Изучение фотохимических и термодинамических свойств фотоактивируемых биологически активных соединений на основе азобензолов

Выпускная квалификационная работа посвящена изучению фотохимических свойств производных азобензола и исследованию процессов термической изомеризации. Актуальность работы заключается в том, что производные азобензола находят широкое применение в качестве фотохромных блокаторов ионных каналов в фотофармакологии. В работе было проведено исследование методами разностной спектроскопии высокого временного разрешения, спектроскопии комбинационного рассеяния соединений и электрохимическими методами соединений AAQ и DENAQ в водных растворах с различным значением кислотности среды. В ходе работы было показано, что соединение DENAQ находится в протонированной форме при физиологических значениях рН, а соединение AAQ не протонировано на всем диапазоне рН.

Введение 3
Раздел 1 Обзор литературы 5
1.1 Применение производных азобензола в фотофармакологии 5
1.1.1 Блокаторы ионных каналов 5
1.1.2 Фотоактивируемые лекарственные препараты 10
1.1.3 Использование фотопереключателей для контроля биологических систем 12
1.2 Влияние заместителей на спектральные и временные характеристики 12
1.3 Устойчивость соединений в организме 17
Раздел 2 Экспериментальная часть 19
2.1 Методы разностной спектроскопии высокого временного разрешения 19
2.1.1 Флеш-Фотолиз 20
2.1.2 Метод возбуждение-зондирование 21
2.2 Методы и материалы 23
2.2.1.Подготовка растворов 23
2.3 Используемые методы 23
2.3.1 Установка для флеш-фотолиза 23
2.3.2 Спектрофотометр 24
2.3.3 Спектроскопия комбинационного рассеяния 24
2.3.4 Циклическая и дифференциальная вольтамперометрия 24
2.3.5 Квантово-химические расчеты 26
Раздел 3 Обсуждение результатов 27
Выводы 42
Благодарности 43
Список литературы 44

1. Willem A. Velema, Wiktor Szymanski, Ben L. Feringa, Photopharmacology: Beyond
Proof of Principle // J. Am. Chem. Soc., T.136 (6), pp.2178–2191, 2014;
2. M.R.Banghart, Alexandre Mourot, Doris L. Fortin, Jennifer Z. Yao, Richard H.
Kramer, Dirk Trauner, Photochromic Blockers of Voltage-Gated Potassium Channels
// Angew. Chem. Int. Ed., T.48, pp.9097 –9101, 2009;
3. Alexandre Mourot et al., Tuning Photochromic Ion Channel Blockers // ACS Chem.
Neurosci., T.2, pp.536–543, 2011;
4. Hartley, G. S. The cis-form of azobenzene // Nature, 1937, T.140, pp.281−281;
5. Mingxin Dong et al., Red-Shifting Azobenzene Photoswitches for in Vivo Use // Acc
Chem Res., T.4 №8(10), pp.2662-70, 2015;
6. Rotov A.Y. et al., New Experimental Models of Retinal Degeneration for Screening
Molecular Photochromic Ion Channel Blockers // Acta Naturae., T.10(1), pp.75-84,
2018;
7. I.Tochitsky et al., How Azobenzene Photoswitches Restore Visual Responses to the
Blind Retina // Neuron, T.92, pp.100–113, 2016;
8. Matthias Schoenberger, Arunas Damjionaitis, Zinan Zhang, Daniel Nagel, and Dirk
Trauner, Development of a New Photochromic Ion Channel Blocker via Azologization
of Fomocaine // ACS Chem Neurosci., T.5(7): pp. 514–518, 2014;
9. Wiktor Szymański, John M. Beierle, Hans A. V. Kistemaker, Willem A. Velema, Ben
L. Feringa, Reversible Photocontrol of Biological Systems by the Incorporation of
Molecular Photoswitches // Chem. Rev., T.113, pp.6114−6178, 2013;
10. Lubica Vertracova, Vıt Ladanyia, Jamaludin Al Anshoria, Pavel Dvorak, Jakob Wirz,
Dominik Heger, The absorption spectrum of cis-azobenzene // Photochem. Photobiol.
Sci., T.16, pp.1749-1756, 2017;
11. Jaume Garcia-Amor, Mireia Diaz-Lobo, Santi Nonell, Dolores Velasco, Fastest
Thermal Isomerization of an Azobenzene for Nanosecond Photoswitching
Applications under Physiological Conditions // Angew. Chem. Int. Ed., T.51, pp.12820
–12823, 2012;
12. A. Arcangeli, O. Crociani, E. Lastraioli, A. Masi, S. Pillozzi, and A. Becchetti,
“Targeting Ion Channels in Cancer: A Novel Frontier in Antineoplastic Therapy,”
Curr. Med. Chem., T.16, no. 1, pp. 66–93, 2008;
13. M. Sheng and M. Wyszynski, “Ion Channel Targeting in Neurons,” BioEssQys, T.19,
no. 10, pp. 847–853, 1997.;
14. M. B. Dalva and L. C. Katz, “Rearrangements of synaptic connections in visual cortex
revealed by laser photostimulation [published erratum appears in Science 1994 Sep
16;265(5179):1644],” Science (80-. )., T. 265, no. 5169, pp. 255–258, 1994;
15. D. L. Fortin, and D. Trauner, “New photochemical tools for controlling neuronal
activity,” Curr. Opin. Neurobiol., T. 19, no. 5, pp. 544–552, 2009;
16. M.Dong, A.Babalhavaeji, M.Hansen, L.Kalman, G.Woolley, Red, far-red, and near
infrared photoswitches based on azonium ions, Chem. Commun., T. 51, p.12981,
2015;
17. C.E.Weston, R.D.Richardson, M.J. Fuchter, Photoswitchable basicity through the use
of azoheteroarenes, Chem. Commun., T. 52, p.4521, 2016;
18. C.BouleÁgue, M.LoÈweneck, C.Renner, L.Moroder, Redox Potential of Azobenzene
as an Amino Acid Residue in Peptides, ChemBioChem, T. 8, p.591, 2007;
19. E.M.Kosower,H.Kanety-Londner,Mechanismofthioloxidationby
diazenedicarboxylic acid derivatives, J. Am. Chem. Soc., T. 98, p.3001, 1976;
20. . W.G.Levine, Metabolism of azo dyes: implication for detoxication and activation,
Drug Metab. Rev., vol.23, p.253, 1991;
21. T.Eom, W.Yoo, S.Kim, A.Khan, Biologically activatable azobenzene polymers
targeted at drug delivery and imaging applications, Biomaterials, T. 185, pp.333-347,
2018;
22. J.R.Fouts, J.J.Kamm, B.B.Brodie, ENZYMATIC REDUCTION OF PRONTOSIL
AND OTHER AZO DYES, J. Pharmacol. Exp. Ther., T. 120, pp.291-300, 1957;
23. MN Ryazantsev, DM Strashkov, DM Nikolaev, AA Shtyrov, MS Panov, Molecular
design of azobenzene and heteroaryl azo photoswitches for photopharmacological
applications: main principles, in silico modeling and synthesis, RUSS CHEM REV, T.
90, 2021;
24. А.С.Мерещенко, Методы оптической спектроскопии с временным разрешением:
учебное пособие-СПб:Санкт-Петербургский гос.ун-т., с.37 , 2018;
25. Бенсассон Р., Лэнд Э., Траскот Т., Флеш-фотолиз и импульсный радиолиз:
Применение в биохимии и медицинской химии: Пер. с англ.-М.:Мир, с.398,
1987;
26. Necati Menek, POLAROGRAPHIC AND VOLTAMMETRIC BEHAVIOUR OF 2-
HYDROXY-3-METHOXY-5-(2-PROPENYL)AZOBENZENE, Analytical Letters,
vol.31(2), pp. 275-282, 1998.