Анотація до роботи:

Татарець А.Л. Органічні люмінофори на основі похідних квадратної кислоти. — Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.03 — органічна хімія. Фізико-хімічний інститут ім. О.В.Богатського НАН України, Одеса, 2008.

Проведено систематичне дослідження та з'ясовано закономірності перебігу реакцій дибутилскварату і 3-бутокси-4-(2,3-дигідрогетариліденметил)-3-циклобутен-1,2-діонів (моносквараїнів) з CH-кислотами, азотвмісними гетероциклічними метиленовими основами, ціанамідом і тіонуючими агентами. Розроблено препаративні методи синтезу та одержано нові моносквараїни і сквараїни симетричної і несиметричної будови, в яких атом кисню циклобутенонового фрагменту заміщено диціанометиленовою, ціаноцтовою, нітрооцтовою, 1,3-індандіоновою, барбітуровою, тіобарбітуровою, ціанамідною групами або атомом сірки. Встановлено більш високу реакційну здатність похідних моносквараїнів у порівнянні з квадратною кислотою та дибутилскваратом, що надало можливості вперше синтезувати сквараїнові барвники з бензоксазольним, 5-арил-1,3-оксазольним і 5-арил-1,3,4-оксадіазольним фрагментами. Вивчено зв'язок спектрально-люмінесцентних та інших фотофізичних властивостей сквараїнів і моносквараїнів з їх молекулярною будовою. Вперше знайдено реакцію фотоіндукованого гідролізу тіосквараїнів, яка дозволила розробити флуоресцентні матеріали з підвищеною стабільністю спектральних характеристик до дії світла. Створено нові перспективні флуоресцентні зонди і мітчики з поліпшеними експлуатаційними характеристиками, що захищені патентами та застосовані для вирішення актуальних медико-біологічних завдань.

Вирішено наукові завдання щодо з'ясування закономірностей перебігу реакцій похідних квадратної кислоти з C-, N- и S-нуклеофілами — CH-кислотами, гетероциклічними азотвмісними метиленовими основами, ціанамідом і тіонуючими агентами. Розроблено препаративні методи синтезу сквараїнових і моносквараїнових барвників, у том числі з заміщеним циклобутеноновим атомом кисню. Встановлено зв'язок між їх фотофізичними властивостями та молекулярною будовою. На основі одержаних результатів створено нові флуоресцентні зонди та мітчики з поліпшеними характеристиками, що були захищені патентами та застосовані для вирішення актуальних медико-біологічних завдань.

1. Дибутилскварат у присутності азотистих основ конденсується з СН-кислотами з утворенням 3-заміщених 4-оксо-1-циклобутен-1-олатів сольової будови. Швидкість реакції зростає в ряду: нітрооцтовий естер < барбітурова кислота » тіобарбітурова кислота < ціаноцтовий естер < 1,3-індандіон < малононітрил. Взаємодія дибутилскварату з еквімолярною кількістю гетероциклічної метиленової основи (основи Фішера та кватернізованих індоленінів, 2-метилбензтіазолу і хінальдіну) приводить до утворення 3-бутокси-4-(2,3-дигідрогетариліденметил)-3-циклобутен-1,2-діонів (моносквараїнів).

2. Моносквараїни конденсуються з CH-кислотами та ціанамідом з заміщенням карбонільного атома кисню в положенні 1 та утворенням похідних моносквараїнів. Швидкість реакції зростає в ряду: барбітурова кислота < нітрооцтовий естер < ціанамід < 1,3-індандіон < ціаноцтовий естер < малононітрил. Моносквараїни є менш реакційноздатними по відношенню до цих CH-кислот, ніж дибутилскварат, але легше реагують з гетероциклічними метиленовими основами. Тіонування моносквараїнів пентасульфідом фосфору приводить до заміщення циклобутенонового атома кисню в положенні 2, тоді як при тіонуванні гідросульфідом натрію заміщується бутоксильна група.

3. Препаративним методом синтезу заміщених сквараїнів є конденсація 1-заміщених моносквараїнів або 3-заміщених 4-оксо-1-циклобутен-1-олатів відповідно з одним або двома еквівалентами гетероциклічних метиленових основ. Реакції 1,2-дитіоквадратної та тетратіоквадратної кислот з гетероциклічними метиленовими основами є загальним методом синтезу монотіо- і дитіосквараїнів, що на відміну від прямого тіонування оксосквараїнів дозволяє синтезувати практично важливі тіосквараїни з карбоксильними групами. 1,3-Дитіоквадратна кислота реагує переважно по атомах сірки та утворює оксосквараїни.

4. Четвертинні солі 2-метилбензоксазолу, 2-метил-5-арил-1,3-оксазолів і 2-метил-5-арил-1,3,4-оксадіазолів не реагують з квадратною кислотою, дибутилскваратом і 3-заміщеними 4-оксо-1-циклобутен-1-олатами, але конденсуються з моносквараїнами та 1-заміщеними моносквараїнами, що дозволило вперше синтезувати сквараїни з азольними фрагментами. Альдегід Фішера і 2-(3,3-диметил-3H-2-індоліл)ацетонітрил не реагують з дибутилскваратом і 3-заміщеними 4-оксо-1-циклобутен-1-олатами, але при кип'ятінні з квадратною кислотою у суміші 1-бутанол — толуол ціанопохідне утворює оксосквараїн з нітрильними групами в поліметиновому ланцюзі, а альдегід Фішера дає оксосквараїн з елімінуванням формільних груп.

5. Сквараїни і моносквараїни є ефективними барвниками і люмінофорами, що перекривають спектральний діапазон від зеленої до ближньої ІЧ області. Вони мають високі коефіцієнти екстинкції (до 265000 M^–1см^–1) і квантові виходи флуоресценції (до 80%) у неполярних і слабополярних розчинниках. Заміщення циклобутенонового атому кисню приводить до довгохвильового зсуву максимумів поглинання та флуоресценції. У залежності від будови термінальних гетероциклів довгохвильовий зсув збільшується в ряду: 5-арил-1,3,4-оксадіазол < 5-арил-1,3-оксазол < бензоксазол < індоленін < бензтіазол < 5-нітроіндоленін. Сквараїни з заміщеним циклобутеноновим атомом кисню, на відміну від відкритоланцюгових ціанінів та оксосквараїнів, мають короткохвильову смугу поглинання, пов'язану з електронними переходами на центральному фрагменті. Це робить їх придатними для збудження не тільки червоними, але ще й синіми та ультрафіолетовими джерелами світла.

6. Квантові виходи і часи життя флуоресценції сквараїнів у водних середовищах, як правило, нижчі ніж для ціанінів з відкритим ланцюгом. Але на відміну від відкритоланцюгових ціанінів ці характеристики значно зростають при ковалентному та нековалентному зв'язуванні з біологічними макромолекулами. Збільшення кількості сульфогруп приводить до зростання квантових виходів та часів життя флуоресценції сквараїнів та їх кон'югатів з протеїнами. Константи стабільності нековалентних комплексів, що описують спорідненість барвників до протеїнів, зростають в ряду: оксо- < тіо- < диціанометиленові сквараїни та знижуються зі збільшенням кількості сульфогруп в молекулі.

7. Сквараїнові барвники більш стійкі до дії світла, ніж відповідні ціаніни з відкритим ланцюгом. Тіосквараїни у процесі фотогідролізу перетворюються на оксосквараїни, що мають більш яскраве світіння. Це дозволяє використати їх для створення матеріалів з високою фотостабільністю спектральних характеристик у процесі експлуатації.

Основний зміст дисертації викладено у роботах:

1. Zubatyuk R. I. 4-Dimethylaminopyridinium 2-butoxy-3-dicyanomethylene-4-oxo-1-cyclobuten-1-olate / R. I. Zubatyuk, V. N. Baumer, A. L. Tatarets, L. D. Patsenker, O. V. Shishkin // Acta Crystallographica Section E. — 2004. — V. 60. — P. o2252–o2254. (Здобувачем здійснено синтез та проаналізовано молекулярну будову сполук).

2. Tatarets A. L. Synthesis of novel squaraine dyes and their intermediates / A. L. Tatarets, I. A. Fedyunyaeva, E. Terpetschnig, L. D. Patsenker // Dyes and Pigments. — 2005. — Vol. 64, No. 2. — P. 125–134. (Виконано всю синтетичну роботу).

3. Шишкина С. В. Молекулярная и кристаллическая структура 3-бутокси-4-(1,3,3-триметил-2,3-дигидро-1Н-2-индолилиденметил)-3-циклобутен-1,2-диона и его тиоаналога / С. В. Шишкина, В. Н. Баумер, О. В. Шишкин, А. Л. Татарец, Л. Д. Паценкер // Журнал структ. хим. — 2005. — Т. 46, №1. — С. 156–160. (Синтезовано зазначені сполуки та проаналізовано їх будову).

4. Tatarets A. L. Synthesis of water-soluble, ring-substituted squaraine dyes and their evaluation as fluorescent probes and labels / A. L. Tatarets, I. A. Fedyunyayeva, T. S. Dyubko, Ye. A. Povrozin, A. O. Doroshenko, E. A. Terpetschnig, L. D. Patsenker // Anal. Chim. Acta. — 2006. — Vol. 570, No. 2. — P. 214–223. (Синтез, дослідження спектральних властивостей та обговорення результатів).

5. Nizomov N. Spectral-luminescent study of interaction of squaraine dyes with biological substances / N. Nizomov, Z. F. Ismailov, Sh. N. Nizamov, M. K. Salakhitdinova, A. L. Tatarets, L. D. Patsenker , G. Khodjayev // J. Mol. Struct. — 2006. — Vol. 788, No. 1–3. — P. 36–42. (Виконано всю синтетичну роботу; аналіз результатів).

6. Ioffe V. M. A new fluorescent squaraine probe for the measurement of membrane polarity / V. M. Ioffe, G. P. Gorbenko, Ye. A. Domanov, A. L.Tatarets, L. D. Patsenker, E. A. Terpetsching, T. S. Dyubko // Journal of Fluorescence. — 2006. — V. 16, No. 1. — P. 47–52. (Виконано всю синтетичну роботу; участь в обговоренні результатів).

7. Ioffe V. M. Examining protein-lipid interactions in model systems with a new squarylium fluorescent dye / V. M. Ioffe, G. P. Gorbenko, A. L. Tatarets, L. D. Patsenker, E. A. Terpechnig // Journal of Fluorescence. — 2006. — V. 16, No. 4. — P. 547–554. (Виконано всю синтетичну роботу).

8. Volkova K. D. Spectroscopic study of squaraines as protein-sensitive fluorescent dyes / K. D. Volkova, V. B. Kovalska, A. L. Tatarets, L. D. Patsenker, D. V. Kryvorotenko, S. M. Yarmoluk // Dyes and Pigments. — 2007. — Vol. 72, No. 3. — P. 285–292. (Виконано всю синтетичну роботу; участь у спектральних дослідженнях).

9. Ioffe V. M. Tracing lysozyme-lipid interaction with long-wavelength squaraine dyes / V. M. Ioffe, G. P. Gorbenko, P. K. J. Kinnunen, A. L. Tatarets, O. S. Kolosova, L. D. Patsenker, E. A. Terpetschnig, T. S. Dyubko // Journal of Fluorescence. — 2007. — V. 17, No. 1. — P. 65–72. (Виконано всю синтетичну роботу; аналіз результатів).

10. Пат. PCT/US03/10995, МПК⁷ C07D. Dyes and fluorescent compounds / E. A. Terpetschnig, L. Patsenker, A. Tatarets, I. Fedyunyaeva, I. Borovoy – № WO 03/087052 A2 ; заявл. 10.04.2003 ; опубл. 23.10.2003.

11. Пат. 10/724580 США, C12Q 1/68, C07D 213/46. Luminescent compounds / E. A. Terpetschnig, L. D. Patsenker, A. Tatarets – № US 2004/0166515 A1 ; заявл. 28.11.2003 ; опубл. 26.08.2004.

12. Пат. 10/986446 США, G01N 33/00. Luminescent Compounds / E. A. Terpetschnig, A. Tatarets, O. Galkina, I. Fedyunyaeva, L. Patsenker – № US 2005/0202565 A1 ; заявл. 10.11.2004 ; опубл. 15.09.2005.

13. Пат. 10/724580 США, C07D 215/12, C07H 19/04. Luminescent Compounds / E. A. Terpetschnig, L. Patsenker, A. Tatarets; Заявитель и патентообладатель E. A. Terpetschnig. – № US 7250517 B2 ; заявл. 28.11.2003 ; опубл. 31.07.2007.

14. Татарец А. Л. Исследование взамодействия дибутилскварата с CH кислотами / А. Л. Татарец // Сучасні проблеми матеріалознавства : 1 Регіональна конф. молодих вчених, 27–29 травня 2002 р. : тези доп. — Харків, 2002. — С. 24.

15. Татарец А. Л. Реакционная способность некоторых производных квадратной кислоты / А. Л. Татарец, О. Ю. Замигайло // Сучасні проблеми хімії : 4 Всеукр. наукова конф. студентів та аспірантів, 21–22 травня 2003 р. : тези доп. — Київ, 2003. — С. 127–128.

16. Татарец А. Л. Тионированные скварилиевые красители / А. Л. Татарец, И. А. Федюняева // Сучасні питання матеріалознавства : Відкрита всеукр. конф. молодих вчених та науковців, 9–13 вересня 2003 р. : тези доп. — Харків, 2003. — С. 58.

17. Tatarets A. L. Interaction of nitrogen containing heterocyclic methylene bases with squaric acid derivatives / A. L. Tatarets, I. A. Borovoy, L. D. Patsenker // Chemistry of Nitrogen Containing Heterocycles CNCH-2003 : Internat. Conf., 30 September – 3 October 2003 : abstracts — Kharkiv, 2003. — P. 135.

18. Татарец А. Л. Новые скварилиевые красители с заместителями в циклобутеновом фрагменте / А. Л. Татарец, И. А. Федюняева, О. С. Галкина, Э. А. Терпечниг, Л. Д. Паценкер // 20 Укр. конф. з орган. хімії, 20–24 верес. 2004 р. : тези доп. — Одеса, 2004. — Т. 2. — С. 578.

19. Nizomov N. Influence of the nature of solvent on photostability of squaraine dyes / N. Nizomov, E. N. Kurtaliev, Sh. N. Nizomov, B. M. Krasovitskii, L. D. Patsenker, A. L. Tatarets , I. A. Fedyunyayeva // 8 Internat. Conf. on Solar Energy and Applied Photochemistry SOLAR'05, 20–25 February 2005 : abstracts — Luxor (Egypt), 2005. — P. 93–94.

20. Tatarets A. L. New Monosquaraine dyes as fluorescent probes and labels for biological macromolecules / A. L. Tatarets, L. D. Patsenker, Ye. A. Povrozin, I. A. Fedyunyayeva // Methods and Applications of Fluorescence MAF9 : 9 Internat. Conf., 4–7 September 2005 : abstracts — Lisbon (Portugal), 2005. — P. 242.

21. Федюняева И. А. Влияние природы гетероциклического фрагмента на спектральные свойства несимметричных скварилиевых красителей / И. А. Федюняева, А. Л. Татарец, О. С. Колосова, Ю. А. Кудрявцева, И. Г. Ермоленко, Л. Д. Паценкер // Международ. конф. по химии гетероциклических соед., 17–21 окт. 2005 г. : тезисы докл. — М., 2005. — С. 335.

22. Nizomov N. Photonics of squaraine dyes molecules / N. Nizomov, Z. F. Ismailov, Sh. N. Nizamov, L. D. Patsenker, A. L. Tatarets, I. A. Fedyunyaeva, G. Khodjaev // Current developments in atomic, molecular and optical physics with applications : 2 Internat. Conf., 21–23 March 2006 : abstracts — New Delhi (India), 2006. — P. 89.

23. Татарец А. Л. Спектрально-люминесцентные свойства скварилиевых красителей с заместителями в циклобутеновом фрагменте / А. Л. Татарец, И. А. Федюняева, Л. Д. Паценкер, С. У. Хабусева // 3 международ. конф. по молекулярной спектроскопии, 29–31 мая 2006 г. : тезисы докл. — Самарканд (Узбекистан), 2006. — С. 76–77.

24. Tatarets A. Thiosquarylium Dyes as High-Photostable Biomedical Markers / A. Tatarets, O. Kolosova, Ye. Povrozin, E. Obukhova, I. Fedyunyayeva, E. Terpetschnig, L. Patsenker // Photonics North : Internat. Conf., 4–6 June 2007 : abstracts — Ottawa (Canada), 2007. — P. 83.

25. Tatarets A. Spectral properties of long-wavelength dicyanomethylene-squarylium dyes / A. Tatarets, S. Khabuseva, E. Terpetschnig, L. Patsenker // Modern physical chemistry for advanced materials : Internat. Conf., 26–30 June 2007 : abstracts — Kharkiv, 2007. — P. 351–352.

26. Tatarets A. Dicyanomethylene squarylium dyes as the red and near-infrared fluorescent probes for proteins and cell / A. Tatarets, L. Patsenker, S. Khabuseva, E. Terpetschnig // Methods and Applications of Fluorescence MAF10 : 10 Internat. Conf., 9–12 September 2007 : abstracts — Salzburg (Austria), 2007. — P. 149.

27. Татарец А. Л. Синтез и свойства люминофоров на основе квадратной кислоты / А. Л. Татарец, О. С. Колосова, И. А. Федюняева, Е. Н. Обухова, Л. Д. Паценкер // 21 Укр. конф. з орган. хімії, 1–5 жовтня 2007 р. : тези доп. — Чернигів, 2007. — С. 64.