ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ, 2020, том 90, № 2, с. 274-283

УДК 547.1:544.1:535.3:577

НОВЫЕ ЦИАНОАРИЛПОРФИРАЗИНЫ

С ВЫСОКОЙ ВЯЗКОСТНОЙ

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ ФОТОФИЗИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЕ АГЕНТЫ

ФОТОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ

И. В. Балалаева^c, В. П. Боярский^d, Л. Г. Клапшинаa,b,*

^aИнститут металлоорганической химии имени Г. А. Разуваева Российской академии наук,

ул. Тропинина 49, Нижний Новгород, 603137 Россия

^bИнститут прикладной физики Российской академии наук, Нижний Новгород, 603950 Россия

^cНижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского, Нижний Новгород, 603950 Россия

^dСанкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, 199034 Россия

*e-mail: klarisa@iomc.ras.ru

Поступило в Редакцию 24 июня 2019 г.

После доработки 24 июня 2019 г.

Принято к печати 27 июня 2019 г.

Ряд цианоарилпорфиразиновых пигментов проанализирован с точки зрения зависимости их фото-

физических свойств и фотодинамической активности от природы заместителей в арильных группах,

обрамляющих макроцикл, и их положения в ароматическом кольце. Показано, что замена атома фтора в

пара-положении на метоксигруппу приводит к существенному увеличению соотношения величин

темновой и фотоиндуцированной цитотоксичности, т. е. потенциального терапевтического индекса

порфиразина.

Ключевые слова: цианоарилпорфиразины, фотосенсибилизаторы, фотоиндуцированная и темновая

цитотоксичность, флуоресцентные молекулярные роторы, оптические зонды внутриклеточной вязкости

DOI: 10.31857/S0044460X20020146

Фотодинамическая терапия рака является ши-

высокой цитотоксичностью [7, 8]. Таким образом,

роко распространенным методом лечения онколо-

три нетоксичных компонента терапии (фотосенси-

гических заболеваний, основанным на использо-

билизатор, кислород и свет) способны эффективно

вании в качестве главного терапевтического ком-

инициировать гибель раковых клеток в опухоли и/

понента фотосенсибилизатора, избирательно на-

или разрушать ее кровеносную систему. Большая

капливающегося внутри опухоли и активируемого

часть известных в настоящее время фотосенсиби-

видимым или инфракрасным светом с подходящей

лизатора принадлежит к семейству флуоресцент-

длиной волны [1-6]. Такая активация приводит к

ных тетрапиррольных пигментов, полученных,

превращению возбужденного синглетного состоя-

главным образом, на основе производных порфи-

ния фотосенсибилизатора в триплетное. Известно,

ринов и фталоцианинов [9, 10]. Недавно перспек-

что в триплетном состоянии некоторые пигменты

тивность использования в качестве агентов фото-

способны генерировать активные формы кисло-

динамической терапии рака продемонстрирована и

рода: радикалы и/или синглетный кислород, обла-

для порфиразинов [11-13]. В последние несколько

дающий малым временем жизни, но чрезвычайно

лет в Институте металлоорганической химии РАН

274

НОВЫЕ ЦИАНОАРИЛПОРФИР

АЗИНЫ

275

Схема 1.

1 7

R = Ph (1), 4-FC₆H₄ (2), 4-MeOC₆H₄ (3), 2-MeC₆H₄ (4),

2-MeOC₆H₄ (5), 3-MeO-4-EtOC₆H₃ (6), C₆F₅ (7).

Схема 2.

NCS

CH₂(CN)₂

KCN, HCl

H CN

8 10

11 13

14 16

TFA

17 19

3 , 5, 6

R = 4-MeOC₆H₄ (3, 8, 11, 14, 17), 2-MeOC₆H₄ (5, 9, 12, 15, 18), 4-MeOC₆H₄ (6, 10, 13, 16, 19).

им. Г.А. Разуваева проводятся исследования фо-

сибилизатора без света или только света без фото-

тофизических и цитотоксических свойств новой

сенсибилизатора не дает цитотоксического эффек-

группы тетрапирролов - цианоарилпорфиразино-

та. Следует отметить, что использование активных

вых пигментов, демонстрирующих уникальный

форм кислорода в фотодинамической терапии рака

потенциал для разнообразных биомедицинских

имеет существенное преимущество по сравнению

приложений (фотодинамическая терапия, бимо-

с другими видами лечения онкологии, поскольку

дальная флуоресцентная/магнитно-резонансная

подвергаются фотоиндуцированной атаке толь-

диагностика, а также зондирование внутриклеточ-

ко клетки раковой опухоли, и, следовательно, в

ной вязкости) [14-20].

отсутствие облучения и при низкой собственной

Как и другие тетрапиррольные фотосенсибили-

(темновой) цитотоксичности фотосенсибилизато-

заторы, эти соединения являются не только тера-

ра здоровые ткани практически не подвергаются

певтическими, но и диагностическими агентами,

повреждению. Это также означает важность соот-

поскольку, селективно накапливаясь в опухоли,

ношения величин темновой и фотоиндуцирован-

они способны ее визуализировать за счет флуорес-

ной цитотоксичностей, поскольку оно является

ценции. При этом использование одного фотосен-

важным показателем безопасности использования

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 2 2020

276

ЛЕРМОНТОВА и др.

Ȝ ɧɦ

Рис. 1. Спектры поглощения (а) и эмиссии (б) (λ_ex = 580 нм) в воде для порфиразинов 3, 5 и 6.

данного фотосенсибилизатора для здоровых тка-

3, 5, 6. Все новые порфиразины имеют спектры

ней организма.

поглощения, типичные для тетрапиррольных ма-

В настоящей работе мы представляем результа-

кроциклов.

ты исследования фотофизических и цитотоксиче-

В табл. 1 приведены фотофизические свойства,

ских свойств некоторых новых цианоарилпорфи-

важные для оценки потенциального применения в

разиновых пигментов, а также синтезированных

качестве фотосенсибилизатора для фотодинамиче-

нами ранее [14, 17, 20], демонстрирующие сильное

ской терапии рака, для всего ряда представленных

влияние как природы, так и положения различных

в данной работе порфиразинов. Интересно, что

заместителей в фенильном кольце на величину и

в большинстве рассмотренных случаев наличие

соотношение фотоиндуцированной и темновой

заместителей в фенильном кольце не оказывает

цитотоксичности.

существенного влияния на положение Q-полосы.

На схеме 1 приведены структуры новых и ра-

Это говорит о том, что введенные заместители

нее описанных [14, 18, 20] цианоарилпорфирази-

не вносят существенного вклада в систему π-со-

нов 1-7, исследованных в данной работе с точки

пряжения макроцикла. Исключение составляют

зрения влияния ароматического обрамления ма-

пентафторфенильные заместители в соединении

кроцикла на фотодинамическую активность сое-

7, которые обеспечивают существенный сдвиг

динений. Синтез новых порфиразинов 3, 5 и 6 осу-

Q-полосы этого порфиразина в красную область

ществляли согласно схеме 2.

спектра, природа которого пока остается неясной.

На рис. 1 приведены спектры поглощения и

Характерной особенностью всего ряда рас-

эмиссии для впервые полученных порфиразинов

сматриваемых порфиразинов является сильная

Таблица 1. Максимумы поглощения (Q-полоса) и флуоресценции в красной области, квантовый выход флуоресцен-

ции, молярный коэффициент экстинкции (lgε) порфиразинов 1-7 в воде^а

№

Q-полоса, нм

lgε

λ_em, нм

Φ, %^б

α^в

Ссылка

579

4.23

650

0.3

0.5

[10]

579

4.42

650

0.3

0.6

[4, 7, 10]

576

4.63

645

0.7

0.5

585

4.53

650

0.4

0.3

[4, 10]

586

4.62

655

0.6

0.5

576

4.68

650

0.5

0.6

606

4.52

695

0.1

0.4

[10]

^аc = 5 мкмол/л. ^бКвантовый выход рассчитан относительно крезола фиолетового, λ_возб= 580 нм. ^вЗначение параметра α в урав-

нениях Ферстера-Хоффмана.

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 2 2020

НОВЫЕ ЦИАНОАРИЛПОРФИР

АЗИНЫ

277

чувствительность фотофизических параметров к

локальной вязкости. Это связано с возможностью

безызлучательной релаксации возбужденного со-

стояния молекулы цианоарилпорфиразина (тем-

новое состояние), когда вследствие возбуждения

порфиразина светом и переноса заряда с π-донор-

ных арильных групп на электроно-акцепторные

CN-группы имеет место диссипация энергии воз-

буждения за счет внутримолекулярного вращения

мобильных сегментов молекулы красителя [18,

21-23]. Чем выше вязкость среды, тем более за-

Ȝ ɧɦ

труднено такое внутримолекулярное вращение,

выше квантовый выход флуоресценции и время

Рис. 2. Зависимость квантового выхода и времени жиз-

ее затухания. Зависимость этих фотофизических

ни флуоресценции порфиразинов 3, 5 и 6 от вязкости

параметров от вязкости для таких флуорофоров,

среды (модельные этанольно-глицериновые смеси).

определяемых в литературе термином «флуорес-

центные молекулярные роторы», описывается из-

(3)

ĭ_f =

= k_rĲ_av.

вестными уравнениями Ферстера-Хоффмана (1).

k_r + k_nt

Все впервые полученные в данной работе ци-

lgΦ = z + αlgη,

(1)

аноарилпорфиразины (3, 5, 6), так же как и ранее

где Φ - квантовый выход, z и α - константы, η -

полученные соединения 1, 2, 4 и 7 [14, 20], являют-

вязкость.

ся типичными флуоресцентными молекулярными

Аналогичное уравнение существует и для дру-

роторами, что подтверждается хорошим соответ-

гого параметра флуоресценции - времени жизни

ствием уравнениям Ферстера-Хоффмана зависи-

[24].

мостей интенсивности флуоресценции и ее време-

lgτ = lg(z/k_r) + αlgη,

(2)

ни жизни от вязкости среды (рис. 2).

где τ - время жизни возбужденного состояния, η -

Представленные на рис. 3 зависимости кон-

вязкость, z и α - константы, k_r - константа скорости

стант скорости излучательных и безызлучатель-

излучательного перехода.

ных переходов от вязкости среды являются убеди-

Для порфиразинов константы скорости излу-

тельным доказательством принадлежности новых

чательных и безызлучательных переходов рассчи-

порфиразиновых пигментов к ряду флуоресцент-

тывали из значений параметров флуоресценции

ных молекулярных роторов. Как видно из рисунка,

(квантового выхода Φ_f и времени жизни τ_av), урав-

константа скорости безызлучательного перехода

нение 3) [23].

резко снижается при увеличении вязкости, тогда

ȼɹɡɤɨɫɬɶ ɫɉ

Рис. 3. Зависимость констант скорости излучательного (1) и безызлучательного (2) переходов от вязкости этанольно-гли-

цериновой смеси при 25°С для порфиразинов 3 (а), 5 (б) и 6 (в).

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 2 2020

278

ЛЕРМОНТОВА и др.

Таблица 2. Значения IC₅₀ в условиях облучения светом (λ= 615-635 нм) и темновой цитотоксичности цианоарил-

порфиразинов с различными арильными группами в обрамлении макроцикла

№

IC₅₀(light), моль/л

IC₅₀(dark), моль/л

IC₅₀(dark)/ IC₅₀(light)

3.7×10-6

1.1×10^-5

3.0

8.0×10⁷

6.9×10^-6

8.6

1.3×10⁶

2.1×10⁵

16.1

3×10⁶

1.4×10⁵

4.7

2.4×10⁶

1.1×10⁵

4.6

2.4×10⁶

1.2×10⁵

5.0

9×10⁷

3.6×10⁶

4 .0

как на константу скорости излучательного перехо-

атомами фтора в арильных группах, обрамляющих

да вязкость практически не влияет.

макроцикл. Замена атома фтора (2) в пара-положе-

нии фенильной группы на группу OMe (3) лишь

Описанные выше фотофизические особенно-

сти цианоарилпорфиразиновых фотосенсибилиза-

несущественно снижает фотоиндуцированную

цитотоксичность IC₅₀, но в то же время значитель-

торов открывают возможность использования их в

качестве зондов локальной вязкости, в том числе

но (почти в 2 раза) уменьшает цитотоксичность

порфиразина в темноте. Это позволяет надеяться

и внутриклеточной. Вязкость является важным па-

раметром, определяющим функциональный статус

на более высокую эффективность соединения 3 в

качестве фотосенсибилизатора для фотодинами-

клетки и ее жизнеспособность. Именно внутри-

клеточная вязкость определяет скорость диффузии

ческой терапии рака, поскольку уменьшается соб-

различных молекул, а, следовательно, и скорость

ственное токсическое воздействие этого порфира-

внутриклеточных бимолекулярных реакций, свя-

зина на здоровые ткани, не подвергавшиеся облу-

занных с ее питанием, энергетическим обменом, а

чению. Отношение ингибирующих концентраций

также разнообразными сигнальными процессами,

в темновых условиях и после облучения IC₅₀(dark)/

отвечающими за ее жизнеспособность.

IC₅₀(light) заметно увеличивается. Другими сло-

вами, наблюдается существенный рост потенци-

Для оценки новых цианоарилпорфиразинов как

ального терапевтического индекса соединения 3.

потенциальных фотосенсибилизаторов нами про-

В целом, исходя из полученных данных (табл. 2),

ведено измерение их темновой и фотоиндуциро-

можно предположить, что заместители в мета- и

ванной цитотоксичности на клетках эпидермоид-

орто-положениях не приводят к усилению фото-

ной карциномы человека линии А431. Известно,

динамической активности. При этом интересно

что широко распространенным эксперименталь-

отметить, что при отсутствии заместителей в фе-

ным методом такой оценки является метод МТТ-

нильной группе был получен наиболее слабый ре-

тестирования [25], т. е. измерение концентрации

зультат с точки зрения величины терапевтического

препарата, вызывающей снижение роста клеток

индекса.

(или их гибель) на 50% (IC₅₀). Эта величина из-

мерялась как в темновых условиях, так в усло-

Таким образом, проведенные исследования по-

виях облучения светом. Полученные величины

зволили выяснить детали тонкой настройки фото-

IC₅₀ приведены в табл. 2. Приведенные данные

физических и фотодинамических свойств цианоа-

демонстрируют заметную фотодинамическую ак-

рилпорфиразинов для повышения их потенциала

тивность всего ряда рассмотренных соединений.

при использовании в качестве фотосенсибилизато-

Самую высокую фотоиндуцированную цитоток-

ров для фотодинамической терапии рака, а также

сичность показывают цианоарилпорфиразины с

оптических зондов внутриклеточной вязкости.

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 2 2020

НОВЫЕ ЦИАНОАРИЛПОРФИР

АЗИНЫ

279

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ИК спектр, ν, cм^-1: 2224 (C≡N). Спектр ЯМР ¹H

(CDCl₃), δ, м. д. (J, Гц): 3.93 с (3H, CH₃О), 6.99

ИК спектры соединений в виде суспензий в

д (1H, ³J = 8.5 Гц), 7.08 т (1H, ³J = 7.7 Гц), 7.59 т

вазелиновом масле регистрировали на ИК Фурье-

(1H, ³J = 7.2 Гц), 8.18 д (1H, ³J = 9.1 Гц), 8.31 с [1H,

спектрометре ФСМ 1201. Спектры поглощения

CH=C(CN)₂]. Масс-спектр, m/z (I_отн, %): 184 (100).

в УФ и видимой области снимали на спектроме-

тре PerkinElmer Lambda 25. Спектры ЯМР ¹Н

2-(3-Метокси-4-этоксифенил)-1,1-дициано-

записывали на приборе Bruker Avance DPX-200

этилен (10). Выход 65%, желтое твердое веще-

(200 МГц) при 25°С. Исследования флуоресцен-

ство. ИК спектр, ν, cм^-1: 2220 (C≡N). Спектр ЯМР

ции в стационарном режиме были проведены

¹H (CDCl₃), δ, м. д. (J, Гц ): 1.52 т (3Н, CH₃CH₂О,

на спектрометре PerkinElmer LS 55 в диапазоне

³J = 7.0), 3.93 с (3Н, CH₃О), 4.21 к (2Н, CH₃CH₂О,

длин волн 300-800 нм. Масс-хроматограммы по-

³J = 7.0), 6.94 д (1Н, СН_Аr, ³J = 8.4), 7.39 д (1Н,

лучены на хромато-масс-спектрометре PolarisQ/

СН_Аr, ³J = 7.4), 7.63 с (1Н, СН_Аr), 7.68 с [1Н,

CH=C(CN)₂]. Масс-спектр, m/z (I_отн, %): 228 (100).

TraceGCUltra. Динамическую вязкость каждой

из бинарных этанол(метанол)глицериновых сме-

Синтез 2-арил-1,1,2-трицианоэтанов 11-13.

сей измеряли с использованием вискозиметра

Соответствующий

2-арил-1,1-дицианоэтилен

Штабингера (SVM 3000, Anton Paar) с точностью

(10 ммоль) растворяли в 150 мл EtOH, добавляли

±0.35%. Растворение порфиразинов осуществляли

1.30 г (20 ммоль) KCN, предварительно раство-

механическим перемешиванием и обработкой рас-

ренного в 80 мл воды, затем в реакционную смесь

твора ультразвуком в течение не менее 15 мин.

добавляли 240 мл воды. Полученную смесь пере-

Все операции по синтезу и анализу соединений

мешивали в течение 45 мин при комнатной темпе-

проводили с использованием абсолютированных

ратуре. Далее добавляли 6 мл 37%-ной HCl. После

растворителей. 2-Метоксибензальдегид, 4-меток-

этого реакционную смесь охлаждали на ледяной

сибензальдегид, 3-метокси-4-этоксибензальдегид,

бане. Осадок отфильтровывали, тщательно про-

малонодинитрил, N-хлорсукцинимид - коммерче-

мывали водой и сушили при комнатной темпера-

ские продукты (Sigma Aldrich). Бис(инденил)ит-

туре и пониженном давлении.

тербий был синтезирован по методике [26].

2-(4-Метоксифенил)-1,1,2-трицианоэтан (11).

Синтез порфиразинов 1, 2, 4 и 7 проводи-

Выход 76%, белое вещество. ИК спектр, ν, cм^-1:

ли методами, описанными ранее [14, 17, 20].

2250 (C≡N). Спектр ЯМР ¹H (CDCl₃), δ, м. д. (J,

Арилтрицианэтилены получали методом трехста-

Гц ): 7.42 д (2Н, ³J = 8.7), 7.01 д (2Н,³J = 8.7), 4.42

дийного синтеза, используя в качестве стартового

д [1Н, CH(СN)-CH(CN)₂, ³J = 5.9], 4.23 д [1Н,

соединения соответствующие замещенные бен-

CH(СN)-CH(CN)₂, ³J = 5.9], 3.85 с (3Н, CH₃О).

зальдегиды [27].

Масс-спектр, m/z (I_отн, %): 211 (5).

Синтез 2-арил-1,1-дицианоэтиленов 8-10. К

2-(2-Метоксифенил)-1,1,2-трицианоэтан

раствору 15 ммоль замещенного бензальдегида в

(12). Выход 83%, белое вещество. ИК спектр, ν,

100 мл EtOH добавляли 0.99 г (15 ммоль) мало-

cм^-1: 2257 (C≡N). Спектр ЯМР ¹H (CDCl₃), δ, м. д.

нодинитрила и 2 капли пиперидина. Реакционную

(J, Гц ): 3.94 с (3Н, CH₃О), 4.45 д [1Н, CH(СN)-

смесь перемешивали в течение 24 ч при комнатной

CH(CN)₂, ³J = 5.8], 4.82 д [1Н, CH(СN)-CH(CN)₂,

температуре. Осадок отфильтровывали, промыва-

³J = 5.8], 7.00 д (1Н, СН_Аr, ³J = 8.3), 7.50 т (1Н,

ли водой (4×80 мл) и сушили при комнатной тем-

СН_Аr, ³J = 7.9), 7.58 д (1Н, СН_Аr, ³J = 6.3). Масс-

пературе и пониженном давлении.

спектр, m/z (I_отн, %): 211 (8).

2-(4-Метоксифенил)-1,1-дицианоэтилен

(8).

2-(3-Метокси-4-этоксифенил)-1,1,2-три-

Выход 75%, желтое твердое вещество. ИК спектр,

цианоэтан (13). Выход 88%, белое вещество.

ν, cм^-1: 2223 (C≡N). Спектр ЯМР ¹H (CDCl₃), δ, м. д.

ИК спектр, ν, cм^-1: 2255 (C≡N). Спектр ЯМР ¹H

(J, Гц ):

3.91 с (3Н, CH₃О), 7.01 д (2Н, СН_Аr,

(CDCl₃), δ, м. д. (J, Гц): 1.49 т (3Н, CH₃CH₂О, ³J =

³J = 8.9), 7.90 д (2Н, СН_Аr, ³J = 8.9), 7.65 с [1Н,

7.0), 3.92 с (3Н, CH₃О), 4.21 к (2Н, CH₃CH₂О, ³J =

CH=C(CN)₂]. Масс-спектр, m/z (I_отн, %): 184 (100).

7.0), 4.21 д [1Н, CH(СN)-CH(CN)₂, ³J 5.8], 4.39 д

2-(2-Метоксифенил)-1,1-дицианоэтилен

(9).

[1Н, CH(СN)-CH(CN)₂, ³J = 5.8], 6.91-7.05 м (3Н,

Выход

78%, светло-желтое твердое вещество.

СН_Аr). Масс-спектр, m/z (I_отн, %): 255 (10).

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 2 2020

280

ЛЕРМОНТОВА и др.

Синтез 1-арил-1,1,2-трицианоэтиленов 14-

вали при комнатной температуре в течение 30 мин.

16. К полученному 2-арил-1,1,2-трицианоэтану

Далее добавляли 30 мл воды, образовавшийся оса-

(6.4 ммоль), растворенному в 100 мл Et₂O, до-

док центрифугировали и тщательно промывали

бавляли 1.20 г (9.0 ммоль) N-хлорсукцинимида.

водой до нейтральной среды. Продукт реакции

Реакционную смесь перемешивали, охлаждая

очищали с помощью колоночной хроматографии

колбу ледяной баней. Через 1 ч добавляли 150 мл

(силикагель 60, 40-60 мкм, элюент - ТГФ).

воды, отделяли органический слой и промывали

Тетра(4-метоксифенил)тетрацианопорфира-

его водой (3×150 мл). Растворитель удаляли при

зин (3). Выход 30%, черное твердое вещество. ИК

пониженном давлении. Продукт возгоняли при по-

спектр (KBr), ν, cм^-1: 3406 (N-H), 2840 (O-CН₃),

ниженном давлении.

2201 (С≡N), 1603 (C=N), 1512, 1497 (C_Ar-C_Ar);

2-(4-Метоксифенил)-1,1,2-трицианоэтилен

1255, 1217, 1043, 1028 (C_Ar-O-C_Alk). УФ спектр

(14). Выход 69%, желтое твердое вещество. ИК

(Н₂О), λ_max, нм: 365 (полоса Соре), 576 (Q-полоса).

спектр, ν, cм^-1: 2226 (C≡N). Спектр ЯМР 1H

Спектр ЯМР ¹H (CDCl₃), δ, м. д. (J, Гц): 3.87 с (12Н,

CH₃О), 7.02 д (8Н, СН_Аr, ³J = 8.8), 7.44 д (8Н, СН_Аr,

(CDCl₃), δ, м. д. (J, Гц): 3.96 с (3Н, CH₃О), 7.08

³J = 8.8), 7.56 с (2Н, NH). Масс-спектр, m/z (I_отн,

д (2Н, СН_Аr, ³J = 9.1), 8.10 д (2Н, СН_Аr, ³J = 9.1).

%): 838 [M]⁺, 857 [M + Н₂О]⁺, 808 [M - СН₃О]⁺.

Масс-спектр, m/z (I_отн, %): 209 (100).

Тетра(2-метоксифенил)тетрацианопорфира-

2-(2-Метоксифенил)-1,1,2-трицианоэтилен

зин (5). Выход 28%, черное твердое вещество. ИК

(15). Выход 72%, желтое твердое вещество. ИК

спектр (KBr), ν, cм^-1: 3435 (N-H), 3066 (C_Ar-Н),

спектр, ν, cм^-1: 2240 (C≡N). Спектр ЯМР 1H

2838 (O-CН₃), 2205 (С≡N), 1598 (C=N); 1504, 1493

(CDCl₃), δ, м. д. (J, Гц): 3.99 с (3Н, CH₃О), 7.07 т

(C_Ar-C_ar); 1253, 1216, 1043, 1023 (C_Ar-O-C_Alk). УФ

(1Н, ³J = 8.3), 7.15 д (1Н, СН_Аr, ³J = 7.6), 7.55 д (1Н,

спектр (Н₂О), λ_max, нм: 312, 380 (полоса Соре),

СН_Аr, ³J = 6.6), 7.64 т (1Н, СН_Аr, ³J = 7.1). Масс-

586 (Q-полоса). Спектр ЯМР ¹H (CDCl₃), δ, м. д.

спектр, m/z (I_отн, %): 209 (100).

(J, Гц): 3.77 с (12Н, CH₃О), 7.05 т (4H,СН_Аr, ³J =

2-(3-Метокси-4-этоксифенил)-1,1,2-три-

7.5), 7.15 д (8H,СН_Аr, ³J = 8.2), 7.52 т (4H,СН_Аr,

цианоэтилен (16). Выход 95%, оранжевое твер-

³J = 8.8), 8.47 с (2Н, NH). Масс-спектр, m/z (I_отн,

дое вещество. ИК спектр, ν, cм^-1: 2220 (C≡N).

%): 838 [M]⁺, 824 [M - СН₃]⁺, 808 [M - СН₃О]⁺.

Спектр ЯМР ¹H (CDCl₃), δ, м. д. (J, Гц): 1.54 т (3Н,

Тетра(3-метокси-4-этоксифенил)тетрациа-

CH₃CH₂О, ³J = 7.0), 3.95 с (3Н, CH₃О), 4.25 к (2Н,

нопорфиразин (6). Выход 34%, черное твердое

CH₃CH₂О, ³J = 7.0), 7.00 д (1Н, СН_Аr, ³J = 8.3),

вещество. ИК спектр (KBr), ν, cм^-1: 3403 (N-H),

7.70-7.75 м (2Н, СН_Аr). Масс-спектр, m/z (I_отн, %):

2853 (O-C_Alk), 2201 (С≡N), 1597 (C=N); 1515,

253 (50).

1500 (C_Ar-C_Ar); 1257, 1217, 1030 (C_Ar-O-C_Alk).

Синтез комплексов иттербия 17-19. Раствор

УФ спектр (Н₂О), λ_max, нм: 383 (полоса Соре), 576

2.3 ммоль соответствующего

2-арил-1,1,2-три-

(Q-полоса). Спектр ЯМР ¹H (CDCl₃), δ, м. д. (J,

цианоэтилена 14-16 в предварительно дегази-

Гц): 1.42 т (12Н, CH₃CH₂О, ³J = 6.9), 3.76 с (12Н,

рованном TГФ (5 мл) в инертной атмосфере не-

CH₃О), 4.13 к (8Н, CH₃CH₂О, ³J = 7.0), 6.97-7.09

большими порциями добавляли к раствору 0.25 г

м (12Н, СН_Аr), 7.50 с (2Н, NH). Масс-спектр, m/z

(0.46 ммоль) бисинденильного комплекса иттер-

(I_отн, %): 1014 [M]⁺.

бия(II) в 5 мл ТГФ. Через 1 сут раствор фильтро-

Измерение фотоиндуцированной IC₅₀(light)

вали в вакууме. Для удаления из смеси не всту-

и темновой IC₅₀(dark) цитотоксичности.

пившего в реакцию 2-арил-1,1,2-трицианэтилена

Жизнеспособность клеточной культуры оцени-

и его комплекса с иттербием полученный раствор

вали с помощью МТТ-теста [25]. Измерение оп-

промывали предварительно дегазированным толу-

тической плотности проводили на планшетном

олом до исчезновения окраски. Продукт реакции

спектрофотометре Synergy MX (BioTek, США) на

сушили при пониженном давлении.

длине волны 570 нм. Жизнеспособность клеток

Синтез порфиразинов

6. Раствор

оценивали по отношению величины оптической

0.14 ммоль соответствующего комплекса иттербия

плотности раствора формазана в каждой пробе к

17-19 в 2 мл трифторуксусной кислоты перемеши-

контролю (без облучения). В случае определения

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 2 2020

НОВЫЕ ЦИАНОАРИЛПОРФИР

АЗИНЫ

281

темновой цитотоксичности облучения клеток не

ФОНДОВАЯ ПОДДЕРЖКА

проводили.

Работа выполнена при финансовой поддержке

Измерение среднего времени затухания

Президента РФ (грант МК-1469.2019.3, синтез и

флуоресценции соединений 3, 5 и 6. Серия

исследование свойств порфиразина 1) с исполь-

измерений времени затухания флуоресценции

зованием оборудования Аналитического центра

порфиразинов была проведена в пикосекундном

Института металлоорганической химии РАН в рам-

временном интервале с использованием техники

ках госзадания (№ АААА-А16-116122110055-5).

кореллированного по времени счета единичных

фотонов (Тime-correlated Single Photon Counting,

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

TCSPC). В измерительной схеме были применены

компоненты системы TCSPC производства

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

компании «Becker & Hickl, GmbH». Окно времени

интересов.

снятия данных было установлено в диапазоне

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

0-50 нс с числом каналов 1024. Для возбуждения

использовали

пикосекундный

волоконный

1. Henderson B.W., Dougherty T.J. // Photochem.

лазер SC-450 (Fianium Ltd, Великобритания)

Photobiol. 1992. Vol. 55. P. 145. doi 10.1111/j.1751-

с настраиваемым спектральным фильтром

1097.1992.tb04222.x

выходного сигнала в диапазоне

580-595 нм

2. Berg K., Selbo P.K., Weyergang A., Dietze A.,

(Chroma Tech., США). Флуоресцентный сигнал

Prasmickaite L., Bonsted A., Engesaeter B.O., Angell-

детектировали в спектральном диапазоне

Petersen E., Warloe T., Frandsen N., Hogset A. // J.

640-700 нм. Экспоненциальный характер

Microsc. 2005. Vol. 218. P. 133. doi 10.1111/j.1365-

затухания сигнала флуоресценции обусловлен

2818.2005.01471.x

фундаментальными

свойствами

кинетики

3. Dolmans D.E., Fukumura D., Jain R.K. // Nat. Rev.

релаксации возбужденного состояния молекул

Cancer 2003. Vol. 3. P. 380. doi 10.1038/nrc1071

флуорофора. Анализ кривых затухания и подбор

наиболее адекватной мультиэкспоненциальной

4. Dougherty T.J., Gomer C.J., Henderson B.W., Jori G.,

модели выполняли с помощью программного

Kessel D., Korbelik M., Moan J., Peng Q. // J. Natl.

обеспечения SPCImage (Becker & Hickl, GmbH) с

Cancer Inst. 1998. Vol. 90. P. 889. doi 10.1093/

последующей обработкой данных в Excel. Времена

jnci/90.12.889

затухания (τ_av) рассчитывали как средние времена

5. Ferlay J., Soerjomataram I., Dikshit R., Eser S.,

жизни компонентов флуоресценции, взвешенные

Mathers C., Rebelo M., Parkin D.M., Forman D., Bray

на их интегральную интенсивность.

F. // Int. J. Cancer. 2015. Vol. 136. P. E359. doi 10.1002/

ijc.29210

Ȉa_iĲi2

(4)

6. Niedre M., Patterson M.S., Wilson B.C. // Photochem.

Ĳ_av =

Ȉa_iĲ_i

Photobiol. 2002. Vol. 75. n 4. P. 382. doi 10.1562/

0031-8655(2002)0750382DNILDO2.0.CO2

Здесь a_i and τi - амплитуды и времена жизни

7. Hoorelbeke D., Decrock E., Van Haver V., De Bock M.,

временных компонент, полученные при

Leybaert L. // Biochim. Biophys. Acta. 2018. Vol. 1865.

аппроксимации экспериментальных кривых

P. 1805. doi 10.1016/j.bbamcr.2018.07.022

затухания флуоресценции в рамках выбранной

8. Benov L. // Med. Principles and Practice. 2015. Vol. 24.

мультиэкспоненциальной

модели.

Серию

Suppl. 1. P. 14. doi 10.1159/000362416

измерений скорости затухания проводили в

стандартных

96-луночных планшетах. Лабора-

9. Castano A.P., Demidova T.N., Hamblin M.R. //

торный термостат ThermoStat plus (Eppendorf,

Photodiagn. Photodyn. Ther. 2004. Vol. 1. P. 279. doi

GmbH) использовали для контроля и стабили-

10.1016/S1572-1000(05)00007-4

зации температуры измеряемых растворов

10. Hoorelbeke D., Decrock E., Van Haver V., De Bock M.,

цианоарилпорфиразинов в этанольно-глицери-

Leybaert L. // Biochim. Biophys. Acta. 2018. Vol. 1865.

новых смесях.

P. 1805. doi 10.1016/j.bbamcr.2018.07.022

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 2 2020

282

ЛЕРМОНТОВА и др.

11. Vesper B.J., Lee S., Hammer N.D., Elseth K.M., Ba-

Боярский В.П. // ЖOX. 2017. Т. 87. Вып. 3. C. 474;

rrett A.G.M., Hoffman B.M., Radosevich J.A. // J. Photo-

Lermontova S.A., Grigor’ev I.S., Peskova N.N., Ladilina

chem. Photobiol. (B). 2006. Vol. 82. P. 180. doi

E.Y., Balalaeva I.V., Klapshina L.G., Boyarskii V.P. //

10.1016/j.jphotobiol.2005.11.006

Russ. J. Gen. Chem. 2017. Vol. 87. N 3. P. 479. doi

12. Trivedi E.R., Harney A.S., Olive M.B., Podgorski I.,

10.1134/s1070363217030173

Moin K., Sloane B.F., Hoffman B.M. // Proc. Nat.

20. Лермонтова C.A., Григорьев И.С., Шилягина М.Ю.,

Acad. Sci. 2010. Vol. 107. N 4. P. 1284. doi 10.1073/

Пескова Н.Н., Балалаева И.В., Ширманова М.В.,

pnas.0912811107

Клапшина Л.Г. // ЖOX. 2016. Т. 86. Вып. 6.

13. Michel S.L.J., Hoffman B.M., Baum S.M., Barrett A.G.M. //

C. 1000; Lermontova S.A., Grigorev I.S., Shilyagi-

Progr. Inorg. Chem. 2001. Vol. 50. P.473. doi

na N.Yu., Peskova N.N., Balalaeva I.V., Shirmano-

10.1002/0471227110

va M.V., Klapshina L.G. // Russ. J. Gen. Chem. 2016.

Vol. 86. N 6. P. 1330. doi 10.1134/S1070363216060189

14. Izquierdo M.A., Vysniauskas A., Lermontova S.A.,

Grigoryev I.S., Shilyagina N.Y., Balalaeva I.V.,

21. Haidekker M.A., Theodorakis E.A. // J. Biol. Eng. 2010.

Klapshina L.G., Kuimova M.K. // J. Mater. Chem. (B).

Vol. 4. P. 11. doi 10.1186/1754-1611-4-11

2015. Vol. 3. P. 1089. doi 10.1039/c4tb01678e

22. Kuimova M.K., Botchway S.W., Parker A.W., Balaz M.,

15. Yuzhakova D.V., Lermontova S.A., Grigoryev I.S.,

Collins H.A., Anderson H.L., Suhling K., Ogilby P.R. //

Muravieva M.S., Gavrina A.I., Shirmanova M.V.,

Nat. Chem. 2009. Vol. 1. P. 69. doi 10.1038/nchem.120

Balalaeva I.V., Klapshina L.G., Zagaynova E.V. //

23. Kuimova, M. K. // Chimia. 2012ю Vol. 66. N 4. P. 159.

Biochim. Biophys. Acta. 2017. Vol. 1861. N 12. P. 3120.

doi 10.2533/chimia.2012.159

doi 10.1016/j.bbagen.2017.09.004

24. Förster, T., Hoffmann, G. // Zeitschrift Für Physikalische

16. Shilyagina N.Yu., Peskova N.N., Lermontova S.A.,

Chemie. 1971. Vol. 75. N 1-2. P. 63. doi 10.1524/

Brilkina A.A., Vodeneev V.A., Yakimansky A.V.,

zpch.1971.75.1_2.063

Klapshina L.G., Balalaeva I.V. // J. Biophotonics. 2017.

25. Фрешни Р. Культура животных клеток. М.: Бином,

Vol. 10. N 9. P. 1189. doi 10.1002/jbio.201600212

2010. 691 с.

17. Yakimansky A.V., Meleshko T.K., Ilgach D.M., Bau-

26. Гудиленков И.Д., Фукин Г.К., Баранов Е.В., Три-

man M.A., Anan’eva T.D., Klapshina L.G., Lermonto-

фонов А.А. // Изв. АН. Сер. хим. 2008. № 1. С. 39;

va S.A., Balalaeva I.V., Douglas W.E., // J. Polym. Sci.

(A). 2013. Vol. 51. P. 4267. doi 10.1002/ pola.26846

Gudilenkov I.D., Fukin G.K., Baranov E.V., Trifonov

A.A. // Russ. Chem. Bull. 2008. Vol. 57. N 1. P. 40. doi

18. Лермонтова С.А., Григорьев И.С., Ладилина Е.Ю.,

10.1007/s11172-008-0006-y

Балалаева И.В., Шилягина Н.Ю., Клапшина Л.Г. //

Коорд. хим. 2018. Т. 44. № 2. С. 151; Lermontova S.A.,

27. Harvey M.D., Pace J.T., Yee G.T. // Polyhedron. 2007.

Grigor’ev, I.S., Ladilina E.Y., Balalaeva I.V., Shilyagina

Vol. 26. P. 2037. doi 10.1016/j.poly.2006.09.097

N.Y., Klapshina L.G. // Russ. J. Coord. Chem. 2018.

28. Шилягина Н.Ю., Плеханов В.И., Шкунов И.В., Ши-

Vol. 44. P. 301. doi 10.1134/s1070328418040061

лягин П.А., Дубасова Л.В., Брилкина А.А., Соколо-

19. Лермонтова С.А., Григорьев И.С., Пескова Н.Н.,

ва Е.А., Турчин И.В., Балалаева И.В. // Современные

Ладилина Е.Ю., Балалаева И.В., Клапшина Л.Г.,

технологии в медицине. 2014. Т. 6. № 2. С. 15.

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 2 2020

НОВЫЕ ЦИАНОАРИЛПОРФИР

АЗИНЫ

283

New Cyanoarylporphyrazines with High Sensitivity

of Photophysical Parameters to Viscosity As Perspective Agents

for Photodynamic Therapy

S. A.Lermontova^a, T. S.Lyubova^a, E. Yu.Ladilina^a, V. I. Plekhanov^b, I. V. Balalaeva^c,

V. P. Boyarskii^d, and L. G. Klapshinaa,b,*

^aRazuvaev Institute of Organometallic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Nizhny Novgorod, 603950 Russia

^bInstitute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences, Nizhny Novgorod, 603950 Russia

^cLobachevsky State University of Nizhny Novgorod, Nizhny Novgorod, 603950 Russia

^d St. Petersburg State University, St. Petersburg, 198504 Russia

*e-mail: klarisa@iomc.ras.ru

Received June 24, 2019; revised June 24, 2019; accepted June 27, 2019

A series of cyanoarylporphyrazine pigments was analyzed from the point of view of their photophysical prop-

erties and photodynamic activity dependence on the nature of the substituents and their position in the aromatic

ring. Replacement of the fluorine atom in the para-position with the methoxy group leads to a significant in-

crease in the ratio of the dark and photo-induced cytotoxicities, i.e. potential therapeutic index of porphyrazine

as photosensitizer on photodynamic cancer therapy.

Keywords: cyanoarylporphyrazines, photosensitizers, photo-induced and dark cytotoxicity, fluorescent

molecular rotors, optical probes of intracellular viscosity

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 2 2020