УДК 535.37+541.65+543.4

Шакель Антон Юрьевич – студент. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: a.shakel@mail.ru

Мельник Алексей Дмитриевич – студент. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: alex.mel.am99@gmail.com

Крук Николай Николаевич – доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой физики. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: m.kruk@belstu.by

DOI: https://doi.org/10.52065/2520-6141-2024-278-4.

 

Ключевые слова: порфирин, периферическое замещение, депротонирование, флуоресценция, J-агрегат, кулоновские взаимодействия.

 

Для цитирования: Шакель А. Ю., Мельник А. Д., Крук Н. Н. Спектрально-люминесцентные свойства монодепротонированных форм гидрофильных катионных порфиринов и изучение возможности формирования их J-агрегатов // Труды БГТУ. Сер. 3, Физико-математические науки и информатика. 2024. № 1 (278). С. 26–31. DOI: 10.52065/2520-6141-2024-278-4.

 

Аннотация

В работе методами абсорбционной и флуоресцентной спектроскопии изучены спектрально-люминесцентные характеристики монодепротонированных форм двух изомерных гидрофильных катионных порфиринов: 5,10,15,20-(4-N-метилпиридил)-порфирина и 5,10,15,20-(3-N-метилпиридил)- порфирина. Показано, спектрально-люминесцентные характристики двух изомеров существенно различаются, что объяснено различными механизмами электронной коммуникации между макроциклом и заместителями. Для пара-замещенного производного наблюдаются как мезомерный, так и индуктивный эффекты, приводящие к смещению электронной плотности с молекулярных орбиталей порфирина на заместители, а в случае мета-замещенного производного мезомерный эффект отсутствует. Исследована возможность формирования этими соединениями J-агрегатов при увеличении концентрации в растворе. Установлено, что, несмотря на выполнение необходимого требования, заключающегося в биполярном характере распределения заряда в мономере, J-агрегаты не образуются. Предложено, что устойчивость монодепротонированных мономеров исследованных порфиринов к агрегации обусловлена двумя факторами: во-первых, положительный заряд в периферических заместителях делокализован по всему фрагменту, что не позволяет обеспечить точечное кулоновское взаимодействие; во-вторых, протон в ядре макроцикла также делокализован, причем находится в плоскости макроцикла, что увеличивает расстояние между взаимодействующими центрами. В результате сила кулоновских взаимодействий оказывается недостаточной, чтобы обеспечить связывание.

Скачать

Список литературы

1. Крук Н. Н. Строение и оптические свойства тетрапиррольных соединений. Минск: БГТУ, 2019. 216 с.
2. On the aggregation of meso-substituted water-soluble porphyrins / R. F. Pasternack [et al.] // J. Am. Chem. Soc. 1972. Vol. 94, no. 13. P. 4511–4517.
3. Akins D.L., Zhu H.-R., Guo Ch. Aggregation of tetraaryl-substituted porphyrins an homogeneous solution // J. Phys. Chem. 1996. Vol. 100, no. 13. P. 5420–5425. 4. Factors influencing self-aggregation tendencies of cationic porphyrins in aqueous solution / K. Kano [et al.] // J. Am. Chem. Soc. 2000. Vol. 122, no. 31. P. 7494–7502.
4. Ohno O., Kaizu Y, Kobayashi H. J-aggregate formation of water-soluble porphyrin in acidic aqueous media // J. Chem. Phys. 1993. Vol. 99, no. 5. P. 4128–4139.
5. Koti A. S. R., Taneja J., Periasamy N. Control of coherence length and aggregate size in the J-aggregate of porphyrin // Chem. Phys. Lett. 2003. Vol. 375, no. 2. P. 171–176.
6. Формирование J-агрегатов 21-тиа-5,10,15,20-тетра-(4-сульфофенил)-порфирина в водных растворах / А. Д. Мельник [и др.] // Журн. прикл. спектр. 2022. Т. 89, № 2. C. 177–183.
7. Role of counteranions in acid-induced aggregation of isomeric tetrapyridylporphyrins in organic solvents / G. de Luca [et al.] // J. Phys. Chem. 2005. Vol. 109, no. 15. P. 7149–7158.
8. Intramolecular interactions in the ground and excited state of tetrakis(N-methylpyridyl)porphyrins / F. J. Vergeldt [et al.] // J. Phys. Chem. 1995. Vol. 99, no. 13. P. 4397–4405.
9. Крук Н. Н. Флуоресцентные свойства и симметрия монодепротонированной формы 5,10,15,20-тетракис-(4-N-метилпиридил)-порфирина // Журн. прикл. спектр. 2006. Т. 73, № 5. C. 613−619.
10. Gouterman M., Wagniere G., Snyder L. R. Spectra of porphyrins. Part II. Four orbital model // Journal of Molecular Spectroscopy. 1963. Vol. 11, no. 2. P. 108−127.
11. Stone A., Fleischer E. B. The molecular and crystal structure of porphyrin diacids // J. Am. Chem. Soc. 1968. Vol. 90, no. 11. P. 2735–2748.
12. Hunter C. A., Sanders J. K. M. The nature of π-π interactions // J. Am. Chem. Soc. 1990. Vol. 112, no. 14. P. 5525–5534.

Поступила 20.11.2023