СИНТЕЗ И СПЕКТРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЛЮМИНОФОРА BODIPY С РАСШИРЕННОЙ π-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМОЙ
Аннотация
В работе обсуждаются синтез, очистка и идентификация нового производного класса бордипирриновых люминофоров (BODIPY) – 8-(3,5-диметилфенил)-4,4-дифторо-4-боро-3а,4а-диаза-динафто[1,2b][1,2c]-сим-индацен. Приведена подробная методика получения соединения. Структура подтверждена методами спектроскопии ядерно-магнитного резонанса, инфракрасной спектроскопии и масс-спектрометрии. Для синтезированного соединения зафиксированы электронные спектры поглощения и флуоресценции в растворителях различной природы. Изучено влияние природы растворителя на положения пиков поглощения и флуоресценции и величину стоксова сдвига. Показано, что природа растворителя оказывает значительное влияние на интенсивность флуоресценции и незначительно влияет на положение пиков поглощения. Определены фотофизические характеристики соединения в сравнении с известными алкилированными аналогами бордипирриновых люминофоров. Показано что расширение электронной системы приводит к батохромному смещению в электронных спектрах поглощения и флуоресценции. Проведены квантово-химические расчеты электронных спектров поглощения соединения методом TDDFT (time dependent density functional theory). Изучено влияние расширенной π-электронной системы на положение и характер спектров поглощения и флуоресценции. Показано, что наличие нафталиновых фрагментов, сопряженных с ядром BODIPY, приводит к батохромному сдвигу полос поглощения и флуоресценции, а также частичному изменению характера спектра. Рассчитаны энергетические уровни и электронное строение граничных МО методом TDDFT. Расчетные данные находятся в хорошем согласии с результатами, полученными экспериментальными методами. Полученные результаты, в свою очередь, согласуются с результатами, полученными ранее нашей научной группой. Сделаны предположения о возможностях практического использования соединений в области получения оптических преобразователей энергии, в медицине в качестве агентов тераностики онкологических заболеваний.
Литература
Ziessel R., Ulrich G., Harriman A. The chemistry of Bodipy: A new El Dorado for fluorescence tools. New J. Chem. 2007. N 4 (31). P. 496. DOI: 10.1039/B617972J.
Ulrich G., Ziessel R., Harriman A. The Chemistry of Fluorescent Bodipy Dyes: Versatility Unsurpassed. Angew. Chem. Internat. Edit. 2008. N 7 (47). P. 1184–1201. DOI: 10.1002/anie.200702070.
Loudet A., Burgess K. BODIPY dyes and their derivatives: syntheses and spectroscopic properties. Chem. Rev. 2007. N 11 (107). P. 4891–932. DOI: 10.1021/cr078381n.
Marfin Y.S., Merkushev D.A., Usoltsev S.D., Shipalova M.V., Rumyantsev E.V. Fluorescent properties of 8-substituted BODIPY dyes: Influence of solvent effects. J. Fluor. 2015. N 5 (25). P. 1517–1526. DOI 10.1007/s10895-015-1643-9.
Rumyantsev E.V., Marfin Y.S., Antina E.V. Donoracceptor complexes of dipyrrolylmethenes with boron trifluoride as intermediates in the synthesis of Bodipy. Russ. Chem. Bull. 2010. N 10 (59). P. 1890–1895. DOI: 10.1007/s11172-010-0329-3.
Ooyama Y., Hagiwara Y., Mizumo T., Harima Y., Ohshita J. Photovoltaic performance of dyesensitized solar cells based on D–π–A type BODIPY dye with two pyridyl groups. New J. Chem. 2013. N 8 (37). P. 2479. DOI: 10.1039/C3NJ00456B.
Bañuelos J., Martín V., Gómez‐Durán C.A., Córdoba I.J.A., Peña‐Cabrera E., García‐Moreno I., Costela A., Perez-Ojeda M.E., Arbeloa Í.L. New 8-Amino-BODIPY derivatives: surpassing laser dyes at blue-edge wavelengths. Chem. Eur. J. 2011. N 26 (17). P. 7261–7270. DOI: 10.1002/chem.201003689.
Merkushev D.A., Usoltsev S.D., Marfin Y.S., Pushkarev A.P., Volyniuk D., Grazulevicius J.V., Rumyantsev E.V. BODIPY associates in organic matrices: Spectral properties, photostability and evaluation as OLED emitters. Mater. Chem. Phys. 2017. N 187. P. 104–111. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2016.11.053.
Shah M., Thangaraj K., Soong M.L., Wolford L.T., Boyer J.H., Politzer I.R., Pavlopoulos T.G. Pyrromethene-BF2 complexes as laser dyes: 1. Heteroat. Chem. 1990. N 5 (1). P. 389–399. DOI: 10.1002/hc.520010507.
Ozdemir T., Atilgan S., Kutuk I., Yildirim L.T., Tulek A., Bayindir M., Akkaya E.U. Solidstate emissive BODIPY dyes with bulky substituents as spacers. Org. Lett. 2009. N 10 (11). P. 2105–2107. DOI: 10.1021/ol9005568
Marfin Y.S., Aleksakhina E.L., Merkushev D.A., Rumyantsev E.V., Tomilova I.K. Interaction of BODIPY dyes with the blood plasma proteins. J. Fluor. 2016. N 1 (26). P. 255–261. DOI:10.1007/s10895-015-1707-x
Vodyanova O.S., Kochergin B.A., Usoltsev S.D., Marfin Y.S., Rumyantsev E.V., Aleksakhina E.L., Tomilova I.K. BODIPY dyes in bio environment: Spectral characteristics and possibilities for practical application. J. Photochem. Pho-tobiol. A: Chem. 2018. N 350. P. 44–51. DOI: 10.1016/j.jphotochem.2017.09.049.
Kamkaew A., Lim S.H., Lee H.B., Kiew L.V., Chung L.Y., Burgess K. BODIPY dyes in photodynamic therapy. Chem. Soc. Rev. 2013. N 1 (42). P. 77–88. DOI: 10.1039/c2cs35216h.
Awuah S.G., You Y. Boron dipyrromethene (BODIPY)-based photosensitizers for photodynamic therapy. RSC Adv. 2012. N 30 (2). P. 11169. DOI: 10.1039/c2ra21404k.
Yang Y., Guo Q., Chen H., Zhou Z., Guo Z., Shen Z. Thienopyrrole-expanded BODIPY as a potential NIR photosensitizer for photodynamic therapy. Chem. Commun. 2013. N 38 (49). P. 3940. DOI: 10.1039/c3cc40746b.
Liu C.L., Chen Y., Shelar D.P., Li C., Cheng G., Fu W.F. Bodipy dyes bearing oligo(ethylene glycol) groups on the mesophenyl ring: tuneable solid-state photoluminescence and highly efficient OLEDs. J. Mater. Chem. C. 2014. N 28 (2). P. 5471. DOI: 10.1039/c4tc00720d.
Chapran M., Angioni E., Findlay N.J., Breig B., Cherpak V., Stakhira P., Tuttle T., Volyniuk D., Grazulevicius J.V., Nastishin Y.A., Lavrentovich O.D., Skabara P.J. An ambipolar BODIPY derivative for a white exciplex OLED and cholesteric liquid crystal laser toward multifunctional devices. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017. N 5 (9). P. 4750–4757. DOI:1 0.1021/acsami.6b13689.
Jiao C., Huang K.-W., Wu J. Perylene-fused BODIPY dye with near-IR absorption/emission and high photostability. Org. Lett. 2011. N 4 (13). P. 632–635. DOI: 10.1021/ol102879g.
Zampetti A., Minotto A., Squeo B.M., Gregoriou V.G., Allard S., Scherf U., Chochos C.L., Cacialli F. Highly effi-cient solidstate near-infrared organic light-emitting diodes incorporating A-D-A dyes based on α,β-unsubstituted “BOD-IPY” moieties. Sci. Rep. 2017. N 1 (7). P. 1611. DOI: 10.1038/s41598-017-01785-2.
Leen V., Gonzalvo V.Z., Deborggraeve W.M., Boens N., Dehaen W. Direct functionalization of BODIPY dyes by oxidative nucleophilic hydrogen substitution at the 3- or 3,5-positions. Chem. Commun. 2010. N 27 (46). P. 4908. DOI: 10.1039/c0cc00568a.
Ni Y., Wu J. Farred and near infrared BODIPY dyes: synthesis and applications for fluorescent pH probes and bio-imaging. Org. Biomol. Chem. 2014. N 23 (12). P. 3774. DOI: 10.1039/c3ob42554a.
Marfin Y.S., Usoltsev S.D., Kazak A.V., Smirnova А.I., Rumyantsev Е.V., Molchanov E.E., Kusnetsov V.V., Chumakov A.S., Glukhovskoy Е.G. Synthesis and spectral properties of preorganized BODIPYs in solutions and Langmuir-Schaefer films. Appl. Surf. Sci. 2017. N 424. P. 228–238.
Uppal T., Hu X., Fronczek F.R., Maschek S., Bobadova‐Parvanova P., Vicente M.G.H. Synthesis, computational modeling, and properties of benzo‐appended BODIPYs. Chem. Eur. J. 2012. 18. P. 3893-3905. DOI: 10.1002/chem.201103002.
https://www.msg.chem.iastate.edu/gamess/License_Agreement.html.
Yanai T., Tew D.P., Handy N.C. A new hybrid exchange–correlation functional using the Coulomb-attenuating method (CAM-B3LYP). Chem. Phys. Lett. 2004. N 1–3 (393). P. 51–57. DOI: 10.1016/j.cplett.2004.06.011.
Tanaka N., Zhan Y.Y., Ozawa Y., Kojima T., Koide T., Mashiko T., Nagashima U., Tachikava M., Hiraoka S. Semi-quantitative evaluation of molecular meshing via surface analysis with varying probe radii. Chem. Commun. 2018. N 27 (54). P. 3335–3338. DOI: 10.1039/c8cc00695d.
Zhao W., Carreira E.M. Conformationally Restricted Aza-Bodipy: A Highly Fluorescent, Stable, Near-Infrared-Absorbing Dye. Angew. Chem. 2005. N 11 (117). P. 1705–1707. DOI: 10.1002/ange.200461868.
