Полученные данные позволят синтезировать высокоактивные катализаторы, широко использующиеся в медицине и борьбе с химическим загрязнением. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Dyes and Pigments.
Порфирин — это органический пигмент ярко-пурпурного или красно-коричневого цвета. Его молекула состоит из четырех связанных между собой азотсодержащих колец. На свету при взаимодействии порфиринов с кислородом образуется активная форма последнего, которая может разрушать опухолевые и бактериальные клетки, а также опасные химикаты. Благодаря этому порфирины используют в терапии онкологических заболеваний, борьбе с патогенными бактериями, обезвреживании химических загрязнений и химического оружия. Однако активная форма кислорода разрушает и сами порфирины, таким образом сокращая срок их службы.
Фотокаталитический эксперимент / Источник: © Кирилл Бирин, ИФХЭ РАН
Учёные исследовали, как можно контролировать скорость распада порфиринов. Во-первых, авторы проверили, как растворитель, выбранный в качестве среды для порфирина, продлевает срок его службы. Авторы облучили слабым синим светом производное порфирина, помещенное в различные органические растворители: ацетонитрил, толуол и тетрахлорметан. Эти соединения широко используются в органическом синтезе. Так, в ацетонитриле растворяют масла и лаки, в толуоле — краски, а в тетрахлорметане — смолы и каучук. Наблюдения показали, что по сравнению с тетрахлорметаном, ацетонитрил и толуол уменьшили количество активных форм кислорода в растворе, тем самым в 12 и 64 раза соответственно замедлив распад производного порфирина.
Кроме того, исследователи предположили, что стабильность порфириновых производных может зависеть от их строения. Поэтому ученые сравнили фторсодержащие порфирины с исходными молекулами. Так, порфирины, обогащенные фтором, оказались почти в 500 раз более стабильными, чем исходная молекула.
Опираясь на результаты всех экспериментов, авторы вывели зависимость между концентрацией активной формы кислорода и стабильностью порфирина. Они разработали математическую модель, которая позволит с учетом образования активных форм кислорода предсказывать фотоактивность порфиринов.
«Очевидно, что развитие химии фотокатализаторов определяет необходимость количественной оценки и сопоставления их активности. Наша научная группа занимается разработкой фотокаталитических процессов, и для нас очень важно иметь возможность установить взаимосвязь между строением молекул и эффективностью реализуемых реакций», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Кирилл Бирин, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник ИФХЭ РАН.
«Традиционно для оценки эффективности фотокатализатора используют степень генерации активной формы кислорода. Эта характеристика отражает, насколько эффективно молекула фотокатализатора преобразует поглощенный свет в химическую энергию. В нашей работе мы предложили использовать более общую характеристику для процессов фотокатализа — концентрацию активных форм кислорода в системе. Ее определение требует дополнительных экспериментов, однако эта концентрация является более значимой характеристикой, потому что недостаточно только активировать молекулярный кислород, нужно еще и обеспечить его участие в реакции. Разработанный нами комплексный подход позволяет учесть не только процесс генерации активной формы кислорода, но также и побочные процессы его дезактивации», — уточняет соавтор работы, студент пятого курса химического факультета МГУ Степан Коробков.
По материалам: Stepan M. Korobkov, Kirill P. Birin, Aslan Yu. Tsivadze. Stationary concentration of 1O2 over 1O2 quantum yield: Next level of photoactivity analysis. Dyes and Pigments, Volume 220, December 2023, 111749. DOI: doi.org/10.1016/j.dyepig.2023.111749.
Материал подготовлен: Пресс-служба РНФ
В других источниках:
InScience.News 10/11/2023
Новости РНФ 09/11/2023
Indicator.Ru 09/11/2023