ИСТИНА

Целью исследования является развитие универсального подхода к построению рецепторных молекул, активностью которых при связывании различных субстратов можно управлять действием внешнего стимула – облучения светом с определенной длиной волны. В качестве ключевых структурных элементов таких управляемых рецепторных молекул предполагается использовать каркасы каликс[4]аренов в стереоизомерных формах конус и 1,3-альтернат, которые способны предорганизовывать рецепторные группы разных типов, и фоточувствительные азобензольные мостиковые фрагменты, связывающие два дистальных функциональных положения макроцикла. Предполагается исследовать возможность получения и свойства рецепторных молекул нового типа, как «включаемых», так и «выключаемых» за счет фотоиндуцированной (и термически обратимой) транс-/цис-изомеризации азобензольных мостиковых групп и вызываемых ею конформационных изменений макроциклов в пределах заданных стереоизомерных форм.

The Project is devoted to the development of universal approach to obtain multifunctional molecules capable of switchable receptor activity. These compounds may be applied in the development of modern technologies, which in many cases require the ability of functional compounds and materials based on them to adjust their properties in response to an external stimulus. This can address many practical problems such as the design of new sensory, sorption and extraction materials, catalysts for various processes, the creation of medical technologies involving the targeted delivery of drugs to affected cells and tissues, etc. In this Project, controlled receptor molecules are proposed to be created using a photoisomerizable azobenzene fragment as a stimulus-sensitive moiety, and a calix[4]arene macrocycle as the core structure capable of efficient pre-organization of receptor groups of different nature while providing the allosteric communications between the receptor and effector sites of the molecule. trans-/cis-Photoisomerization of these groups is expected to cause significant changes of conformations of the macrocycles, which can result in shortening or increasing the distance between other functional positions residing the calixarene frame. When receptor groups are introduced into such functional positions, the binding sites they form will also have different structures in different calixarene photoisomers and, as a result, will possess significantly different receptor properties. During the Project implementation, it is planned to investigate different ways of introducing azobenzene bridges into the calixarene core and identify the most effective ones. For the obtained compounds, it is proposed to determine the conditions of photo-/thermoisomerization and the relative stability of the photoisomers, and identify compounds that are capable of deepest transitions between trans and cis forms in response to external stimuli. When studying the effect of photoisomerization of bridged azobenzene fragments on the conformational characteristics of calixarene macrocycles, it is proposed to identify structures for which isomerization of azobenzene groups most strongly affects the interatomic distances in the calixarene framework. Based on calixarenes containing pairs of orthogonally modifiable functional groups, it is proposed to create model photo-switchable structures containing the effector azobenzene moieties and the receptor triazole/urea sites simultaneously. For such compounds, it is proposed to carry out a comparative study of the receptor activity of photoisomers against model cations and anions and, thus, to evaluate the effectiveness and versatility of the proposed design approach to switchable receptor molecules. The project involves a comprehensive research within the advanced areas of supramolecular chemistry, including the development of methods for the synthesis of sophisticated organic compounds, the study of their conformational behavior, the analysis of changes in the structures of compounds in response to an external stimulus, the study of the ability of the developed multitopic molecules to bind cations and anions, and the study of the structure of the complexes thus formed. In this regard, the expected scientific results will also be significant in organic and analytical chemistry, biochemistry, catalysis, etc.

– с использованием различных дизамещенных азобензолов и бифункциональных каликсаренов будут разработаны способы получения мостиковых производных, в которых светочувствительный азобензольный фрагмент связан с каликсареновым каркасом посредством разных линкеров, и будет установлено влияние способа закрепления фоточувствительных мостиковых фрагментов на структуры и конформационные характеристики каликсареновых макроциклов; – будут получены сведения об условиях проведения, полноте протекания и термо-/фото-обратимости фотоизомеризации азобензольных фрагментов в мостиковых каликсаренах разных структур, будет установлено влияние транс-/цис-изомеризации азобензольных фрагментов на структуры, относительную устойчивость и конформационную подвижность фотоизомеров; – впервые будут синтезированы полифункциональные каликсареновые молекулы-рецепторы, содержащие фоточувствительные азобензольные группы и аллостерически зависимые от них катионные и анионные рецепторные сайты, для которых будут выявлены различия в рецепторной активности по отношению к катионным и анионным субстратам до и после облучения; – будут установлены взаимосвязи «структура-свойство» для полученных фоточувствительных лигандов и их комплексов, будут выявлены структурные факторы, способствующие достижению наиболее значительных изменений рецепторной активности фоточувствительных лигандов в ответ на внешний стимул, будет оценена возможность использования разработанного способа конструирования фотопереключаемых структур при последующем дизайне более сложных управляемых рецепторных молекул и супрамолекулярных систем.

В ходе исследований, ранее проведенных участниками коллектива, развиты подходы к функционализации каликсаренов с использованием реакций адамантилирования, медь(I)-катализируемого азид-алкинового циклоприсоединения и дикетонового синтеза, выявлены и детально изучены селективность и особенности протекания этих реакций с участием каликсаренов. Показана возможность введения мостиковых фрагментов в структуры каликсаренов при кислотно-катализируемом сдваивании индольных заместителей и внутримолекулярном термическом азид-алкиновом циклоприсоединении. Разработаны подходы к получению бис- и трискаликсареновых структур, в которых соседние каликсареновые макроциклы связаны двумя или четырьмя функциональными линкерами – этиленоксидными группами, азобензол-, стильбен- или триазолсодержащими фрагментами. Для разработанных полифункциональных производных каликсаренов, включая мостиковые соединения, бис- и трис(каликсарены), показана способность образовывать комплексы эндо- и экзо-строения с катионами щелочных и переходных металлов, включая ионы актиноидов и лантаноидов, которая была использована, в частности, при развитии средств экстракционного разделения радионуклидов и создании чувствительных сенсорных систем. Созданы и исследованы рецепторные системы для анионов и ионных пар. Для ряда функционализированных «моно», бис- и трискаликсареновых структур и их катионных комплексов показана возможность создания молекулярных переключателей, меняющих рецепторную активность, конформационную подвижность и общие размеры в ответ на добавление в систему определенных катионов, изменение кислотности и облучение светом.

Как ожидается, полученные в ходе выполнения Проекта результаты исследований расширят спектр доступных способов конструирования управляемых рецепторных молекул, что позволит создавать молекулярные переключатели разных типов и управляемые рецепторные системы для катионных, анионных и нейтральных субстратов, востребованные, например, при разработке сенсорных систем, совершенствовании способов разделения неорганических солей, поиске новых подходов к дизайну селективных средств доставки терапевтических агентов в клетки и ткани, создании молекулярных логических устройств и молекулярных машин, и т.д.