Електронна будова і спектральні властивості 3-гетарилхромонів - Автореферат

Цей клас сполук, на відміну від відомого класу природних речовин 3-фенілхромонів (ізофлавонів), не має побічного естрогенного ефекту, і тому ці сполуки є більш перспективними для розробки нових фармацевтичних препаратів. Дисертаційну роботу присвячено вивченню спектральних та кислотно-основних властивостей 3-тіазоліл-та 3-фенілхромонів у основному та збудженому станах; виявленню інтервалів кислотності, де існують різні протолітичні форми зазначених речовин, оцінці здатності різних протолітичних форм до світловипромінювання з метою їх використання як джерела сигналу для детекції цих речовин. Робота також включає теоретичне дослідження смуг поглинання та флуоресценції, визначення природи електронних переходів, а також дослідження звязку між характером замісників у хромоновому і гетарильному фрагментах та спектральними і кислотно-основними властивостями. Оскільки похідні хромону мають інтенсивну флуоресценцію, вони є перспективними зондами для біологічних систем; дослідження впливу середовища на 3-тіазолілхромони з метою використання останніх як біозондів також є дуже актуальним. Особистий внесок здобувача полягає у проведенні вимірювань електронних спектрів поглинання та флуоресценції, у визначенні констант дисоціації та протонування, у визначенні часу життя молекул протолітичних форм 3-тіазолілхромонів у збудженому стані, у математичній обробці та узагальненні отриманих результатів.Далі досліджування проводили методами РРР і CNDO/S Врахування відхилення молекул від планарності в методі PPP здійснювалося шляхом коректування значення резонансного інтегралу звязку хромон - тіазоліл/феніл (в) за формулою: в = в0·cos2И, де в0 - максимальне (за модулем) значення резонансного інтеграла, характерне для звязку між фрагментами (прийнято - 2,11 EV), И - торсіонний кут між фрагментами. Квантово-хімічні розрахунки показали, що усі досліджені р-орбіталі молекул мають чітку локалізацію на хромоновому (СН) та на тіазольному (TA) або фенільному (РН) фрагментах, а електронні переходи обумовлені локальними "хромоновими", низько інтенсивними локальними "тіазольними" або "фенільними" переходами, а також переходами з міжфрагментним переносом заряду за участю орбіталей обох типів. Параметри цих переходів залежать як від типу бокового циклу та замісників в ньому, так і від величини торсійного кута між цим циклом та хромоновим фрагментом (для 3-фенілхромонів И складає 35-40, тоді як для 3-тіазолілхромонів дорівнює нулю). Для аніонних форм 3-тіазоліл-і 3-фенілхромонів характерні електронні переходи тих же типів, що й у нейтральних форм, проте, довгохвильовий перехід СН-типу має більш низьку енергію, ніж np*-перехід, у результаті чого аніони речовин, що досліджуються, мають інтенсивну флуоресцію. Аналіз впливу замісників у цих молекулах на величини констант кислотності PKA дозволив установити такі закономірності: • метилювання тіазольного циклу 3-ТХ (сполуки Id, If) не викликає значимої зміни кислотності 7-гідроксигрупи, тоді як введення електроноакцепторної CF3-групи спричиняє деяке збільшення кислотності 3-ТХ (до 0,6 одиниць РКА);Проведені в роботі дослідження показали, що наявність ще однієї основної групи (атому Нітрогену в тіазольному циклі) призводить до збільшення кількості протолітичних форм, особливо у збудженому стані, а також до зміни характеру їх взаємодії та взаємоперетворень. Дослідження властивостей похідних 3-ТХ у порівнянні з аналогічними похідними 3-ФХ дозволило зробити наступні висновки: Аналіз теоретичних та експериментальних спектрів поглинання 3-тіазолілхромонів показав, що за природою походження електронних переходів і їх відносному розташуванню у спектрах, 3-тіазолілхромони є спектральними аналогами 3-фенілхромонів. В основному та збудженому станах 3-тіазолілхромони мають однаковий механізм протонування: приєднання протона на першій стадії до атома нітрогена тіазольного циклу, на другій - протонування карбонільної групи. Встановлено, що з восьми вірогідних продуктів протолітичних взаємодій 3-тіазолілхромонів у збудженому стані, джерелом випромінювальної флуоресценції можуть бути дикатіонна, монокатіонна, катіон-таутомерна і аніонна форми. Аналіз спектральних властивостей протолітичних форм показує, що флуоресценція аніонної форми, а також характерна для всіх 3-тіазолілхромонів флуоресценція монокатіона CN можуть бути використані для кількісної детекції при визначенні 7-гідрокси-3-тіазолілхромонів.

Основний зміст роботи

3-тіазолілхромони мають більшу кількість кислотно-основних груп, ніж похідні хромону, що вивчалися раніше. Проведені в роботі дослідження показали, що наявність ще однієї основної групи (атому Нітрогену в тіазольному циклі) призводить до збільшення кількості протолітичних форм, особливо у збудженому стані, а також до зміни характеру їх взаємодії та взаємоперетворень. В першу чергу це стосується природи та механізму утворення таутомерної форми 3-ТХ. Проте порівняння спектральних характеристик протолітичних форм 3-ТХ і 3-ФХ дозволило виявити у деяких з них схожу поведінку.

Дослідження властивостей похідних 3-ТХ у порівнянні з аналогічними похідними 3-ФХ дозволило зробити наступні висновки: Аналіз теоретичних та експериментальних спектрів поглинання 3-тіазолілхромонів показав, що за природою походження електронних переходів і їх відносному розташуванню у спектрах, 3-тіазолілхромони є спектральними аналогами 3-фенілхромонів.

В основному та збудженому станах 3-тіазолілхромони мають однаковий механізм протонування: приєднання протона на першій стадії до атома нітрогена тіазольного циклу, на другій - протонування карбонільної групи.

Встановлено, що з восьми вірогідних продуктів протолітичних взаємодій 3-тіазолілхромонів у збудженому стані, джерелом випромінювальної флуоресценції можуть бути дикатіонна, монокатіонна, катіон-таутомерна і аніонна форми. Досліджено спектральні характеристики усіх протолітичних форм 3-тіазолілхромонів та їх залежність від природи замісників.

Катіон-таутомерна форма 3-тіазолілхромонів утворюється у збудженому стані з монокатіону за “дисоціативним” механізмом без переносу протона через водневозвязані ланцюги молекул розчинника. Значне зростання кислотності (ДРК=5 одиниць) приводить до появлення ефекту фотодисоціації 7-гідроксигрупи 3-тіазолілхромонів, який забезпечує існування аніонної форми у широкому інтервалі РН (до РН=0).

Аналіз спектральних властивостей протолітичних форм показує, що флуоресценція аніонної форми, а також характерна для всіх 3-тіазолілхромонів флуоресценція монокатіона CN* можуть бути використані для кількісної детекції при визначенні 7-гідрокси-3-тіазолілхромонів.

Основні результати дисертації опубліковано в роботах

1. Рошаль А. Д., Львовская М. И., Хиля В. П. Природа полос в электронных спектрах поглощения изофлавонов и 3-(2-тиазолил)-хромонов // Журнал органічної та фармацевтичної хімії. - 2004. - Т. 2, № 4(8). - С. 61-65.

2. Fluorescence behavior of isoflavones: PH-dependent effects / Lvovska M. I., Roshal A. D., Doroshenko A. O., Kirichenko A. V., Khilya V. P. // Functional Materials - 2005. - Т. 12, № 3 - С. 563-568.

3. Механизм таутомеризации 7-гидроксиизофлавонов в возбужденном состоянии / Львовская М. И., Рошаль А. Д., Кириченко A. B., Дорошенко А. О., Хиля В. П. // Вісник Харківського нац. ун-ту. Хімія. - 2005. - Вип. 13(36), № 669. - С. 32-38.

4. Рошаль А. Д., Львовская М. И., Хиля В. П. Спектральные характеристики и кислотно-основные свойства производных 3-тиазолил-хромона // Журнал физической химии, 2005. - Т. 79, № 8. - С. 1457-1461;

5. Roshal A. D., Lvovska M. I., Khilya V. P. Prototropic reactions of 3-phenil and 3-hetaryl chromone derivatives in the ground and excited states // Proceedings of the XVI International School-Seminar “Spectroscopy of molecules and crystals”.- Sevastopol. - 2003. - P. 225.

6. Львовська М. І., Рошаль О. Д. Дослідження природи смуг в електронних спектрах поглинання похідних хромону // VII міжнародна науково-практична конференція “Наука і освіта 2004” т.52. Хімія та хім.технологія: Тез. доп. - Дніпропетровськ: Вид-во “Наука і освіта” - 2004.- C.33-35.

7. Львовская М. И., Рошаль А. Д., Хиля В. П. Изучение протолитических равновесий производных 3-тиазолилхромонов методами электронной спектроскопии // П?ята всеукр. конф. студентів та аспірантів “Сучасні проблеми хімії”:Тез. доп. - Київ: Вид-во Київськ. університету - 2004.- C.75.

8. Lvovska M. I., Roshal A. D., Khylia V. P. Spectral and acid-base properties of thiazolyl analogs of isoflavones // Proceedings of the XXII International conference of polyphenoles, Finland, Helsinki: “Gummerus Printing” - 2004.- P. 631-632. Здобувачем проведено порівняльний аналіз кислотно-основних та спектральних характеристик 3-тіазолілхромонів та 3-фенілхромонів.

9. Львовская М. И., Рошаль А. Д., Хиля В. П. Кислотно-основные свойства 7-гидрокситиазолилхромонов // XX укр. конф. з органічної хімії: Тез. доп. - Одеса: Астропринт. - 2004. - C. 528.

10. Спектральные свойства и механизм таутомеризации 3-фенилхромонов / Львовская М. И., Рошаль А. Д., Хиля В. П., Дорошенко А. О., Кириченко А. В.// III Всеукр. конф. молодих вчених і студентів з актуальних питань хімії. Тез. доп. -Харків. - 2005.- C. 53.

11. Lvovska M. I., Roshal A. D., Khilya V. P. Acid-base properties in the excited state and fluorescent behavior of 3-thiazolylchromone derivatives // Proceedings of the XVII International School-Seminar “Spectroscopy of molecules and crystals”.- Beregove.- 2005. - Р. 52.