Дизайн і синтез багатоканальних флуоресцентних зондів
д.х.н., проф. Пивоваренко Василь Георгійович
Науковий напрямок – "Дизайн і синтез багатоканальних флуоресцентних зондів" був створений на кафедрі В.Г. Пивоваренком у 1994 році. Стратегія напрямку: дизайн сполук з багатосмуговою флуоресценцією, які б при зміні природи молекул оточення могли б максимально змінювати параметри флуоресценції (положення та інтенсивності смуг тощо). У такому разі параметри флуоресценції є окремими каналами для реєстрації подій в об’єкті на молекулярному рівні.
Вже перша синтезована сполука 4’-(15-азакраун-5)-3-гідроксифлавон (1) показазала унікальні сенсорні властивості – здатність у розчині ацетонітрилу розрізяти катіони різного радіусу (H+, Mg2+ та Ba2+), даючи різну флуоресцентну відповідь при зв’язуванні катіону одним з трьох наявних рецепторів. Друга сполука – біс-краункетоціанін (2) не лише могла розрізняти ці катіони, але й додатково демонструвала рекордні за величиною зсуви смуг металокомплексів у спектрах поглинання та флуоресценції. Надалі синтезовані представники 3-гідроксифлавонів та кетоціанінів були використані у дослідженнях міжмолекулярних взаємодій у розчинах та в ліпідних мембранах. Для кетоціанінів була показана можливість флуориметричної детекції водневих комплексів з однією та двома молекулами донора водневого зв’язку (ДВЗ), а для 3-гідроксифлавонів – можливість флуориметричного визначення концентрації ДВЗ. Крім того, було синтезовано сполуку (3), яка нечутлива до ДВЗ і цим надає можливість флуориметричного визначення рівня полярності середовища, створеного неспецифічними взаємодіями у розчині. Вирішення такої складної задачі стало можливим лише завдяки застосуванню багатоканальних флуоресцентних зондів.
Серед інших розробок – широкодіапазонні флуоресцентні рН-індикатори (4, 5, кожний - для вимірів рН розчину від 3 до 11), єдиний з відомих флуорофор з трьома макроциклічними рецепторами катіонів (6), зонд для дослідження дипольного потенціалу ліпідної мембрани (7) та нещодавно відкрита можливість вирішення нової задачі – виміру сили акцепторів водневого зв’язку в органічному середовищі на основі флуоресцентних властивостей 3-гідроксихінолонів 8 та 9. Останнім часом все більше уваги приділяється флуоресцентному міченню пептидів та білків розробленими ультрачутливими барвниками (10, 11), що дозволяє отримувати нову інформацію про взаємодії типу пептид-пептид, пептид-білок та пептид-нуклеїнова кислота. Головним же досягненням напрямку слід вважати відкриття можливості вибіркової детекції аденозинтрифосфату (АТФ) у водних розчинах з допомогою флуоресцентних зондів на основі 3-гідроксифлавону (сполуки 1, 5, 7 та ін.) – навіть у присутності інших близьких за будовою аніонів, таких як АДФ, АМФ, ГТФ, УТФ, ІТФ тощо.
Наукова група має тісні і численні контакти з дослідниками наукових установ України та інших країн. Як наслідок – окремі випускники (студенти, аспіранти, постдоки) хімічного факультету працюють у кращих наукових установах світу. Серед них: А.С. Климченко, Д.А. Ющенко, В.В. Швадчак, В.Ю. Поступайленко, О.А. Кучерак, Д.М. Дзюба.
Вже перша синтезована сполука 4’-(15-азакраун-5)-3-гідроксифлавон (1) показазала унікальні сенсорні властивості – здатність у розчині ацетонітрилу розрізяти катіони різного радіусу (H+, Mg2+ та Ba2+), даючи різну флуоресцентну відповідь при зв’язуванні катіону одним з трьох наявних рецепторів. Друга сполука – біс-краункетоціанін (2) не лише могла розрізняти ці катіони, але й додатково демонструвала рекордні за величиною зсуви смуг металокомплексів у спектрах поглинання та флуоресценції. Надалі синтезовані представники 3-гідроксифлавонів та кетоціанінів були використані у дослідженнях міжмолекулярних взаємодій у розчинах та в ліпідних мембранах. Для кетоціанінів була показана можливість флуориметричної детекції водневих комплексів з однією та двома молекулами донора водневого зв’язку (ДВЗ), а для 3-гідроксифлавонів – можливість флуориметричного визначення концентрації ДВЗ. Крім того, було синтезовано сполуку (3), яка нечутлива до ДВЗ і цим надає можливість флуориметричного визначення рівня полярності середовища, створеного неспецифічними взаємодіями у розчині. Вирішення такої складної задачі стало можливим лише завдяки застосуванню багатоканальних флуоресцентних зондів.