АНАЛИЗ КИСЛОТНО-ОСНОВНЫХ РАВНОВЕСИЙ В НИЖНЕМ ВОЗБУЖДЕННОМ СИНГЛЕТНОМ S1 CОСТОЯНИИ ПОРФИРИНОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИКЛА ФЁРСТЕРА

УДК 535.37+541.65+543.4

  • Сохибова Анархан Мухфизуллокызы – студент. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: anarxan.soxibova@bk.ru

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

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

  1. 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.
  2. Крук Н. Н. Строение и оптические свойства тетрапиррольных соединений. Минск: БГТУ. 2019. 216 с.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. Röder B., 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: 10.1039/C0PP00107D.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
Поступила 07.12.2020