Химики Уральского федерального университета (УрФУ) совместно с коллегами из Института органического синтеза УрО РАН разработали соединения для люминофоров (поглощают энергию и переизлучают ее в виде света). Соединения растворимы в воде и обладают ярким свечением за счет включения атомов фтора. Использовать их можно для обнаружения различных химических веществ, получения изображений биологических объектов и многого другого. Результаты работы опубликованы в журнале Polyhedron.
Григорий Зырянов. Фото: Илья Сафаров
«Мы в несколько стадий синтезировали комплексы европия (Eu) и тербия (Tb). В качестве антенны у нас был бипиридин — это два ароматических азотсодержащих кольца, которые образуют устойчивые комплексы с металлами, способными менять свою степень окисления. Они обладают отличными оптическими характеристиками и эффективно передают электроны и энергию. В качестве хелитирующего лиганда мы использовали полиаминокарбоновую кислоту. Такие системы часто модифицируют, добавляя атомы галогенов, например, фтора, брома и хлора. Так можно значительно увеличить эффективность передачи энергии от лиганда к хелатированному катиону лантанида и тем самым усилить люминесценцию соединения. Мы пошли по этому же пути: атомы галогена (фтора) включали в состав фенильного остатка C6H5», — рассказывает профессор кафедры органической и биомолекулярной химии УрФУ Григорий Зырянов.
Больше всего ученых интересовали фотофизические свойства и растворимость соединений. Эффективность люминесценции оценивали в процентах — отношение испускаемого количества квантов света к поглощенному. В случае с европием максимального значения (16,2%) удалось достичь за счет добавки в систему фторфенильного остатка. Это примерно в полтора раза выше среднего значения для такого класса соединений. Результаты с тербием получились еще лучше — 49,2% (в случае с тем же фторфенилом), что почти в 10 и более раз эффективнее, чем у ранее описанных аналогичных комплексов. Более того, последние обладали плохой растворимостью в воде, что негативно влияет на возможность использования таких систем для биоимиджинга, тогда как разработанные уральскими учеными системы этим не грешат.
Таким образом, химикам удалось удачно сочетать отличные фотофизические характеристики и фоторастворимость. Это очень важно при разработке новых подходов к выявлению в среде различных соединений, а также биоимиджинга.
Отметим, работа поддержана Российским научным фондом (грант № 18-73-10119) и Советом по грантам при президенте Российской Федерации (№ НШ-2700.2020.3).
Справка
Люминофоры используются в самых разных областях: это и детекция соединений (например, активных форм кислорода и металлов), и исследование биологических объектов, в том числе в медицине, и в источниках света, и в разнообразных электронных устройствах.
В качестве основы для синтеза люминофоров перспективны органические комплексы лантаноидов. Положительно заряженные ионы (катионы) металлов III группы 6-го периода периодической таблицы находятся внутри органической «шубы», называемой лигандом. Она помогает лантаноиду проявить свои фотофизические свойства — такой эффект их сенсибилизации известен еще с 1942 года. Лиганд состоит из двух функциональных частей: антенна поглощает энергию и передает ее катиону, а хелат образует (насыщает) связи с лантаноидом, предотвращая его взаимодействие с молекулами воды, — из-за них возможно значительное подавление свечения.
Информация предоставлена пресс-службой Уральского федерального университета
Источник фото: https://urfu.ru/ru/news/34520/
