нами был разработан водорастворимый флуоресцентный сенсор для детектирования нитроредуктазы, работающий в дальней красной области спектра [131]. При дизайне пробы мы руководствовались следующими соображениями: 1) мезофенольный фрагмент молекулы сенсора регулирует флуоресценцию ядра БОДИПИ после снятия с него защитной группы, селективной к NTR [132, 133] 2) два других фенольных фрагмента были использованы для дальнейшей ортогональной функционализации пробы S17 с целью установки двух N-алкилпиперидинильных групп для повышения как его растворимости в воде, так и клеточного поглощения. Так же этот новый NTR-чувствительный флуоресцентный сенсор был использован для визуализации гипоксического статуса в линии клеток A549 немелкоклеточного рака легких человека (Риунок 35). Предполагаемый механизм активации сенсора S17. Сенсор S17 был синтезирован из коммерчески доступных реагентов в четыре этапа в соответствии с синтетической схемой, показанной на схеме 8. Сначала было получено производное бензальдегида 25, несущего 4-бромбутоксигруппу. Синтез БОДИПИ 24, содержащего пара-гидроксифенильную группу в качестве мезоарильного заместителя, проводили по общей методике, предлагаемой в работе Линдси [134]. Конденсация парагидроксибензальдегида 23 с криптопирролом в CH2Cl2 с использованием последовательной обработки трифторуксусной кислотой (TFA), 2,3-дихлор-5,6-дициано-1,4-бензохиноном (DDQ), триэтиламином и трифторид-эфиром бора (BF3•Et2O) првиела к соединению 24 с выходом 24%. Затем соединение 24 ввели в конденсацию Кневенагеля с избытком бензальдегида 25 (5 экв.) в присутствии пиперидина и пара-толуолсульфокислоты (TsOH) и в кипящем сухом толуоле. Реакцию проводили до полного испарения этого растворителя. Эти условия позволили нам получить соединения 26 с умеренным выходом. Реакция О-ацилирование фенольные группы пара-нитробензилхлорформиатом в присутствии Et3N дало сенсор S17, который был выделен в чистом виде методом колоночной хроматографии на силикагеле с выходом в 40%. Синтез NTR-чувствительного флуоресцентного сенсора S17. Фотофизические свойства сенсора S17 были изучены в воде, содержащей 10% ДМСО, чтобы минимизировать образование нефлуоресцентных агрегатов Н-типа. Спектр поглощения этого производного имеет сильную полосу поглощения с максимумом при 659 нм (ε = 19 000 М -1 см -1 ). Спектр испускания флуоресценции S17 характеризуется широкой полосой испускания в ИК области с максимум при 686 нм (λex= 610 нм). Стоксовское смещение для S17 составляло 697 см -1 . Интересно отметить, что гашение пара-нитробензильным фрагментом не так эффективно, как первоначально ожидалось. Относительный квантовый выход флуоресценции S17 составил 0.15. На следующем этапе мы оценили потенциал S17 in vitro биологической модели гипоксии. Совместно с РОНЦ им. Блохина под руководством Щербакова сенсор S17 был использован для визуализации гипоксии в живых клетках (клеточная линия рака легкого A549) (Рисунок 36). Согласно литературным данным, активность редуктаз в этой клеточной линии значительно возрастает с уменьшением уровня кислорода [126]. После предварительного анализа токсичности S17 мы показали, что инкубация клеток A549 с сенсором в двух разных концентрациях (10 и 20 µМ) в течение 24 часов не приводила к значительным изменениям их морфологии. Распределение вещества внутри клеток оценивали с помощью флуоресцентного микроскопа Carl Zeiss Axiovert 200. Как видно на рис.36, наблюдается значительное цитоплазматическое накопление сенсора. Рисунок 36. Флуоресцентное изображение клеток A549, инкубированных с сенсором S17 (20 мМ) в течение 60 мин. λex= 530-585 нм; λem = 615 нм. Флуоресцентная микроскопия не позволяет проводить быстрый количественный анализ накопленной пробы и имеет ряд недостатков, которые особенно очевидны при анализе большого количества образцов. Поэтому при работе с клетками при гипоксии использован протокол, применяемый к считывателю флуоресцентных микропланшетов. Подготовленные образцы переносили в черные 96-луночные планшеты и анализировали при 610/680 нм с использованием устройства для считывания микропланшетов. Гипоксические условия моделировали в мультигазовом инкубаторе Binder в течение 6 часов. Контрольные клетки содержались в условиях нормоксии. Затем гипоксические и нормоксические клетки окрашивали и готовили образцы для анализа. Гипоксические образцы имели более слабую флуоресценцию по сравнению с нормоксическими образцами (Рисунок 37). Таким образом, Сенсор S17 эффективно окрашивает живые клетки и действует как флуоресцентный сенсор "On-Off" в отношении гипоксии. Рисунок 37. Интенсивность флуоресценции нормоксических и гипоксических клеток A549, обработанных S17 (λex/λem = 610/680 нм). Таким образом, мы разработали новый NTR-чувствительный сенсор на основе БОДИПИ, работающий в режиме флуоресцентного отклика "On-Off". Было продемонстрировано, что сенсор S17 применим для визуализации распределения нитроредуктазы в клетках рака легких. Сенсор работает в диапазоне спектра от дальнего красного до ближнего инфракрасного диапазона, обладет хорошей растворимостью в воде и может быть использван в биологических системах и в исследованиях визуализации in vivo. Разработка бимодального флуоресцентного «Off -On» сенсора на катионы Hg 2+ и супероксид анион-радикал O2 °- Нами было предложено соединение S18 на основе BPB, который, как ожидалось, будет реагировать на катионы Hg 2+ и супероксидный анионный радикал O2 •-(Рисунок 38). Предполагаемый механизм активации сенсора S18 Hg 2+ и O2 •-. При разработке сенсора S18 мы руководствовались следующими соображениями: 1) в группе Маэда показали, что 4,5-диметокси-2-нитробензолсульфонильный эфир является оптимальной группой для маскировки фенольных фрагментов 2',4',5',7'-тетрафлуоресцеина и получения флуоресцентного реакционного сенсора, позволяющего детектировать O2 •-[135], и мы решили использовать это производное бензолсульфонила в качестве реакционноспособной группы. 2). В качестве реакционной группы, селективной к катионам ртути, был использован виниловый эфир, гидрализующийся в присутствии катионов ртути. Соответствующий сульфонилирующий агент (сульфонилхлорид) коммерчески недоступен и был синтезирован в 3 стадии из 1,2диметоксибензола 27 (Cхема 9) [136, 137]. Основная трудность, связанная с этим синтезом, касалась очистки производного сульфоновой кислоты 29, которая была достигнута флэшхроматографией на силикагеле с обращенной фазой S18 (Схема 9). Синтез реакционноспособной группы на супероксидный анионный радикал O2 •-. Синтез двумодального сенсора S18 был проведен в 5 стадий из коммерческого парагидроксибензальдегида 23 (Схема 10). Синтез соединения S18. Высокий уровень чистоты соединения был подтвержден анализом с помощью ОФ-ВЭЖХ и находился в диапазоне 95-100% в зависимости от длины волны, используемой для обнаружения в УФ-видимом диапазоне. Сенсор имел максимумом поглощения при λmax = 597 (PB + 10% MeCN, 25 °C), (ε = 35800 M -1 см -1 ) и является не флуоресцирующим веществом. Мы изучили флуорогенную реакционную способность S18 по отношению к катиону Hg 2+ и супероксидному анион-радикалу O2 •-. Первые попытки активации сенсора с использованием KO2 как источника АФК не увенчались успехом. Были выдвинуты две гипотезы о причинах этого: 1) слишком короткое время жизни супероксидного анион-радикала в водных средах (диспропорционирование на H2O2 и O2) [138], и 2) нежелательное окисление флуорофора, приводящее к потере спектральных характеристик сенсора в оранжево-красной области. Затем мы попытались выполнить активацию S18 через генерирование O2 •-in situ за счет ферментативной системы ксантин/ксантиноксидаза (XO) [139]. Последовательное добавление ксантин/XO (30 экв., 60 мин инкубации) и катионов Hg 2+ (10 экв., около 20 мин инкубации) к раствору S18 не привело к увеличению интенсивности флуоресценции при 602 нм (Рисунок 39). Рисунок 39. Зависимость от времени изменения интенсивности флуоресценции (λex=584 нм, λem=602 нм концентрация сенсора S18: 1.3 µМ в PB + 10% CH3CN при 25 °C. Последовательное добавление катионов ксантин / ксантиноксидаза (ХО) (30 экв., 60 мин инкубации) и катионов Hg 2+ (10 экв., около 20 мин инкубации).Это может быть объяснено 1) образованием нефлуоресцентных комплексов с катионами Hg 2+ , 2) низкой эффективностью энзиматической генерации O2 •-в водной среде, содержащей 10% CH3CN. Разработка бимодального флуоресцентного «Off -On» сенсора на катионы Hg 2+ и гипохлорит анион ClO - Следующий предложенный нами сенсор на основе бисфенольнонго BPB S19 (Рисунок 40) должен был быть перспективным для детектирования гипохлорит-аниона (OCl -) и катионов ртути (II). Для изучения была выбрана хлорноватистая кислота, так как она отвечает за важные биологические процессы, таких как развитие врожденного иммунитета, и является одной из самых мало изученных форм АФК. Предполагаемый механизм активации сенсора S19 Hg 2+ и OCl -. Вдохновленные флуоресцентным сенсором на HClO, о котором недавно сообщила группа Янга [140], мы синтезировали и изучили соединение на основе красителя БОДИПИ с бисариловом эфиром на основе 2,6-дихлорфенильной группы, которую мы поместили в мезопозицию БОДИПИ. Поскольку известно, что Hg 2+ способствуют гидролизу винилэфирной группы (в физиологических условиях) [141], мы заместили этим алкеновым фрагментом гидроксил у стирилового фенола. Смешанный бис-ариловый эфир 38 был синтезирован в 6 стадий из 2,6-дихлорфенола в следующей последовательности: 1) йодированием 2,6-дихлорфенола N-иодсукценимидом был получен продукт 35, 2)затем метилирование свободного фенола метилиодидом дало соединение 36, 3) сочетанием по Ульману этого фенола с пара-крезолом был получен бисарильный эфир 37, 4) радикальное бромирование бензильного положения которого привело к получению соединения 38, 5) окислением по Соммелету было получено соединение 39, 6) снятие метильной защиты которого привело к образованию альдегида 40. (Схема 11А) [142] Синтез соединение S19 был проведен в 4 стадии. Конденсация альдегида 40 с криптопироллом, с последующим комплексообразованием с BF3•Et2O дала продукт 41. Его дальнейшая конденсациея по Кневенагелю с винилоксибензальдегидом 32 привела к получению продукта S19 с выходом 1% (Схема 11Б). Синтез соединения S19. Высокий уровень чистоты соединения был подтвержден анализом с помощью ОФ-ВЭЖХ и находился в диапазоне 95-100% в зависимости от длины волны, используемой для обнаружения в УФ-видимом диапазоне. Сенсор имел максимум поглощения при λmax = 593 нм (PB + 10% MeCN, 25 °C), (ε = 14000 M -1 см -1 ). Мы определили спектральные свойства S19 и изучили его реакционную способность в отношении Hg 2+ и ClO -, в качестве источника которого был использован раствор гипохлорита натрия. К сожалению, мы наблюдали плохое гашение флуоресценции этого сенсора S19 в PB, что позволило предположить, что 2,6-дихлорфенил не является подходящей PЕT-активной группой для BPB, в отличие от сенсора на основе флуоресцеина. Все попытки активации сенсора с последовательным добавлением ClO -(17 экв.,20 мин. инкубации) и Hg 2+ (17 экв., около 40 мин. инкубации) приводили к уменьшению интенсивности флуоресценции, вероятно, из-за деградации соединения S19 (Рисунок 41). Зависимость от времени изменения интенсивности флуоресценции (λex=581 нм, λem=602 нм, концентрация S19: 1.45 µМ в PB (100 мМ, рН 7.5) при 25 °С. Последовательное добавление NaOCl (17 экв., 20 мин инкубации) и катионов Hg (II) (17 экв., 40 мин инкубации). III.2.5. Разработка бимодального флуоресцентного «Off -On» сенсора на катионы Hg 2+ и супероксид анион-радикал O2 °- Мы разработали и синтезировали соединение S20 (Рисунок 42), перспективное для детектирования Hg 2+ и супероксид анион-радикалов O2 °-. При его создании использовалось объеденение в одной молекуле БОДИПИ полтитиольной группы, описанной как селективной к катионам ртути (II) [143] и использованного ранее DNBS. Предполагаемый механизм активации соединения S20 Hg 2+ и O2 •-. Основные синтетические усилия были направлены на получение парааминобензальдегида 45, функционализированного тиол-хелатирующей группой [144]. Его синтез начинался с алкилирование анилина 2-хлорэтанолом, в результате приводящего к получению N,N-бис-(2-гидроксиэтил)анилина 43. Последующая обработка этого третичного амина POCl3 в ДМФА позволила провести формилирование и замещение на атом хлора гидроксильных групп с получением соединения 44. Нуклеофильное замещение атомов хлора 2-(этилтио)этантиолом (свежеполученным по реакцией между 1,2-этандитиолом и этилиодидом) [145] привело к бензальдегиду 45 (Схема 12). Синтез целового соединения S20, был выполнен в условиях, ранее аналогичных для S15-S19. Во избежание неверного толкования флуоресцентных исследований in vitro, а также на основе недавней публикации, в которой сообщалось об использовании неводного раствора KO2 для проведения валидации флуорогенного сенсора, нацеленного на эндоплазматический ретикулум [146], мы решили провести наши эксперименты с раствором KO2 в сухом ДМСО и в присутствии краун-эфира 18-C-6 (Рисунок 43). Синтез соединения S20. Сенсор S20 имел максимумом поглощения при λmax = 595 нм (PB + 10% MeCN, 25 °C), (ε =16000 M -1 см -1 ) и являлся не флуоресцирующим веществом. Флюорогенную активацию сенсора S20 (1.0 µМ) изучали в смеси воды и CH3CN (3:7.) при 25 °C путем последовательного добавления водного раствора Hg 2+ и раствора KO2 в ДМСО. После добавления катионов Hg 2+ (17 экв.) мы наблюдали быстрое увеличение интенсивности флуоресценции при 602 нм, которая почти мгновенно достигла плато (Рисунок 43). Это поддтверждает комплексообразование Hg 2+ с хелатирующим лигандом на основе тиола, который подавлял процесс PЕT и наоборот, последующее добавление KO2 (17 экв.) приводило к резкому снижению интенсивности флуоресценции. Мы предполагаем, что полисульфидный хелатор взаимодействует с O2 •-с сульфоновой группой за счет быстрых процессов окисления. Рисунок 43. Зависимость от времени изменения интенсивности флуоресценции (λex=581 нм, λem=602 нм флуорогенного сенсора S20, концентрация: 1.0 µМ в PB + 70% CH3CN при 25 °C. Последовательное добавление вод. растворы Hg 2+ (17 экв., 10 мин инкубации) и KO2 в ДМСО + краун-эфир 18-С-6 (17 экв., 34 экв. 18-С-6, 60 мин инкубации).Нами не было получено положительных результатов с бимодальныии сенсорами S18, S19, S20, которые предположительно активируются парой аналитов: АФК (O2 •-или ClO -) и Hg 2+ . Мы предположили ряд гипотез, объесняющих это:

Рисунок 45 .Рисунок 46 .

 4546 Hg 2+ , 50 экв.) также приводила к умеренному флуорогенному ответу "Off-On", но после длительной инкубации неожиданно наблюдалось снижение интенсивности флуоресценции при 595 нм (рис. 44, б). Поскольку аналиты Hg 2+ и HS -способны реагировать вместе с образованием осадка HgS, активация S21 при одновременной инкубации с этой парой аналитов не рассматривалась. Рисунок 44. (а) Зависимость от времени изменения интенсивности флуоресценции (λex=540 нм, λem=595 нм, сенсора S21, концентрация: 1.7 µМ) в PB + 10% CH3CN при 25 °C. HgCl2 (5 экв.) добавляли через 5 минут инкубации сенсора в буфере, через 10 минут инкубации добавили NaHS (50 экв.); (б) NaHS (5 экв.) добавляли после 5 мин инкубации сенсора в буфере, через 10 мин инкубации добавили HgCl2 (50 экв.). Спектры флуоресценции (λex=540 нм) флуоресцентного сенсора S21 (концентрация: 1.7 µМ) в PB + 10% CH3CN при 25 °C до и после активации парой аналитов. Таким образом, нам удалось проддемострировать концепцию "Off-On" обнаружения двух аналитов на основе флуорофора BPB при изучении пары аналитов HS -и Hg 2+ . Предполагаемый механизм активации сенсора S21. Флуоресцентный сенсор S21 можно рассматривать как МЛЭ типа AND в режиме флуоресценции. Двумя входными сигналами являются Hg 2+ и HS -. Выходной сигналэто увеличение интенсивности флуоресценции при 595 нм.

V. 1 .

 1 Предел обнаружения был рассчитан, как описано в работе [149]. Спектры испускания сенсора были собраны 30 раз для определения фонового шума σ. Кривая линейной регрессии была построена в соответствии с интенсивностью испускания сенсора в зависимости от концентраций аналита в диапазоне 0-30 мкМ, и была получена величина наклона кривой. Предел обнаружения был затем определен как отношение 3σ к величине наклона. Синтез соединений перспективных для детектирования катионов металлов. Получен согласно литературной методике [150]. Смесь 2-(фениламино)этанола (2.0 г, 14.6 ммоль, 1.0 экв), 2-хлорэтанола (2.1 г, 24.2 ммоль, 1.7 экв), CaCO3 (2.5 г, 25.0 ммоль, 1.7 экв) и KI (0.24 г, 1.12 ммоль, 0.076 экв) в воде (30 мл) кипятили с обратным холодильником при интенсивном перемешивании в течение 15 часов. Ход реакции контролировали с помощью ТСХ (элюент петр. эф. -EtOAc, 1 : 1). После охлаждения реакционной смеси до комнатной температуры осадок отфильтровали, фильтрат экстрагировали EtOAc (3 × 30 мл). Органический экстракт сушили над Na2SO4, затем растворитель удаляли при пониженном давлении. Продукт очищали колоночной хроматографией на силикагеле, (элюент петр. эф. -EtOAc 1 : 1 → 1 : 10

19 F

 19 ЯМР (282 МГц, CDCl3): δ -146.3 (кв, 1 J F-B = 38.0 Гц, 2F). 11 B ЯМР (96 МГц, CDCl3): δ 0.78 (т, J = 38.0 Гц). HRMS (ESI/Q-ТOF): рассчитано для C26H36BF2N3O5Na ([M+Na] + ), 578.2613, найдено m/z 578.2616. UV-vis (MeCN): λmax = 497 нм (ε = 81000 M -1 см -1 ). 4a (500 мг. 1.70 ммоль, 1.0 экв) и 3-этил-

Альдегид 22 ( 8 (

 228 CDCl3): δ -146.6 (кв, 1 J F-B = 35.4 Гц, 2F). 11 B ЯМР (96 МГц, CDCl3): δ 0.86 (т, J = 35.4 Гц). HRMS (ESI/Q-ТOF) рассчитано для C33H44BF2N3O5Na ([M+Na] + ), 634.3237; найдено m/z 634.3240. UV-vis (MeCN): λmax = 523 нм (ε = 93000 M -1 см -1 ). Раствор LiOH (5 мг, 0.21 ммоль, 2.1 экв) в воде (0.4 мл) добавили к раствору соединения S2 (61 мг, 0.10 ммоль, 1.0 экв) в ТГФ/MeOH (0.4 : 1.6 мл) в атмосфере аргона. Полученную смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 12 часов, затем растворитель удаляли при пониженном давлении. Продукт дважды очищали колоночной хроматографией (CH2Cl2 -MeOH, 1 : 0 →100 : 1). часа. Растворитель отогнали при пониженном давлении. Остаток повторно растворили в H2O (25 мл) и водную фракцию экстрагировали EtOAc (3 × 10 мл). Органическую фракцию сушили над Na2SO4 и концентрировали в вакууме. Продукт 18 выделяли методом колоночной хроматографии (петр. эф. -EtOAc, 50 : 1). Получили 830 мг порошка пурпурно-красного цвета (39%) с т.пл. 253 -255 о С (т. пл. лит = 251 -252 о С) [94], Rf = 0.30 (петр. эфир -EtOAc, 5 : 1). 1 H ЯМР (300 MГц, CDCl3): δ 4.97 (c, 2H, CH2Cl), 2.50 (c, 6H, 2 × CH3), 2.45 (c, 6H, 2 × CH3), 2.40 (кв, J = 7.3 Гц, 4Н, 2 × СН2) 1.02 (т, J = 7.3 Гц, 6H, 2 × CH3). HRMS (ESI/Q-ТOF): рассчитано для С18H24BClF2N2Na ([M+Na] + ) 375.1585; найдено m/z 375.1584. Получен согласно литературной методике [89]. К раствору 2-хлорметилпридина (2.0 г, 12.0 ммоль) в H2O (0.5 мл) добавили анилин (0,6 г, 6.0 ммоль), 5 N NaOH (3 мл) и гексадецитриметиламмонийхлорид (20 мг). Смесь интенсивно перемешивали в течение 24 ч при комнатной температуре. Затем смесь экстрагировали CH2Cl2, экстракт промывали H2O и сушили MgSO4. Очистку проводили с помощью колоночной хроматографии, (элюент CH2Cl2 -AcOEt, 4:1). Растворитель удаляли при пониженном давлении После выпаривания растворителя желаемый продукт получали в виде твердого вещество бежевого цвета с выходом 792 мг (48%) т.пл. 112-113°C (т.пл. 111-112 °C) [155]. 1 H ЯМР (300 МГц, CDCl3): δ 8.60 (д, J = 4.9 Hz, 2H, 2 × СН), 7.62 (т, J = 7.5 Hz, 2H, 2 × СН), 7.27 (д, J = 8.0 Hz, 2H, 2 × СН), 7.20 -7.13 (m, 4H, 4 × СН), 6.76 -6.68 (м, 3H, 3 × СН), 4.84 (s, 4H, 2 × CH2). МС (ЭИ) рассчитано для С10Н17N3 ([M] + ) 337 найдено m/z 275. 4-(бис(пиридин-2-илметил)амино)бензальдегид (22) Получен согласно литературной методике [89]. К сухому ДМФА (2 мл) при 0 °С при перемешивании добавляли по каплям POCl3 (1 мл, 26 ммоль). Полученную смесь перемешивали 1 час при комнатной температуре. Затем добавляли N, Nбис (пиридин-2-илметил) анилин (0.6 г, 22 ммоль) растворенный в сухом ДМФА (1 мл). Реакционную смесь нагревали при 90 °С в течение 3 ч, после чего охлаждали и выливали в лед, далее добавляли насыщенный раствор ацетата натрия до рН 7. Смесь экстрагировали С (3 × 50 мл) и сушили над Na2SO4. Растворитель удаляли при пониженном давлении. Продукт очищали колоночной хроматографией (элюент петр. эф. -EtOAc, 1 : 1). Вязкое бесцветное масло, выход 542 мг (82%). 1 H ЯМР (300 МГц, CDCl3): 9.75 (s, 1H, CHO), 8.61 (д, J = 4.8 Hz, 2H, 2 × СН), 7.73 -7.63 (м, 4H, 4 × СН), 7.26 -7.18 (м, 4H, 4 × СН), 6.81 (д, J = 8.5 Hz, 2H, 2 × СН), 4.93 (с, 4H, 4H, 2 × CH2). МС (ЭИ) рассчитано для С19Н17N3O ([M] + ) 303 найдено m/z 303. 20 мг, 0.07 ммоль, 1.0 экв), пиперидин (1 мл) и TsOH (10 мол.%) последовательно добавили при перемешивании к раствору соединения S3 (44 мг, 0.07 ммоль, 1.0 экв) в сухом толуоле (60 мл). Полученную смесь кипятили с обратным холодильником до полного выпаривания растворителя. После чего, добавляли 10 мл сухого толуола и смесь кипятили с обратным холодильником до полного выпаривания. Затем реакционную смесь растворили в CH2Cl2 (30 мл) и промывали H2O (3 × 10 мл). Органическую фракцию сушили над безводным Na2SO4. Растворитель удаляли при пониженном давлении. Продукт очищали с помощью колоночной хроматографии (CH2Cl2 -MeOH 100 : 1 → 10 : 1). Твердое синее вещество, выход 2 мг (3%), т. пл. 281-283 °C. 1 H ЯМР (300 MГц, CDCl3): δ 8.63 (д, J = 4.8 Гц, 2H, 2 × СН), 7.66 (т, J = 7.4 Гц, 2H, 2 × СН), 7.44 (д, J = 8.2 Гц, 2H, 2 × СН), 7.31 -7.16 (м, 6H, 2× СН+2СН+2СН), 7.08 (д, J = 8.5 Гц, 2H, 2 × СН), 6.82 (д, J = 8.5 Гц, 2H, 2 × СН), 6.72 (д, J = 8.3 Гц, 2H, 2 × СН), 5.32 (c, 4H, 2 × СН2), 4.31 (т, 2H, J = 6.6 Гц, CH2), 4.25 (т, 2H, J = 4.8 Гц, CH2,), 3.61 -3.75 (м, 8H, 4 × СН2), 2.64 -2.51 (м, 5H, CH2 + CH3), 2.33 (кв, J = 7.4 Гц, 2H, CH2), 2.11 (c, 3H, CH3), 2.10 (c, 3H, CH3), 2.08, (c, 3H, CH3), 1.40 (c, 3H, CH3), 1.13 (т, J = 7.4 Гц, 3H, CH3), 1.00 (т, J = 7.4 Гц, 3H, CH3). 13 C ЯМР (75 MГц, CDCl3): δ 160.0 (2 ´ CO), 153.8 (2 ´ C), 150.5 (C), 149.2 (C), 148.4 (3 ´ C), 138.6 (C), 137.4 (C), 135.8 (2 ´ CH), 133.4 (C), 130.1 (C), 129.5 (C), 126.9 (2 ´ CH), 125.2 (CH), 122.9 (2 ´ CH), 121.6 (CH), 116.CH), 113.8 (C), 112.5 (C), 69.9 (2 ´ CH), 69.3 (C), 64.2 (CH), 62.1 (CH), 62.1 (CH), 58.16 (CH), 51.6 (CH), 50.6 (2 ´ CH), 21.6 (2 ´ CH2), 19.1 (2 ´ CH2), 17.8 (2 ´ CH2), 15.4 (2 ´ CH2), 14.8 (2 ´ CH3), 13.3 (2 ´ CH2), 12.5 (2 ´ CH3), 12.3 (2 ´ CH3), 11.8 (CH3). 19 F ЯМР (470 MГц CDCl3): δ -143 (кв, J = 32.3 Гц). 11 B ЯМР (160 MГц, CDCl3): δ 1.02 (т, J = 32.3 Гц). HRMS (ESI/Q-ТOF): рассчитано для C52H60BF2N6O5 ([M + H] + ) 897.4690, найдено m/z 897.4691. UV-vis (MeCN): λmax = 606 нм (ε = 94000 M -1 см -1 ). Получен согласно литературной методике [156]. К раствору 2-((2-(2ацетоксиэтокси)этил)амино)этилацетата (145 мг, 0.62 ммоль, 1.0 экв) в метаноле (3.0 мл) добавили 2.5% раствор NaOH в метаноле (2.2 мл, 0.62 ммоль, 1.0 экв) и перемешивали при комнатной температуре 24 часа. Растворитель отгоняли при пониженном давлении, от избытка щелочи избавлялись при помощи колоночной хроматографии (CH2Cl2 -MeOH, 10:1). Желтое масло, выход 92 мг (91%), Rf = 0.18 (CH2Cl2 -MeOH, 3:1).

11 B 18 (

 1118 ЯМР (96 MГц, CDCl3): δ 0.65 (т, 1 JB-F = 33.09 Гц). HRMS(ESI/Q-ТOF) рассчитано для С28H42BF2N3O5Na ([M+Na] + ) 572.3083; найдено m/z 572.308. UV-vis (MeCN): λmax = 537 нм (ε = 78000 M -1 см -1 ). тетраметил-4-бора-3a,4a-диаза-s-индацен (S10) К раствору 18 (98 мг, 0.24 ммоль, 1.0 экв) в сухом MeCN (25.5 мл) при перемешивании добавили йодид калия (40 мг, 0.24 ммоль, 1.0 экв), K2CO3 (99 мг, 0.71 ммоль, 3.0 экв) и диэтаноламин (13) (220 мг, 0.97 ммоль, 4.0 экв). Полученную смесь кипятили с обратным холодильником в течение 3 часов и охладили до комнатной температуры. Растворитель отогнали при пониженном давлении. Продукт выделяли методом колоночной хроматографии (петр. эф. -EtOAc, 1:1). Красное твердое вещество, выход 22 мг (20%), т. пл. 130 -132 о С, Rf 0.24 (петр.эф. -EtOAc, 1:1). 1 H ЯМР (300 MГц, CDCl3): δ 4.13 (c, 2H, CH2), 3.61 (т, 4H, J = 5.1 Гц, 2 × CH2), 2.88 (т, 4H, J = 5.1 Гц, 2 × CH2), 2.52 (с, 6H, 2 × СН3), 2.45 (с, 6H, 2 × СН3), 2.43 -2.36 (м, 4H, 2 × СН2), 1.06 (т, J = 7.33 Гц, 6H, 2 × СН3), сигналы OH-групп в спектре не наблюдаются. 13 C ЯМР (75 MГц, CDCl3): δ 153.9 (2 × C), 137.5 (C), 136.9 (2 × C), 133.5 (2 × C), 132.7 (2 × C), 60.8 (2 × CH2), 55.2 (2 × CH2), 51.1 (CH2), 17.3 (2 × CH2), 14.8 (2 × CH3), 13.9 (2 × CH3), 12.7 (2 × CH3). 19 F ЯМР (282 MГц, CDCl3): δ -146.50 (кв, J F-B = 32.03 Гц, 2F). 11 B ЯМР (96 MГц, CDCl3): δ 0.65 (т, J B-F= 32.03 Гц, B). ИК (KBr): 3423, 2963, 1544, 1476, 1196, 979, 536 см -1 . HRMS (ESI/Q-ТOF) рассчитано для С22H35BF2N3O2 ([M+H] + ) 422.2789; найдено m/z 422.2788. UV-vis (MeCN): λmax = 535 нм (ε = 53000 M -1 см -1 ). 200 мг, 0.49 ммоль, 1.0 экв) в сухого MeCN (50 мл) добавили при перемешивании йодид калия (81 мг, 0.49 ммоль, 1.0 экв), K2CO3 (202 мг, 1.46 ммоль, 3.0 экв) и 2-[(2-ацетоксиэтил)амино]этилацетат 16 (220 мг, 0.97 ммоль, 2.0 экв). Полученную смесь кипятили с обратным холодильником в течение 3 ч и охладили до комнатной температуры. Растворитель отогнали при пониженном давлении, продукт очищали последующим добавлением триэтиламина (16 мл, 120.0 ммоль, 6.0 экв). После перемешивания в течение 30 минут добавили BF3•OEt2 (16 мл, 128.0 ммоль, 6.4 экв). Смесь выдержали при перемешивали в течение 10 часов при комнатной температуре. Полученную смесь промывали водн. 1.0 М раствором KHSO4 (3 × 200 мл), деионизированной водой (200 мл), и сушили над безводным Na2SO4. Растворитель отогнали при пониженном добавлении. колоночной хроматографией (элюент пентан -EtOAc, 10:1 → 5:1). Красное твердое вещество, выход 763 мг (24%), т.пл. 288 -290 °C (т.пл. 290 °C) [160]. 1 H ЯМР (300 MГц, CDCl3): δ 7.04 (д, J = 8.5 Гц, 2H, 2 × CH), 6.87 (д, J = 8.5 Гц, 2H, 2 × CH), 2.45 (с, 6H, 2 × CH3), 2.23 (кв, J = 7.6 Гц, 4H, 2 × CH2), 1.27 (с, 6H, 2 × CH3), 0.91 (т, J = 7.6 Гц, 6H, 2 × CH3), сигнал OH -группы не наблюдался. LRMS (ESI, LC-MS) рассчитано для C23H28BF2N2O ([M+H] + ) 397.3, найдено m/z 397.3. Получен согласно литературной методике [160]. 4-гидроксибензальдегид (1.2 г, 10.0 ммоль, 1.0 экв), безводный K2CO3 (2.1 г, 15.0 ммоль, 1.5 экв) и 1,4дибромбутан (4.3 г, 20.0 ммоль, 2.0 экв) растворили в сухом ДМФА (20 мл). Полученную ракционную смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 24 часов. Осадок отфильтровали, фильтрат разбавили EtOAc (70 мл) и промыли деионизированной водой (3 × 30 мл). Органический слой сушили безводным Na2SO4. Растовритель отгоняли про пониженном давлении. Полученный остаток очищали колоночной хроматографией (элюент пентан -EtOAc, 10: 1). Бесцветное твердое вещество, выход 1.14 г (44%), т.пл 44 -43 °C ( т. пл. лит = 43 °C) [161]. 1 H ЯМР (500 MГц, CDCl3): δ 9.90 (с, 1H, CHO), 7.86 (д, J = 8.4 Гц, 2H, 2 × СН), 7.01 (д, J = 8.4 Гц, 2H, 2 × СН), 4.07 (т, J = 6.8 Гц, 2H, CH2), 3.51 (т, J = 6.8 Гц, 2H, CH2), 2.12-2.04 (м, 2H, CH2), 2.03-1.95 (м, 2H, CH2); LRMS (ESI+): рассчитано для C11H15BrO2 ([M+Н] + ), 258.0, найдено m/z = 258.0. (33 мг, 0.3 ммоль, 1.0 экв), пиперидин (400 мкл) и TsOH (10 ммоль%) последовательно добавили к раствору соединения 26 (100 мг, 0.3 ммоль, 1.0 экв) в сухом толуоле (10 мл). Полученную смесь нагревали до температуры кипения до полного испарения растворителя. Затем добавляли еще 7 мл сухого толуола и смесь повторно нагревали до полного испарения растворителя. Полученное твердое вещество растворили в CH2Cl2 (5 мл) и трижды промыли водным 1.0 М раствором KHSO4 (1.0 М) (3 × 10 мл), деионизированной водой (2 × 10 мл) и сушили над безводным Na2SO4. Растворитель отогнали при пониженном давлении. Продукт выделяли колоночной хроматографией (элюент пентан -EtOAc, 4:1), что позволило получить 8 мг (6%) голубого аморфного порошка. Была проведена дополнительная очистка полупрепаративной ОФ-ВЭЖХ (система D, тR = 40-42 мин). Выход 5.0 мг (4%), т.пл. = 296 -297 °C, Rf 0.2 (пентан -EtOAc, 4 : 1).

  612 см -1 . UV-vis (10 mM PB + 50 % EtOH, 25 °C): λmax = 583 нм (ε = 34300 M -1 см -1 ); Флуоресценция (PB + 50 % EtOH, 25 °C): λmax = 603 нм (ΦF 100 %). HRMS (ESI/Q-ТOF) расcчитано для C30H32BF2N2O2 ([M+Н] + ) 501.4290, найдено m/z 501.4291. Винилокси)бензальдегид (40 мг, 0.3 ммоль, 1.5 экв), пиперидин (1 мл) и TsOH (10 мг, 0.06 ммоль, 0.3 экв) последовательно добавляли при перемешивании к раствору соединения 26 (90 мг, 0.2 ммоль, 1.0 экв) в сухом толуоле (30 мл). Полученнвую смесь кипятили при 140 °C до полного испарения растворителя. Затем добавили свежую порцию толуола (25 мл) и пиперидина (1 мл) и повторно кипятили пять раз. Продукт выделяли флэш-хроматографией (СH2Cl2 -EtOAc, 10 : 1) с дополнительной очисткой полупрепаративной ОФ-ВЖХ (система A, тR = 30-32 мин).Синий аморфный порошк, выход 1 мг (1%), т.пл. 285 -289 °C, Rf 0.2 (пентан -EtOAc, 5: 1). 1 H ЯМР (500 MГц, CDCl3): δ 7.63(д, J = 16.7 Гц, 1 H, СH), 7.56 (д, J = 8.6 Гц, 2H, 2 ´ CH),7.20 - 7.10 (м, 3H, 3 ´ CH),7.02 -6.94 (м, 4H, 4 ´ CH), 6.67 (дд, J = 13.7, 6.0 Гц, 1H, СН), 4.81 (дд, J = 1.7, 13.7 Гц, 1H, СН), 4.48 (дд, J = 6.1, 1.7 Гц, 1H, СН), 2.63 -2.55 (м, 5H, CH2 + CH3), 2.32 (кв, J = 7.5 Гц, 2H, CH2),1.38 (с, 3H, CH3), 1.36 (с, 3 H, CH3), 1.15 (т, J = 7.5 Гц, 3H, CH3), 0.99 (т, J = 7.5 Гц, 3H, CH3). сигнал ОН-группы не наблюдался. 19 F ЯМР (470 МГц, CDCl3): δ -142.23(кв, J F-B = 32.5 Гц, 2F). 11 B ЯМР (160 МГц, CDCl3): δ 1.02 (т, J B-F = 32.5 Гц, B). ИК(KBr): 3473, 2960,

1 4

 1 Получен согласно модифицированной литературной методике [142]. Раствор 5-(4-(бромметил)фенокси)-1,3-дихлоро-2-метоксибензола 38 (700 мг, 2.2 ммоль, 1.0 экв), гексаметилентетрамина (601 мг, 4.3 ммоль, 2.0 экв) кипятили в 50% уксусной кислоте (6 мл) в течение 1 ч. К охлажденному раствору добавили концентрированную HCl (1.5 мл) и реакционную смесь повторно кипятилм с обратным холодильником в течение 1 часа. Охлажденный раствор экстрагировали EtOAc (3 × 5 мл), органическую фазу промывали водой (10 мл), 5% водным раствором Na2CO3 и затем снова водой, сушили над Na2SO4. Растворитель отогнали при пониженном давлении. Продукт выделяли флэш-хроматографией (пентан -EtOAc, 10 : 1). Светло-желтое масло, выход 628 мг (50%). 1 H ЯМР (300 MГц, CDCl3): δ 9.88 (с, 1H, СНО), 7.82 (д, J = 8.7 Гц, 2H, 2 × СН), 7.02 (д, J = 8.7, 2H, 2 × СН), 6.97 (с, 2H, 2 × СН), 3.84 (с, 3H, СН3). 13 C ЯМР (126 MГц, CDCl3): δ 190.6 (C=O), 161.9 (C), 151.2 (C), 148.3 (C), 132.1 (C), 130.25 (2 ´ CH), 120.3 (2 ´ CH), 119.1(2 ´ CH), 118.1 (2 ´ CH), 60.9 (CH3). HRMS (ESI/Q-ТOF): рассчитано для C14H11Cl2O2 ([M+H] + ) 298.1129, найдено m/z 298.1130 4-(3,5-Дихлор-4-гидроксифенокси) бензальдегид (40) 4-(3,5-дихлор-4-метоксифенокси)бензальдегид 39 (360 мг, 1.2 ммоль, 1.0 экв) растворили в смеси ледяной уксусной кислоты (12 мл) и HBr (12 мл, 48%). Полученную смесь кипятили с обратным холодильником в течение 12 часов. Охлажденный раствор экстрагировали EtOAc (3 × 5 мл), органическую фазу промыли 1.0 М HCl (5 мл) , водой (10 мл). Органический слой сушили над Na2SO4. Растворитель отогнали при пониженном давлении. Продукт выделили флэш-хроматографией (элюент пентан -EtOAc, 10 : 1). Светло-желтое масло, выход 120 мг (30%). 1 H ЯМР (300 MГц, CDCl3): δ 9.88 (с, 1H, СНО), 7.82 (д, J =8.7 Гц, 2H, 2 × СН), 7.02 (д, J =8.7 Гц, 2H, 2 × СН), 6.97 (с, 2H, 2 × СН), сигнал ОН-группы в спектре не наблюдался. 13 C ЯМР (126 MГц, CDCl3): δ 189.6 (C=O), 161.6 (C), 146.7 (C), 144.5 (C), 131.1 (C), 130.7 (2 ´ CH), 120.3 (2 ´ CH), 119.7 (2 ´ CH), Получен согласно литературной методике [143]. В атмосфере аргона металлический натрий (1.29 г, 56 ммоль, 5 экв) добавили в абсолютном этаноле (60 мл) и добавили к раствору 3-тиопентан-1тиола (4.1 г, 33.6 ммоль, 3.0 экв). Полученную смесь кипятили с обратным холодильником в течении 1 часа. Затем к раствору тиолата по каплям добавляли раствор бис(2хлорэтокси)беназьдегида (2.53 г, 11.2 моль) в абсолютном этаноле (35 мл) и реакционную смесь кипятили с обратным холодильником еще в течение 4 часов. Затем к раствору добавляли ДМФА (20 мл) и дополнительно кипятили в течение 4 часов. Полученную смесь разбавили CH2Cl2 (300 мл) и промыли ее водой. Объединенную органическую фазу сушили над Na2SO4. После отгонки растворителя продукт использовали без дополнительной очистки. Бесцветное масло, выход 3.1 г (69%). 1 H ЯМР (500 MГц, CDCl3): δ 9.89 (с, 1H, СНО), 7.08 (д, J = 8.7 Гц, 2H, 2 ´ CH), 6.76 (д, J = 8.7 Гц, 2H, 2 ´ CH), 3.65 -3.58 (м, 4H, 2 ´ CH2), 2.85 -2.71 (м, 12H, 6 ´ CH2), 2.59 (кв, J = 7.4 Гц, 4H, 2 ´ CH2), 1.27 (т, J = 7.4 Гц, 6H, 2 ´ CH3). LRMS (ESI): рассчитано для C19H32NOS4 ([M+H] + ) 418.1, найдено m/z 418.Получен согласно литературной методике [143]. 3-Этил-2,4диметилпиррол (2.5 мл, 18.0 ммоль, 2.5 экв), альдегид 45 (3.1 г, 7.4 ммоль, 1.0 экв) растворили в сухом CH2Cl2 (600 мл) и затем добавили TFA (50 µл, 0.6 ммоль, 0.08 экв). Реакционную смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 50 минут, после чего добавили DDQ (1.7 г, 7.4 ммоль, 1.0 экв). Смесь перемешивали еще 50 мин с последующим добавлением Et3N (16 мл, 120.0 ммоль, 16.2 экв). После 30 мин перемешивания добавили BF3•OEt2 (16 мл, 128.0 ммоль, 17.3 экв). Смесь перемешивали в течение 10 часов при комнатной температуре. По оканчанию реакции смесь трижды промывали водным 1.0 М раствором KHSO4 (3 × 200 мл), и деионизированной водой (100 мл). Органический слой сушили над безводным Na2SO4. Раствлоритель отогнали при пониженном давлении. Продукт выделили колоночной флэш-хроматографией (пентан -EtOAc, 20 : 1 → 10 : 1). Красное твердое вещество, выход 20 мг (10%), т.пл. 231 -235 °С. 1 H ЯМР (500 MГц, CDCl3): δ 7.08 (д, J = 8.7 Гц, 2H, 2 ´ CH), 6.76 (д, J = 8.8 Гц, 2H, 2 ´ CH), 3.65 -3.58 (м, 4H, 2 ´ CH2), 2.85 -2.71 (м, 12H, 6 ´ CH2), 2.59 (кв, J = 7.4 Гц, 4H, 2 ´ CH2), 2.52 (с, 6H, 2 ´ CH3), 2.31 (кв, J = 7.5 Гц, 4H, 2 ´ CH2), 1.38 (с, 6H, 2 ´ CH3), 1.27 (т, J = 7.5 Гц, 6H, 2 ´ CH3), 0.99 (т, J = 7.5 Гц, 6H, 2 ´ CH3). 19 F ЯМР (470 МГц месте» (лат.), непосредственно в реакционной смеси in vivo «в (на) живом»(лат.), то есть «внутри живого организма» или

  Accréditation de la Fédération de Russie. Ces travaux ont également fait l'objet de huit présentations dans des conférences Russes et Internationales. Ce document est constitué d'une introduction dédiée aux portes logiques moléculaires à coeur BODIPY, puis d'une discussion des principaux résultats obtenus. On trouve ensuite la partie expérimentale, les conclusions et les listes des abréviations/acronymes et des références bibliographiques. Il s'agit d'un document de 185 pages qui inclue également 2 tableaux, 94 figures et 5 schémas. La section "Bibliographie" est constituée de 164 références. Remerciements. Je souhaiterais exprimer ma sincère gratitude à ma co-encadrante de thèse le Dr. Yulia Alekseevna Volkova pour son encadrement, son aide quotidienne, ses précieux conseils et son soutien tout au long de la thèse. Je remercie également le Dr. Natalya Georgievna Kolotyrkina pour

	Structuration du manuscrit.
	ou Internationales: International Scientific Youth Forum "Lomonosov-2017", Innovations in
	Chemistry/Organic Chemistry (Moscou, Russie, 2017), Russian National School-Conference for Young
	Scientists "Advances in Synthesis and Complexing" (Moscou, Russie, 2017), International Conference
	"Organic & Hybrid Functional Materials and Additive Technologies" (Moscou, Russie, 2018), Winter
	School on Organic Chemistry WSOC-2019 (Moscou, Russie, 2019), 5 th International Scientific
	Conference "Advances in Synthesis and Complexing" (Moscou, Russie, 2019), et 8 th Youth Conference
	of ZIOC RAS (Moscou, Russie, 2019).

C, 19 F et 11 B, IR et de masse haute résolution. La composition des échantillons a été confirmée à l'aide d'analyses élémentaires. Les bases de données scientifiques (Reaxys (Elsevier), SciFinder (ACS) et Web of Science (Clarivate Analytics)), les publications et des ouvrages ont été quotidiennement utilisés pour réaliser l'ensemble de ces travaux et analyser/interpréter les résultats obtenus. Les principaux résultats issus de ces travaux ont été présentés lors de congrès/conférences Russes Publications issues de ce travail de thèse. Les principaux résultats issus de ces travaux de thèse ont fait l'objet de trois articles publiés dans des journaux à comité de lecture. Ces journaux font partie de la liste établie par la Commission Supérieure d'l'enregistrement des spectres de masse haute résolution, les Drs. Ilya Evgenievich Zlobin et Aleksei Mikhailovich Shcherbakov pour les expériences biologiques, Tatyana Andreevna Tikhonova pour l'enregistrement des spectres RMN et Mikhail Aleksandrovich Kozlov pour ses précieux conseils tout au long de la thèse. Enfin, je souhaiterais également remercier le Dr. Irina Vasilievna Veselа, responsable de l'Ecole Doctorale, pour son aide et ses conseils.

4. Etude des propriétés photophysiques des composés S8-S12 et leur capacité à détecter les cations Cu 2+

  12 en 3 étapes et avec un rendement global de 27%. Deux autres ligands (à structure symétrique) 16 et 17 ont également été synthétisés. Ainsi le composé 16 est obtenu à partir du diol 13 selon une stratégie similaire à celle mise en oeuvre pour 12 et impliquant notamment une protection transitoire de l'amine secondaire par le groupement Boc.

	Les spectres d'absorption et d'émission des composés S8-S12 ont été enregistrés dans MeCN
	(contenant moins de 5% d'eau) à température ambiante. Les données photophysiques sont rassemblées
	dans le Tableau 2.

L'intermédiaire 14 a également été engagé dans une réaction avec la 2-(chlorométhyl)pyridine, au reflux du THF, pour conduire au ligand 17, connu dans la littérature pour être sélectif des cations Hg 2+ . Le dérivé 8-chlorométhyl BODIPY 18 requis pour la synthèse des senseurs S8-S12 a été synthétisé dans des conditions classiques à partir du kryptopyrrole 6 et du chlorure de chloroacétyle. Une fois obtenu, il est engagé dans des réactions de substitution nucléophile avec les ligands 10, 12, 13, 16 et 17 et les senseurs S8-S12 sont obtenus avec des rendements compris entre 16% et 46%.

1.

Table 2 .

 2 Propriétés photophysiques des composés S8-S12. a,b

  Un choix judicieux des motifs de reconnaissance et une optimisation de la structure du coeur fluorescent doivent être faits. Il est en outre compliqué de prévoir le comportement spectral des composés. Nous avons néanmoins réussi à développer deux sondes fluorescentes distinctes qui permettent respectivement la détection simultanée de la paire Al 3+ /Zn 2+ dans MeCN et la détection séquentielle de Hg 2+ et HS -en milieu physiologique simulé. The work was performed at the Laboratory of Steroid Compounds (No. 22) of the N. D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry of the Russian Academy of Sciences (ZIOC RAS) and at Institut de Chimie Moléculaire de l'Université de Bourgogne, Université Bourgogne Franche-Comté, Dijon, France.

	identifiés. SUPERVISOR:	Igor Viktorovich Zavarzin
	2. Il a été montré pour la première fois qu'un dérivé BODIPY fonctionnalisé par un motif Doctor of Chemical Sciences, Head of the
	dipicolylamine sur sa position meso via un "linker" de type méthylène pouvait être utilisé pour Laboratory of Steroid Compounds (No. 22) of the
	la détection sélective des cations Zn 2+ en milieu aqueux, et pour imager la distribution de ce N. D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry of
	cation au sein de tissus végétaux.	the Russian Academy of Sciences (ZIOC RAS)
	CO-SUPERVISOR:	Romieu Anthony
		Professor at the University of Burgundy
	OFFICIAL OPPONENTS:	Khidmed Safarovich Shikhaliev
		Doctor of Chemical Sciences, Professor at the
		Department of Organic Chemistry of the
		Voronezh State University (VSU)
		Oleg Arkadievich Raitman
		PhD (Chemistry), Senior Researcher at the
		Laboratory	of	Physical	Chemistry	of
		Supramolecular Systems of the A. N. Frumkin
		Institute	of	Physical	Chemistry	and
		Electrochemistry of the Russian Academy of
		Sciences (IPCE RAS)
	LEADING ORGANIZATION:	A. N. Nesmeyanov Institute of Organoelement
		Compounds of the Russian Academy of Sciences

En conclusion, lors de la première partie de ce travail de thèse, nous avons développé de nouvelles méthodes pour la synthèse de dérivés BODIPY fonctionnalisés par des motifs de type pseudo éther couronne. La relation entre la structure et les propriétés spectrales de ces agents chélatants profluorescents a été étudiée pour la première fois. La nature du "linker" entre le coeur fluorescent et le motif chélatant influence fortement la sélectivité de la sonde pour un cation métallique donné. Il a été démontré qu'un dérivé dipicolylamine de BODIPY pouvait être utilisé avec succès pour imager les cations Zn 2+ accumulés au sein de tissus végétaux. La fonctionnalisation d'un coeur BODIPY par deux motifs chélatants distincts a permis d'obtenir une sonde de type "dual" permettant la détection simultanée des cations Al 3+ et Zn 2+ en solution. Dans la seconde partie de ce travail, le potentiel de dérivés polyphénoliques de BODIPY dans la conception de sondes fluorescentes de type "dual" a été évalué pour la première fois. A la lumière des résultats obtenus, on peut préciser que la conception de sondes de type "dual" à coeur BODIPY n'est pas une tâche triviale. Conclusions 1. Des méthodes ont été développées pour la synthèse de dérivés BODIPY fonctionnalisés par des motifs chélatants de type pseudo éther couronne. La nature du "linker" entre le coeur fluorescent et le motif chélatant influence fortement la sélectivité de la sonde pour un cation métallique donné. Des senseurs "off-on" pour la détection sélective des cations Al 3+ et Cu 2+ ont été 3. Une méthode pour la synthèse d'un senseur "off-on" de type "dual", à coeur BODIPY, contenant deux motifs chélatants de type pseudo éther couronne et dipicolylamine a été developpée. Il a été montré que cette sonde était efficace pour la détection simultanée des cations Al 3+ et Zn 2+ en solution. 4. Le potentiel de dérivés poly-phénoliques de BODIPY dans la conception de sondes fluorescentes de type "dual" a été évalué pour la première fois. Des méthodes de synthèse ont été développées pour accéder aisément à des dérivés BODIPY fonctionnalisés par des motifs chélatants et/ou des groupes réactifs vis-à-vis de nucléophiles soufrés, d'espèces réactives de l'oxygène, des cations Hg 2+ et/ou de réductases surexprimées dans les cellules cancéreuses en hypoxie. 5. Il a été montré qu'un chémodosimètre fluorescent de type "off-on" pour la détection efficace et sensible de l'anion sulfite pouvait être facilement obtenu par introduction de deux motifs 7-nitro-1,2,3-benzoxadiazole sur les phénols d'un BODIPY. La fonctionnalisation du phénol en meso d'un autre BODIPY par le motif 4-nitrobenzyloxybarbonyle a permis d'obtenir une sonde "offon" pour l'imagerie des cellules hypoxiques du cancer du poumon. 6. Un senseur "off-on" de type dual a été conçu à partir d'un dérivé BODIPY bis-phénolique via l'introduction des motifs vinyle et 2,4-dinitrobenzènesulfonyle sur ses groupements hydroxyles. Il a été utilisé avec succès pour la détection fluorogénique séquentielle de Hg 2+ et HS -en milieu physiologique simulé.

  13

Publications on the thesis topic. The

  С,19 F, and 11 B NMR spectroscopy, elemental analysis, high-resolution mass spectrometry (HRMS), and IR spectroscopy. Modern systems for the collection and processing of scientific and technical information, such as the on-line databases main results of the works were reported in 3 papers in peerreviewed journals included in the list of the Higher Attestation Commission of the Russian Federation and in 8 presentations at Russian and international conferences.

	Reaxys (Elsevier), SciFinder (CAS), and Web of Science (Thomson Reuters), were used and full texts
	of papers and books were analyzed.
	The main results of the work were presented at Russian and international conferences and
	congresses: the International Scientific Youth Forum "Lomonosov-2017", Innovations in
	Chemistry/Organic Chemistry (Moscow, Russia, 2017), the I Russian National School-Conference for
	Young Scientists "Advances in Synthesis and Complexing" (Moscow, Russia, 2017), the International
	Conference "Organic & Hybrid Functional Materials and Additive Technologies" (Moscow, Russia,
	Thesis structure and volume. The work consists of the introduction, the literature review devoted to
	BODIPY-based molecular-logic gates, the discussion of results, the experimental section, conclusions,
	the list of designations and abbreviations, and references. The PhD thesis is 185 typewritten pages long
	and includes 2 tables, 94 figures, and 5 schemes. The bibliography includes 164 references.
	Acknowledgements. I would like to express my sincere gratitude to my co-supervisors PhD Yulia
	Alekseevna Volkova for her collaborative efforts, valuable advice, recommendations on this
	dissertation, guidance, and consistent support, PhD Natalya Georgievna Kolotyrkina for recording
	high-resolution mass spectra (HRMS), PhD Ilya Evgenievich Zlobin for performing biological assays,
	PhD Aleksei Mikhailovich Shcherbakov for performing biological assays, Tatyana Andreevna
	Tikhonova for recording NMR spectra, and Mikhail Aleksandrovich Kozlov for valuable advice and
	recommendations during the running of this project. Finally, I would like to thank the Head of the PhD
	Department, PhD Irina Vasilievna Veselа for help, advice, and support.

2018

), the Winter School on Organic Chemistry

WSOC-2019 (Moscow, Russia, 2019)

, the Fifth International Scientific Conference "Advances in Synthesis and Complexing" (Moscow, Russia, 2019), and the VIII Youth Conference of ZIOC RAS

(Moscow, Russia, 2019)

.

Scheme 1. Synthesis of compounds S1-S5. Compounds S1, S2, and S3 were synthesized by the one-pot condensation of aldehydes 4a and 4b with pyrroles 5 and 6 in CH2Cl2 using the sequential treatment with trifluoroacetic

	Hence, 3-substituted derivative S6 and 3,5-disubstituted derivative S7 were synthesized as the
	major and minor products in 43% and 16% yields, respectively, by the Knoevenagel condensation of
	Figure 1. Design of a BODIPY-based
	dual-mode sensor.
	ethyl)(2-
	acetoxyethyl)]amino and bis(2-acetoxyethyl)amino groups, into the BODIPY fluorophore. Diols 2а acid (TFA), 2,3-
	and 2b were synthesized by the SN 2 substitution reaction of N-(2-hydroxyethyl)aniline with 2-(2-dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone (DDQ), trimethylamine, and boron trifluoride etherate. The
	chloroethoxy)ethanol. Acetate protecting groups were introduced at the terminal OH groups of hydrolysis of acetate groups of compounds S2 and S3 in the presence of LiOH gave products S4 and
	compounds 2a and 2b by the reaction with acetic anhydride in pyridine. The Vilsmeyer-Haack S5 bearing free terminal hydroxy groups in 81% and 78% yields, respectively.
	formylation at the para position of compounds 3a and 3b afforded target aldehydes 4a and 4b in 83% In the next step, in order to study the structure-chelating property relationship, we synthesized
	and 89% yields, respectively. compounds S6 and S7, in which the pseudo-crown [(2-(2-acetoxyethoxy)ethyl)(2-acetoxythyl)]amino
	group was introduced at the positions 3 and 5 of the BODIPY core through a styrene linker (Scheme
	2). It was expected that the change in the position of the chelating group and the nature of the linker
	would change the quenching mechanism of the fluorophore (from PET to ICT), which, in turn, would
	lead to a change in the photophysical properties and selectivity of the sensor for metal cations.

aldehyde 4b with BODIPY 7. Scheme 2. Synthesis of compounds S6 and S7. 1.2. Study of photophysical properties of compounds S1, S3, S5, S6, and S7 and their ability to detect Al 3+ cations

  These compounds were not selective for Al 3+ in the presence of Cu 2+ , Pb 2+ , Zn 2+ , Fe 3+ , and Cr 3+

	Photophysical properties of compounds S1-S7 were evaluated in MeCN. The results are
	summarized in Table 1.
	Photophysical properties of compounds S1, S3, S5, S6, and S7 were studied in the presence of
	metal cations. It was shown that compound S1 containing the 2,6-H-BODIPY core and compound S5,
	which does not contain acetyl groups in the chelating moiety, are inefficient in the detection of Al 3+ .

cations and showed moderate fluorescence response. Compound S3 proved to be the most promising sensor for the detection of Al 3+ in solution (Table 1). Compounds S6 and S7 showed weaker enhancement of the fluorescence intensity compared to S3. Table 1. Photophysical properties of compounds S1-S7. a,b

	Sensor	λabs [nm]

BODIPY 18 and chelating agents 10, 12, 13, 16, and 17 gave compounds S8-S12 in 16-46% yields. 1.4. Study of photophysical properties of compounds S8-S12 and their ability to detect Cu 2+

	with 2,2-
	chloroethoxyethane (9) afforded diol 10. Then compound 10 was successively treated with di-tert-
	butyl carbonate and acetic anhydride, resulting in the Boc protection of the nitrogen atom and the
	acetate protection of the hydroxy group. The Boc protection of compound 11 was removed by the
	treatment with hydrochloric acid in 1,4-dioxane at room temperature. This synthesis gave chelating
	agent 12 in 27% overall yield over three steps.
	Then symmetric chelating groups 16 and 17 were synthesized. The treatment of diol 13 with di-
	tert-butyl carbonate in ethyl acetate afforded compound 14. The latter compound was reacted in situ
	with acetic anhydride giving product 15 in 83% yield. Compound 15 was Boc-deprotected by the
	treatment with hydrochloric acid in dioxane at room temperature, resulting in the formation of
	chelating agent 16 in 88% yield. The heating of diol 14 with 2-(chloromethyl)pyridine in
	tetrahydrofuran at reflux produced chelating group 17 known in the literature as selective for Hg 2+
	ions.
	Scheme 3. Synthesis of target compounds S8-S12.
	8-Chloromethyl BODIPY 18 required for the synthesis was prepared in 39% yield by the
	sequential condensation of cryptopyrrole (6) with chloroacetyl chloride and the complexation of the
	resulting dipyrromethene with boron trifluoride etherate. The nucleophilic substitution between Cl-

  + , K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , Ba 2+ , Al 3+ , and Mn 2+ cations to a solution of sensor S13 in MeCN did not cause changes in the fluorescence intensity. When bound to S13, transition metal cations, such as Fe 2+ , Pb 2+ , and Cd 2+ , showed insignificant fluorescence enhancement. The Ni 2+ and Cu 2+ ions caused complete fluorescence quenching.

  ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................. Молекулярные логические элементы на основе БОДИПИ для обнаружения боевых отравляющих и взрывчатых веществ ................................................................................. Молекулярные логические элементы на основе БОДИПИ для обнаружения тиолов, оксидов азота и активных форм кислорода ....................................................................................

2-

and efficient in aqueous media can be prepared by the introduction of reactive

7-nitro-1,2,3-benzoxadiazole groups into 3,8-bis-

phenol-containing BODIPY. The functionalization with 4-nitrophenylacetate allowed the preparation of an off-on sensor for the imaging of hypoxic lung cancer cells.

6. An off-on dual sensor was designed based on

3,

the introduction of vinyl and 2,4-dinitrobenzenesulfonyl substituents at the terminal OH groups. This sensor can be employed to monitor the successive appearance of Hg 2+ and HS -in physiological media. ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ им. Н.Д. ЗЕЛИНСКОГО РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИОХ РАН) На правах рукописи ГОРБАТОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ Дизайн и синтез новых двумодальных флуоресцентных хемосенсоров на основе борфторидных комплексов дипирролилметенов для детектирования катионов тяжелых металлов и (био)аналитов 02.00.03 -Органическая химия Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук Научный руководитель: д.х.н. И. В. Заварзин Москва -2020 ОГЛАВЛЕНИЕ I. II. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ .................................................................................................. II.1. Молекулярные логические элементы на основе БОДИПИ для детектирования металлических катионов .................................................................................................. II.2. Молекулярные логические элементы на основе БОДИПИ для детектирования анионов ... II.3. II.4. II.5. Молекулярные логические элементы на основе БОДИПИ для генерации синглетного кислорода ...................................................................................................................... III. Обсуждение результатов ............................................................................................ III.1. Разработка сенсоров для детектирования катионов тяжелых металлов .......................... III.1.2. Разработка мономодального флуоресцентного «Off-On» сенсора на катионы Al 3+ ........

0 Название Half-substractor Символ

	интерес к БОДИПИ можно объяснить характерным для них уникальным сочетанием
	спектральных свойств. Устойчивость к свету и химическим веществам, высокие молярные
	коэффициенты поглощения ε(λ) и квантовые выходы флуоресценции Φ, узкие полосы
	поглощения, хорошая растворимость, устойчивость к самоагрегации в растворе -все это
	способствует востребованности данного класса красителей в мировом научном сообществе.
	Кроме того, спектроскопические и фотофизические свойства БОДИПИ легко контролируются
	направленным введением вспомогательных остатков в ключевые положения дифторборонового
	дипирролилметенового ядра. Разнообразие синтетических путей для создания структурно-
	различных производных БОДИПИ позволяет добиваться идеального соответствия между
	структурой красителя и его желаемыми спектроскопическими характеристиками.

С тех пор количество исследовательских работ и патентов, посвященных использованию красителей ряда БОДИПИ, ежегодно значительно увеличивается, в том числе накопилось значительное количество примеров БОДИПИ в разработке МЛЭ. Рисунок 5. 4,4-Дифтор-4-бора-3а,4а-диаза-с-индацен (БОДИПИ).

В настоящем обзоре впервые систематизированы работы по разработке МЛЭ на основе БОДИПИ. Данный анализ охватывает литературу за последние 15 лет. Стоит отметить, что в последние годы было опубликовано несколько прекрасных обзоров, посвященных флуоресцентным сенсорам в качестве МЛЭ

[4, 10,[START_REF] Erbas-Cakmak | Molecular logic gates: the past, present and future[END_REF][START_REF] Romieu | AND" luminescent "reactive" molecular logic gates: a gateway to multi-analyte bioimaging and biosensing // Organic & biomolecular chemistry[END_REF]

. Однако, в силу того, что в публикациях по сенсорам БОДИПИ они редко рассматриваются в рамках булевой логики, обзора литературы по МЛЭ ряда БОДИПИ до настоящего времени не было.

II.1.

Молекулярные логические элементы на основе БОДИПИ для детектирования металлических катионов

  Двумя входными сигналами являются Cu 2+ и Hg 2+ . Выходной сигнал сдвиг максимума поглощения. Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления Cu 2+ или Hg 2 + ведет к молекулярному логическому элементу OR.

	Ввод		Выход
	Cu 2+	Hg 2+	λabs =
			529 нм
	Ионы металлов играют важную роль в различных промышленных и биохимических 0 0 0
	процессах [19]. Некоторые из них, такие как медь, магний, никель и цинк необходимы для 0 1 1
	1	0	1
	поддержания гомеостаза в организмах людей, животных и растений [20]. Однако некоторые
	1	1	1
	ионы металлов токсичны и, следовательно, вызывают серьезные нарушения здоровья и
	окружающей среды [21], в связи с чем их обнаружение имеет большое значение в современном
	мире. В этой части обзора, мы систематизировали различные МЛЭ на основе БОДИПИ для
	обнаружения катионов металлов, которые были разработаны в последние годы.
	В работе [22] был разработан новый калориметрический флуоресцентный сенсор ряда

БОДИПИ L1 типа OR, для детектирования катионов Hg 2+ или Cu 2+ . Моностирил-замещенный БОДИПИ 3 синтезирован по реакции Кневенагеля конденсацией БОДИПИ 1 с производным бензальдегида 2. Далее полученное соединение вводилось в клик-реакцию с триэтиленгликользамещенным азидом 4, в результате чего в качестве продукта был получен сенсор L1 (Рисунок 6). Рисунок 6. A) Схема синтеза соединения L1. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L1. Авторы работы показали, что добавление катионов Hg 2+ к раствору L1 в СH3CN/H2O (5:1) сопровождалось гипсохромным сдвигом максимума поглощения с 592 до 555 нм или до 502 нм в случае добавления раствора катионов Cu 2+ . При этом происходило отчетливое изменение цвета с синего на фиолетовый при добавлении катионов Hg 2+ или на желтый в случае добавления катионов Cu 2+ . Так же наблюдалось смещение максимумов испускания флуоресценции в случае добавление катионов Hg 2+ (с 690 до 602 нм) и гашение интенсивности флуоресценции в случае добавления катионов Cu 2+. Механизм работы сенсора регулируется эффектом ICT. Авторы изучили поведение L1 в клетках линии Hela рака молочной железы, и, показали, что он способен различать Hg 2+ и Cu 2+ посредством двухканальной визуализации. Согласно приведенным выше результатам, данный сенсор может быть отнесен к МЛЭ типа OR. В группе Ильмаза [23] был разработан "Off-On" флуоресцентный сенсор L2, основанный на RET для обнаружения катионов Sn 2+ и Al 3+ в водной среде (Рисунок 7). Сенсор L2 представляет собой молекулу БОДИПИ, связанную с фенолфталеином. Фенолфталеиндиальдегидное производное 11 было получено с помощью реакции Даффа, описанной в работе [24]. Производное БОДИПИ, полученное в три стадии из пиролла 5 и альдегида 6, вводилось в реакцию с фенолфталеин-диальдегидным производным 11, конденсацией в абсолютном этаноле, в результате чего был получен сенсор L2. Флуоресцентные свойства сенсора L2 исследовали в присутствии различных катионов металлов в системе ацетон/H2O (1:1). Измерения интенсивности флуоресценции были выполнены при фиксированной длине волны возбуждения в 370 нм. Было показано, что в присутствии катионов Sn 2+ или Al 3+ в растворе сенсора L2 происходит увеличение интенсивности флуоресценции при 560 нм. Что позволяет рассматривать L2 как МЛЭ типа OR.

Ввод Выход Al 3+ Cu 2+ λabs = 588 нм 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 соединение

  Однако, при добавлении катионов Co 2+ или Cu 2+ к раствору сенсоров L3 и L4 в смеси ТГФ/H2O (20:1) происходило полное гашение интенсивности флуоресценции при 635 нм (для L3) и 658 нм (для L4) (λex для L3 = 590 нм; λex для L4 = 610 нм) соответственно. Полученный в работе [26] "Off-On" L5 на основе БОДИПИ показал высокую селективность к катионам Hg 2+ и Fe 3+ . Синтез соединения был реализован в 4 стадии из Двумя входными сигналами являются Hg 2+ и Fe 3+ . Выходной сигналувеличение интенсивности флуоресценции при 515 нм. Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления Hg 2+ или Fe 3+ ведет к молекулярному логическому элементу OR. Двумя входными сигналами являются Hg 2+ и Au 3+ . Выходной сигналэто изменение интенсивности флуоресценции. Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления Hg 2+ или Au 3+ ведет к молекулярному логическому элементу OR. L9 обладает сильным поглощением с максимумом при 588 нм. Спектры поглощения оставались неизменными при добавлении многочисленных ионов щелочных, щелочноземельных и переходных металлов. При добавлении Cu 2+ или Al 3+ к раствору сенсора спектры поглощения, а также цвет растворов резко изменялись. По мере увеличения концентрации Al 3+ максимум поглощения смещался в 555 нм. С другой стороны, добавление Cd 2+ , Hg 2+ и Pb 2+ может быть модулирована в зависимости от выбора водных буферных растворов. Синтез сенсора L10 включал в себя 4 стадии, ключевой из которых являлась стадия конденсации альдегида 42, функционализированного, хелаторной

	функционализированного бензальдегида 20. Флуорофор БОДИПИ 22 был получен путем конденсации в условиях кислого катализа альдегида 20 и 2,4-диметилпиррола 21. Как один из наиболее важных методов, при синтезе целевого соединения на последней стадии использовалось азид-алкиновое циклоприсоединение, катализируемое медью (CuAAC). Сенсор L5 в свободном состоянии обладал низкой интенсивностью флуоресценции при 515 нм, что связано с быстрой цис-транс изомеризацией иминиевой связи (Рисунок 9). Добавление катионов Hg 2+ или Fe 3+ к раствору сенсора L5 в H2O/ТГФ (1/1) приводило к гидролизу связи C=N, что сопровождалось двойным увеличением интенсивности Hg 2+ Fe 3+ λem = 515 нм 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Ввод Выход Hg 2+ Ag + λem = 515 нм 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 NH2-замещенного родамина 33 с формил-БОДИПИ 32 и последующие тиолирование соединения 34 реагентом Лавессона. УФ-спектр свободного сенсора L8 в растворе CH3CN / HEPES (1:1, pH 7.0) обладал одной полосой поглощения с максимумом при 527 нм, которая принадлежала ядру БОДИПИ. Поскольку ядро родамина находится в циклической изомерной форме, авторы не обнаружили полос поглощения, характерных для родамина. Добавление катионов Au Спектры флуоресценции L8 показали аналогичное поведение в отношении добавления Выход Hg 2+ Au 3+ λ em = 585 λ em = 506 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Cu 2+ приводило к уменьшению максимума поглощения при 588 нм, при этом происходило увеличение максимума при 502 нм. Авторы [31] разработали флуоресцентный сенсор L10 на основе флуорофора БОДИПИ, Hg Ввод чья селективность к
	флуоресценции ядра БОДИПИ при 515 нм.
		Ввод		Выход
	pH	Bi 3+	Ag +	λabs = 500,
				516 нм
	1	0	0	1
	0	0	1	1
	0	1	0	1
	1	1	1	1
	Кроме того, добавление катионов Cu 2+ к раствору сенсора L7 приводило к изменению
	максимума поглощения с 500 до 540 нм, чтоможно было наблюдать невооруженным глазом за
	счет смены цвета раствора. Добавление катионов Bi 3+ к раствору сенсора L7 вызывало
	исчезновение максимума поглощения при 516 нм и увеличение при 500 нм.

Ввод Выход

Рисунок 9. A) Схема синтеза соединения L5. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L5.

В работе

[START_REF] Zhang | A dual channel chemodosimeter for Hg 2+ and Ag + using a 1, 3dithiane modified BODIPY[END_REF]

предложен хемосенсор L6 на основе БОДИПИ селективный к катионам

Hg 2+ и Ag + .

Он был получен в три стадии из пиррола и п-цианобензальдегида 24 с помощью стандартного протокола для синтеза БОДИПИ. Формилирование 25 по Вильсмайеру-Хааку с использованием ДМФА -POCl3 позволило получить соединение 26. Реакция соединения 26 с 1,3-дитиопропаном в присутствии BF3•OEt2 приводит к L6 (Рисунок 10). Рисунок 10. A) Схема синтеза соединения L6. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L6. Двумя входными сигналами являются Hg 2+ и Ag + . Выходной сигнализменение интенсивности флуоресценции. Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления Hg 2+ или Ag + ведет к молекулярному логическому элементу OR.

Было показано, что при добавлении катионов Hg 2+ к раствору сенсора L6 в системе ТГФ/Н2О (85/15) приводит к сдвигу максимума поглощения с 548 до 532 нм и увеличению иненсивности испускани при 515 нм. Изменение в спектрах поглощение было связано с промотируемым Hg 2+ снятием тиоацетальной защиты альдегидной группы во 2-ом полодении ядра БОДИПИ. Сенсор L6 в присутствии Ag + показал увеличение интенсивности флуоресценции без смещения максимума поглощения. Авторы предполагали, что катионы Ag + могут координироваться с атомами серы тиоацетальной части сенсора. Этот процесс ингибирует PET-гашение флуоресценции и приводит к разгоранию флуоресценции. Мониторинг добавления Hg 2+ или Ag + ведет к молекулярному логическому элементу OR В группе [28] был разработан сенсор L7, содержащий гидроксизамещенную нафтильную рецепторную группу связанную через иминовый фрагмент с мезо-фенил содержащим флуорофором БОДИПИ. Сенсор был получен из исходного БОДИПИ 27 Pd-каиализируемым восстановлением его NO2 группы гидразин гидразингидратом и конденсацией полученного продукта 28 с 2-гидрокси-1-нафтальдегидом в присутствии ледяной уксусной кислотой в EtOH (Рисунок 11). При изменении pH раствора сенсора в смеси ДМСО/Н2О (1:4), происходила кето-енолтаутомеризация в орто-гидроксинафталин-азометиновом фрагменте сенсора, в результате чего появлялись изменения в спектрах поглощения. При изменении pH с 7.14 до 4.12 происходило увеличение максимума поглощения при 500 нм. При изменении pH с 7.14 до 12.35 происходило увеличение поглощения при 516 нм. В спректрах испускания при изменении pH с 7.14 до 1.82 происходило 193-кратное увеличения интенсивности при 516 нм. Было показано, что L7 может избирательно окрашивать лизосомы и, следовательно, обнаруживать изменение рН в живых клетках. Рисунок 11. A) Схема синтеза соединения L7. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L7. Тремя входными сигналами являются pH, Bi 3+ и Cu 2+ . Выходной сигналэто изменение максимумов поглощения. Анализ таблицы истинности, ведет к молекулярному логическому элементу OR. В работе [29] был описан новый МЛЭ типа OR на основе флуоресцентного сенсора L8, который позволял определить присутствие в растворе катионов Hg 2+ и Au 3+ . Он был получен за счет объединения в одной молекуле фрагментов флуорофоров родамина 33 и БОДИПИ 32. Cинтез был реализован в 4 стадии, ключевыми из которых явились конденсация флуорофоров + (1 экв.) к раствору L8 приводило к появлению новой полосы поглощения при 554 нм, которая соответствует раскрытому изомеру родамина (Рисунок 12). Рисунок 12. A) Схема синтеза соединения L8. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L8. 2+ . При возбуждении волной света в 525 нм, сенсор был не флуоресцирующим, однако при добавлении катионов Hg 2+ , появлялась новая полоса испускания с максимумом при 585 нм и интенсивность этой полосы постепенно увеличивалась с увеличением концентрации Hg 2+ . Как и ожидалось, в присутствии катионов Hg 2+ L8 обладал оптическими свойства родамина. В процессе добавления Hg 2+ не было замечено никаких других сопутствующих полос, которые могли бы принадлежать красителю БОДИПИ, это указывает на то, что краситель БОДИПИ был все еще в выключенной "Off" форме. После добавления Au 3+ , не флуоресцентный раствор сенсора становился флуоресцентным. Зеленая флуоресценция была явным доказательством существовании испускающего производного БОДИПИ. С другой стороны, тот же раствор сенсора (L8 / Au 3+ ) при возбуждении при 525 нм обладал испусканием при 585 нм, которое происходило за счет открытого изомера родамина. Добавление Hg 2+ к L8 запускало реакцию раскрытия спиро-кольца и приводило к образованию флуоресцентного производного родамина. При добавлении Hg 2+ к L8, ядро БОДИПИ продолжало быть не флуоресцентным, потому что фрагмент C=N в молекуле все еще сохранялся. В работе [30] предложен сенсор L9, который потенциально может применяться для калориметрического обнаружения катионов Al 3+ и Cu 2+ . Он представляет собой молекулу БОДИПИ, имеющую "псевдо-краун эфирную" хелатирующую группу в мезо-положениии и пара-пиперединстирильный заместитель в 3-м положении, связанный через стириловый линкер. Синтетическая схема получения сенсора L9 показана на рисунке 13. 3,4-Дигидроксибензальдегид 35 на первой стадии вводили в реакцию с этилбромацетатом 36. Полученный альдегид 37 затем конденсировали с 2,4-диметилпирролом 21 с образованием БОДИПИ 38. Конденсация по Кневенагелю БОДИПИ 38 с 4пиперидинобензальдегидом 39 в толуоле в присутствии уксусной кислоты и пиперидина позволила получить соединение L9. Рисунок 13. A) Схема синтеза соединения L9. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L9. Двумя входными сигналами являются Al 3+ и Cu 2+ . Выходной сигналэто изменение максимума поглощения. Как видно из таблицы истинности, мониторинг добавления Al 3+ или Cu 2+ ведет к молекулярному логическому элементу OR. Авторы предположили, что Al 3+ и Cu 2+ способны взаимодействовать с атомом азота пиперидиновой группы, тем самым регулируя ICT-эффект данного заместителя. Так же предполагалось, что группа в мезо-положении БОДИПИ может модулировать PET-гашение, которое регулируется связыванием Cu 2+ с четырьмя атомами кислорода хелатирующей группы. Подтверждая данное предположение, в эксперименте было найдено, что раствор, содержащий группой и флуорофора БОДИПИ 43. Изменение спектральных свойств сенсора показало, что в буферном растворе MOPS наблюдалось усиление интенсивности флуоресценции сенсора L10 в присутствии Cd 2+ , Hg 2+ или Pb 2+ (Рисунок 14) λem=685. Молекулярно-логические элементы OR могут быть построены на основе буферов MOPS и HEPES. В первом случае входными сигналами являются Cd 2+ , Hg 2+ , Pb 2+ , а во втором Cd 2+ , Pb 2+ . В то время как в буферном растворе HEPES наблюдалось усиление интенсивности флуоресценции раствора сенсора в присутствии катионов Cd 2+ или Pb 2+ . Так же L10 показал возможность избирательно обнаруживать Cd 2+ и Hg 2+ в трис-HCl и в цитрат-фосфатном буферных растворах. Б Ввод 1

: катионы металлов: Λ em = 588 нм Ввод 2:буфер Cd 2+ Hg 2+ Pb 2+ Hg 2+ /Cd 2+ Pb 2+ /Cd 2+ Hg 2+ /Pb 2+ Hg 2+/ Pb 2+ /Cd 2+

  Двумя входными сигналами являются Cu 2+ и HSO3 -. Выходной сигналэто увеличение интенсивности флуоресценции. Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к молекулярному логическому элементу AND.Затем образовавшийся комплекс с Cu 2+ был использован для определения HSO3 -. В присутствии HSO3 -происходило восстановление 70% прежней интенсивности флуоресценции.Пределы обнаружения для Cu 2+ и HSO3 -были рассчитаны 0.36 мМ и 1.4 мМ соответственно.В работе[START_REF] Gao | The BODIPY-based chemosensor for fluorometric/colorimetric dual channel detection of RDX and PA // Anal[END_REF] был разработан и синтезирован сенсор L12, который способен колориметрически различать присутствие Hg 2+ . А также получающийся при это комплекс L12-Hg 2+ продемонстрировал высокую селективность в отношении I

Рисунок 15. A) Схема синтеза соединения L11. Б) Принципиальная схема механизма работы сенсора L11. -, благодаря способности образовывать трехкомпонентный комплекс. Синтез сенсора был реализован в 3 стадии, ключевой из которых является стадия нитроальдольной конденсации Анри между салициловым ангидридом и нитрогруппами фенильного фрагмента БОДИПИ 48. Работа сенсора регулируется эффектами PET и ICT (Рисунок 16).

1 1

 1 Рисунок 43. Принципиальная схема механизма работы МЛЭ L42. Двумя ходными сигналами являются λ = 625 нм и 1 O2. Выходной сигналэто выгенерация синглетного кислорода 1 O2. Как видно из таблицы истинности, мониторинг выходных сигналов приводит к молекулярному логическому элементу AND.

	Соединение L42 обладает широкой полосой поглощения, и трудно оценить
	спектральные изменения при добавлении TFA. Для понимания механизма работы соединения
	L42, два компонента изучались как независимые модули. До добавления кислоты,
	максимальное поглощение изолированного модуля PS (1) имеет длину волны 647 нм, а для
	модуля FL (2) -длину волны 681 нм, однако при добавлении TFA максимум поглощения 1
	смещается до 671 нм, тогда как максимум поглощения 2 смещается до 647 нм. При добавлении

кислоты и возбуждении на фиксированной длине волны 625 нм, в PS и FL происходит изменение направления передачи энергии возбуждения, и затем образуется синглетный кислород. В отсутствии кислоты происходит интенсивное испускание с максимумом в 715 нм. В работе [60] Аккая был описан МЛЭ L43, в котором входными сигналами являются Na + и H + . Молекулярная система начинала высвобождать цитотоксический синглетый кислород только тогда, когда концентрации обоих катионов были высоки. Дизайн такого МЛЭ включает в себя PET-модулятор на основе краун-эфира, чувствительного только к Na + , но не к H + . Синтез сенсора начинался с формилирования соединения 166. Затем, используя стандартные процедуры конденсации полученного альдегида с 2,4-диметилпиролом, был получен функционализированный БОДИПИ 167. 3 и 5 положения ядра которого замещались двумя пиридильными группами, чувствительными к кислоте (Рисунок 44).

. Разработка сенсоров для детектирования катионов тяжелых металлов

  Ионы металлов имеют важное значение в нашей повседневной жизни[START_REF] Wu | Fluorescent chemosensors: the past, present and future[END_REF][START_REF] Sfrazzetto | Synthetic fluorescent probes to map metallostasis and intracellular fate of zinc and copper // Coordination[END_REF][START_REF] Mbatia | Photochemical tools for studying metal ion signaling and homeostasis[END_REF]. Такие катионы как Cu + , Cu 2+ и Zn 2+ участвуют в различных биологических процессах в качестве кофакторов ферментов. Ионы Hg 2+ , являясь смертельным токсином, обладают высокой

	интересной была бы модификация третьего положения каркаса БОДИПИ будут универнсальной платформы для создания (моно-) двумодальных сенсоров на катионы металлов
	Создание молекулярно-логических элементов (МЛЭ) на основе органических молекул является актуальным и динамично развивающимся направлением в современной органичеcкой химии. Одни из наиболее интересных МЛЭ получаются на основе флуоресцентных красителей с двумя рецепторными группами. Они позволяют детектировать одновременное присутствие в растворе двух типов анализируемых частиц (входные сигналы) за счет изменения спектральных свойств сенсора (выходные сигналы) [63]. Считывание и интерпретация полученных выходных сигналов лежат в основе детектирования, позволяя обнаруживать два типа анализируемых хелатирующими группами или реакционноспособными центрами, позволяющими управлять флуоресценцией по механизму внутримолекулярного переноса заряда (ICT). Одновременное селективное взаимодействие подобных сенсоров с двумя детектируемыми частицами могло бы сопровождаться полным снятием гашения флуоресценции и приводить, как следствие, к значительному увеличению её интенсивности (принцип «Off-On»). При этом в случае и/или биоаналиты. В частности, использование бисфенол-БОДИПИ (3,8-позициях ядра фенольные группы) может быть интересным в качестве удобной платфоромы для создания двумодальных сенсоров. На первом этапе работы мы обратились к разработке мономодальных сенсоров в ряду БОДИПИ перспективных для создания на их основе целевых двумодальных сенсоров. III.1проницаемостью через кожу человека и способны вызывать проблемы с дыханием и серьезные взаимодействия только с одним типом анализируемых частиц, снятие гашения флуоресценции Перспективным представлялось введение хелатирующих групп, обладающих свойствами PET и повреждения ЦНС [71]. Катионы Al 3+ сильно токсичны для окружающей среды, опасны для было бы лишь частичным и не должно было бы приводить к сколь-нибудь значимому ICT гасителей, в 8 и 3 положения ядра БОДИПИ через линкеры различной природы, способные растений и животных. Алюминий не играет важной роли в физиологических процессах в
	частиц на качественном и количественном уровнях с высокой степенью точности измерений. существенным образом влиять на геометрию молекулы сенсора. В качестве линкеров были организме человека, но может взаимодействовать с белками, ферментами и коферментами, а
	Принцип флуоресцентного детектирования нескольких аналитов основан на построении выбраны "жесткий" фениловый и "мягкий" метиленовый. В качестве критериев отбора также вытеснять биологически важные металлы, такие как магний, кальций и железо [69]. Было
	каскадов входных/выходных сигналов и их анализе инструментами булевой логики. хелатирующих групп были использованы синтетическая доступность и селективность в показано, что он может связываться с различными секреторными гранулярными белками,
	Для разработки МЛЭ перспективным является использование производных 4,4-дифтор-4-отношении катионов тяжелых металлов.
	бор-3а,4а-диазо-s-индаценов (БОДИПИ) содержащих две рецепторные группы в 3-м (5-м) и 8-
	ом положениях флуоресцентного ядра. Выбор данного класса флуорофоров объясняется его
	устойчивостью к свету, химическим веществам, высокими молярными коэффициентами
	поглощения ε(λ), квантовыми выходами флуоресценции Φ, узкими полосами поглощения, и
	хорошей растворимостью. Кроме того, спектроскопические и фотофизические свойства
	БОДИПИ легко контролируются направленным введением вспомогательных остатков в
	ключевые положения дифторборонового дипирролилметенового ядра.
	Анализ литературы по МЛЭ на основе красителей ряда БОДИПИ показал, что на
	сегодняшний день известно большое количество мономодальных cенсоров, содержащих одну
	рецепторную группу [6, 11, 64-67]. Однако, практически не изучеными в силу синтетических
	трудностей остаются двумодальные сенсоры, которые также имеют сложнопредсказуемые
	спектральные свойства. Предполагается, что подобные сенсоры могут обеспечить
	детектирование одновременного присутствия в растворе двух типов анализируемых частиц,
	например, двух различных видов катионов тяжелых металлов, катионов металла и анионов или
	биоаналитов различного происхождения. Рисунок 1. Дизайн двумодального сенсора на основе БОДИПИ.
	В качестве общего принципа создания таких сенсоров в настоящей работе было Таким образом, двумодальные сенсоры БОДИПИ могли бы позволить оценивать
	предложено использовать объединение в одной молекуле флуорофора БОДИПИ и двух одновременное наличие в растворе сразу двух анализирумых видов частиц на качественном и
	рецепторных групп, подавляющих флуоресценцию ядра БОДИПИ в свободном, т.е. количественном уровнях с высокой степенью точности измерений. В связи с этим, целью

несвязанном с анализируемой частицей состоянии. А именно, интерес представляло введение в мезо-положение БОДИПИ через метильный или фенильный линкер рецепторных групп (ионофоры, реакционноспособные центры), подавляющих в несвязанном состоянии флуоресценцую по механизму фотоиндуцированного переноса электронов (РEТ). Кроме того, спектральному отклику. В качестве аналитов интерес представляет изучение катионов тяжелых металлов и различных биоаналитов (биотиолов, АФК) (Рисунок 1).

настоящей работы стала разработка новых двумодальных сенсоров ряда БОДИПИ, перспективных для детектирования присутствия двух различных аналитов в растворах. А именно интерес представляет разработка двумодальных сенсоров на катионы металлов, а также изучение полифенол-БОДИПИ (в 3,5,8 позициях ядра которого фенольные группы) в качестве вызывая гипопаратиреоз и астеническую болезнь костей

[START_REF] Mbatia | Photochemical tools for studying metal ion signaling and homeostasis[END_REF]

. Катионы Zn 2+ легко поглощаются и накапливаются в тканях растений, при этом корень является основным местом их скопления.

3 Исследование фотофизических свойств соединений S1, S3, S5, S6, S7 и их способности детектировать Al 3+ Полученная

  Ожидалось, что за счет изменения положения хелатора и природы линкера может быть изменен механизм гашения флуорофора (с PET механизма на ICT)[START_REF] Bozdemir | Selective manipulation of ICT and PET processes in styryl-bodipy derivatives: applications in molecular logic and fluorescence sensing of metal ions[END_REF], что в свою очередь могло привести к изменению фотофизических свойств и cелективности сенсора в отношении катионов металлов. Фотофизические данные соединений S1-S7.

	Сенсор	λabs [нм]	ε [М -1 см 1 ]	λem [нм]	Φ [b] [%]	Стоксов сдвиг [см -1 ]
	В связи с этим, конденсацией по Кневенагелю из альдегида 4b с БОДИПИ 7 был S1 498 81129 514 <0.1 625
	синтезирован 3-замещенный продукт S6 в качестве основного продукта (выход 43%) и 3,5-S3 517 93199 547 <0.1 1061
	дизамещенное производное S7 в качестве миноргого продукта (выход 16%). S5 521 100000 544 <0.1 811
	S6	613	70031	688	9.5	1779
	S7	706	32999	762	3.6	1047
	[а] Спектры записывали в CH3CN при 298 К. [б] Сульфат хинина был использован в качестве эталона Φ = 0.55 в 0.1 М H2SO4, λex = 310 нм. Все значения Φem скорректированы с учетом изменений показателя преломления.
	количество координационных центров в структуре хелатора не должно превышать их
	количествао заявленное в исследовании Чанга, потому что имеющееся сродство к Pb 2+ может
	приводить к снижению селективности сродства к Al 3+ . Флуорофор может влиять на
	хелатирующую способность рецепторной группы из-за внутри-и межмолекулярной One-pot синтез S1, S2 и S3 был осуществлен конденсацией альдегидов 4a, 4b с
	координации и блокировки свободного вращения хелатора [89]. пирролами 5, 6 в CH2Cl2 путем поэтапной обработки трифторуксусной кислотой (TFA), 2,3-
	На дихлор-5,6-дициано-1,4-бензохиноном (DDQ), триэтиламином и эфиратом трифтористого бора. первом этапе, для введения «псевдо-краун эфирных остатков»
	((2-(2-ацетоксиэтокси)этил)(2-ацетоксиэтил)амина и бис(2-ацетоксиэтил)амина к флуорофору

.1.2. Разработка мономодального флуоресцентного «Off-On» сенсора на катионы Al 3+

В последнее время аналоги краун-эфиров с открытой цепью, так называемые "псевдокрауны" (Рисунок 2), все больше применяются во флуоресцентном детектировании как легкодоступные, многообещающие лигирующие агенты для катионов металлов

[START_REF] Xing | Aromatically functionalized pseudo-crown ethers with unusual solvent response and enhanced binding properties // Organic & biomolecular chemistry[END_REF]

. В группе Юна разработали флуоресцентный сенсор "Off-On" для детектирования Cu 2+ на основе N,Nбис(2-ацетоксиэтил)амина в качестве рецептороной группы

[START_REF] Qi | New BODIPY derivatives as OFF-ON fluorescent chemosensor and fluorescent chemodosimeter for Cu2+: cooperative selectivity enhancement toward Cu 2+ // The Journal of organic chemistry[END_REF]

.

Рисунок 2. Флуоресцентные сенсоры на основе "псевдо-краун" эфиров.

Группой Чанга был предложен Pb 2+селективный флуоресцентный сенсор на основе N,N-бис

(2-этоксикарбонилметокси)

этилового хелатора, который эффективен в водных растворах и характеризуется низким пределом обнаружения

[START_REF] He | A selective fluorescent sensor for detecting lead in living cells[END_REF]

. Нами был реализован многостадийный синтез неизвестных ранее в литературе соединений S1, S2, S3, S4, S5, продемонстрировавших селективность в отношении Al 3+ и представляющих собой красители БОДИПИ, модифицированные по мезо-положению каркаса «псевдо-азакраун эфирными остатками» (Схема 1). Структура соединений S1-S5 предложена на основе ионного радиуса и координационного числа Al 3+ , ананалогично такому для Cu 2+ [88]. При этом относительно небольшое изменение структуры хелатора может легко изменить избирательность сенсора. Удлинение "псевдо-краун эфирых остатков", используемых в работах Юна для Cu 2+ , является потенциальной стратегией для разработки сенсора для Al 3+ . Однако, БОДИПИ в качестве основных реагентов были получены замещенные бензальдегиды 4а, 4b. Диолы 2а, 2b синтезирован по реакции SN 2 замещения N-(2-гидроксиэтил)анилина с 2-(2хлорэтокси)этанолом [87]. Реакцией с уксусным ангидридом в пиридине по концевым ОН-группам соединений 2a, 2b были введены ацетатные защитные группы. Формилированием по Вильсмейеру-Хааку пара-положения полученных соединений 3a, 3b привело к целевым альдегидам 4a, 4b с выходами 89% и 83%, соответственно. Схема 1. Синтез соединений S1-S5. Гидролиз ацетатных групп в присутствии LiOH в соединениях S2 и S3 позволил получить продукты S4, S5 со свободными концевыми гидроксильными группами c выходами 81% и 78%. На следующем этапе, с целью изучения взаимосвязи структура-хелатирующие свойства, нами были получены соединения S6, S7, в которых «псевдо-краун эфирная» ((2-(2ацетоксиэтокси)этил)(2-ацетоксиэтил)амино группа вводилась в 3и 5положения ядра БОДИПИ через стирильный линкер (Схема 2). Схема 2. Синтез соединений S6, S7. III.1.серия соединений S1 -S7 была исследована методами УФ-и флуоресцентной спектрометрии. Фотофизические данные приведены в таблице 1. В качестве растворителя был использован MeCN (содержание воды менее 5%). Было показано, что все они обладают сродством к катионам алюминия (III). Таблица 1. Исследование фотофизических свойств соединений S1, S3, S5, S6, S7 в присутствии катионов металлов показали, что соединение S1 с ядром 2,6-H-БОДИПИ и соединение S5, не содержащие ацетильные группы в хелаторе, малоэффективны для обнаружения Al 3+ . Эти соединения обладали низкой селективностью по отношению к Al 3+ в присутствии катионов Cu 2+ , Pb 2+ , Zn 2+ , Fe 3+ , Cr 3+ и обладали умеренными флуоресцентным откликом (Спектры

  3 + в соотношении 1:1 и 1:2. Такие катионы как Li + , Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , Ba 2+ , Zn 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ , Co 2+ , Cu 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Cd 2+ , Hg 2+ , Pb 2+ и Ag + не влияют на повышение интенсивности флуоресценции S6. Добавление ионов Al 3 + и Сr 3+ сопровождалось 1000-кратным разгоранием флуоресценции при 591 нм.

	Затем были исследованы флуоресцентные отклики S3, S6 и S7 на различные катионы и
	их селективность в отношении Al

3+

. Существенные спектральные изменения для сенсора S3 наблюдались только в случае Al 3+ . Так, добавление Al 3+ к сенсору S3 вызвало 1200-кратное усиление флуоресценции. В тех же условиях добавление Cr 3+ привело только к 90-кратному усилению флуоресценции соответственно (Рисунок 9). Другие катионы, такие как Li + , Na + , K +,

Ca 2+ , Ag + , Cd 2+ , Zn 2+ , Co 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Pb 2+ , Hg 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ и Ba 2+ , встречающиеся в

высоких концентрации в физиологических условиях, не влияли на спектры испускания соединения S3. Рисунок 9. Флуоресцентный отклик раствора S3 (15 µM) при добавлении катионов Li + , Na + , K +, Ca 2+ , Ag + , Cd 2+ , Zn 2+ , Co 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Pb 2+ , Hg 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ и Ba 2+ (15 µM) в MeCN, λex=504 нм. Для дальнейшего изучения перспективности соединения S3 как ионоселективного флуоресцентного хемосенсора на Al 3+ мы провели эксперименты в присутствии 1 экв. Al 3+ и смеси 10 экв. катионов других металлов; при этом не наблюдались значительные изменения интенсивности флуоресценции по сравнению с измеренным в отсутствие ионов других металлов кроме 1 экв. Al 3+ . Сенсор S6 оказался менее селективным (Рисунок 10). При добавлении различных катионов металлов, в том числе алюминия.

.2.6. Разработка бимодального флуоресцентного «Off -On» сенсора на катионы Hg 2+ и HS -

  Следующий полученный нами "Off-On" сенсор S21 представлял молекулу бисфенол-БОДИПИ, у которой атомы водорода замещены на с реакционноспособные группы селективные к катионам Hg 2+ и HS -. Поскольку известно, что Hg 2+ способствуют гидролизу винилэфирной группы (в физиологических условиях) [141], мы заместили этим алкеновым фрагментом гидроксил у стиролового фенола. Данный заместитель также позволял модулировать процесс внутримолекулярного переноса заряда [8]. Атом водорода второй фенольной группы (в мезоарильном положении) был замещен селективным к тиолам 2,4-УФ-видимом диапазоне. Как и ожидалось, сенсор S21 оказался почти не флуоресцирующим (определить остаточный квантовый выход флуоресценции было невозможно из-за отсутствия линейной зависимости между флуоресценцией и поглощением на длине волны возбуждения, λex=540 нм). Спектр имел максимум поглощения при λ = 599 нм (PB + 10% MeCN, 25 °C) (ε = 41200 M -1 см -1 ). Hg 2+ и HS -(преобладающая форма H2S при физиологическом pH, NaHS была использована в качестве источника гидросульфидного аниона). Были изучены зависимые от времени изменения интенсивности флуоресценции сенсора с этой парой аналитов. Результаты показаны на рисунках 44 и 45. При последовательном добавлении Hg 2+ (5 экв., 10 мин инкубации) и HS - анионов (50 экв., около 85 минут инкубации) раствор S21 показал постепенное и умеренное увеличение интенсивности флуоресценции при 595 нм. Для достижения плато потребовалось около 60 мин (рис. 44, а). Обратная последовательность добавления (HS -, 5 экв., 10 мин, затем

	динитробензолсульфониловым эфиром (DNBS) [147], который также способен вызывать
	гашение флуоресценции ядра БОДИПИ по механизму окислительного фотоиндуцированного
	переноса электронов (PET). Синтез соединения S21 (Схема 13) был проведен в 5 стадий из Далее мы исследовали флуорогенную реакционную способность S21 по отношению к
	коммерчески доступного пара-гидроксибензальдегида. Флуорофор БОДИПИ 24 был получен в
	результате конденсации между бензальдегидом 23 и криптопирролом (3-этил-2,4-
	диметилпирролом). По реакции Кневенагеля с винилоксиальдегидом было получено
	соединение 33, замещение фенольного гидроксида которого на 2,4-динитробензосульфонил
	позволило получить сенсор S21.
	Схема 6. Синтез перспективного соединения S21.

Для получения сверхчистого образца S21 были проведены две последовательные очистки. Первая с помощью колоночной хроматографии на силикагеле, и вторая с использованием полупрепаративной ОФ-ВЭЖХ. Высокий уровень чистоты был подтвержден анализом ОФ-ВЭЖХ и был в диапазоне 95-100% в зависимости от длины волны, используемой для обнаружения в

  C, 11 B,19 F регистрировали на спектрометре BrukerWM-300 МГц или на Bruker Avance Neo 500 МГц. Химические сдвиги приведены в м.д. в шкале δ относительно растворителя ( 1 Н: CDCl3, δ = 7.27 ppm, DMSO-d6, δ = 2.50 ppm;13 C: CDCl3, δ = 77.00 ppm, CH3CN, затем линейный градиент с 60 % до 100 %] при скорости потока 4.0 мл/мин.

	Высокоэффективная жидкостная хроматография
	Несколько хроматографических систем были использованы для аналитических
	экспериментов и очистки (путем полупрепаративной ОФ-ВЭЖХ или системой автоматической
	флеш-очистки):
	DMSO-d6, δ = 39.50 ppm.). Мультиплетность сигналов обозначается как с, синглет; д, дублет; т, Система A: ОФ-ВЖХ с CH3CN и 0.1% трифторуксусной кислотой (водная TFA 0.1%, pH 2.0)
	триплет; кв, квадруплет; м, мультиплет; дд, дублет дублетов, ддд, дублет дублетов дублетов, в роли элюента [50% CH3CN (5 мин), затем линейный градиент с 50% до 100% (30 мин) CH3CN]
	дддд, дублет дублетов дублетов дублетов и тд. Значения констант спин-спинового при скорости потока 4 мл/мин. Система B: полупрепаративная ОФ-ВЖХ с CH3CN и 0.1%
	взаимодействия (J) приведены в Герцах. ИК-спектры регистрировали на приборе Bruker Vector трифторуксусной кислотой (водная TFA 0.1 %, pH 2.0) в роли элюента [60% CH3CN (5 мин),
	22 в виде прессовок с бромидом калия или в тонком слое. Температуры плавления (т. пл.) затем линейный градиент с 60% до 100% (20 мин) CH3CN] при скорости потока 4.0 мл/мин.
	определяли на столике Кофлера и не корректировали. Масс спектры высокого разрешения были Система C: полупрепаративная ОФ-ВЖХ с CH3CN и 0.1% трифторуксусной кислотой (водная
	зарегистрированы на приборе Bruker MicroТOF II методом электрораспылительной ионизации TFA 0.1%, pH 2.0) в роли элюента [35% CH3CN (5 мин), затем линейный градиент с 35% до 60%
	(10 мин) Расчет квантовых выходов флуоресценции	Препаративная
	колоночная хроматография выполнялась с использованием силикагеля 60 (Acros 60A, 0.060-Квантовые выходы флуоресценции определялись в насыщенных воздухом растворах при
	0.200 мм, 230-400 меш, Merck). УФ спектры и спектры флуоресценции измерялись на температуре 20 ± 1°С. Для расчета квантовых выходов использовалась следующая формула
	спектрофотометре Флюорат-02-Панорама при температуре 20 ± 1°С или на флуориметре [148]:
	HORIBA Jobin Yvon Fluorolog и спектрофотометре Varian Cary 50 Scan. Наблюдаемая
	флуоресценция детектировалась под прямым углом относительно пучка возбуждения. Спектры
	флуоресценции были скорректированы по отношению к чувствительности измеряющего
	фотоэлектронного умножителя. Для снятия спектров поглощения и флуоресценции
	использовались спектроскопически чистые растворители фирм Aldrich и Acros. 3-Этил-2,4-
	диметилпиррол, 2-хлорацетилхлорид, эфират трехфтористого бора, триэтиламин, ди-трет-
	бутилкарбонат, соляная кислота, 1,4-диоксан, уксусный ангидрид, пиридин, 4-
	диметиламинопиридин, иодид калия и карбонат калия являются коммерческими реагентами и
	были использованы без дополнительной очистки. Растворители очищали по стандартным
	методикам.

(ESI). Измерения выполнены на положительных (напряжение на капилляре -4500 V) или отрицательных (напряжение на капилляре 3200 V) ионах. Диапазон сканирования масс -m/z 50 -3000 Да, калибровкавнешняя или внутренняя (Electrospray Calibrant Solution, Fluka). MALDI-TOF масс-спектры были сняты на Bruker Daltonics Ultraflex II LRF 2000 (матрица: дитранол). HPLC-MS анализ выполнен на Thermo-Dionex Ultimate 3000. Контроль за ходом реакций и чистотой химических веществ осуществляли методом ТСХ («Сilufol-UV-254»). Система D: ОФ-ВЖХ (Silicycle) с CH3CN и 0.1% трифторуксусной кислотой (водная TFA 0.1%, pH 2.0) в роли элюента [25% CH3CN (5 мин), затем линейный градиент с 25% до 50% (15 мин) CH3CN, затем линейный градиент с 50% до 100% (45 мин) CH3CN] при скорости потока 20 мл/мин.

(2-(2-Гидроксиэтокси)этил)фенил)амино)этан-1-ол (2b)

  ). Бесцветное масло, выход 2.0 г, (74%), т. пл.55-57 °С. (т. пл. лит 57 о С)1 H ЯМР (300 МГц, CDCl3): δ 3.52(т, J = 4.8 Гц, 4H, CH2N),3.78 (т, J = 4.8 Гц, 4H, CH2O), 4.12 (с, 2H, OH), 6.68 (дд, J = 8.4 Гц, 1H, ArH), 6.73 (д, J = 6.9 Гц, 2H, ArH),7.24 (м, 2H,. LRMS (ESI, LC-MS): m/z 182.2 [M + H] + , рассчитано для C10H16NO2 182.2.ммоль). Реакционную смесь перемешивали в течение 20 часов при комнатной температуре. Ход реакции контролировали с помощью ТСХ (элюент петр. эф. -EtOAc, 1 : 1). Реакционную смесь разбавляли CH2Cl2 (20 мл) и промывали водой (3 × 20 мл). Органический слой сушили над Na2SO4, растворитель удаляли при пониженном давлении. Продукт очищали колоночной хроматографией (элюент петр. эф. -EtOAc, 1:1 → 1:10). Вязкое масло, выход 2.0 г (80%), 1 H Получен согласно литературной методике [89]. К сухому ДМФА (1.5 мл) при 0 °С при перемешивании добавляли по каплям POCl3 (0.29 мл, 3.10 ммоль). Полученную смесь перемешивали 1 час при комнатной температуре. Затем добавляли растворенный 2-((2-(2ацетоксиэтокси)этил)(фенил)амино)-этилацетат (3b) (3.0 г, 9.71 ммоль) в сухом ДМФА (1 мл). Полученный раствор перемешивали при комнатной температуре в течение 12 часов, затем добавили раствор 2,3-дихлор-5,6-дициано-1,4-бензохинона (148 мг, 0.65 ммоль, 1.1 экв) в CH2Cl2 (23 мл). Перемешивали 12 часов при комнатной температуре, охладили до 0 о С, Твердое красное вещество, выход 17 мг (5%), т. пл. 102-105 °С 1 H ЯМР (400 МГц, CDCl3): δ × СН), 6.87 (д, 2H, J = 8.7 Гц, 2 × СН), 7.09 (д, 2H, J = 8.7 Гц, 2 × СН).

	добавили триэтиламин (3.6 мл), затем BF3•OEt2 (3.6 мл). Полученный раствор перемешивали
	2-(Получен (фениламино)этанола (4.0 г, 29.2 ммоль, 1.0 экв), 2-(2-хлорэтокси)этанола (6.0 согласно литературной методике [151]. Смесь 2-1 H ЯМР (300 МГц, CDCl3): δ 3.54-3.81 (м, 13H, 6 × СН2 + OH), 4.10-4.36 (уш. с, 1H, OH), 6.68-6.71 (м, 3H, 3 × CH), 7.19-7.27 (м, 2H, 2 × CH). МС (ЭИ) рассчитано для С12Н19NO2 ([M] + ) 255, найдено m/z 225. (Фенилазандиил)бис(этан-2,1-диил) диацетат (3a) ЯМР (300 MГц, CDCl3): δ 2.04 (c, 6H, 2 × CH3), 3.59-3.63 (т, 4H, J = 12.6 Гц, 2 × CH2), 4.21-4.24 (т, 4H, J = 12.5 Гц, 2 × CH2), 6.70-6.76 (м, 3H, 3 × СH), 7.20-7.24 (м, 2H, 2 × СH). МС (ЭИ) рассчитано для С14Н19NO4 ([M] + ) 265, найдено m/z 265. 2-((2-(2-Ацетоксиэтокси)этил)(фенил)амино)этилацетат (3b) Получен согласно литературной методике [89]. К раствору 2-((2-(2-Гидроксиэтокси)этил)фенил)амино)этан-1-ола (2b) (4.6 г, 20.4 ммоль, 1.0 07 (с, 3H, СН3), 3.56-3.67 (м, 8H, 4 × СН2), 4.18-4.28 (м, 4H, 2 × СН2), 6.72-6.78 (м, 3H, 3 × СН), 7.23-7.27 (м, 2H, 2 × СН). МС (ЭИ) рассчитано для С16Н23NO5 ([M] Полученную смесь перемешивали 1 час при комнатной температуре. Затем добавляли раствор (фенилазандиил)бис(этан-2,1-диил)диацетата (3а) (2.0 г, 5.82 ммоль) в сухом ДМФА (1 мл). Реакционную смесь нагревали при 90 °С в течение 2 ч, после чего охлаждали и выливали в лед, далее добавляли насыщенный раствор ацетата натрия до рН 7. Смесь экстрагировали EtOAc (3 × 50 мл) и сушили над Na2SO4. Растворитель удаляли при пониженном давлении. Продукт очищали колоночной хроматографией (элюент петр. эф. -EtOAc, 1 : 1). Вязкое бесцветное масло, выход 1.62 г (83%). 1 H ЯМР (300 МГц, CDCl3): δ 2.04 (c, 6H, 2 × CH3) , 3.71 -3.74 (м, 4H, далее добавляли насыщенный раствор ацетата натрия до рН 7. Смесь экстрагировали EtOAc (3 × 50 мл) и сушили над Na2SO4. Растворитель удаляли при пониженном давлении. Продукт очищали колоночной хроматографией (элюент петр. эф. -EtOAc, 1 : 1). Вязкое бесцветное масло, выход 2.9 г (89%). 1 H ЯМР (300 МГц, CDCl3): δ 2.04 (с, 3H, СН3), 2.05 (с, 3H, СН3), 3.63-3.69 (м, 6H, 3 × СН2), 3.74 (т, J = 6.4 Гц, 2H, СН2), 4.19-4.23 (м, 2H, СН2), 4.29 (т, J = 6.4 Гц, 2H, СН2), 6.81 (д, J = 8.9 Гц, 2H, 2 × СН), 7.74 (д, J = 8.9 Гц, 2H, 2 × СН), 9.75 (с, 1H, CHO). МС (ЭИ) 7.29-7.31 (м, 2H, 2 × СН), 7.48-7.50 (м, 3H, 3 × СН). МС (ЭИ) рассчитано для С23Н27BF2N2 ([M] + ) 380, найдено m/z 380. 4,4-Дифтор-8-(4-(2-(2-ацетоксиэтокси)этил)-(2ацетоксиэтил)аминофенил)-1,3,5,7-тетраметил-4-бора-3а,4а-диаза-s-индацен (S1) при комнатной температуре в течение 12 часов. Реакционную смесь экстрагировали 5% водным раствором NaHCO3 (2 × 30 мл). Органический слой промывали водой (3 × 30 мл), пропускали через слой целита, сушили над безводным Na2SO4 и концентрировали при пониженном давлении. Остаток дважды очищали колоночной хроматографией (CH2Cl2 -MeOH, 1 : 0 → 20 : 1). 1.52 (с, 6H, 2 × СН3), 2.08 (с, 3H, СН3), 2.11 (с, 3H, CH3), 2.57 (с, 6H, 2 × СН3), 3.65 (т, 2H, J = 5.8 Гц, 2 × СН2), 3.68-3.73 (м, 6H, 3 × СН2), 4.24-4.25 (м, 2H, CH2), 4.31 (т, 2H, J = 6.5 Гц, СН2), 5.89 2 × CH2), 4.26 -4.29 (т, 4H, 2 × CH2), 7.74 (д, 2H, J = 8.7 Гц, 2 × СН), 6.82(д, 2H, Реакционную смесь нагревали при 90 °С в течение 2 ч, после чего охлаждали и выливали в лед, рассчитано для С17Н23NO6 ([M] J = 7.3 Гц, 2 × СН3), 1.30 (с, 6H, 2 × CH3), 2.32 (кв, 4H, J = 7.3 Гц, 2 × CH2), 2.54 (с, 6H, 2 × CH3), (с, 2H, 2

г, 48.2 ммоль, 1.7 экв), CaCO3 (5.0 г, 50.0 ммоль, 1.7 экв) и KI (0.48 г, 2.24 ммоль, 0.077 экв) в воде (60 мл) кипятили с обратным холодильником при интенсивном перемешивании в течение 15 часов. Ход реакции контролировали с помощью ТСХ (элюент петр. эф. -EtOAc, 1 : 1). После охлаждения реакционной смеси до комнатной температуры осадок отфильтровали, фильтрат экстрагировали EtOAc (3 × 60 мл). Органический экстракт сушили над Na2SO4, затем растворитель удаляли при пониженном давлении. Продукт очищали колоночной хроматографией (элюент петр. эф. -EtOAc, 1:1 → 1:10). Бесцветное масло, выход 4.6 г (73%), Получен согласно литературной методике [152]. К раствору 2,2'-(фенилазандиил)бис(этан-1-ола) (2а) (2.0 г, 10.22 ммоль) и пиридина (2.6 мл, 32.25 ммоль) в CH2Cl2 (10 мл) при 0 о С добавляли по каплям уксусный ангидрид (3.2 мл, 33.9 экв) и пиридина (5.2 мл, 64.5 ммоль, 3.2 экв) в CH2Cl2 (20 мл) при 0 о С добавляли по каплям уксусный ангидрид (6.4 мл, 67.8 ммоль, 3.3 экв). Реакционную смесь перемешивали в течение 20 часов при комнатной температуре. Ход реакции контролировали с помощью ТСХ (элюент петр. эф. -EtOAc, 1 : 1). Реакционную смесь разбавляли CH2Cl2 (20 мл) и промывали водой (3 × 20 мл). Органический слой сушили над Na2SO4, растворитель удаляли при пониженном давлении. Продукт очищали колоночной хроматографией (элюент петр. эф. -EtOAc, 1:1 → 1:10). Вязкое масло, выход 4.4 г (71%). 1 H ЯМР (300 MГц, CDCl3): δ 2.04 (с, 3H, СН3), 2.+ ) 309, найдено m/z 309. ((4-Формилфенил)азандиил)бис(этан-2,1-диил)диацетат (4a) Получен согласно литературной методике [152]. К сухому ДМФА (1.0 мл,) при 0 °С при перемешивании добавляли по каплям POCl3 (0.20 мл, 1.60 ммоль). J = 8.7 Гц, 2 × СН), 9.74 (с, 1H, CHO). МС (ЭИ) рассчитано для С15Н19NO5 ([M] + ) 293, найдено m/z 293. 2-((2-(2-Ацетоксиэтокси)этил)(4-формилфенил)амино)этилацетат (4b) + ) 337, найдено m/z 337. 6-Диэтил-1,3,5,7-тетраметил-8-фенил-4-бора-3а,4а-диаза-s-индацен (7) Получен согласно литературной методике [153]. К раствору бензальдегида (0.48 мл, 4.71 ммоль, 1.0 экв) и 3-этил-2,4-диметил-1Н-пиррола (1.38 мл, 10.24 ммоль, 2.2 экв) в CH2Cl2 (46 мл) в атмосфере аргона добавили трифторуксусную кислоту (одна капля, 15 µл). Полученный раствор перемешивали при комнатной температуре в течение 12 часов, затем добавили раствор 2,3-дихлор-5,6-дициано-1,4бензохинона (1.18 г, 5.20 ммоль, 1.1 экв) в CH2Cl2 (120 мл). Перемешивали 20 минут при комнатной температуре, охладили до 0 о С, добавили триэтиламин (12 мл), затем BF3•OEt2 (12 мл). Полученный раствор перемешивали при комнатной температуре в течение 1 часа. Реакционную смесь экстрагировали 5% водным раствором NaHCO3 (2 × 50 мл). Органический слой промывали водой (3 × 100 мл), пропускали через слой целита, сушили над безводным Na2SO4 и концентрировали при пониженном давлении. Остаток дважды очищали колоночной хроматографией (элюент петр. эф. -CH2Cl2, 1 : 0 → 1 : 2). Красное твердое вещество, выход 720 мг (40%), т. пл. 185-186 °C (т. пл лит 185-186 о С [154]). 1 H ЯМР (300 МГц, CDCl3): δ 1.00 (т, 6H, К раствору 4-((2-(2-ацетоксиэтокси)этил)(2-ацетоксиэтил)амино)-бензальдегида (4b) (200 мг, 0.59 ммоль, 1.0 экв) и 2,4-диметилпиррола (0.13 мл, 1.26 ммоль, 2.1 экв) в CH2Cl2 (18 мл) в атмосфере аргона добавили трифторуксусную кислоту (одна капля, 15 мкл).

19 F

 19 ЯМР (282 МГц, CDCl3): δ -146.6 (кв, 1 J F-B = 32.0 Гц, 2F). 11 B ЯМР (96 МГц, CDCl3): δ 0.86 (т, J = 33.4 Гц). HRMS (ESI/Q-ТOF) рассчитано для C31H40BF2N3O4Na ([M+Na] + ), 590.4822; найдено

	m/z 590.4825.
	4,4-Дифтор-8-[4-(2-(2-ацетоксиэтокси)этил)-(2-
	ацетоксиэтил)аминофенил]-2,6-диэтил-1,3,5,7-тетраметил-4-бора-3а,4а-
	диаза-s-индацен (S3)
	К раствору соединения 4b (500 мг, 1.48 ммоль, 1.0 экв) и 3-этил-2,4-диметил-
	1Н-пиррола (0.42 мл, 3.12 ммоль, 2.1 экв) в CH2Cl2 (46 мл) в атмосфере аргона
	добавили трифторуксусную кислоту (одна капля, 15 мкл). Полученный
	раствор перемешивали при комнатной температуре в течение 12 часов, затем добавили раствор
	2,3-дихлор-5,6-дициано-1,4-бензохинона (148 мг, 0.65 ммоль, 1.1 экв) в CH2Cl2 (23 мл).
	7.2 Гц, 2 × СН3), 1.41 (с, 6H, 2 × СН3), 2.08 (с, 3H, CH3), 2.11 (с, 3H, CH3), 2.33 (кв, 4H, J = 7.2
	Гц, 2 × СН2), 2.54 (уш. с, 6H, 2 × СН3), 3.61-3.75 (м, 8H, 4 × СН2), 4.25 (т, 2H, J = 4.8 Гц, CH2),

Перемешивали 5 часов при комнатной температуре, охладили до 0 о С, добавили триэтиламин (9 мл), затем BF3•OEt2 (9 мл). Полученный раствор перемешивали при комнатной температуре в течение 12 часов. Реакционную смесь экстрагировали 5% водным раствором NaHCO3 (2 × 30 мл). Органический слой промывали водой (3 × 30 мл), пропускали через слой целита, сушили над безводным Na2SO4 и концентрировали при пониженном давлении. Остаток дважды очищали колоночной хроматографией (CH2Cl2 -MeOH, 1 : 0 → 100:1). Твердое красное вещество, выход 382 мг (42%), т. пл. 126 -129 °С. 1 H ЯМР (300 МГц, CDCl3): δ 1.01 (т, 6H, J = 4.31 (т, 2H, J = 6.6 Гц, CH2), 6.84 (д, 2H, J = 8.8 Гц, 2 × СН), 7.08 (д, 2H, J = 8.8 Гц, 2 × СН). 13 C ЯМР (75 МГц, CDCl3): δ 12.1

  Полученную смесь перемешивали 1.5 часа при 0 о С. Растворитель отгоняли при пониженном давлении, в результате чего продукт получили в виде аналитически чистого обраца, выход 876 мг (90%) желтое масло, 1:1).1 H ЯМР (300 MГц, CDCl3): δ 3. 4Н, 2 × CH2), 4Н, 2 × CH2), 1.45 (c, 9H, 3 × CH3), 1.26 (уш. c, 2H, 2 × OH).HRMS (ESI/Q-ТOF): рассчитано для С9H19NO4Na [M+Na] + 228.1206; найдено 228.1210 К раствору соединения 13 (500 мг, 4.76 ммоль, 1.0 экв) в EtOAc (4.76 мл), при 0 o C, добавили ди-трет-бутилкарбонат (1.1 мл, 4.76 ммоль, 1.0 экв). Полученную смесь перемешивали при охлаждении 1.5 часа. Затем к полученной смеси последовательно добавили уксусный ангидрид (0.9 мл, 10.5 ммоль, 2.2 экв), пиридин (0.8 мл, 10.5 ммоль, 2.2 экв), DMAP (58 мг, 0.45 ммоль, 0.1 экв). Полученную смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 2 часов. Растворитель отгоняли при пониженном давлении. Остаток растворяли в H2O (30 мл) и водную фракцию экстрагировали EtOAc (3 × 15 мл), органическую фракцию сушили над Na2SO4 и концентрировали в вакууме. Продукт выделяли методом колоночной хроматографии (петр. эф. -EtOAc, 5 : 1). Светло-желтое масло, выход 1141 мг (83%), Rf 0.30 (петр. эф. -EtOAc, 5:1). 1 H ЯМР (300 MГц, CDCl3): δ 4.21 -4.12 (м, 4Н, 2 × CH2), 3.53-3.42 (м, 4Н, 2 × CH2), 2.06 (c, 6H, 2 × CH3), 1.46 (c, 9H, 3 × CH3). HRMS (ESI/Q-ТOF): рассчитано для С13H23NO6Na [M+Na] + 312.1410; найдено 312.1417. ммоль) в 1,4-диоксане (5 мл) добавляли 4N HCl (2.5 мл). Реакционную смесь перемешивали в течении 24 часов при комнатной температуре. Затем растворитель отгоняли при пониженном давлении. Белый порошок, выход 793 мг (88%), т. пл. 147 -148 о С, Rf 0.30 (петр. эф. -EtOAc, 5:1). 1 H ЯМР (300 MГц, CDCl3): δ 5.25 (уш. с, 1H, NH), 4.27 (т, 4Н, J = 4.8 Гц, 2 × СН2), 3.10 (т, 4Н, J = 4.8 Гц, 2 × СН2), 2.07 (с, 6H, 2 × СН3). HRMS (ESI/Q-ТOF): рассчитано для С8H16NO4 [M+Н] + 190.1073; найдено 190.1077. (200 мг, 0.97 ммоль, 1.0 экв) в ТГФ (8 мл), добавили хлорметил-пиридин (261 мг, 2.05 ммоль, 2.1 экв) и гидрид натрия (351 мг, 14.60 ммоль, 15.0 экв). Полученную смесь кипятили 3 часа с обратным холодильником. После охлаждали до комнатной температуры, растворитель отогнали при пониженном давлении. Продукт 17 выделяли методом колоночной хроматографии (CH2Cl2метанол, 1 : 1). Бежевое вязкое масло, выход 118 мг (42%). Rf 0.20 (петр. эф. -EtOAc, 5:1).1 H красного цвета, выход 21 мг (22%), т. пл. 140-142 о С, Rf 0.24 (петр. эф. -EtOAc 2:1). 1 H ЯМР (300 MГц, CDCl3): δ 4.17 (т, 4H, J = 4.4 Гц, 2 × CH2), 4.10 (с, 2H, CH2), 4.09 -4.05 (м, 2H, CH2), 3.60 -3.53 (м, 4H, 2 × CH2), 2.94 -2.77 (м, 4H, 2 × CH2), 2.52 (с, 6H, 2 × СН3), 2.45 -2.38 (м, 4H, 2 × СН2), 2.41 (с, 6H, 2 × СН3), 2.07 (с, 3H, СН3), 1.93 (с, 3H, СН3), 1.06 (т, J = 8.07 Гц, 6H, 2 × СН3).13 C ЯМР (75 MГц, CDCl3): δ 170.9 (2 × C=О), 153.5 (2 × C), 137.9 (2 × C), 137.3 (2 × C), 132.1 (2 × C), 132.9 (C), 69.9 (2 × CH2), 68.9 (2 × CH2), 63.6 (CH2), 62.6 (CH2), 52.5 (CH2), 51.1 (CH2), 50.4 (CH2), 20.8 (2 × CH3), 17.3 (2 × CH3), 14.6 (CH3), 13.9 (CH3), 12.6 (2 × CH3). 19 F ЯМР (282 MГц, CDCl3): δ -146.46 (кв, 1 JF-B = 33.09 Гц, 2F).

	((Трет-бутоксикарбонил) азандиил)бис(этан-2,1-диил)диацетат (15)
	Бис(2-(пиридин-2-илметокси)этил)амин (17)
	К раствору трет-бутилбис(2-гидроксиэтил)карбамата (14)

1 H ЯМР (300 MГц, ДМСО-d6): δ 4.45 -2-[(2-Ацетоксиэтил)амино]этилацетат (16) гидрохлорид Получен согласно литературной методике [157]. К раствору соединения 15 (1329 мг, 4.6

  1 H ЯМР (500 MГц, CDCl3): δ 7.59(д, J = 16.6 Гц, 1H, СН), 7.49(д, J = 8.5 Гц, 2H, 2 × СH), 7.18 -7.12 (м, 3H, 3 × СH), 6.96 (д, J = 8.6 Гц, 2H, 2 × СH), 6.84 (д, J = 8.5 Гц, 2H, 2 × СH), 2.62 -2.54 (м, 5H, CH2+ CH3), 2.32 (кв, J = 7.5 Гц, 2H, CH2), 1.38 (с, 3H, CH3), 1.36 (с, 3H, CH3), 1.14 (т, J = 7.5 Гц, 3H, CH3), 1.00 (т, J = 7.6 Гц, 3H, CH3), сигналы ОНгрупп не наблюдались.13 C ЯМР (126 MГц, CDCl3): δ 160.2 (2 ´ C), 155.8 (C), 151.4 (C), 142.3 (C), 140.7 (C), 140.5 (C), 136.9 (2 ´ C), 135.1 (C), 134.6 (C) 134.1 (C), 131.5 (2 ´ CH), 131.0 (C), 130.2 (2 ´ CH), 128.4 (CH), 118.8 (CH), 117.7 (2 ´ CH), 117.4 (2 ´ CH), 19.7 (CH2), 18.5 (CH2), 15.6 (CH3), 15.1 (CH3), 13.4 (CH3), 12.8 (CH3), 12.5 (CH3). 19 F ЯМР (470 МГц CDCl3): δ -142.37 (кв, 1 JF-B = 33.6 Гц, 2F). 11 B ЯМР (160 МГц, CDCl3): δ 1.02 (т, 1 JB-F = 33.6 Гц); ИК (KBr): 3107,

  1 H ЯМР (300 MГц, CDCl3): δ 7.32 (д, J =8.5 Гц, 2H, 2 × СН), 6.60-6.87 (м, 4H, 2 × СН+СН+СН), 4.43 (с, 2H, СН2), 3.81 (с, 3H, СН3).13 C ЯМР (126 MГц, CDCl3): δ 156.4 (C), 133.6 (C), 130.8 (C), 129.9 (C), 119.3 (4 ´ CH), 119.1 (4 ´ CH), 60.8 (CH2), 32.9 (CH3). HRMS (ESI/Q-ТOF): рассчитано для C14H12BrCl2O2 ([M+H] + ) 363.0246, найдено m/z 363.0245

[a] Les spectres ont été enregistrés dans MeCN à 298 K.[b] Le sulfate de quinine a été utilisé comme référence, Φ = 55% dans aq. 0.1 М H2SO4, λex = 310 nm. Toutes les valeurs de Φem ont été corrigées en tenant compte des indices de refraction des différents solvants.

O2 (Рисунок 45).

N. D. ZELINSKY INSTITUTE OF ORGANIC CHEMISTRY OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES (ZIOC RAS)

As a manuscript

GORBATOV SERGEI ALEKSANDROVICH

Design and synthesis of novel BODIPY-based fluorimetric dual-mode chemosensors for heavy metal cations and (bio)analytes

02.00.03 -Organic chemistry

Summary of the PhD Thesis for the degree of PhD in chemistry

Moscow -2020

Твердое красное вещество, выход 43 мг (78%), т. пл. 133-134 °С. 13 C ЯМР (75 МГц, CDCl3): 12.5, 14.7, 17.2, 29.8, 30.1, 60.6, 68.1, 77.3, 113.4, 129.4, 129.5, 131.5, 132.6, 138.5, 142.3, 153.4. 19 F ЯМР (282 МГц, CDCl3): δ -146.5 (кв, 13.9, 16.5, 50.9, 53.8, 59.1, 60.9, 68.1, 72.5, 112.3, 120.3, 122.1, 128.9, 129.0, 131.7, 132.7, 138.9, 142.3, 148.7, 148.8, 153.8. 19