Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Московский педагогический государственный университет (Институт биологии и химии)
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Фталоцианин алюминия (AlClФц) – фотоактивное макрогетероциклическое соединение, которое, в мономерной форме, используется как фотосенсибилизатор (Фс) в фотодинамической терапии и диагностике. В работе изучены его физико-химические свойства в органической (N,N-диметилформамид, ДМФА) и водно-органической (ДМФА-вода) средах. Показано, что гидрофобные свойства AlClФц препятствуют его широкому применению в различных фармакологических композициях из-за его склонности к агрегации в водных растворах, что приводит к образованию нефлуоресцирующих агрегатов и снижению его фотодинамической активности. С помощью квантово-химических расчетов методом функционала электронной плотности (DFT) были определены геометрия и электронная структура AlClФц в мономерном и димеризованном (H- и J-агрегаты) состояниях. Приведены различные типы ориентации при димеризации молекул AlClФц: «спина к спине», «голова к голове», «голова к спине», а также смешанно-ориентированные типы. Доказано, что как в ДМФА, так и в ДМФА-вода средах предпочтительной ориентацией является «спина к спине» при сохранении в димере мономерной геометрии составляющих молекул. Показано, что в водно-органическом растворителе молекула AlClФц легко гидратируется с образованием координационной связи между атомом Al молекулы AlClФц и атомом O молекулы воды. Длина связи составляет 2,23 Å, а энергия гидратации -16,84 ккал/моль. Гидратирование способствует образованию димеров, в которых две молекулы воды играют роль «мостиков» между двумя молекулами AlClФц. В таком димере каждая молекула воды имеет две связи: одну координационную связь между своим атомом O и атомом Al одной из молекул AlClФц и одну водородную связь между своим атомом H и атомом N другой молекулы AlClФц. На основе полученных расчетных данных димеры AlClФц в среде ДМФА были отнесены к H-агрегатам, в среде ДМФА-вода – J-агрегатам, соответственно.
фталоцианин алюминия, физико-химические свойства, оптическое поглощение, квантово-химические расчеты, агрегация
1. Клименко И.В., Лобанов А.В. Биосовместимые супрамолекулярные системы системы на основе хлорина е6: получение, физико-химические свойства. Актуальные вопросы биологической физики и химии, 2019, т. 4, № 4, с. 546.; EDN: https://elibrary.ru/ZQXVZR
2. Klimenko I.V., Trusova E.A., Shchegolikhin A.N., Lobanov A.V., Jurina L.V. Surface modification of graphene sheets with aluminum phthalocyanine complex. Fullerenes, Nanotubes and carbon nanostructures, 2022, vol. 30, no. 1, doi:https://doi.org/10.1080/1536383X.2021.1976754.; ; EDN: https://elibrary.ru/HXTAVB
3. Nees F., Wennmohs F., Becker U., Riplinger C. The ORCA quantum chemistry program package. Journal of Chemical Physics, 2020, vol. 152, p. 224108, doi:https://doi.org/10.1063/5.0004608.; ; EDN: https://elibrary.ru/XTBXOU
4. Martynov A.G., Mack J., May A.K., Nyokong T., Gorbunova Yu.G., Tsivadze A.Yu. Methodological survey of simplified TD-DFT methods for fast and accurate interpretation of UV-Vis-NIR spectra of phthalocyanines. ACS Omega, 2019; vol.4, no. 4, p. 7265, doi:https://doi.org/10.1021/acsomega.8b03500.; ; EDN: https://elibrary.ru/SIOXDS
5. Perdew J.P, Burke K., Ernzerhof M., Generalized gradient approximation made simple. Physical Review Letters, 1996, vol. 77, p. 3865, doi:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865.
6. Weigend F., Ahlrichs R. Balanced basis sets of split valence, triple zeta valence and quadruple zeta valence quality for H to Rn: Design and assessment of accuracy. Physical Chemistry Chemical Physics, 2005, vol. 7, p. 3297, doi:https://doi.org/10.1039/B508541A.
7. Grimme S., Antony J., Ehrlich S., Krieg H., A consistent and accurate ab initio parametrization of density functional dispersion correction (DFT-D) for the 94 elements H-Pu. Journal of Chemical Physics, 2010, vol. 132, p. 154104, doi:https://doi.org/10.1063/1.3382344.; ; EDN: https://elibrary.ru/NAHYOL
8. Ernzerhof M., Scuseria G.E. Assessment of the Perdew-Burke-Ernzerhof exchange-correlation functional. Journal of Chemical Physics, 1999, vol. 110, p. 5029, doi:https://doi.org/10.1063/1.478401.
9. Barone V., Cossi M. Quantum Calculation of Molecular Energies and Energy Gradients in Solution by a Conductor Solvent Model. Journal Physical Chemistry A, 1998, vol. 102, p. 1995, doi:https://doi.org/10.1021/jp9716997.
10. Adamo C., Jacquemin D. Te calculations of excited-state properties with time-dependent density functional theory. Chemical Society Reviews., 2013, vol. 42, p. 845, doi:https://doi.org/10.1039/c2cs35394f.
11. Kasha M. Energy transfer mechanisms and the molecular exciton model for molecular aggregates. Journal of Radiation Research, 1963, vol. 20, p. 55, doi:https://doi.org/10.2307/3571331.
