zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1415Research ArticleМОЛЕКУЛЯРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯMOLECULAR SPECTROSCOPYГенерация синглетного кислорода индотрикарбоцианиновым красителем с объемными заместителями в структуре молекулыGeneration of Singlet Oxygen by an Indotricarbocyanine Dye with Bulk Substituents in the Structure of the MoleculeСамцовМ. П.SamtsovM. P.

Минск

Minsk

samtsov@bsu.byТарасовД. С.TarasovD. S.

Минск

Minsk

ВоропайЕ. С.VoropayE. S.

Минск

Minsk

Институт прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко Белорусского государственного университетаA.N. Sevchenko Institute for Applied Physical Problems of Belarusian State UniversityИнститут прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко Белорусского государственного университета; Белорусский государственный университетA.N. Sevchenko Institute for Applied Physical Problems of Belarusian State University; Belarusian State UniversityБелорусский государственный университетBelarusian State University202325112023905738746Copyright © Самцов М.П., Тарасов Д.С., Воропай Е.С., 20232023Самцов М.П., Тарасов Д.С., Воропай Е.С.Samtsov M.P., Tarasov D.S., Voropay E.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1415

Исследованы спектрально-люминесцентные и фотофизические свойства индотрикарбоцианинового красителя с ортофениленовым мостиком в цепи сопряжения и двумя заместителями — полиэтиленгликолями (ПЭГ) массой 300 Да (ПК1), и его аналога без ПЭГ (ПК2). Показано, что наличие объемных заместителей (ПЭГ300) в структуре красителя изменяет эффективность генерации синглетного кислорода. Установлено, что в этаноле для обоих красителей при изменении их концентрации в диапазоне 5 ∙ 10–8—10–5 М квантовый выход образования синглетного кислорода имеет постоянное значение γΔ = 0.031±0.005 для ПК1 и 0.050±0.008 для ПК2. В малополярном хлороформе для ПК2 при изменении концентрации в диапазоне 10–7—10–5 М наблюдается значительный рост γΔ от 0.022±0.004 при Скр = 2.6 ∙ 10–7 М до 0.104±0.016 при Скр = 5.8 ∙ 10–5 М, а для ПК1 с объемными заместителями квантовый выход γΔ имеет постоянное значение 0.032±0.003. Показано, что увеличение квантового выхода образования синглетного кислорода с концентрацией ПК2 в малополярном хлороформе вызвано ростом доли контактных ионных пар в растворе и проявлением эффекта тяжелого атома, обусловленного анионом (Br–). Показано, что присутствие двух цепочек ПЭГ300 в структуре катионного индотрикарбоцианинового красителя (~770 Да) препятствует отдалению противоиона от катиона красителя ПК1 в малополярном хлороформе, молекулы красителя находятся в форме контактных ионных пар при любой концентрации. Вследствие стерических препятствий взаимодействие хромофора с растворенным кислородом затруднено.

The spectral-luminescent and photophysical properties of an indotricarbocyanine dye with an orthophenylene bridge in the conjugation chain and two 300 Da polyethylene glycols (PEG) substituents (PD1) and its analogue without PEG (PD2) have been studied. It has been shown that the presence of bulk substituents (PEG300) in the dye structure changes the efficiency of singlet oxygen generation. It has been established that in ethanol for both dyes, when their concentration changes in the range from 5 ∙ 10–8 to 10–5 M, the quantum yield of the formation of singlet oxygen γΔ has a constant value and amounts to γΔ=0.031±0.005 for PD1 and γΔ=0.050±0.008 for PD2. In low-polarity chloroform for PD2 a significant increase in γΔ is observed with a change in concentration in the range of 10–7–10–5 M from γΔ=0.022±0.004 at Cdye=2.6 ∙10-7 M to γΔ=0.104±0.016 at Cdye=5.8 ∙ 10-5 M, and for PD1 with bulk substituents the quantum yield of singlet oxygen formation has a constant value γΔ=0.032±0.003. It has been shown that the increase in the quantum yield of the formation of singlet oxygen with a concentration of PC2 in low-polarity chloroform is due to an increase in the fraction of contact ion pairs in solution and the manifestation of the effect of the anion heavy atom (Br–). It has been shown that the presence of two chains of PEG300 in the structure of a cationic indotricarbocyanine dye (~770 Da) prevents the counterion from moving away from the dye cation PD1 in lowpolarity chloroform, the dye molecules are in the form of contact ion pairs at any concentration, and due to steric hindrances it is difficult for the chromophore to interact with dissolved oxygen.

индотрикарбоцианиновые красителиполиэтиленгликольионная парафотофизические свойствасинглетный кислородконцентрационные закономерностиindotricarbocyanine dyespolyethylene glycolion pairsphotophysical propertiessinglet oxygenconcentration regularitiesРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (договоры Ф22УЗБ-044 от 04.05.2022 и Ф22МВ-014 от 04.05.2022) и государственных программ научных исследований (задание 3.03 ГПНИ “Конвергенция-2025”, задание 1.6 ГПНИ “Фотоника и электроника для инноваций”)ReferencesЕ. С. Воропай, М. П. Самцов. Журн. прикл. спектр., 65, № 2 (1995) 218—228 doi: https://doi.org/10.1007/BF02606495]E. S. Voropai, M. P. Samtsov. J. Appl. Spectr., 65 (1995) 369—377, doi: https://doi.org/10.1007/BF02606495]М. П. Самцов, C. А Тихомиров, Л. С. Ляшенко, Д. С. Тарасов, О. В. Буганов, В. А. Галиевский, А. С. Сташевский, Е. С. Воропай. Журн. прикл. спектр., 80, № 2 (2013) 177—182M. P. Samtsov, S. A. Tikhomirov, L. S. Lyashenka, D. S. Tarasau, O. V. Buganov, V. A. Galievsky, A. S. Stasheuski, E. S. Voropay. J. Appl. Spectr., 80 (2013) 170—175М. П. Самцов, Е. С. Воропай, К. Н. Каплевский, Д. Г. Мельников, Л. С. Ляшенко, Ю. П. Истомин. Журн. прикл. спектр., 76, № 4 (2009) 576—582M. P. Samtsov, E. S. Voropay, K. N. Kaplevsky, D. G. Melnikau, L. S. Lyashenko, Yu. P. Istomin. J. Appl. Spectr., 76 (2009) 547—553]A. A. Ishchenko, A. T. Syniugina. Theor. Exp. Chem., 58 (2023) 373—401, doi: 10.1007/s11237-02309754-9A. A. Ishchenko, A. T. Syniugina. Theor. Exp. Chem., 58 (2023) 373—401, doi: 10.1007/s11237-02309754-9D. M. Dereje, C. Pontremoli, M. J. Moran Plata, S. Visentin, N. Barbero. Photochem. Photobiol. Sci., 21 (2022) 397—419, doi: 10.1007/s43630-022-00175-6D. M. Dereje, C. Pontremoli, M. J. Moran Plata, S. Visentin, N. Barbero. Photochem. Photobiol. Sci., 21 (2022) 397—419, doi: 10.1007/s43630-022-00175-6N. Lange, W. Szlasa, J. Saczko, A. Chwiłkowska. Pharmaceutics, 13 (2021) 818, doi: 10.3390/pharmaceutics13060818N. Lange, W. Szlasa, J. Saczko, A. Chwiłkowska. Pharmaceutics, 13 (2021) 818, doi: 10.3390/pharmaceutics13060818S. Kwiatkowski, B. Knap, D. Przystupski, J. Saczko, E. Kędzierska, K. Knap-Czop, J. Kotlińska, O. Michel, K. Kotowski, J. Kulbacka. Biomed. Pharm., 106 (2018) 1098—1107, doi: 10.1016/j.biopha.2018.07.049S. Kwiatkowski, B. Knap, D. Przystupski, J. Saczko, E. Kędzierska, K. Knap-Czop, J. Kotlińska, O. Michel, K. Kotowski, J. Kulbacka. Biomed. Pharm., 106 (2018) 1098—1107, doi: 10.1016/j.biopha.2018.07.049Е. С. Воропай, М. П. Самцов, К. Н. Каплевский, А. А. Луговский. Журн. прикл. cпектр., 71 (2004) 166—172.E. S. Voropai, M. P. Samtsov, K. N. Kaplevskii, A. A. Lugovskii, E. N. Alexandrova.М. П. Самцов, Е. С. Воропай, Д. Г. Мельников, Л. С. Ляшенко, А. А. Луговский, Ю. П. Истомин. Журн. прикл. спектр., 77, № 3 (2010) 438—444J. Appl. Spectr., 71 (2004) 180—186A. А. Lugovski, M. P. Samtsov, K. N. Kaplevsky, D. S. Tarasau, E. S. Voropay, P. T. Petrov, Y. P. Istomin. J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 316 (2016) 31—36, doi: 10.1016/j.jphotochem.2015.10.008M. P. Samtsov, E. S. Voropai, D. G. Mel’nikov, L. S. Lyashenko, A. A. Lugovskii, Yu. P. Istomin. J. Appl. Spectr., 77 (2010) 406—412]М. П. Самцов, Д. С. Тарасов, А. С. Горященко, Н. И. Казачкина, В. В. Жердева, А. П. Савицкий, И. Г. Меерович. Журн. Бел. гос. ун-та. Физика, № 1 (2018) 33—40A. А. Lugovski, M. P. Samtsov, K. N. Kaplevsky, D. S. Tarasau, E. S. Voropay, P. T. Petrov, Y. P. Istomin. J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 316 (2016) 31—36, doi: 10.1016/j.jphotochem.2015.10.008М. П. Самцов, Д. С. Тарасов, Е. С. Воропай, Л. С. Ляшенко, П. Т. Петров, В. М. Насек, А. О. Савин, Р. Д. Зильберман. Журн. Бел. гос. ун-та. Физика, № 1 (2019) 19—26М. П. Самцов, Д. С. Тарасов, А. С. Горященко, Н. И. Казачкина, В. В. Жердева, А. П. Савицкий, И. Г. Меерович. Журн. Бел. гос. ун-та. Физика, № 1 (2018) 33—40Н. В. Белько, М. П. Самцов, Д. С. Тарасов. Журн. Бел. гос. ун-та. Физика, № 3 (2020) 17—23М. П. Самцов, Д. С. Тарасов, Е. С. Воропай, Л. С. Ляшенко, П. Т. Петров, В. М. Насек, А. О. Савин, Р. Д. Зильберман. Журн. Бел. гос. ун-та. Физика, № 1 (2019) 19—26Д. С. Тарасов, М. П. Самцов, Н. Н. Красноперов. Журн. Бел. гос. ун-та. Физика, № 2 (2022) 4—11Н. В. Белько, М. П. Самцов, Д. С. Тарасов. Журн. Бел. гос. ун-та. Физика, № 3 (2020) 17—23А. Гордон, Р. Форд. Спутник химика, Москва, Мир (1976)Д. С. Тарасов, М. П. Самцов, Н. Н. Красноперов. Журн. Бел. гос. ун-та. Физика, № 2 (2022) 4—11А. С. Сташевский, В. А. Галиевский, Б. М. Джагаров. Приборы и методы измерений, 2, № 1 (2011) 25А. Гордон, Р. Форд. Спутник химика, Москва, Мир (1976)К. Н. Каплевский, М. П. Самцов, А. С. Сташевский, В. А. Галиевский, Д. С. Тарасов, Е. С. Воропай. Вестн. БГУ. Сер.1: Физ. Мат. Информ., № 2 (2012) 7—11А. С. Сташевский, В. А. Галиевский, Б. М. Джагаров. Приборы и методы измерений, 2, № 1 (2011) 25P. K. Frederiksen, S. P. McIlroy, C. B. Nielsen, L. Nikolajsen, E. Skovsen, M. Jørgensen, K. V. Mikkelsen, P. R. Ogilby. J. Am. Chem. Soc., 127 (2005) 255—269, doi: 10.1021/ja0452020К. Н. Каплевский, М. П. Самцов, А. С. Сташевский, В. А. Галиевский, Д. С. Тарасов, Е. С. Воропай. Вестн. БГУ. Сер.1: Физ. Мат. Информ., № 2 (2012) 7—11М. П. Самцов, Е. С. Воропай, К. Н. Каплевский, Д. Г. Мельников. Журн. прикл. спектр., 75, № 5 (2008) 684—693P. K. Frederiksen, S. P. McIlroy, C. B. Nielsen, L. Nikolajsen, E. Skovsen, M. Jørgensen, K. V. Mikkelsen, P. R. Ogilby. J. Am. Chem. Soc., 127 (2005) 255—269, doi: 10.1021/ja0452020М. П. Самцов, Д. С. Тарасов, А. С. Сташевский, К. Н. Каплевский, Е. С. Воропай. Журн. прикл. спектр., 81, № 2 (2014) 219—227M. P. Samtsov, E. S. Voropai, K. N. Kaplevskii, D. G. Mel’nikov. J. Appl. Spectr., 75 (2008) 692—699]Е. С. Воропай, М. П. Самцов, К. Н. Каплевский. Журн. прикл. спектр., 70 (2003) 635―641M. P. Samtsov, D. S. Tarasau, A. S. Stasheuski, K. N. Kaplevsky, E. S. Voropay. J. Appl. Spectr., 81 (2014) 214—221]T. Welton, C. Reichardt. Solvents and Solvent Effects in Organic Chemistry, Weinheim, John Wiley & Sons (2011)E. S. Voropai, M. P. Samtsov, K. N. Kaplevskii. J. Appl. Spectr., 70 (2003) 721—728I. R. Gould, R. H. Young, R. E. Moody, S. J. Farid. Phys. Chem., 95, N 5 (1991) 2068—2080, doi: 10.1021/j100158a031T. Welton, C. Reichardt. Solvents and Solvent Effects in Organic Chemistry, Weinheim, John Wiley & Sons (2011)X. Yang, A. Zaitsev, B. Sauerwein, S. Murphy, G. B. Schuster. J. Am. Chem. Soc., 114, N 2 (1992) 793—794, doi: 10.1021/ja00028a075I. R. Gould, R. H. Young, R. E. Moody, S. J. Farid. Phys. Chem., 95, N 5 (1991) 2068—2080, doi: 10.1021/j100158a031Y. Marcus, G. Hefter. Chem. Rev., 106, N 11 (2006) 4585—4621, doi: 10.1021/cr040087xX. Yang, A. Zaitsev, B. Sauerwein, S. Murphy, G. B. Schuster. J. Am. Chem. Soc., 114, N 2 (1992) 793—794, doi: 10.1021/ja00028a075A. S. Tatikolov, L. A. Shvedova, N. A. Derevyanko, A. A. Ishchenko, V. A. Kuzmin. Chem. Phys. Lett., 190, N 3-4 (1992) 291—297, doi: 10.1016/0009-2614(92)85341-7Y. Marcus, G. Hefter. Chem. Rev., 106, N 11 (2006) 4585—4621, doi: 10.1021/cr040087xA. V. Odinokov, M. V. Bazilevskii, N. Kh. Petrov, A. K. Chibisov, M. V. Alfimov. High Energy Chemistry, 44 (2010) 376—382, doi: 10.1134/S0018143910050048A. S. Tatikolov, L. A. Shvedova, N. A. Derevyanko, A. A. Ishchenko, V. A. Kuzmin. Chem. Phys. Lett., 190, N 3-4 (1992) 291—297, doi: 10.1016/0009-2614(92)85341-7В. А. Кузьмин, А. П. Дарманян, В. И. Широкова, М. А. Альперович, И. И. Левкоев. Изв. АН СССР. Сер. хим., 3 (1978) 581—586A. V. Odinokov, M. V. Bazilevskii, N. Kh. Petrov, A. K. Chibisov, M. V. Alfimov. High Energy Chemistry, 44 (2010) 376—382, doi: 10.1134/S0018143910050048N. Derkaoui, S. Said, Y. Grohens, R. Olier, M. Privat. J. Colloid and Interface Sci., 305 (2007) 330—338, doi: 10.1016/j.jcis.2006.10.008В. А. Кузьмин, А. П. Дарманян, В. И. Широкова, М. А. Альперович, И. И. Левкоев. Изв. АН СССР. Сер. хим., 3 (1978) 581—586B. Heymann, H. Grubmüller. Chem. Phys. Lett., 307, N 5-6 (1999) 425—432, doi: 10.1016/S00092614(99)00531-XN. Derkaoui, S. Said, Y. Grohens, R. Olier, M. Privat. J. Colloid and Interface Sci., 305 (2007) 330—338, doi: 10.1016/j.jcis.2006.10.008Y. Hu, J. Xie, Y. W. Tong, C. H. Wang. J. Control. Rel., 118, N 1 (2007) 7—17, doi: 10.1016/j.jconrel.2006.11.028B. Heymann, H. Grubmüller. Chem. Phys. Lett., 307, N 5-6 (1999) 425—432, doi: 10.1016/S00092614(99)00531-XM. T. Peracchia, C. Vauthier, C. Passirani, P. Couvreur, D. Labarre. Life Sci., 61, N 7 (1997) 749—761, doi: 10.1016/S0024-3205(97)00539-0Y. Hu, J. Xie, Y. W. Tong, C. H. Wang. J. Control. Rel., 118, N 1 (2007) 7—17, doi: 10.1016/j.jconrel.2006.11.028S. D. Li, L. Huang. J. Control. Rel., 145, N 3 (2010) 178—181, doi: 10.1016%2Fj.jconrel.2010.03.016M. T. Peracchia, C. Vauthier, C. Passirani, P. Couvreur, D. Labarre. Life Sci., 61, N 7 (1997) 749—761, doi: 10.1016/S0024-3205(97)00539-0Y. Guo, H. Yuan, W. L. Rice, A. T. Kumar, C. J. Goergen, K. Jokivarsi, L. Josephson. Am. Chem. Soc., 134, N 47 (2012) 19338—19341, doi: 10.1021/ja309085bS. D. Li, L. Huang. J. Control. Rel., 145, N 3 (2010) 178—181, doi: 10.1016%2Fj.jconrel.2010.03.016Y. Guo, H. Yuan, W. L. Rice, A. T. Kumar, C. J. Goergen, K. Jokivarsi, L. Josephson. Am. Chem. Soc., 134, N 47 (2012) 19338—19341, doi: 10.1021/ja309085bY. Guo, H. Yuan, W. L. Rice, A. T. Kumar, C. J. Goergen, K. Jokivarsi, L. Josephson. Am. Chem. Soc., 134, N 47 (2012) 19338—19341, doi: 10.1021/ja309085b

The authors declare that there are no conflicts of interest present.