Анотація до роботи:

Климченко А.С. Флуоресцентні зонди на основі 3-гідроксихромону: синтез, вивчення спектральних і сенсорних властивостей, випробування в моделях біологічних систем. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.10 – біоорганічна хімія. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2003.

На основі 3-гідроксихромонів (3ГХ) створена нова генерація двосмугових флуоресцентних зондів, які функціонують за принципом внутрішньомолекулярного фотопереносу протону. Удосконалено метод синтезу 3ГХ, завдяки чому одержано нові флуоресцентні барвники – похідні 3-гідроксифлавону та 2-[бензо[d]фуран-2-іл]-3-гідроксихромону, в яких варіюється довжина хромофору та p-донорність замісників з протилежних його боків. У порівнянні з усіма відомими 3ГХ, нові сполуки характеризуються найбільш довгохвильовими поглинанням і емісією, та рекордними квантовими виходами. Показано шляхи направленої регуляції двосмугової емісії 3ГХ. Похідні 3ГХ запропоновані як багатофункціональні зонди для вивчення одночасно декількох параметрів мікрооточення: полярності, електронної поляризованості та протонодонорності. Показано шляхи направленої регуляції чутливості зондів до певного діапазону полярності. Стеричне екранування 4-карбонілу в 3ГХ забезпечує виключення ефекту протонодонорності середовища, що є новою методологією в створенні селективних зондів полярності. Випробування у обернених міцелах показали, що 3ГХ зонди мають рекордну чутливість до змін параметрів мікрогетерогенного середовища. На основі 3ГХ розроблені нові біомембранні зонди з певною локалізацією у ліпідному бішарі в залежності від якої вони демонструють різну чутливість до поверхневого заряду та структурної неоднорідності гідрофобної області мембрани.

1) Удосконалено метод синтезу 3-гідроксихромонів (3ГХ), що дозволило отримати недоступні раніше сполуки даного класу за короткий час і з задовільними виходами.

2) Розроблено нові двосмугові флуоресцентні барвники, що діють за принципом фотопереносу протону: 2-[бензо[d]фуран-2-іл]-3-гідроксихромони, 2-арил-3-гідроксифуро[3,2-g]хромони та 2-арил-3-гідроксибензо[f]хромони. У порівнянні з відомими хромонами, нові сполуки характеризуються найбільш довгохвильовими поглинанням та емісією, а також найвищими квантовими виходами емісії.

3) Показано, що зміною довжини хромофору молекули 3-гідроксихромону та положення p-донорних замісників у ній можна направлено регулювати позиції та співвідношення інтенсивностей смуг кожного з таутомерів у спектрі флуоресценції. Квантовий вихід флуоресценції 3-гідроксихромону збільшується при збільшенні кількості конденсованих циклів у молекулі.

4) Показано, що 3-гідроксихромони являють собою новий тип раціометричних зондів полярності, що працюють за принципом фототаутомеризації, і для яких логарифм відношення інтенсивностей двох смуг флуоресценції перебуває у лінійній кореляції з емпіричним індексом полярності Е_Т(30) та з функцією діелектричної проникливості апротонного розчинника. Чутливість і робочий діапазон цих зондів полярності можна регулювати шляхом зміни довжини хромофору та позиції p-донорних замісників у молекулі.

5) Показано, що 3ГХ є багатофункціональними зондами, які дозволяють вимірювати одночасно декілька фізико-хімічних параметрів мікрооточення: діелектричну проникливість, показник заломлення та протонодонорність.

6) Показано, що стеричне екранування 4-карбонілу в 3ГХ забезпечує повне усунення впливу протонодонорності середовища на їхні спектри флуоресценції. Це дає можливість розробки нових зондів з чутливістю виключно до полярності оточення.

7) Випробування в обернених міцелах показали, що 3ГХ зонди мають рекордну чутливість до змін параметрів мікрогетерогенного середовища, а їхня багатофункціональність дозволяє контролювати кілька таких параметрів.

8) На основі 3ГХ розроблені нові біомембранні зонди з певною локалізацією у ліпідному бішарі, в залежності від якої вони демонструють різну чутливість до поверхневого заряду та структурної неоднорідності гідрофобної області мембрани.

Публікації автора:

1. Klymchenko A.S., Duportail G., Ozturk T., Pivovarenko, V.G., Mly Y., Demchenko A.P. Novel two-band ratiometric fluorescence probes with different location and orientation in phospholipid membranes// Chem. Biol.-2002.-Vol.-9.-№ 11.-P. 1199-1208.

2. Klymchenko A.S., Demchenko A.P. Electrochromic Modulation of Excited-State Intramolecular Proton Transfer: the New Principle in Design of Fluorescence Sensors// J. Am. Chem. Soc.-2002.-Vol. 124.-№ 41.-P. 12372-12379.

3. Klymchenko A.S., Ozturk T., Demchenko A.P. Synthesis of furanochromones: a new step in improvement of fluorescence properties// Tetrahedron Lett.-2002.-Vol. 43.-№ 39.-Р. 7079-7082.

4. Klymchenko, A.S and Demchenko, A.P. Probing AOT reverse micelles with two-color fluorescence dyes based on 3-hydroxychromone// Langmuir.-2002.-Vol. 18.-№ 15.-P. 5637-5639.

5. Sebnem E., Roshal A.D., Demchenko A.P., Klymchenko A.S. Excited-state proton transfer reaction in a new benzofuryl 3-hydroxychromone derivative: the influence of low-polar solvents// Polish J. Chem.-2002.-Vol. 76.-№ 9.-P. 1287-1299.

6. Demchenko A.P., Klymchenko A.S., Pivovarenko V.G., Ercelen S. Ratiometric probes: design and applications// Fluorescence Spectroscopy, Imaging and Probes - New Tools in Chemical, Physical and Life Sciences (Kraayenhof R, Visser AJWG, Gerritsen HC, eds.) Springer Series on Fluorescence Methods and Applications, Vol. 2, Springer-Verlag, Heidelberg, Germany.-2002.-P. 101-110.

7. Sebnem E., Klymchenko A.S., Demchenko A.P. An ultrasensitive fluorescent probe for hydrophobic range of solvent polarities// Anal. Chim. Acta.-2002.-Vol. 464.-№ 2.-P. 273-287.

8. Duportail G., Klymchenko A.S., Mly Y., Demchenko A.P. On the coupling between surface charge and hydration in biomembranes. Experiments with 3-hydroxyflavone probes// J. Fluorescence.-2002.-Vol. 12.-№ 2.-P. 181-185.

9. Duportail G., Klymchenko A.S., Mly Y., Demchenko A.P. Neutral fluorescence probe with strong ratiometric response to surface charge of phospholipid membranes// FEBS Lett.-2001.-Vol. 508.-№ 2.-P. 196-200.

10. Klymchenko A.S., Ozturk T., Pivovarenko V.G., Demchenko A.P. A new 3-hydroxychromone with dramatically improved fluorescence properties// Tetrahedron Letters.-2001.-Vol. 42.-№ 45.-P. 7967-7970.

11. Klymchenko A.S., Ozturk T., Pivovarenko V.G., Demchenko A.P. Synthesis and fluorescent properties of benzo- and naphthofuryl-3-hydroxychromones// Can. J. Chem.- 2001.-Vol. 79.-№ 4.-P. 358-363.

12. Demchenko A.P., Klymchenko A.S., Pivovarenko V.G. 3-Hydroxyflavones as fluorescence probes for molecular and cellular research// Luminescence.-2000.-Vol. 15.-№ 2.-P. 116-118.

13. Klymchenko A. S., ztrk T., Pivovarenko V. G., Demchenko A., P. Design of Fluorescent Probes Sensitive to Membrane Potential Based on Intramolecular Excited State Proton Transfer// Proceedings of the Third Conference" Fluorescence Microscopy and Fluorescent Probes" Ed. by A. Kotyk, Espero Publishing, Prague.-1999.-P. 153-158.

14. Pivovarenko V. G., Tuganova A. V., Klymchenko A. S., Demchenko. A. P. Flavonols as models for fluorescent membrane probes. 1. The response to the charge of micelles// Cell. Mol. Biol. Lett. 1997.-Vol. 15.-№ 2.-P. 355-364.

15. A. S. Klymchenko, T. ztrk, V. G. Pivovarenko, A. P. Demchenko Design of Fluorescent Probes Sensitive to Membrane Potential Based on Intramolecular Excited State Proton Transfer// 3rd Conference on Fluorescence Miscroscopy and Fluorescent Probes, Prague, 1999, P. 14.

16. A. P. Demchenko, A. S. Klymchenko, V. G. Pivovarenko, 3-Hydroxyflavones as Fluorescence Probes for Molecular and Cellular Research// IXth ISLS 2000 Luminescence Symposium , Montpellier, France, 15-17 May 2000, P. 104.

17. Duportail G., Mely Y., Klymchenko A. S., Demchenko A. P. 3-Hydroxyflavones as membrane probes. Dramatic response to lipid composition// 7th Conference on Methods and Applications of Fluorescence: Spectroscopy, Imaging and Probes, 16-19 September 2001, Amsterdam, Netherlands, P 45.

18. A. S. Klymchenko, T. Ozturk, V. G. Pivovarenko, A. P. Demchenko New 3-hydroxychromones with long-wavelength shifted spectra// 7th Conference on Methods and Applications of Fluorescence: Spectroscopy, Imaging and Probes, 16-19 September 2001, Amsterdam, Netherlands, P 110.

19. Demchenko A. P, Klymchenko A. C., Ercelen S. Fluorescent probes with dramatic change of emission color// 46th Annual Meeting of the Biophysical Society, February 23-27, 2002, San Francisco, California, P. 426a.