Синтез и свойства ряда функциональных производных BODIPY для нужд молекулярной сенсорики

Был получен и идентифицирован ряд функциональных производных BODIPY, для соединений показан специфический отклик на варьирование различных физико-химических параметров среды в спектрах флуоресценции. Полученные соединения так-же исследованы на способность к супрамолекулярной самоорганизации в плёнках Ленгмюра-Шеффера

Целью настоящей работы было получение трёх групп функциональных производных BODIPY для нужд молекулярной сенсорики жидкофазных систем и создания тонкоплёночных материалов.
Задачи настоящей работы:
1. Дизайн (выбор) мезо-функционализированных систем для: а) изучения тушения флуоресценции в функции от полярности среды системы; б) изучения тушения флуоресценции в функции от присутствия в среде оснований Льюиса; в) изучения тушения флуоресценции в зависимости от динамической вязкости системы; г) изучения упаковки (супрамолекулярной организации) и спектральных свойств BODIPY в тонких плёнках Ленгмюра-Шеффера
2. Выбор оптимальной методики синтеза 7 соединений, их очистка и идентификация набором физико-химических методов (ядерно-магнитный резонанс, инфракрасная спектроскопия поглощения, масс-спектрометрия, электронная спектроскопия поглощения и флуоресценции)
3. Изучение надмолекулярной организации систем в тонких плёнках Ленгмюра-Шеффера для оценки возможности применения данной технологии для производства функциональных материалов на основе BODIPY

Уникальные фотофизические и фотохимические свойства 4,4-дифторо-4-боро-3а,4а-диаза-симм-индацена (здесь и далее используются названия: борфторидные комплексы дипирринов или BODIPY – от англ. boron dipyrrin) – малый стоксов сдвиг, высокий квантовый выход флуоресценции, чёткие полосы поглещения и флуоресценции и способность сохранять эти свойства даже в кристаллическом состоянии произвели настоящий переворот в химии флуорофоров. В дополнение к этому, практическая простота модификации структуры BODIPY и возможность получения систем с флуоресцентным откликом на широкий диапазон параметров среды, сделали эти молекулы также и идеальными модельными флуорофорами для развития подходов в молекулярной сенсорике.

При идентификация и исследовании свойств соединений использовались спектроскопия ядерно-магнитного резонанса, колебательная (ИК) спектроскопия, Масс-спектрометрия методом MALDI-TOF, Электронная спектроскопия поглощения и флуоресценции. 

Квантово-химические рассчёты производились полуэмпирическим методом PM3 и ab initio в базисе B3LYP6-31G(d,p)

Изготовление плёнок Ленгмюра-Шеффера производилось из хлороформа на ванне Ленгмюра-Блоджетт послойным переносом с поверхности воды по принципу горизонтального лифта. Количество слоёв варьировалось от 1 до 30

Изучение морфологии плёнок производилось контактным методом на атомно-силовом микроскопе с шагом сканирования 0.006 нм. Оптическая микроскопия образцов производилась с помощью микроскопа при увеличении x160. Был так-же произведено рентгено-диффракционное исследование плёнок по схеме Дебая-Шерера.

1. Были синтезированы, очищены и идентифицированы 7 соединений с высоким выходом
2. Соединения были охарактеризованы методами спектроскопии ядерного магнитного резонанса, колебательной и электронной спектроскопии, масс-спектрометрии.
3. У соединений была подтверждена специфическая флуоресцентная сенсорная активность:
   1. Cоединения 1, 2, 3 показали способность к образованию монослоёв без видимой аггрегации. Данный факт свидетельствует о высоком потенциале их применения в оптоэлектронике
   2. Соединения 4, 6 показали высокую чувствительность к динамической вязкости среды.
   3. Для соединения 5 доказана чувствительность к полярности окружения
   4. Соединение 7 может служить эффективным сенсорным агентом к присутствию в среде оснований Льюиса
4. Получены плёнки Ленгмюра-Шеффера с организацией молекул в виде монослоёв, расположенных параллельно плоскости субстрата

см. текст работы

Library of BODIPY derivatives was obtained and investigated for their fluorescent sensory properties and supramolecular structures formation possibility in Langmuir-Schaeffer thin films.