Фундаментальные аспекты гомолитического разрыва слабых ковалентных связей в прекурсорах радикалов под действием света

Общая характеристика работы 4
Глава I. Литературный обзор. Методы инициации гомолитического разрыва связи C-ON в алкоксиаминах 10
1.1. Физическая активация 11
1.1.1. Термическое воздействие 11
1.1.2. Электрическая активация 21
1.1.2.1. Электростатическая активация 21
1.1.2.2. Электрохимическая активация 22
1.1.3. Фото-инициирование 24
1.1.3.1. Ультрафиолетовое излучение 24
1.1.3.2. Энергия плазмонного резонанса 27
1.2. Химическая активация 28
1.2.1. Протонирование/депротонирование 28
1.2.2. Активация дополнительной химической модификацией 29
1.2.3. Нековалентные взаимодействия 31
1.2.4. Активация одноэлектронным переносом 31
1.3. Биологическая активация 33
Глава 2. Гомолитический разрыв слабых ковалентных связей в реакциях образования нитроксидных, алкильных и вердазильных радикалов 36
2.1. 2,4,5,6-замещенные-4,5-дигидро-1,2,4,5-тетразинан-3(2H)-оны как источник вердазильных и углерод-центрированных радикалов 36
Синтез алкилированных вердазильных радикалов AlkVz 37
Термо-инициируемый гомолиз C-N связи в алкилвердазилах 39
Контролируемая радикальная вердазил-опосредованная полимеризация стирола (VMP) 45
Фото-инициируемый гомолиз C-N связи в алкилвердазилах 51
Алкилированные вердазильные радикалы как новые агенты фотодинамической терапии 58
2.2. Плазмонный резонанс как новый эффективный метод инициирования гомолиза 62
Глава 3. Экспериментальная часть 82
3.1. Синтез 2,4,5,6-замещенных-4,5-дигидро-1,2,4,5-тетразин-3(2H)-онов (AlkVz) 2.1 83
3.2. Исследование вердазил-опосредованной полимеризации стирола 89
3.3. Исследование 2,4,5,6-замещенных-4,5-дигидро-1,2,4,5-тетразин-3(2H)-онов в качестве агентов фотодинамической терапии 91
3.4. Синтез алкоксиаминов 93
3.5. Синтез AuNPs-C6H4-С4Н9 и исследование их поверхности 96
3.6. Кинетические исследования 96
Выводы 98
Список сокращений 99
Список литературы 101
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Термо-инициируемый гомолиз 2,4,5,6-замещенных-4,5-дигидро-1,2,4,5-тетразин-3(2H)-онов 2.1а-в 120
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Фото-инициируемый гомолиз 2,4,5,6-замещенных-4,5-дигидро-1,2,4,5-тетразин-3(2H)-онов 2.1а-в 121
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Фото-инициируемая деградация 6-оксовердазильных радикалов 2.5а-в 122
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Циклические вольтамперограммы алкоксиаминов 123
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Плотности состояний после гибридизации алкоксиаминов с уровнем Ферми золотых наночастиц 124

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность исследования заключается в том, что контролируемое образование радикалов через разрыв ковалентных связей является важным для различных областей, начиная от создания новых полимерных материалов до терапии онкологических и инвазивных заболеваний. Молекулы-прекурсоры, состоящие из стабильного органического радикала и высокореакционного углерод-центрированного радикала, связанных слабой ковалентной связью, имеют значительное значение. Даже тонкие изменения в структуре и электронных свойствах этих молекул могут существенно влиять на скорость высвобождения радикалов. Поэтому на этапе планирования синтеза важно определить тип функциональных групп и порядок их сборки для активации или ингибирования гомолиза.

Изучение термо- и фото-инициированного гомолиза связи C-ON в алкоксиаминах позволяет использовать их в контролируемой радикальной полимеризации и в качестве перспективных тераностических агентов. Однако реакционная способность аналогичных соединений недостаточно изучена, что стимулирует глубокое фундаментальное изучение процессов синтеза и структурных особенностей новых прекурсоров радикалов, а также установление связи между структурой и скоростью гомолиза.

Важным аспектом реакции гомолиза является метод инициирования, определяющий механизм процесса. Поиск новых методов инициирования открывает новые перспективы использования радикальных прекурсоров в различных областях с учетом требований устойчивого развития. Для разработки новых методов гомолитического разрыва связей важен механизм процесса, который связывает свойства новых молекул с фундаментальными основами метода инициирования.

Таким образом, дизайн новых молекул с лабильными связями, их синтез, исследование свойств и разработка новых методов гомолитического разрыва связей являются актуальной и перспективной областью химической науки.

Существующие исследования, на начало 2019 года, по большей части, сосредоточены на алкоксиаминах как наиболее изученном классе соединений, способных генерировать стабильные радикалы через гомолиз слабой ковалентной связи. Они нашли широкое применение как инициаторы для нитроксид-опосредованной полимеризации и в качестве тераностических агентов. Однако другие классы соединений, способные к аналогичным превращениям, изучены недостаточно. Также на сегодняшний день методы инициирования гомолиза основаны преимущественно

Весь текст будет доступен после покупки

Глава I. Литературный обзор
Методы инициации гомолитического разрыва связи C-ON в алкоксиаминах
Алкоксиамины 1 (R1R2NOR3) - это соединения, известные с начала XX века, но долгое время они вызывали лишь академический интерес. Однако, с открытием нитроксид-опосредованной полимеризации (NMP) в 1986 году группой Rizzardo и др., этот класс соединений снова стал предметом внимания исследователей. Основное значение алкоксиаминов как инициаторов контролируемой полимеризации заключается в их способности обратимо гомолизоваться по связи C-ON при воздействии внешних стимулов, что приводит к образованию нитроксида 1.2 и углерод-центрированного радикала 1.3 (Схема 1.1).

Возможность контролировать константы скорости реакций гомолиза (kd) и рекомбинации (kc) путем изменения химической структуры нитроксильных и алкильных фрагментов привела к значительному увеличению работ, посвященных разработке методов синтеза алкоксиаминов и анализу параметров, влияющих на кинетику гомолиза и полимеризации. Обнаруженные закономерности и свойства позволили разработать новые виды NMP, использовать алкоксиамины в борьбе с онкологическими и инвазионными заболеваниями, в качестве тераностических агентов, применить их для самоорганизации микро- и наночастиц различного типа, а также для создания кодирующих полимеров.

Степень применения алкоксиаминов в качестве источников нитроксильных и алкильных радикалов расширена не только за счет изменения структуры молекулы, но и за счет поиска новых методов инициации. Так, гомолиз может быть активирован различными химическими, физическими и биологическими методами. Настоящий обзор посвящен анализу способов инициации гомолитического разрыва связи C-ON в алкоксиаминах, где будут рассматриваться механизмы воздействия внешнего стимула на молекулу, а также основные факторы, влияющие на скорость образования радикалов.

Весь текст будет доступен после покупки

(1) Lauder W. Jones and Randolph Thomas Major. SUBSTITUTED O-ALKYL HYDROXYLAMINES CHEMICALLY RELATED TO MEDICINALLY VALUABLE AMINES. J. Am. Chem. Soc. 1927, 49 (6), 1527–1540. https://doi.org/10.1021/ja01405a021.
(2) Solomon, D. H. .; Rizzardo, E. .; Cacioli, P. European Patent Application EP135280, 1985. EP135280, 1985.
(3) Solomon, D. H.; Rizzardo, E.; Cacioli, P. U.S. Patent US4,581,429. US4,581,429, 1986.
(4) Moad, G.; Rizzardo, E. Nitroxide Mediated Polymerization: From Fundamentals to Applications in Materials Science; 2016.
(5) Nicolas, J.; Guillaneuf, Y.; Bertin, D.; Gigmes, D.; Charleux, B. Nitroxide-Mediated Polymerization. Polym. Sci. A Compr. Ref. 10 Vol. Set 2012, 3 (1), 277–350. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53349-4.00069-8.
(6) Nesvadba, P. N-Alkoxyamines: Synthesis, Properties, and Applications in Polymer Chemistry, Organic Synthesis, and Materials Science. Chimia (Aarau). 2006, 60 (12), 832–840. https://doi.org/10.2533/chimia.2006.832.
(7) Blinco, J. P., Bottle, S. E., Fairfull-Smith, K. E., Simpson, E., Thomas, K. Synthesis of Nitroxides and Alkoxyamines. In Nitroxide Mediated Polymerization; From Fundamentals to Applications in Materials Science; Gigmes, D., Ed.; Royal Society of Chemistry, 2015; pp 114–152. https://doi.org/10.1039/9781782622635-FP001.
(8) Bagryanskaya, E. G.; Marque, S. R. Kinetic Aspects of Nitroxide Mediated Polymerization. In Journal of Education and Learning; Didier Gigmes, Ed.; Royal Society of Chemistry, 2015; pp 45–113. https://doi.org/10.1039/9781782622635.
(9) Bagryanskaya, E. G.; Marque, S. R. A. Scavenging of Organic C-Centered Radicals by Nitroxides. Chem. Rev. 2014, 114 (9), 5011–5056. https://doi.org/10.1021/cr4000946.
(10) Lichun, L.; Hamer, G. K.; Georges, M. K. A Quantitative 1H NMR Method for the Determination of Alkoxyamine Dissociation Rate Constants in Stable Free Radical Polymerization. Application to Styrene Dimer Alkoxyamines. Macromolecules 2006, 39 (26), 9201–9207. https://doi.org/10.1021/ma061700c.

Весь текст будет доступен после покупки