СИНТЕЗ, ИОНОХРОМНЫЕ СВОЙСТВА КУМАРИН-РОДАМИНОВЫХ ПРОИЗВОДНЫХ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ТЕСТ-ПОЛОСКАХ
Аннотация
Синтезирована серия ранее неизвестных производных кумарин-родаминов. Полученные соединения проявляют длинноволновое поглощение в области 408–443 нм в ацетонитриле. Однако наличие метильной группы в мостике, связующим кумариновую и родаминовую части молекулы, приводит к гипсохромному сдвигу вплоть до 310 нм вследствие стерического эффекта, ослабляющего сопряжение. Полученные соединения существуют в циклической спиролактамной форме, что дополнительно подтверждается отсутствием флуоресценции в районе более 520 нм. Изучены ионохромные и сенсорные свойства кумарин-родаминов в присутствии катионов d-металлов в растворах в ацетонитриле. Обнаружено высокоселективное взаимодействие с катионами Hg2+, приводящее к появлению характерной красной окраски, обусловленной появлением нового максимума поглощения в области 560 нм, а также интенсивной флуоресценции в области 580–584 нм. Другие катионы не оказывают существенного влияния на спектрально-люминесцентные характеристики синтезированных соединений. Этот спектральный отклик обусловлен катион-индуцированным раскрытием спиролактамного кольца. Более того, добавление цианид-ионов к образованным in situ комплексам с Hg2+ селективно инициирует обратную изомеризацию в нефлуоресцентную спиролактамную форму с восстановлением исходных спектральных характеристик. Описанные превращения могут быть повторены по крайней мере 4-5 раз, что обеспечивает эффективное модулирование эмиссионных свойств. С целью практического применения найденных эффектов были получены тест-полоски, импрегнированные кумарин-родаминовыми производными, которые позволяют in situ в режиме реального времени обнаруживать ионы Hg2+ без использования дополнительного оборудования. Таким образом, кумарин-родаминовые производные могут быть использованы в качестве эффективных молекулярных переключателей оптических свойств, а также при получении материалов для мониторинга состава окружающей среды.
Для цитирования:
Дубоносов А.Д., Николаева О.Г., Попов Л.Д., Шепеленко Е.Н., Дубоносова И.В., Брень В.А. Синтез, ионохромные свойства кумарин-родаминовых производных и их применение в тест-полосках. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2026. Т. 69. Вып. 8. С. 25-32. DOI: 10.6060/ivkkt.20266908.7005.
Литература
Molecular Photoswitches: Chemistry, Properties, and Applications. Ed. by Z.L. Pianowski. Weinheim: Wiley-VCH. 2022. 1152 p.
Boelke J., Hecht S. Designing Molecular Photoswitches for Soft Materials Applications. Adv. Optical Mater. 2019. V. 7. N 16. 1900404. DOI: 10.1002/adom.201900404.
Pianowski Z.L. Recent Implementations of Molecular Photoswitches into Smart Materials and Biological Systems. Chem. Eur. J. 2019. V. 25. N 20. P. 5128–5144. DOI: 10.1002/chem.201805814.
Goulet-Hanssens A., Eisenreich F., Hecht S. Enlightening Materials with Photoswitches. Adv. Mater. 2020. V. 32. N 20. 1905966. DOI: 10.1002/adma.201905966.
Knipe P.C., Thompson S., Hamilton A.D. Ion-mediated conformational switches. Chem. Sci. 2015. V. 6. N 3. P. 1630–1639. DOI: 10.1039/C4SC03525A.
Qu D., Wang Q., Zhang Q., Ma X., Tian H. Photoresponsive Host–Guest Functional Systems. Chem. Rev. 2015. V. 115. N 15. P. 7543–7558. DOI: 10.1021/cr5006342.
Kobauri P., Dekker F.J., Szymanski W., Feringa B.L. Rational Design in Photopharmacology with Molecular Photoswitches. Angew. Chem. Int. Ed. 2023. V. 62. N 30. P. e202300681. DOI: 10.1002/anie.202300681.
Di Martino M., Sessa L., Diana R., Piotto S., Concilio S. Recent Progress in Photoresponsive Biomaterials. Molecules. 2023. V. 28. N 9. P. 3712. DOI: 10.3390/molecules28093712.
Olesińska-Mönch M., Deo C. Small-molecule photoswitches for fluorescence bioimaging: engineering and applications. Chem. Commun. 2023. V. 59. N 6. P. 660–669. DOI: 10.1039/D2CC05870G.
Krämer J., Kang R., Grimm L.M., De Cola L., Picchetti P., Biedermann F. Molecular Probes, Chemosensors, and Nanosensors for Optical Detection of Biorelevant Molecules and Ions in Aqueous Media and Biofluids. Chem. Rev. 2022. V. 122. N 3. P. 3459–3636. DOI: 10.1021/acs.chemrev.1c00746.
Saleem M., Lee K.H. Optical sensor: a promising strategy for environmental and biomedical monitoring of ionic species. RSC Adv. 2015. V. 5. N 88. P. 72150–72287. DOI: 10.1039/C5RA11388A.
Wu J., Kwon B., Liu W., Anslyn E.V., Wang P., Kim J.S. Chromogenic/Fluorogenic Ensemble Chemosensing Systems. Chem. Rev. 2015. V. 115. N 15. P. 7893–7943. DOI: 10.1021/cr500553d.
Hessz D., Kiss E., Bojtar M., Kunfi A., Mester D., Kallay M., Kubinyi M. Photochemistry of a water-soluble coumarin-based photoswitch. Dyes Pigm. 2024. V. 221. P. 111821. DOI: 10.1016/j.dyepig.2023.111821.
Cao D., Liu Z., Verwilst P., Koo S., Jangjili P., Kim J.S., Lin W. Coumarin-Based Small-Molecule Fluorescent Chemosensors. Chem. Rev. 2019. V. 119. N 18. P. 10403–10519. DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00145.
Dubonosov A.D., Bren V.A. Fluorogenic Polyfunctional Coumarin-Based Chemosensors for Multianalyte Detection. In: Fluorescence Methods for Investigation of Living Cells and Microorganisms. Ed. by N. Grigoryeva. London: IntechOpen. 2020. P. 353–376. DOI: 10.5772/intechopen.93118.
Wang Y., Wang X., Ma W., Lu R., Zhou W., Gao H. Recent Developments in Rhodamine-Based Chemosensors: A Review of the Years 2018–2022. Chemosensors. 2022. V. 10. N 10. P. 399. DOI: 10.3390/chemosensors10100399.
Chi W., Qi Q., Lee R., Xu Z., Liu X. A Unified Push–Pull Model for Understanding the Ring-Opening Mechanism of Rhodamine Dyes. J. Phys. Chem. C. 2020. V. 124. N 6. P. 3793-3801. DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b11673.
Podshibyakin V.А., Shepelenko E.N., Karlutova O.Y., Dubonosova I.V., Borodkin G.S., Popova O.S., Zaichen-ko S.B., Dubonosov A.D., Bren V.A., Minkin V.I. Solvent-dependent selective “naked eye” chromofluorogenic multifunctional rhodamine-based probe for Al3+, Cu2+, Hg2+, S2- and CN- ions. Tetrahedron. 2022. V. 110. P. 132710. DOI: 10.1016/j.tet.2022.132710.
Ovchinnikov N.L., Yashin D.V., Shelyapina M.G., Butman M.F. Effect of mechanoactivation of the natural and enriched by sedimention bentonite on the rhodamine B adsorption efficiency. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2026. V. 69. N 6. P. 86-97. DOI: 10.6060/ivkkt.20266906.6813.
Vu Thi Duyen, Dinh Van Tac. The synthesis Ag/Fe3O4 nanoparticles using guava leaf extract (Psidium guajava L.) and its application for catalytic reduction of methylene blue and rhodamine B. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2025. V. 68. N 4. P. 41-48. DOI: 10.6060/ivkkt.20256804.7133.
Kothavale S., Sekar N. A new type of triphenylamine based coumarin–rhodamine hybrid compound: synthesis, photo-physical properties, viscosity sensitivity and energy transfer. RSC Adv. 2016. V. 6. P. 105387-105397. DOI: 10.1039/c6ra24485h.
Adak A.K., Purkait R., Manna S.M., Ghosh B.C., Pathak S., Sinh C. Fluorescence sensing and intracellular imaging of Pd2+ ions by a novel coumarinyl-rhodamine Schiff base. New J. Chem. 2019. V. 43. P. 3899-3906. DOI: 10.1039/c8nj06511j.
Meng H., Huang X.-Q., Lin Y., Yang D.-Y., Lv Y.-J., Cao X.-Q., Zhang G.-X.,Dong J., Shen S.-L. A new ratiometric fluorescent probe for sensing lysosomal HOCl based on fluorescence resonance energy transfer strategy. Spectrochim. Ac-ta A. 2019. V. 223. P. 117355. DOI: 10.1016/j.saa.2019.117355.
Wu J., Hwang I., Kim K.S., Kim J.S. Rhodamine-Based Hg2+-Selective Chemodosimeter in Aqueous Solution: Fluo-rescent OFF−ON. Org. Lett. 2007. V. 9. N 5. P. 907-910. DOI: 10.1021/ol070109c.
Long G.L., Winefordner J.D. Limit of Detection. A Closer Look at the IUPAC Definition. Anal. Chem. 1983. V. 55. P. 712A–A724. DOI: 10.1021/ac00258a724.
Suganya S., Naha S., Velmathi S. A critical review on colorimetric and fluorescent probes for the sensing of analytes via relay recognition from the year 2012–17. Chemistry Select. 2018. V. 3. N 25. P. 7231–7268. DOI: 10.1002/slct.201801222.
