Phys_chem

Стабильные нитроксильные
радикалы в физико-химических
исследованиях
Содержание
• Нитроксильные радикалы
• ЭПР нитроксилов
• Примеры изучения различных объектов с
использованием нитроксилов:
– Циклодекстрины
– Кукурбитурилы
– рН чувствительные нитроксилы
– молекулярное распознавание
– Молекулярные машины
Нитроксильные радикалы
Применение нитроксильных
радикалов
Соль Фреми
ТЕМПО
Синтезирован в
1960 году
Лебедевым и
Казарновским
•
•
•
•
•
•
•
Спиновые метки и ловушки
стабилизаторы
pH-чувствительные зонды
регистрация NO и O2
тушение флюорисценции
ЭПР-томография
Моделирование взаимодействий
нанокапсул и лекарственных препаратов
Образование комплекса – детектирование методом ЭПР


 
H  g H S  a S I
Изменение ширины линий за счет
уменьшения подвижности
Изменение g и aN
Комплексы с циклодекстринами
Org. Biomol. Chem., 2009, 7, 598–602
рН-чувствительные нитроксильные радикалы
pK=6.26
a N ( pH )  a
RH 

aR  a
1  10
RH 
pK  pH
наблюдаемая aN зависит от показателя pH среды
6
Biol.Magn.Res.,1998, v.14, 109-180.
Проблема
восстановление нитроксилов до диамагнитных соединений
Решение проблемы:
- Супрамолекулярные комплексы типа «гость-хозяин».
Детектирование
Н+, NO
Защита от
восстановления
7
Комплексы с кукурбитурилами
 Образуется ли комплекс ?
 Происходит ли протектирование от
восстановления ?
 Сохраняется ли рН-чувствительность
8
Образование комплекса
ATI
CB7 (1:2)
pH 3.8
pH 6.7
(◊) ATI
(○) ATIH+
(●) ATIH+@CB7
pH 9.0
I. Kirilyuk, D. Polovyanenko, S. Semenov, Grigor’ev, O. Gerasko, V. Fedin,E. Bagryanskaya, J. Phys. Chem.
B
9
2010, 114, 1719–1728
Функциональные свойства
a N ( pH )  a
RH 

aR  a
1  10
RH 
pK  pH
ATI (ΔaN = 0.08 мТ)
ATI/CB = 1:2 (ΔaN = 0.13 мТ)
ATI/CB = 1:4 (ΔaN = 0.16 мТ)
при образовании комплексов с CB7
– изменение эффективного pK
– повышение наблюдаемого ΔaN
10
Устойчивость к восстановлению
Аскорбиновая кислота
(витамин С)
ATI (kATIH+= 26 ±1 M-1c-1)
ATI/CB7 = 1:2 (kobs= 16 ±1 M-1s-1)
ATI/CB7 = 1:10 (kobs= 5.6 ±0.4 M-1s-1)
ATI/CB7 = 1:40 (kobs= 0.44 ±0.03 M-1s-1)
pH 3.0
kATIH+@CB7 < 0.02 kATIH+
CB7 предохраняет инкапсулированные нитроксильные
радикалы от восстановления аскорбиновой кислотой
Комплексы с кукурбитурилами
 Образуется комплекс
 Происходит протектирование от восстановления
 Сохраняется рН-чувствительность
12
Распознавание клеткой молекул - модель
Комплексообразование
модифицированного CD и дендримера
Изменение времени
корреляции
Org. Biomol. Chem., 2006, 4, 3505–3510
Молекулярные машины
M Lucarini et al - Nitroxide biradicals as thread units in paramagnetic cucurbituril-based
Rotaxanes// Org. Biomol. Chem., 2011, 9, 2920–2924
Комплексы с циклодекстринами
Селективное тушение флюоресценции
Krishnan, R. V.; Varma, R.; Mayor, S. J. Fluoresc.
2001, 11, 211-226.
Тушение флюоресценции
распознавание
Селективное тушение
флюоресценции
Стационарный ЭПР
J. Org. Chem. 2006, 71, 7657-7667 7657
Импульсный ЭПР
ESEEM
I=(1+ksin(wt) exp(-t/Tn))*exp(-t/T1)
w
Nuclear frequency
k, 1/d

Number of nuclear
Импульсный ЭПР
ESEEM
D2O
D2O
D2O
O
D2O
D2O
D2O
N
D2O
O
or
HO
C
HN
K=0.61
Attached nitroxide
1,0
intensity
0,8
0,6
0,4
time,s
0,2
0
2
4
6
or
C
K=0.49
K=0.47
Free nitroxide
D2O
D2O
8
Attached nitroxide + andamantanol
Заключение
• Нитроксильные радикалы – частицы с
неспаренным электроном
• Нитроксильные радикалы изучают методом
электронного парамагнитного резонанса
• С помощью нитроксильных радикалов
можно изучать структуру различных
молекул.