Generation of Singlet Oxygen by an Indotricarbocyanine Dye with Bulk Substituents in the Structure of the Molecule

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 γ_Δ has a constant value and amounts to γ_Δ=0.031±0.005 for PD1 and γ_Δ=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 γ_Δ=0.022±0.004 at Cdye=2.6 ∙10^-7 M to γ_Δ=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 γ_Δ=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.

1. E. S. Voropai, M. P. Samtsov. J. Appl. Spectr., 65 (1995) 369—377, doi: https://doi.org/10.1007/BF02606495]

2. M. 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—175

3. M. P. Samtsov, E. S. Voropay, K. N. Kaplevsky, D. G. Melnikau, L. S. Lyashenko, Yu. P. Istomin. J. Appl. Spectr., 76 (2009) 547—553]

4. A. A. Ishchenko, A. T. Syniugina. Theor. Exp. Chem., 58 (2023) 373—401, doi: 10.1007/s11237-02309754-9

5. D. M. Dereje, C. Pontremoli, M. J. Moran Plata, S. Visentin, N. Barbero. Photochem. Photobiol. Sci., 21 (2022) 397—419, doi: 10.1007/s43630-022-00175-6

6. N. Lange, W. Szlasa, J. Saczko, A. Chwiłkowska. Pharmaceutics, 13 (2021) 818, doi: 10.3390/pharmaceutics13060818

7. S. 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.2018.07.049

8. E. S. Voropai, M. P. Samtsov, K. N. Kaplevskii, A. A. Lugovskii, E. N. Alexandrova.

9. J. Appl. Spectr., 71 (2004) 180—186

10. M. 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]

11. A. 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.2015.10.008

12. 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—40

13. М. 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—26

14. Н. В. Белько, М. П. Самцов, Д. С. Тарасов. Журн. Бел. гос. ун-та. Физика, № 3 (2020) 17—23

15. Д. С. Тарасов, М. П. Самцов, Н. Н. Красноперов. Журн. Бел. гос. ун-та. Физика, № 2 (2022) 4—11

16. А. Гордон, Р. Форд. Спутник химика, Москва, Мир (1976)

17. А. С. Сташевский, В. А. Галиевский, Б. М. Джагаров. Приборы и методы измерений, 2, № 1 (2011) 25

18. 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—11

19. P. 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/ja0452020

20. M. P. Samtsov, E. S. Voropai, K. N. Kaplevskii, D. G. Mel’nikov. J. Appl. Spectr., 75 (2008) 692—699]

21. M. P. Samtsov, D. S. Tarasau, A. S. Stasheuski, K. N. Kaplevsky, E. S. Voropay. J. Appl. Spectr., 81 (2014) 214—221]

22. E. S. Voropai, M. P. Samtsov, K. N. Kaplevskii. J. Appl. Spectr., 70 (2003) 721—728

23. T. Welton, C. Reichardt. Solvents and Solvent Effects in Organic Chemistry, Weinheim, John Wiley & Sons (2011)

24. I. R. Gould, R. H. Young, R. E. Moody, S. J. Farid. Phys. Chem., 95, N 5 (1991) 2068—2080, doi: 10.1021/j100158a031

25. X. Yang, A. Zaitsev, B. Sauerwein, S. Murphy, G. B. Schuster. J. Am. Chem. Soc., 114, N 2 (1992) 793—794, doi: 10.1021/ja00028a075

26. Y. Marcus, G. Hefter. Chem. Rev., 106, N 11 (2006) 4585—4621, doi: 10.1021/cr040087x

27. A. 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)85341-7

28. A. V. Odinokov, M. V. Bazilevskii, N. Kh. Petrov, A. K. Chibisov, M. V. Alfimov. High Energy Chemistry, 44 (2010) 376—382, doi: 10.1134/S0018143910050048

29. В. А. Кузьмин, А. П. Дарманян, В. И. Широкова, М. А. Альперович, И. И. Левкоев. Изв. АН СССР. Сер. хим., 3 (1978) 581—586

30. N. Derkaoui, S. Said, Y. Grohens, R. Olier, M. Privat. J. Colloid and Interface Sci., 305 (2007) 330—338, doi: 10.1016/j.jcis.2006.10.008

31. B. Heymann, H. Grubmüller. Chem. Phys. Lett., 307, N 5-6 (1999) 425—432, doi: 10.1016/S00092614(99)00531-X

32. Y. Hu, J. Xie, Y. W. Tong, C. H. Wang. J. Control. Rel., 118, N 1 (2007) 7—17, doi: 10.1016/j.jconrel.2006.11.028

33. M. T. Peracchia, C. Vauthier, C. Passirani, P. Couvreur, D. Labarre. Life Sci., 61, N 7 (1997) 749—761, doi: 10.1016/S0024-3205(97)00539-0

34. S. D. Li, L. Huang. J. Control. Rel., 145, N 3 (2010) 178—181, doi: 10.1016%2Fj.jconrel.2010.03.016

35. Y. 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