АНАЛИЗ КИСЛОТНО-ОСНОВНЫХ РАВНОВЕСИЙ В НИЖНЕМ ВОЗБУЖДЕННОМ СИНГЛЕТНОМ S1 CОСТОЯНИИ ПОРФИРИНОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИКЛА ФЁРСТЕРА
УДК 535.37+541.65+543.4
Ключевые слова: порфирин, кислотно-основные равновесия, периферическое замещение, возбужденное состояние.
Для цитирования: : Сохибова А. М., Крук Н. Н. Анализ кислотно-основных равновесий в нижнем возбужденном синглетном S1 состоянии порфиринов с использованием цикла Фёрстера // Труды БГТУ. Сер. 3, Физико-математически науки и информатика. 2021. №1 (242). С. 25–30. DOI: https://doi.org/10.52065/2520-2669-2021-242-2-25-30.
Аннотация
С использованием цикла Фёрстера оценена величина изменений основности порфиринового макроцикла при заселении нижнего возбужденного S1 состояния ΔрKа для незамещенной молекулы порфина и шести 5,10,15,20-арилзамещенных производных, отличающихся количеством и расположением фенильных имезитильных групп. Проведен анализ изменения основности для равновесиямежду свободным основанием и монопротонированной формой – ΔрKа3 и равновесия между монопротонированной и дважды протонированной формами – ΔрKа4. Установлено, что величина и направление изменения ΔрKа3 и ΔрKа4 существенно зависят от архитектуры периферического замещения макроцикла. Молекула порфина в нижнем возбужденном S1 состоянии является более сильной кислотой, чем в основном: ΔрKа3 = –1,1, а ΔрKа4 = –0,46. Для 5,10,15,20-арилзамещенных производных обнаружен рост основности в S1 состоянии с увеличением количества фенильных заместителей: величина ΔрKа3 линейно возрастает от –0,39 для 5,10,15,20-тетрамезитилпорфирина, до 1,1 для 5,10,15,20-тетрафенилпорфирина. Изменения, по-видимому, обусловлены различиями в: а) конформационной подвижности макроцикла и б) двугранном угле между плоскостями арильных фрагментов и средней плоскостью макроцикла. Присоединение второго протона увеличивает основность, величина ΔрKа4 для всех производных положительная и слабо зависит от архитектуры замещения.
Список литературы
- Пуховская С. Г., Иванова Ю. Б., Крук Н. Н., Голубчиков О. А., Койфман О. И. Электронные и стерические эффекты заместителей как способ управления свойствами тетрапиррольных макроциклов // Функциональные материалы на основе тетрапиррольных макрогетероциклических соединений / под. ред. О. И. Койфмана. М.: ЛЕНАНД, 2019. С. 63–101.
- Крук Н. Н. Строение и оптические свойства тетрапиррольных соединений. Минск: БГТУ. 2019. 216 с.
- Presselt M., Dehaen W., Maes W., Klamt A., Martinez T. J., Beenken W. J. D., Kruk M. M. Quantum chemical insights into the dependence of porphyrin basicity on the meso-aryl substituents: thermodynamics, buckling, reaction sites and molecular flexibility / M. Presselt [et al.] // Phys. Chem. Chem. Phys. 2015. Vol. 17, no. 21. P. 14096–14106. DOI: 10.1039/C5CP01808K.
- Андрианов В. Г., Малкова О. В., Березин Д. Б. Кислотно-основные свойства порфиринов // Успехи химии порфиринов: в 5 т. / под ред. О. А. Голубчикова. СПб., 2001. Т. 3. С. 107–129.
- Kruk M. M., Starukhin A. S., Maes W. Influence of macrocycle protonation on the photophysical properties of porphyrins // Macroheterocycles. 2011. Vol. 4, no. 2. P. 69–79. DOI: 10.6060/mhc2011.2.01.
- Röder B., 10.1039/C0PP00107D. Correlation of photophysical parameters with macrocycle distortion in porphyrins with graded degree of saddle distortion / B. Röder [et al.] // Photochem. Photobiol. Sci. 2010. Vol. 9. P. 1152–1158. DOI:
- Kruk M. M., Braslavsky S. E. Acid-base equilibria in 5,10,15,20-tetrakis-(4-sulfonatophenyl)-chlorin: Role of Conformational Flexibility // J. Phys. Chem. A. 2006. Vol. 110, no. 10. P. 3414–3425. DOI: 10.1021/jp056896h.
- Kruk Mikalai M., Braslavsky Silvia E. Structural volume changes upon triplet formation of watersoluble porphyrins depend on the resonant effect of substituents // Photochem. Photobiol. Sci. 2012. Vol. 11, no. 6. P. 972–978. DOI: 10.1039/C2PP05368C.
- Braslavsky Silvia E. Glossary of terms used in photochemistry, 3rd edition (IUPAC recommendations 2006) // Pure and Applied Chemistry. 2007. Vol. 79, no. 3. P. 293–465. DOI: 10.1351/pac200779030293.
- Irina V. Vershilovskaya, Stefano Stefani, Pieter Verstappen, Thien H. Ngo, Ivan G. Scheblykin, Wim Dehaen, Wouter Maes and Mikalai M. Kruk. Spectral-Luminescent Properties of Meso-Tetraarylporphyrins Revisited: the Role of Aryl Type, Substitution Pattern and Macrocycle Core Protonation / Irina V. Vershilovskaya [et al.] // Macroheterocycles. 2017. Vol. 10, no. 3. P. 257–267. DOI: 10.6060/mhc160962n.