CC BY
4
УДК 544.2
Цивковский Н.С., Райтман О.А., Папонов Б.В.
СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРАСИТЕЛЕЙ КЛАССА ПЕРХЛОРАТОВ ТИАЗОЛОПИРИМИДИНИЯ
1Цивковский Никита Сергеевич, магистр 1-го года обучения каф. ФХ, email: ts ivkovskii .n.s @muctr.ru 1Райтман Олег Аркадьевич, к.х.н., заведующий каф. ФХ, email: raitm an.o.a@muctr.ru 2Папонов Борис Владимирович2 - к.х.н., заведующий лабораторией
1РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва, Российская Федерация 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 2ГБОУ «Школа на Юго-Востоке имени Маршала В.И. Чуйкова», Россия, Москва, 111033, ул. Таможенный проезд 4.
В статье рассмотрены оптические свойства двух соединений, относящихся к классу перхлоратов тиазолопиримидиния - потенциального люминесцентного ДНК-маркера. Исследования проводились методами спектроскопии электронного поглощения и спектрофлуориметрии. Относительные квантовые выходы флуоресценции были рассчитаны относительно стандарта Родамина Б.
Ключевые слова: перхлораты тиазолопиримидиния, электронное поглощение, флуоресценция, относительный квантовый выход.
SPECTRAL CHARACTERISTICS OF THIAZOLOPYRIMIDINIUM PERCHLORATE CLASS DYES
Tsivkovsky N.S., Rightman O.A., Paponov B.V.
Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
This article discusses the spectral properties of two compounds belonging to the class of thiazolopyrimidinium perchlorates, a potential luminescent DNA marker. The studies were carried out by electron absorption spectroscopy and spectrofluorimetry. Relative quantum yields of fluorescence were calculated relative to the Rhodamine B standard.
Key words: thiazolopyrimidinium perchlorates, electronic absorption, fluorescence, relative quantum yield.
Введение
В последние десятилетия изучение нуклеиновых кислот приобретает всё больший размах. Особую роль в изучении нуклеиновых кислот играют флуоресцентные зонды, которые могут выполнять функции по секвенированию генома, визуализации клеток и их отдельных частей, а также количественного изучения нуклеиновых кислот [12]. В литературе достаточно широко представлено обсуждение различных гетероциклических маркеров с электронодефицитными структурами, которые способны интеркалировать в ДНК [3-4]. Гетероциклические соединения связываются с парами оснований ДНК благодаря своей планарной многокольцевой структуре, а наличие положительных зарядов повышает стабильность связывания с ДНК [5]. Механизм их действия, как ДНК-маркеров, основан на том, что в несвязанном с ДНК состоянии эти соединения имеют не-планарную структуру, и, хоть и способны к люминесценции -проявляют её крайне слабо. Связывание же с ДНК приводит к переходу структуры в планарное состояние, что значительно усиливает флуоресценцию. Перхлораты тиазолопиримидиния — это один из перспективных классов соединений, проявляющих такие свойства. Именно эти соединения и представляют собой предмет настоящего исследования.
Экспериментальная часть
Образцы исследуемых веществ - РТР-еШоху (5-[4-(диметиламино)стирил] -6-(этоксикарбонил)тиазоло[3,2-а]пиримидин-4-ий
перхлорат) и РТР-Ме (5-[4-(диметиламино)стирил]-3,7-диметил[1,3]тиазоло[3,2-а]пиримидин-4-ий перхлорат) были синтезированы в НИЛ «Органического синтеза и ЯМР--спектроскопии». Образцы представляют собой тёмно-красные порошки, хорошо растворимые в органических растворителях и плохо растворимые в воде. Структурные формулы веществ представлены на рис. 1.
СЮ4
СЮ.
Рисунок 1. Структуры исследуемых соединений; (а) -PTP-ethoxy; (б) - PTP-Me
Для образца РТР-еШоху были получены электронные спектры поглощения в этаноле и ацетонитриле. Максимум поглощения в ацетонитриле наблюдается на длине волны 545 нм, максимум поглощения в этаноле наблюдается на длине волны 438,5 нм. Очевидный и весьма значительный гипсохромный сдвиг связывается с различием в полярности растворителей (Р'этанол = 4,3;
= 24,3; P'
ацетонитрил
= 5,
ацетонитрил
= 38,8).
Сольватохромизм соединения связывается с присутствием в его структуре сложноэфирной группы, а также азота пиримидиниевого кольца. Спектры поглощения соединения представлены на
рисунке 2.
W
— Aceto nit rJe
— ЕЮН
№
40
s
/П V if
/ / / [1
1 / / а 34 О
/ rr J
1/ s4N
\
700
450 500 550 600 650
(пт)
Рис. 3. Спектр испускания в этаноле на длинах волн от 450 до 750 при возбуждении 438 нм.
Wavelength (пт)
Рис. 2. Электронный спектр поглощения РТР-ethoxy в этаноле (1, Xmax=438,5; 350 нм) и ацетонитриле (2, Xmax=545 нм)
Далее, были получены спектры испускания в PTP-ethoxy этаноле и ацетонитриле. Спектры представлены на рис. 3 и 4 соответственно. Значительный интерес вызвал пик на 500 нм в образце PTP-ethoxy в этаноле, который связывается с попаданием света от внешнего источника на детектор спектрофлуориметра.
Расчёт относительного квантового выхода флуоресценции проводился с применением раствора родамина Б в одинаковом с образцом растворителе. Расчёт проводился с применением следующей формулы:
Еу i4 v' f л-f) />■ (л^- / ?iy
Qx = Qr x — x ,, , x x \
Ey A ^X V jj "fly
Где Q - квантовый выход, E - интегральная интенсивность флуоресценции, A - поглощение на длине волны возбуждения, I - интенсивность возбуждающего пучка и n - показатель преломления. Индексы x и r обозначают исследуемый образец и эталон соответственно. Если используются разбавленные растворы образца и эталона, данная формула может быть упрощена до следующей:
Qx Qr х
/[ у (*/ij /, - f* A , ■ j
Согласно расчётам, квантовый выход флуоресценции РТР-еШоху в ЕЮН составил 19,7%. В ацетонитриле - 12,5%. Для сравнения - квантовые выходы флуоресценции Родамина Б в этих же растворителях составляют 60,8% и 23% соответственно.
д
■ / N \
п \
/ \ сю ^ о
г \ ii о—
\ К S -ч JJ
1 1 1
Wavelength (nm) Рис. 4. Спектр испускания в ацетонитриле на длинах волн от 600 до 760 нм при возбуждении 545
нм; kmax=612 нм
Далее, были получены спектры поглощения PTP-Me в метаноле, этаноле и ацетонитриле (рис. 5). Для данного образца сольватохромизм выражен в меньшей степени и связан исключительно с пиримидиниевым азотом.
0.8
1 — МеОН Acetonitrile ЕЮН
/ / \ Л
// ClOj \ \ т ¿У
■ // з Ж X JL
3 \л5-
Wavelength (nm)
Рисунок 5. Электронный спектр поглощения РТР-Ме в ацетонитриле (1, kmax=517 нм), метаноле (2, Xmax=518,5 нм) и этаноле (3, Xmax=523,5 нм)
Также были получены спектры флуоресценции (рис. 6) образца РТР-Ме. Согласно расчётам, квантовые выходы флуоресценции составили: в этаноле - 3,94%, в метаноле - 3,81%, в ацетонитриле
- 2,95%.
600 700
Wavelength (nm)
Рис. 6. Спектры испускания в этаноле (1,
Xmax=563M), ацетонитриле (2, Xmax=614 нм) и метаноле (3, Xmax=620 нм)
Заключение
Спектральные методы исследования
подтвердили, что оба образца способны к флуоресценции и, также, проявляют сольватохромные свойства. Однако, поскольку предполагается, что эти соединения должны быть
слабыми флуорофорами в несвязанном с ДНК состоянии, соединение PTP-Me представляет собой более удачный вариант для продолжения его исследования в качестве ДНК-маркера.
Список литературы
1. Narayanaswamy N. et al. Sequence-specific recognition of DNA minor groove by an NIR-fluorescence switch-on probe and its potential applications //Nucleic acids research. - 2015. - Т. 43. - №. 18. - С. 8651-8663.
2. Peng X. et al. An effective minor groove binder as a red fluorescent marker for live-cell DNA imaging and quantification //Angewandte Chemie International Edition. - 2011. - Т. 50. - №. 18. - С. 4180-4183.
3. Sha X. L. et al. A mitochondria/lysosome-targeting fluorescence probe based on azonia-cyanine dye and its application in nitroreductase detection //Sensors and Actuators B: Chemical. - 2020. - Т. 307. - С. 127653.
4. Wei Y. F. et al. Simultaneous imaging of lysosomal and mitochondrial viscosity under different conditions using a NIR probe //Sensors and Actuators B: Chemical. - 2021. - Т. 326. - С. 128954.
5. Chen Y. et al. The application of azonia-cyanine dyes for nucleic acids imaging in mitochondria //Sensors and Actuators B: Chemical. - 2019. - Т. 281. - С. 499-506.
